Study of Permanent Magnet Bearings and their Stiffness

محورهای موضوعی : فصلنامه شبیه سازی و تحلیل تکنولوژی های نوین در مهندسی مکانیک

محمد اسماعیلی ادبی ¹ (مربی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شهرقدس، گروه فیزیک، تهران، ایران.)
شهربانو فرخنده ² (کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ایالتی اوهایو آمریکا.)
مجید رشیدی ³ (استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ایالتی اوهایو آمریکا)

تاریخ دریافت : 1394/07/07 تاریخ پذیرش : 1394/07/07 تاریخ انتشار : 1390/04/01

کلید واژه: Stiffness, Active magnetic bearing, Electrodynamic effects, Magnetic flux,

چکیده مقاله :

A typical passive magnetic bearing has been modeled and analyzed for its performance characteristics. The magnetic bearing studied in this work comprised of a Shaft, inner magnets sleeved over the shaft, and outer magnetic rings. A detailed analysis has been perform on the force exerted by a permanent magnet on the shaft nurture to restore the shaft to its equilibrium position when an eccentricity is induced between the magnet and the shaft . A relation between the force exerted and the displacement of the shaft from its equilibrium position has been developed hence determining a specific stiffness value.

چکیده انگلیسی:

در این مقاله در ابتدا یاتاقان مغناطیسی غیر فعال مورد تحلیل قرار گرفته و سپس مشخصه‌های عملکردی آن مطالعه شده‌است. یاتاقان مغناطیسی که در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت شامل محور، لایه داخلی مغناطیسی مستقر در اطراف محور و یک حلقه خارجی مغناطیسی است. بررسی جامعی درباره نیروی اعمال شده توسط مغناطیس دائمی یاتاقان که بر روی محور وارد می‌شود تا آن را به حالت توازن اولیه‌اش برگرداند، انجام گرفته است. رابطه بین نیروی اعمال شده و اندازه جابه‌جایی محور از حالت تعادل مطالعه شده است تا بتوان اندازه سفتی را تعیین کرد. مطالعه پارامتری برای پیش‌بینی تأثیرات خواصی مانند جنس مغناطیس، اندازه خارجی و ضخامت مغناطیس بر عملکرد یاتاقان مغناطیسی انجام گرفته است. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که تغییرات شعاعی قسمت چرخشی یعنی محور و مغناطیس داخلی حلقه، باعث ایجاد نیرویی می‌شود که تمایل دارد قسمت چرخشی را به موقعیت تعادل اولیه خود برگرداند. همچنین تغییرات جنس مواد مغناطیس، تأثیر بیشتری نسبت تغییرات شعاعی در مقدار مغناطیس دارد. وقتی شعاع محور بیشتر می‌شود، فنریت آن کمتر می‌شود. در ضخامت کمتر از مدل اصلی، دیده شد که فنریت یاتاقان مغناطیسی کاهش می‌یابد. به نظر می‌رسد که افزایش ضخامت حالت ارتجاعی یاتاقان را بهبود می‌بخشد. همچنین مشاهده شد که تعداد یاتاقان‌های چیده شده در کنار هم، باعث افزایش فنریت می‌شود. اما واقعیت این است که محدودیت‌هایی برای تعداد یاتاقان‌های چیده شده روی هم وجود دارد.

منابع و مأخذ:

[1] Wikipedia, Free encyclopedia, Earnshow^,s theorem, 1842.

[2] Backers F.T., A magnetic journal bearing, Phillips Tech. Rev., vol.22, 1961, pp.232- 238.

[3]Yonnet J.P., Permanent magnet bearings and couplings, IEEE Transactions on Magnetics, vol.17, No.1, 1981, pp. 1169-1173.

[4]Yonnet J.P., Lemarquand G., Hmmerlin S., and Olvierrulliere E., Stacked Structures Of Passive Magnetic Bearings, Jounnal  of Applied Physics, Vol.70, No.10, 1991, pp.6633-6635.

[5]Marinescu M., and Marinescu N., A New Improved Method for Computation of  Radial Stiffness in Permanent Magnet Bearings, IEEE Trans. Magn., Vol.30, No.5, 1994, pp.3491-3494.

[6]Paden B., Groom N., Antaki J.F., Design Formulas for Permanent- Magnet Bearings, Transactions of the ASME, Vol.125, 2003, pp.734-738.

[7]Meeker D., Radial Magnetic Bearing: Example, 1999.

[8]Siebert M., Passive Magnetic Bearing Development, 2002.

[9]Beach R.F., Aerospace Power and Electronics Simulation Workshop, Concurrent Engineering Design practice foe Aerospace Power, NASA, 2003.

[10]Dirusso E., Passive Magnetic Bearings With Ferrofluid Stabilization, Lewis Research Center, Cleveland, Ohio, 1996.

[11]Clark D.J., Clark M.J., and Montague G.T., Overview of Magnetic Bearing Technology for Gas Turbine Engines, 2004.

[12]AMSAT-P 3D Magnetic Bearing Momentum Wheel, International Symposium on small Satellites, France, 1996.