Projeto de dispositivos eletromagnéticos de concentração de fluxo a partir de otimização de fontes de campos magnéticos: um estudo de caso baseado em arranjos de Halbach

Abstract

Tanto o Método dos Elementos Finitos quanto o Método de Otimização por Enxame de Partículas tem sido utilizados independentemente em diversos problemas eletromagnéticos. Este trabalho apresenta a concepção de um sistema computacional que combina o método de elementos finitos para problemas eletromagnéticos com o algoritmo de otimização por enxame de partículas a fim de projetar dispositivos eletromagnéticos de maneira automatizada através da combinação dessas técnicas. Para validar o sistema, é feito o estudo de caso com o projeto de arranjos de ímãs permanentes que imitam o comportamento de um arranjo de Halbach anelar, que idealmente concentra uniformemente toda a densidade de campo no centro do anel. Um dos arranjos é reproduzido experimentalmente com o auxílio de uma impressora 3D, e os campos magnéticos são medidos e digitalizados utilizando Arduino e sonda Hall, sendo comparados com os resultados simulados e teóricos para aquela estrutura.

Abstract : Finite Elements Method and Particle Swarm Optimization have been used independently for many electromagnetic problems. In this work, it is shown the conception of a computational system that combines the Finite Elements Method for electromagnetic problems with a Particle Swarm Optimization algorithm in order to project electromagnetic devices in an automated way. To validate the computational system, it is used as case study the project of a permanent magnet spatial disposal with the objective to reproduce the behavior of a cylindrical Halbach array, which ideally concentrates the magnetic field at the center of the ring uniformly. One of the arrays is reproduced experimentally with the help of a 3D printer and the magnetic fields are measured and digitalized with an Arduino and a Hall probe, being compared with theoretical and simulated results.