Yeni bir 3 Fazlı Disk Tipi Enine Akılı Generatörün Tasarımı ve Vuruntu Momentinin Optimizasyonu

Düşük güçlü doğrudan tahrikli rüzgar türbinlerinde genelde sürekli mıknatıslı senkron makineler tercih edilmektedir. Bu sürekli mıknatıslı makinelerde; geleneksel makine topolojilerinin dışında (eksenel ve radyal akılı), özel makine modelleri de literatürde önerilmiştir. Bunlardan biri de enine akılı makinedir. Yapısal özelliğinden dolayı enine akılı makinelerde, elektriksel yükleme ve manyetik yükleme doğrudan birbiri ile ilişkili değildir. Bu topolojide, kutup sayısı ve manyetik yükleme kolaylıkla arttırılabilir. Bu nedenle robot kolları, elektrikli araçlar ve rüzgâr türbinleri gibi yüksek moment- düşük hız uygulamalarında öne çıkmaktadırlar. Bu çalışmada, yeni bir üç fazlı enine akılı disk generatör modeli tanıtılmıştır. Modelin çalışma prensibi ve elektriksel devre modeli açıklanmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak, önerilen generatör modelinin rotor iç çapına göre zıt-emk değişimi elde edilmiştir. Bir diğer tasarım parametresi olarak vuruntu momenti de incelenmiştir. Enine akılı makinelerin genel sakıncalarından olan yüksek vuruntu momenti, mıknatıs kaykı yöntemi kullanarak 6 Nm’den 0,38 Nm’ ye düşürülmüştür.

Design of a Novel Three-Phase Transverse Flux Disc Generator and Optimization of Cogging Torque

Permanent magnet synchronous machines are more preferred in low-power direct-driven wind turbines. In addition to conventional machine topologies with axial and radial flux, special machine models have also been proposed in the literature such as transverse flux machine (TFM). In TFM's, due to their structural properties, electrical loading and magnetic loading are not directly related. The number of poles and magnetic loads can be easily increased. For this reason, TFM's stand out in high torque-low speed applications such as robot arms, electric vehicles, and wind turbines. In this study, a new three-phase transverse flux disc generator model is introduced. The operation principle and the electrical circuit model are explained. The back-emf waveform is obtained according to the rotor inner diameter of the proposed generator model using the Finite Element Method. The cogging torque is also studied as another design parameter. The high cogging torque, which is one of the general drawbacks of TFM's, has been reduced from 6 Nm to 0.38 Nm by using magnet skew method.

