Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Utvärdering av en Magnetic Harmonic Traction Drive
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2008 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Evaluation of a Magnetic Harmonic Traction Drive (English)
Abstract [en]

In this report a new gear concept is evaluated using the magnetic finite element method (FEM)

software MagNet and Ansys as well as the mechanical FEM software Abaqus. The gear concept

is evaluated in terms of maximum torque capability, torsional stiffness, gear ratio and efficiency.

ABB Corporate Research has proposed a new gear concept which should be less expensive than

gearboxes used today. The new concept is called a

Magnetic Harmonic Traction Drive and uses

the principles of a harmonic drive gear to achieve a high reduction ratio. The gear concept

replaces the wave generator used in traditional harmonic drives with magnets and uses traction

instead of gear teeth to transfer the torque. The main components in the gearbox are the magnets,

the flexspline, the magnetic portion and the circular spline. The goal of the gearbox is a

maximum torque capability of 5 Nm, a torsional stiffness of 2000 Nm/rad, a gear ratio of 100, an

efficiency of 50 % and a maximum diameter of 100 mm.

A model of the gear concept is built in the magnetic FEM simulations software MagNet to

evaluate the choice of magnets used in the gearbox as well as the dimensions of the magnetic

portion. The results from MagNet show that a magnitude of 120 N can be expected from the

magnets used in the gear concept and the force distribution. The losses caused by hysteresis and

eddy currents are calculated to be bigger then ideal ingoing effect, giving an efficiency lower

then 50 %. The magnetic finite element software Ansys is used to validate the results from

MagNet, a comparison between the two programs shows some correspondence when comparing

the total force but poor correspondence when comparing the force distribution.

The FEM software Abaqus is used to simulate the mechanical behaviour of the gear concept. A

model is built up using the flexspline and the circular spline. The total force and the force

distribution from the MagNet simulations are applied to the model to represent the magnets in

the gearbox. The model predicts a torque capability of 1.5 Nm for the gear concept, a torsional

stiffness of over 2000 Nm/rad and an expected gear ratio of around 80.

The results from the simulations are used to give recommendations to the construction work of

the gear concept. Recommendations are given for which type of magnets should be used, their

shape and size and of which material they should be made. Suggestions for appropriate materials

and dimensions for both the flexspline and the circular spline are given, as well as

recommendations of possible future work for the gearbox.

Abstract [sv]

I denna rapport utreds ett nytt växelkoncept med hjälp av magnetiska simuleringar baserade på

finita element metoden (FEM) med programmen MagNet och Ansys samt mekaniska FEMsimuleringar

med programmet Abaqus. Växelkonceptet utreds med avseende på maximalt

momentkapacitet, vridstyvhet, utväxling och verkningsgrad.

ABB Corporate Research har föreslagit ett nytt växelkoncept som har potentialen att bli billigare

än existerande växlar. Det nya konceptet heter

Magnetic Harmonic Traction Drive och använder

sig av samma principer som en traditionell harmonic drive för att åstadkomma en högt utväxlad

växellåda. I konceptet ersätts våggeneratorn som används i traditionella harmonic drives med

magneter och istället för kuggtänder används friktion för att överföra moment.

Huvudkomponenterna i växellådan är magneter, flexspline, circular spline och magnetic portion.

Målet med växeln är att kunna överföra ett moment på 5 Nm, ha en vridstyvhet på 2000 Nm/rad,

ha en utväxling på 100, ha en verkningsgrad över 50 % och ha en maximal diameter på 100 mm.

En modell av växelkonceptet byggs upp i FEM-programmet MagNet för att utvärdera valet av

magneter som används i växelkonceptet samt storleken på den magnetiska portionen. Resultaten

från MagNet visar att en kraft på 120 N kan förväntas från magneterna som används i

växelkonceptet samt vilken fördelning av kraften som fås. Förluster på grund av hysteres och

eddy currents beräknas vara större än den ideala ingående effekten vilket ger en verkningsgrad

på mindre än 50 %. Finit elementmetod-programmet Ansys används för att validera resultaten

från MagNet. En jämförelse mellan programmen visar på en viss överensstämmelse då totala

krafterna jämförs men dålig överensstämmelse då kraftfördelningen jämförs.

FEM-programmet Abaqus används för att simulera de mekaniska egenskaperna hos

växelkonceptet. En model av konceptet byggs upp med hjälp av flexsplinen och circular splinen.

Krafter och kraftfördelningar förs in modellen genom att använda resultaten från MagNet

simuleringarna. Abaqus modellen förutser ett maximalt moment på 1.5 Nm, en vridstyvhet på

över 2000 Nm/rad och en utväxling på cirka 80.

Resultaten från simuleringar används för att ge rekommendationer till konstruktionsarbetet av

växeln. Rekommendationer som ges är vilka magneter som bör användas, vilken form de skall

ha, vilken storlek de bör ha och av vilket material de bör vara tillverkade av. Rekommendationer

för flexsplinen och circular splinen ges också i form av rekommenderade material och

materialtjocklekar. Rekommendationer och förslag på framtida arbeten på växeln ges också.

Place, publisher, year, edition, pages
, MMK 2008:63 MKN 007
National Category
Engineering and Technology
URN: urn:nbn:se:kth:diva-100684OAI: diva2:544176
Available from: 2012-08-13 Created: 2012-08-13 Last updated: 2012-08-13Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Erik Ladufjäll(2038 kB)855 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2038 kBChecksum SHA-512
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 855 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 67 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link