ماشین شار محور چیست؟

اگر به چند سال پیش برگردیم و بگوییم؛ آهنربا های دائم (PM) به زودی با تکنولوژی بهتر و البته ارزان تر در تحقیقات علمی و ماشین های ما وارد خواهند شد، شاید کسی این موضوع را باور نمی کرد ولی هم اکنون می بینید که آهنربا های دائم به وفور در تحقیقات علمی در حال استفاده اند و توانسته اند چرخ موتوری را بچرخش در بیاورند که 194 سال پیش بعد از اندک چرخشی باز ایستاد، امروزه این نوع ماشین های خاص که با نام ماشین های شار محور (AFM) شناخته می شوند در حال توسعه سریع و گسترده اند و حتی در مدل های ساده خود توانستند چشم محققان را به بازده های بیش از 90 درصد خود خیره کنند، بنده ی حقیر نیز در این راستا قرار گرفته ام تا بتوانم قدمی در راستای بهبود این نوع ماشین ها در حد توان خود بردارم.

معرفی

ماشین های شار محور برخلاف تصور اکثر افراد جزء ماشین های نخستین بودند که آقای مایکل فارادی آن را به وجو آورد و در آن زمان به نام ماشین های دیسکی شناخته می شدند، این نوع ماشین ها در دوره پیشرفت خود با ماشین های شار شعاعی برخورد کردند و به دلیل سرعت پایین توسعه و نبود برخی تکنولوژی ها با آمدن ماشین ها متداول امروزی تقریبا به کلی کنار رفتند تا اینکه در دهه ی اخیر محققان با مطالعه دقیق و ساختاری توانستند به ویژگی های منحصر به فرد این نوع ماشین ها نظیر؛ بازده بالا، عدم اتلاف شار، تلفات پایین و… پی ببرند و وارد سیل عظیم تحقیقات علمی شوند به دنبال این تحقیقات حضور در صنعت و موارد خاص نیز پیش آمد که خودرو های برقی از این دست می بودند.

علت نام گذاری “شار محور” در این ماشین ها این است که شار عبوری بین استاتور و رتور در راستای محور جابجا می گردد حال آنکه این مورد در ماشین های متداول امروزی به صورت شعاعی انتشار می یابد

این نوع ماشین ها بدلیل داشتن ویژگی های بارز مانند؛ توان خروجی بالا، قابلیت کنترل پذیری آسان، صرفه ی اقتصادی، گشتاور بالا، وزن کم، امکان تنظیم فاصله هوایی و دایرکت درایو (Direct Drive) بودن روز افزون در حال توسعه و وارد شدن به صنایع ریز و درشت مانند؛ پخش کننده های صوتی خانگی، دیسک درایو (Disk Drive)، کشتی های برقی و خطوط ناوگان هوایی هستند.

یکی از مزایای ویژه این نوع ماشین ها که در مدل؛ ماشین های شار محور آهنربای دائم (AFPM) وجود دارد عدم نیاز به تحریک می باشد(البته استفاده از تحریک مصنوعی دارای توان بیشتر و مزیت های خاص خود می باشد که در بخش سوم به صورت مفصل به آن پرداخته شده است) زیرا این وظیفه(تحریک) توسط آهنربا های دائم موجود روی رتور انجام می گردد به همین دلیل به آنها “خود تحریک” نیز می گویند و به لطف پیشرفت تکنولوژی ساخت آهنرباهای دائم شاهد حضور بهترین مدل های آهنربا ها در بازار با ابعاد مختلف و هزینه های ناچیز هستیم، بهترین مدل آهنربای موجود در بازار مدل NdFeB (نئودیمیوم) می باشد که در ادامه در مورد آن توضیح خواهیم داد.

یکی از ویژگی های منحصر به فرد این نوع ماشین ها دایرکت درایو و کم حجم بودن آنهاست که توانسته اند باعث کوچک شدن ادوات مکانیکی شوند و از طرفی در مقاصدی که نیاز به حضور جعبه دنده وجود داشته است جایگزین گیربوکس شوند، توربین های بادی همواره مشکل شان حجم، طول و وزن زیاد بوده است که تنها دلیل آن ژنراتور القایی شعاع محور و قسمت جعبه دنده می باشد.

