Comparative analysis of performance of hybrid and pure em suspensions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Aim: The aim of the study is a comparative representation of a hybrid EM suspension (HEMS) for maglev transport and a pure EM configuration.

Methods: Several designs have been numerically investigated and compared to conventional EMS. The numerical model has been validated with magnetic measurements on the experimental set-up.

Results: The HEMS implies a combination of electromagnets (EM) and permanent magnets (PM) in a common magnetic circuit. The magnets synergy of HEMS has been demonstrated that leads to sufficient reduction in energy consumption and weight as compared to a conventional EMS.

Conclusions: A desired performance of HEMS has been achieved. Efficiency of the design solutions has been verified numerically and experimentally.

About the authors

Victor M. Amoskov

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: amoskov-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9781-9116
SPIN-code: 2436-3828
Scopus Author ID: 6701846033

PhD in Physics and Mathematics

Russian Federation, St. Petersburg

Darya N. Arslanova

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: arslanova-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3791-723X
SPIN-code: 3234-8141
Scopus Author ID: 55314279800

MSc

Russian Federation, St. Petersburg

Andrei A. Belov

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: andrewthewhite@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7040-6741
SPIN-code: 6291-0480

MSc

Russian Federation, St. Petersburg

Alexander V. Belov

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: belov-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9486-3437
SPIN-code: 3748-2363
Scopus Author ID: 7202831959

MSc

Russian Federation, St. Petersburg

Vyacheslav N. Vasiliev

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: vvnm@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1218-6274
SPIN-code: 5444-8639
Scopus Author ID: 7005989574

MSc

Russian Federation, St. Petersburg

Valery V. Deomidov

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: deomidov@icloud.com
ORCID iD: 0000-0003-2795-8342
SPIN-code: 5931-9704

MSc

Russian Federation, St. Petersburg

Marina V. Kaparkova

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: kaparkova-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3489-5581
SPIN-code: 6881-2266
Scopus Author ID: 12445243900

MSc

Russian Federation, St. Petersburg

Vladimir P. Kukhtin

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: kukhtin-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6925-6141
SPIN-code: 1628-3135
Scopus Author ID: 35353250700

PhD in Physics and Mathematics

Russian Federation, St. Petersburg

Evgeny A. Lamzin

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: lamzin-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6072-5711
SPIN-code: 8287-7879
Scopus Author ID: 12756829300

PhD, DSc in Physics and Mathematics

Russian Federation, St. Petersburg

Mikhail S. Larionov

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: larionov-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8570-7210
SPIN-code: 1631-3598
Scopus Author ID: 36443801800

MSc

Russian Federation, St. Petersburg

Igor A. Morozov

TIT RDC PJSC

Email: morozov083@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7451-730X
SPIN-code: 4815-5843

MSc

Russian Federation, St. Petersburg

Andrey N. Nezhentzev

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: nezhentzev-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8724-7211
SPIN-code: 7319-8924
Scopus Author ID: 57201374326

MSc

Russian Federation, St. Petersburg

Dmitry A. Ovsyannikov

St. Petersburg State University

Email: d.a.ovsyannikov@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0002-0829-2023
SPIN-code: 7762-9740

DSc in Physics and Mathematics, Full Professor

Russian Federation, St. Petersburg

Dmitry A. Ovsyannikov Jr

St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design; Joint Stock Company “NIIEFA”

Author for correspondence.
Email: d-ovs@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4191-8494
SPIN-code: 5657-4707

MSc

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

Igor Yu. Rodin

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: rodin@sintez.niiefa.spb.su
SPIN-code: 4935-6473
Scopus Author ID: 7005063976

PhD in Engineering

Russian Federation, St. Petersburg

Sergei A. Smirnov

Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University

Email: noc-pgups@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2096-6967
SPIN-code: 3042-2910

Leading Researcher

Russian Federation, St. Petersburg

Olga Yu. Smirnova

Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University

Email: noc-pgups@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2239-4384
SPIN-code: 9083-2984

