Development of a Magnetic Gear-Based Regenerative Braking System for Lightweight Electric Vehicles

Creative Commons License

Abaşlıoğlu K., Göl M., Demir U., Oyman Serteller N. F.

2026 13th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ICEEE), Antalya, Türkiye, 27 - 29 Nisan 2026, ss.163-167, (Tam Metin Bildiri)

Özet

Manyetik dişliler ve volanlı enerji depolama sistemleri, hafif elektrikli araçların verimliliğini artırmaya yönelik umut verici çözümler olarak son dönemde dikkat çekmektedir. Geleneksel mekanik dişlilerin aksine, manyetik dişliler; daha az gürültü, aşınma ve bakım gereksinimi ile temassız tork iletimi sağlar. Bu çalışmada, rejeneratif frenleme performansını iyileştirmek ve ivmelenme sırasında enerji yeniden kullanımını desteklemek amacıyla, manyetik dişli destekli bir volan konsepti önerilmektedir. Farklı sürüş koşullarında mevcut olan frenleme enerjisini tahmin etmek için basitleştirilmiş bir araç modeli geliştirilmiştir. HWFET, UDDS, NEDC ve Artemis Otoyol (ArtMw150) gibi standart sürüş döngülerinden elde edilen rejeneratif güç profilleri kullanılarak; kısa süreli kinetik enerji depolaması için uygun geometrik ve malzeme parametrelerini belirlemeye yönelik bir ön volan tasarımı gerçekleştirilmiştir. Sorunsuz ve sürtünmesiz enerji aktarımını sağlamak amacıyla manyetik dişli, motor ile volan arasına yerleştirilmiştir. Simülasyon sonuçları, sistemin HWFET döngüsünde 6,589 kJ, UDDS'de 19,34 kJ, NEDC'de 7,144 kJ ve ArtMw150'de 10,61 kJ frenleme enerjisi geri kazanabildiğini; bunun da rejeneratif frenleme verimliliğinde %11,11'lik potansiyel bir iyileşmeye karşılık geldiğini göstermektedir. Bu bulgular, önerilen manyetik dişli-volan yapısının gerçekçi sürüş koşullarında anlamlı düzeyde enerji geri kazanımını destekleyebileceğini ve yeni nesil mikro mobilite platformları için kompakt ve düşük bakım gerektiren bir çözüm sunduğunu ortaya koymaktadır.

Magnetic gears and flywheel energy storage systems have recently gained attention as promising solutions for improving the efficiency of lightweight electric vehicles. Unlike conventional mechanical gears, magnetic gears provide contactless torque transmission with reduced noise, wear, and maintenance requirements. In this study, a magnetic-gear-assisted flywheel concept is proposed to enhance regenerative braking performance and support energy reuse during acceleration.A simplified vehicle model is developed to estimate the braking energy available under different driving conditions. Using regenerative power profiles extracted from standard cycles— HWFET, UDDS, NEDC, and Artemis Motorway (ArtMw150)—a preliminary flywheel design is performed to determine feasible geometric and material parameters for short-term kinetic energy storage. The magnetic gear is positioned between the motor and flywheel to ensure smooth and frictionless energy transfer. Simulation results show that the system can recover 6.589 kJ of braking energy in HWFET, 19.34 kJ in UDDS, 7.144 kJ in NEDC, and 10.61 kJ in ArtMw150, corresponding to a potential 11.11% improvement in regenerative braking efficiency. These findings demonstrate that the proposed magnetic gear–flywheel structure can support meaningful energy recovery in realistic driving conditions, offering a compact and low-maintenance solution for next-generation micro-mobility platforms.