This paper presents an optimal design of a direct-drive permanent magnet synchronous generator for a small-scale wind energy conversion system. An analytical model of a small-scale grid-connected wind energy conversion system is presented, and the effects of generator design parameters on the payback period of the system are investigated. An optimization procedure based on genetic algorithm method is then employed to optimize four design parameters of the generator for use in a region with relatively low wind-speed. The aim of optimization is minimizing the payback period of the initial investment on wind energy conversion systems for residential applications. This makes the use of these systems more economical and appealing. Finite element method is employed to evaluate the performance of the optimized generator. The results obtained from finite element analysis are close to those achieved by analytical model.
Lancelot, Paul M.G.J.;Sodja, Jurij;Werter, Noud P.M.;Breuker, Roeland De
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.4
no.2
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pp.125-144
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2017
This paper summarises the design of a gust generator and the comparison between high fidelity numerical results and experimental results. The gust generator has been designed for a low subsonic wind tunnel in order to perform gust response experiments on wings and assess load alleviation. Special attention has been given to the different design parameters that influence the shape of the gust velocity profile by means of CFD simulations. Design parameters include frequency of actuation, flow speed, maximum deflection, chord length and gust vane spacing. The numerical results are compared to experimental results obtained using a hot-wire anemometer and flow visualisation by means of a tuft and smoke. The first assessment of the performance of the gust generator showed proper operation of the gust generator across the entire range of interest.
In this paper, the design for an electromagnetic structure and reduction cogging torque of a dual generator structured RFPM generator, which is a combination of the inner- and outer-rotor types, has been proposed. We call this a dual generator radial flux permanent magnet generator. To reduce the cogging torque, firstly, stator tooth pairing was designed; secondly, stator displacement was designed and finally, stator tooth pairing and stator displacement were carried out simultaneously. We found the optimal design condition about stator tooth pairing angle combination and stator displacement angle for cogging torque minimization. As a result, a cogging was reduced by 93.3[%] by this study.
To attain power generation with body heat, the thermal resistance matched design of the thermoelectric generator was the principal factor which was not critical in the case of thermoelectric generator for the waste heat generation. The dimension of thermoelectric legs and the number of thermoelectric leg-pairs dependent output power performances of the thermoelectric generator on the human wrist condition was simulated using 1-dimensional approximated heat flow equations with the temperature dependent material coefficients of the constituent materials and the dimension of the substrate. With the optimum thermoelectric generator design, thermoelectric generator modules were fabricated by using newly developed fabrication processes, which is mass production possible. The electrical properties and the output power characteristics of the fabricated thermoelectric modules were characterized by using a home-made test set-up. The output voltage of the designed thermoelectric generator were a few tens of millivolts and its output power was several hundreds of microwatts under the conditions at the human wrist. The measured output voltage and power of the fabricated thermoelectric generator were slightly lower than those of the designed thermoelectric generator due to several reasons.
This paper presents a novel design technique and characteristic analysis of Magnet for dual air-gap axial-flux type permanent-magnet synchronous generator. The process of magnet design is applied to the motor design and steady state analysis considering output voltage waveforms and magnetic flux waveforms. Design and construction of an axial-flux permanent-magnet generator with power output at 60 [Hz], 300[r/min] is introduced. Finite-element (FE) method is applied to analyze magnet shape characteristics. The results of FE analysis show generator is feasible for use with dual air-gap axial-flux permanent- magnet synchronous generator.
Park, Doh-Young;Hwang, Don-Ha;Ha, Kyung-Duck;Kim, Yong-Joo
Proceedings of the KIEE Conference
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1998.07a
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pp.88-90
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1998
The conceptual design of turbine-driven air-cooled 100 MW generator is presented. The generators rating is 100 MW 3-phase 2pole 13.8 kV 0.85 pf 60 Hz. The conceptual design is described by the process of designing the stator, rotor, and obtaining some of equivalent circuit parameters. The design process starts from the output coefficient G, and utilizes the classical design equations with parameters used in the modern designs. The slot dimensions of the stator and rotor are obtained with their respective winding dimensions.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.11
no.2
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pp.23-32
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2003
In this paper, the design data of an aircraft generator have been reviewed to evaluate the compliance with the airworthiness standards, and the technical procedure to ensure safety and reliability of an alternate-current generator by the tests and computations have been developed.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.5
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pp.955-964
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2011
In renewable energy system such as flywheel energy storage system, wind power and solar power, the motor/generator is the important key for offering the electric energy to the electric loads. For example, the heavy and large flywheel is rotated by electromagnetic torque of pemanent magnet synchronous motor (PMSM) and, in case of a breakdown of electric current, the PMSM used as generator supplies electric energy for the various electric utilities using mechanical rotation energy of the flywheel. Thus, design of a motor/generator should be performed in effort to reduce cogging torque and electromagnetic loss for high efficiency. In our paper, a slotless permanent magnet synchronous motor/generator (SPMSM/G) with output power 15kW at the rotor speed 18000rpm is designed from electromagnetic analysis and dynamic performance analysis. In analytical approach, design parameters such as back electro-motive force (back EMF), inductance and electromagnetic torque are derived from analytical method which is one of the electromagnetic analysis method. And using the design parameters, this paper deal with system design considering the driving characteristics and electric load in required power. Finally, the analytical results are verified by the experiment and finite element method (FEM).
Choi, Ji Hyun;Kim, Jin Ho;Park, Sang-Shin;Seo, TaeWon
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.23
no.4
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pp.403-407
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2014
To use vibration energy to generate electricity, a resonance vertical linear electric generator was applied to the suspension of a vehicle in a previous paper. However, the working conditions, including mass change in the vehicle body related to the cargo on board, number of passengers and the temperature difference caused by the operating environment, can influence the permanent magnet, which is the main component of the electric generator. Therefore, a robust optimum design is required to minimize the influences from the diverse operation conditions and maximize the electromotive force of the electric generator. In this paper, a resonance linear electric generator is introduced. Vibration response analysis to find the input velocity of the electric generator and an electromagnetic transient analysis to apply changes in the performance of the permanent magnet are performed. Finally, the optimum value of each design variable is derived using a Taguchi method.
This paper presents the design and characteristics analysis of axial-flux permanent-magnet (PM) synchronous generator of two air-gap. Dual axial-flux type PM synchronous generator commonly appears in applications where the generator axial dimension is more limited than the radial dimension. The strengths of dual axial-flux generator include ; (1) by employing two air-gaps, the rotor-stator attractive forces are balanced and no net axial or thrust load appeals on the generator hearings ; (2) heat produced by the stator windings appears on the outside of the generator, making it relatively easy to remove, and so on. In this paper, the simple magnetic equivalent circuit approach is used for initial design iteration, and the finite-element method is applied to analyze the detailed characteristics. The test results of driving characteristics are presented as well. The results are very similar to predicted performance of design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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