Optimized Design Considering the Mass Influence of an Axial Flux Permanent-Magnet Synchronous Generator With Concentrated Pole Windings

توضیحات

ABSTRACT

In this paper, the efficiency optimization of an axial flux permanent-magnet synchronous generator with  concentrated pole windings is examined for a 3.6 kW/2000 rpm combined heat and power application.  Because the efficiency of the machine is important, specific measures are taken in order to reduce losses in the machine: thin laminated grain oriented material in the teeth, concentrated pole windings, and segmented magnets. A study of the influence of a limited set of geometry parameters on the efficiency of this type of  machine is done, using both analytical and finite-element methods. In the analytical as well as in the finite- element model, the inherent 3-D geometry of the axial flux machine is approximated by multiple 2-D models at different radii in circumferential direction. Afterwards, the influence of mass on the optimal values of the geometry parameters and the efficiency is considered, and it is found that mass can be seriously decreased with only a small reduction in efficiency. Finally, the results of both methods are compared with  measurements on a prototype to evaluate their validity.

INTRODUCTION

THANKS to the high torque output at low speeds, the axial flux permanent-magnet synchronous machine (AFPMSM) is very suitable for, e.g., wheel motors  and direct drive wind energy applications . AFPMSMs exist in different topologies and geometries, each having their advantages and disadvantages. The AFPMSM discussed in this paper is a single-stator double-rotor type with concentrated pole windings  (Fig. 1). Concentrated pole windings are preferable to distributed pole windings because of the ease in construction and the short coil ends. The short coil ends allow to reduce the power losses in the copper windings. Although the nominal speed is 2000 rpm, a machine with 16 poles is chosen, leading to a rated frequency of 267 Hz. To avoid high iron losses in the stator teeth, thin laminated grain-oriented (GO) magnetic material is used. GO-material has the advantage over nonoriented (NO) material, because of the better magnetic characteristics when the flux direction in the major part of the teeth has only an axial component . Although a multiphase system for concentrated pole windings is proposed in , a regular three-phase system is used in this paper. In order to obtain a high winding factor, the number of teeth is set to 15 resulting in a winding factor of 0.951 for the 16,-pole machine  .

چکیده

در این مقاله، بهینه سازی کارایی یک ژنراتور همزمان شار دائمی مغناطیسی محوری با سیم پیچ متخلخل متمرکز برای کاربرد حرارت و برق ترکیبی 3.6 کیلووات / 2000 دور در دقیقه مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجا که کارایی دستگاه مهم است، به منظور کاهش تلفات در دستگاه، اقدامات خاصی انجام می شود: مواد نازک لمینیت دانه ای در دندان ها، سیم پیچ های متمرکز قطبی و آهنرباهای جدا شده. مطالعه تأثیر مجموعه محدودی از پارامترهای هندسه بر بهره وری این نوع ماشین با استفاده از روش های تحلیلی و محدود عنصر انجام می شود. در تحلیلی و همچنین در مدل المان محدود، هندسه ذاتی سه بعدی دستگاه شار محوری با چندین مدل دو بعدی در جهت های مختلف در شعاع های مختلف تقریب می یابد. پس از آن، تاثیر جرم بر روی مقادیر بهینه پارامترهای هندسه و کارایی در نظر گرفته می شود و می توان دریافت که جرم را می توان با کاهش قابل توجهی در کارایی به طور جدی کاهش داد. در نهایت، نتایج هر دو روش با اندازه گیری ها بر روی نمونه اولیه مقایسه می شود تا اعتبار آنها ارزیابی شود.

مقدمه

با تشکر از خروجی گشتاور بالا در سرعت کم، دستگاه همزمانی دائمی مغناطیسی محوری (AFPMSM) بسیار مناسب است، برای مثال، موتورهای چرخ و برنامه های کاربردی انرژی باد مستقیم. AFPMSM ها در توپولوژی ها و هندسه های مختلف وجود دارد، هر کدام دارای مزایا و معایب خود هستند. AFPMSM در این مقاله مورد بحث قرار گرفته است یک نوع دو راکتور دوطرفه با سیم پیچ متمرکز است (شکل 1). به دلیل سهولت در ساخت و ساز و پایان دادن به کویل کوتاه، سیم پیچ قطبی متمرکز به سیم پیچ های پراکنده ترجیح داده می شود. به پایان می رسد کویل کوتاه اجازه می دهد تا از دست دادن قدرت در سیم پیچ مس کاهش می یابد. اگرچه سرعت اسمی 2000 رمپ می باشد، یک ماشین با 16 قطعه انتخاب شده است که منجر به فرکانس 267 هرتز می شود. برای جلوگیری از تلفات زیاد آهن در دندان های استاتور، مواد مغناطیسی نازک لمینیت دانه (GO) استفاده می شود. GO-material مزیت بیشتری نسبت به مواد غیر Oriented (NO) دارد، به دلیل ویژگی های مغناطیسی بهتر، زمانی که جهت شار در بخش اصلی دندان تنها یک جزء محوری دارد. اگر چه یک سیستم چند مرحلهای برای سیم پیچهای متمرکز پیشنهاد شده است، در این مقاله یک سیستم سه فاز منظم استفاده میشود. برای به دست آوردن یک فاکتور باالی بالا، تعداد دندان ها به 15 تنظیم می شود که در نتیجه فاکتور پیچشی 0.951 برای ماشین 16 قطعه است.

Year: 2010

Publisher : IEEE

By : Hendrik Vansompel, Peter Sergeant, and Luc Dupré

File Information: English Language/ 7 Page / size: 664 KB

Only site members can download free of charge after registering and adding to the cart

Download tutorial

سال : 1389

ناشر : IEEE

کاری از : هندریک Vansompel، پیتر گروهبان، و لوک Dupré

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 7صفحه / حجم : KB 664

فقط اعضای سایت پس از ثبت نام و اضافه کردن به سبد خرید می توانند دانلود رایگان کنند.خوشحال می شویم به ما پبیوندید

آموزش دانلود