Modelado Analítico Híbrido de un Actuador Lineal Magnético Segmentado Denso en Fuerza con Modelado Paramétrico No Dimensional de los Efectos del Flujo Magnético
Autores: Gaur, Sagar; Tang, Yingjie; Franchek, Matthew A.; Grigoriadis, Karolos; Pickett, Jay
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelado Analítico Híbrido de un Actuador Lineal Magnético Segmentado Denso en Fuerza con Modelado Paramétrico No Dimensional de los Efectos del Flujo Magnético
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Imán
Segmentado
MLA
Efectos de flujo
Modelo analítico
Rendimiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Se desarrolla en este documento un nuevo modelo analítico híbrido avanzado bidimensional de un actuador lineal magnético segmentado (MLA) compuesto por imanes permanentes de superficie (PM). Este modelo se utiliza para predecir y evaluar el rendimiento del MLA segmentado con la corrección adecuada de los efectos del flujo magnético, validado mediante modelado computacional. En esta investigación se aplicó un diseño de MLA con segmentación no uniforme de PM para mejorar su rendimiento en comparación con el MLA magnetizado radialmente convencional y el MLA basado en el arreglo Halbach segmentado uniforme. Para la predicción de la fuerza de empuje del MLA, el modelo analítico publicado anteriormente no considera las pérdidas debidas a dos efectos del flujo magnético observados: (1) el efecto de borde magnético: la naturaleza decreciente del flujo magnético en el borde del MLA, y (2) el efecto de interacción magnética observado: los picos inconsistentes de las líneas de flujo magnético individuales, inferiores al pico de flujo total. En el modelo híbrido propuesto para el MLA segmentado, la distribución del campo magnético del eje se basa en un método de subdominio de teoría de potencial escalar y el campo magnético del anillo se basa en corrientes distribuidas en superficie equivalentes. Colectivamente, estos modelos se combinan con análisis de elementos finitos tridimensionales (FEA) para estimar la fuerza de empuje magnético. Se introduce un factor de corrección de polo basado en datos, basado en la base de datos computacional FEA del MLA tridimensional, para capturar las pérdidas asociadas con el flujo magnético, que no se consideran en el método de subdominio analítico. Finalmente, se propone una corrección de polo normalizada para generalizar el modelo a diferentes grados magnéticos, diferentes restricciones dimensionales y diferentes proporciones de imanes segmentados. El modelo desarrollado proporciona la base de diseño para la fabricación de MLAs segmentados optimizados en densidad de fuerza para la actuación rotativa a lineal, basado en la fuerza requerida para la aplicación sin necesidad de realizar análisis FEA después de cada iteración de diseño, reduciendo costos y tiempo requeridos para el diseño óptimo.
Descripción
Se desarrolla en este documento un nuevo modelo analítico híbrido avanzado bidimensional de un actuador lineal magnético segmentado (MLA) compuesto por imanes permanentes de superficie (PM). Este modelo se utiliza para predecir y evaluar el rendimiento del MLA segmentado con la corrección adecuada de los efectos del flujo magnético, validado mediante modelado computacional. En esta investigación se aplicó un diseño de MLA con segmentación no uniforme de PM para mejorar su rendimiento en comparación con el MLA magnetizado radialmente convencional y el MLA basado en el arreglo Halbach segmentado uniforme. Para la predicción de la fuerza de empuje del MLA, el modelo analítico publicado anteriormente no considera las pérdidas debidas a dos efectos del flujo magnético observados: (1) el efecto de borde magnético: la naturaleza decreciente del flujo magnético en el borde del MLA, y (2) el efecto de interacción magnética observado: los picos inconsistentes de las líneas de flujo magnético individuales, inferiores al pico de flujo total. En el modelo híbrido propuesto para el MLA segmentado, la distribución del campo magnético del eje se basa en un método de subdominio de teoría de potencial escalar y el campo magnético del anillo se basa en corrientes distribuidas en superficie equivalentes. Colectivamente, estos modelos se combinan con análisis de elementos finitos tridimensionales (FEA) para estimar la fuerza de empuje magnético. Se introduce un factor de corrección de polo basado en datos, basado en la base de datos computacional FEA del MLA tridimensional, para capturar las pérdidas asociadas con el flujo magnético, que no se consideran en el método de subdominio analítico. Finalmente, se propone una corrección de polo normalizada para generalizar el modelo a diferentes grados magnéticos, diferentes restricciones dimensionales y diferentes proporciones de imanes segmentados. El modelo desarrollado proporciona la base de diseño para la fabricación de MLAs segmentados optimizados en densidad de fuerza para la actuación rotativa a lineal, basado en la fuerza requerida para la aplicación sin necesidad de realizar análisis FEA después de cada iteración de diseño, reduciendo costos y tiempo requeridos para el diseño óptimo.