Design And Implementation Of A Double-sided Coreless Linear Motor

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2015Lineer motor teknolojisi 1840’lara dayanmaktadır. Bilinen ilk model bir İngiliz mühendis olan Charles Wheatstone tarafından yapılmıştır, ancak bu model çok kullanışlı ve uygulanabilir olarak hatırlanmamaktadır. Elverişli ilk model, bir Alman mühendis olan Alfred Zehden tarafından 1905’te tasarlanmıştır. Bu model trenlerde ve asansörlerde kullanılmıştır. Uygulamalar daha da geliştirilerek en ileri şekliyle 1935’te Herman Kemper tarafından tasarlanmıştır. Yine de herşeye rağmen lineer motorun gelişimine en çok katkıda bulunan ve mucidi olarak tanınan kişi aynı zamanda Imperial College London profösörlerinden biri olan Eric Laithwaite’dir. Günümüzde elektrik motorlarından beklentiler oldukça fazladır. Bunlardan bazıları hafiflik, kontrol edilebilirlik, doğrudan tahrik, yüksek kuvvet/moment ağırlık oranı ve düşük bakım maliyeti olarak sıralanabilir. Bu saydığımız beklentiler, lineer motorlara olan ilgiyi son zamanlarda fazlasyla arttırmıştır. Lineer motorlar üzerine yapılan çalışmalar asenkron lineer motorlarla başlamış olsa da, lineer fırçasız doğru akım makinaları kontrol edilebilirliklerin çok daha kolay olması nedeniyle asenkron motorlarlara olan bu ilgiyi ikinci plana atmayı başarmıştır. Lineer motorlar en basit yapılarıyla, dönel bir motorun yarıçapı boyunca kesilip lineer hale getirilmiş durumu olarak tanımlanabilir. Lineer motorda momentden söz edilmez ve bu büyüklük yerini kuvvete bırakır. Lineer motorlar uzunlukları boyunca kuvvet üretirler. Kısa zamanda yüksek kuvvet değerlerine çıkabilmektedirler. Aktarma elemanlarının olmaması ve yapıları gereği bunlara ihtiyaç dahi olmaması döner hareketi lineer harekete çevirirken kaybedilen enerjiyi ortadan kaldırmaktadır. Dolayısıyla motor sürücüleri için daha hassas kontrol sağlamaktadır. Sanayide çeşitli alanlarda kullanılabilirler. Başlıca uygulama alanmaları, CNC tezgahları, robotik ve otomasyon uygulamaları, füze konumlama sistemleri, gen dizimi, konveyör sistemleri, vinç sistemleri ve manyetik levitasyon olarak sıralanabilir. Lineer motor üzerine yapılan çalışmala çoğunlukla Almanya ve Japonya’da yer almaktadır. Lineer motorların bugünkü en ileri teknolojisi, Japonya‘da bir manyetik levitasyon uygulaması olan Maglev trenlerinde kullanılmaktadır. Bu tren son zamanlarda ulaştığı 600km/sa hız değeriyle dünya rekorunu kırmıştır. Geçmiş uygulamalara bakıldığında, 10 yıl öncesinde bile lineer motorlar yük altında doğrusal olarak sadece 5m/sn gibi bir hızla hareket edebiliyorlardı. Bu düşünüldüğünde Japonya’daki uygulamalar lineer motor teknolojisinde devrim yaratmıştır denilebilir. Böylece pek kullanılmamakta olan lineer motor teknolojisi yeniden dünyanın ilgisini çekmeye başlamıştır. Lineer motorlar artık günümüzde basit yapıları ve düşük maliyetleri nedeniyle endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak güç faktörü ve veriminin çok yüksek olmaması bir dez avantaj olarak karşımıza çıkmaktadır. Günümüzde lineer motor teknolojisinden beklentiler eskiye göre çok daha ileri düzeydedir. Lineer motor uygulamalarından en dikkat çekenleri gen dizimi, tıp elektroniği ve roket konumlandırma olarak listenebilir. Bu nedenle özellikle hassas konumlandırma, lineer motor teknolojisinde her geçen gün çok daha fazla önem kazanmaktadır. Hassas konumlandırma özellikle belli durumlarda fazlasıyla dikkat edilmesi gereken bir husustur. Özellikle çok yüksek ve çok düşük hız durumu, hızlı ivmelenme ve hızlı yatışma süresi söz konusu olduğunda ön plana çıkar ve verimliliği arttır. Bu durum düzgün hareket ve aşırı hassas ayar gerektiren mekanik ve konumlama elemanlarının başlıca araştırma konusudur. Tüm bu araştırmalar esasında motorun değişken yüke ve uygulanan kontrol sinyaline