پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM

word
106
7 MB
32285
1392
کارشناسی ارشد
قیمت: ۱۰,۶۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM

    پایان نامه دوره کارشناسی ارشد در رشته برق-گرایش قدرت

     

    چکیده

    گیربکس ­ها، اجزای ضروری و جدایی­ناپذیر سیستم ­های انتقال قدرت می­باشند. این ماشین­ها گشتاور را به سرعت و در بعضی مواقع سرعت را به گشتاور تبدیل می­کنند. استفاده از گیربکس­ های مکانیکی در این سیستم­ها از دیرباز تا کنون به عنوان رابطی میان بخش تولید نیروی محرکه و بخش مصرف این توان متداول بوده است. با گسترش استفاده از این گیربکس­ها مشکلات و معایب این ماشین­ها ظاهر شده و طراحان را بر آن داشته تا به دنبال جایگزینی مناسب برای گیربکس مکانیکی باشند.

    گیربکس­های مغناطیسی به دلیل نداشتن تماس فیزیکی میان روتورهای داخلی و خارجی، بسیاری از مشکلاتی که به دلیل تماس فیزیکی گریبان­گیر گیربکس­های مکانیکی بوده است را ندارد. مشکلاتی چون نیاز به روغن­کاری و گریس­کاری­های دوره­ای، سر و صدا، نیاز به تعمیرات دوره­ای و ... را ندارد.

    در این پایان نامه ما گیربکس­های مغناطیسی را بررسی کرده و سپس با انتخاب یک نمونه از این گیربکس­ها به دنبال ایجاد تغییر در جهت بهینه­سازی و همچنین تجاری­سازی این ماشین بوده­ایم. تغییراتی که در این پایان­نامه بر روی گیربکس انجام شده است شامل بررسی تاثیر تغییر تعداد جفت­قطب­ها و همچنین بررسی درمورد تاثیر جنس آهن­ربای مصرفی بر روی رفتار گشتاوری ماشین بوده است. به خوبی مشاهده شده است که افزایش جفت­قطب­ها باعث افزایش گشتاور خروجی از سیستم شده است.

     

     

    واژه­های کلیدی: گیربکس مغناطیسی، افزایش جفت­ قطب ­ها، چگالی گشتاور حجمی و  روش اجزای محدود دو بعدی

    مقدمه

    گیربکس­ها یکی از اعضای سیستم انتقال قدرت می باشد که وظیفه گیربکس در این سیستم­ها تبدیل دور و گشتاور است. گیربکس وظیفه دارد که گشتاور (قدرت) و دور موتور را تغییر داده و به دلخواه مصرف کننده آن را درآورد. در ابتدا گیربکس­های مکانیکی برای انجام این وظیفه ساخته شده­اند.

    گیربکس­های مکانیکی کاربرد­های وسیعی در ماشین­های صنعتی و انتقال قدرت دارند. با اینکه این گیربکس­ها دارای ویژگی­ها و مزایای متعدد و بسیار مهمی هستند و نقش غیر قابل انکاری در صنعت دارند اما دارای معایب ذاتی و انکارناپذیری نیز می­باشند که گشتن به دنبال جایگزینی مناسب برای این گیربکس­ها را اجتناب­ناپذیر نموده است. مشکلات و معایبی چون اصطکاک ناشی از مکانیزم عمل تماسی، تلفات وابسته به انتقال انرژی چون گرما، روغن­کاری­های متعدد و دوره­ای و سر و صدا و نویزهای شنوایی ناشی از تماس فیزیکی شفت­های ورودی و خروجی. که این معایب هزینه­ی تعمیر و نگهداری این گیربکس ها را افزایش داده و طول عمر مفید این گیربکس­ها را کاهش می­دهد. گیربکس­های مغناطیسی می­توانند راه حل مناسبی برای این مشکل بوده و جایگزین مناسبی برای گیربکس­های مکانیکی باشند[1].

