Przegląd konstrukcji przekładni magnetycznych

• Autorzy: Kołodziej Janusz , Kowol Marcin , Mynarek Piotr , Łukaniszyn Marian

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.01.51

Warianty tytułu

EN

The transformation of energy through the magnetic field

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Niniejsza praca opisuje szerokie spektrum zagadnień związanych z transformacją energii za pośrednictwem pola magnetycznego, a w szczególności prac dotyczących modelowania, optymalizacji konstrukcji i weryfikacji pomiarowej przekładni magnetycznych zbudowanych w Katedrze Automatyzacji Napędów i Robotyki Politechniki Opolskiej. We wstępie przedstawiono rys historyczny przekładni magnetycznych, zasadę działania oraz najważniejsze cechy tych przetworników. Znaczną część pracy poświęcono przedstawieniu stanu zagadnienia, opisując istniejące obecnie konstrukcje przekładni magnetycznych oraz ich klasyfikacje w odniesieniu do stosowanych powszechnie przekładni mechanicznych. W dalszej części pracy przedstawiono i omówiono istotne charakterystyki oraz parametry współosiowej przekładni magnetycznej, zaprezentowano prototyp, stanowisko badawcze, wyniki obliczeń i weryfikację pomiarową. Następnie przeanalizowano wpływ parametrów konstrukcyjnych przekładni pod kątem zwiększenia wartości momentu magnetycznego. Omówiono także modele dyskretne i fizyczne przekładni magnetycznych ze strumieniem radialnym i strumieniem osiowym, o przełożeniu całkowitym i ułamkowym. Opisano również zyskujące współcześnie na popularności hybrydowe przetworniki elektromagnetyczne z wbudowaną przekładnią magnetyczną.

EN

This work describes a wide spectrum of issues related to the transformation of energy through the magnetic field, in particular, the work on modeling, design optimization and measurement verification of magnetic gears built at the Department of Drive Automation and Robotics at the Opole University of Technology. The introduction presents a history of magnetic gears, the principle of operation and the most important features of these converters. A significant part of the work was devoted to the presentation of the state of the art, describing the currently existing designs of magnetic gears and their classifications in relation to the commonly used mechanical transmissions. In the further part of the work, the essential characteristics and parameters of the coaxial magnetic gear are presented and discussed, also the prototype, test stand, calculation results and measurement verification are presented. Then, the influence of the design parameters of the gears was analyzed in terms of increasing the value of the magnetic torque. Discrete and physical models of magnetic gears with radial flux and axial flux, with integer and fractional ratios, are also discussed. There are also described hybrid electromagnetic transducers with a built-in magnetic gear, which are becoming more and more popular nowadays.

Słowa kluczowe

PL

przekładnia magnetyczna; moment magnetyczny; metoda elementów skończonych; przełożenie całkowite; przełożenie ułamkowe; hybrydowy przetwornik elektromagnetyczny

EN

magnetic gear; finite element method; magnetic torque; fractional gear ratio; integer gear ratio; hybrid electromagnetic transducer

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 1
• Strony: 249--255
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kołodziej Janusz

• Politechnika Opolska, Instytut Układów Elektromechanicznych i Elektroniki Przemysłowej, ul. Prószkowska 76, 45-758 Opole

autor

Kowol Marcin

• Politechnika Opolska, Instytut Układów Elektromechanicznych i Elektroniki Przemysłowej, ul. Prószkowska 76, 45-758 Opole

autor

Mynarek Piotr

• Politechnika Opolska, Instytut Układów Elektromechanicznych i Elektroniki Przemysłowej, ul. Prószkowska 76, 45-758 Opole

autor

Łukaniszyn Marian

• Politechnika Opolska, Instytut Układów Elektromechanicznych i Elektroniki Przemysłowej, ul. Prószkowska 76, 45-758 Opole

