The reduction ratio of the magnetic gear is determined by the ratio of the number of poles between the high-speed permanent magnet layer and the low-speed permanent magnet layer. In general, it is known that the greater the least common multiple of both poles, the smaller the torque ripple called by cogging of the magnetic force generated in the magnetic gear. However, little is known about the effect of the harmonic modulator that filters the magnetic field in the magnetic gear to magnetically couple the high-speed side and the low-speed side except for the number of poles. In this study, torque ripple characteristics according to changes in modulator shape such as opening ratio and tooth thickness are analyzed using a finite element analysis tool.
The built-in motor with an integrated magnetic gear can realize high torque without a separate reduction device. In this paper, the main design parameters of the magnetic gear constituting the magnetic geared motor are derived and the sensitivity analysis results according to these design parameters are discussed. In particular, processing and assembly issues of modulators sandwiched between rotating bodies are discussed, and loss and magnetic force characteristics of various types of modulators are introduced. Since the modulator, which plays a key role in converting the torque of the magnetic gear, is desirable to have a separate form, it is inevitable to add a non-magnetic support to add torsional stiffness according to high-speed rotation, so the effect of this is also analyzed.
Magnetic gears of non-contact power type have great advantages in terms of maintenance and repair than mechanical gears, and are used in various ways. Harmonic gears can derive a higher gear ratio than conventional gears through power transmission through a unique rotation mechanism. Magnetic harmonic gears, in which the gear teeth of the harmonic gears are replaced with magnets, have the advantages of both gears, but are difficult to implement and practical, so many studies are being conducted. In this study, we check whether the results of various types of magnetic gears can be applied to harmonic gears. By applying the axial type magnetic gear to the harmonic gear, the characteristic analysis is conducted to see if the result comparable to the existing radial type magnetic harmonic gear is obtained.
KOREA ELECTRIC ASSOCIATION KOREA ELECTRIC ASSOCIATION
JOURNAL OF ELECTRICAL WORLD
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s.305
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pp.69-74
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2002
최근 승강기의 현대화 사업에서는 단공기(短工期)$\cdot$저가격으로 특히 신뢰성 향상을 기대할 수 있는 제어개수(制御改修:전기기기를 일신하는 개수방법)가 주류를 이루고 있다. 그래서 미쓰비시(삼릉)전기에서는 납품한지 20년 이상 경과한 직류-기어리스(DC-GL)고속엘리베이터를 대상으로 하는 제어개수전용의 구동방식을 개발하여 동사 본사빌딩에 납품하였다. 새로운 구동방식은 현재 널리 적용되고 있는 고속엘리베이터의 인버터제어기술을 응용하여 개발한 초퍼회로방식이다. 제어회로에서는 동사의 최신 엘리베이터와 같은 마이컴시스템을 채용하여 고성능화와 부품의 공용화를 도모하였다. 또한 주회로에는 고조파대책, EMI(Eletro-magnetic Interference) 대책 및 누설전류대책을 시행하였다. 특히 직류전동기의 계자제어에서는 엘리베이터의 운전상태에 따라 계자전류를 가변하는 가변계자전류제어를 적용하였다. 이번에 개발한 제어방식은 다음의 특징을 갖고 있다. (1)고조파전류를 억제하였기 때문에 빌딩측에서의 고조파대책이 불필요하다. (2)동사 제작의 워드레오나드방식과 비교하여 약 $40\%$정도 소비전력을 감소시킬 수 있다. (3)동사 제품인 최신 엘리베이터 수준의 성능(승차감, 착상정도 등)을 실현하였다. (4)최신 엘리베이터와 동등한 풍부한 옵션에 대응할 수 있다. 당분간은 속도 $120\~$360m/min, 용량 1,600kg 이하의 고속엘리베이터에 적용하고 점차적으로 적용영역을 확대해 나갈 예정이다.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.7
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pp.726-733
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2017
A magnetic shutter gear is a device that transfers mechanical power by synchronizing the magnetic field between permanent magnet layers facing circumferentially through a harmonic modulator. However, magnetic gears uses many rare-earth permanent magnets to guarantee comparable torque density to that of mechanical reducer. Hence, we propose a novel axial magnetic gear with a dramatically reduced number of permanent magnets and a closed magnetic path. The torque of the system was compared to that of an existing shutter gear through a harmonic analysis of the air-gap magnetic field. The modulator thickness and open ratio were considered as the primary design parameters, and the cogging effect was analyzed for variation of the reduction ratio. A dynamic model between the high-speed side and low-speed side was derived, and position control was performed for a constructed hardware implementation.
