Progetto elettromagnete

Revisionato il 25/07/2026

di kingsenzauno

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Power point per il progetto dell'elettromagnete assegnato dal professore, convertito in pdf. Sono spiegati tutti i passaggi chiave per la realizzazione del progetto. Non sono inseriti i codici …

Esame CAD compatibilità elettromagnetica

Facoltà Ingegneria

Dal corso del Prof. Di Barba Paolo

Università Università degli Studi di Pavia

A.A. 2020-2021

132 pagine

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Estratto del documento

Elettromagnete per applicazione biomedica CAD, compatibilità elettromagnetica

Paolo Di Barba

A.S.: 2020/2021

XXX

Introduzione

Il dispositivo alla base della simulazione è impiegato in campo medico per il trattamento dei tumori, come applicazione di terapie a base di flusso magnetico.

Esso deve generare un campo magnetico uniforme nella regione di interesse, ROI, nella quale viene posto il paziente.

Il campo generato dal dispositivo, ad una frequenza di 450 kHz, in oggetto dovrebbe provocare il riscaldamento dei tessuti mutati.

Componenti dell’elettromagnete

Componente	Materiale	Dimensioni	Corrente (AC)-A
Nucleo	Lamierini M-13 per trasformatori	50*50 cm
ROI	Dielettrico aria
Avvolgimenti	Rame	25 spire	100
Traferro	Dielettrico aria	30 cm

Schema del profilo dell’elettromagnete

Xa = 10 cm, Ya = 10 cm.

Xb = 20 cm, Yb = 25 cm.

Xc = 25 cm, Yc = 30 cm.

Xd = 30 cm, Yd = 50 cm.

Xe = 50 cm.

0 < X1 <= X2 < X3, Ya < Y1 <= Y2 < Yb.

Determinare la forma ottima del polo per avere un campo di induzione magnetica B uniforme nella ROI, Bx = 0, By = 15 mT.
Aumentare la densità di flusso nella ROI riducendo il traferro e/o abbassando il profilo del polo.

Variabili

Per raggiungere questi obiettivi si è deciso di scegliere come variabili di progetto i seguenti parametri: X1, X2, X3, Y1, Y2.

Queste variabili sono state fatte variare all’interno di un modello agli elementi finiti, software Magnet.

Agendo sulle variabili di progetto, sono stati controllati:

Traferro medio.
Concavità.
Inclinazione delle pareti.

Per l’ottimizzazione si è scelto di utilizzare il software MATLAB sviluppando algoritmi di Nelder-Mead e il genetico che userà Magnet come una routine.

La procedura di ottimizzazione consiste nella discrepanza tra il campo atteso e quello voluto all’interno della ROI.

Profilo iniziale

Si parte da un modello Magnet parametrizzato:

X1 = 6 cm.
X2 = 8 cm.
X3 = 10 cm.
Y1 = 12 cm.
Y2 = 12 cm.

Profilo iniziale.

Flusso di campo e mesh.

Casi studio

Si procede all’ottimizzazione considerando 3 casi studio di funzione obiettivo tramite l’algoritmo di Nelder-Mead per ottenere valori di campo nella ROI:

Bx = 0 mT.

By = 25 mT.

Valore ottimo delle variabili di progetto.

Ottimizzazione dell’area-costo del materiale.

Considerare lo scarto quadratico medio.

Algoritmo Nelder-Mead

Struttura del Power Point

I casi studio che saranno presentati nelle prossime diapositive saranno strutturati secondo questo schema. Alla fine dei casi studio saranno mostrati i confronti tra ogni caso studio per MaxIter = 500 e MaxfunEvals = 400.

Presentazione del caso studio.
Tentativi del caso studio.
Grafici delle F.
Grafici delle X, Y.
Tabelle By, Bx.
Profilo Magnet.

Caso studio 1

Funzione obiettivo

1 caso studio funzione obiettivo.

Tentativo n. 1

MaxIter = 100.

MaxfunEvals = 50.

Function value: 0,007853.

Grafici.

Tabelle.

Profilo Magnet, tentativo n. 1.

F6 = 0,0050.
F7 = 0,0028.

Grafici per F5, F6, F7.

X1 = 5,602.

Grafici per X1, X2, X3.

X2 = 6,368.

X3 = 12,74.

Y1 = 12,12.

Grafici per Y1, Y2.

Y2 = 13,48.

Valori della componente By nei punti di estremità della ROI.

Valori della componente Bx nei punti di estremità della ROI.

Profilo dell’elettromagnete dopo l’ottimizzazione.

Tentativo n. 2

MaxIter = 200.

MaxfunEvals = 150.

Function value: 0,006344.

Grafici.

Tabelle.

Profilo Magnet, tentativo n. 2.

F6 = 0,003652.
F7 = 0,002767.

Grafici per F5, F6, F7.

X1 = 5,689.

Grafici per X1, X2, X3.

X2 = 6,014.
X3 = 12,953.
Y1 = 12,477.

Grafici per Y1, Y2.

Y2 = 13,650.

Valori della componente By nei punti di estremità della ROI.

Valori della componente Bx nei punti di estremità della ROI.

Profilo dell’elettromagnete dopo l’ottimizzazione.

Tentativo n. 3

MaxIter = 500.

MaxfunEvals = 400.

Function value: 0,00606.

Grafici.

Tabelle.

Profilo Magnet, tentativo n. 3.

F6 = 0,00313.
F7 = 0,00293.

Grafici per F6, F7.

X1 = 5,6608.

Grafici per X1, X2, X3.

X2 = 6,220.
X3 = 12,999.
Y1 = 12,558.

Grafici per Y1, Y2.

Y2 = 13,627.

Valori della componente By nei punti di estremità della ROI.

Valori della componente Bx nei punti di estremità della ROI.

Profilo dell’elettromagnete dopo l’ottimizzazione.

Sovrapposizione profilo iniziale e caso studio 1

Caso studio 1 - considerazioni

In questo primo caso studio si può notare che in

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