بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به بیشتر شدن کاربرد ماشینهای مغناطیس دائم رفت و برگشتی لولهای یا ژنراتور پیستون آزاد، کاهش هزینه ساخت به منظور تولید این ماشینها اهمیت بالایی دارد، با استفاده از کامپوزیت مغناطیس نرم SMC به عنوان هسته یکپارچه در این ماشینها، هزینه تولید در آنها کاهش پیدا میکند. کاربرد SMC به خاطر مزایای ویژهای مانند تلفات فوکوی کم، هزینه ساخت پایین و نقطه کوری بالا در حال بیشتر شدن است، با این حال تاکنون پژوهشی مبنی بر استفاده از این نوع ماده به عنوان هسته در ژنراتور پیستون آزاد انجام نشده است . در این مقاله تاثیر استفاده از ماده SMC به عنوان هسته ماشین مذکور بر روی تلفات آهنی با هسته فولاد سیلیکون مورق که از هستههای رایج در ماشینهای الکتریکی است، مقایسه میشود. شبیهسازی ماشین توسط روش اجزای محدود، انجام و تلفات آهنی در سه سرعت مختلف قسمت متحرک ماشین بدست خواهد آمد. ساختار ماشین مورد مطالعه مربوط به ژنراتور پیستون آزاد با موتور احتراق درونسوز است که در خودروهای هیبرید کاربرد دارد.
مقدمه
در سالهای اخیر، کاربرد ژنراتور مغناطیس دائم رفت و برگشتی لولهای به صورت مبدل انرژی پیستون آزاد اهمیت بیشتری یافته است، از جمله کاربردهای مهم این مبدل میتوان به استفاده از آن با موتور احتراق درونسوز در خودروهای هیبرید - Cawthorne, - 1999 اشاره کرد. یکی از چالشهای اساسی در ماشینهای خطی لولهای، ساختار هسته است، که به خاطر جهت شار درآن بهتر است از هسته یکپارچه استفاده کرد تا بتوان از فضای ماشین استفاده بهینه کرد، حال آنکه استفاده از هسته یکپارچه به شدت باعث بالا رفتن تلفات فوکو میشود، با این حال در سالهای اخیر با توسعه مواد SMC این مسئله برطرف شده است، در SMC تلفات فوکو به شدت کاهش یافته و هزینه ساخت آن کمتر از مدل مورق است - . - Shokrollahi & Janghorban, 2007 از این رو استفاده از این ماده به عنوان هسته در ماشینهای خطی لولهای رو به افزایش است. در مرجع - - J Wang, Jewell, & Howe, 2001 افزایش چگالی نیروی ماشین خطی لولهای با هسته چند تکه که از تکههای یکپارچه SMC استفاده شده ، اثبات شده است. در مرجع - - Jiabin Wang & Howe, 2005 از SMC به صورت هسته چند تکه با تکههای یکپارچه برای ماشین خطی لولهای استفاده شده است و اثبات شده که به خاطر یکپارچگی هسته، نسبت به هسته مورق، استفاده بهینهتری از فضای ژنراتور میشود، دقت محاسبه تلفات در این مرجع بالا نیست. در مراجع - I. I . Abdalla, T. Ibrahim, & N. B. - M. Nor, 2016; I. I. Abdalla, T. B. Ibrahim, & N. M. Nor, 2016، از این ماده برای هسته موتور خطی مغناطیس دائم لولهای برای کاربرد در یخچال استفاده شده است. ماده SMC علاوه بر تلفات فوکوی پایین و هزینه ساخت کمی که دارد، نقطه کوری بالایی را داراست که آن را برای استفاده در ژنراتور پیستون آزاد با موتور احتراق درونسوز مناسب میکند. البته چگالی شار اشباع کمتر و ضریب نفوذپذیری پایین آن و تلفات آهنی بیشتر در فرکانس مشخص نسبت به هسته مورق فولاد سیلیکون، از معایب این نوع هسته است - Jiabin Wang & Howe, . - 2005 در پژوهشهای انجام شده بر روی ژنراتور پیستون آزاد، تاکنون تاثیر استفاده از هسته SMC در آن بررسی نشده است. در این پژوهش از ماده SMC به عنوان هسته استاتور در ژنراتور پیستون آزاد استفاده شده، و نتایج حاصل از آن با هسته فولاد سیلیکون مورق، مورد مقایسه قرار گرفته است.
ساختار ماشین و روش بررسی
ساختار ماشین مورد بررسی طبق جدول 1 بوده و از مرجع - Cawthorne et al., 1999 - گرفته شده است. این ژنراتور در موتور احتراق خودروهای هیبرید به عنوان ژنراتور پیستون آزاد استفاده میشود. تصویر این ژنراتور را در شکل2 می بینید. این ژنراتور از 6 سیمپیچ تشکیل شده که با یکدیگر سری شدهاند و قسمت متحرک آن از چهار قطب مغناطیس دائم تشکیل شده است که دوتا از آنها در یک جهت میدان شعاعی را ایجاد میکنند و دوتای دیگر برعکس قرار گرفته و میدانشان عکس میدان آهنرباهای دیگر است تا مسیری جهت برگشت میدان ایجاد کرده و باعث تقویت این میدان شوند.، برای بررسی ابتدا از ماده SMC جنس Somaloy500 و سپس فولاد سیلیکون مورق Armco m6 به عنوان هسته در این ماشین استفاده شده است. منحنی اشباع مغناطیسی این دو ماده را در شکل 3 می بینید. همانطور که میبینید فولاد سیلیکون ضریب نفوذپذیری مغناطیسی بیشتری نسبت به SMC دارد. در حالتی که هسته ماشین از فولاد سیلیکون مورق است، فرض بر این است که هسته، لولهای یکپارچه است. پروفایل حرکتی قسمت متحرک، سینوسی و به صورت شکل 3 است. و سرعت زاویه ای در این منحنی 150 رادیان بر ثانیه است. حرکت، در راستای محور عمودی است. یک مقاومت 150 اهمی به عنوان بار ژنراتور در نظر گرفته شده است. شکل :1 ژنراتور خطی مغناطیس دائم لوله ای رفت و برگشتی تک فاز در موتور احتراق
