تحلیل عملکرد و بهینه سازی ساختار جدید چرخ دنده مغناطیسی دو لایه قوسی با استفاده از مدل تحلیلی شبه سه بعدی، به منظور استفاده در نیروگاه بادی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشگاه کاشان

چکیده

در این مقاله ساختار جدیدی از چرخ‌دنده مغناطیسی با نام چرخ‌دنده مغناطیسی دولایه قوسی با استفاده از ترکیب ساختارهای شار شعاعی و شار محوری با هدف افزایش چگالی گشتاور انتقالی، معرفی‌شده است. مشخصات عملکردی این ساختار توسط روش تحلیلی جدید شبه سه‌بعدی بهبودیافته (توسعه‌یافته روش تحلیلی دوبعدی)، استخراج و با نتایج حاصل از مدل‌سازی المان محدود سه‌بعدی مورد مقایسه قرارگرفته و برتری و دقت روش معرفی‌شده مورد صحت سنجی قرارگرفته است. این مدل تحلیلی توسط مدل دوبعدی وابسته به مؤلفه‌های مختلف میدان مغناطیسی، مبتنی بر ساختار چرخ‌دنده شار شعاعی و شار محوری معرفی‌شده است تا ساختار دولایه قوسی را با دقت مناسب مدل‌سازی نماید. ساختار ارائه‌شده به‌منظور به‌کارگیری در یک نیروگاه بادی مورد بهینه‌سازی قرارگرفته است. نتایج حاصل از بهینه‌سازی به‌وضوح برتری ساختار مذکور را در مقایسه با ساختارهای متداول چرخ‌دنده‌های مغناطیسی در شاخص چگالی گشتاور ا انتقالی نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


