This paper investigates the concept and implementation of an energy harvesting device using a ferrofluid sloshing movement to generate an electromotive force (EMF). Ferrofluids are often applied to energy harvesting devices because they have both magnetic properties and fluidity, and they behave similarly to a soft ferromagnetic substance. In addition, a ferrofluid can change its shape freely and generate an EMF from small vibrations. The existing energy harvesting techniques, for example those using piezoelectric and thermoelectric devices, generate minimal electric power, as low as a few micro-watts. Through flow analysis of ferrofluids and examination of the magnetic circuit characteristics of the resultant electromagnetic system, an energy harvester model based on an electromagnetic field generated by a ferrofluid is developed and proposed. The feasibility of the proposed scheme is demonstrated and its EMF characteristics are discussed based on experimental data.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권1호
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pp.28-31
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2015
전기기기나 엔진의 축은 여러 가지 원인으로 축기전력이 발생한다. 이런 축과 베어링이 윤활유로 절연되어 있어 콘덴서를 이루고 있고, 콘덴서와 같은 역할로 기전력을 축적하고 있다. 이 축 기전력은 선체에 비해 극히 일부를 제외하고 +전압을 갖고 있다. 이 +전압이 축의 전기 스파크를 일으켜 부식을 야기 시킬 수 있다. 이 부식을 막기 위해 선박에서는 샤프트 그라운드 시스템을 설치하여 운용하고 있다. 이 축기전력을 측정은 프로펠러 축의 전압과 메인엔진의 회전수를 동시에 측정하였다. 측정장치는 내셔널인스트루먼트사의 24비트 A/D컨버터를 사용하여 측정하였고, 프로그램은 Lab View를 사용하였다. 본 논문은 축에 발생되는 기전력을 분석하였고, 분석결과를 이용하여 모델링을 하였다. 결과로 축기전력은 메인엔진의 회전수에 따라 비례하다가 일정회전수를 넘어가면 감소하는 경향을 보였다. 후진보다는 전진이 축기전력이 높은 결과를 얻었다. 전체기전력에 비하면 지구자기의 기전력은 미미하였다.
This paper presents a method to design the waveform of a back electromotive force (back EMF) of an axial flux permanent magnet (AFPM) motor using printed circuit board (PCB) windings. When the magnetization distribution of permanent magnet (PM) is given, the magnetic field in the air gap region is calculated by the quasi three dimensional (3D) space harmonic analysis (SHA) method. Once the flux density distribution in the winding region is determined, the required shape of the back EMF can be obtained by adjusting the winding distribution. This can be done by modifying the distance between patterns of PCB to control the harmonics in the winding distribution. The proposed method is verified by finite element analysis (FEA) results and it shows the usefulness of the method in eliminating a specific harmonic component in the back EMF waveform of a motor.
In this paper, we prepared a metal alloy resistor with stable thermal electro motive force (thermal EMF) as well as a low temperature coefficient of resistance (TCR) by adjusting the manganese proportion from 3 to 12 wt% in the Cu-Mn-Ni alloy. Composition of the fabricated metal alloy was investigated using energy dispersive X-ray (EDX) analysis. The TCR of each sample was measured as 44.56, 40.54, 35.60, and 31.56 ppm for Cu-3Mn-2Ni, Cu-5Mn-2Ni, Cu-10Mn-2Ni, and Cu-12Mn-2Ni, respectively. All the resistor samples were available for the F grade (${\pm}1%$ of the allowable error of resistance) high-precision resistor. All the samples satisfied the baseline of high thermal EMF (under 3 mV at $60^{\circ}C$); however, Cu-3Mn-2Ni and Cu-5Mn-2Ni satisfied the baseline of low thermal EMF (under 0.3 mV at $25^{\circ}C$). We were thus able to design and fabricate the metal alloy resistor of Cu-3Mn-2Ni and Cu-5Mn-2Ni to have low TCR and stable thermal EMF at the same time.
This paper presents a drive strategy to reduce torque ripple of a permanent magnet Brushless DC Motor(BLDCM) with short $120^{\circ}$ flat top Back Electromotive Force(Back-EMF). In this strategy, the phase Back-EMF is divided into four sections. Then, in each section the phase current is regulated by corresponding PWM duty ratio to compensatethe torque ripple caused by imperfect Back-EMF. A program based on this strategy has been implemented in MATLAB@Simulink. The validity of the presented method is verified by simulation results.
This paper deals with the comparison of magnetic characteristics in transverse flux rotary machine according to different stator core composition with the same rotor. Three different stator designs are considered in the analysis according to the material composition of inner and outer stator cores. Electromotive force (EMF), inductance, torque, and core losses are calculated by threedimensional finite element analysis. Calculated and measured results of back-EMF according to the analysis models in dependency on speed are presented.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제3권1호
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pp.40-47
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2014
Sinusoidal back-EMF waveform of vernier Permanent Magnet (PM) machines is analyzed in this paper. An analytical expression of Electromotive Force (EMF) of electric machines including vernier machines is developed to analyze EMF harmonics, and the effect of vernier PM machine pole ratio, the ratio of number of rotor poles to stator poles, on the EMF waveform. Moreover, this paper represents several Finite Element Analysis (FEA) models to verify the analysis based on the proposed expression, and the effect of tooth width ratio, which is the ratio of tooth width to tooth pitch, on back-EMF of vernier PM machines, and optimal tooth width ratio is obtained and verified by FEA. Finally, this paper makes comparisons between EMF waveform of vernier PM machines and that of traditional PM machines from the point of view of analytical EMF expression.
This paper presents a comparative study of position sensorless control schemes based on back-electromotive force (back-EMF) estimation in permanent magnet synchronous motors (PMSM). The characteristics of the estimated back-EMF signals are analyzed using various mathematical models of a PMSM. The transfer functions of the estimators, based on the extended EMF model in the rotor reference frame, are derived to show their similarity. They are then used for the analysis of the effects of both the motor parameter variations and the voltage errors due to inverter nonlinearity on the accuracy of the back-EMF estimation. The differences between a phase-locked-loop (PLL) type estimator and a Luenberger observer type estimator, generally used for extracting rotor speed and position information from estimated back-EMF signals, are also examined. An experimental study with a 250-W interior-permanent-magnet machine has been performed to validate the analyses.
This paper presents the sensorless control method that employs the adaptive back-EMF(Electromotive Force) and current model observer of interior permanent magnet synchronous motor(IPMSM). The estimated back EMF considering a saliency is obtained by using the adaptive control method. The estimated EMF is inputted to the current model observer which is connected in series with adaptive back EMF estimator and is used to estimate the position and speed of the rotor. In order to improve the shortcomings of conventional method using the current error components multiplied in the compensation constant, the modified instantaneous reactive power compensator is applied. The validity of the control system presented is verified by the simulation.
Conventional integral-slot design in permanent magnet(PM) motor tends to have a high cogging torque and large end turns, which contribute to copper losses. The fractional-slot design is effective compared to integral-slot design in the cogging torque and electromotive force(EMF) waveform. The effectiveness of fractional slot can be maximized by selecting optimal pole to slot ratio. This paper presents the effect of pole to slot ratio on the cogging torque and EMF waveform in the PM motor with fractional-slot. The effectiveness of the proposed designs has been confirmed by comparing waveform of EMF. cogging torque and torque ripple between conventional and new models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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