 امروزه ژنراتور های شار محور بهترین گزینه برای این توربین ها مطرح می شوند و در مواردی هم کار به صورت صنعتی انجام شده است و در کنار بازده بالای خود ژنراتور و کمتر شدن حجم، طول و وزن برج توانسته اند هزینه های ساخت را به حداقل برسانند که با توجه به توان تولیدی تمام توربین های بادی جهان که در سال 2015، 200GW می باشد می توان بازار خوبی برای آن پیش بینی کرد این مورد زمانی جدی تر می شود که نگاهی به آمار های پیش بینی کننده بی اندازیم، این نمودار های می گویند تا سال 2019 شاهد حضور 1000GW توان تحویلی توسط نیروگاه های بادی خواهیم بود.

یکی دیگر از مکان هایی که پتانسیل حضور ژنراتور های شار محور را دارد “خانه” ها هستند و با توجه به هزینه کم ساخت این نوع ژنراتور ها، در سال های نه چندان دور در هر خانه ای با یک سیستم تولید برق پاک -که جزء اصلی آن را ژنراتور شار محور تشکیل می دهد- روبه رو خواهیم شد.

اگر مجالی بود در مقاله ای مجزا روش ساخت یک نیروگاه خانگی را به صورت عملی شرح خواهم داد.

---

مطالب بالا همگی قسمتی از پایان نامه اختصاصی وب سایت PowerEn در مورد “ماشین های شار محور” می باشد که به جرات در نوع خود بی نظیر است در این پایان نامه 69 صفحه ای که حاوی 48 تصویر منحصر به فرد می باشد ما به بررسی دقیق و موشکافانه این نوع ماشین پرداخته ایم و حتی پس از بررسی دقیق و ارائه تصاویر شبیه سازی شده و شماتیک ماشین ها که تمامی نقاط قوت و ضعف هریک را برشمرده ایم پا را فراتر گذاشته و در فصول انتهایی آن بهترین مدل ژنراتوری این ماشین را به همراه فایل شبیه سازی شده توسط نرم افزار Ansys Maxwell که حالت سالید دارد قرار داده ایم تا شما بتوانید کاملا ملموس ژنراتور را درک نمایید و یا فایل شبیه سازی شده را تحریک دهید و در ابعاد خود از آن ولتاژ بگیرید تا باز هم بتوانید آن را بهبود دهید.

در این پایان نامه ابتدا به بررسی “مقایسه ماشین های شار شعاعی (RFM) و شار محور (AFM)” پرداخته ایم تا شما به عنوان مخاطب به خوبی تفاوت این دو نسل را فراگیرید و سپس “انواع حالات ماشین های شار محور” را بیان کرده ایم که خود حاوی 9 مدل کاملا متفاوت می باشد و تقریبا هیچ مدل دیگری را خارج از این 9 مدل یافت نخواهید کرد.

در فصل سوم قلم را به سوی ماشین بدون هسته با عنوان “ژنراتور شار محور بدون هسته سرعت بالا (AFCHSG₁)” چرخانده ایم که مسلما بهترین عملکرد را از خود نشان می دهد و در زیر مجموعه این فصل به بررسی تخصصی این موضع پرداخته ایم، این فصل نیز برای ما اهمیت ویژه ای داشته و به همین دلیل شما تمامی نقاط قوت، ضعف و عملکرد آن را حتی با محاسبات تحلیلی بر پایه مدار معادل مغناطیسی خواهید دید و البته ما در اینجا متوقف نشده و بحث زیبای ابعاد و نحوه ی چینش سیم پیچ را نیز در کنار نحوه ی استفاده آهنربا ها شرح داده ایم و در پایان این فصل از تجربیات شخصی جهت بهبود عملکر این نوع ماشین نیز گزینه هایی مطرح نموده ایم.

