شبیه‌سازی موتور سوئیچ رلوکتانس آسانسور در دانشگاه امیرکبیر

به گزارش روز یکشنبه دانشگاه صنعتی امیرکبیر، متین وطنی محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «طراحی، شبیه‌سازی و ساخت موتور سوئیچ رلوکتانس خطی بهبود یافته» با بیان اینکه، بسیاری از جابه‌جایی‌ها در حوزه‌های مختلف صنایع از قبیل حمل و نقل ریلی و ساختمان سازی با حرکت خطی انجام می‌شود، افزود: به طور مرسوم حرکت خطی توسط یک تسمه که به وسیله‌ یک قرقره به موتور الکتریکی دوار کوپل شده است، ایجاد می‌شود.

وی ادامه داد: به طور مثال سیستمی که امروزه برای آسانسورها بسیار رایج است، به این صورت کار می‌کند، اما استفاده از یک موتور الکتریکی دوار و تجهیزات مکانیکی از قبیل تسمه و قرقره برای تولید حرکت خطی دارای کمبودهایی است.

این محقق، دقیق نبودن موقعیت جسم جابه‌جا شونده، دارای لرزش بودن، بازده پایین داشتن، نبود امنیت قطعی در مواقع بحرانی، گران بودن برای سیستم‌های با طول زیاد را  از جمله مشکلات موتورهای الکتریکی برشمرد.

وی با تاکید بر اینکه این کمبودها با افزایش طول مورد نیاز برای جابه‌جایی به شدت آزار دهنده‌تر و برجسته‌تر می‌شود، گفت: بنابراین پیدا و ارائه کردن راهکاری برای کمبودهای برای حرکت‌های خطی مورد نیاز در صنعت، حمل و نقل و ساختمان‌سازی مورد توجه قرار گرفت.

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

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

وی درباره اهمیت این پروژه اظهار داشت: هدف‌های اصلی این پروژه در دو گزینه‌ یافتن راهکار یا روش جدید و ارتقای مرزهای دانش در این حوزه قابل بررسی است. در این پروژه سعی کردیم با ارائه راهکارهای جدید استفاده از موتورهای الکتریکی خطی را در طول زیاد اقتصادی کنیم.

وطنی افزود: در این مورد با کاهش چشمگیر مواد مصرفی در ساخت یعنی آهن و مس، هزینه ساخت را به صورت چشمگیری کاهش داده ایم. 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 در باره فرایند این پروژه گفت: انجام کار پنج مرحله پایه داشت که به ترتیب عبارتند از: مطالعه و پژوهش، ارائه راه‌حل، طراحی، شبیه‌سازی و ساخت.

وطنی ادامه داد: مرحله اول با مطالعه‌ سیستم‌های محرکه‌ 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.

وی 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 سیستم های 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.

این محقق ادامه داد: در گام بعدی وارد فاز شبیه‌سازی کامپیوتری شدیم. در این مرحله آخرین بررسی‌های مورد نیاز قبل از ساخت نمونه‌ 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 می گیرد، 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.

وی گفت: تاکنون چهار مقاله کنفرانسی با نمایه IEEE، یک مقاله ژورنال در Transaction on Transportation Electrification و یک ثبت اختراع منتشر شده است.

وطنی همچنین گفت: موتور الکتریکی پیشنهادی ما ساختار جدید دارد که تا پیش از این در هیچ مرجعی معرفی نشده است. نوآوری‌های مهم ساختار پیشنهادی ما عبارتند از استفاده از ساختار مادولار و ایجاد انحراف زاویه در دندانه‌های بخش متحرک. این نوآوری‌های مزایای الکترومغناطیسی قابل توجهی مثل تقویت چگالی شار مغناطیسی در فاصله هوایی، کاهش تعداد دور مورد نیاز سیم‌پیچ، افزایش چشمگیر چگالی نیرو تولیدی، کاهش نوسانات نیرو و افزایش بازده ایجاد کرده است.

وی درخصوص ویژگی های 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 ویژگی های این طرح به شمار می رود.

وطنی اضافه کرد: با توجه به اینکه در داخل کشور برای تامین 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 صرفا آزمایشگاهی و مطالعاتی است.

وی تصریح کرد: البته نمونه‌های خارجی وجود دارند که اکثرا 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.

این محقق با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح اظهار داشت: قیمت تمام شده پایین محصول، بازده بالاتر، چگالی توان بیشتر و... از مزیت های این طرح به شمار می رود.

استاد راهنمای این پروژه دکتر مجتبی میرسلیم عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر بوده است.