19323

۱۹۳۲۳

طراحي و مدل سازي ماشين الكتريكي از نوع طوقه اي اتصال مستقيم براي پيشران هاي كشتي

دكتري

قدرت

۱۳۹۷/۰۳/۲۷

دكتر ابوالفضل واحدي

برق

سامانه‌‌ رانش كشتي به طور كلي به پيشران ديزلي و پيشران الكتريكي تقسيم مي‌شود. پيشران الكتريكي به جهت راندمان بالاتر، نويز و ارتعاشات كمتر، جانمايي بهتر و كنترل‌پذيري بيشتر نسبت به پيشران‌ ديزلي برتري دارد. در ميان انواع پيشران‌هاي الكتريكي، پيشران مجتمع موتور/پروانه از جهت قابليت اطمينان، راندمان هيدروديناميكي، جانمايي، ارتعاشات و كنترل‌پذيري داراي برتري است. در پيشران مجتمع موتور/پروانه، موتور الكتريكي از نوع طوقه‌اي اتصال مستقيم است. در اين ساختار استاتور در داخل داكت بيروني پروانه قرار مي گيرد و روتور كه به صورت يك حلقه است، بدون محور و جعبه دنده به نوك پره‌هاي پروانه متصل مي گردد. در اين رساله ابتدا فرايند تعيين مشخصه‌هاي طراحي موتور الكتريكي طوقه‌اي براي پيشران مجتمع موتور/پروانه بررسي و ارائه مي‌شود. از آن جايي كه در اين نوع پيشران موتور و پروانه با يكديگر در يك واحد مجتمع مي‌شوند طراحي آن‌ها مستقل از يكديگر نيست فلذا لازم است تعيين مشخصه‌هاي طراحي موتور با توجه به طراحي پروانه و طراحي بدنه كشتي انجام شود. همچنين اين رساله به معرفي يك ساختار ابداعي و كاملاً جديد براي ماشين‌هاي الكتريكي با نام RWAFPM پرداخته است. اين ساختار كه با الهام گرفتن از ساختارهاي شار عرضي و شار محوري ارائه شده است، از جهت قابليت اطمينان و ساختار ماژولار، سهولت ساخت، نسبت قطر به طول و تعداد قطب داراي مزيت است. پس از معرفي هندسه RWAFPM و تئوري توليد گشتاور آن، روابط تحليلي ارائه و روند طراحي يكبار براي موتور الكتريكي پيشران يك كشتي كوچك و بار ديگر براي ساخت يك نمونه موتور آزمايشگاهي ارائه شده است. اين رساله همچنين يك مدل تحليلي براي ارزيابي عملكرد ساختار RWAFPM ارائه نموده است. اعتبار مدل تحليلي با استفاده از شبيه‌سازي اجزا محدود سه بعدي و تست آزمايشگاهي تحقيق شده است.

1397/06/23

Design and Modeling of Direct-Drive Rim-Driven Electric Machine for Ship Propulsion

9/14/2018 12:00:00 AM

Propulsion system may be divided into the following two main groups: diesel propulsion and electric propulsion. The electric propulsion has the following advantages: higher efficiency, reduced noise and vibration, better layout, and improved maneuverability. Among different topologies of electric propulsion, Integrated Motor Propeller (IMP) may be considered the best regarding reliability, efficiency, layout, vibration, and cost issues. The electric motor in this topology is a rim driven one as its stator is fitted in the duct surrounding the propeller and its rotor forms a ring around the tips of the propeller’s blade. In this thesis, first specification of rim driven electric motor for an IMP unit is determined. As the electric motor and propeller integrated into one unit their design is dependent to each other, so it is necessary to determine electric motor specifications regarding propeller and hull designs. Furthermore, this thesis introduces a new electric motor topology called Ring Winding Axial Flux Permanent Magnet (RWAFPM). This topology is inspired from axial flux and transverse flux topologies and it has advantages such as high reliability, simple manufacturing, high D/L ratio, high pole numbers and torque density. After introducing geometry and work principle of RWAFPM, analytical design equations are presented and sample designs are done once for a RWAFPM motor in an IMP unit and once again for a prototype RWAFPM motor. This thesis also presents an analytical model for performance analysis of RWAFPM topology. The presented analytical model is verified using 3D finite element model and experimental tests.