Електромагнітні редуктори в електромеханічних системах

Автор(и)

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

  1. Armstrong, C.: ‘Power-transmitting device’. US Patent, 687,292, 26 November 1901. Available at http://www.google.co.uk/patents/US687292
  2. Faus, H.: ‘Magnet gearing’. US Patent, 353,472, 21 August 1941. Available at https://patents.google.com/patent/US2243555A
  3. 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
  4. Kikuchi, K., Tsurumoto, S.: ‘Trial construction of a new magnetic skew gear using permanent magnet’, IEEE Trans. Magn., 1994, 30, (6), pp. 4767–4769
  5. Tlali, P., Wang, R.-J., Gerber, S.: ‘Magnetic gear technologies: a review’. Int. Conf. On Electrical Machines (ICEM), 2014, 2014, pp. 544–550
  6. Rodgers, D., Lai, H.C., Outram, J.: ‘A novel lightweight wind turbine generator’, J. Chem. Inf. Model., 2013, 53, (9), pp. 1689–1699
  7. Rens, J., Atallah, K., Calverley, S.D., et al.: ‘A novel magnetic harmonic gear’, IEEE Trans. Ind. Appl., 2010, 46, (1), pp. 206–212
  8. Atallah, K., Howe, D.: ‘A novel high-performance magnetic gear’, IEEE Trans. Magn., 2001, 37, (4 I), pp. 2844–2846
  9. Martin, T.B.Jr.: ‘Magnetic transmission’. US Patent 3,378,710, 16 April 1968. Available at http://www.google.co.uk/patents/US3378710
  10. Holehouse, R.C., Atallah, K., Wang, J.: ‘Design and realization of a linear magnetic gear’, IEEE Trans. Magn., 2011, 47, (10), pp. 4171–4174
  11. Mezani, S., Atallah, K., Howe, D.: ‘A high-performance axial-field magnetic gear’, J. Appl. Phys., 2006, 99, (8), pp. 97–100
  12. Hashimoto, J., Kubo, Y.: ‘A magnetic screw device’. US Patent, 5,687, 614, 1997
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. Wang, J., Atallah, K., Carvley, S.D.: ‘A magnetic continuously variable transmission device’, IEEE Trans. Magn., 2011, 47, (10), pp. 2815–2818
  18. 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

Як цитувати

Електромагнітні редуктори в електромеханічних системах. (2021). Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин I апаратiв. Теорiя I практика, (1 (5), 42–46. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2021.1.08

Номер

№ 1 (5) (2021): Проблеми удосконалювання електричних машин і апаратів. Теорія і практика

Розділ

Електричні машини

Ліцензія

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.