A magnet gear composed of two layers of permanent magnets repeated circumferentially can transmit the power without mechanical contact. In the topology called by the magnet shutter gear known as the most competitive concept among the existing concepts, the number of pole-pairs on the high speed rotor corresponds to that of low speed rotor through electric steel set functioning as a magnetic modulator. The methodology is classified into radial type and axial type according to its magnetic path as in the motor. However, the magnetic modulator has multiple poles located separately. So, it is very complicated to assemble each module of the magnet gear mechanically and to sustain a mechanical stiffness of the modulator. The practical trouble can be solved partially through reconfiguring the modules. This paper deals with the novel magnetic shutter gear topology varying the magnetic path and its effectiveness is verified through real hardware implementation.
A novel topology for the magnet gear is proposed in this study. Differently from the existing methods, both sides of magnet array in this topology are used, resulting in increasing the efficiency of the mechanism. The closed magnetic path between the magnetic elements decreases the leakage flux, so the interlinking magnetic flux through the air-gap is focused and intensified. This paper discusses the dominant parameters of the proposed magnet gear influencing the resulting transmission torque. The parameters are designed from the sensitivity analysis using the commercial FEM analysis tool. And, the test setup for verifying the performance of the system is described.
헬리컬형으로 자화된 영구자석을 이용한 비접촉 마그넷 기어를 개발하기 위하여 3차원 FEM 해석 기법을 활용하였고 마그넷 기어의 자기적 특성 해석 및 설계 요소기술을 확보하였다. 마그넷 기어를 이용한 클린 반송 컨베이어 및 회전장치의 성능평가를 위하여 class 10의 클린부스 환경에서 시험운전을 거쳐, 이송 속도, 최대 허용 토크, 클린도, 최대 이송 중량, 헌팅 유무, 소음도 등을 측정한 결과 클린도 class 10의 공정까지도 대응이 가능한 것으로 확인되었다.
비접촉 영구자석 기어는 높은 효율과 신뢰성의 장점을 가지고 있다. 또한, 기계적인 마찰 손실이 없으며, 소음과 진동이 적고, 윤활유가 불필요 하다는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점으로 인하여, 비접촉 영구자석 기어는 기계적 기어의 물리적인 접촉에 의한 문제를 해결할 수 있어 높은 관심을 받고 있다. 비접촉 영구자석 기어는 기계적 기어를 대체하여 접촉 없이 토크 전달이 가능하지만 낮은 토크밀도의 문제점을 가지고 있어, 이에 대한 개선이 요구된다. 따라서 본 논문에서는 비접촉 영구자석 기어의 낮은 토크밀도의 문제점을 개선하고자 새로운 폴피스 형상을 제안하였다. 제안된 폴피스 형상에 대한 설계변수와 토크 및 토크 리플과 같은 반응변수들 간의 함수 관계를 파악하기 위하여 반응표면법을 이용하였으며, 박스-벤켄 설계를 이용하여 실험계획법을 수립하였다. 이들의 관계를 예측하기 위해 필요한 실험데이터는 수치해석기반 2-D 유한요소법을 이용하였다. 따라서 본 논문에서는 비접촉 영구자석 기어의 토크밀도 및 출력밀도 향상을 위하여 형상에 대한 전달토크 분석을 수행하였으며, 박스-벤켄 설계를 이용하여 제안된 폴피스 형상을 최적설계 하였다.
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 present paper relates to a development of the Gear Detection Sensor for automotive manual transmission. To detect air gap from control finger to detecting zone of sensor based on non-contacted method, permanent magnet and linear type Hall IC are mounted in this sensor. Control finger is machined to 3 step heights to detect 3 gear stages such as In-Gear, Normal and Rear. After conducting actual experimentation based on exclusive Jig and FEM, it is described to consider possibility for automotive application of Gear Detection Sensor.
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.
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 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.
Using a magnetic gear, the speed and torque of the driving axis can be decreased and increased, respectively, similar to a mechanical speed reducer. In particular, because the driving side can be isolated mechanically from the load side, the magnetic gear was developed for application with environmental constraints. Of the existing topologies used for the magnet gear, the filtering method of a specified magnetic component is the most competitive. In this paper, a novel unified harmonic modulator is applied to filter the specified component. The torque conversion method using this modulator is described in detail, and the key factors of the modulator are derived from the influence on the resulting torque. The experimental setup was constructed and its torque transmission efficiency measured for varying loads. The transient characteristic from an excessive load is compared with the theoretical simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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