موتور سوئیچ «رلوکتانس» شبیه سازی و ساخته شد/ کاربرد در آسانسورها

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، متین وطنی محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «طراحی، شبیه‌سازی و ساخت موتور سوئیچ رلوکتانس خطی بهبود یافته» گفت: در حوزه‌های صنایع از قبیل حمل و نقل ریلی و ساختمان سازی بسیاری از جابه‌جایی‌ها با حرکت خطی انجام می‌شود.

وی افزود: به طور مرسوم حرکت خطی توسط یک تسمه که به وسیله‌ی یک قرقره به موتور الکتریکی دوار کوپل شده است، ایجاد می‌شود. به طور مثال سیستمی که امروزه برای آسانسورها بسیار رایج هستند به این صورت کار می‌کنند اما استفاده از یک موتور الکتریکی دوار و تجهیزات مکانیکی از قبیل تسمه و قرقره برای تولید حرکت خطی کمبودهایی دارد.

وی با اشاره به این مشکلات در موتورهای الکتریکی گفت: دقیق نبودن موقعیت جسم جابه‌جا شونده، دارای لرزش بودن، بازده پایین داشتن، عدم امنیت قطعی در مواقع بحرانی، گران بودن برای سیستم‌های با طول زیاد ازجمله این مشکلات به شمار می‌روند.

وی با تاکید بر اینکه این کمبودها با افزایش طول مورد نیاز برای جابه‌جایی به شدت آزار دهنده‌تر و برجسته‌تر می‌شوند، گفت: بنابراین پیدا و ارائه کردن راهکاری برای کمبودهای اشاره شده مورد توجه قرار گرفت.

وی افزود: به عبارت دیگر معرفی یک سیستم محرکه با طول زیاد برای حرکت‌های خطی مورد نیاز در صنعت، حمل و نقل و ساختمان‌سازی که کمبودهای مورد اشاره را برطرف کرده باشد، مورد هدف قرار گرفت.

وطنی افزود: یک راهکار استفاده سیستم‌های محرکه‌ی خطی به جای سیستم‌های مرسوم دوار است، اما سیستم‌های محرکه خطی در طول زیاد قیمت ساخت بالا و چگالی نیروی پایین دارند.

وی ادامه داد: بنابراین هدف قطعی ما در این پروژه ارائه راهکاری برای کاهش هزینه ساخت و افزایش چگالی نیرو در سیستم‌های محرکه‌ی خطی برای کاربردهای با طول زیاد مشخص شد.

وی با اشاره به اهمیت این پروژه گفت: هدف‌های اصلی ما در انجام پروژه در دو گزینه‌ی یافتن راهکار یا روش جدید و ارتقای مرزهای دانش در این حوزه قابل بررسی است. در این پروژه سعی کردیم با ارائه‌ی راهکارهای جدید استفاده از موتورهای الکتریکی خطی را در طول زیاد اقتصادی کنیم.

وی افزود: در این مورد با کاهش چشمگیر مواد مصرفی در ساخت یعنی آهن و مس، هزینه ساخت را به صورت چشمگیری کم کردیم. علاوه بر این، نوآوری‌های ارائه شده بهبودی چشمگیری در چگالی نیرو حاصل کرد. هم‌چنین، با توجه اینکه راه‌حل‌های پیشنهادی برای اولین بار معرفی شده‌اند، این پروژه در زمینه گسترش علم هم موفق عمل کرده است.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر با اشاره به فرایند این پروژه گفت: انجام کار پنج مرحله پایه داشت که به ترتیب عبارتند از: مطالعه و پژوهش، ارائه راه‌حل، طراحی، شبیه‌سازی و ساخت.

وی ادامه داد: مرحله اول با مطالعه‌ی سیستم‌های محرکه‌ی پیشنهاد شده برای کاربرد مشابه با کاربرد مد نظر پروژه‌ی ما و بررسی معایب و مزایای هرکدام شروع شد. این مرحله پایه و اساس قدم‌های بعدی در انجام پروژه بود.