Bibliografia

• [1] Armstrong C.G., Power transmitting device, US Patent No. 687 292, (1901)
• [2] Faus H.T., Magnet gearing, US Patent No. 2 243 555, (1941)
• [3] Martin T.B., Magnetic transmission, US Patent No. 3 378710,(1968)
• [4] Laing N., Magnetic transmission, US Patent No. 3 645 650, (1972)
• [5] Ackermann B., Magnetic drive arrangement, US Patent No. 5 994 809, (1999)
• [6] Jorgensen F.T., Design and construction of permanent magnetic gears, Aalborg Universitet, (2010)
• [7] Atallah K., Howe D., A novel high performance magnetic gear, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 37, (2001), No. 4, 2844-2846
• [8] Kowol M., Przetwarzanie energii mechanicznej we współosiowej przekładni magnetycznej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, (2021)
• [9] Kowol M., Łukaniszyn M., Budowa i zasada działania przekładni magnetycznej, Wybrane Zagadnienia Elektrotechniki i Elektroniki, WZEE, Ustroń, (2012) (Conf. CD – 25.pdf)
• [10] Kowol M., Kołodziej J., Łukaniszyn M., Analiza pola magnetycznego w przekładni magnetycznej, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, Nr 100/3 (2013), Komel, 163-168
• [11] Kowol M., Kołodziej J., Łukaniszyn M., Analiza pracy przekładni magnetycznej, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, Nr 104/4 (2014), Komel, 125-130
• [12] Kowol M., Kołodziej J., Łukaniszyn M., Badania symulacyjneprzekładni magnetycznej, Przegląd Elektrotechniczny, nr 1, (2016), 96−101
• [13] Kowol M., Kołodziej J., Łukaniszyn M., Wpływ wybranych parametrów konstrukcyjnych na pracę przekładni magnetycznej, Wybrane Zagadnienia Elektrotechniki i Elektroniki, WZEE, Kielce, (2015), 89-94
• [14] Kowol M., Kołodziej J., Łukaniszyn M., Optymalizacja pasywnej przekładni magnetycznej, Przegląd Elektrotechniczny, nr 2, (2017), 78−82
• [15] Kowol M., Kołodziej J., Łukaniszyn M., Gabor R.: Analiza własności dynamicznych współosiowej przekładni magnetycznej, Przegląd Elektrotechniczny, nr 4, (2019), 246 -249
• [16] Kowol M., Kołodziej J., Jagieła M., Łukaniszyn M.: Impact of modulator designs and materials on efficiency and losses in radial passive magnetic gear, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 34 , (2019), No. 1, 147-154
• [17] Kowol, M., Kołodziej, J., Gabor, R., Łukaniszyn, M., Jagieła, M., On-Load Characteristics of Local and Global Forces in Co-Axial Magnetic Gear with Reference to Additively Manufactured Parts of Modulator, Energies, Vol. 13, (2020)
• [18] Kołodziej J., Kowol M., Mynarek P., Gabor R., and Łukaniszyn M., Forces in Axial Flux Magnetic Gears with Integer and Fractional Gear Ratios, Energies, Vol. 14, (2021), No. 4, 855
• [19] Constantinides S., De Leon, J., Permanent Magnet Materials and Current Challenges, Arnold Magnetic Technologies (2011)
• [20] Gardner M. C., Johnson M., and Toliyat H. A., Comparison of surface permanent magnet axial and radial flux coaxial magnetic gears, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 33, (2018) No. 4, 2250–2259
• [21] Gerber S., Wang R.-J., Design and Evaluation of a Magnetically Geared PM Machine, IEEE Transactions onMagnetics, Vol. 51, (2015) Issue. 8
• [22] Wrobel, R., Mecrow, B. Additive Manufacturing in Construction of Electrical Machines – A Review, IEEE Workshop on Electrical Machines Design, Control and Diagnosis (WEMDCD), (2019) Athens, Greece, 15-22
• [23] Evans J. D., Zhu Z., Optimal torque matching of a magneticgear within a permanent magnet machine, in IEEE Int. Electric Machines Drives Conference (IEMDC) (2011), 995-1000
• [24] Rasmussen O. P., Frandsen V. T., Jensen K. K. and Jessen K., Experimental evaluation of a motor integrated permanent magnet gear, Proc. IEEE Energy Convers. Congr. Expo.,(2011) 3982 -3989
• [25] Venturini M., Leonardi F., High torque, low speed joint actuator based on PM brushless motor and magnetic gearing, in IEEE IAS Annual Meeting, (1993), 37−42
• [26] Zhu Z. Q., Overview of novel magnetically geared machines with partitioned stators, IET Electric Power Applications, Vol. 12, (2018), No. 5, 595−604
• [27] Niguchi N., Hirata K., Torque ripple analysis of a magnetic-geared motor, in Int. Conf. on Electr. Machines (ICEM), (2012) 789-794
• [28] Tlali P. M., Wang R., Gerber S., Magnetic gear technologies: a review, International Conference on Electrical Machines, (2014) 544-550

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).