Electronically controlled magnetic bearings offer two major advantages over conventional ball bearings: there is no mechanical wear, and the shaft position is under precision control. The former characteristic is useful in rotary systems, which require reliability under maintenance-free conditions. In this paper, we introdue development tendency and technology of magnetic bearing.
For magnetically suspended flywheel (MSFW) with gimballing capability, demerits of Lorentz force-type magnetic bearings and common reluctance force-type magnetic bearings are analyzed, a novel reluctance forcetype magnetic bearing (RFMB) including radial and axial magnetic bearing units with 4 separate biased permanent magnets and two conical stators is presented. By equivalent magnetic circuits' method, its magnetic properties are analyzed. To reduce the eddy loss, it was designed as radial poles with shoes and its rotor made of Iron-based amorphousness. Although the uniformity of magnetic flux density in the conical air gap determines mainly the additional tilting torque, the maximum additional tilting torques is 0.05Nm and the rotor tilting has no influence on its forces when the rotor tilts or the maximum changes does not exceed 14% when the rotor drifts and tilts simultaneously. The MSFW with this RFMB can meet the maneuvering requirement of spacecraft theoretically.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.399-403
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2002
Squeeze film dampers (SFDs) are designed and analyzed for radial superconducting bearings. The designed SFDs are mounted on the superconductors submerged in liquid nitrogen such that the dampers should supply additional damping to the relatively underdamped superconducting bearing support . Basic theory of SFD assembled with superconductors is introduced. Rotordynamic simulations are provided to support the feasibility of the superconducting bearings mounted on SFDs for a horizontal flywheel energy storage system.
One of the obstacles for a magnetic bearing to be used in the wide range of industrial applications is the failure modes associated with magnetic bearings, which we don't expect for conventional passive bearings. These failure modes include electric power outage, power amplifier faults, position sensor faults, and the malfunction of controllers. Fault-tolerant magnetic bearing systems have been proposed so that the system can operate in spite of some faults in the system. In this paper, we designed and implemented a fault-tolerant magnetic bearing system for a turbo-molecular vacuum pump. The system can cope with the actuator/amplifier faults as well as the faults in position sensors, which are the two major fault modes in a magnetic bearing system.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.7
no.4
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pp.28-33
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2006
Various precision engineering studies have attempted to remove mechanical friction, which causes the performance of a system to deteriorate, from precision positioning devices. Since the classical fluid lubrication method has some disadvantages in clean environments, attention has been focused on magnetic bearings and contact-free systems with their pollution-free characteristics. In this paper, f electromagnets are modeled and analyzed, not only for magnetic bearings but also for contact-free electromagnetic actuators. Three types of electromagnets that are appropriate for various applications were considered using magnetic circuitry theory. The results were experimentally validated.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.11
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pp.233-243
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1998
The demand of high speed machining is increasing due to the high speed cutting and grinding provides high efficiency of process, short process time, improved metal removal capacity and better surface finish. Active magnetic bearings allow much high surface speed than conventional ball bearings and therefore greatly suitable for high speed cutting or grinding. This paper describes a design process of an active magnetic bearing system for a high speed grinding spindle with power 5.5kW and maximum speed 60,000rpm. Magnetic actuators are designed by the magnetic circuit theory considering static load condition, and examined with FEM analysis. Dynamic characteristics are also considered, such as bandwidth, stiffness, natural frequency and static deflection. System characteristics are simulated with a rigid rotor model.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.04a
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pp.398-403
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2004
The demand of high speed machining is increasing because the high speed cutting providers high efficiency of process, short process time, improved metal removal capacity and better surface finish. Active magnetic bearings allow much high surface speed than conventional ball bearings and therefore greatly suitable for high speed cutting. The automatic control concept of magnetic bearing system provides ability of intelligent control of spindle system to increase accuracy and flexibility by means of adaptive vibration control. This paper describes a design and development of a milling spindle system which includes built-in motor with power 5.5㎾ and maximum speed 70,000rpm, HSK-32C tool holer and active magnetic bearing system. Magnetic actuators are designed for satisfying static load condition. The Performances of manufactured spindle system was examined for its static and dynamic stiffness, load capacity, and rotational accuracy. This spindle was run up to 70,000 rpm stably, which is 3.5 million DmN.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.3
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pp.83-92
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2008
This paper develops the theory for a fault-tolerant, permanent magnet biased, homopolar magnetic bearing. If some of the coils or power amplifiers suddenly fail, the remaining coil currents change via a novel distribution matrix such that the same magnetic forces are maintained before and after failure. Lagrange multiplier optimization with equality constraints is utilized to calculate the optimal distribution matrix that maximizes the load capacity of the failed bearing. Some numerical examples of distribution matrices are provided to illustrate the theory. Simulations show that very much the same dynamic responses (orbits or displacements) are maintained throughout failure events (up to any combination of 3 coils failed for the 6 pole magnetic bearing) while currents and fluxes change significantly. The overall load capacity of the bearing actuator is reduced as coils fail. The same magnetic forces are then preserved up to the load capacity of the failed.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.12
no.6
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pp.167-174
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2013
High speed rotor systems with magnetic bearings have been the subject of much research in recent years due to the potential for active vibration control. In this thesis, optimal design was conducted for an 8-pole heteropolar magnetic bearing used in the flexible rotor of a turbo blower. In connection with bearing stiffness, this optimal design process was conducted using a genetic algorithm(GA), which is based on natural selection and genetics. The maximum stiffness of the magnetic bearing-rotor was found by considering the critical speeds of the flexible rotor. As a result, the magnetic bearings were optimized to have maximum stiffness.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.12
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pp.1330-1337
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2004
In this study, the equations of motion of a rigid rotor supported by magnetic bearings are derived via Hamilton's principle, and transformed to a state-space form for control purpose. The optimal motion control of rotor magnetic bearing system based on the LQR(linear quadratic regulator) theory is addressed. New schemes related to the selection of the state weighting matrix Q and the control weighting matrix R involved in the quadratic functional to be minimized are proposed. And the robust control of the system with an LMI(linear matrix inequality) based H$_{\infty}$ theory is dealt with in this paper. Loop shapings of TFM (transfer function matrix) are used to increase the performance of control capability of the system. The control abilities of LQR and H$_{\infty}$ controller are compared by simulation and experimental tests and show that the capability of H$_{\infty}$ controller is superior to that of LQR.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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