Resumen

Siguiendo la buena y antigua tradición de construir algo entre los años, decidí hacer una pequeña configuración de prueba para explorar la interacción entre el imán permanente y la bobina.
La primera imagen muestra la configuración.
El artilugio impreso en 3D consiste en una palanca que contiene, en un lado del fulcro, uno o más imanes permanentes fuertes apilados que interactúan con una bobina, así como un contenedor para pesas de prueba. En el otro lado se encuentra un contrapeso, de modo que la palanca se equilibra horizontalmente. Si se aplica una corriente a la bobina, los imanes se atraen a la bobina y se puede agregar peso al contenedor. El pes
Dado que la distancia entre el fulcro y el peso de prueba es el doble que la del fulcro y el imán, el peso de prueba tiene que duplicarse para proporcionar la fuerza de sujeción real.

Se han fabricado dos bobinas. Una está incrustada en un material con una permeabilidad de mu_r de 1, y la otra en un material que contiene aproximadamente un 25% de polvo de hierro por volumen. Los imanes tienen un diámetro de 18 mm y una altura de 3 mm.
¿Cuál crees que es la cantidad de fuerza de sujeción sobre la corriente aplicada para ambas bobinas? ¿Crees que es suficiente para sostener una barra de chocolate, que equivale a 1N (donde vivo)?

La segunda imagen proporciona los datos empíricos.
Para la segunda bobina, hay una fuerza de cogging bastante significativa que se ha reducido a partir de los datos medidos para proporcionar una mejor comparación entre las curvas. De alguna manera, esperaba que las curvas de ambas bobinas fueran más o menos iguales, por la misma razón de que el filamento lleno de hierro como material del núcleo magnético no mejora mucho. Por otro lado, no esperaba que la altura del imán tuviera tanta influencia.
Creo que no hay una fórmula analítica para aproximar la fuerza (corríjame si estoy equivocado), así que salí y traté de simular el problema. Es un problema tridimensional intrínseco, pero para mantenerlo simple, hice una simplificación bidimensional. Si observas el problema de lado, parece que podría ser posible obtener un resultado aproximado con una configuración plana como se muestra. El programa que utilicé es un programa de simulación
Desafortunadamente, los resultados de la simulación siempre son demasiado altos por un factor de 2, esperaba que fueran más bajos que los valores reales porque las partes delantera y trasera de la bobina están faltando en esta simplificación.