Study and optimization of materials and structures of solenoids in electro valves

Abstract

Since magnetism is an area to be explored, the company felt the need to carry out a deeper study of the electromagnetic part of solenoid valves. With this being said, an action plan was created, which considered as an initial phase the creation of a theoretical basis. For the next phase and in order to perform a benchmarking between the models developed internally, a library of models was created and with the purpose of being studied in order to find some patterns within it, and that is what happened. With the creation of a library that had more than 60 references, separated by 17 years, 10 sets of models were found with characteristics that were similar to each other and that were different from the other 9 sets. That said, there was a need to understand how each difference affected the performance of each model, and for that, the need arose to perform electromagnetic simulations using the Maxwell software. For this, emerged the necessity of the adaptation of the models in order to reduce the number of variables during the study, and for that the coil used have been the same for all the 10 designs. Then was realized the study of the raw materials to be used in the simulation, and for that it was decided to use the same materials in all the models. With the models ready and the material data fixed, simulations were performed for a set of 40 points for each model, counting this set of points with the combination of 10 gap distances between cores with 4 different current intensities. That said, two practical tests were carried out using one of the models that was used as a reference, which did not undergo any adaptation. A practical test was then carried out using a tensile testing machine to measure the magnetic force. A practical test was also carried out using MagHyst and measuring the production of magnetic flux. With the analysis of the results were obtained two different ranks, one where are presented the designs from the best to the worst suited for the proportional application and the other where the designs were also presented from the best to the worst, but in this case for the on/off application.

Sendo o magnetismo uma área a explorar surgiu na empresa a necessidade de realizar um estudo mais aprofundado da parte eletromagnética das válvulas solenoides. Posto isto foi criado um plano de ação que considerou como fase inicial a criação de uma base teórica. Para a fase seguinte e de modo a realizar um benchmarking entre os modelos desenvolvidos internamente foi criada uma biblioteca de modelos que pode ser estudada de modo a encontrar alguns padrões dentro desta, e foi isso que se sucedeu. Com a criação de uma biblioteca que contava com mais de 60 referências, separadas por 17 anos, foram encontrados 10 conjuntos de modelos com características que se assemelhavam dentre si e que se diferenciavam entre os outros 9 conjuntos. Posto isto houve a necessidade de perceber como cada diferença afetava a performance de cada modelo, e para isso surgiu a necessidade de realizar simulações eletromagnéticasrecorrendo ao software Maxwell. Para isso, surgiu a necessidade da adaptação dos modelos de modo a reduzir o número de variáveis durante o estudo, e para isso a bobina utilizada foi a mesma para todos os projetos. Após isto deu-se o estudo das matérias-primas a utilizar na simulação, e para isso decidiu-se utilizar os mesmos materiais em todos os modelos. Com os modelos prontos e os dados dos materiais fixados foram realizadas simulações para um conjunto de 40 pontos para cada modelo, contando este conjunto de pontos com a combinação de 10 distâncias de folga entre núcleos com 4 diferentes intensidades de corrente. Posto isto foram ainda realizados dois testes práticos recorrendo a um dos modelos que se utilizou como referência, sendo que este não sofreu qualquer adaptação. Realizou-se então um teste prático para medir a força magnética e outro para medir a produção de fluxo magnético. Com a análise dos resultados foram obtidas duas classificações distintas, uma onde são apresentados os modelos do mais ou menos adequado para uma aplicação proporcional e a outra onde os modelos também foram apresentados do mais ao menos adequado, mas neste caso para a aplicação on/off.