مدل‌سازی و تحلیل ماشین ورنیر خطی یک‌طرفه با ساختار مغناطیس دائم سوار شده بر اولیه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه قدرت، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، ماشین خطی ورنیر مغناطیس دائم نصب‌شده روی دندانه­های اولیه با ابعاد هندسی طراحی­شده ارائه می­شود. ساختار هندسی بهبودیافته اولیه ماشین ورنیر خطی مطالعه شده موجب مطلوب­ترشدن عملکرد آن در مقایسه با ساختار ماشین ورنیر موجود شده است. در ماشین مذکور، سیم­پیچی­های آرمیچر و عناصر مغناطیس دائم هر دو روی اولیه ماشین قرار گرفته­اند که موجب سادگی ساختار ثانویه شامل هسته­ای آهنی قطب برجسته می­شود. این ویژگی باعث مقرون به صرفه شدن ماشین در مصارف با مسافت­های طولانی ریل در عین بهبود ضریب توان و چگالی نیرو می­گردد. بعد از تشریح ساختار ماشین، اساس کار ماشین بیان شده و در ادامه مشخصه­های مغناطیسی مانند شار، ولتاژ بی­باری، نیروی محوری و اندوکتانس­های خودی و متقابل موجود بین فازهای مختلف ماشین پیشنهادی توسط تحلیل اجزای محدود تحلیل شده و همچنین با تجزیه خروجی­های مذکور مشخصه­های الکتریکی ماشین توسط سیمولینک متلب محاسبه می­گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling and Analysis of Single-sided Linear Primary Permanent Magnet Vernier Machine

نویسندگان [English]

  • Mohsen Rostami
  • Peyman Naderi
  • Abbas Shiri
Power Engineering Department, Faculty of Electrical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, Modeling and analysis of Linear Primary Permanent Magnet Vernier Machine (LPPV) is presented. Since both armature windings and permanent magnet (PM) arrays are located on primary of the machine, this type of vernier machines is classified as flux reversal machines. Vernier effect and flux reversal operation lead to high force density in the machine. Simple structure of the translator of the machine is suitable for machines with long distance rail. Firstly, operation principle and geometric structure of the machine is presented. Then, 2D Time Stepping Finite Element Method (TS-FEM) are utilized for performance evaluation of the machine. Finally, the quality of the no-load flux linkage, no-load ElectroMotive Force(EMF), thrust and normal forces, the self and mutual inductances and the output power of the machine at loading condition are discussed and analyzed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 2D Time stepping finite element analysis
  • Harmonic analysis
  • Magnetic gear effect
  • Linear permanent magnet vernier machine
[1]            Oprea, C. A., et al. "Permanent magnet linear generator for renewable energy applications: Tubular vs. four-sided structures." Clean Electrical Power (ICCEP), 2011 International Conference on. IEEE, 2011.##
[2]            Brooking, P.R.M., Mueller, M.A.: ‘Power conditioning of the output from a linear vernier hybrid permanent magnet generator for use in direct drive wave energy converters’, IEE Proc., Gener. Transm.Distrib., 2005, 152, (5), pp. 673–681##
[3]            Fang, Zhuoya, et al. "A primary-permanent-magnet vernier linear machine with improved fault-tolerant capability." Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2013 International Conference on. IEEE, 2013.##
[4]            Li, W., Chau, K.T., Jiang, J.Z.: ‘Application of linear magnetic gears for pseudo-direct-drive oceanic wave energy harvesting’, IEEE Trans. Magn., 2011, 47, (10),  pp. 2624–262##
[5]            EL-Refaie, A.M.: ‘Fault-tolerant permanent magnet machines: a review’, IET Electr. Power Appl., 2011, 5, (1), pp. 59–74##
[6]            Du, Yi, et al. "Comparison of linear primary permanent magnet vernier machine and linear vernier hybrid machine." IEEE Transactions on Magnetics 50.11 (2014): 1-4.##
[7]            L. Jian and K. T. Chau, IEEE Trans. Energy Convers., vol. 25, no. 2, pp. 319–328, Jun. 2010.##
[8]            Du, Yi, et al. "Linear primary permanent magnet vernier machine for wave energy conversion." IET Electric Power Applications 9.3 (2015): 203-212.##
[9]            Imada, Takayuki, and Shoji Shimomura. "Magnet arrangement of linear PM vernier machine." Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2014 17th International Conference on. IEEE, 2014.##
[10]            Du, Yi, et al. "Design and analysis of linear stator permanent magnet vernier machines." IEEE Transactions on Magnetics 47.10 (2011): 4219-4222.##
[11]            Liu, Xinbo, et al. "A Novel Triple-Permanent-Magnet-Excited Vernier Machine with Double-Stator Structure for Low-Speed and High-Torque Applications." Energies 11.7 (2018): 1713.##
[12]            Shao, Yi, He Zhang, and Baoquan Kou. "Investigation of a novel linear permanent magnet vernier motor." Transportation Electrification Asia-Pacific (ITEC Asia-Pacific), 2017 IEEE Conference and Exp. IEEE, 2017.##
[13]            T. M. Jahns, “The expanding role of PM machines in direct-drive applications,” in proc. ICEMS'2011, Beijing, China, pp. 1-6, 2011.##
[14]            S. U. Chung, H. J. Lee, and S. M. Hwang, “A novel design of linear synchronous motor using FRM Topology,” IEEE Trans. Magn., vol. 44, no. 6, pp. 1514-1517, 2008.##
[15]            Du, Yi, et al. "A linear stator permanent magnet vernier HTS machine for wave energy conversion." IEEE Transactions on Applied Superconductivity 22.3 (2012): 5202505-5202505.##
[16]            J. Duncan, “Linear induction motor—Equivalent circuit model,” Proc. Inst. Elec. Eng., pt. B, vol. 130, no. 1, 1983.##
[17]            C. Wang and J. Shen, “A method to segregate detent force components inpermanent-magnet flux-switching linear machines,” IEEE Trans. Magn. vol. 48, no. 5,  pp. 1948–1955, May 2012.##
[18]            Almoraya, A. A., et al. "Development of a double-sided consequent pole linear Vernier hybrid permanent-magnet machine for wave energy converters." Electric Machines and Drives Conference (IEMDC), 2017 IEEE International. IEEE, 2017.##