Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.12
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pp.119-126
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2004
Permanent magnetic gears are magneto-mechanical devices that are widely used to replace the ordinary mechanical gear and to transmit torque without the mechanical contact. This study investigates the characteristics of touch free permanent magnetic gear according to the employing systems. The effect of the magnetic torque is analyzed by using 3 dimensional Finite Element Method (FEM). To estimate the transmission torque of FEM model, the numerical results are compared with the experimental results. The influences of geometry size, magnet number on transmission torque are obtained. As results of this paper, it is confirmed that the transmission torque behavior is associated with the configuration of the magnet numbers and the air gap between the two permanent magnetic gears.
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.
Park, Eui-Jong;Kim, Sung-Jin;Jung, Sang-Yong;Kim, Yong-Jae
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.6
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pp.911-915
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2017
Recently, there has been an increasing interest in the non-contact power transmission method of magnetic gears. Since there is no mechanical contact, noise caused by friction can be reduced, and even if a sudden large force is applied, the impact of the gear is close to zero. Further, since the power is transmitted by the magnetic flux, it has high reliability. However, there is a problem that a loss due to a magnetic field due to use of a magnetic flux. The loss caused by the magnetic field of the magnetic gear is a joule loss called eddy current loss. In addition, the eddy current loss in the magnetic gear largely occurs in the permanent magnet, but it is a fatal loss to the permanent magnet which is vulnerable to heat. Particularly, magnetic gears requiring high torque density use NdFeB series permanent magnets, and this permanent magnets have a characteristic in which the magnetic force decreases as temperature increases. Therefore, in this paper, the eddy current loss of the permanent magnet according to the permanent magnet attaching method is analyzed in order to reduce the eddy current loss of the permanent magnet. We have proposed a structure that can reduce the eddy current loss through the analysis and show the effect of reducing the loss of the proposed structure.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.68
no.1
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pp.36-43
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2019
In this paper, the characteristics of the coaxial magnetic gear according to the shape of the same gear ratio are analyzed using the two - dimensional finite element analysis. The rotor shape is SMCMG, CPCMG and RCMG. After this we analyzed the characteristics according to three shapes. Also, the amount of permanent magnet used in each shape was compared. Next, characteristics analysis of the magnetic gear according to the shape at the same torque was performed. And the total weight and efficiency of the magnetic gears were compared and verified.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.4
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pp.545-551
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2015
This paper deals with torque analysis of magnetic spur gear with radial magnetized permanent magnets based on analytical method. The analysis is implemented in three parts: First, on the basis of magnetic vector potential and a two-dimensional (2D) polar-coordinate system, the magnetic field solution due to permanent magnet of source gear are obtained. And by using derived magnetic field solutions, the analytical solutions for external magnetic field distribution which affects load gear are obtained. Second, by using coordinate conversion, external magnetic field which is on the primary coordinate system is converted to the secondary coordinate system. Finally, the load gear is reduced to equivalent current densities, and the torque is computed on these currents in the external field of the source magnet. These analytical results are validated by comparing with the 2-D finite element analysis (FEA).
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 Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.19
no.1
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pp.77-84
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2024
This paper introduces a study on an electromagnet magnetic gear designed for gear ratio conversion. In comparison to magnetic gears using permanent magnets, this electromagnet magnetic gear exhibits lower torque density, highlighting the need for torque density improvement. To address this, the research focuses on enhancing torque density by examining the consistent orientation of each rotor's magnetization during gear ratio conversion and attaching permanent magnets accordingly. However, an issue arises due to the uneven magnetic flux density caused by the non-uniform attachment of permanent magnets, leading to an increase in torque ripple. Therefore, building upon previous studies aimed at reducing torque ripple in electromagnet magnetic gears, this research explores the optimal methods, such as pole piece bridges and fillet configurations, to mitigate torque ripple even during gear ratio conversion.
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.
The coaxial magnetic gear with the flux concentrating structure is known that it has the torque performance advantage over the coaxial magnetic gear having surface mounted permanent magnet, thanks to the flux focusing effect. But, if the solid cores are used in the modulating pieces and rotor cores to consider the mechanical reliability and cost reduction, the operating torque of the flux concentrating coaxial magnetic gear can be significantly diminished because the iron losses at the solid cores affect the actual transmitted torque. Furthermore, the modulating pieces and rotor cores have different characteristics of the iron losses from one another, because the space harmonic components of the magnetic flux density, which cause the iron losses, are different. Thus, in this paper, we focused on the analysis of the characteristics of the space harmonic components of the magnetic flux density and resultant eddy current losses in the surface mounted PM and flux concentrating coaxial magnetic gears, when these coaxial magnetic gears have the solid cores at the modulating pieces and rotor cores. The characteristics of pull-out torque (static torque), operating torque (dynamic torque), and efficiency are also researched, and compared by the 3D finite element analysis (FEA) and experiment.
This paper deals with torque analysis of magnetic cycloid gear with radial magnetized permanent magnets based on analytical method. These analytical results are validated by comparing with the 2D finite element analysis (FEA).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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