Mechanical design of transverse flux linear generator for wave power : Mekanisk konstruktion av linjär transversalflödesgenerator för vågkraft

• Main Authors: Guldbrandzén, Erling, Shah, Manthan
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2016
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-190166

En transversalflödesgeneratortopologi skall användas för att generera elektricitet av havsvågor. Den huvudsakliga fördelen med detta koncept är dess låga förluster och att en högre kraftdensitet kan uppnås vid låga hastigheter. Med den relativt långsamma hastigheten hos vågor har detta maskinkoncept potentialen att vara väsentligt effektivare än vanliga permanentmagnetiserade synkrongeneratorer, om systemet är direktdrivet, det vill säga om det inte behövs någon växellåda. Denna avhandling behandlar de mekaniska aspekterna av generatorn där det kontrollerades huruvida en mekaniskt hållbar konstruktion för att generera elektricitet från energin i vågorna kan skapas till en låg kostnad.Dimensionerna på utskjutande delar på järnstackarna är viktiga eftersom de påverkar den totala effektiviteten av systemet. Ett antal olika kombinationer testades för att kontrollera spänningarna och den totala elastiska deformationen av delen. Dessa värden jämfördes med analytiska beräkningar. Maximal deformation kontrollerades för stator och translator med finita elementmetoden (FEM) och kontrollerades analytiskt med balkteori och var inom acceptabla värden.Termisk expansion av de mekaniska delarna i generatorn kontrollerades och var tillräckligt låga. Lim 3M DP270 och vinylester föreslogs för dess egenskaper. Vinylester är planerad att testas ytterligare på olika delar av statorn och translatorn.Infästning av lagren med hjälp av VKR på statorn har föreslagits för ytterligare utvärdering.En form på det isolerande materialet har föreslagits till translatorn. Ett koncept för att klämma ihop både stator och translatordelar togs fram och koncept för både stator och translator har simulerats med FEM och utvärderats ytterligare med hjälp av analytiska beräkningar.Linjära styrbanor har föreslagits för den linjära rörelsen av translatorn.Ett koncept för att fästa statorn och translatorn har föreslagits i avhandlingen. En CAD-modell har utvecklats för ytterligare utvärdering av delar. === The Transverse flux generator type topology is to be used to generate electricity for wave energy purposes. The main advantage of using this concept is low losses and higher values of force density can be achieved at low speeds. With the relatively slow speed of the waves this machine outperforms the standard permanent magnet synchronous machines. This thesis is related to the mechanical aspects of the generator where it was checked whether a mechanically sustainable structure could be created at a low cost to generate electricity from the energy of the waves. Maximum deformation was checked for the stator and translator using finite element method (FEM) and analytically checked by beam theory and was within the acceptable range. Thermal expansion of the mechanical parts in the generator is sufficiently low. Adhesives 3M DP270 and vinyl ester were suggested for their properties. Vinyl ester is planned to be further tested on different parts of stator and translator.Attachment of the bearings using HFRHS on the stator has been suggested for further evaluation. A shape of insulating material has been suggested for the translator. The dimensions on the protrusions of the iron stacks are important since they affect the overall efficiency of the system. A number of different combinations were tried to check the stress values and total deformation in the part. The results were further evaluated and most appropriate combination was selected. A clamping concept was devised for both the stator and translator parts and concepts for both the stator and translator have been simulated by FEM tools and other aspects have been evaluated using analytical calculations.Guideways have been suggested for the linear motion of the translator. A concept to attach the stator and the translator is also suggested in the thesis. A CAD model has been developed for further evaluation of parts.