S. A Afsari, H. Heydari, and B. Dianati, “Cogging Torque Mitigation in Axial Flux Magnetic Gear System Based on Skew Effects Using an Improved Quasi 3-D Analytical Method,” IEEE Transactions on Magn., Vol. 51, No. 9, pp.1-11, Sept. 2015.
[2] Xin Yin, P.-D. Pfister, and Youtong Fang, “A Novel Magnetic Gear: Toward a Higher Torque Density,” IEEE Transactions on Magn., Vol. 51, No. 11, pp.1-4, Nov. 2015.
[3] E. Gouda, S. Mezani, L. Baghli, and A. Rezzoug, “Comparative study between mechanical and magnetic planetary gears,” IEEE Transaction on Magn., Vol. 47, No. 2, pp. 439–450, Feb. 2011.
[4] D. E. Hesmondhalgh, and D. Tipping, “A multielement magnetic gear,” IEE Proceedings B in Electric Power Applications, Vol. 127, No. 3, pp.129-138, May 1980.
[5] K. Tsurumoto, and S. Kikushi, “A new magnetic gear using permanent magnet,” IEEE Transaction On Magn., Vol. 23, No. 5, pp.3622-3624, Sep 1987.
[6] S.A. Afsari, H. Heydari, and E. Bashar, “Viable Arcuate Double-sided Magnetic Gear for Competitive Torque Density Transmission Capability,” Journal of Scientia Iranica, Vol. 23, No. 3, pp. 1251-1260, 2016.
[7] S. Peng, W. N. Fu, and S. L. Ho, “A Novel Triple-Permanent-Magnet-Excited Hybrid-Flux Magnetic Gear and Its Design Method Using 3-D Finite Element Method,” IEEE Transaction on Magn., Vol. 50, No. 11, pp. 1-4, Nov. 2014.
[8] H. Shin, and J. Chang, “Analytical Magnetic Field Calculation of Coaxial Magnetic Gear with Flux Concentrating Rotor,” IEEE Transactions on Magn., Vol. 52, No. 7, pp.1-4, July 2016.
[9] L. Jian and K. T. Chau, “A coaxial magnetic gear with Halbach permanent-magnet arrays,” IEEE Transaction on Energy Convers., Vol. 25, No. 2, pp. 319–328, Jun. 2010.
[10] L. Jian, K. T. Chau, Y. Gong, J. Z. Jiang, C. Yu, and W. Li, “Comparison of coaxial magnetic gears with different topologies,” IEEE Transaction on Magn., Vol. 45, No. 10, pp. 4526–4529, Oct. 2009.
[11] B. Dianati, H. Heydari and S. A. Afsari, “Analytical Computation of Air-Gap Magnetic Field in a Viable Superconductive Magnetic Gear,” IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 26, No. 6, pp. 1-12, Sept. 2016.
[12] L. Jian, K. T. Chau, W. Li, and J. Li, “A novel coaxial magnetic gear using bulk HTS for industrial applications,” IEEE Transaction on Applied Superconductivity, Vol. 20, No. 3, pp.981-984, June 2010.
[13] S. S. Nair, N. Shamsuddeen and S. J. Dhinagar, “A novel electromagnetic core structure for axial radial flux permanent magnet electric motor,” 6th IET International Conf. on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2012), Bristol, pp. 1-6, 2012.
[14] K. Ramu, “Radia- Axial electromagnetic flux electric motor, coaxial electromagnetic flux electric motor, and rotor for same”; US Patent 7,034,422 B2.
[15] K. Tatematsu, and Y. Yagyu, “Rotary electric machines”; US Patent 2009/0021096A1.
[16] S. Mezani, K. Atallah, and D. Howe, “A high-performance axial-field magnetic gear,” AIP Journal of Applied Physic, Vol. 99, pp. 08R303-08R303-3, Mar. Apr. 2006.
[17] T. Lubin, S. Mezani, and A. Rezzoug, “Development of a 2-D analytical model for the electromagnetic computation of axial-field magnetic gears,” IEEE Transaction on Magn., Vol. 49, No. 11, pp. 5507–5521, Nov. 2013.
[18] K. Atallah, and D. Howe, “A novel high-performance magnetic gear,” IEEE Transaction On Magn., Vol. 37, pp. 2844-2846, July 2001.
[19] K. Atallah, S. D. Calverley, and D. Howe, “Design, analysis and realisation of a high-performance magnetic gear,” IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 151, No. 2, pp. 135–143, Mar. 2004.
[20] T. Lubin, S. Mezani, and A. Rezzoug, “Analytical computation of the magnetic field distribution in a magnetic gear,” IEEE Transaction on Magn., Vol. 46, No. 7, pp. 2611–2621, Jul. 2010.
[21] H. Tiegna, A. Bellara, Y. Amara, and G. Barakat, “Analytical Modeling of the Open-Circuit Magnetic Field in Axial Flux Permanent-Magnet Machines With Semi-Closed Slots,” IEEE Transactions on Magn., Vol. 48, No. 3, pp.1212-1226, March 2012.
[22] R. J. Wang, L. Brönn, S. Gerber, and P. M. Tlali, “Design and evaluation of a disc-type magnetically geared PM wind generator,” Fourth International Conf. on Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG) Istanbul, pp. 1259-1264, 2013.
[23] G. F. Uler, O. A. Mohammed, and Chang-Seop Koh, “Design optimization of electrical machines using genetic algorithms,” IEEE Transactions on Magn., Vol. 31, No. 3, pp. 2008-2011, May 1995.
[24] G. F. Uler, O. A. Mohammed, and Chang-Seop Koh, “Utilizing genetic algorithms for the optimal design of electromagnetic devices,” IEEE Transactions on Magn., Vol. 30, No. 6, pp. 4296-4298, Nov 1994.
[25] Y. Duan and D. M. Ionel, “A Review of Recent Developments in Electrical Machine Design Optimization Methods With a Permanent-Magnet Synchronous Motor Benchmark Study,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 49, No. 3, pp. 1268-1275, May-June 2013.
[26] G. Y. Sizov, D. M. Ionel, and N. A. O. Demerdash, “Multi-objective optimization of PM AC machines using computationally efficient - FEA and differential evolution,” IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC), Niagara Falls, pp. 1528-1533, 2011