Bộ truyền động từ tuyến tính sang quay sử dụng từ tính

• Tác giả: Thang Van Lang
• Người hướng dẫn: Dr. Mohamed Moshrefi-Torbati
• Trường học: University of Southampton
• Chuyên ngành: Mechatronics
• Đề tài: A Linear to Rotary Magnetic Gear
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Southampton

• ABSTRACT
• Table of Contents
• List of Figures
• List of Tables
• Declaration of authorship
• Acknowledgements
• Symbols
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 1.1. Motivation and problem statement
• 1.2. State of the art of magnetic gears
• 1.3. Overview of magnetic gear topologies
• 1.4. Converted magnetic gears
• 1.5. Field modulated magnetic gears
• 1.6. Associated linear topologies of MGs
• 1.7. A linear to rotary magnetic gear based on transverse-flux machine
• 1.8. Aims and objectives
• 2. CHƯƠNG 2: MAGNETIC FIELD THEORY
• 2.1. Basic magnetic field theory
• 2.1.1. Biot-Savart law
• 2.1.2. Ampere’s circuital law
• 2.1.3. The magnetic circuits
• 2.1.4. Leakage and fringing effect
• 2.2. Magnetic field analysis
• 2.2.1. Finite element analysis
• 2.2.2. Calculation of the torque with FEA
• 3. CHƯƠNG 3: A LINEAR TO ROTARY MAGNETIC GEAR
• 3.1. Structure of a magnetic gear
• 3.2. Force and torque characteristics
• 3.3. Varying pole pitch topology
• 4. CHƯƠNG 4: DESIGN OPTIMISATION OF THE MAGNETIC GEAR
• 4.1. Two-dimensional finite element analysis (2D-FEA)
• 4.2. Three-dimensional finite element analysis (3D-FEA)
• 5. CHƯƠNG 5: PROTOTYPE OF THE LINEAR TO ROTARY MAGNETIC GEAR
• 5.1. Experiment set up
• 7. CHƯƠNG 7: FUTURE WORK
• 7.1. Dynamic modelling of the magnetic gear
• 7.2. Modelling of the proposed magnetic gear with an external excitation train
• 7.3. Dynamic model of the rotational harvester
• 7.4. MATLAB-Simulink model

I. Tổng quan về Bộ truyền động từ tuyến tính sang quay sử dụng từ tính

Bộ truyền động từ tuyến tính sang quay sử dụng từ tính là một công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực cơ điện tử. Công nghệ này cho phép chuyển đổi hiệu quả giữa chuyển động tuyến tính và chuyển động quay, mở ra nhiều ứng dụng trong các hệ thống thu năng lượng tái tạo. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển lý thuyết và tối ưu hóa thiết kế của bộ truyền động từ tuyến tính sang quay, nhằm nâng cao hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.

1.1. Khái niệm về bộ truyền động từ tính

Bộ truyền động từ tính là thiết bị sử dụng từ trường để truyền động lực từ trục này sang trục khác mà không cần tiếp xúc vật lý. Điều này giúp giảm thiểu ma sát và tăng độ bền cho thiết bị.

1.2. Lịch sử phát triển công nghệ bộ truyền động từ tính

Công nghệ bộ truyền động từ tính đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ những thiết kế đơn giản đến các hệ thống phức tạp hiện đại. Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng bộ truyền động từ tính có thể cải thiện hiệu suất so với các bộ truyền động cơ khí truyền thống.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu bộ truyền động từ tính

Mặc dù bộ truyền động từ tính mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc phát triển và ứng dụng công nghệ này. Các vấn đề như chi phí sản xuất cao, kích thước lớn và hiệu suất chưa tối ưu cần được giải quyết để công nghệ này có thể được áp dụng rộng rãi.

2.1. Chi phí sản xuất và vật liệu

Chi phí sản xuất bộ truyền động từ tính thường cao hơn so với các bộ truyền động cơ khí do yêu cầu về vật liệu và quy trình sản xuất phức tạp. Việc tìm kiếm các vật liệu thay thế có thể giúp giảm chi phí này.

2.2. Kích thước và hiệu suất

Kích thước lớn của bộ truyền động từ tính có thể gây khó khăn trong việc tích hợp vào các hệ thống nhỏ gọn. Nghiên cứu cần tập trung vào việc tối ưu hóa thiết kế để cải thiện hiệu suất mà không làm tăng kích thước.

III. Phương pháp tối ưu hóa thiết kế bộ truyền động từ tính

Để cải thiện hiệu suất của bộ truyền động từ tính, nhiều phương pháp tối ưu hóa thiết kế đã được đề xuất. Các phương pháp này bao gồm phân tích phần tử hữu hạn (FEA) và tối ưu hóa hình học, giúp xác định các thông số tối ưu cho bộ truyền động.

3.1. Phân tích phần tử hữu hạn FEA

Phân tích phần tử hữu hạn là một công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế bộ truyền động từ tính. Nó cho phép đánh giá hiệu suất của thiết kế trước khi sản xuất thực tế.

3.2. Tối ưu hóa hình học

Tối ưu hóa hình học giúp xác định các kích thước và tỷ lệ tối ưu cho bộ truyền động từ tính, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí sản xuất.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bộ truyền động từ tuyến tính sang quay

Bộ truyền động từ tuyến tính sang quay có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như thu năng lượng sóng, tự động hóa công nghiệp và các thiết bị y tế. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí vận hành.

4.1. Thu năng lượng sóng

Bộ truyền động từ tính có thể được sử dụng trong các hệ thống thu năng lượng sóng, giúp chuyển đổi chuyển động tuyến tính của sóng thành chuyển động quay để sản xuất điện năng.

4.2. Tự động hóa công nghiệp

Trong tự động hóa công nghiệp, bộ truyền động từ tính có thể được áp dụng để cải thiện hiệu suất của các thiết bị truyền động, giảm thiểu ma sát và tăng độ bền.

V. Kết luận và tương lai của bộ truyền động từ tính

Bộ truyền động từ tuyến tính sang quay sử dụng từ tính là một công nghệ hứa hẹn trong tương lai. Nghiên cứu và phát triển công nghệ này sẽ tiếp tục mở ra nhiều cơ hội mới trong các lĩnh vực khác nhau, từ năng lượng tái tạo đến tự động hóa.

5.1. Triển vọng nghiên cứu

Nghiên cứu về bộ truyền động từ tính sẽ tiếp tục được mở rộng, với nhiều cải tiến về hiệu suất và giảm chi phí sản xuất. Các nghiên cứu mới sẽ giúp phát triển các ứng dụng đa dạng hơn.

5.2. Tác động đến ngành công nghiệp

Sự phát triển của bộ truyền động từ tính có thể tạo ra những thay đổi lớn trong ngành công nghiệp, từ việc cải thiện hiệu suất sản xuất đến giảm thiểu tác động môi trường.