Sistema de posicionamiento de muy bajo consumo basado en energía magnética potencial

• M. ALBERTOS-CABAÑAS ^[1] ; I. VALIENTE-BLANCO ^[1] ; S. SÁNCHEZ PRIETO ^[1] ; D. LÓPEZ-PASCUAL ^[1] ; E. DÍEZ-JIMÉNEZ ^[1]
  1. [1] Universidad de Alcalá

     Universidad de Alcalá

     Alcalá de Henares, España

     
• Localización: Revista iberoamericana de ingeniería mecánica, ISSN 1137-2729, Vol. 27, Nº 1, 2023, págs. 27-41
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Positioning system with reduced power consumption based in potential magnetic energy
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• Resumen
  • español

    En esta investigación se presenta un novedoso concepto de actuador rotativo que minimiza el consumo de potencia y energía para aplicaciones de posicionamiento de precisión. Dicho dispositivo se basa en el aprovechamiento de la energía magnética potencial almacenado entre imanes permanentes con polaridades enfrentadas que se repelen entre sí. Al combinar esta energía almacenada con un sistema de estabilización y control activo de la posición se consigue un dispositivo capaz de realizar cambios ultrarrápidos entre múltiples posiciones estables. Todo ello con un consumo energético minimizado en comparación con un dispositivo tradicional equivalente como un motor eléctrico. Se presenta el marco teórico para la operación de dicho dispositivo y su diseño detallado como actuador para una aplicación de rueda de filtros de un satélite espacial de observación. Se han calculado las prestaciones estimadas del dispositivo mediante modelos electromagnéticos de elementos finitos.

    Como se demuestra, el dispositivo podría permitir una reducción de la potencia nominal del dispositivo superior al 90% y del consumo energético superior al 78%, asegurando al mismo tiempo, un cambio ultrarrápido y preciso entre ocho posiciones angulares diferentes.

  • English

    In this paper, a novel concept of a rotative actuator that minimizes its power and energy consumption for precision positioning applications is presented. The device is based in the use of potential magnetic energy storage between permanent magnet facing with opposing magnetization polarities. When combined with an electromagnetic active control and stabilization system, the rotor of the device is able to switch between stable equilibrium positions in a fast way with a minimal fraction of the power and energy consumption of a traditional electric motor. A theoretical model is presented, and performance calculations have been done supported by detailed finite element model (FEM) results. A prototype has been designed to operate as an actuator for a filterwheel application in a satellite. As the results show, the device has the potential to provide a power consumption saving up to 90% and an energy consumption saving up to 78% with respect to previous similar developments. At the same time, the actuator switches between 8 stable positions in a fast an accurate way.