çabuk cevap verebilmesini amaçlamaktadır. Lineer motorun çalışma ilkesi Lorentz ve Faraday yasasına dayanır. Lorentz kuvvet yasası içinden akım geçirilen bir iletkenin, akıma dik olarak endüklenmiş bir manyetik alana yerleştirilmesi sonucunda bu iletkene bir kuvvet etkiyeceği ve bu kuvvetin iletkeni hareket ettirmeye çalışacağını söylemektedir. Bunun yanında bu kuvvetin iletkendeki sarım sayısı, sargı akımı ve üretilen akı ile doğru orantılı olduğu bilinmektedir. Faraday yasası ise manyetik alan içerisinde bulunan bir iletken, bu alan içerisinde belirli bir hızla haraket ettirilirse bu iletken üzerinde bir gerilim endüklendiğini söyler. Bu fikirlerden yola çıkılarak var, tez çalışmasında yeni bir lineer motor tasarlanıp üretilmiştir. Çalışmanın amacı çift yanlı, hava çekirdekli yüksek konum hassasiyetine sahip lineer bir motor tasarlamaktır. Uygulama alanları robotik ve otomasyon uygulamaları olarak belirlenmiş ve motor jenerik olarak tasarlanmıştır. Motorun yapısı gereği tasarım amacına ulaşmaktadır. Hava çekirdekli yapı düzgün harekete olanak vermektedir. Bunun nedeni hareketli parça üzerinde fazladan manyetik yük bulunmaması ve bu yükün stator sırt demiri ile manyetik etkileşime girememesidir. Bu durum daha hassas kontrol olanağı sağlar. Çift yanlı yapı motorun çok yüksek ve çok düşük hızlarda çalışmasını ve daha hızlı ivmelenmesini sağlar. Bu durum ise tamamen çift yanlı yapının daha homojen bir alan dağılımı oluşturmasından kaynaklanır. Tasarlanan motorun problemi ısı ve kapladığı alan olarak belirlenmiştir. Motorun önemli üç ana bölümü bulunmaktadır, bunlar; mıknatıslar, sargılar ve stator sırt demiri olarak listelenmiştir. Lineer motorda 22 kutup çifti ve 6 sargı bulunmaktadır. Tasarım ANSYS-Maxwell programında gerçekleştirilmiş, yapılan çalışmalardan sonra sonuçlar tasarıma gönderilmiştir. Çalışmanın amacı çift taraflı hava çekirdekli ve yüksek konum hassasiyetine sahip bir lineer motor tasarlamaktır. Malzeme seçimi ANSYS-Maxwell kütüphanesinden gerçekte var olan malzemelere uygun olacak biçimde yapılmıştır. Malzemeler bakır, Steel_1010 ve NdFe35 olarak seçilmiştir. Samaryum kobalt gibi NdFeB mıknatısı da nadir toprak mıknatısları arasında yer almaktadır. Bu mıknatıslar genel olarak demir, bor ve neodyum alaşımından oluşur ve kimyasal formülü Nd2Fe14B olarak yazılır. Bu tip mıknatısların koersif kuvvetleri yüksek olup tıpkı ferrit mıknatıslar gibi enine mıknatıslanmaya uygundurlar. Sargılar alüminyum yerine bakır olarak seçilmiştir. Bakırın en iyi iletken olması bu kararda önemli rol oynamıştır. Tez çalışması yüksek hassasiyette bir lineer motor tasarlamak olup, bu uygulamanın endüstride bir çok alanda kullanılmasından dolayı iç parçalar ve bağlantı parçalarının jenerik olarak üretilmesine karar verilmiştir. Toplam motor ağırlığı 10.5 kg’dır. Hafif olması nedeniyle birçok yerde kullanılabilir ve taşıma kolaylığı sayesinde istenilen yere monte edilebilir. Elektriksel tasarımı motorun manyetik analizleri ve kontrol devresinin tasarlanması oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında sadece motorun elektrik, manyetik tasarımı ve üretimi anlatılmaktadır. Öncelikle motorun mekanik hesapları yapılmış ve bu hesplara dayanılarak motorun üç boyutlu çizimi gerçekleştirilmiştir. Üç boyutlu çizimden sonra analitik ve sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak iki boyutlu elektromanyetik hesaplarla motor tasarıma hazırlanmıştır. Bunu takiben motor üretimi gerçekleştirilmiş ve motor testlerine başlanmıştır. Motor tesleri ile sonlu elemanlar analizi arasında büyük tutarlılık görülmüştür. Tezin sonunda sonuçlar ve gelecekteki çalışmalar bölümüne yer verilmiş ve bu konudaki düşünceler belirtilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemiyle motor tasarlandıktan sonra ilk olarak kuvvet hesabı el hesabı ile tekrar