[1] Axial Flux Coreless   High-Speed Generator

در فصل چهارم به سمت و سوی حالت کاربردی و طراحی عملی رفته ایم و با عنوان “طراحی بهینه ژنراتور شار محور صنعتی (OIAFG₂)” طرحی بسیار بهینه به همراه فایل شبیه سازی شده سالید قرار داده ایم و در مورد این ژنراتور چندطبقه و نحوه ی عملکرد آن که مطمئنا با خواندن آن متوجه خواهید شد طرحی کاملا جدید و البته کاربردیست آشنا خواهید شد، در زیر مجموعه این فصل مطلبی چالشی نیز با عنوان “مزایای عدم استفاده از آهنربا دائم” قرار داده ایم که در نوع ماشین های شار محور کمتر جایی خواهید دید.

[2] Optimized Industrial Axial Flux Generator

و اما در فصل پنجم کار کاملا عملی شده و دست به ساخت یک نمونه واقعی ماشین شار محور زده ایم که عنوان این فصل را “ساخت ژنراتور اقتصادی شار محور خانگی (EAFG₃)” انتخاب کرده ایم، دراین فصل با ما همراه خواهید شد تا با هم به صورت کاملا علمی و با هزینه ای بسیار کم یک ژنراتور شار محور با بازه بالای 90 درصد در خانه بسازیم که قابلیت قرار گرفتن در فرآیند تولید برق را داراست و فقط کافیست آن را با دست چرخوانده تا متوجه بازه خیره کننده آن شوید. و البته در کنار آن 3 ویدیو را نیز ضبط نموده ایم که با دیدن آنها با مراحل ساخت با راحتی بیشتری آشنا خواهید شد- کیفیت ویدیو های ضبط شده همگی Full HD می باشند.

[3] Economic Axial Flux Generator

پاورپوینت: در کنار این پایان نامه مفصل ما پاور پوینتی 30 اسلایدی قرار داده ایم که از تمامی ویژگی های نرم افزار مایکروسافت آفیس استفاده کرده و در نهایت شاهد یک پاورپوینت کاملا حرفه ای خواهید بود؛ به دلیل استفاده از قابلیت صفحات تودرتو این پاور پوینت تقریبا 60 اسلاید دارد و به دلیل تکامل آن طی آپدیت های دوره ای حجم آن به 1146 مگابایت رسیده که خود نشان دهنده عمق مطالب بکار رفته در آن است، پاورپوینت به گونه ایست که شما در صورت نداشتن زمان کافی برای مطالعه پایان نامه، می توانید تنها به آن رجوع نمایید و ما این قول را به شما می دهیم که هیچ اطلاعاتی را از دست نداده و با تسلط بیشتری اقدام به ارائه کار خود نمایید هرچند که در صورت خواندن خود مقاله نیز کار را به بهترین شکل به اتمام رسانده و بدون تردید در زمینه ماشین های شار محور متخصص خواهید شد.

در زیر به ترتیب چکیده ابتدای ” مقاله ماشین شار محور چیست ” و فهرست آن را مشاهده خواهید نمود.

چكیده

در این پایان نامه در ابتدای امر (بخش اول) شروع به بررسی تخصصی انواع ماشین های شار محور (AFM₄) خواهیم کرد و در این راستا انواع ماشین های شیاردار، بدون شیار و بدون هسته آنها را بصورت تخصصی بررسی خواهیم نمود پس از بررسی مدل های موجود جدیدترین و چالشی ترین مدل؛ با نام ماشین چند طبقه را بررسی خواهیم کرد و در پایان ترکیبی از ماشین های شار محور و شعاع محور (RFM₅) را خواهیم داشت که در نوع خود کم نظیر است. در ادامه (بخش دوم) به بیان ویژگی استاتور و رتور بدون هسته در ماشین های سرعت بالا خواهیم پرداخت و دلایل قانع کننده، همراه با بررسی را خدمتتان ارائه خواهیم نمود تا با مزیت های ماشین های بدون هسته آشنا شوید. در بخش سوم نیز طراحی ژنراتوری ابتکاری و البته بسیار کاربردی جهت ارائه به صنعت خواهیم داشت که بازده ای بالا به همراه دارد، در پایان (بخش چهارم) نیز برای علاقه مندان به این نوع ماشین ها؛ بصورت عملی ساخت ژنراتور خانگی با کم ترین هزینه ای را آموزش خواهیم داد.

