Araç tahrik sistemleri için farklı malzeme nüveli manyetik dişli tasarımı ve optimizasyonu
Design and optimization of magnetic gears with different material core for vehicle drive systems
- Tez No: 964994
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ KADİR YILMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Günümüzde tork aktarımında kullanılan dişli sistemleri, araç performansı ve enerji verimliliği açısından kritik öneme sahiptir. Elektrikli tahrik sistemlerinin gelişimiyle birlikte, geleneksel mekanik dişlilere alternatif olarak koaksiyel manyetik dişli sistemleri ön plana çıkmaktadır. Bu sistemler; yüksek verimlilik, düşük bakım gereksinimi, sessiz çalışma ve sürtünmesiz tork aktarımı gibi avantajlarıyla dikkat çekmektedir. Sürtünmesiz yapı sayesinde aşınma problemlerinin ortadan kalkması, uzun ömürlü ve güvenilir bir performans sunmaktadır. Bu tez çalışmasında, taşıt güç aktarma sistemlerinde koaksiyel manyetik dişli kullanılarak, tork aktarımının düşük hacim ve yüksek verimlilikle gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında, koaksiyel manyetik dişli sisteminin taşıyıcı kısmında kullanılan üç farklı malzeme yönlendirilmemiş elektrik çeliği (M400 50A), kobalt alaşımlı çelik (Vacodur 50) ve yumuşak manyetik kompozit (Somaloy 700 HR 5P) manyetik özellikleri açısından detaylı şekilde incelenmiştir. Tasarlanan sistemde manyetik dişli, 6000 dev/dak giriş hızı, 1800 dev/dak çıkış hızı ve 3,33:1 aktarım oranına sahiptir. Malzeme karşılaştırmaları, düşük (50 Hz.) ve yüksek (400 Hz.) frekanslardaki manyetik performansları dikkate alınarak Ansys Maxwell 2D sonlu elemanlar analiz programı ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sayısal analiz sonuçlarına göre, Vacodur 50 malzemesi, diğer iki malzemeye kıyasla üstün performans sergilemiştir. Aynı boyutlara sahip koaksiyel manyetik dişliler arasında, Vacodur 50 malzemesi kullanıldığında, M400 50A'ya göre yaklaşık %2,67 ve Somaloy 700 HR 5P'ye göre yaklaşık %4,17 oranında iyileştirme sağlandığı görülmüştür. Böylece Vacodur 50 malzemesinin daha kompakt ve verimli dişli tasarımlarına olanak sunduğu ortaya konmuştur. Ayrıca, en uygun hacme ve hacimsel tork yoğunluğuna sahip dişli tasarımının belirlenmesi amacıyla genetik algoritma tabanlı bir optimizasyon yöntemi uygulanmıştır. Optimizasyon sonuçlarına göre, Vacodur 50 malzemesiyle düşük hızlarda %7,411 ve yüksek hızlarda %7,721 oranında performans artışı elde edilmiştir. Bu tez çalışması, koaksiyel manyetik dişli sistemlerinin taşıt güç aktarma sistemlerinde kullanım potansiyelini ortaya koymakta ve Vacodur 50 malzemesinin sağladığı yüksek verimlilik ve kompaktlık avantajlarıyla, prototip üretim öncesinde tasarım süreçleri için önemli yol göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Gear systems are fundamental components in torque transmission, significantly influencing vehicle performance and energy efficiency. With the evolution of electric drive technologies, coaxial magnetic gear systems have emerged as a promising alternative to conventional mechanical gears. These systems offer several advantages, including high efficiency, minimal maintenance requirements, silent operation, and contactless torque transmission thereby eliminating wear-related issues and ensuring long-term operational reliability. This dissertation investigates the implementation of a coaxial magnetic gear system in vehicle powertrain applications, aiming to achieve high-efficiency torque transmission within a compact form factor. The study focuses on evaluating the magnetic properties of three different materials used in the carrier segment of the coaxial magnetic gear: non-oriented electrical steel (M400 50A), a cobalt-based alloy steel (Vacodur 50), and a soft magnetic composite material composed of insulated iron particles (Somaloy 700 HR 5P). The system under analysis operates at an input speed of 6000 rpm, an output speed of 1800 rpm, and a gear ratio of 3.33:1. Comparative analyses were conducted using Ansys Maxwell 2D finite element software, assessing the magnetic performance of each material under both low- and high-frequency excitation conditions. The simulation results reveal that Vacodur 50 exhibits superior magnetic performance compared to the other materials evaluated. Specifically, under identical geometric constraints, Vacodur 50 achieved approximately a 2.67% increase in efficiency over M400 50A and a 4.17% increase over Somaloy 700 HR 5P in terms of volume-based torque density. These results underscore Vacodur 50's potential to enable more compact and efficient coaxial magnetic gear designs for advanced vehicle powertrains. Furthermore, a genetic algorithm-based optimization method was applied to identify the optimal gear geometry in terms of volume and volumetric torque density. As a result of this optimization, Vacodur 50 yielded performance improvements of 7.411% at low speeds and 7.721% at high speeds. This study demonstrates the potential of coaxial magnetic gears in vehicle powertrain applications. The use of Vacodur 50 material provides significant advantages in achieving compact and efficient designs, offering valuable guidance for future prototype development in high-performance electric drive systems.
Benzer Tezler
- Evolution of paratransit system and its implementations in Turkey: Potential design and technology impact on ameliorating the Dolmuş-Minibus
Paratransit sistemin evrimi ve Türkiye?deki uygulamasi: Dolmuş-Minibüs kavraminin iyileştirilmesinde potansiyel tasarim ve teknoloji etkisi
ARZU HÜSNİYE TOKER ÖZKURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Endüstri Ürünleri Tasarımıİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Ürünleri Tasarımı Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPAY ER
- Wankel motoru ve çevrim atlatma sisteminin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the Wankel engine and skip cycle system
ÖMER CİHAN
Doktora
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR
- Bir hafif hibrit elektrikli şehir içi otobüs uygulamasının performans, yakıt ekonomisi ve çevresel etkileri açısından incelenmesi
The investigation of the impact of mild hybrid electric city bus application on performance, fuel economy and emissions
ALİCAN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL AHMET GÜNEY
- Experimental and numerical investigation of rear axle gear whine
Arka aks dişli gürültüsünün deneysel ve nümerik incelenmesi
MEHMET DEMİREL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN TAHA ŞEN
- Investigation of the behavior and effects of passive side reinforcement on in-situ retaining structures
Pasif yan takviyenın kast yapı üzerindeki davranış ve etkilerinin incelenmesi
TARIK SOLOMON TESHOME
Doktora
İngilizce
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. AYKUT ŞENOL
DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEHRA NİL KUTLU