بخشی از مقاله
خلاصه
مدل ماشین سنکرون خطی آهنربای دائم دو طرفه که در این مقاله مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است، در گروه ماشینهای با سرعت کم و نیروی رانش بالا قرار میگیرد. این مدل ماشینها که نیروی رانش را مورد توجه قرار داده معمولا با نام ماشینهای ورنیر1شناخته میشوند. بزرگ بودن فاصله هوایی در ماشینهای خطی موجب باز شدن شار در فاصلهی هوایی و توزیع شار را در این ناحیه نامتوازن میکند. همچنین باعث پراکندگی شار در دو لبهی انتهایی قسمت اولیه شده، که کاهش نیروی رانش را بدنبال دارد. اثر بر هم کنش بین آهنربا و دندانهی ثانویه وجه مشترک ماشین خطی و دوار است.
این اثر به خصوص زمانی که بخش ثانویه به صورت دندانه برجسته باشد، با ایجاد یک نیروی جذبی موجب کاهش نیروی رانش میشود. دو ویژگی ذکر شده عمدترین دلایل کاهش نیروی رانش هستند. این مقاله با تغییر آرایش آهنرباها به صورت هالباخ با سه وضعیت 90، 45 و30 درجه نتایج خروجی به خصوص نیروی رانش و نیروی کاگینگ2را بهبود میدهد. نتایج شبیهسازی با نرم افزار روش اجزا محدود - FEM - 3 به صورت دو بعدی و سه بعدی مورد تحلیل و بررسی قرار میگیرد.
.1 مقدمه
فاصله هوایی بزرگ و وجود اثر انتهایی دو ویژگی اصلی ماشینهای خطی است که موجب کاهش عملکرد این نوع ماشینها میشود اما به دلایلی از جمله: تنوع ساخت گسترده، سر و صدای کمتر، هزینههای تمام شده و همچنین استفاده مستقیم برای تبدیل نیرو که موجب کوچک شدن سیستم تبدیل کننده میشود، از عمده ترین دلایل گرایش بیشتر برای استفاده از این ماشینها است .[1] استفاده از آهنربا در ماشین خطی منبعی مناسب برای تحریک و ایجاد چگالی نیروی بیشتر است.
اما در طرف دیگر این مزایا واکنش بین آهن-ربا و بخش ثانویه به خصوص زمانی که ثانویه یا محرک به صورت یک صفحه با دندانههای برجسته - چرخدنده - باشد [2,3]، باعث ایجاد اثری - اثر کاگینگ - جذبی در ماشین میشود که در مقابل نیروی رانش قرار گرفته و کاهش نیروی رانش را بهدنبال دارد. تغییر در ساختار ثانویه یکی از روشهای معمول برای تغییر نیروی کاگینگ است از این رو در مقاله-های زیادی به این بحث پرداخته شده است .[4,5] تغییر نوع آرایش آهنربا به صورت هالباخ روشی است که میتوان برای کاهش نیروی کاگینگ استفاده کرد. البته آرایش هالباخ به گونهای است که میتواند مسیر توزیع شار را در بخش مورد نظر متمرکز کند.
این تمرکز باید به گونهای باشد که یک تناسب ایدهآل برای توزیع شار در بخش اولیه و ثانویه ایجاد کند. آرایش هالباخ باعث کاهش پراکندگی شار در ناحیه دندانه استاتور، اعمال نیروی رانش بیشتر از طرف آهنربا، توزیع چگالی شار در ناحیه ثانویه بهبود - افزایش - یافته و همچنین شکل موج خطوط شار به صورت یک مدل سینوسی تغییر میکند .[6-9] علاوه بر نتایج ذکر شده نتایج شبیهسازی نشان میدهد تغییر آرایش آهنربا، موجب کاهش اثر شار پراکندگی - اثر انتهایی - در دو لبهی انتهایی این ماشین میشود. این اثر یکی از ویژگیهای مختص به ماشین خطی است.
کاهش اثر پراکندگی در دو لبهی انتهایی افزایش نیروی رانش را بدنبال دارد .[10-12] تنوع ماشینهای خطی گسترده است که می-توان به دو دسته کلی تقسیم شود: سرعت بالا و سرعت پایین. ماشین با سرعت پایین در حوزهی حمل و نقل عمومی زمینی مورد استفاده قرار میگیرد. ماشین با سرعت بالا معمولا به صورت کوتاه ساخته شده و برای ایجاد سرعت بالا در مسافت کوتاه مانند کاربردهای نظامی برای پرتابهها به کار می رود .[1] در [13,14] دو ماشین ورنیر خطی آهنربای دائم و ماشین ورنیر خطی پیوندی مورد بررسی قرار گرفته، نتایج نشان میدهد ماشین ورنیر خطی آهنربای دائم نیروی رانش بیشتر و نیروی کاگینگ کمتری دارد.
در بخش دوم این مقاله ساختار ماشین بررسی میشود. در بخش سوم عملکرد و روابط حاکم بر ماشین خطی بیان میشود. در بخش چهارم طراحی ماشین پیشنهادی شرح داده میشود. در بخش پنجم نتایج شبیهسازی با استفاده از نرم افزار روش اجزای محدود - FEM - به صورت دو بعدی و سه بعدی مورد تحلیل قرار میگیرد و در بخش ششم به بیان نتیجهگیری پرداخته میشود.
.2 ساختار ماشین - DPMLS -
شکل - - 1 ساختار ماشین خطی ارائه شده در این مقاله را به صورت 3 بعدی نشان میدهد. بخش اولیه - ثابت - با هسته آهنی به صورت دو طرفه با تعداد 6 شیار در هر طرف با سیمپیچ سه فاز که آهنرباها بر روی سطح دندانه استاتور قرار گرفته تشکیل شده است. منبع تغذیه - سیمپیچ - این ماشین به صورت 2 قطب و با گام قطبی 3 سیمپیچی شده است.
بخش ثانویه - محرک - با هسته آهنی و با دندانههای برجسته تشکیل شده است. ساختار بخش ثانویه به دلیل دندانههای برجسته به صورت یک چرخدنده عمل میکند. استفاده از دندانههای برجسته بر روی سطح ثانویه باعث ایجاد یک قفل مغناطیسی با آهنرباها میشود، که افزایش نیروی رانش را به دنبال دارد در مقابل تاثیر زیادی در افزایش نیروی کاگینگ نیز دارد. آرایش آهنرباها به صورت یکی درمیان مثبت و منفی در کنار هم قرار گرفتهاند. پارامترهای اصلی این ماشین در جدول - 1 - آمده است.