kontrol edilmiş ve analiz sonucu doğrulanmıştır. Ortaya çıkan ufak fark nümerik olup hata sınırları içerisinde kalmıştır. Sürücü devresi bir PWM devresi olup Maxwell Circuit Editor programında tasarlanmıştır. Motor tasarımını etkileyen faktörler giriş gerilimi, çıkış gücü ve anma hızı olarak bulunmuştur. Gerekli güç için en iyi tasarımı elde etmek doğru malzeme seçimi ve sargı optimizasyonu ile olmaktadır. Elektrik makinaları elektromekanik enerji dönüşümü yapan aygıtlardır. Elektrik enerjisi verilip mekanik enerji alınıyorsa buna motor çalışma, mekanik enerji verilip elektrik enerjisi alınıyorsa da buna jeneratör çalışma denmektedir. Elektrik makinaları iki ana başlık altında incelenebilir. Bunlar doğru akım ve alternatif akım makinaları olarak adlandırılabilir. Alternatif akım makinelerinin çalışma prensibi alternatif akımın sargılardan geçmesi ve hava aralığında döner alan oluşturması prensibine dayanır. Alternatif akım makinalarının alt dallarına bakılacak olursa senkron ve asenkron makinaları karşımıza çıkar. Senkron makinalar altında ise fırçasız doğru akım makinası bulunur. Doğru akım makinalarında ise manyetik alan doğrudan oluşur. Doğru akım makinaları komutasyon ve homopolar olarak iki ana gruba ayrılır. Komutasyon ile çalışan motorlardan biri de sabit mıknatıslı makinadır.Yani sabit mıknatıslı makinalar doğru veya alternatif akımla çalışabilir. Sabit mıknatıslı doğru akım makinaları adında doğru akım bulundursa da aslında alternatif akım makinaları altında yer almaktadırlar. Tasarlanan lineer motor fırçasız doğru akım makinası özelliklerini taşımaktadır. Endüklenen gerilimi ise sabit mıknatıslı senkron makinaya benzer. Bunun yanında lineer motorların tasarımlarına ilişkin özel sınıflandırmaları da bulunmaktadır. Örneğin, fırça tipine göre fırçalı ya da fırçasız lineer motorlar; stator şekline göre tüp şeklinde, çift yanlı ya da yassı lineer motorlar; çekirdek tipine göre ise demir çekirdekli, hava çekirdekli ve slotsu lineer motorlar olarak sıralanabilir. Tasarlanan lineer motor her grubun bir özelliğine sahip olmak üzere fırçasız, çift yanlı ve hava çekirdekli olarak bu listede yerini alır. Tasarlanan lineer motor sargıları üzerinde önemli optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Sonuçta üretilen motordaki tasarımda 4 mıknatısın karşısında 3 sargı olacak şekilde bir düzenleme yapılmış ve bunun diğer çalışmalarla kıyaslandığında en yüksek kuvvet değerini oluşturduğu görülmüştür. Motor tasarımının her aşaması sırasında bir bilgisayar programından yararlanılmıştır. Analizler sonlu elemanlar yöntemiyle yapılmıştır ve sargılar bu yöntemle yapılan analizler sonucunda optimize edilmiştir. Yapılan tetkiklerden sonra, motor üretimi ve montajı gerçekleştirilmiştir.The history of linear motor technology can be traced back to the 1840s. The first model made by Charles Wheatstone was inefficient and impractical. The first feasible linear motor was created by a German engineer called Alfred Zehden in 1905 to drive trains and lifts. A more fundamental model was later developed by Herman Kemper in 1935. The best example of usage of linear motors today are in Maglev trains in Japan. Less than a decade ago, linear motors were only able to move 5 meters per second with straightness, load capacity and stiffness. This is a positive sign that linear motor technology is growing rapidly and is the focus of a great amount of research and development. Linear motors are widely used in the industry as they have a simple structure and their cost to produce is becoming much lower. However, linear motors have low power factor and low efficiency. Modern linear motor applications demand greater performance. The key demands of a linear motor are high acceleration, long life, low maintanence, few moving parts and precise positioning. Some of