Linear transverse flux generator for wave energy conversion: design optimization and analysis

The electric power industry impacts each state's economy significantly, driven by increasing electricity consumption that necessitates expanding power plants and finding alternative energy sources. Among alternative energy sources, ocean and sea wave energy converters can be distinguished as a separate class. Wave energy converters transform wave energy into mechanical and then electrical energy. The purpose of the study is to analyze and optimize the magnetic system of a transverse flux machine (TFM) linear generator and to determine the influence of the distance between the stator cores on the efficiency of the generator. This research included conducting 3D modeling and analysis to identify this rational distance. The methods for investigating the magnetic system and calculating the magnetic field pattern are divided into analytical and numerical. Thanks to advanced software for solving such tasks, numerical calculation methods based on the finite element method play a decisive role. Meanwhile, analytical calculations of the magnetic circuit are performed using Kirchhoff's second law for preliminary analysis. The article discusses a two-phase linear TFM generator with a U-shaped core and permanent magnets. The results of numerical modeling show that the distance between the stator cores should have a specific size and requires detailed selection when designing the magnetic system in each particular case. In the design studied, it was calculated that 6 mm between the stator cores increases the machine's performance. 3D modeling is necessary for accurate analysis, considering the axial magnetic flux to minimize stray fields and their mutual demagnetization. Future research will explore an E-shaped core TFM design. Die Elektrizit & auml;tswirtschaft hat einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtwirtschaft eines jeden Staates, angetrieben durch den steigenden Stromverbrauch, der den Ausbau von Kraftwerken und die Suche nach alternativen Energiequellen erforderlich macht. Unter den alternativen Energiequellen lassen sich die Wellenkraftwerke f & uuml;r Ozeane und Meere als eine eigene Klasse unterscheiden. Wellenkraftwerke wandeln Wellenenergie in mechanische und dann in elektrische Energie um. Ziel der Studie ist es, das Magnetsystem einer Transversalflusslinearmaschine (TFM) zu analysieren und zu optimieren und den Einfluss der Polteilung auf den Wirkungsgrad des Generators zu bestimmen. Diese Untersuchung umfasste die Durchf & uuml;hrung einer 3D-Modellierung und -Analyse zur Ermittlung der optimalen Polteilung. Die Methoden zur Untersuchung des magnetischen Systems und zur Berechnung des Magnetfeldmusters werden in analytische und numerische unterteilt. Dank fortschrittlicher Software f & uuml;r die L & ouml;sung solcher Aufgaben spielen numerische Berechnungsmethoden auf der Grundlage der Finite-Elemente-Methode eine entscheidende Rolle. Parallel dazu dienten analytische Berechnungen des magnetischen Kreises unter Verwendung des zweiten Kirchhoffschen Gesetzes zur Vorabsch & auml;tzung der geometrischen Parameter. In diesem Artikel wird ein zweiphasiger linearer Transversalflussgenerator mit U-f & ouml;rmigen Statorkernen und Permanentmagneten behandelt, der eine Sonderausf & uuml;hrung einer permanenterregten Synchronmaschine ist. Die Ergebnisse der numerischen Modellierung zeigen, dass die Polteilung eine bestimmte Gr & ouml;ss e haben sollte und bei der Auslegung des Magnetsystems in jedem Einzelfall eine detaillierte Auswahl erfordert. Bei dem untersuchten Entwurf wurde berechnet, dass 6 mm Abstand zwischen den Statorkernen die Leistung der Maschine erh & ouml;hen. F & uuml;r eine genaue Analyse ist eine 3D-Modellierung erforderlich, die den axialen Magnetfluss ber & uuml;cksichtigt, um Streufelder und deren gegenseitige Beeinflussung zu minimieren. Zuk & uuml;nftige Untersuchungen werden sich mit E-f & ouml;rmigen Statorkernen als TFM-Design befassen.