This paper presents a method to design the waveform of a back electromotive force (back EMF) of an axial flux permanent magnet (AFPM) motor using printed circuit board (PCB) windings. When the magnetization distribution of permanent magnet (PM) is given, the magnetic field in the air gap region is calculated by the quasi three dimensional (3D) space harmonic analysis (SHA) method. Once the flux density distribution in the winding region is determined, the required shape of the back EMF can be obtained by adjusting the winding distribution. This can be done by modifying the distance between patterns of PCB to control the harmonics in the winding distribution. The proposed method is verified by finite element analysis (FEA) results and it shows the usefulness of the method in eliminating a specific harmonic component in the back EMF waveform of a motor.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.5B
no.3
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pp.253-257
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2005
By using a coupled circuit, time-stepping, two-dimensional finite element method (2-D FEM), the performance of a stand-alone permanent-magnet synchronous generator (PMSG) with inset rotor can be computed without involving the classical two-axis model. The effects of interpolar air gap length and armature resistance on the load characteristics are investigated. It is shown that the interpolar flux density, and hence the amount of voltage compensation, is affected by magnetic saturation. Validity of the coupled circuit and field analysis is confirmed by experiments on a prototype generator. The machine exhibits an approximately level load characteristic when it is supplying an isolated unity-power-factor load.
A magnet assembly is a critical element of a nuclear magnetic resonance(NMR) based sensor. Magnetic flux density and homogeneity are essential to its optimum performance. Geometry and magnet material properties determine the magnetic flux density and homogeneity of the assembly. This study was carried out to develop the design for a magnet assembly. A 2-D finite element model for the magnetic assembly was developed using ANSYS and evaluated the effects of adding shimming frames and steel bars in the corners of the rectangular steel cover which surrounded the magnet. The assembly was manufactured and evaluated. According to the ANSYS model, modified pole frames increased magnetic flux density by 8.3% and increased homogeneity by 83%. Addition of steel bars in the corners increased the magnetic flux density by 1%, and improved homogeneity up to three times. The difference between simulated and measured magnetic flux densities at the center point of the air gap was within 2.4%.
The present study conducts a thorough analysis of thermal vibrations in functionally graded porous nanocomposite beams within a thermal setting. Investigating the temperature-dependent material properties of these beams, which continuously vary across their thickness in accordance with a power-law function, a finite element approach is developed. This approach utilizes a nonlocal strain gradient theory and accounts for a linear temperature rise. The analysis employs four different patterns of porosity distribution to characterize the functionally graded porous materials. A novel two-variable shear deformation beam nonlocal strain gradient theory, based on trigonometric functions, is introduced to examine the combined effects of nonlocal stress and strain gradient on these beams. The derived governing equations are solved through a 3-nodes beam element. A comprehensive parametric study delves into the influence of structural parameters, such as thicknessratio, beam length, nonlocal scale parameter, and strain gradient parameter. Furthermore, the study explores the impact of thermal effects, porosity distribution forms, and material distribution profiles on the free vibration of temperature-dependent FG nanobeams. The results reveal the substantial influence of these effects on the vibration behavior of functionally graded nanobeams under thermal conditions. This research presents a finite element approach to examine the thermo-mechanical behavior of nonlocal temperature-dependent FG nanobeams, filling the gap where analytical results are unavailable.
Mughni, Mohd J.;Mazlan, Saiful A.;Zamzuri, Hairi;Yazid, Izyan I.M.;Rahman, Mohd A.A.
Smart Structures and Systems
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v.14
no.5
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pp.901-916
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2014
Magnetorheological (MR) fluid is one of the field-responsive fluids that is of interest to many researchers due to its high yield stress value, which depends on the magnetic field strength. Similar to electrorheological (ER) fluid, the combination of working modes is one of the techniques to increase the performance of the fluids with limited focus on MR fluids. In this paper, a novel MR testing cell incorporated with valve, shear and squeeze operational modes is designed and constructed in order to investigate the behaviour of MR fluid in combined mode. The magnetic field distribution in the design concept was analyzed using finite element method in order to verify the effective areas of each mode have the acceptable range of flux density. The annular gap of valve and shear were fixed at 1 mm, while the squeeze gap between the parallel circular surfaces was varied up to 20 mm. Three different coil configurations, which were made up from 23 SWG copper wires were set up in the MR cell. The simulation results indicated that the magnetic field distributed in the squeeze gap was the highest among the other gaps with all coils were subjected to a constant applied current of 1 A. Moreover, the magnetic flux densities in all gaps were in a good range of magnitude based on the simulations that validated the proposed design concept. Hence, the 3D model of the MR testing cell was designed using Solidworks for manufacturing processes.
