This paper describes the dynamical behavior of the bicycle and its nonlinear effect when magnetic repulsive forces are applied to the bicycle cushion system. A finite-element method was used to obtain its reliabilities by comparing the experimental and numerical values and select the proper magnet sizes. The Equivalent spring stiffness values were evaluated in terms of both linear and nonlinear approximations, where the nonlinear effect was specifically investigated for the ride comfort. The corresponding equations of linear and nonlinear motion were derived for the numerical model with three degrees of freedom. Dynamic behaviors were observed when the bicycle ran over a curvilinear road in the form of a sinusoidal curve. The analysis in this paper for the observed nonlinearity of magnetic repulsive forces will be a useful guide to more accurately predict the cushion design for any vehicle system.
The hydrodynamic bearing is accepted in many rotating systems because it has a large load carrying capacity. But the anisotropic pressure distribution of the bearing can arise the unstable vibration phenomenon over a certain speed. The magnetic bearing is an active element so that the unstable phenomenon of the hydrodynamic bearing, which is induced by the anisotropic support pressure of the oil film, can be controlled if the control algorithm and the controller gains are chosen appropriately. In this study, we investigate the stabilization method of the hydrodynamic bearing system composing the hybrid bearing which is the single unit of hydrodynamic bearing and magnetic bearing. The load carrying conditions of the hybrid bearing is modelled by the sum of the stiffness and damping coefficients of the hydrodynamic and the magnetic bearings in each direction. The dynamics of the rotor is analyzed by the Finite Element Method and the stability limit is determined by the eigenvalues of the hybrid bearings and shaft system. The eigenvalue study of the system shows that the stability limit of the hybrid bearing is increased compared to that of the hydrodynamic bearing. A Small increment of the stiffness and damping coefficient of the hybrid bearings by the magnetic actuators can increase the stability limit of the system. In this paper we tried to show the design references of the hybrid bearings by using the nondimensional bearing parameters. The analysis results show the possibilities of the stability limit increment of the hydrodynamic bearing system by combining the magnetic bearing.
Toroidally-wound brushless direct-current (BLOC) machines are compact, highly efficient, and can work across a large magnetic gap. For these reasons, they have been used in pumps, flywheel energy storage systems and left ventricular assist devices among others. The common feature of these systems is a spinning rotor supported by a set of (either mechanical or magnetic) bearings. From the view point of dynamics, it is desirable to increase the first critical speed of the rotor so that it can run at a higher operating speed. The first critical speed of the rotor is determined by the radial stiffnesses of the bearings and the rotor mass. The motor also affects the first critical speed if the rotor is displaced from the rotating center. In this paper, we analytically derive the flux density distribution in a toroidally-wound BLOC machine and also derive the negative stiffness of the motor, based on the assumption that the rotor displacement perturbs the flux density distribution linearly. The estimated negative stiffness is validated by finite element analyses.
The purpose of superconducting magnetic bearing flywheel energy storage system(SMB-FESS) is to store unused nighttime electricity as kinetic energy and convert it to electricity during daytime. The SMB-FESS is proposed as an efficient energy storage system because there is no mechanical problems, such as friction and wear The flywheel over SMB is rotated at a high speed, 50,000rpm. The major source of energy loss in the SMB-FESS is vibration of flywheel. Therefore, the vibration characteristics of SMB-FESS should be identified. In this study, the axial/radial stiffness and damping coefficient of SMB are measured by a vibration test. Natural frequencies and natural modes of flywheel and magnet are analyzed by a finite element method. The modal analysis of system is performed using the modal parameters of each component and the measured stiffness/damping coefficient. So, natural at frequencies and mode shapes of the joined system can be obtained. According to critical speed analysis, the system has two rigid conical modes in the low speed range. Nevertheless, the system has not been affected by the critical speed in the main operating range.
This paper presents a hybrid rubber mount with magnet to isolate effectively the vibration in vehicle, forklift, and so on. The hybrid mount does not have any controller of the magnetic force. Dynamic stiffness of the mount is reduced by only magnetic suction according to the applied magnetic field and damping coefficient increased. Performance of conventional rubber mount with using electromagnet has been investigated by MTS Tester. The governing equation of the hybrid mount was derived and verified by comparison with experimental and theoretical results. The equation can be used practically and usefully in the design of the mount and analysis of the mounting system. The hybrid mount provides excellent performance in vibration isolation and its structure is very simpler than active with controller and a semi-active mount with a functional fluid. Furthermore, production cost of the mount using permanent magnets is very lower than that of the active mount with electromagnets. Therefore, commercial potential of the mount is very high.