    گیربکس­های مغناطیسی تکنولوژی جدیدی هستند که به سرعت پدیدار شده­اند. مکانیزم انتقال گشتاور بدون تماس فیزیکی، مهم­ترین مشخصه و مزیت این گیربکس­ها می­باشد. به عبارت دیگر این مشخصه و خصوصیت ذاتی باعث جدا شدن تماس مکانیکی شفت ورودی و خروجی از یکدیگر شده و این موضوع به نوبه­ی خود مشکلات بعدی چون مشکل روغن­کاری، خنک­کنندگی را از بین می­برد. عدم تماس فیزیکی همچنین باعث کاهش قابل توجه در نویز­های شنوایی، افزایش قابلیت اطمینان و حفاظت در مقابل اضافه بار در راندمان حداکثر را به دنبال دارد[2]. مطالعات گسترده­ای در رابطه با گسترش، بهبود عملکرد و بازده­ی گیربکس­های مغناطیسی انجام شده است و مدل­ها و طراحی­های متفاوت و زیادی در راستای این هدف ارایه شده است. اما همگی این طراحی­ها دارای اشتراکاتی هستند. به عبارت دیگر همه­ی آنها دارای یک اجزای مشترک می­باشند بطوریکه در شکل(1-1) می­بینید، گیربکس­ها از 3 جزء اصلی رتور خارجی، رتور داخلی و قطعات ثابت قطب تشکیل می­شوند که رتور داخلی و خارجی به ترتیب به شفت با سرعت بالا و شفت با سرعت پایین مربوط می­شوند.

    اساس کار این گیربکس­ها بر این است که با دوران رتور داخلی میدان ناشی از قطب­های داخلی جریانی در لایه­ی میانی القاء کرده و باعث ایجاد میدان مغناطیسی در این لایه می شود. با توجه به قانون لنز این میدان با میدان به وجود آورنده­ی خود مخالفت می­کند و میدانی در جهت مخالف ایجاد می­شود. قطب­های نصب شده در رتور خارجی با قطب­های به وجود آمده در لایه­ی میانی کوپل شده و می­چرخد که این چرخش در جهت خلاف گردش رتور داخلی می­باشد. با توجه به تفاوت در تعداد قطب­های داخلی و خارجی سرعت چرخش روتور خارجی کمتر از روتور داخلی می­باشد

     

     

    اهمیت بررسی گیربکس­های مغناطیسی

    از گذشته و با اختراع ماشین بخار، همواره انتقال قدرت یکی از مهم­ترین چالش­های پیش روی طراحان و مهندسان بوده است. با اختراع چرخ­دنده­ها و پس از آن گیربکس­های مکانیکی و بهره­گیری از این ماشین تازه وارد به صنعت، مشکلات استفاده­ی از این دستگاه­ها نیز هم­زمان خودنمایی کرده است. مشکلاتی که ناشی از تماس فیزیکی چرخ­دنده­ها در این گیربکس­ها بوده است.

    با ظهور گیربکس­های مغناطیسی و عدم وجود تماس فیزیکی میان روتورها، بزرگ­ترین مشکل گیربکس­های مکانیکی مرتفع شده است. این گیربکس­ها در ابتدا برای مصارف کوچک استفاده می­شدند[1] و رفته رفته و باپیشرفت تکنولوژی­ها و همچنین حضور صنایع شیمیایی برای تولید مغناطیس­های مرغوب­تر، این گیربکس­ها نیز وارد صنایع سنگین شدند. در سال­های اخیر مطالعات بسیار گسترده­ای در زمینه­ی گیربکس مغناطیسی برای افزایش گشتاور خروجی، افزایش راندمان و همچنین کاهش نوسانات گشتاور انجام شده است. مجموعه­ی این کارها برای آماده­سازی این ماشین جدید برای جایگزینی با گیربکس­های مکانیکی بوده است.

    یکی دیگر از زمینه­های تحقیق بر روی گیربکس  مغناطیسی، تلاش برای بهینه­سازی این ماشین می­باشد. به طوریکه پیش­تر گفته شد، اجزای اصلی این ماشین را قطب­های مغناطیسی تشکیل می­دهند که از آهن­رباهای دایم ساخته شده­اند. امروزه و با افزایش قیمت این مغناطیس­های دایم و انحصاری بودن تولید این مواد برای چند کشور خاص، استفاده­ی بهینه از این مواد امری ضروری و اجتناب­ناپذیر می­باشد.

    پس می­توان ضرورت تحقیق بر روی گیربکس مغناطیسی را در موارد زیر خلاصه نمود:

    افزایش گشتاور تولیدی

    افزایش راندمان

    تولید گشتاوری مطمئن و بی­نوسان

    بهینه سازی

    کاهش قیمت تمام شده و تجاری سازی محصول

     

    کاربردهای گیربکس مغناطیسی

    صنایع شیمیایی [1]

    نیروگاه­های بادی[4]

    کاربرد­های پزشکی[6]

    ربات­های خانگی، پزشکی و انسان­نما[6]،[12]

    استفاده در صنایع نظامی[7]

    استفاده در تلمبه­ها و پمپ­ها

    استفاده در خودرو­ها[8]

    صنایع هواپیمایی[9]

    نیروی محرکه­ی کشتی­ها

    صنایع هوافضا[11]

    Abstract

    Gears are inseparable and necessary parts of  power transmission systems. These machines change torque into speed and sometimes they change speed into torque. Using mechanical gears in these systems has been common as a means of transforming the power from the generat motive force to the consuming section from old time up to now. By the expansion of gears usage their problems and shortcomings have arisen and made designers search for suitable replacement for these mechanical gears.

