18423

۱۸۴۲۳

ارزيابي عملكرد چرخ‌دنده‌هاي مغناطيسي شار-شعاعي، مبتني بر بهبود گشتاور با استفاده از آرايه هالباخ

كارشناسي ارشد

الكترونيك قدرت

دي ماه ۱۳۹۶

دكتر حسين حيدري

برق

از مهمترين موانع گسترش چرخ‌دنده‌هاي مغناطيسي مي‌توان به پايين بودن چگالي گشتاور آن نسبت به همتايان مكانيكي خود، اشاره كرد. اخيرا روش‌هاي جديدي به منظور افزايش چگالي گشتاور انجام گرفته است كه مهمترين آن، استفاده از ساختار استاتور سيم‌پيچي‌ شده مي‌باشد. علاوه بر اين ساختار، به منظور توليد توان بادي با حجم كمتر، از مدل جديدي تحت عنوان ادغام چرخ‌دنده و ژنراتور الگو گرفته شده است. در اين پايان نامه ابتدا به طور كلي طريقه عملكرد و علت نياز به چرخ‌دنده مكانيكي كه عنصر اصلي و جدا ناپذير صنعت مي‌باشد، توضيح داده شده و علاوه بر موارد بيان شده، به اهميت موضوع از منظر اقتصادي، در كاربرد توربين‌هاي بادي پرداخته شده است. سپس بررسي مختصري بر روي چرخ‌دنده¬هاي مكانيكي و مغناطيسي و سير تكاملي آن انجام گرفته است. مزايا و معايب هر كدام از اين دو نوع، مورد بررسي قرار گرفته است. علاوه بر اين موارد، به بررسي طرح‌هاي مختلف آهنرباهاي دائم موجود در چرخ‌دنده‌هاي مغناطيسي، پرداخته شده‌است. برخي مدل¬هاي اوليه از چرخ‌دنده¬هاي مغناطيسي و روند پيدايش انواع آن¬ها، بررسي شده‌است. در ادامه، بروي روند چرخ‌دنده‌هاي استاتور سيم‌پيچي شده و كاربرد اين نوع ماشين‌ها در صنايع توربين‌هاي بادي و خودروهاي الكتريكي، مطالعه شده‌است. همچنين، روند چرخ‌دنده‌هاي مغناطيسي ادغام شده با ژنراتور و نحوه‌ي كاركرد آن، تحقيق شده‌است. در ادامه، ساختار و اصول عملكرد چرخ‌دنده¬هاي مغناطيسي مرسوم و ميدان‌هاي مغناطيسي موجود در فواصل هوايي و گشتاورهاي منتج، بررسي شده‌است. سپس، در ادامه به نحوه‌ي عملكرد چرخ‌دنده‌هاي مغناطيسي استاتور سيم‌پيچي شده داراي سيستم انتقال قدرت ثابت و سيستم انتقال قدرت متغير پرداخته و نيز ساختارهاي مختلف آهنرباهاي دائم موجود در رتورها به تفكيك بيان شده‌اند و نيز به تحليل طرح پيشنهادي مذكور نيز پرداخته مي‌شود و سپس به بررسي عملكرد چرخ‌دنده‌هاي مغناطيسي ادغام شده با ژنراتور و نحوه‌ي توزيع آهنرباهاي دائم در رتورها، پرداخته شده‌است. در ادامه، مدل پيشنهاد شده در چرخ‌دنده‌ي مغناطيسي استاتور سيم‌پيچي شده و مدل جديد ارائه شده در چرخ‌دنده مغناطيسي ادغام شده با ژنراتور، مورد ارزيابي قرار گرفته است و با ساير همتايان خود مقايسه شده‌است و نتايج آن تشريح شده‌است. در اين راستا نرم افزار Ansoft Maxwell براي بررسي حالات و پارامترهاي مذكور مورد استفاده قرار گرفته است. كلمات كليدي: چرخ‌دنده‌ي مغناطيسي، توربين بادي، آهنرباي دائم، چرخ‌دنده‌ي مغناطيسي استاتور سيم‌پيچي شده، چگالي گشتاور، چرخ‌دنده ادغام شده با ژنراتور

1396/11/15

2/4/2018 12:00:00 AM

By increasing energy consumption and Due to in contrast the pollution of the environment, Attention to renewable energies has been increased. Among renewable energy sources, wind energy is one of the sources that have been considered for affordability and availability. In wind energy, it is required to use a gearbox in order to adapt the wind speed and the speed of the electric machine there by produce power and transfer torque which is commonly used by mechanical gears due to their high torque density. Torque is produced in mechanical gears with abrasion between the teeth there by they need lubrication and cooling and have low expecting life, high friction and low efficiency. These disadvantages have led the mechanical gear to be magnetic gear. The magnetic gears generate torque by interacting between the magnetic fields at the air gap distances which leads to physical isolation between the input and output shafts that can enhance reliability and reduce the maintenance cost. Nevertheless, Magnetic gears have suffered from low torque density. Recently, new topologys have been developed to increase the torque density. One of the most important topologys is the use of a stator structure that, Beside the solving this problem, it is also possible to make constant output speeds Arising from a variable input speed, which has a significant effect on the production of wind turbine generators. In addition, due to produce wind turbine system in compact size, the magnetic gear and generator integration topology is proposed. In this way, another stator is added to the magnetic-geared permanent magnet machine. In this thesis, a variety of magnetic gears have been investigated and compared. A new topology has been proposed to increase the torque density and has been compared with other counterparts. In addition, a new scheme was developed to improve the performance of the generator integrated magnetic gear and compared with other counterparts. In this regard, Ansoft Maxwell software is used to examine the mentioned states and parameters. Keywords: Magnetic gear, wind turbine, permanent magnet, magnetic-geared permanent magnet, torque density, generator integrated magnetic gear.