the applications include, DNA sequencing, health operations, rocket positioning etc. Therefore, precision of linear motors is becoming significantly more important. From ideas above, the study involves to produce a brand new linear motor. It has 22 pole pairs and 6 coils, designed in a FEM tool (ANSYS-Maxwell 2015®) and has since been into production. This purpose of the thesis is to demonstrate and explain the design of a high precision double-sided coreless linear motor. Materials simiar to the existing ones are chosen from ANSYS-Maxwell library. The materials are consisting of copper, NdFe35 and Steel_1010. Like Samarium Cobalt, NdFeB (Nd2Fe14B) is termed as rare earth magnet. These magnets have high coercive force and can be magnetized widthwise like a ferrite magnet. Copper windings are typically chosen over aluminum windings, even though aluminum is cheaper, copper is a better conductive material. As the application is having high precision that is applicable to many industrial areas that are listed above, it is a lot easier to design and produce the linear motor as a generic motor. The total motor weighs approximately 10.5 kg. This will be the perfect motor that can be mobile and be implemented anywhere needed. First, the electromagnetic design of the motor is performed. After the FE analysis is done using ANSYS-Maxwell software, the force value is verified by a hand calculation. The results between the two calculations are slightly different due to moving field that needs to be taken into account. Secondly, mechanical data set is examined for the motor design. Then, the CAD drawing of the motor is given followed by analytical verification of the design and electromagnetic analysis. The production and the tests of the electric motor that is designed is explained and finally the conclusion and future investigations are discussed. The drive circuit is a PWM circuit designed in ANSYS Maxwell Circuit Editor. The features that effect motor design are input voltage, output force and rated speed. To maintain the best electric design for the required force, choosing the proper materials and optimizing the coils are essential. An electrical machine is an electromechanical device that converts energy. When one investigates, when the input is electrical energy and the output is mechanical energy it works as an electrical motor. However, if the input is mechanical energy and the output is electrical energy electrical machine works as an electrical generator. Electrical machines can be divided into two different types which are listed as Alternative Current (AC) and Direct Current (DC) electrical machines. In an AC machine, alternative current flows into the coil and creates a rotating magnetic field in the airgap. In DC machines magnetic field is created straightly. Permanent magnet brushless DC motors are named DC but thinking of their working principle they can be considered in AC machine types. The designed linear motor can be thought like a BLDC machine. For the linear motor a special design is produced and laboratory tests are made. According to this special design, three coils would face four magnets. The design of the motor is made by computer aided software. After designing the linear motor, electromagnetic FEM analyses are made. The coils are optimized after making several analyses by using the finite element software. When the verification of the design is obtained, production is made as well as motor assembly. There are three hall sensors exist on the original motor. The hall sensors that are currently exist on the motor are ignored for the FEM design. An approximation is made for the FEM design for these hall sensors. In the thesis, hall sensors will not be discussed under the chapter of electromagnetic simulation.Yüksek LisansM.Sc

