Solenoid type magnetic actuator is the device, which could translate the electromagnetic energy to mechanical force. The force generated by magnetic flux, could be calculated by Maxwell stress tensor method. Maxwell stress tensor method is influenced by the magnetic flux path. Thus, magnetic force could be improved by modification of the iron case, which is the route of the magnetic flux. Modified design is obtained by parameter optimization using by Response surface methodology.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.49
no.4
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pp.226-232
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2000
In magnetic systems, distribution of electromagnetic force density causes mechanical deformation, which results in noise and vibration. In this paper, Korteweg-Helmholtzs energy method and equivalent magnetic charge method are employed for comparison of their resulting distributions of force density. The force density from the Korteweg-Helmholtzs method is expresses with two Maxwell stresses on the inside and the outside fo magnetic material respectively. The other is calculated using the magnetic Coulombs law. In the numerical model of an electromagnet, their numerical results are compared. The distributions by the two methods are almost the same. And their total forces are also shown to be the same to the one calculated from the conventional Maxwell stress tensor. But the magnetic charge method is easier and more efficient in numerical calculation.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.11B
no.4
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pp.137-145
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2001
The magnetic force calculation methods, the Maxwell's stress tensor method, virtual work method, and nodal force method, are reviewed and the equivalence of them are theoretically proved. The methods are applied to the magnetic force calculation of 2D linear and nonlinear problems, and 3D nonlinear problem. As the results, the convergence of the methods as the number of elements increases, accuracy of the methods, and integral path dependence of the methods are discussed. Finally some recommendations on the usage of the methods, including the determination of the integral path, are given.
Park, Byung Su;Kim, Hwi Dae;Choi, Hong Soon;Park, Il Han
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.10
no.3
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pp.1349-1355
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2015
It is difficult to calculate the magnetic force of an object of magnetic material in contact with other objects using the existing methods, such as Maxwell stress tensor method, magnetic charge method, or magnetizing current method. These methods are applicable for force computation only when the object is surrounded by air. The virtual air-gap concept has been proposed for calculating the contact force. However, its application is limited to magneto-static system. In this paper, we present the virtual air-gap concept for contact surface force in the eddy-current system. Its validity and usefulness are shown by comparison between numerical and experimental examples.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.8
no.3
s.22
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pp.18-23
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2005
Ships have been propelled and maneuvered by electrical drives since trle late seventies. Recently, rare earth PMs allow the design of brushless motors with very high efficiency over a wide speed range. This is the most important factor in ship propulsion technology. Several types PM motors have been developing for ship propulsion system. However these have disadvantage such as cogging torque. It causes an undesired effect that contributes to output ripple, vibration, and noise of machine. Therefore several techniques may be adopted in designing PM motor in order to reduce the cogging torque. This paper describes cogging torque receding methods such as adjusting arigap length, magnet arc, and magnet thickness. That are analysed by using the finite element method(FEM) and the maxwell stress tensor method.
Electric machines such as motors which have rmving parts are designed for producing mechanical force or torque. The accurate calculations of electromagnetic force and torque are important in the design these machines. Electromagnetic force calculation method using the results of Finite Element Method(FEM) has been presented variously in 2-D problems. Typically the Maxwell's Stress Tensor method and the method of virtual work are used. The former calculates forces by integrating the surface force densities which can be expressed in terms of Maxwell Stress Tensor(MST), and the latter by differentiating the electromagnetic energy with respect to the virtual dis¬placement of rigid bodies of interest. In the problems including current source, magnetic vector potentials(MVP) have rmstly been used as unknown variables for field analysis by a numerical method; e. g. FEM. This paper, thus, introduces the two both methods using MVP in 3-D case. To verify the usefulness of presented methods, a solenoid model is chosen and analyzed by 3-D and axisymmetric FEM. It is found that the force calculation results are in good agreement for several mesh schemes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.7
s.178
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pp.1795-1800
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2000
One of the principal sources of vibration and noise in permanent magnetic machines is cogging torque, which is induced by interaction between the rotor poles and the stator teeth. For its analysis, using finite element analysis is very time consuming and the calculation of performance factors is extremely sensitive to the discretization. Especially, Maxwell stress tensor method is sensitive to the location of integral path. In this paper, a cogging permeance fuction is defined and replaced by the straight line. And it is assumed that the flux density acting on the stator's tooth side is the euqal to the flux density of the slot area. Using this definition and assumption, analytical calculation of cogging torque is presented and validated. And several reduction method is introduced.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.9
no.2
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pp.112-118
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2004
Recently, development of rare earth permanent magnet with the high remanence, high coercivity allows the design of brushless motors with very high efficiency over a wide speed range. Cogging torque is produced in a permanent magnet by magnetic attraction between the rotor mounted permanent magnet and the stator teeth. It is an undesired effect that contributes to output ripple, vibration, and noise of machine. This cogging torque can be reduced by variation of magnet arc length, airgap length, magnet thickness, shifting the magnetic pole and varying the radial shoe depth and etc. In this paper, some airgap length and magnet arc that reduce cogging torque are found by finite element method(FEM) and Maxwell stress tensor method. The SPM(Surface Permanent Magnet) type of high-power Brushless DC (BLDC) motor is optimized as a sample model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.5
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pp.425-433
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2015
In this paper, we have numerically investigated two-dimensional dielectrophoretic (DEP) motions of a single particle suspended freely in a viscous fluid, interacting with a nearby nonconducting planar wall, under an externally applied uniform direct-current electric field. Particularly, we solve the Maxwell equation with a large sharp jump in the electric conductivity at the particle-fluid interface and then integrate the Maxwell stress tensor to compute the DEP force on the particle. Results show that, under an electric field parallel to the wall, one particle is always repelled to move far away from the wall and the motion depends strongly on the particle-wall spacing and the particle conductivity. The motion strength vanishes when the particle is as conductive as the fluid and increases as the conductivity deviates further from that of the fluid.
Optical tweezers are a tool that can use a tightly focused laser beam to trap and manipulate micron-sized dielectric particles that are immersed in a medium with lower refractive index. In this paper, the calculation of the trapping force of optical tweezers is presented. A nonparaxial Gaussian beam is used to represent a tightly focused Gaussian beam, and the FDTD (Finite-Difference Time-Domain) method is used for computing the electromagnetic field distributions in the dielectric medium. Scattered-field formulation is used for analytical expression of the incident fields. Using the electromagnetic field distribution from FDTD simulation, the trapping force is calculated based on Maxwell's stress tensor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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