Електромагнітні редуктори в електромеханічних системах

Автор(и)

  • Ігор Ткачук Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-5717-2458
  • Михайло Коваленко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-5602-2001

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-3944.2021.1.08

Ключові слова:

магнітний редуктор, електромагнітний редуктор, висококоерцетивні, низько потенційна, мультиплексори, вітрогенератор

Анотація

В даний час із-за подорожчання електроенергії вітрогенератори малої потужності (1-5 кВт) часто використовуються для постачання споживачів електроенергією. У цьому випадку використовуються вітрогенератори як з горизонтальною, так і з вертикальною осями обертання, частота обертання яких при середній швидкості вітру V = 5 ÷ 10 м/с і є досить низькою, і становить приблизно n = 100 - 300 об/хв. Низько швидкісний електрогенератор для вітрогенератора з такою швидкістю обертання з прямим підключенням валу вітрового ротора і електрогенератора має велику кількість полюсів і досягає досить великих розмірів. Тому збільшувальні редуктори (мультиплексори) часто використовуються і дозволяють збільшити швидкість обертання електричного генератора в кілька разів і, тим самим, зменшити масу його активної частини, оскільки електромагнітний момент пропорційний обсягу електричної машини. Однак механічні коробки передач є джерелом додаткового шуму, вимагають досить частого обслуговування та зменшують довговічність вітрогенератора. У даній статті буде використано редуктори на постійних магнітах для вітрогенераторів, які на відміну від механічних редукторів, не створюють додаткових шумів, не потребують змащення, їх довговічність вища, експлуатаційні витрати також значно зменшуються, тоді як магнітний редуктор можна інтегрувати з електричним генератором .Наприклад, при потужності вітрового ротора P = 4 кВт і частоті обертання n = 100-300 об/хв, високошвидкісний електричний генератор і магнітний редуктор мають приблизно в 2 рази меншу загальну масу магнітів і в 1,7 рази меншу загальну масу активних матеріалів (магнітний редуктор + електричний генератор), ніж низько швидкісний багатополюсний зовнішній електрогенератор. Метою дослідження є розробка та впровадження електромагнітного редуктора в електромеханічних системах. Основою таких систем є висококоерцетивні магніти.

Для досягнення цієї мети ставлять такі завдання:

- літературно-патентний пошук за темою дослідження;

- вибір прототипу магнітного редуктора та розрахунок його основних параметрів;

- розробка графічних та числових моделей для оцінки ефективності розробленого прототипу;

- оптимізація конструкції магнітного редуктора;

- розробка системи перетворення механічної енергії з низьким потенціалом в електричну;

- прототипування та експериментальні дослідження системи перетворення механічної енергії з низьким потенціалом в електричну.

Посилання

Armstrong, C.: ‘Power-transmitting device’. US Patent, 687,292, 26 November 1901. Available at http://www.google.co.uk/patents/US687292

Faus, H.: ‘Magnet gearing’. US Patent, 353,472, 21 August 1941. Available at https://patents.google.com/patent/US2243555A

Kikuchi, S., Tsurumoto, K.: ‘Design and characteristics of a new magnetic worm gear using permanent magnet’, IEEE Trans. Magn., 1993, 29, (6), pp. 2923–2925

Kikuchi, K., Tsurumoto, S.: ‘Trial construction of a new magnetic skew gear using permanent magnet’, IEEE Trans. Magn., 1994, 30, (6), pp. 4767–4769

Tlali, P., Wang, R.-J., Gerber, S.: ‘Magnetic gear technologies: a review’. Int. Conf. On Electrical Machines (ICEM), 2014, 2014, pp. 544–550

Rodgers, D., Lai, H.C., Outram, J.: ‘A novel lightweight wind turbine generator’, J. Chem. Inf. Model., 2013, 53, (9), pp. 1689–1699

Rens, J., Atallah, K., Calverley, S.D., et al.: ‘A novel magnetic harmonic gear’, IEEE Trans. Ind. Appl., 2010, 46, (1), pp. 206–212

Atallah, K., Howe, D.: ‘A novel high-performance magnetic gear’, IEEE Trans. Magn., 2001, 37, (4 I), pp. 2844–2846

Martin, T.B.Jr.: ‘Magnetic transmission’. US Patent 3,378,710, 16 April 1968. Available at http://www.google.co.uk/patents/US3378710

Holehouse, R.C., Atallah, K., Wang, J.: ‘Design and realization of a linear magnetic gear’, IEEE Trans. Magn., 2011, 47, (10), pp. 4171–4174

Mezani, S., Atallah, K., Howe, D.: ‘A high-performance axial-field magnetic gear’, J. Appl. Phys., 2006, 99, (8), pp. 97–100

Hashimoto, J., Kubo, Y.: ‘A magnetic screw device’. US Patent, 5,687, 614, 1997

Wang, J., Atallah, K., Barnes, J.: ‘Analysis and design of a high force density linear electromagnetic actuator’. PCIM Europe Conf. Proc., 2012, vol. 47, no. 10, pp. 177–185

Pakdelian, S., Frank, N.W., Toliyat, H.A.: Analysis and Design of the TransRotary Magnetic’ Energy Conversion Congress and Expo-sition (ECCE), IEEE, 2012, pp. 3340–3347

Kouhshahi, M.B., Bird, J.Z.: ‘Analysis of A magnetically geared lead screw’, Electrical and Computer Engineering Faculty Publications and Presentations, 2017, (421), pp. 1–8

Huang, C.-C., Tsai, M.-C., Dorrell, D., et al.: ‘Development of a magnetic planetary gearbox’, IEEE Trans. Magn., 2008, 44, (3), pp. 403–412

Wang, J., Atallah, K., Carvley, S.D.: ‘A magnetic continuously variable transmission device’, IEEE Trans. Magn., 2011, 47, (10), pp. 2815–2818

Chen, M., Chau, K.-t., Lee, C., et al.: ‘Design and analysis of a NewaxialField magnetic variable gear using pole-changing permanent magnets’, Prog. Electromagn. Res., 2015, 153, no. pp. 23–32.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-05-28