Disc-geometry reluctance motors

Imperial Users onl

Superconducting and conventional electromagnetic launch system for civil aircraft assisted take-off

This paper compares three possible linear motor topologies for an electromagnetic launch system to assist civil aircraft take-off. Assisted launch of civil aircraft has the potential of reducing the required runway length, reducing noise and emissions near airports and improving overall aircraft efficiency through reducing engine thrust requirements. A comparison is made of practical designs of a linear induction motor, a linear permanent magnet synchronous motor and a superconducting linear synchronous motor to propel the A320-200 aircraft. The machine design requirements are established considering aerodynamic and engine performance and allow the aircraft to safely complete the take-off procedure. Analytical design of conventional synchronous and asynchronous linear motor will be compared with finite element analysis. A superconducting synchronous motor design is also considered, accounting for full system losses including the cryocooler power requirement and the mechanical & design constraints necessary for the cooler and the superconducting coil

Superconducting and conventional electromagnetic launch system for civil aircraft assisted take-off

This paper compares three possible linear motor topologies for an electromagnetic launch system to assist civil aircraft take-off. Assisted launch of civil aircraft has the potential of reducing the required runway length, reducing noise and emissions near airports and improving overall aircraft efficiency through reducing engine thrust requirements. A comparison is made of practical designs of a linear induction motor, a linear permanent magnet synchronous motor and a superconducting linear synchronous motor to propel the A320-200 aircraft. The machine design requirements are established considering aerodynamic and engine performance and allow the aircraft to safely complete the take-off procedure. Analytical design of conventional synchronous and asynchronous linear motor will be compared with finite element analysis. A superconducting synchronous motor design is also considered, accounting for full system losses including the cryocooler power requirement and the mechanical & design constraints necessary for the cooler and the superconducting coil

Design and implementation of a linear motor for multi-car elevators

The multicar elevator system (MCE) is a revolutionary new technology for highrise buildings, promising outstanding economic benefits, but also requiring new technology for propulsion, safety, and control. In this thesis, new components for linear motor–driven multi-car elevators have been analysed and experimented successfully. It is shown that linear motors with optimized design and a new presented safety and control system can be considered as core components of a new generation elevator systems. The obtained results concern the development of a safety system integrated into the propulsion system, the design of a linear motor optimized for the multi-car elevator task, and the motion control system that is expected to be usable for extra high-rise buildings

Design and Application of Electrical Machines

Electrical machines are one of the most important components of the industrial world. They are at the heart of the new industrial revolution, brought forth by the development of electromobility and renewable energy systems. Electric motors must meet the most stringent requirements of reliability, availability, and high efficiency in order, among other things, to match the useful lifetime of power electronics in complex system applications and compete in the market under ever-increasing pressure to deliver the highest performance criteria. Today, thanks to the application of highly efficient numerical algorithms running on high-performance computers, it is possible to design electric machines and very complex drive systems faster and at a lower cost. At the same time, progress in the field of material science and technology enables the development of increasingly complex motor designs and topologies. The purpose of this Special Issue is to contribute to this development of electric machines. The publication of this collection of scientific articles, dedicated to the topic of electric machine design and application, contributes to the dissemination of the above information among professionals dealing with electrical machines