    Magnetic gears, due to not having physical contact with internal and external rotors, do not have many of the problems that mechanical gears face such as periodical lubrication, greasing, noise, fixing and … .   

    In this thesis, we analyze magnetic gears, and then, by selecting one of them as a sample, we are to make changes for optimizing and commercializing this machine. Changes made on gear in this thesis include analyzing the effect of changing the number of pole pairs and also analyzing the effect of the type of magnet in use on the torque behavior of the machine. It was clearly observed that the increase of pole pairs has lead to the increase of output torque of the system.

    Key words: Magnetic gears, increasing pole pairs, density of torque's volume and 2D finite element method

  • فهرست و منابع پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM

    فهرست:

    فصل1:  مقدمه

     

    1-1- مقدمه...................................................................................................................................................................

     

    1-2- اهمیت بررسی گیربکس مغناطیسی............................................... ................................ ............................

     

    1-3- کاربرد گیربکس مغناطیسی............................................................ ..................... ..................... ...................

     

    1-4- مزایای این گیربکس­ها................................................................... ..................... ..................... ......................

     

    1-5- معایب این گیربکس­ها................................................................... ..................... ..................... ......................

     

    1-6- هدف، روش و مراحل انجام تحقیق................................................... ..................... ..................... ................

     

    1-7- ساختار پایان­نامه.......................................................................... ..................... ..................... ..................... ..

     

     

    فصل2: معادلات حاکم بر گیربکس مغناطیسی

    2-1- معرفی موضوع............................................................................ ..................... ..................... ..................... .....

     

    2-2- معادلات حاکم بر گیربکس.............................................................. ..................... ..................... ...................

     

    2-3- هارمونیک­های موجود در گشتاور دندانه­ای........................................ ..................... ..................... ............

     

     

    فصل3: گیربکس­های مغناطیسی

    3-1- گیربکس مغناطیسی برای مکانیزم­های انتقال گشتاور کوچک............... ..................... ..................... ...

     

    3-1-1- اندازه­گیری گشتاور انتقالی...................................................... ..................... ..................... ..................

     

    3-1-2- ویژگی­های انتقال.................................................................. ..................... ..................... ......................

     

    3-2- گیربکس مغناطیسی بر مبنای تغییرات رلوکتانس................................ ..................... ..................... .......

     

    3-2-1- انتقال گشتاور....................................................................... ..................... ..................... ........................

     

    3-2-2- نوسانات گشتاور................................................................... ..................... ..................... ........................

     

    3-3- گیربکسی با قابلیت استفاده در صنعت خودرو.................................... ..................... ..................... ...........

     

    3-3-1- تحلیل بی­باری گیربکس..................................................... ..................... ..................... .......................

     

    3-3-2- تحلیل بارداری....................................................................... ..................... ..................... .......................

     

    3-4-گیربکسی با قابلیت استفاده در صنایع حمل و نقل سنگین.................... ..................... ...........................

     

    3-4-1- انتقال گشتاور....................................................................... ..................... ..................... ........................

     

    3-5- سیستمی مرکب از ماشین مغناطیس دایم بدون جاربک و گیربکس مغناطیسی ...........................

     

    3-5-1- گشتاور الکترومغناطیسی...................................................... ..................... ..................... .....................

     

    3-5-2- گشتاور دندانه­ای................................................................... ..................... ..................... .......................

     

    3-6- گیربکس مغناطیسی خطی........................................................... ..................... ..................... .....................

     

    3-6-1- چگالی نیروی انتقالی............................................................. ..................... ..................... .....................

     

    3-6-2- تاثیر تغییر در ساختمان گیربکس............................................... ..................... ..................... ............

     

     

    فصل4: شبیه­سازی و بررسی گیربکس مغناطیسی در نرم­افزار اجزای محدود(FEM)

    4-1- مقدمه....................................................................................... ..................... ..................... ..................... ........

     

    4-2- نتایج اولیه حاصل از مدل­سازی....................................................... ..................... ..................... ..................

     

    4-2-1 اعتبارسنجی نتایج.................................................................. ..................... ..................... .......................

     

    4-3- تاثیر افزایش جفت­قطب­ها بر روی گیربکس مغناطیسی........................ ..................... ..................... ......