Senior Researcher

Russian Federation, St. Petersburg

Sergey E. Sytchevsky

St. Petersburg State University; Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: sytch-sie@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1527-4015
SPIN-code: 3073-0334
Scopus Author ID: 6602159085

DSc in Physics and Mathematics

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

Nicolai A. Shatil

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: shatiln@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8529-130X
SPIN-code: 2818-0206
Scopus Author ID: 6507475131

MSc, PhD in Engineering

Russian Federation, St. Petersburg

Alexey A. Firsov

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: firsov-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7846-8717
SPIN-code: 7943-4297
Scopus Author ID: 56069602000

MSc

Russian Federation, St. Petersburg

Tatiana A. Firsova

Joint Stock Company “NIIEFA”

Email: firsova@sintez.niiefa.spb.su
ORCID iD: 0000-0002-9229-9622
SPIN-code: 2858-7562
Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Журавлев Ю.Н. Активные магнитные подшипники. Теория, расчет, применение. – СПб: Политехника, 2003. – 206 с. [Zhuravljov JuN. Aktivnye magnitnye podshipniki. Teoriya, raschyot, primenenie. SPb: Politehnika, 2003. 206 s. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 27.10.2021. Доступно по: https://www.studmed.ru/zhuravlev-yun-aktivnye-magnitnye-podshipniki-teoriya-raschet-primenenie-2003_ae0c7437419.html
  2. Amoskov VM, Arslanova DN, Bazarov AM, et al. Modeling EMS maglev systems to develop control algorithms. Cybernetics and physics. 2018;7(1):11-17. doi: 10.35470/2226-4116-2018-7-1-11-17
  3. Tzeng YK, Wang TC. Optimal design of the electromagnetic levitation with permanent and electro magnets. IEEE Transaction on Magnetics. 1994;30(6):4731-733. doi: 10.1109/20.334204
  4. Onuki T, Toda Y. Optimal Design of Hybrid Magnet in Maglev System with Both Permanent and Electro Magnets. IEEE Transaction on Magnetics. 1993;29(2):1783-1786. doi: 10.1109/20.250751
  5. Kim K, Han H, Kim C, Yang S. Dynamic Analysis of a Maglev Conveyor Using an EM-PM Hybrid Magnet. Journal of Electrical Engineering and Technology. 2013;8(6):1571-1578. doi: 10.5370/JEET.2013.8.6.1571
  6. Kim C-H, Cho H-W, Lee J-M, et al. Zero-power control of magnetic levitation vehicles with permanent magnets. ICCAS 2010: Proceedings of the International Conference on Control, Automation and Systems; 2010 Oct 27-30; Gyeonggi-do, Korea (South). 2010. p. 732-735. doi: 10.1109/ICCAS.2010.5670118
  7. Safaei F, Suratgar AA, Afshar A, et al. Characteristics Optimization of the Maglev Train Hybrid Suspension System Using Genetic Algorithm. IEEE Transactions on Energy Conversion. 2015;30(3):1163-1170. doi: 10.1109/tec.2014.2388155
  8. Erkan K, Okur B, Koseki T, et al. Experimental evaluation of zero-power levitation control by transfer function approach for a 4-pole hybrid electromagnet. In: Proceeding of the 2011 IEEE International Conference on Mechatronics; 2011 April 13-15; Istanbul, Turkey. 2011. p. 23-28, doi: 10.1109/ICMECH.2011.5971299
  9. Morishita M, Azukizawa T, Kanda S, et al. A new MAGLEV system for magnetically levitated carrier system. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 1989;38(4):230-236. doi: 10.1109/25.45486
  10. Wang TC, Tzeng YK. A new electromagnetic levitation system for rapid transit and high speed transportation. IEEE Transactions on Magnetics. 1994;30(6):4734-4736. doi: 10.1109/20.334205
