Simulation and experimental research of claw pole machine with ahybrid excitation and laminated rotor core

• Autorzy: Wardach Marcin , Prajzendanc Paweł , Cierzniewski Kamil , Cichowicz Michał , Pacholski Szymon , Wiszniewski Mikołaj , Baradziej Krzysztof , Osipowicz Szymon

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.2656

Warianty tytułu

PL

Badania symulacyjne i eksperymentalne maszyny kłowej ze wzbudzeniem hybrydowym i pakietowanym rdzeniem wirnika

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the design and research results of a claw pole machine with hybrid excitation. This machine is excited by permanent magnets and an electromagnetic coil. Both excitation sources are located in the rotor of the machine. Additionally, the rotor is made of a laminated core. This approach facilitates the process of its construction and enables the implementation of even very complicated structure of the rotor, which would be difficult in case of making the rotor from a one piece of material. This paper presents the construction as well as the results of simulation and experimental tests of the machine prototype. The tests showed that the proposed machine has the ability to adjust the voltage in a wide range. Such as a feature could be used, for example, to increase the speed of motor operation in case of an electric vehicle application, but also to regulate the voltage in wind turbines which generators operate at varying rotor speeds resulting from changing wind speed.

PL

W pracy przedstawiono konstrukcję oraz wyniki badań maszyny kłowej ze wzbudzeniem hybrydowym. Maszyna ta jest wzbudzana od magnesów trwałych oraz cewki elektromagnetycznej. Obydwa źródła wzbudzenia znajdują się w wirniku. Ponadto wirnik ten zbudowany jest z pakietowanego rdzenia. Takie podejście ułatwia proces jego budowy i umożliwia implementację nawet bardzo skomplikowanej struktury wirnika, co byłoby utrudnione w przypadku jego wykonania z jednej bryły materiału. W niniejszym artykule przedstawiono budowę oraz wyniki badań symulacyjnych i eksperymentalnych wykonanego prototypu maszyny kłowej ze wzbudzeniem hybrydowym. Badania pokazały, że zaproponowana konstrukcja posiada możliwość regulacji napięcia w szerokim zakresie. Taką cechę można wykorzystać zarówno do zwiększenia zakresu prędkości obrotowej przy pracy silnikowej w przypadku zastosowania w pojeździe elektrycznym, jak i do regulacji napięcia w turbinach wiatrowych, których generatory pracują przy zmiennych prędkościach obrotowych wirnika, wynikających ze zmieniającej się prędkości wiatru.

Słowa kluczowe

EN

wind energy; generators; permanent magnet machines; finite element analysis

PL

energia wiatrowa; generatory; maszyny z magnesami trwałymi; metoda elementów skończonych

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2021
• Tom: T. 11, nr 2
• Strony: 30--35
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., tab., rys., wykr.

Twórcy

autor

Wardach Marcin

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Faculty of Electrical Engineering, Department of Electrical Machines and Drives, Szczecin, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1017-9054

autor

Prajzendanc Paweł

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Faculty of Electrical Engineering, Department of Electrical Machines and Drives, Szczecin, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1662-4390

autor

Cierzniewski Kamil

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Faculty of Electrical Engineering, Department of Electrical Machines and Drives, Szczecin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3453-5233

autor

Cichowicz Michał

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Faculty of Electrical Engineering, Department of Electrical Machines and Drives, Szczecin, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8258-0330

autor

Pacholski Szymon

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Faculty of Electrical Engineering, Department of Electrical Machines and Drives, Szczecin, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7588-4168

autor

Wiszniewski Mikołaj

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Faculty of Electrical Engineering, Department of Electrical Machines and Drives, Szczecin, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8258-8922

autor

Baradziej Krzysztof

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Faculty of Electrical Engineering, Department of Electrical Machines and Drives, Szczecin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1293-3409

autor

Osipowicz Szymon

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Faculty of Electrical Engineering, Department of Electrical Machines and Drives, Szczecin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3938-6388

Bibliografia

• [1] Burkhardt Y., Schleicher K., Klöpzig M.: A novel hybrid excited synchronous machine for (H)EV applications, IEEE Xplore, 2014.
• [2] Di Barba P., Mognaschi M.E., Bonislawski M., Palka R., Paplicki P., Piotuch R., Wardach M.: Hybrid excited synchronous machine with flux control possibility. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics 52/2016, 1615–1622 [http://doi.org/10.3233/JAE-162190].
• [3] Guo Y., Zhu J., Dorrell D., Lu H. Y., Wang Y.: Development of a Claw Pole Permanent Magnet Motor with a Molded Low-Density Soft Magnetic Composite Stator Core, Proceedings of IEEE Energy Conversion Conference & Expo 2009, 294–301.
• [4] Guo Y., Zhu J. G., Zhong J. J., Wu W.: Core Losses in Claw Pole Permanent Magnet Machines With Soft Magnetic Composite Stators. IEEE Transactions on Magnetics 39(5)/2003, 3199–3201.
• [5] Hua H., Zhu Z.Q., Zhan, H.: Novel Consequent-Pole Hybrid Excited Machine with Separated Excitation Stator. IEEE Transactions on Industrial Electronics 63/2016, 4718–4728.
• [6] Jahns T. M.: Flux-weakening regime operation of an interior permanent-magnet synchronous motor drive. IEEE Transactions on Industrial Application 23/1987, 681–689.
• [7] Leroy V., Foveau V.: Claw rotor equipped with an insulator for an excitation coil and magnets, and rotary electrical machine equipped with a claw rotor, patent US 20130009504 A1, 2013.
• [8] Melcescu L., Cistelecan M. V., Craiu O., Popescu M.: Numerical Analysis of Claw Pole Synchronous Machine with Hybrid Contactless Excitation. Electrical Review 7b/2012, 106–109.
• [9] Wang Y., Deng Z.: Hybrid Excitation Topologies and Control Strategies of Stator Permanent Magnet Machines for DC Power System. IEEE Transactions on Industrial Electronics 59/2012, 4601–4616.
• [10] Wardach M., Paplicki P., Palka R.: Hybrid Excited Machine with Flux Barriers and Magnetic Bridges. Energies 11/2018, 676 [http://doi.org/10.3390/en11030676].
• [11] Wardach M.: Hybrid excited claw pole generator with skewed and non-skewed permanent magnets. Open Physics 15/2017, 902–906 [http://doi.org/10.1515/phys-2017-0108].
• [12] Wardach M.: The Influence of Permanent Magnet Amount on No-load Parameters of Hybrid Excited Claw Pole Machine with Laminated Rotor. Selected Issues of Electrical Engineering and Electronics (WZEE’2018), Szczecin, Poland, 2018.