Hybrid control system for magnetic lifting applications

Magnetic systems are a good substitute for mechanical ones to clamp workpieces on machine tools or to lift and handle ferromagnetic materials. They can avoid damages on the workpiece due to mechanical tightening, or lift complex loads such as scrap, coils, tubes, or bars, and they have a very short set-up time. This work deals with magnetic materials and their main characteristics, with a deepening on permanent magnets and their composition. As such the main properties of permanent magnets in AlNiCo, FeCrCo, ferrite, and rare-earth will be discussed. Subsequently, a description of the magnetic clamping systems, those with permanent magnets, electromagnet, and electro-permanent, will be carried out, outlining their structures, characteristics, and safety standards. Then this work discusses the realization of a hybrid control system for lifting magnetic applications that can manage both electromagnets or electro-permanents, by addressing the control logic's theory and the phases that compose the operation system. In the end, practical tests developed in the PHOS laboratory of the Department of Energy in Politecnico di Milano are shown, along with an energy consumptions analysis.

I sistemi magnetici sono un buon sostituto di quelli meccanici per bloccare i pezzi nelle macchine utensili o per sollevare e movimentare del materiale ferromagnetico. Possono evitare problemi di danneggiamento del pezzo dovuti ai serraggi meccanici, o sollevare carichi complessi come rottami, bobine, tubi o bramme, ed hanno un tempo di start up molto breve. Questo lavoro tratta i materiali magnetici e le loro caratteristiche principali, approfondendo i magneti permanenti e la loro composizione. Saranno discusse le principali proprietà dei magneti permanenti in AlNiCo, FeCrCo, ferrite, e terre rare. Successivamente sarà effettuata una descrizione dei sistemi di bloccaggio magnetico, quelli magneto-permanenti, elettromagnetici ed elettropermanenti, delineandone le strutture, le caratteristiche e le norme di sicurezza. Questo lavoro discute inoltre la realizzazione di un sistema di controllo ibrido che può gestire sia un sistema di ancoraggio elettromagnetico che elettropermanente, affrontando la teoria della logica di controllo e le fasi che compongono l'esecuzione dei cicli. Infine vengono mostrati i risultati dei test pratici sviluppati nel laboratorio PHOS del Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano, accompagnati da un'analisi dei consumi energetici.