I poli magnetici

Nelle configurazioni dei circuiti magnetici convenzionali analizzate, l’elemento AIS è solitamente collegato al polo magnetico interno (DIF) tramite una serie di bulloni disposta internamente nella parte frontale del propulsore. Questo avviene perché è prevista l’accessibilità frontale per l’ispezione dei componenti che sono riferiti e bloccati tramite l’elemento DIF. Questo tipo di soluzione però è ideata tenendo in considerazione che in tali circuiti non è presente il traferro alla

172 base dell’elemento AIF e quindi gli elementi BIF e AIF sono costruiti insieme in un unico componente e l’alloggio del supporto della bobina interna risulta la parete interna dell’elemento AIF, mentre il DIF chiude frontalmente l’assemblaggio fornendo il bloccaggio assiale. In vista della posizione in cui è stato inserito il traferro durante la simulazione magnetica del presente lavoro di tesi, risulta necessario introdurre delle viti di collegamento tra gli elementi BIF e AIF, interponendo tra i due un materiale non ferromagnetico che li distanzi. Se oltre al collegamento posteriore, si sceglie di effettuare anche il fissaggio dell’elemento DIF alla parte frontale dell’elemento AIF, il numero di elementi totali del circuito aumenta, così come la quantità di viti necessarie per il fissaggio. La soluzione adottata è quindi quella di costruire in un singolo componente gli elementi AIS e DIF, in una struttura ottenibile per stampaggio diretto, che deve interfacciarsi solo con la struttura di supporto della bobina interna. La modellazione solida tridimensionale del polo interno è presentata nella Figura 5.29, mentre il dettaglio della sezione quotata nella Figura 5.30. Resta aperta la possibilità di agire sulla superficie frontale del polo magnetico (DIF) per inserire piastre di materiale con lo scopo di proteggere la superficie del polo magnetico dal plasma nel getto.

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Figura 5.30 Polo magnetico interno con evidenza della sezione quotata.

Dato che il polo interno è l’elemento finale del collegamento con le viti, i fori nella parte posteriore del polo interno sono filettati in modo che la tenuta del collegamento sia assicurata dalla pressione tra la testa delle viti nella parte posteriore del nucleo magnetico e i fori filettati del polo interno. Il collegamento tra il nucleo magnetico, il supporto della bobina interna e il polo interno è mostrato nella Figura 5.31 e in esso sono utilizzate otto viti a testa intagliata M1,6X10 UNI 6109-67.

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Figura 5.31 Collegamento con vite dei componenti interni del circuito magnetico.

Il disegno del polo esterno segue praticamente gli stessi principi, con l’aggiunta del fatto che all’elemento DOF è riferito il fissaggio cilindrico dell’elemento di supporto della camera.

Come visto nel capitolo 4, i livelli del flusso magnetico nella parte esterna del circuito magnetico sono più bassi rispetto a quelli della parte interna. Questo comporta che gli spessori richiesti per evitare il problema della saturazione degli elementi nel circuito esterno siano minori rispetto a quelli della parte interna. In particolare, lo spessore di 4 mm dell’elemento AOF risulta più che sufficiente ad evitare la saturazione anche nelle condizioni di funzionamento alla massima intensità del campo. Cercando di utilizzare le viti disponibili nella libreria del software di progettazione solida, il cui diametro minimo secondo lo standard unificato ISO è di 1,6 mm, lo spessore del materiale ai lati del collegamento nella sezione risulta minore dello spessore della vite, pari a soli 1,2 mm. In modo da ottenere un collegamento più robusto, si è fatto in modo che lo spessore del materiale ai lati del foro filettato fosse quantomeno pari al diametro della vite del collegamento e quindi nella configurazione utilizzata nella simulazione, la base del polo esterno è stata appositamente allargata in corrispondenza del collegamento fino ad uno spessore di 5 mm. Nella Figura 5.32 sono messe a confronto la sezione del polo esterno ipotizzata durante la

175 simulazione magnetica e la soluzione definitiva. Si osserva che la scelta fatta durante la simulazione, di allargare soltanto la base della struttura, può essere vantaggiosa per quanto riguarda la robustezza del collegamento, ma pone il problema di dover lavorare il pezzo per asportazione di truciolo per praticare il rientro nella parte interna dell’elemento AOF. La quantità di materiale asportato non è sufficiente da giustificare quest’ultima lavorazione, dato che la diminuzione nella massa del componente è di soli 32 g, cioè meno del 6% del peso totale del componente ed inoltre lo spessore leggermente maggiore è benefico per poter sostenere una maggiore densità di flusso magnetico attraverso il circuito, per cui si è deciso di mantenere lo spessore maggiorato lungo tutta la parete interna dell’elemento AOF, permettendo di costruire il polo esterno attraverso lo stampaggio diretto.

Figura 5.32 a. Sezione del polo magnetico esterno utilizzata durante la simulazione; b. Sezione del polo magnetico esterno nella configurazione definitiva.

176 La vista posteriore del polo esterno, assieme alla sezione quotata sono mostrati nella Figura 5.33. Come si osserva, nell’anello posteriore sono praticati sedici fori filettati, otto dei quali serviranno al collegamento tra il nucleo magnetico, il supporto della bobina esterna e il polo esterno e gli otto fori in successione alternata serviranno al collegamento con la base di supporto posteriore del motore che a sua volta si interfaccia con il veicolo spaziale. Questi due collegamenti sono pensati per poter disassemblare il corpo del motore dalla base di supporto senza che sia necessario smontare i componenti.

Figura 5.33 Polo magnetico esterno con la rispettiva sezione quotata.

Il collegamento con viti nella parte posteriore del polo magnetico esterno serve a garantire il bloccaggio assiale non soltanto del polo esterno, del supporto della bobina interna e del nucleo magnetico, ma la parte anteriore del DIF presenta un rientro cilindrico che serve a bloccare assialmente il componente che sostiene la camera ceramica e l’anodo distributore. Questo componente è descritto nel paragrafo successivo al quale si rimanda per i dettagli dell’intero collegamento degli elementi esterni del circuito magnetico.

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