Metodi di ottimizzazione topologica per il design innovativo di gruppi di bobine: implementazione e analisi in COMSOL Multiphysics

This thesis investigates the application of topology optimization methods for the innovative design of coil assemblies, aiming to enhance their performance regarding mutual inductance and magnetic field distribution. Under the supervision and guidance of Dr. Giulio Poggiana, an advanced numerical model was successfully developed and implemented within the COMSOL Multiphysics software environment. The research specifically focuses on integrating ferrite shielding systems to optimize magnetic flux distribution and minimize parasitic losses. Through topology optimization, unconventional and highly efficient geometries for the coil assembly were determined. The simulation results validate the effectiveness of the proposed approach, demonstrating significant improvements in energy transfer efficiency and providing concrete guidelines for the design of future electromagnetic induction systems.

Il presente lavoro di tesi si propone di esplorare e applicare metodi di ottimizzazione topologica per il design innovativo di gruppi di bobine, con l'obiettivo di migliorarne le prestazioni in termini di mutua induttanza (mutual inductance) e gestione dei campi magnetici (magnetic fields). Sotto la supervisione e la guida del Dott. Giulio Poggiana, è stato sviluppato e implementato un modello numerico avanzato all'interno dell'ambiente software COMSOL Multiphysics. La ricerca si è focalizzata in particolare sull'integrazione di sistemi di schermatura in ferrite (ferrite shielding) per ottimizzare la distribuzione del flusso magnetico e ridurre le perdite parassite. Attraverso l'ottimizzazione topologica, è stato possibile definire geometrie non convenzionali ed altamente efficienti per l'assemblaggio delle bobine. I risultati ottenuti dalle simulazioni numeriche confermano l'efficacia dell'approccio proposto, dimostrando incrementi significativi nell'efficienza del trasferimento energetico e fornendo linee guida concrete per la progettazione di futuri sistemi di induzione elettromagnetica.