Dynamic analysis of the tubular linear actuator with permanent magnets

• Autorzy: Just Krzysztof , Piskur Paweł , Żokowski Mariusz

Identyfikatory

DOI

10.2478/sjpna-2019-000

Warianty tytułu

PL

Analiza dynamiczna silnika liniowego tubowego z magnesami trwałymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper a results of a transient analysis of the linear actuator is presented. The linear actuator consist of the three cylindrical unmovable coils surrounded by a soft ferromagnetic case, a runner made from sequence of ferromagnetic and permanent magnet rings. The model of the linear actuator was implemented into two software: the Comsol Multiphysics and the Matlab-Simulink. Both envi-ronments are commonly used in simulation analysis, but the first one uses Finite Element Method (FEM) and the second one uses Ordinary Differential Equations (ODE). Moreover, the dynamic model was analysed in Matlab-Simulink software with value of electromagnetic phenomena implemented from Comsol Multiphysics. Comparison was made due to the time needed for calculation, accuracy of the simulation model as well as the as utility for further optimization process.

PL

W artykule przedstawiono model dynamicznysilnika liniowego tubowego z magnesami trwałymi na biegniku. Analizie poddano zmienne konstrukcyjne orazzmienne sterowania. Przedstawiono sposób modelowania silnika liniowego z wykorzystaniem metody elementów skończonych w pro-gramieComsol Multiphysics. Wyniki porównano z alternatywną metodą modelowania obiektów ynamicznych zaimplementowaną w środowisku Matlab-Simulink. W obu modelach symulacyjnychuwzględnione zostały nieliniowości pola magnetycznego oraz histereza namagnesowania ferroma-gnetycznych części silnika. Połączenie obu programów (Comsol Multiphysics i Matlab) umożliwiaanalizę parametrów silników liniowych bez potrzeby kosztownego budowania prototypów. Ponadtona podstawie przeprowadzonych analiz można stwierdzić, że model dynamiczny zaimplementowanyw Matlabie z uwzględnieniem nieliniowości pola magnetycznego otrzymanej z ComsolMultiphysicsjest dokładniejszy aniżeli model symulacyjny opracowany tylko metodą elementów skończonych. Wyniki obu metod porównano i zweryfikowano eksperymentalnie na opracowanym w tym celu stanowisku laboratoryjnym. Ocenie poddane zostały czasy symulacji pod kątem dalszej proceduryoptymalizacji konstrukcji i sterowania silnika liniowego.

Słowa kluczowe

EN

modelling electromagnetic linear actuator; permanent magnet linear motor; computer simulation

PL

modelowanie liniowych silników elektromagnetycznych; silniki liniowe tubowe z magnesami trwałymi; symulacja komputerowa

• Wydawca: Akademia Marynarki Wojennej im. Bohaterów Westerplatte
• Czasopismo: Scientific Journal of Polish Naval Academy
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 60 nr 1 (216)
• Strony: 5--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., fot.

Twórcy

autor

Just Krzysztof

• 1st Airlift Base (1BLTr), Żwirki i Wigury 1c Str., 00-909 Warsaw, Poland

autor

Piskur Paweł

• Polish Naval Academy, Faculty of Mechanicaland Electrical Engineering, Śmidowicza 69 Str., 81-127, Gdynia, Poland

autor

Żokowski Mariusz

• Air Force Institute of Technology, Division for Aircraft Composite Structures, Księcia Boleslawa 6 Str., 01-494 Warsaw

Bibliografia

• [1]Chojnacki D., FalkowskiK, HenzelM., The Analysis of Amplifier Module for Electric Drive, Inter-nationalSymposium on Electrodynamic and Mechatronic System, 2013, pp. 45–46.
• [2]Gieras J. F., Piech Z. J., Tomczuk B., Linear synchronous motors, CRC Press, Taylor & FrancisGroup, USA, 2011.
• [3]Gosiewski Z., Henzel M., Falkowski K., ŻokowskiM., Numerical and Experimental Testing of Bearingless Induction Motor, ‘Mechatronic Systems and Materials IV’, Series‘Solid State Phe-nomena’, 2013, Vol. 198, pp. 382–387, DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.198.382
• [4]Grzeczka G., SzymakP., Analysis of Using Fuel Cell Technology for Autonomous Underwater Vehicle Power Supply,Proceedings of the 11th Wseas International Conference on Automatic Control, Modelling and Simulation: Controlling, Modelling and Simulation,Electrical and Com-puter Engineering Series,2009, pp. 195–201.
• [5]Kondratiuk M., Gosiewski Z., Comparison of Simulated and Measured Signals of the Electromag-netic Coil Launcher for Micro Aerial Vehicles,International Symposium on Electrodynamic and Mechatronic System, 2013, pp. 57–58, DOI: 10.1109/SELM.2013.6562978.
• [6]Kondratiuk M., Gosiewski Z., Laboratory Stand of an Electromagnetic Multi-Coil Launcher for Micro Aerial Vehicles, ‘Mechatronic Systems and Materials IV’, Series‘Solid State Phenomena’, 2013, Vol.198, pp. 334–339, DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.198.334.
• [7]Ling Z., Ji J., Wang F., Bian F., Design and analysis of a field modulated magnetic screw for artifi-cial heart,‘AIP Advances’,2017, Vol. 7, Issue 5,DOI: 10.1063/1.4975699.
• [8]Piskur P., Tarnowski W. Just K., Model ofthe electromagnetic linear actuator for optimization pur-poses,23rd European Conference on Modelling and Simulation, 2009, pp. 708–713.
• [9]SzymakP., Morawski M., Malec M., Conception of Research on Bionic Underwater Vehicle with Undulating Propulsion, ‘Mechatronic Systems, Mechanics and Materials’, Series‘Solid State Phenomena’, 2012, Vol. 180, pp. 160–166, DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.180.160.
• [10]Tarnowski W., Krzyzynski T., Maciejewski I., Oleskiewicz R., Poly-optimization: a paradigm in engineering design in mechatronics, ‘Archive of Applied Mechanics’, 2011, Vol. 81, Issue 2, pp. 141–156.
• [11]Tomczuk B., Schröder G., Waindok A.,Finite element analysis of the magnetic field and electro-mechanical parameters calculation for a slotted permanent magnet tubular linear motor, ‘IEEE Trans. on Magnetics’, 2007, Vol. 43, No. 7, pp. 3229–3236.
• [12]Tomczuk B., Waindok A., Wpływ liczby faz na tętnienia siły magnetycznej w aktuatorze liniowym, ‘Zeszyty Problemowe —Maszyny Elektryczne’, 2009, No. 84, pp. 161–166 [Phase number in-fluence on the magnetic force ripplesin a linear actuator—available in Polish].
• [13]Waindok A., Tomczuk B., Reluctance network model of a permanent magnet tubular motor, ‘ActaMechanica et Automatica’, 2017, Vol. 11, Issue 3, pp. 194–198, DOI: 10.1515/ama-2017-0029.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).