A single-phase slotless axial-flux low-power generator with ferrite magnets

• Autorzy: Mlot A. , Korkosz M. , Łukaniszyn M.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.15.034.3834

Warianty tytułu

PL

Bezżłobkowy 1-fazowy generator małej mocy o strumieniu osiowym z magnesami ferrytowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The design and development of an axial-flux ferrite magnet slotless generator for use in a small-scale wind turbine is described. The 4/4-pole single-phase machine is designed for simplicity and ease of manufacture and it consists of one slotless stator disc. The generator produces approx. 12 W at 1000 rpm with electrical efficiency of up to 46%. Because the efficiency of the machine is important, the power curve characteristics and voltage produced by the generator are investigated. The presented generator should generate sufficient output DC voltage to charge 4 to 5 batteries of 12 volt each. Finally, the finite element (FE) results are compared with measurements on a prototype. The calculated values coincide to a strong degree with the experimental results.

PL

Przedmiotem badań w niniejszym artykule jest prototyp generatora tarczowego, przewidzianego do zastosowania w małej elektrowni wiatrowej. Przedstawiono pomiary i obliczenia numeryczne ważniejszych parametrów funkcjonalnych, takich jak: sprawność, moc wyjściowa i moment elektromagnetyczny generatora tarczowego z magnesami ferrytowymi o strumieniu osiowym. Zbudowany prototyp generatorów o 4 biegunach stojana i wirnika posiada jednofazowe uzwojenie bezżłobkowe. W badanym generatorze zastosowano magnesy ferrytowe o przekroju prostokątnym oraz cewki owalne. Zasadniczym parametrem generatora jest napięcie rotacji, które powinno być wystarczająco wysokie do naładowania określonej liczby akumulatorów. W zamieszczonych poniżej rozważniach pominięto wpływ napięcia i rezystancji wewnętrznej baterii na parametry generatora. Analiza ta będzie kontynuowana w przyszłych badaniach. Do obliczeń pola magnetycznego zastosowano metodę trójwymiarową (3-D) opartą na metodzie elementów skończonych (MES).

Słowa kluczowe

EN

single-phase axial-flux machine; ferrite magnet generator; wind turbine application; efficiency

PL

generatory jednofazowe ze strumieniem osiowym; małe turbiny wiatrowe; sprawność

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Elektrotechnika
• Rocznik: 2015
• Tom: Y. 112, iss. 1-E
• Strony: 129--138
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., il., tab., wykr.

Twórcy

autor

Mlot A.

• Faculty of Electrical Engineering, Automatic Control and Informatics, Opole University of Technology

autor

Korkosz M.

• Faculty of Electrical and Computer Engineering, Rzeszow University of Technology

autor

Łukaniszyn M.

• Faculty of Electrical Engineering, Automatic Control and Informatics, Opole University of Technology

Bibliografia

• [1] Parviainen A., Pyrhonen J., Kontkanen P., Axial flux PM generator with concentrated winding for small wind power applications, Electric Machines and Drives, IEEE, 2005, pp. 1187–1191.
• [2] Vansompel H., Sergeant P., Dupre L., Optimized design considering the mass influence of an axial flux permanent-magnet synchronous generator with concentrated pole windings, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 46(12), December 2010, pp. 4101–4107.
• [3] Khan M.A., Pillay P., Batane N.R., Morrison D.J., FPGA Prototyping a composite SMC/steel axial-flux PM wind generator, Industry Applications Conference, 41st IAS Annual Meeting, IEEE, Vol. 5, October 2006, pp. 2374–2381.
• [4] Hsieh Min-Fu, Dorrell D.G., Ekram S., Cogging torque reduction in axial flux machines for small wind turbines, Industrial Electronics, 35th Annual Conference, IEEE, November 2009, pp. 4435–4439.
• [5] Ani S.O., Polinder H., Ferreira J.A., Energy yield of two generator system for small wind turbine application, IEEE International Electric Machines and Drives Conference, IEMDC, May 2011, pp. 735–740.
• [6] Louie H., Experiences in the construction of open source low technology off-grid wind turbines, Power and Energy Society General Meeting, IEEE, July 2011, pp. 1–7.
• [7] Andriollo M., Bertoli M., Martinelli G., Morini A., Torella A., Permanent magnet axial flux disc generator for small wind turbines, Electrical Machines, ICEM, IEEE, September 2008, pp. 1–6.
• [8] Gerlando A., Foglia G., IacchettiM., Perini R., Axial flux PM machines with concentrated armature windings: Design analysis and test validation of wind energy generators, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 58(9), September 2011, pp. 3795–3805.
• [9] Yicheng C., Pragasen P., Axial-flux PM wind generator with a soft magnetic composite core, Industry Applications Conference, Fourtieth IAS Annual Meeting, IEEE, Vol. 1, October 2005, pp. 231–237.
• [10] Javadi S., Mirsalim M., Design and analysis of 42-V coreless axial-flux permanent-magnet generators for automotive applications, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 46(4), April 2010, pp. 1015–1023.
• [11] Bumby J.R., Stannard N., Dominy J., McLeod N., A permanent magnet generator for small scale wind and water turbines, IEEE, September 2008, pp. 1–6.
• [12] Mendrela E., Moch J., Paduch P., Właściwości elektromechaniczne bezszczotkowego silnika tarczowego prądu stałego, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Nr 50, Studia i Materiały, Nr 22, 2000, pp. 189–198.
• [13] Glinka T., Wolnik T., Król E., Silnik tarczowy z wirnikiem wewnętrznym – obliczenia obwodu elektromagnetycznego, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, Nr 92, 2011, pp. 23–28.
• [14] Glinka T., Król E., Wolnik T., Model polowy bezrdzeniowej maszyny tarczowej, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, Nr 86, 2010, pp. 187–190.
• [15] Glinka T., Tomaszkiewicz W., Silniki tarczowe, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, Nr 80, 2008, pp. 232–237.
• [16] Glinka T., Jakubiec M., Rozwiązania silników tarczowych, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, Nr 77, 2007, pp. 243–249.
• [17] Glinka T., Król E., Białas A., Wolnik T., Silniki tarczowe z magnesami trwałymi, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, Nr 87, 2010, pp. 63–68.
• [18] Cierzniewski P., Bezrdzeniowy silnik tarczowy z magnesami trwałymi, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, Nr 77, 2007, pp. 161–166.
• [19] Hosseini S.M., Agha-Mirsalim M., Mirzaei M., Design, prototyping and analysis of a low-cost disk permanent magnet generator with rectangular flat-shaped magnets, Iranian Journal of Science and Technology, Transaction B, Engineering, No. B3, 2008, pp. 191–203.
• [20] Flux 11.1 Documentation, 2012, Cedrat Group.
• [21] Giangrande P., Cupertino F., Pellegrino G., Ronchetto D., Gerada C., Sumner M., Analysis of two-part rotor, axial flux permanent magnet machines, Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), IEEE, September 2011, pp. 1576–1581.