وطنی با بیان اینکه در گام دوم، با توجه با مطالعات انجام گرفته و نوآوری‌های پیشنهادی خودمان، یک موتور الکتریکی خطی با ساختار جدید پیشنهاد کردیم که علاوه بر پوشاندن معایب سیستم‌های مرسوم، مزایایی نسبت به سیستم‌های مشابه جدید خود نیز دارد، گفت: در روش رایج طراحی موتورهای الکتریکی، این روش را با مدل بسیار دقیق اجزای محدود ترکیب و موتور الکتریکی با ساختار پیشنهادی خود را طراحی کردیم.

فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر ادامه داد: در گام بعدی وارد فاز شبیه‌سازی کامپیوتری شدیم. در این مرحله آخرین بررسی‌های مورد نیاز قبل از ساخت نمونه‌ی آزمایشگاهی از قبیل بررسی‌های الکترومغناطیسی و مقایسه با موتورهای الکتریکی موجود انجام شد. هم‌چنین طراحی قسمت‌های مکانیکی در این مرحله صورت پذیرفت.

وی افزود: در گام پایانی بر پایه‌ی نقشه‌های رسم شده، نمونه آزمایشگاهی موتور الکتریکی با حرکت خطی پیشنهادی ساخته شد و نتایج تجربی استخراج شد.

وطنی با اشاره به اینکه نتایج این طرح در چه صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد، گفت: این طرح در صنایع چاپ، حمل و نقل و ساختمان‌سازی به صورت روشنی کاربرد دارد. همچنین در هر کجا که نیاز به حرکت خطی باشد سیستم پیشنهادی ما قابل پیاده‌سازی است.

وی گفت: در صنعت چاپ شامل پرینترها و پلاترهای با عرض بالا و هم‌چنین پرینترهای سه بعدی به عنوان محرک کارتریج قابل استفاده است. در صنعت حمل و نقل و به طور مشخص در قطارهای مغناطیسی استفاده از موتور پیشنهادی بسیار مقرون به صرفه و مفید است. هم‌چنین در صنعت ساخت و ساز و در بخش آسانسورها به عنوان محرک کابین آسانسور قابلیت استفاده دارد.

وطنی با اشاره به نتایج پروژه گفت: در ادامه برای دریافت عملی بهره‌وری بیشینه از موتور الکتریکی ساخته شده، باید با استفاده از روش‌های موجود در کنترل حرکت موتورهای الکتریکی، یک روش بهینه به منظور کاهش حداکثری نوسانات نیرو در عین افزایش حداکثری نیرو تولیدی و بازده ارائه شود. در گام‌های بعدی می‌توان به صنعتی کردن این پروژه وارد شد.

وی با اشاره به ویژگی‌های طرح گفت: قیمت پایین‌تر در مقایسه با طرح‌های معرفی شده تا کنون، بازده بالاتر در مقایسه با دیگر موتورهای سوئیچ رلوکتانس خطی، چگالی نیرو بیشتر در مقایسه با دیگر موتورهای سوئیچ رلوکتانس خطی، وزن کمتر بخش متحرک در مقایسه با دیگر موتورهای سوئیچ رلوکتانس خطی از ویژگی‌های این طرح به شمار می‌رود.

وی اضافه کرد: با توجه به اینکه در داخل کشور برای تأمین نیاز حرکت خطی از روش سنتی یعنی موتور دوار و تجهیزات مکانیکی استفاده می‌شود، نمونه داخلی صنعتی مشابه با کار ما وجود ندارد و اگر موردی بوده باشد صرفاً آزمایشگاهی و مطالعاتی است. نمونه‌های خارجی وجود دارند که اکثراً برای کاربردی که مورد استفاده قرار می‌گیرند طراحی و پیاده‌سازی شده‌اند. به طور مثال شرکت Thyssen Krupp در آسانسورهای نسل جدید از موتور الکتریکی خطی به منظور جابه‌جایی کابین آسانسور استفاده کرده است.

وی با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح گفت: قیمت تمام شده پایین محصول، بازده بالاتر، چگالی توان بیشتر و… از مزیت‌های این طرح به شمار می‌رود.

گفتنی است: استاد راهنمای این پروژه دکتر مجتبی میرسلیم عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر بوده است.