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Optimización del diseño de acopladores magnéticos basada en el método de elementos finitos para la operación segura de UAVs híbridos

Autores: Arslan, Sami; Iskender, Ires; Navruz, Tuba Selcen

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Optimización del diseño de acopladores magnéticos basada en el método de elementos finitos para la operación segura de UAVs híbridos


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Acopladores magnéticos
UAVs
Tecnología de imanes permanentes
Transmisión de par
Ansys Maxwell
Motor de pistón

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 28

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La integración de conceptos compactos y avances en la tecnología de imanes permanentes mejora la seguridad, usabilidad, resistencia y simplicidad de los vehículos aéreos no tripulados (VANT), al tiempo que proporciona un funcionamiento a largo plazo sin mantenimiento y un mayor uso del espacio entre los imanes. Estos desarrollos han revelado la demanda de utilizar acopladores magnéticos para aislar magnéticamente los motores de aeronaves y los ejes de generadores de arranque, permitiendo la transmisión de par sin contacto. Este documento explora los aspectos de diseño de un acoplador magnético activo de tipo cilíndrico basado en análisis de elementos finitos para lograr un modelo óptimo para VANT híbridos que utilizan un motor de pistón. El nuevo modelo está parametrizado en Ansys Maxwell para soluciones óptimas, incluyendo magnetostática y transitorios. Se discuten los criterios de selección de materiales, tipos de acopladores y topologías. Se establece un banco de pruebas de Torque-Velocidad para pruebas dinámicas y estáticas. La mayor densidad de par se obtiene en la configuración de 10 polos con un abrazo de 0.98. Además, se examina la pérdida de sincronización causada por el bloqueo del eje del motor de pistón y desalineaciones en caso de problemas con los rodamientos. La eficiencia del acoplador magnético es superior al 94% a la velocidad máxima. El margen de error de las simulaciones numéricas es del 8% para el modelo 2D de Maxwell y del 4.5% para el 3D. Se proponen coeficientes de corrección de 1.2 para el modelo 2D de Maxwell y de 1.1 para el 3D.

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