Použití magnetických materiálů ze vzácných zemin pro akumulaci kinetické energie v mechatronických systémech Tomáš Mikolanda Ústav mechatroniky a mezioborových.

Prezentace na téma: "Použití magnetických materiálů ze vzácných zemin pro akumulaci kinetické energie v mechatronických systémech Tomáš Mikolanda Ústav mechatroniky a mezioborových."— Transkript prezentace:

1 Použití magnetických materiálů ze vzácných zemin pro akumulaci kinetické energie v mechatronických systémech Tomáš Mikolanda Ústav mechatroniky a mezioborových inženýrských studií, Oddělení elektrotechniky a elektroniky, Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií Technická univerzita v Liberci

2 Úvod a motivace Rostou požadavky na zvýšení produktivity – nejjednodušší cesta se jeví jako zvýšení rychlosti. Inovační proces – nejlepší inovací je nová metoda nebo netradiční řešení. Zvláštní problémy textilních strojů:  Vysoké rychlosti vedou k velkým dynamickým silám v úvratích stroje.  Inovace – nová metoda pro tlumení dynamických sil použitím permanentních magnetů. Zpětná vazba pro řídicí jednotku  Magnetické pole je zdrojem mechanické síly který záleží na poloze permanentních magnetů.  Magnetická indukce nebo síla mohou být použity pro měření vzdálenosti a použiti jako zpětná vazba pro řídicí jednotku.

3 Teorie Předpoklady:  Obeně diferenciální rovnice.  Ve statickém nebo kvazi-statickém případě postačí integrální rovnice. Magnetické pole permanentních magnetů lze spočítat dvěma způsoby:  Fyzikálním přístupem pomocí metody elementárních dipólů.  Inženýrským přístupem pomocí vázaných objemových a povrchových proudů. Je dokázáno, že výsledný efekt magnetického pole generovaného elementárními dipóly je ekvivalentní poli které dávají vázané objemové proudy tekoucí uvnitř média a vázané povrchové proudy tekoucí po povrchu média.

4 Experiment - měření Veškeré experimenty realizovány s prstencovými permanentními magnety, magnetizace 1,2 T, vnitřní průměr 25 mm, vnější průměr 70 mm, tloušťka 4 mm. Magnetické pole měřeno pomocí Hallových sond a s využitím automatizované aparatury.

5 Experiment - měření Síla měřena v systému páru tří permanentních magnetů za pomoci piezoelektrického senzoru síly, vzdálenost mezi magnety měřena pomocí LVDT senzoru.

6 Model Ring permanent magnet model. a) Cut along axial axis, b) cut perpendicular to axial axis (VT – guiding rod, m – mass, PM – movable magnet, SM – static magnet, T – centre of gravity) F s is inertial force, F m is magnetic force, G is gravity and F t is friction force Dynamický model systému  Měřena magnetická odpudivá síla  Ověření spolehlivosti použití Hallových senzorů pro měření vzdálenosti.  Dynamický test: Vrchní hmota padá dolů s nulovou počáteční rychlostí. Díky gravitační a magnetické síle bude těleso oscilovat kolem rovnovážné pozice. Tření způsobuje tlumené oscilace.

7 Výsledky Obr: Síly působící na magnety. a) Axiální sílav ideálním případě souběžných os. b) Radiální síla v případě nesouběžných ale vodorovných os. c) Působicí moment při úhlovém natočení. Nestacionární magnet je umístěn na nemagnetické vodicí tyči.  Mezi magnetem a vodicí tyčí je malá vzduchová mezera.  V ideálním případě souběžných os existuje pouze axiální síla, Obr. a).  V případě paralelních nesouběžných os působí na perm. magnet navíc radiální síla a tlačí magnet k vodicí tyči, obr. b).  Pokud jsou osy různoběžné přidá se navíc i působící moment který se snaží natočit magnet do pozice s minimální energií.

8 Výsledky Obr: Závislost magnetické indukce na vzdálenosti mezi magnety. a) Sonda ve vzdálenosti 6 mm od statického magnetu. b) Sonda ve vzdálenosti 30 mm. Magnetická indukce spočtená z modelu pro dva interagující permanentní magnety.  Úkol: Nalezení nejlepší pozice pro umístění Hallových senzorů pro měření vzdálenosti v praktické úloze.

9 Obr: Chování parazitních sil. a) Radiální síla. b) Moment. Výsledky Charakteristiky parazitních sil.  Předpoklady: odchylka od středové polohy o 0.3 mm, osy zůstávají paralelní.  Radiální síla je malá v porovnání s axiální silou a rychle klesá s rostoucí vzdáleností mezi magnety, obr a).

10 Obr: Dynamický model. a) Celkový průběh v čase. b) Detail v počáteční fázi. Výsledky Dynamický model - síly  Fázový posuv mezi rychlostí a odchylkou je téměř 90st.  Charakteristiky rychlosti a odchylky nejsou tlumené sinusovky.  Pro vzdalující se magnety se rychlost mění rychleji než při jejich přibližování.

11 Diskuse a závěr Možné další zlepšení  Měření: zlepšit přesnost Polohování senzorů Rozměry senzorů Přesnost – kalibrace  Model Nerovnoměrná magnetizace  Změna povrchových vázaných proudů na hranách.  Započítání objemových vázaných proudů na hranách.

12 Použití magnetických materiálů ze vzácných zemin pro akumulaci kinetické energie v mechatronických systémech Děkuji za Vaši pozornost..