     

    4-3-1- بررسی تاثیر همزمان افزایش تعداد جفت­قطب­ها و ضخامت فاصله­ی هوایی ..............................

     

    4-3-2- بررسی تاثیر افزایش تعداد جفت­قطب­ها بر روی توزیع چگالی شار بر روی گیربکس مغناطیسی ..................... ..................... ..................... ...............................................................................................

     

    4-3-3- بررسی تاثیر افزایش تعداد جفت­قطب­ها بر روی چگالی گشتاور در گیربکس مغناطیسی .......

     

    4-4- تاثیر جنس آهن­رباهای دایم در گشتاور خروجی................................. ..................... ..................... .........

     

    4-4-1- بررسی چگالی گشتاور حجمی آهن­ربا در گیربکس مغناطیسی. ..................... .............................

     

    4-5- نتیجه گیری................................................................................. ..................... ..................... .........................

     

     

    فصل5: جمع­بندی و پیشنهادات

    5-1- مقدمه....................................................................................... ..................... ..................... ..................... ........

     

    5-2- جمع بندی.................................................................................. ..................... ..................... ..................... ....

     

    5-3- نوآوری....................................................................................... ..................... ..................... .............................

     

    5-4- پیشنهادات................................................................................. ..................... ..................... .........................

     

     

    منبع:

    1] E. gouda, S. mezani, L. Baghli, and A. Rezzoug, “Comparative Study Between Mechanical and Magnetic Planetary Gears”, IEEE Transactions On Magnetics, February 2011.

    [2] L. L. Wang, J. X. Shen, P. C. K. Luk, W. Z. Fei, C. F. Wang, and H. Hao, “Development of a Magnetic-Geared Permanent-Magnet Brushless Motor”, IEEE Transactions On Magnetics, Octobr 2009.

    [3] Noboru Niguchi and Katsushiro Hirata, “Cogging Torque Analysis of Magnetic Gear, IEEE Transactions On Industrial Electronics, May 2012.

    [4] Linni Jian, K. T. Chau, and J. Z. Jiang, “A Magnetic-Geared Outer-Rotor Permanent_Magnet Brushless Machine for Wind Power Generation”, IEEE Transactions On Industry Application,May/June 2009

    [5] Nicolas W. Frank, Siavash Pakdelian, and Hamid Toliayt, “Passive Suppression of Transient Oscillations in the Concentric Planetary Magnetic Gear”, IEEE Transactions On Energy Conversion, September 2011

    [6] koji Ikuto, Shunichi Makita, Suguru Arimoto, “non-contact magnetic gear for Transmission Mechanism”, in IEEE Proc. MEMS ’91, Sep. 1991, vol. 33, no. 3, pp. 125–130

    [7] K.atllah, S.D. Calverly and D. Howe, “ design, Analyesis and Realisation of a High Performance Magneits Gear”, IEE Proc-electr. Power Appl, Vol. 151, No. 2, March 2004

    [8] Mathieu Aubertin, Abdelmounaïm Tounzi, and Yvonnick Le Menach, “Study of an Electromagnetic Gearbox Involving Two Permanent Magnet Synchronous Machines Using 3-D-FEM”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 44, No. 11, November 2008

    [9] K. Atallah and D. Howe, “A Novel High-Performance Magnetic Gear”, IEEE Transactions on Magnetics VOL. 37, NO. 4, JULY 2001

    [10] Kais Atallah, Jan Rens, Smail Mezani, and David Howe, ”A Novel “Pseudo” Direct-Drive Brushless Permanent Magnet Machine”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 44, No. 11, November 2008

    [11] Robert C. Holehouse, Kais Atallah, and Jiabin Wang, “Design and Realization of a Linear Magnetic Gear”, IEEE Transactions on Magnetics, VOL. 47, NO. 10, OCTOBER 2011

    [12] Noboru Niguchi, Katsuhiro Hirata, Masari Muramatsu, and Yuichi Hayakawa, “Transmission Torque Characteristics in a Magnetic Gear”, XIX International Conference on Electrical Machines - ICEM 2010, Rome

     

    [13] Chen Mu, Chau K, Li Wenlong and Liu Chunhua, “Cost-effectiveness Comparison of Coaxial Magnetic Gears with Different Magnet Materials”, Transactions 



تحقیق در مورد پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM , مقاله در مورد پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM , پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM , پروپوزال در مورد پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM , تز دکترا در مورد پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM , تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM , مقالات دانشجویی درباره پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM , پروژه درباره پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM , گزارش سمینار در مورد پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM , پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM , تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM , مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM , رساله دکترا در مورد پایان نامه مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی گیربکس مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود FEM

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس