Return to search

Analysis of a novel Transversal Flux Machine with a tubular cross-section for Free Piston Energy Converter application

Constantly growing need for oil, all over the world, has caused oil price to rise rapidly during the last decade. High oil prices have made fuel economy as one of the most important factors when consumers are buying their cars today. Realizing this, many car manufacturers have developed or are looking for some alternative solutions in order to decrease fuel consumption. Combining two different technologies in a vehicle, the so called hybrid vehicle, can be seen as the first step toward a better and more sustainable development. There are several different solutions for hybrid vehicles today, among the best known are the Serie Electric Hybrid Vehicle (SEHV), the Parallel Electric Hybrid Vehicle (PEHV) and the Serie-Parallel Hybrid Electric Vehicle (SPEHV). By integrating a combustion engine with a linear electric machine into one unit, a system that is called Free Piston Energy Converter (FPEC) is achieved. The FPEC is suitable for use in a SEHV. Other application areas like stand alone generator are also possible. In this report a novel Transverse Flux Machine (TFM) with a tubular cross section of the translator has been investigated. Application of the machine in a FPEC has put tough requirement on the translator weight, specific power and force density. Different configurations of the winding arrangements as well as the magne tarrangement have been investigated. It has been concluded that the buried magnet design suffers from high leakage flux and is thus not asuitable TFM concept. Instead the surface mounted magnet design has been chosen for further investigation. An analytical model has been developed and a prototype machine has been built based on the analytical results. In order to have a better understanding of the machine characteristic a 3D-FEM analysis has been performed. The results from the analytical model, FEM model and measurements are analyzed and compared. The comparison between the measured and FEM-simulated results shows very good agreement. Furthermore, the results from the analytical model indicates that it can be successfully developed for further analysis and optimization of the design to give a cost-effective solution of the novel generato for mass production. / Det ständigt växande behovet av oljan runt om i världen, har fått oljepriset att stiga snabbt under det senaste decenniet. Detta har gjort bränsleekonomin till en av de viktigaste faktorer när konsumenterna väljer sina bilar i dag. Många biltillverkare har därför utvecklat eller söker efter alternativa lösningar till dagens förbränningsmotorer i hopp om att minska bränsleförbrukningen. Ett hybridfordon, ett fordon som är försedd med fler än en energiomvandlare, kan ses som ett första steg mot en bättre och mer hållbar utveckling. Det finns flera olika lösningar för hybridfordon i dag, bland de mest kända är Seriehybrid, Parallellhybrid och Serie-Parallelhybridfordon. Genom att integrera en förbränningsmotor med en linjär elektriskmaskin, erhålls ett system som kallas Frikolvsenergiomvandlare. Dennna typ av energiomvandlare lämpar sig bäst för användning i en seriehybridfordon, men andra användningsområden som fristående generator är också möjliga. I denna avhandling har en ny typ av Transversalflödesmaskin (TFM) med en cirkulärt tvärsnitt undersökts. Tillämpningen av maskinen i en Frikolvsenergiomvandlare har medfört tuffa krav på translatorvikten, specifikeffekten och kraftdensiteten. Olika lindnings- och magnetkonfiguratationer har undersökts. Forskningen har visat att designen med begravdamagneter lider av stort läckflöde och är därför inte lämplig för det nya TFM koncept. Istället har designen med ytmonterade magneter valts för vidare undersökning. En analytisk modell har utvecklats och en prototyp maskin har byggts med utgångspunkt i analysresultaten. För att få en bättre förståelse avmaskinkarakteristiken har en 3D-FEM modell tagits fram och analyserats. Resultaten från den analytiska modellen, FEM modellen och mätningar har analyserats och jämförts. Överensstämmelsen mellan de simulerade och de uppmätta resultaten är mycket bra. Dessutom, resultaten från den analytiska modellen visar på att modellen kan framgångsrikt användas för fortsatt analys och optimering av maskinen för att ge en kostnadseffektivlösning för masstillverkning. / QC 20101102

Identiferoai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-25834
Date January 2010
CreatorsCosic, Alija
PublisherKTH, Elektriska maskiner och effektelektronik, Stockholm : KTH
Source SetsDiVA Archive at Upsalla University
LanguageEnglish
Detected LanguageSwedish
TypeDoctoral thesis, monograph, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, text
Formatapplication/pdf
Rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
RelationTrita-EE, 1653-5146 ; 2010:44

Page generated in 0.103 seconds