___

  • [1] Weh, H., May, H., Achievable Force Densities for Permanent Magnet Excited Machines in New Configurations, Proceedings of the International Conference on Electrical Machines, vol. 3, pp. 1107- 1111, Sept., 1986.
  • [2] E. Aydin, J. H. Kim, E. Yildiriz, M. T. Aydemir and B. Sarlioglu, "A hybrid-excited axial transverse flux permanent magnet generator," 2016 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Milwaukee, WI, 2016, pp. 1-6.
  • [3] Chen, A., Nilssen, R., Nysveen, A., Performance Comparisons Among Radial-Flux, Multistage AxialFlux, and Three-Phase Transverse-Flux PM Machines for Downhole Applications, IEEE Transactions on Industry Applications, 46(2), 779-789, 2010.
  • [4] Harris, M.R., Pajooman, G. H., Abu Sharkh, S.M., The Problem of Power Factor In VRPM (TransverseFlux) Machines, 1997 Eighth International Conference on Electrical Machines and Drives (Conf. Publ. No. 444), pp. 386-390, Sept., 1997.
  • [5] Zheng, P., Zhao, Q., Bai, J., Yu, B., Song, Z., Shang, J., Analysis and Design of A Transverse-Flux Dual Rotor Machine for Power-Split Hybrid Electric Vehicle Applications, Energies, 6, 6548-6568, 2013.
  • [6] Yu, Z., Jianyun, C., Power Factor Analysis of Transverse Flux Permanent Machines, 2005 International Conference on Electrical Machines and Systems.
  • [7] Zhao, F., Lipo, T.A. , Fellow, L., Kwon, B.I., A Novel Dual-Stator Axial-Flux Spoke-Type Permanent Magnet Vernier Machine For Direct-Drive Applications, IEEE Transactions on Magnetics, 50(11), 1-4, 2014.
  • [8] Hosseini, S., Moghani, J. S., Ershad, N. F., Jensen, B. B., Design, Prototyping, and Analysis of A Novel Modular Permanent-Magnet Transverse Flux Disk Generator, in IEEE Transactions on Magnetics, 47(4), 772-780, 2011.
  • [9] Mignot, R.B., Dubas, F., Espanet, C., Cuchet, C., Chamagne, D., Original Design of Axial Flux PM Motor and Modeling of The Magnetic Leakage Using A Magnetic Equivalent Circuit, 2012 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference,138-141, Oct., 2012.
  • [10] Yan, J., Li, Q., Lin, H., Feng, Y., Electromagnetic Design and Analysis of a Novel Flux-Concentrated Transverse Flux Permanent Magnet Disk Generator, 17th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS),453-457, Oct., 2014.
  • [11] Peng, G., Wei, J. , Shi, Y., Shao, Z., Jian, L., A Novel Transverse Flux Permanent Magnet Disk Wind Power Generator with H-Shaped Stator Cores, Energies, 11(4), 1-19, 2018.
  • [12] Noroozi, M.A., Moghani, J.S., Yazdanpanah, R., Passive-rotor Disk-shaped Transverse-flux Permanent-magnet Generator for Small Wind Turbine Application, The 6th International Power Electronics Drive Systems and Technologies Conference (PEDSTC2015), 25-28, Feb., 2015.
  • [13] Jia, Z., Lin, H., Fang, S., Huang, Y., Cogging Torque Optimization of Novel Transverse Flux Permanent Magnet Generator With Double C-Hoop Stator, IEEE Transactions on Magnetics, 51(11), 14, 2015.
  • [14] Kurt E., Arslan S., Demirtaş M., Cogging Torque Exploration of Radially and Angularly Directed Fluxes in a New PM Generator with the Multiple Stators, In: Proceedings of the 7th. int. conf. & Exh. ecological vehicles and renewable energies – EVER’12. Monaco; 2012.
  • [15] Kou, B., Yang, X., Luo, J., Zhou, Y., Modeling and Analysis of a Transverse-Flux Flux-Reversal Motor, IEEE Transactions on Energy Conversion, 31(3), 1121-1131, 2016.
  • [16] Yan, J., Feng, Y., Jin, P., Cogging Torque Optimization of Flux Concentrated Transverse Flux PM Disk Generator by Skewing PM Poles, 21st International Conference on the Computation of Electromagnetic Fields, (Compumag), 1-2, June, 2017.
  • [17] Uygun, D., Çetinceviz, Y., Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6 (3), 605-620, 2018. [18] Husain, T., Sozer, Y., Husain, I., Muljadi, E., Design of A Modular E-Core Flux Concentrating Axial Flux Machine, 2015 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 5203-5210, Sept., 2015.
  • [19] Hosseini, S., Moghani, J. S., Ershad, N. F., Jensen, B. B., Design, Prototyping, and Analysis of a Novel Modular Permanent-Magnet Transverse Flux Disk Generator, in IEEE Transactions on Magnetics, 47(4), 772-780, 2011.
  • [20] Washington, J. G., Atkinson, G. J., Baker, N. J., Reduction of Cogging Torque and EMF Harmonics in Modulated Pole Machines, IEEE Transactions on Energy Conversion, 31(2), 759-768, 2016.
  • [21] Srisiriwanna, T., Konghirun, M., A study of Cogging Torque Reduction Methods in Brushless DC Motor, 9th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, 1-4, May., 2012.
  • [22] Wang, Y., Shen, J., Fang, Z., Fei, W., Reduction of Cogging Torque in Permanent Magnet FluxSwitching Machines, Journal of Electromagnetic Analysis and Applications, 1(1), 11-14, 2009.
  • [23] Aydin, M., Magnet Skew in Cogging Torque Minimization of Axial Gap Permanent Magnet Motors, 18th International Conference on Electrical Machines, 1-6, Sept., 2008.
  • [24] Ueda, Y., Takahashi, H., Ogawa, A., Akiba T., Yoshida, M., Cogging-Torque Reduction of Transverse-Flux Motor by Skewing Stator Poles, in IEEE Transactions on Magnetics, 52(7), 1-4, 2016.
Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2013
  • Yayıncı: Gazi Üniversitesi , Fen Bilimleri Enstitüsü
Sayıdaki Diğer Makaleler

İzopropanol ve Heptan Karışım Yakıtları Kullanılan HCCI Bir Motorda Performans Yanma ve Emisyon Karakteristiklerinin Deneysel İncelenmesi

Bilal AYDOĞAN, Alper CALAM

Otomatik Konuşma Tanımaya Genel Bakış, Yaklaşımlar ve Zorluklar: Türkçe Konuşma Tanımanın Gelecekteki Yolu

Hayri SEVER, Saadin OYUCU, Hüseyin POLAT

Manyetik Rezonansa Dayalı Kablosuz Enerji Transferi İçin Yeni Bir Nüve Geometrisi

Zafer DOĞAN, Mustafa ÖZSOY, İres İSKENDER

İki Hücreli PEM Yakıt Pili Yığının Sayısal Analizi

Abuzer Kadir ÖZSUNAR, Tugay ARIÇ, Muhittin BİLGİLİ

Spark Plazma Yöntemiyle W-%25Re bileşiminin Sermet Yakıt Üretimi İçin Sinterlenmesi ve Özelliklerinin İncelenmesi

Hüseyin ADANIR

Optimum Enerji Verimliliğini Hedefleyen Rastgele Ağaçlar ve Yapay Arı Kolonisi Yöntemi ile Otonom Robotlarda Yol Planlama Algoritması

Yunis TORUN, Züleyha ERGÜL, Ahmet AKSÖZ

AISI 1050, AISI 304 VE AISI 430 TİP ÇELİKLERİN YAKMA ALIN KAYNAK YÖNTEMİYLE KAYNATILMASI VE MEKANİK ÖZELLİKLERİN İNCELENMESİ

Uğur ARABACI, Muhanmet ÇİMEN

Elektrikli Sürme Sistemlerinin Gerçek Zamanlı Döngüde Donanımsal Benzetimi ve Kalıcı mıknatıslı Bir Senkron Motor Sürücü Uygulaması

Nuh ERDOĞAN

Çan Linyitinden Elektroliz Yöntemi ile Hidrojen Üretiminde Çeşitli Parametrelerin Etkisinin İncelenmesi

Özgü YÖRÜK, Bekir Zühtü UYSAL, Özkan Murat DOĞAN, Duygu UYSAL ZIRAMAN

Spark Plazma Yöntemiyle W-%25Re bileşiminin Sermet Yakıt Üretimi İçin Sinterlenmesi ve Özellikleri

Hüseyin ADANIR