توصيفگر ها :
سامانه هاي ذخيره ساز انرژي , ذخيره ساز چرخ طيار , تعليق مغناطيسي , آرايه هالباخ
چكيده فارسي :
يكي از چالشهاي اصلي در حوزه انرژي، يافتن راهكارهاي نوين براي ذخيرهسازي و استفاده بهينه از منابع انرژي است. استفاده بيرويه از سوختهاي فسيلي باعث بروز پيامدهاي زيستمحيطي مخربي شده است كه از جمله مهمترين آنها، آلودگي هوا در شهرها است. اين مشكلات زيستمحيطي، دولتها و سازمانها را بهسوي استفاده از خودروهاي برقي بهجاي خودروهاي با سوخت فسيلي سوق داده است. در اين راستا، استفاده از ذخيرهساز چرخ طيار در كنار باتري خودروهاي برقي، بهويژه در مواقع شتابگيري و ترمزكردن، به دليل قابليت ذخيره و بازيافت سريع انرژي، موجب بهبود كارايي خودرو و همچنين افزايش طول عمر باتريهاي آن ميشود. براي بهبود و افزايش كارايي و عمر مفيد باتريها در خودروهاي برقي، ميتوان از ذخيرهساز چرخ طيار در ساختار جعبهدنده بهره برد.
در اين تحقيق، ابتدا انواع ذخيرهسازهاي پركاربرد در صنعت خودروهاي برقي شامل باتريها، ابرخازنها و چرخ طيارها مورد بررسي قرار گرفته است. در مرحله بعد، بهمنظور بهبود عملكرد باتريها، ويژگيهاي دو نوع ذخيرهساز ابرخازن و چرخ طيار مورد بررسي و مقايسه قرار گرفتهاند. سپس، طرح پيشنهادي يك ذخيرهساز چرخ طيار مبتني بر تعليق مغناطيسي با استفاده از آهنرباي دائمي ارائه و تحليل شده است. استفاده از تعليق مغناطيسي نهتنها منجر به كاهش اصطكاك مكانيكي و تلفات انرژي ميشود، بلكه كارايي سيستم انتقال قدرت را نيز افزايش ميدهد. بهرهگيري از اين نوع تعليق بهجاي ياتاقانهاي مكانيكي سنتي، موجب افزايش عمر مفيد سيستم و كاهش نياز به تعميرات منظم ميشود. علاوه بر اين، امكان كاركرد چرخ طيار در سرعتهاي بالا فراهم ميشود كه اين امر به ذخيرهسازي انرژي بيشتري منجر ميشود.
يكي ديگر از مزاياي استفاده از آهنرباهاي دائمي در سيستم تعليق مغناطيسي، كاهش نياز به منابع انرژي خارجي براي ايجاد ميدان مغناطيسي است. اين موضوع باعث كاهش هزينه، وزن و حجم سيستم ميشود كه در خودروهاي برقي كه به دنبال افزايش بازده و افزايش محدوده حركت هستند، اهميت ويژهاي دارد. در اين پاياننامه، ابتدا مروري بر خواص مغناطيسي مواد انجام شده است و براي طراحي سيستم تعليق مغناطيسي، مباني تئوري تحليل مغناطيسي مورد نياز بهصورت اجمالي ارائه شده است. همچنين، محاسبات لازم بر اساس تغييرات ميدان و نيروهاي وارد بر آهنرباها بهمنظور انتخاب تعداد بهينه آهنرباها ارائه شده است. بهمنظور بهبود پايداري سيستم تعليق، طرح آرايه هالباخ براي چيدمان آهنرباها و از ميراگر مغناطيسي براي كاهش نوسانات پيشنهاد شده است. اين تحقيق نشان ميدهد كه سيستم تعليق مغناطيسي با استفاده از آهنرباي دائمي، نهتنها كارايي و عملكرد خودروهاي برقي را بهبود ميبخشد، بلكه با كاهش وزن و حجم سيستمهاي تعليق مرسوم، به افزايش كارايي و بازده تبديل انرژي خودروها كمك شاياني ميكند. علاوه بر اين، حذف قطعات مكانيكي متحرك در اين سيستم، باعث كاهش نياز به تعميرات و نگهداري منظم ميشود كه در نهايت به كاهش هزينههاي نگهداري خودرو منجر ميشود.
چكيده انگليسي :
One of the main challenges in the energy sector is finding new solutions for storing and optimizing energy resources. The excessive use of fossil fuels has caused devastating environmental consequences, the most important of which is air pollution in cities. These environmental problems have led governments and organizations to use electric vehicles instead of fossil fuel vehicles. In this regard, the use of a flywheel accumulator alongside the battery of electric vehicles, especially during acceleration and braking, improves the efficiency of the vehicle and also increases the lifespan of its batteries due to its ability to store and recover energy quickly. To improve and increase the efficiency and useful life of batteries in electric vehicles, a flywheel accumulator can be used in the gearbox structure. In this study, first, the types of storage devices widely used in the electric vehicle industry, including batteries, supercapacitors, and flywheels, are examined. In the next step, in order to improve the performance of batteries, the characteristics of two types of storage devices, supercapacitor and flywheel, are examined and compared. Then, a proposed design of a flywheel storage device based on magnetic suspension using permanent magnets is presented and analyzed. The use of magnetic suspension not only reduces mechanical friction and energy losses, but also increases the efficiency of the power transmission system. Using this type of suspension instead of traditional mechanical bearings increases the useful life of the system and reduces the need for regular repairs. In addition, the flywheel can operate at high speeds, which leads to greater energy storage. Another advantage of using permanent magnets in a magnetic suspension system is the reduction in the need for external energy sources to create a magnetic field. This reduces the cost, weight, and volume of the system, which is of particular importance in electric vehicles that seek to increase efficiency and increase range. In this thesis, first, a review of the magnetic properties of materials has been conducted, and the theoretical foundations of magnetic analysis required for the design of a magnetic suspension system have been briefly presented. Also, the necessary calculations based on field changes and forces acting on the magnets have been presented in order to select the optimal number of magnets. In order to improve the stability of the suspension system, a Halbach array design has been proposed for the arrangement of magnets and a magnetic damper has been proposed to reduce oscillations. This research shows that a magnetic suspension system using permanent magnets not only improves the efficiency and performance of electric vehicles, but also significantly increases the efficiency and energy conversion efficiency of vehicles by reducing the weight and volume of conventional suspension systems. In addition, the elimination of moving mechanical parts in this system reduces the need for regular repairs and maintenance, which ultimately leads to a reduction in vehicle maintenance costs.