  11. Патент РФ на изобретение № RU2739939/ 30.12.2020. Бюл. № 1. Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Белов А.В., Васильев В.Н., Кухтин В.П., Капаркова М.В., Ламзин Е.А., Ларионов М.С., Неженцев А.Н., Родин И.Ю., Сычевский С.Е., Фирсов А.А., Шатиль Н.А. «Гибридный электромагнит для системы маглев». [Pat. RUS № RU2739939/ 30.12.2020. Byul. № 1. Amoskov V.M., Arslanova D.N., Belov A.V., et al. “Gibridnyj jelektromagnit dlya sistemy maglev”. (In Russ.)]. Доступно по: https://patenton.ru/patent/RU2739939C1 Ссылка активна на: 27.10.2021.
  12. Патент РФ на изобретение № RU2743753/ 25.02.2021. Бюл. № 6. Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Белов А.В., Васильев В.Н., Кухтин В.П., Капаркова М.В., Ламзин Е.А., Ларионов М.С., Неженцев А.Н., Родин И.Ю., Сычевский С.Е., Фирсов А.А., Шатиль Н.А. «Гибридный магнит без полей рассеяния для системы маглев». [Pat. RUS № RU2743753/ 25.02.2021. Byul. № 6. Amoskov V.M., Arslanova D.N., Belov A.V., et al. “Gibridnyj magnit bez poley rassejaniya dlya sistemy maglev”. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 27.10.2021. Доступно по: https://patenton.ru/patent/RU2743753C1
  13. Amoskov VM, Belov AV, Belyakov VA, et al. Computation technology based on KOMPOT and KLONDIKE codes for magnetostatic simulations in tokamaks. Plasma Devices and Operations. 2008;16(2):89-103. doi: 10.1080/10519990802018023
  14. Акулицкий С.Г., Амосков В.М., Арсланова Д.Н. и др. Результаты стендовых испытаний прототипа полномасштабного гибридного электромагнита для систем маглев // Инновационные транспортные системы и технологии. – 2021. – Т. 7. – № 4. – С. 14–32. [Akulitzky SG, Amoskov VM, Arslanova DN, et al. Bench testing of hybrid EMS prototype. Modern Transportation Systems and Technologies. 2021;7(4):14-32. (In Russ.)]. doi: 10.17816/transsyst20217400-00
  15. Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Белов А.В. и др. Натурные испытания и верификация математической модели гибридного электромагнита подвеса для больших величин левитационных зазоров // Инновационные транспортные системы и технологии. – 2022. – Т. 8. – № 1. – С. 28–37. [Amoskov VM, Arslanova DN, Belov AV, et al. Verification of numerical model of hybrid ems using test bench measurements at large air gap. Modern Transportation Systems and Technologies. 2022;8(1):28-37. (In Russ.)]. doi: 10.17816/transsyst20228128-37

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Typical distribution of the magnetic field in the cross section near the central part of the HEM JSC "NIIEFA"

Download (322KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Typical distribution of the magnetic field in the model of a traditional electromagnet with parameters close to optimal

Download (289KB)
Indexing metadata
4. Figure 3. Temperature distribution in a traditional electromagnet. CCP is equal to 10 W/m2K.

Download (46KB)
Indexing metadata
5. Figure 4. Temperature distribution in the HEM of NIIEFA JSC. CCP is equal to 10 W/m2K.

Download (76KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Amoskov V.M., Arslanova D.N., Belov A.A., Belov A.V., Vasiliev V.N., Deomidov V.V., Kaparkova M.V., Kukhtin V.P., Lamzin E.A., Larionov M.S., Morozov I.A., Nezhentzev A.N., Ovsyannikov D.A., Ovsyannikov (Jr) D.A., Rodin I.Y., Smirnov S.A., Smirnova O.Y., Sytchevsky S.E., Shatil N.A., Firsov A.A., Firsova T.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

link to the archive of the previous title

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».