Електромеханічний перетворювач спеціальної конструкції для низькопотенціальних механічних систем

Abstract

У статті розглянуто конструкцію та принцип дії електромеханічного перетворювача спеціального призначення, призначеного для роботи в умовах низькопотенціальних механічних систем, де традиційні генератори є малоефективними. Розроблено тривимірну польову математичну модель, що використовується для оцінки розподілу електромагнітного поля та зусиль досліджуваного генератора. Представлено результати моделювання магнітного поля та аналізу розподілу електромагнітних зусиль у робочій зоні пристрою. Основну увагу приділено впливу геометричних параметрів і магнітних властивостей матеріалів на формування основного магнітного потоку, його замикання та ефективність перетворення енергії. Встановлено, що регулювання параметрів, таких як відстань між магнітом і феромагнітним елементом, товщина та магнітна проникність останнього, дозволяє керувати рівнем магнітного насичення і втратами в повітряному проміжку, що безпосередньо впливає на щільність потужності й ККД генератора. Проведений аналіз підтвердив можливість ефективного застосування розробленого перетворювача в автономних і мобільних системах електроживлення, зокрема в установках із низькою швидкістю обертання вітрових турбін, системах рекуперації енергії та сенсорних пристроях. Запропонована конструкція відрізняється простотою реалізації, компактністю та відсутністю складних рухомих частин, що в перспективі підвищує її надійність і довговічність. Отримані результати створюють підґрунтя для подальшого вдосконалення магнітної системи та оптимізації параметрів для підвищення ефективності енергоперетворення в низькопотенційних енергетичних режимах. The article considers the design and principle of operation of a special-purpose electromechanical converter designed to operate in conditions of low-potential mechanical systems, where traditional generators are inefficient. A three-dimensional field mathematical model has been developed, which is used to estimate the distribution of the electromagnetic field and forces of the studied generator. The results of modeling the magnetic field and analyzing the distribution of electromagnetic forces in the working area of the device are presented. The main attention is paid to the influence of geometric parameters and magnetic properties of materials on the formation of the main magnetic flux, its closure and the efficiency of energy conversion. It has been established that the adjustment of parameters, such as the distance between the magnet and the ferromagnetic element, the thickness and magnetic permeability of the latter, allows you to control the level of magnetic saturation and losses in the air gap, which directly affects the power density and efficiency of the generator. The analysis confirmed the possibility of effective application of the developed converter in autonomous and mobile power supply systems, in particular in installations with low speed of rotation of wind turbines, energy recovery systems and sensor devices. The proposed design is distinguished by simplicity of implementation, compactness and absence of complex moving parts, which in the future increases its reliability and durability. The obtained results create a basis for further improvement of the magnetic system and optimization of parameters to increase the efficiency of energy conversion in low-potential energy modes.