8960329732

Politechnika Opolska

Bardzo wysoki moment elektromagnetyczny rozwijany przez przełączalne silniki reluktancyjne ze strumieniem poprzecznym umożliwia stosowanie tych maszyn jako napęd lekkich pojazdów elektrycznych [18, 40, 69, 95]. Zewnętrzny wirnik umożliwia bezpośrednie przekazanie energii z pominięciem przekładni a tym samym eliminowanie dodatkowych strat mechanicznych.

Zmodyfikowane maszyny TF, w których dodatkowo zastosowano magnesy trwałe (Transverse Flux Permanent Motor - TFPM) coraz częściej wykorzystuje się jako generatory w elektrowniach wiatrowych [3, 30].

Metody analityczne i numeryczne analizy pola

Metody analityczne obliczeń pola w maszynach elektrycznych pojawiły się znacznie wcześniej od współcześnie stosowanych metod numerycznych. Posiadają one jednak pewne zasadnicze ograniczenia związane ze stopniem złożoności współczesnych napędów. Struktura silnika reluktancyjnego ze strumieniem poprzecznym jest na tyle skomplikowana, iż konieczne jest wprowadzenie licznych założeń upraszczających, co w konsekwencji grozi zniekształceniem rzeczywistych zjawisk zachodzących w maszynie. Prace [2, 8, 31, 46, 108] zostały poświęcone obliczeniom pola magnetycznego za pomocą metod analitycznych z odpowiednim wsparciem numerycznym. Jednym z ciekawszych rozwiązań, przedstawionych w pracy [2], jest zastosowanie metody sieci reluktancyjnych do wyznaczania parametrów całkowych silnika TF. W pracy tej zamieszczono również porównanie wyników, otrzymanych z wykorzystaniem metody sieci reluktancyjnych oraz metody elementów skończonych dla momentu elektromagnetycznego i strumienia magnetycznego.

Osiągnięcia w dziedzinie techniki komputerowej znacząco przyczyniły się do rozwoju metod numerycznych. Jednym z najczęściej stosowanych narzędzi numerycznych do analizy pola jest metoda elementów skończonych, szeroko opisana w pracach [15, 56]. Metoda ta, a w szczególności jej dwu-wymiarowa implementacja, pozwala na stosunkowo szybkie obliczenia, jednak w przypadku silników TF wymagane jest modelowanie 3D [2, 40, 59]. Koszty obliczeniowe dla modeli 3D są jednak znaczne i powodują duży wzrost czasu rezerwowanego na obliczenia. Prace [1, 4, 41, 46, 56, 59, 61] zawierają obliczenia pól elektromagnetycznych przy zastosowaniu metod numerycznych.

Istotą modelowania jest określenie konstrukcji przetwornika elektromechanicznego o jak najlepszych właściwościach ruchowych. Na etapie obliczeń niezwykle ważne jest dokładne określenie sił i momentu elektromagnetycznego charakteryzującego daną maszynę. Niejednokrotnie ze względu na skomplikowaną budowę przetwornika, niezwykle trudne jest precyzyjne analityczne określenie wartości momentu elektromagnetycznego. Celowe jest więc zastosowanie odpowiednich metod umożliwiających obliczenia momentu elektromagnetycznego oraz sił na drodze obliczeń numerycznych. W literaturze opisano szereg metod służących wyznaczaniu momentu elektromagnetycznego, do najważniejszych należy zaliczyć: metodę tensora naprężeń Maxwella oraz metodę pracy wirtualnej [81]. Obliczeniom sił oraz momentu elektromagnetycznego w przetwornikach elektromagnetycznych poświęcono prace: [40,72,73,78,81, 101].

Dynamiczny wzrost produkcji wysokoenergetycznych magnesów trwałych trójskładnikowych (Nd-Fe-B) otworzył nową drogę ekspansji dla silników ze strumieniem poprzecznym. Powstała nowa gałąź napędów - TFPM, w których zastosowano stosunkowo tanie i charakteryzujące się dobrymi właściwościami magnesy neodymowe lub inne (Sm-Co itp.). Prace [36, 52, 55, 59, 71, 75, 79] przedstawiają rozwiązania i analizę maszyn elektrycznych zawierających magnesy trwałe.

10