본 논문에서는 고속전철용 추진제어장치의 개발 및 본선 주행시험에 관한 내용을 소개하였다. 고속열차용 추진제어장치는 입력 전류의 고조파를 감소하기 위하여 단상 PWM 컨버터 2대가 병렬로 구성되고 인버터는 3상 인버터 1대로 구성된다. 추진제어장치의 전력회로를 간단히 구성하기 위하여 최대용량(4500V/4200A)의 IGBT 전력소자를 적용하였다. 3상 인버터는 가속시 스위칭 기어현상을 저감하기 위하여 저주파 동기 PWM 기법을 적용하였다. 추진제어장치의 성능을 평가하기 위하여 실제 차량이 운행될 본선에서 속도 300km/h까지 가속시험, 비상제동 시험, 구배기동 시험 등을 실시하였다. 시험을 통하여 제작된 추진제어장치가 성능사양을 만족함을 확인하였다.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.6
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pp.543-550
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2014
A magnet gear composed of two layers of permanent magnets repeated circumferentially can transmit the power without mechanical contact. In the topology called by the magnet shutter gear known as the most competitive concept among the existing concepts, the number of pole-pairs on the high speed rotor corresponds to that of low speed rotor through electric steel set functioning as a magnetic modulator. The methodology is classified into radial type and axial type according to its magnetic path as in the motor. However, the magnetic modulator has multiple poles located separately. So, it is very complicated to assemble each module of the magnet gear mechanically and to sustain a mechanical stiffness of the modulator. The practical trouble can be solved partially through reconfiguring the modules. This paper deals with the novel magnetic shutter gear topology varying the magnetic path and its effectiveness is verified through real hardware implementation.
The magnetic gear, which amplifies the torque by filtering the magnetic field generated by the low-speed permanent magnet with a modulator, can exclude gear contact and can be effectively applied when there are environmental restrictions. In this paper, we discuss the magnetic force characteristics of a magnetic gear using a magnetic focusing array that replaces a general permanent magnet array magnetized in a radial direction along the circumferential direction. The torque increasing effect of the discussed array, known as an arrangement that increases the principal component by focusing a radial magnetic field, is compared with that of a general magnetic gear. In particular, in a magnetic gear using such an array, the sensitivity of torque according to variables is analyzed to see how various variables known as factors affecting torque have an effect.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.7
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pp.380-388
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2016
Using the magnet gear, it is possible to transmit power without mechanical contact. As the drive shaft in a magnet gear-based speed reducer system is isolated from the drive shaft, the system is a two-inertia resonance system that should cope with an external load with the limited air-gap stiffness. On the other hand, the drive shaft or low-speed side is controlled only by the torque of the drive shaft through an air-gap, and the excessive oscillation or the slip can then be generated because of an abrupt disturbance that is different from the general mechanical gear system. Therefore, the disturbance loaded at the low speed side should be measured or estimated, and considered in the control of the driving shaft. This paper proposes a novel full-state feedback controller with a reduced-order observer for the speed reducer system using a magnet gear with a unified harmonic modulator. The control method was verified by simulation and experiment. To estimate the load at the low speed side, a novel observer was designed, in which the new state variable is introduced and the new state equation is formulated. Using a full-state feedback controller including the observer, the test result against disturbance was compared with two D.O.F PI speed controllers. The pole slip was compensated within relatively a short time, and the simulation result about the estimated variable shows a similar tendency to the test result. The test results showed that the magnet gear-based reducer can be applied to an accurate servo system.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.24
no.3
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pp.348-354
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2015
Using a magnetic gear, the speed and torque of the driving axis can be decreased and increased, respectively, similar to a mechanical speed reducer. In particular, because the driving side can be isolated mechanically from the load side, the magnetic gear was developed for application with environmental constraints. Of the existing topologies used for the magnet gear, the filtering method of a specified magnetic component is the most competitive. In this paper, a novel unified harmonic modulator is applied to filter the specified component. The torque conversion method using this modulator is described in detail, and the key factors of the modulator are derived from the influence on the resulting torque. The experimental setup was constructed and its torque transmission efficiency measured for varying loads. The transient characteristic from an excessive load is compared with the theoretical simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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