Linear Permanent Magnet Vernier Generators for Wave Energy Applications: Analysis, Challenges, and Opportunities

© 2022 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).Harvesting energy from waves as a substantial resource of renewable energy has attracted much attention in recent years. Linear permanent magnet vernier generators (LPMVGs) have been widely adopted in wave energy applications to extract clean energy from oceans. Linear PM vernier machines perform based on the magnetic gearing effect, allowing them to offer high power/force density at low speeds. The outstanding feature of providing high power capability makes linear vernier generators more advantageous compared to linear PM synchronous counterparts used in wave energy conversion systems. Nevertheless, they inherently suffer from a poor power factor arising from their considerable leakage flux. Various structures and methods have been introduced to enhance their performance and improve their low power factor. In this work, a comparative study of different structures, distinguishable concepts, and operation principles of linear PM vernier machines is presented. Furthermore, recent advancements and innovative improvements have been investigated. They are categorized and evaluated to provide a comprehensive insight into the exploitation of linear vernier generators in wave energy extracting systems. Finally, some significant structures of linear PM vernier generators are modeled using two-dimensional finite element analysis (2D-FEA) to compare their electromagnetic characteristics and survey their performance.Peer reviewe

Magnetic Guidance for Linear Drives

Linear drives provide many new attractive solutions for the material transportation and processing in the manufacturing industry. With no mechanical transmission elements, they enable high dynamics and rigidity as well as low installation- and low maintenance-costs. That performance can give the linear motor system a better precision, a higher acceleration and a higher speed of the moving part. Therefore, the material transportation and processing using linear motors is studied and applied increasingly in manufacturing industry. For these applications, the linear motor is typically with stationary long primary and a short moving secondary. As the secondary part is passive, no energy transmission is required between the moving and stationary part, avoiding the use of brushes or inductive transmission. The motor type best suited for the mentioned applications is the synchronous one with permanent magnets, because of its higher efficiency, compactness, but most important because it allows a higher air-gap. In the usual approach, the linear motor is only used for thrust force production. The guidance is usually implemented by a mechanical assembly. The guidance constrains the movement to the longitudinal displacement, fixing the lateral and vertical displacement: yaw, roll and pitch. To achieve the necessary precision of the movement, accurate mechanical guidance is required. Such the mechanical assembly can be complex and source of high friction. In this dissertation, a research of an active guiding system is presented. The purpose of this research is finding out a solution for the material transportation and processing applications. The target is a linear drive system, which can reduce the complicated mechanical structure. In additions, the passive vehicle is also necessary. The result of the research is PM-synchronous linear motors with long and double-sided primaries. In the system, the lateral displacement and the yaw angle are controlled while a simple wheel-rail system fixes the vertical displacement. This combination of the magnetic and mechanical guidance offers a good trade-off among the complexity of the control, actuators and mechanics, when considering industrial applications. To allow multiple vehicles traveling simultaneously and independently on the guide-way (each vehicle is controlled by an individual part of the guide-way), the double side primary is separated into segments. With that structure, flexible-operating methods can be implemented. That is very useful in process-integrated material handling where different speeds of material carriers in each processing station are necessary. Another advantage of segmented structure is the energy saving. The power is supplied only to the segment or the two consecutive segments in which the vehicle runs over. In one segment, each side of the primary is supplied by its own inverter, allowing the necessary degree of freedom to control the lateral position and the yaw angle in addition to the thrust control. In order to make the vehicle completely passive, a capacitive sensor is proposed and implemented to measure the lateral position and the yaw angle. The sensor has active parts installed on the guide-way and passive parts on the vehicle. The mathematical analysis and the finite element method (FEM) are used to analysis the proposed system. With the analysed results, the control for the system is investigated in detail. Hardware and software for the experimental system is developed and implemented. The analysed results and the experimental results validate the proposed system. That gives a new solution for the material transportation and processing application using linear synchronous motors

