This paper focuses on the modeling and analysis a novel two-axis rotary normal-stress electromagnetic actuator with compact structure for fast steering mirror (FSM). The actuator has high force density similar to a solenoid, but its torque output is nearly a linear function of both its driving current and rotation angle, showing that the actuator is ideal for FSM. In addition, the actuator is designed with a new cross topology armature and no additional axial force is generated when the actuator works. With flux leakage being involved in the actuator modeling properly, an accurate analytical model of the actuator, which shows the actuator's linear characteristics, is obtained via the commonly used equivalent magnetic circuit method. Finally, numerical simulation is presented to validate the analytical actuator model. It is shown that the analytical results are in a good agreement with the simulation results.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.20
no.4
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pp.50-58
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1996
The torsional vibration of the propulsion shafting system equipped with viscous damper is investigated. The equivalent system is modeled by a two mass softening system with Duffing's oscillator and the vibratory motion is described by non-linear differential equations of second order. The damper casing is fixed at the front-end of crankshaft and the damper's inertia ring floats in viscous silicon fluid inside of the camper casing. The excitation frenquency is proportional to the rotational speed of engine. The steady state response of the equivalent system is analyzed by the computer and for this analyzing, the harmonic balance method is adopted as a non-linear vibration analysis technique. Frequency response curves are obtained for 1st order resonance only. Jump phenomena are explained. The discriminant for the solutions of the steady state response is derived. Both theoretical and measured results of the propulsion shafting system are compared with and evaluated. As a result of comparisions with both data, it was confirmed that Duffing's oscillator can be used in the modeling of the propulsion shafting system attached with viscous damper with non-linear stiffness.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.20
no.4
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pp.372-372
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1996
The torsional vibration of the propulsion shafting system equipped with viscous damper is investigated. The equivalent system is modeled by a two mass softening system with Duffing's oscillator and the vibratory motion is described by non-linear differential equations of second order. The damper casing is fixed at the front-end of crankshaft and the damper's inertia ring floats in viscous silicon fluid inside of the camper casing. The excitation frenquency is proportional to the rotational speed of engine. The steady state response of the equivalent system is analyzed by the computer and for this analyzing, the harmonic balance method is adopted as a non-linear vibration analysis technique. Frequency response curves are obtained for 1st order resonance only. Jump phenomena are explained. The discriminant for the solutions of the steady state response is derived. Both theoretical and measured results of the propulsion shafting system are compared with and evaluated. As a result of comparisions with both data, it was confirmed that Duffing's oscillator can be used in the modeling of the propulsion shafting system attached with viscous damper with non-linear stiffness.
This paper focuses on the design of a flux-biased rotary electromagnetic actuator with compact structure for fast steering mirror (FSM). The actuator has high force density and its torque output shows linear dependence on both excitation current and rotation angle. Benefiting from a new electromagnetic topology, no additional axial force is generated and an armature with small moment of inertia is achieved. To improve modeling accuracy, the actuator is modeled with flux leakage taken into account. In order to achieve an FSM with good performance, a design methodology is presented. The methodology aims to achieve a balance between torque output, torque density and required coil magnetomotive force. By using the design methodology, the actuator which will be used to drive our FSM is achieved. The finite element simulation results validate the design results, along with the concept design, magnetic analysis and torque output model.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.4
s.121
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pp.356-362
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2007
Magnetostrictive materials have been used for linear actuators due to its large strain, large force output with moderate frequency band in the presence of magnetic field. However their performance analysis is difficult because of nonlinear material behaviors in terms of coupled strain-magnetic field dependence, nonlinear permeability, pre-stress dependence and hysteresis. This paper presents a finite element analysis technique for magnetostrictive linear actuator. To deal with coupled problems and nonlinear behaviors, a simple finite element approach is proposed, which is based on separate magnetic field calculation and displacement simulation. The finite element formulation and an in-house program development are illustrated, and a simulation model is made for a magnetostrictive linear actuator. The fabrication and performance test of the linear actuator are explained, and the performance comparison with simulation result is shown. Since this approach is simple, it can be applied for analyzing magnetostrictive underwater projectors and ultrasonic transducers.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.649-654
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2003
This paper is focused on the research of the ultra precision linear motor by using piezo stack actuators. The development of linear motor which can be controlled nano or micro scale is necessary for the precision manufacturing. Self-moving-cell principle is used for the design of linear motor Self-moving-cell linear motor is consisted of three cell structures, and each cell has two shells and one piezo-stack actuator. Each cell can do clamping and moving by two shell structures. The shell structure deformation by piezo stack actuator can move the linear motor by losing the clamping between the shall and guideway. This paper presents the design, manufacturing and test of the motor.
