بهینه‌سازی طراحی، بهبود کیفیت ولتاژ و نوسانات گشتاور یک ژنراتور آهنربای دائم سطحی با رتور خارجی به‌منظور کاربرد در توربین‌های‌ بادی بدون جعبه‌دنده

در این مقاله طراحی بهینۀ یک ژنراتور سنکرون آهنربای دائم سطحی با رتور خارجی به‌منظور کاهش هزینۀ ساخت ارائه شده است. نوآوری این پژوهش ارائۀ ابعاد جدید برای آهنربای دائم سطحی است که منجر به سینوسی شدن منحنی چگالی شار مغناطیسی فاصلۀ هوایی و بهبود کیفیت ولتاژ القایی، کاهش گشتاور دندانه‌ای و نوسانات گشتاور خواهد شد. همچنین به‌منظور مطالعۀ بیشتر، چهار طرح به‌صورت ترکیبی از سیم‌پیچی توزیع‌شده و سیم‌پیچی متمرکز و آهنربای سطحی متداول و آهنربای سطحی پیشنهادی برای ژنراتور در نظر گرفته شده است. به همین منظور یک مدل طراحی دقیق برای ژنراتور استخراج شده است. سپس متغیرهای طراحی بر اساس این مدل و با توجه به تابع هدف مورد نظر توسط الگوریتم بهینه‌سازی ژنتیک بهینه‌‌یابی شده‌اند. در ادامه از تحلیل اجزای محدود برای اعتبارسنجی طراحی‌های بهینه استفاده می‌شود. با مقایسۀ نتایج بهینه‌سازی و شبیه‌سازی چهار طرح بهینه مشاهده می‌شود که ژنراتور با سیم‌پیچی متمرکز و آهنربای سطحی پیشنهادی دارای راندمان بیشتر است درحالی‌که دارای حجم کلی، هزینۀ ساخت، گشتاور دندانه‌ای و نوسانات گشتاور کمتری در مقایسه با طرح‌های دیگر است. بنابراین این طرح گزینه مناسبی برای کاربرد در توربین‌های بادی بدون جعبه‌دنده است.

design optimization, voltage quality and torque ripple improvement of an outer rotor permanent magnet generator for direct-drive wind turbines

in this paper, an optimal design for a surfacemounted permanent magnet synchronous generator (pmsg) with outerrotor is presented to minimize manufacturing cost. the main contribution of this study is to determine new dimensions for surfacemounted permanent magnet (smpm) that yields  more sinusoidal air gap flux density distribution;  that improves the induced voltage quality, and that reduces both cogging torque and torque ripple. for further investigation, four different plans have been considered for pmsg by combining distributed and concentrated windings with the conventional and proposed smpm. for this purpose, an accurate model for pmsg is considered. then, based on this model and intended objective function, design variables were optimized by using genetic algorithm. afterward, simulation studies based on the finite element analysis (fea) were carried out in order to validate the optimal plans. by comparing the results of four optimal plans, obtained from optimization process and fea, we observed that the pmsg with the concentrated winding and proposed smpm had higher efficiency, lower total volume, lower manufacturing cost, lower cogging torque, and lower torque ripple as compared with other plans. thus, it can be considered a proper choice for directdrive wind turbines.