The active magnetic bearing has many advantages - an active positioning, no contact and lubrication free motion - and is widely used in high precision motion stages. But, the conventional magnetic bearings composed of electromagnets only are power consuming due to their bias current and have the excessive heat generation, which can make the repeatability of the positioning system worse. To overcome this drawback, we developed a novel permanent magnet (PM) biased linear magnetic bearing for a high precision magnetically levitated stage. The permanent magnets provide a bias flux and generate a bias force, and the electromagnet increases or reduces a flux of the permanent magnets and gives a levitation force. This paper presents a theoretical magnetic circuit analysis, FEM analysis and experimental data from the 1-DOF tests, and compares the theoretical power consumption of the electromagnetic bearings and the PM biased linear magnetic bearings. The PM biased linear magnetic bearing presented in this paper gives better load capacity but lower power consumption than a conventional electromagnetic bearing and will be adopted in our 6-DOF high precision linear positioning maglev stage.
In this study, a room temperature AMRR (Active magnetic regenerative refrigerator) was fabricated, and experimentally investigated. Gadolinium (Gd) was selected as a magnetic refrigerant with Curie temperature of 293 K. Permanent magnet was utilized to magnetize and demagnetize the AMR. To produce large magnetic field above 1 T in the magnetic refrigeration space, a special arrangement of permanent magnets, so called Halbach array, is employed. Sixteen segments of the permanent magnets magnetized different direction, constitute a hollow cylindrical shaped permanent magnet. The AMR is reciprocated along the bore of the magnet array and produces cooling power. Helium is selected as the working fluid and a helium compressor is utilized to supply helium flow to the regenerator. The fabricated AMRR has different structure and compared to a convectional AMRR since it has an additional volume after the regenerator. Therefore, the cooling ability is generated not only by magnetocaloric effect of magnetic refrigerant but also by the pulse tube effect. It is verified that the cooling ability of AMR is increased due to the magnetocalric effect by the fact that the temperature span becomes $16^{\circ}C$ while the temperature span is only $8^{\circ}C$ when the magnetic field is not applied to the regenerator.
강자계 내에서 영구자석의 자화량은 변한다. 따라서 영구자석을 포함하는 자기 시스템의 정확한 해석을 위해서는 영구자석의 자화량의 변화를 고려해 주어야 한다. 그런데 영구자석의 자화량 은 히스테리시스 특성을 가지고 변하므로 단순한 수식으로 표현이 되지 않으므로 종래의 방법으로는 수치모사가 불가능하다. 본 논문에서는 Preisach 모델과 결합된 유한요소법으로 히스테리시스 특성을 갖는 영구자석의 자화량을 수치모사하였다. 보자력과 잔류자속밀도 값이 다른 두 자석을 서로 접근시 킬 때 작용하는 힘을 본 방법으로 계산한 값과 strain gauge type load cell로 측정한 값이 잘 일치 함을 보임으로써, 본 방법이 자화량의 변화가 발생되는 영구자석기기의 해석에 적합함을 보였다.
Eid, Ahmad M.;Kim, Sung-Jun;Lee, Hyun-Woo;Nakaoka, Mutsuo
대한전기학회:학술대회논문집
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대한전기학회 2005년도 추계학술대회 논문집 전기기기 및 에너지변환시스템부문
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pp.17-19
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2005
Variety of methods were discussed to reduce the cogging force in tubular permanent magnet type linear single phase AC generator. In paticular, the proposed methods depend on the variations of the permanent magnet construction. These methods Include two approaches in the form of sloped magnets, and conical magnets in addition to the conventional method of varying the magnet length. The undesired cogging force ripples were calculated by a two dimensional Finite Element Method(FEM). Moreover, the generated electromotive force in the stator coils was calculated fur each configuration of the permanent magnet. The experimental results agreed well with those obtained from the FEM-based simulations. Sufficient reduction in the cogging force was achieved over the range of 40% while the root mean square of the output voltage was maintained. It was found that the sloping the permanent magnet decreased the cogging force and at the same time increased the generated rms voltage of the AC generator. The performance of the designed linear AC generator was evaluated in terms of its efficiency, total weight, losses, and power to weight ratio.
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.
This paper investigated the effect of unevenly magnetized magnets to the cogging torque. First, through qualitative analysis of cogging torque, the generation of slot harmonic component is explained. Second, it is found that the slot harmonic can be suppressed by locating the magnets under specific condition even if the magnets are irregularly magnetized respect to each other. Finally, it is verified with the experimental result.
Since discovery, NdFeB permanent magnet has replaced application of the conventional magnets rapidly because of its superior physical and mechanical properties. With increasing consumption of power combined with energy resource depletion, energy efficiency is becoming more and more inportant. According to recent reports, almost almost half of the electric power is consumed by motor, and NdFeB magnets which are the core component of the motor play a key role on improving energy efficiency of the devices. In parallel with finding alternatives energy resources, research works improving energy efficiecy have been conducted world wide. Althogh NdFeB magnets usage have been expanded to various applications, key materials such as Nd and Dy, resouces lean heavily on specific area, China. Magnetic industry revently experienced skyrocketing price fluctuatioin of rare earth at around 2008. Chineses government's regulations worsened the situation and arose a necessity to develop methods to minimize rare earth use. In this presentation, POSCO's recent research works on rare earth reduction is presented including novel powder alloying method using nitrate precursors. Also, future R&D plans for rare earth free magnets is briefly introduced as well.
Conventional direct current (DC) rotating machines are usually used for crane and press machine using high torque in metal and steel industries, because of a constant output power along variable rotating speed. A general DC motor with permanent field magnets could not increase a magnetic flux density at a gap between armature coils and field magnets. However, a superconducting DC motor has field magnets composed with high temperature superconducting (HTS) coils and it could increase the magnetic flux density at the gap to over 10 times than those of a general DC motor by control the excitation current into HTS coils. The superconducting DC motor could be operated with extremely high torque and constant output power at a low rotational speed. In this paper, a 500 W superconducting DC rotating machine was conceptually designed with a LN2 (Liquid Nitrogen) cooling method and the operation characteristics results of HTS field magnets were presented. The two no-insulation HTS magnets for a 500 W superconducting DC rotating machine were fabricated. The excitation current for the HTS magnets could be controlled from 0 to 40 A. This test results will be available to design large-sized HTS magnets for a number of hundred kW class superconducting DC rotating machine under LN2 cooling system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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