In this work, superharmonic and subharmonic resonance of rotating stiffened FGM truncated conical shells exposed to harmonic excitation in a thermal environment is investigated. Utilizing classical shell theory considering Coriolis acceleration and the centrifugal force, the governing equations are extracted. Non-linear model is formulated employing the von Kármán non-linear relations. In this study, to model the stiffener effects the smeared stiffened technique is utilized. The non-linear partial differential equations are discretized into non-linear ordinary differential equations by applying Galerkin's method. The method of multiple scales is utilized to examine the non-linear superharmonic and subharmonic resonances behavior of the conical shells. In this regard, the effects of the rotating speed of the shell on the frequency response plot are investigated. Also, the effects of different semi-vertex angles, force amplitude, volume-fraction index, and temperature variations on the frequency-response graph are examined for different rotating speeds of the stiffened FGM truncated conical shells.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.6
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pp.437-443
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2014
Vibration testing is conducted for evaluate the fatigue resistance of responsible system over excitation situations and two kinds of vibration profiles, harmonic or random, are widely used in engineering fields. Harmonic excitation profile is adequate for the rotating machinery that is primarily exposed to the orderly excited force subjected for a rotating speed; Random profile is suitable for the non-stationary vibration input, that is a ground excitation for example. Recently, the sine on random(SOR) testing method was sometimes considered to represent the real excitation conditions since the measured response signals of a target system, expecially for moving mobility, shows usually a mixture of them. So, it is important to understand the accumulated fatigue damage over different excitation patterns, harmonic and/or random, to determine the efficient vibration profile of a target system. A uniaxial vibration testing with a notched simple beam was introduced to evaluate the fatigue damage for different excitation profiles and the best choice of vibration profile was concluded from those comparison of calculated fatigue damages.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.04a
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pp.340-345
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2014
Vibration testing is conducted for evaluate the fatigue resistance of responsible system over excitation situations and two kinds of vibration profiles, harmonic or random, are widely used in engineering fields. Harmonic excitation profile is adequate for the rotating machinery that is primarily exposed to the orderly excited force subjected for a rotating speed; Random profile is suitable for the non-stationary vibration input, that is a ground excitation for example. Recently, the sine on random (SOR) testing method was sometimes considered to represent the real excitation conditions since the measured response signals of a target system, expecially for moving mobility, shows usually a mixture of them. So, it is important to understand the accumulated fatigue damage over different excitation patterns, harmonic and/or random, to determine the efficient vibration profile of a target system. A uniaxial vibration testing with a notched simple beam was introduced to evaluate the fatigue damage for different excitation profiles and the best choice of vibration profile was concluded from those comparison of calculated fatigue damages.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.3
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pp.359-364
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2013
In order to use a linear vibration motor for the actuator of a haptic interface, the motor must provide a higher reaction rate and longer service life than typical rotational motors with an eccentric mass. In this paper, we propose a linear vibration motor that is equipped with a voice-coil actuator and permanent-magnet springs. To concentrate the magnetic flux in the actuator, a Halbach-style magnetization pattern is used. Permanent-magnet springs replace mechanical springs to help increase the service life. We use the method of equivalent current sheets and the method of images to analyze and model the proposed vibration motor. These methods are validated using finite element analyses and experiments. A prototype motor is designed and fabricated. Tests with the prototype show the feasibility of the proposed linear vibration motor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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