Cálculo de torque y respuesta dinámica en engranajes magnéticos coaxiales de arreglo Halbach a través de un novedoso modelo analítico 2D
Autores: Tzouganakis, Panteleimon; Gakos, Vasilios; Kalligeros, Christos; Papalexis, Christos; Tsolakis, Antonios; Spitas, Vasilios
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Cálculo de torque y respuesta dinámica en engranajes magnéticos coaxiales de arreglo Halbach a través de un novedoso modelo analítico 2D
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Engranajes magnéticos
Beneficios
Densidad de par
Arreglo Halbach
Deslizamiento
Ondulación de par
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 40
Citaciones: Sin citaciones
Los engranajes magnéticos coaxiales han despertado el interés de los investigadores debido a sus numerosos beneficios sobre los engranajes mecánicos. Estos incluyen reducción de ruido y vibración, mayor eficiencia, menores costos de mantenimiento y mejor capacidad de retroceso. Sin embargo, su adopción en la industria ha sido limitada por inconvenientes como menor densidad de par y deslizamiento a niveles de alto par. Este trabajo presenta un modelo analítico en 2D para calcular el potencial magnético en engranajes magnéticos coaxiales de arreglo Halbach para cada ángulo de rotación, configuración de geometría y especificaciones de imanes. Este modelo calcula los torques inducidos y la ondulación de par en ambos rotores utilizando el Tensor de Esfuerzos de Maxwell. Los resultados fueron confirmados a través de Análisis de Elementos Finitos (FEA). A diferencia de FEA, este modelo analítico produce directamente valores armónicos, lo que conduce a tiempos de cálculo más rápidos al evitar cálculos de par en cada paso de tiempo. En un estudio de caso, se comparó un engranaje magnético coaxial estándar con uno con un arreglo Halbach, revelando una mejora del 14.3% en la densidad de par y una reducción menor en los armónicos que causan ondulación de par. Además, se realizó un estudio de caso para examinar el deslizamiento en ambos engranajes estándar y de arreglo Halbach durante operaciones transitorias. El engranaje magnético coaxial de arreglo Halbach demostró un 13.5% menos de error de transmisión que su contraparte estándar.
Descripción
Los engranajes magnéticos coaxiales han despertado el interés de los investigadores debido a sus numerosos beneficios sobre los engranajes mecánicos. Estos incluyen reducción de ruido y vibración, mayor eficiencia, menores costos de mantenimiento y mejor capacidad de retroceso. Sin embargo, su adopción en la industria ha sido limitada por inconvenientes como menor densidad de par y deslizamiento a niveles de alto par. Este trabajo presenta un modelo analítico en 2D para calcular el potencial magnético en engranajes magnéticos coaxiales de arreglo Halbach para cada ángulo de rotación, configuración de geometría y especificaciones de imanes. Este modelo calcula los torques inducidos y la ondulación de par en ambos rotores utilizando el Tensor de Esfuerzos de Maxwell. Los resultados fueron confirmados a través de Análisis de Elementos Finitos (FEA). A diferencia de FEA, este modelo analítico produce directamente valores armónicos, lo que conduce a tiempos de cálculo más rápidos al evitar cálculos de par en cada paso de tiempo. En un estudio de caso, se comparó un engranaje magnético coaxial estándar con uno con un arreglo Halbach, revelando una mejora del 14.3% en la densidad de par y una reducción menor en los armónicos que causan ondulación de par. Además, se realizó un estudio de caso para examinar el deslizamiento en ambos engranajes estándar y de arreglo Halbach durante operaciones transitorias. El engranaje magnético coaxial de arreglo Halbach demostró un 13.5% menos de error de transmisión que su contraparte estándar.