[4] Axial Flux Machine

[5] Radial Flux Machine

ویرایش اول:

در این به روزرسانی برای شما آموزش ویدیوئی طراحی، ساخت، البته نتیجه گیری، نمایش داده های خروجی و… (جزییات بیشتر در مورد هر قسمت آموزشی در زیر آمده است) با نرم افزار Ansys Maxwell برای شما قرار داده ایم که با دیدن آن به راحتی می توانید یک ژنراتور شار محور را از صفر تا صد طراحی و تست نمایید و البته به جرات خواهید توانست سایر موتورها از انواع چندطبقه را نیز طراحی و تست نمایید. در کنار این آموزش که با کیفیت Full HD ضبط گردیده است فایل شبیه سازی شده ژنراتور شار محور هم به صورت زنده قرار گرفته است تا از نزدیک با ساختار و البته جهت تست سایر حالت ها نیز بهره بگیرید.

آنچه که در این 4 قسمت آموزش ویدیویی طراحی ژنراتور شار محور با Ansys Maxwell خواهید دید؛

قسمت 1:

پروژه: ژنراتور شار محور سه  فاز

توضیح ماشین شار محور، تفاوت شار محور و شار شعاعی، ویژگی های شار محور، مراحل ساخت پروژه، بیان نحوه ی اجرایی پروژه، طراحی رتور، جابجایی بدون داشتن نقاط پیش فرض(دقیقا مانند اینکه شما یک پروژه جدید را بدون داشتن نقاط و اندازه ها در حال طراحی هستید)، ساخت بدنه و ماده رتور، ساهت آهنربای N، تشکیل یکی در میان مگنت ها، ساخت و ایجاد NdFe35+، تشکیل مگنت های S، ایجاد شکل نهایی و کامل رتور، رنگ بندی و مرتب سازی

قسمت 2:

پروژه: ژنراتور شار محور سه  فاز

طراحی استاتور، انتخاب ماده، همسانی اندازه رتور و استاتور، ایجاد سیلندر، عمل تفریق اشکال، مماس کردن اشکال، کار با عملگر Section، جداسازی ترمینال، تعریف حل مسئله در حالت ترنزینت، تعریف کویل،تعداد دور سیم پیچ، ایجاد 6 کویل روی استاتور، توضیح فاز بندی، تعریف اسامی و رنگ بندی فازی، ایجاد شکل نهایی طرح 3 بعدی

قسمت 3:

پروژه: ژنراتور شار محور سه  فاز

تعریف تحریک هادر پنجره مدیرت پروژه، اصلاح فازی کویل ترمینال، ایجاد Winding، توضیح انواع سیم پیچ و کاربرد های آنها، توضیح حالت External، تعریف مقدار مقاوت و اندوکتانس سیم پیچ، ایجاد ناحیه حل مسئله، بررسی پیام خطای Verify conduction path ‘Path2’، ایزوله کردن کویل ها، ایجاد موشن و چرخش، توضیحات چرخاندن رتور، تعریف مقدار سرعت(RPM)، بیان اصول چرخش در Ansys، تعریف آنالیز، مشخص کردن زمان ایست و پله، نحوه محاسبه Step Time، ثبت زمان ها، ولیدیت پروژه، ران نهایی

قسمت 4:

پروژه: ژنراتور شار محور سه  فاز

کار با نتایج، نمایش ولتاژ القا شده در سیم پیچ فاز A، توضیحات منو رسم نمودار و ثبت گزارش، توضیحات ولتاژ القا شده، بررسی مقدار ولتاژ و شکل سنوسی ولتاژ القا شده، نمایش نمودار شار پیوندی سیم پیچ فاز A بهمراه تحلیل آن وعلل مثبت و منفی، نمایش نمودار سرعت و علت ثابت بودن آن، نمایش تلفات و تحلیل آن، نمایش چگالی میدان کل زنراتور، توصیه های بهبود سازی بهمراه تحلیل، بیان توضیحات میدان مغناطیسی، نمایش حالت برداری میدان مغناطیسی، کار با تنظیمات نحوه نمایش داده ها، توضیحات سایر حالت های نمایشی انرژی، کوانرژی و…

فهرست مطالب (فهرست بکار رفته مدل هوشمند می باشد)