In comparison with conventional motors, Superconducting Homopolar Synchronous Motors (SHSMs) have advantages that it generates high magnetic field by superconducting winding. Therefore, superconducting coil used in SHSM can reduce the motor size and enhance the motor efficiency for high torque applications under the space constraints for propulsion system. During the design process of SHSM, it is required to evaluate the performance of initial design model, that is accurately analyzed using 3D magnetic field modeling large air-gap and flux distribution of axial direction is properly taken into account. In this paper, we analyze magnetic field of a homopolar motor with a 4-pole homopolar rotor and a stator of 3 phase windings. The field analysis is done using 3D finite element analysis which can reflect the end effect and overhang winding. And we extract mutual inductances between a rotor wind and the 3 stator windings. The extracted inductances are used for evaluation of overall motor performances that are calculated with generalized circuit theory of electrical machines.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.19
no.1
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pp.143-147
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2005
In this paper, an axial type brushless DC motor which has double rotors using rare-earth magnet pieces is designed. This kind of motor has shorter axial length and is easier to assemble than the radial type motors. To get enough torque, NdFeB magnet is used and for the cost of production, the magnets are segmented to rectangle or disk shape. To design this motor, a equivalent circuit is adopted and the air-gap density is calculated using 3D finite element method to get exact parameters. The design variables are optimized with genetic algorithm. From the results of the simulations, the reference of the axial type BLDC motors can be obtained.
Purpose: In this research, non-linear three dimensional finite element models with contact elements were constructed. For the investigations of the distributions of contact stresses, 3 units fixed partial dentures model were studied, especially on the interface of the gold screw and cylinder, abutment screw. Methods: 3 types of models were constructed ; the basic fixed partial denture in molar region with 3 units and 3 implants, the intermediate pontic fixed partial denture model with 3 units and 2 implants, and the extension pontic fixed partial denture model with 3 units and 2 implants. For all types, the external loading due to chewing was simulated by applying $45^{\circ}$ linguo-buccal loading of 300 N to the medial crown. For the simulation of the clamping force which clinically occurs due to the torque, thermal expansion was provided to the cylinder as a preload. Results: Under 300 N concentrated loading to the medial crown, the maximum contact stress between abutment screw and gold screw was 86.85~175.86MPa without preload, while the maximum contact stress on the same area was 25.59~57.84MPa with preload. Conclusion: The preloading affected the outcomes of the finite element stress analysis. Reflecting the clinical conditions, the preloading conditions should be considered for other practical study utilizing FEA. For the study of the contact stresses and related motions, various conditions, such as frictional coefficient changes, gap between contact surfaces, were also varied and analyzed.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.7
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pp.875-880
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2016
A new hybrid permanent magnet biased magnetic levitation actuator (maglev) is developed. This new maglev actuator is composed of two C-core electromagnetic cores separated with two permanent magnets. Compared to the conventional hybrid maglev actuators, the new actuator has unique flux paths such that bias flux paths are separated with control flux paths. The control flux paths have minimum reluctances only developed by air gaps, so the currents to produce control fluxes can be minimized. The gravity load can be compensated with the permanent magnet bias fluxes developed at off-centered air gap positions while external disturbances are controlled with control fluxes by currents. The consumed power to operate this levitation system can be minimized. 1-D magnetic circuit model is developed for this model such that the flux densities and magnetic forces are extensively analyzed. 3-D finite element model is also developed to analyze the performances of the maglev actuator.
Since Interior Permanent Magnet syncronous Motor has a structure whose magnet is inserted in the rotor, d, q inductance is differ and the motor products hybrid torque combined allignment term and reluctance term. Air gap flux density and d, q axis inductances of the Interior Permanent Magnet Synchronous Motor obtained by analytical method are compensated using Finite Element Method. For optimal design, the efficiency of the motor is taken as the objective function, and Genetic Algorithm finds the value of design parameters which maximize the objective function.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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