Development of high force dense linear generators for wave energy converters

PhD ThesisThe main concern of this thesis is the development of force dense linear generators for a Direct Drive Wave Energy Converter. Linear machines for direct drive power take-off systems are required to deliver very high force in order to harness the significant amount of power from the low velocity oscillation of an ocean wave. Therefore, the linear Vernier Hybrid Machine is investigated for its simple design structure and high force density at low speed, due primarily to the inherent magnetic gearing. Attention is focused on improving the performance of the existing linear Vernier Hybrid Machine and developing new variant topologies with higher force density. An improved E-core stator design, optimised permanent magnet dimensions and new segmented translator structure have been proposed which improve the machine performance in terms of mass and magnet utilisation. The implementation of a pole shifting method is shown to provide a significant reduction in the cogging force. Two cylindrical variants with three-dimensional flux paths are also developed from the improved E-core Vernier Hybrid Machine, which further improves the force with similar magnet mass and current density. Furthermore, a new combination of Halbach magnets arrays and Consequent Pole topology are employed in the flat E-core structure, known later as Halbach Consequent Pole Vernier Hybrid Machine, which significantly improves the flux density by reducing the inherent pole-to-pole leakage and thus further improve the force density and power factor of the machine. A cylindrical variant of the flat Halbach Consequent Pole topology has been designed and analysed to prove the performance improvement of the cylindrical versions compared to the flat. The flat Halbach Consequent Pole and two small scale cylindrical variants of the E-core Vernier Hybrid Machines have been built and tested in the laboratory. The flat prototype is built from laminated steel and both the cylindrical machines are made of Soft Magnetic Composites to allow the three-dimensional flux path. All the experimental results are shown to provide good agreement with the static and dynamic generator performance predictions. Finally, this thesis compares the performance of three flat and three cylindrical Vernier Hybrid Machine topologies for various axial lengths and air-gap diameters and investigate the feasibility of using them for a wave energy devic

Dynamic suspension modeling of an eddy-current device : an application to Maglev

When a magnetic source is simultaneously oscillated and translationally moved above a linear conductive passive guideway such as aluminum, eddy-currents are induced that give rise to a time-varying opposing field in the air-gap. This time-varying opposing field interacts with the source field, creating simultaneously suspension, propulsion or braking and lateral forces that are required for a Maglev system. The 2-D analytic based transient eddy-current force and power loss equations are derived for the case when an arbitrary magnetic source is moving and oscillating above a conductive guideway. These general equations for force and power loss are derived using a spatial Fourier transform and temporal Laplace transform technique. The derived equations are capable of accounting for step changes in the input parameters, in addition to arbitrary continuous changes in the input conditions. The equations have been validated for both step changes as well as continuous changes in the input conditions using a 2-D transient finite-element model. The dynamics of an EDW Maglev is investigated by using both steady-state and transient eddy-current models. The analytic equations for the self as well as mutual damping and stiffness coefficients of an EDW Maglev are derived using the 2-D analytic steady-state eddy-current force equations. It is shown that the steady-state eddy-current model in which the heave velocity is included in the formulation can accurately predict the dynamic behavior of a 2-degree of freedom EDW Maglev vehicle. The 2-D EDW Maglev vehicle has been built using Matlab/SimMechanics™. A 1-degree of freedom pendulum setup of an EDW Maglev has been built in order to investigate the dynamics of an EDW Maglev. The dynamic model of an EDW Maglev has been validated using this pendulum setup. A multi-degree of freedom Maglev vehicle prototype has been constructed using four EDWs. The dynamics of the prototype Maglev has been investigated using the Matlab simulations. This prototype setup will be used to investigate the dynamic behavior of EDW Maglev in the future