Tomáš Mikolanda Ústav mechatroniky a mezioborových inženýrských studií,

1. Použitímagnetickýchmateriálůzevzácnýchzemin pro akumulacikinetickéenergie v mechatronickýchsystémech 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 • 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. Fs is inertial force, Fmis magnetic force, G is gravity and Ft is friction force 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)

7. Výsledky • 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. 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.

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

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

10. 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. Obr: Dynamický model. a) Celkový průběh v čase. b) Detail v počáteční fázi.

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. Použitímagnetickýchmateriálůzevzácnýchzemin pro akumulacikinetickéenergie v mechatronickýchsystémech Děkuji za Vaši pozornost..