مقدمه

معرفی

1   مقایسه ماشین های شار شعاعی (RFM) و شار محور (AFM)

1‌.1‌   ویژگی های آهنربای دائم NdFeB

2   انواع حالات ماشین های شار محور

2‌.1‌   تک رتور – تک استاتور

2‌.2‌   تک استاتور – دو رتور – بدون شیار (TORUS-NS)

2‌.3‌   تک استاتور – دو رتور – شیاردار (TORUS-S)

2‌.4‌   دو استاتور – یک رتور بدون شیار، رتور داخلی – استاتورهای خارجی (AFIR NS)

2‌.5‌   دو استاتور – یک رتور شیاردار، رتور داخلی – استاتورهای خارجی (AFIR-S)

2‌.6‌   ماشین های شار محور چند طبقه بدون شیار (MULTI-NS)

2‌.7‌   ماشین های شار محور چند طبقه شیاردار (MULTI-S)

2‌.8‌   مزایای مدل NS نسبت به مدل NN

2‌.9‌   ماشین های مرکب – شار محور و شعاع محور

3‌.1‌   معرفی

3‌.2‌   ساختار ژنراتورهای بدون هسته سرعت بالا

3‌.3‌   مزایای عدم حضور هسته در استاتور و رتور

3‌.4‌   معایب ماشین های بدون هسته

3‌.5‌   محاسبات تحلیلی بر پایه مدار معادل مغناطیسی

3‌.6‌   محاسبه ی نیروی محرکه ی الکتریکی

3‌.7‌   ابعاد بهینه سیم پیچ ها

3‌.8‌   ابعاد و شکل بهینه آهنرباهای دائم

3‌.9‌   مشاهدات تجربی

4   طراحی بهینه ژنراتور شار محور صنعتی (OIAFG)

4‌.1‌   معرفی

4‌.2‌   مزایای عدم حضور آهنربای دائم

4‌.3‌   طراحی

4‌.4‌   مشاهدات تجربی

5   ساخت ژنراتور اقتصادی شار محور خانگی (EAFG)

5‌.1‌   معرفی

5‌.2‌   مواد مورد نیاز

5‌.3‌   ساخت

5‌.4‌   ساعت بندی

5‌.5‌   سیم پیچی

5‌.6‌   آهنرباهای دائم

5‌.7‌   ساخت رتور

5‌.8‌   بخش مکانیکی

5‌.9‌   چسب کاری

5‌.10‌ تست و راه اندازی

5‌.11‌ جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

منابع و مراجع

در زیر می توانید بصورت رایگان لیست “منابع” استفاده شده در این پایان نامه را دانلود نمایید

     منابع | حجم 1 مگابایت

هم اکنون می توانید پایان نامه ماشین های شار محور را به صورت اینترنتی و آنی خریداری نمایید.

محتوای این پکیج؛

فایل پی دی اف پایان نامه

پاور پوینت

3 ویدیو آموزش ساخت ژنراتور شار محور فصل چهارم – Full HD

69 تصویر (49 تصویر اصلی + 20 تصویر جانبی)

فایل شبیه سازی شده ژنراتور صنعتی بصورت سالید (Ansys Maxwell)

آموزش ویدیویی شبیه سازی “ژنراتور شار محور با نرم افزار Ansys Maxwell” – چهار قسمت Full HD به همراه فایل شبیه سازی

توجه: این مقاله منحصرا توسط PowerEn نوشته شده است و شما با مسئولیت کامل PowerEn این اجازه را خواهید داشت که قسمتی و یا تمام آن را در پایان نامه و یا مقالات خود استفاده نمایید در کنار این؛ شما اجازه ویرایش محتوا را نیز خواهید داشت.

هدیه مجموعه POWEREN به شما: این محصول از این پس به صورت رایگان عرضه می‌شود.

 لیست تغییرات:

ویرایش اول: آموزش ویدیوئی شبیه سازی “ژنراتور شار محور با نرم افزار Ansys Maxwell” – چهار قسمت Full HD به همراه فایل شبیه سازی

 ویرایش دوم: اصلاح و ویرایش صدای تمامی پارت ها