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.
본 논문은 Halbach 자석 배열을 사용하여 새로운 구조의 선형 능동자기 베어링 개발을 제시하고자 하였다. 선형 능동자기 베어링은 자석 간 발생하는 자중 보상 능력과 코일에 전류를 인가함으로서 발생하는 동적 힘을 이용하여 반도체 장비, 가공 장비 등 다양한 산업분야에서 적용되고 있다. 기존의 선형 능동자기 베어링은 크기에 비해 동적 힘이 낮은 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 기존 보다 높은 동적 힘을 발휘하는 선형 능동자기 베어링을 개발하기 위해 시뮬레이션을 통해 기존 구조를 분석하고 새로운 구조를 제안하였다. 제안된 새로운 구조의 선형 능동 자기베어링을 최적화하기 위해서 모델링 및 최적 설계를 수행하였다. Sequential Quadratic Programming을 사용하여 제안된 선형 능동자기 베어링의 기하학적 설계 변수에 대해 최적의 설계가 수행되었으며, 최적설계 된 선형 능동자기 베어링의 설계성능은 정적 힘 45.063 N, 로렌츠 힘 상수 19.543 N/A 로 기존보다 높은 동적 힘을 발휘하는 것이 확인되었다.
This paper presents the characteristics analysis and normal force minimization of a synchronous permanent magnet planar motor(SPMPM) with Halbach magnet way. Firstly, the flux density distribution is calculated by analytical method; then, the characteristics of this SPMPM are evaluated, some experiments have been done to verify the analysis propriety and to investigate the interaction among the characteristics; At last, the normal force is minimized by using genetic algorithm and it is decreased from 672.83[N] to 144.24[N] remarkably.
Brake system using eddy current is adequate to obtain safe braking force in high speed transportation system and electric vehicle etc. In this paper, we propose the new type eddy current braker using Halbach array. which compared with the conventional permanent magnet array. The airgap flux density of Halbach array is higher 25% then conventional array, therefor we can predict that braking force is much large 1.56 times then conventional array.
This paper treated the design, manufacture and the performance characteristics under each mode of high speed motor/generator for an electro-mechanical battery(EMB). This machine is employed as an integral part of a flywheel energy storage system(FESS), i.e., a modular flywheel system to be used as a device for storing electrical or mechanical energy. In this machine, the magnetic field system is constructed by using special magnet array, dipole Halbach array with 16 permanent magnet segments and the armature is composed of a plastic bobbin and multi-phase windings with Litz wire. The magnet array produces a highly uniform dipole field without back iron. The motor/generator is 3-phase machine in which the dipole Halbach array surrounding the winding is rotating. Since there are no iron laminations, this field system offers some unique advantages for the simplicity of the design and the theoretical prediction of characteristics of a high speed electric machine. This paper describes the results obtained when EMB system was tested in the laboratory.
Jang Seok-Myeong;Choi Jang-Young;Cho Han-Wook;Lee Sung-Ho
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제5B권2호
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pp.154-161
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2005
In the machine tool industry, direct drive linear motor technology is an interesting means to achieve high acceleration, and to increase reliability. This paper analyzes and compares the characteristics of a tubular linear motor with Halbach and radial magnet array, respectively. First, the governing equations are established analytically in terms of the magnetic vector potential and two dimensional cylindrical coordinate systems. Then, we derive magnetic field solutions due to the PMs and the currents. Motor thrust, flux linkage and back emf are also derived. The results are shown to be in good conformity with those obtained from the commonly used finite element method. Finally, control parameters are obtained from analytical solutions.
In this study, structural optimum design was applied to the girder of magnet over head crane. The optimization was carried out using ANSYS Code for the deadweight of girder, especially focused on the thickness of its upper, lower, side and reinforced plates. The weight could be reduced up to around 15% with constraints of its deformation, stress, natural frequency and buckling strength. The structural safety was also verified by the buckling analysis of its panel structure. It might be thought to be very useful to design the conventional structures for the weight save through the structural optimization. The objective function and restricted function were estimated by the orthogonal array, and the sensitivity analysis of design variable fur that was operated.
Rotary-type voice coil motors are widely used as actuators in hard disk drives. The recent trend toward higher density and smaller form factors in data storage devices requires performance improvement of the voice coil motor. In this study, we introduce a Halbach magnet array to the voice coil motor in order to increase the force generation. The Halbach magnetic circuit outperforms the conventional magnetic circuit due to the confined magnetic flux. To investigate the performance of the Halbach magnetic circuit, we analyze air gap flux density with the various shapes and thickness of the magnets using 3-dimensional finite element analysis. Consequently the optimum shape of the Halbach magnetic circuit is proposed. Simulations and experimental results proved effectiveness of the proposed magnet array in the voice coil motor for a commercial hard disk drive.
The lift and drag forces on various magnet moving with a velocity is developed above a closed loop coil. These forces are affect by resistance and inductance of circuit, velocity of magnet. To obtain strong magnetic flux density, the magnet is replaced by Halbach array. This paper presents analysis of force between linear motion Halbach array and a closed loop having the constant resistance and inductance as a various speed.
Klaus Halbach has suggested the novel permanent magnet array using advanced analytical approaches in 1979. We utilize this Halbach array to compose the field system of high speed motor-generator. The ferro-magnetic materials of the electric machines cause the fatal energy loses in high frequency. But Halbach array enables to make the various field distribution without ferro-magnetic materials. Therefore, the energy loses can be reduced. This paper presents the magnetic characterics of Halbach array and the application to the motor-generator.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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