Analisis Pengaruh Variasi Air Gap, Jumlah Magnet, dan Geometri terhadap Torsi Magnetic Gear Tipe Bevel 90°

Pada era moderen ini roda gigi sudah jauh berkembang baik dari sisi fungsi, bentuk profil, material, maupun proses manufakturnya. Roda gigi secara luas digunakan untuk merubah kecepatan dan mentransmisikan torsi di berbagai aplikasi industri. Di bidang desain mesin listrik, torsi density adalah salah satu hal yang penting. Ketika mesin gagal memenuhi persyaratan torsi density atau hanya tidak mampu menyesuaikan torsi beban, roda gigi biasanya digunakan. Akan tetapi, terdapat beberapa masalah yang melekat seperti gesekan kontak, kebisingan, dan panas, sementara getaran dan keandalan menjadi perhatian besar. Oleh karena itu, magnetic gear diusulkan untuk menghindari masalah yang terkait dengan roda gigi mekanik traditional. Pada penelitian kali ini akan dilakukan pembuatan desain magnetic gear khususnya tipe bevel dengan sudut poros 90°. Desain yang dibuat ada tiga, dengan memvariasikan sudut kontak berdasarkan rasio yaitu 2:1 dan parameter (dimensi magnet, material magnet, dll) yang sama. Kemudian akan dilakukan perhitungan 3D finite element dengan menggunakan software Ansys Maxwell untuk menganalisis torsi dari setiap desain magnetic gear. Analisis dilakukan dengan memvariasikan celah udara (air gap) pada setiap desain sejauh 0,2 mm, 0,5 mm, 1 mm, 2 mm dan juga memvariasikan jumlah magnet pada rotor HS-LS sebanyak 4-8, 6-12, dan 8-16. Penelitian yang dilakukan tersebut diharapkan mampu membantu dalam menentukan desain magnetic gear tipe bevel dengan sudut poros 90° yang memiliki allowable torsi optimal pada air gap dan jumlah magnet yang sesuai. Hasil yang didapatkan dari penelitian ini adalah grafik torsi dari tiap desain yang telah dibuat terhadap waktu, torsi maksimum berdasarkan variasi celah udara (air gap) dan jumlah magnet. Torsi maksimum tertinggi pada desain geometri 1 dengan jumlah magnet 8-16 dan air gap 0,5 mm sebesar 9,2061 Nm. Dengan jumlah magnet dan air gap yang sama torsi maksimum tertinggi juga didapatkan pada desain geometri 2 dan 3 secara berurut yaitu 9,7244 dan 7,6852 Nm. Berdasarkan torsi density-nya desain geometri 2 magnetic bevel gear 90° merupakan yang paling efisien dikarenakan untuk volume yang ditempati torsi yang dimiliki hampir sama dengan mekanik bevel gear bermaterial baja S45C modul 3 mm dan memiliki torsi maksimum yang lebih tinggi dari mekanik bevel gear bermaterial stainless steel dengan modul 3 mm. ======================================================================================================= In this modern era the gears are much improved both in terms of function, profile form, material, and manufacturing process. Gears are widely used to change speed and transmit torque across a range of industrial applications. In the field of electric machine design, torque density is one of the important things. When a machine fails to meet the torque density requirement or simply can not adjust the load torque, the gear is usually used. However, there are some inherent problems such as contact friction, noise, and heat, while vibration and reliability are of great concern. Therefore, magnetic gear is proposed to avoid problems associated with traditional mechanical gears. In this research, magnetic gear design will be made, especially bevel type with a shaft angle 90°. There are three designs to be created, by varying the contact angle based on the ratio of 2:1 and the same parameters (magnetic dimensions, magnetic material, etc.). Then will be calculated 3D finite element using Ansys Maxwell software to analyze the torque of each magnetic gear design. The analysis was carried out by varying air gaps in each design by 0.2 mm, 0.5 mm, 1 mm, 2 mm and also varying the number of magnets on the HS-LS rotor by 4-8, 6-12, and 8 -16. The research is expected to assist in determining the magnetic bevel gear design with a 90° axle angle which has optimal allowable torque on the air gap and the corresponding magnet amount. The results obtained from this study are the torque graph of each design that has been made to the time, maximum torque based on air gap variation and the number of magnets. The highest maximum torque on the design of geometry 1 with the number of magnets 8-16 and 0.5 mm air gap is 9,2061 Nm. With the same amount of magnet and air gap the highest maximum torque is also obtained in geometric designs 2 and 3 respectively is 9,7244 and 7,6852 Nm. Based on its torque density the 2nd magnetic bevel gear 90° geometry design is the most efficient due to the torque occupied volume that is owned almost the same as the S45C steel mechanical bevel gear with 3 mm module and has a maximum torque higher than the stainless steel mechanical bevel gear with 3 mm module