طراحي و تحليل چرخ دنده مغناطيسي دولايه قوسي مبتني بر تقويت و بهبود چگالي گشتاور انتقالي

دكتري

چرخ دنده مغناطيسي به‌عنوان وسيله¬اي براي تطبيق سرعت و گشتاور در كاربردهاي مختلف به دليل برخورداري از برتري¬هاي فراوان در مقايسه با چرخ دنده¬هاي مكانيكي، در سال‌هاي اخير موردتوجه و بررسي قرارگرفته است. در اين رساله به بررسي و مدل‌سازي ساختار جديدي از چرخ دنده مغناطيسي با نام چرخ دنده مغناطيسي دولايه قوسي مورد بررسي قرار مي¬گيرد. اين ساختار با به‌كارگيري و تركيب دو ساختار شار محوري و شار شعاعي پيشنهاد ¬گرديده است. از همين رو ابتدا به معرفي مفهوم ساختارهاي شار محور و شار شعاعي در چرخ دنده مغناطيسي پرداخته، سپس مشخصات عملكردي به‌ويژه گشتاور چرخ دنده، استخراج و مورد تحليل قرار مي¬گيرد. به‌منظور صحت سنجي نتايج حاصل از تحليل عددي المان محدود و نيز ارائه مدلي كه بتواند مطالعات ديناميكي و استاتيكي را با سرعت‌بالاتري پردازش نمايد، مدل تحليلي مبتني بر معادلات لاپلاس و پواسون با استفاده از روش ناحيه بندي در نواحي مختلف چرخ دنده¬ معرفي مي¬گردد. مدل مذكور به دليل برخي ساده‌سازي‌ها از دقت لازم براي تصميم-گيري در فرايندهاي طراحي برخوردار نبوده لذا روشي جديد بنام روش تحليلي شبه سه‌بعدي بهبوديافته، با تركيب روش‌هاي عددي المان محدود و روش تحليلي، معرفي مي¬گردد. براي نشان دادن قدرت روش پيشنهادي، روش¬هاي مورب سازي به‌منظور بهبود گشتاور دندانه¬اي چرخ دنده موردمطالعه قرارگرفته و نتايج با روش المان محدود مقايسه گرديده است. در ادامه در يك مطالعه موردي، به‌منظور بهبود رفتار چرخ دنده شار شعاعي از توده ابررسانا، براي مدوله سازي شار مغناطيسي در فواصل هوايي و خاصيت شيلد مغناطيسي آن استفاده‌شده و نتايج المان محدود با مدل تحليلي چرخ دنده مغناطيسي ابررسانايي مقايسه شده است. درنهايت با تكيه‌بر روابط و مدل‌هاي ارائه‌شده و نيز اطمينان حاصل‌شده از توانايي آن‌ها، ساختار دولايه قوسي معرفي و نحوه عملكرد آن به تشريح ارائه گرديده و مدل تحليلي شبه سه‌بعدي براي آن استخراج گرديده است. نتايج خروجي اين ساختار به‌وضوح از برتري آن نسبت به مدل‌هاي موجود خبر مي¬دهد. طرح مذكور به‌منظور به‌كارگيري در يك نيروگاه بادي نوعي با ژنراتور شار محوري، مورد طراحي و بهينه‌سازي قرارگرفته است. اثر مواد آهنربايي مختلف به‌عنوان اصلي‌ترين ماده هزينه‌بر در چرخ‌دنده‌هاي مغناطيسي و نيز تلفات بررسي گرديده است. درنهايت نتايج رساله، مورد تحليل و مقايسه قرارگرفته و دستاوردها و چالش¬ها و نيز فرصت‌هاي پيش رو براي ادامه مسير بيان گرديده است. واژه¬هاي كليدي: چرخ دنده مغناطيسي، روش المان محدود، روش تحليلي، روش تحليلي شبه سه‌بعدي، دولايه قوسي، شار محوري، شار شعاعي، گشتاور، چگالي گشتاور، ميدان مغناطيسي.

188621

دانشگاه علم و صنعت ايران

برق قدرت

دكتر حسين حيدري