Most of rotating machineries supported by contact bearing accompany lowering efficiency, vibration and wear. Moreover, because of vibration, which is occurred in rotating shaft, they have the limits of driving speed and precision. The rotor system has parametric variations or external disturbances such as mass unbalance variations in long operation. Therefore, it is necessary to research about magnetic bearing, which is able to support the shaft without mechanical contact and to control rotor vibration without being affected by external disturbances or parametric changes. Magnetic bearing system in the paper is composed of position sensor, digital controller, actuating amplifier and electromagnet. This paper applied the robust control method using quantitative feedback theory (QFT) to control the magnetic bearing. It also proposed design skill of optimal controller, in case the system has structured uncertainty, unstructured uncertainty and disturbance. Reduction of vibration is verified at critical rotating speed even external disturbance exists. Unbalance response, a serious problem in rotating machinery, is improved by magnetic bearing using QFT algorithm.
An experimental study is presented for the characteristics of the high temperature superconductor as an application of the repulsive type magnetic bearing. A ring shaped YBCO type superconductor and Neodium permanent magnets are employed for the experiment. For the case of field cooling, superconductor shows strong repulsive force, which is due to the Meissner effect, as the gap between the superconductor and the magnet gets closer. The repulsive force variation with respect to the gap change shows hysterisis characteristics. The area of the loop of the hysterisis curve represents the dissipation of energy, which reveals that the magnetic bearing with superconductor has large damping. The effect of the initial gap and the magnetic flux density on the repulsive force is analyzed experimentally and the static stiffness variation is calculated from the measured repulsive force variation. The relative sliding velocity between the superconductor and the magnet has little effect on the repulsive force which is quite different from the usual sliding element bearing. As the initial gap for the field cooling becomes larger, the maximum repulsive force at the minimum gap increases and approaches to the value for the case of zero field cooling.
본 연구는 자기유변 겔의 강성 및 댐핑 제어에 필수적으로 요구되는 자기장 제어를 위한 자기장 발생기의 설계를 제안한다. 자기유변 물질은 자기장의 세기에 따라서 동적 점 탄성 특성이 바뀌는 스마트 물질로 진동 흡수기, 자동차의 서스펜션과 같은 분야에 사용되기 위해 여러 방면으로 연구되고 있다. 자기유변 물질의 어플리케이션 적용을 위해 현재 사용되고 있는 자기장 발생기의 종류로는 전자석과 영구자석이 있으며, 대부분의 실제 산업에서는 주로 전자석을 이용하여 자기장을 발생 및 제어한다. 하지만 전자석은 발열문제 등 여러 단점으로 인해 장시간 사용에 적합하지 않으며, 영구자석의 경우 자기장 세기의 변화에 필요한 자기유변 물질과 영구자석 간의 거리 조절을 위해 여분의 공간이 요구되어 시스템 부피가 커지는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 자기 차폐 원리를 기반으로 한 자기장 발생기를 제안하여 기존의 전자석과 영구자석이 가지는 단점을 해결하고 장시간 사용 및 실제 산업에서 적용이 가능하도록 하고자 한다.
In this work, the dynamic characteristics of an oil-lubricated, short SFD with a central feeding groove are derived based on a theoretical analysis considering the effect of a groove. The validity of the analysis is investigated experimentally using an Active Magnetic Bearing (AMB) system as an exciter. For the theoretical solution, the fluid film forces of a grooved SFD are analytically derived so that the dynamic coefficients of a SFD are expressed in terms of its design parameters. (omitted)
This paper presents investigation of damping characteristics of squeeze mode type MR (Magneto-Rheological) mount experimentally. Since damping property of the MR fluid is changed by variation of the applied magnetic field strength, squeeze mode type MR mount proposed in the study has variable damping characteristics according to the applied magnetic field s strength. In the present work, the performance of the mount was experimentally investigated according to the magnetic field strength and exciting frequencies. The experimental results present that the MR mount can effectively reduce the vibration in a wide range of frequency by controlling the applied electromagnetic filed strength. Viscous damping and stiffness coefficients of the MR mount tend to be changed according to the variation of the applied currents in this study and MR effect is reduced by increasing exciting frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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