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Diseos de alternadores lineales primeros desarrollados bajo la
Iniciativa sobre tecnologa
espacial NASA Civil (CSTI) generalmente utilizan raras imanes
permanentes de tierras unidos a
un mbolo mvil. El movimiento armnico de los imanes entre los dos
huecos formados por las
laminaciones del estator interior y exterior genera un flujo
sinusoidal en el estator. El flujo
sinusoidal induce entonces una tensin en las bobinas, que se
enrollaron en el interior del
estator exterior. El camino de flujo magntico a travs de
cualquiera de las laminaciones del
estator se coplanar con el eje de movimiento motor; Por lo
tanto, los diseos fueron algo
simtrica alrededor de su eje de movimiento. En estos primeros
diseos alternador lineales, se
encontr un anlisis 2 - D, mtodo de los elementos finitos (FEM)
para modelar adecuadamente
los campos magnticos.
La figura 1 muestra una seccin transversal del alternador lineal
diseada para la alimentacin
Demostrador del espa (SPDE), que fue desarrollado en la dcada de
1980 por los mecnicos de
la tecnologa, Inc. (MTI ) de Latham , Nueva York. Referencia 1
se presenta una discusin sobre
el 2 -D que se realizaron los anlisis. Referencia 2 muestra que
el voltage de circuito abierto RMS
analtica (es decir, el valor terico) del alternador lineal SPDE
estaba dentro de unos pocos
puntos porcentuales de los valores medidos en un amplio rango de
frecuencias.
Diseos de alternadores lineales actuales que se estn
desarrollando para los sistemas de
energa de radioistopos Stirling para misiones de espacio
profundo cuentan con tierras raras
imanes permanentes fijos unidos a las laminaciones del estator.
Estos diseos obtener una
sinusoidal, la inversin de flujo magntico perpendicular a los
planos de las bobinas del estator
mediante la variacin de la resistencia de la trayectoria de
flujo, como se ve por los imanes
individuales. Una bobina est enrollada alrededor de cada una de
las piernas del estator. Una
tensin sinusoidal es inducida en las bobinas cuando el mbolo se
mueve (o motor) oscila
adyacente a los imanes permanentes. Estos diseos son tpicamente
simtrica con respecto al
eje de movimiento a la seccin trimestre y, como resultado, un
anlisis 2 - D no pueden modelar
con precisin los campos magnticos. Adems, la trayectoria de
flujo magntico es
perpendicular al eje de movimiento de motor, lo que complica an
ms el problema.
Alternadores lineales de este diseo se modelan mejor en 3
-D.
La figura 2 muestra una seccin transversal del alternador lineal
diseada para la demostracin
convertidor 55W Tecnologa ( TDC ) , que fue desarrollado en la
dcada de 1990 por la Compaa
de Tecnologa de Stirling ( STC ) de Kennewick , Washington, para
el Departamento de Energa (
DOE) . Una descripcin ms detallada de la TDC se da en las
referencias 3 y 4. El modelo de
alternador lineal y los resultados se analizan en este documento
se basan en este diseo
alternador lineal STC 55W TDC.
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OBJETIVO
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El objetivo de este trabajo fue desarrollar un modelo de anlisis
numrico que podra ayudar a
los ingenieros en el diseo, el desarrollo, la evaluacin y la
comprensin de los alternadores
lineales avanzados.
LINEAL ALTERNADOR
MODELO magnetosttico
Un modelo magnetosttico tridimensional de 55W lineal alternador
de STC fue desarrollado
usando Maxwell 3 - D mtodo de elementos finitos de Ansoft de
software (FEM) (Ref. 5). El
modelo magnetosttico consisti en una seccin de la cuarta parte
del alternador lineal e incluye
los siguientes componentes: 1) pila de Hyperco - 50 laminaciones
de organizador, 2)
halfmagnets neodimio -hierro-boro, 3 ) pila de Hyperco - 50
laminaciones del estator y 4 ) de
cobre semibobinas . Dado que el hardware real es simtrica a la
seccin trimestre alrededor del
eje de movimiento, se necesita slo un cuarto de seccin en el
modelo.
La Figura 3 muestra la densidad de flujo (B) y datos de
intensidad de campo (H) usados en el
modelo para los Hyperco - 50 de organizador y del estator
laminaciones. Los datos mostrados
en esta parcela se midieron en el Centro de Investigacin Glenn
de la NASA. A ttulo ilustrativo
en el modelo FEM, una remanencia Br de 1,26 Tesla y una fuerza
coercitiva se supusiera Hc de -
931 kA/m. Estos valores son consistentes con las
especificaciones STC para los imanes y son
similares a las propiedades de UGIMAX 37B a 23 C.
Figura 3 - BH Curva de Hyperco -50.
El parmetro de modelo primario de inters para la verificacin con
los datos experimentales es
el campo magntico paralelo a los ejes de los devanados de la
bobina. Es este valor de flujo
magntico que se utiliza para calcular la tensin de opencircuit.
Para reducir el error numrico
asociado a la malla FEM que se utiliza para calcular el flujo
magntico, es decir, la malla de la
bobina, el estator, y separacin de la bobina / estator, 9 de
corte planos se definen a lo largo del
eje de la bobina. Los 9 de corte planos se muestran en la Figura
4. El modelo fue puesta en
marcha para el clculo y el promedio del flujo magntico
perpendicular a cada una de estas
cutplanes obtener un promedio de flujo paralelo en general al
eje de la bobina.
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Figura 4 - -Planes cortar a travs de la bobina utilizada para
calcular
Promedio B perpendicular al plano de la bobina. Se generaron
soluciones de flujo
magnetosttico para una serie de 13 posiciones diferentes de
organizador. Ley de induccin de
Faraday a continuacin, se utiliz para calcular la fuerza
electromotriz inducida (fem) en los
devanados de la bobina del alternador lineales en las 13
posiciones de organizador. La fem
inducida calculada era entonces la curva de ajuste, utilizando
el software TableCurve. El voltaje
RMS de circuito abierto se calcul utilizando la amplitud de la
solucin de ajuste de curva. El
modelo de alternador lineal siendo una simulacin esttica,
efectos de corrientes parsitas
debido al movimiento motor no se pudieron calcular. Sin embargo,
dejando de lado los efectos
de corrientes parsitas no debera introducir grandes errores de
las soluciones estticas, ya que
el motor oscila a una frecuencia baja ( 80 Hz) y de todas las
estructuras magnticas conductoras
de flujo se laminaron (a excepcin de los imanes).
