Pregled projekta:
Glavni cilj tega doktorskega projekta je raziskati uporabo tehnologije 3D-tiskanja, podprte z magnetnim poljem, za izdelavo naslednje generacije večpolnih magnetov, ki bodo imeli izboljšano zmogljivost in učinkovitost pri uporabi v električnih motorjih. Projekt zajema načrtovanje, simulacijo, izdelavo in testiranje večpolnih magnetov z uporabo magnetnega polja med 3D-tiskanjem, s poudarkom na optimizaciji magnetnih lastnosti in učinkovitosti v električnih motorjih.
Specifični raziskovalni cilji:
- Pregled literature:
- Izvesti obširen pregled obstoječih raziskav o 3D-tiskanju, podprtem z magnetnim poljem, večpolnih magnetih in zasnovi električnih motorjev.
- Določiti trenutno stanje tehnologije, izzive in vrzeli v znanju na tem področju.
- Načrtovanje in simulacija:
- Razviti nove zasnove večpolnih magnetov, prilagojenih za uporabo v električnih motorjih.
- Uporabiti metode končnih elementov (FEM) in računsko magnetostatiko za simulacijo magnetnega vedenja zasnovanih magnetov.
- Izboljšati zasnovo magnetov z večciljno optimizacijo.
- 3D-tiskanje s pomočjo magnetnega polja:
- Vpeljati postopek 3D-tiskanja z magnetnim poljem za izdelavo večpolnih magnetov.
- Raziskati vpliv parametrov tiskanja (npr. jakost magnetnega polja, hitrost tiskanja, lastnosti materialov) na magnetne značilnosti in zmogljivost tiskanih magnetov.
- Eksperimentalna karakterizacija:
- Izdelati in analizirati magnetne lastnosti (npr. moč magnetnega polja, magnetni moment in koercitivnost) tiskanih večpolnih magnetov.
- Preveriti delovanje tiskanih magnetov v aplikacijah za električne motorje s pomočjo eksperimentalnih testov in meritev (npr. navor, izkoristek, hitrost).
- Integracija in testiranje:
- Vgraditi tiskane večpolne magnete v prototip električnega motorja.
- Preizkusiti in ovrednotiti delovanje motorja pri različnih obratovalnih pogojih (npr. različne obremenitve, hitrosti, temperature).
Metodologije:
- Načrtovanje in simulacija:
- Metode končnih elementov (FEM) in računska magnetostatika z uporabo programskih paketov, kot so COMSOL, ANSYS ali OpenFOAM.
- Večciljna optimizacija z algoritmi, kot so genetski algoritmi, rojenje delcev ali metodologija odzivnih površin.
- 3D-tiskanje s pomočjo magnetnega polja:
- Uporaba posebej prilagojenega 3D-tiskalnika, združenega z generatorjem magnetnega polja.
- Tiskanje večpolnih magnetov iz različnih materialov (npr. SmFeN, NdFeB ali kompozitni materiali).
- Eksperimentalna karakterizacija:
- Merjenje magnetnih lastnosti z metodami, kot sta vibracijska vzorčna magnetometrija (VSM) ali druge vrste magnetometrov.
- Preučevanje poravnave magnetnih delcev s pomočjo vrstične elektronske mikroskopije (SEM).
- Preizkušanje električnih motorjev z dinamometri, osciloskopi in sistemi za zajemanje podatkov.
Pričakovani rezultati:
- Nove zasnove in proizvodne tehnike:
- Razvoj inovativnih zasnov in metod izdelave večpolnih magnetov z uporabo 3D-tiskanja, podprtega z magnetnim poljem.
- Izboljšane magnetne lastnosti:
- Krepitev magnetnih lastnosti (npr. moč magnetnega polja, magnetni moment in koercitivnost) tiskanih večpolnih magnetov.
- Visokozmogljiv električni motor:
- Izdelava prototipa visokozmogljivega električnega motorja, ki vključuje tiskane večpolne magnete z optimiziranimi magnetnimi lastnostmi.
- Prispevek k znanstvenemu področju:
- Doprinos k razvoju 3D-tiskanja, podprtega z magnetnim poljem, zasnove večpolnih magnetov in napredka tehnologije električnih motorjev.
Časovnica in mejnikih:
- Pregled literature in načrtovanje: 1. leto
- Simulacija in optimizacija: 1. leto
- 3D-tiskanje s pomočjo magnetnega polja: 2. leto
- Eksperimentalna karakterizacija in testiranje: 2. leto
- Integracija in testiranje prototipa električnega motorja: 3. leto
- Pisanje in zagovor doktorske disertacije: 4. leto
Mentorstvo in podpora:
Doktorski študent bo delal pod mentorstvom dr. Muhammada Shahida Arshada, strokovnjaka na področjih 3D-tiskanja z magnetnim poljem, zasnove večpolnih magnetov in tehnologije električnih motorjev. Študent bo imel dostop do vrhunske raziskovalne opreme, vključno s 3D-tiskarskimi sistemi, napravami za merjenje magnetnih lastnosti in opremo za testiranje električnih motorjev.
Potrebne veščine in predznanje:
- Zaključen magistrski študij na ustreznem področju (npr. materialni inženiring, elektrotehnika, strojništvo ali fizika).
- Trdno znanje s področij elektromagnetizma, znanosti o materialih in 3D-tiskanja.
- Izkušnje z metodami končnih elementov, računsko magnetostatiko in večciljno optimizacijo.
- Poznavanje zasnove in testiranja električnih motorjev.
- Odlične programerske veščine (MATLAB, Python ali C++).
- Dobro znanje angleškega jezika in sposobnost timskega dela.