در این رساله، طراحی بهبودیافته یک ژنراتور مغناطیس دائم شارمحور با استفاده از الگوریتم ژنتیک به عنوان روش بهینه سازی صورت گرفته است. طراحی به منظور بهینه کردن قیمت مواد فعال مصرفی و با در نظر گرفتن رفتار حرارتی ماشین انجام شده است. برای بررسی رفتار ماشین به ازای تغییرات متغیرهای مهم، آنالیز حساسیت بر روی ماشین شارمحور مغناطیس دائم برای کاربرد در توربین های بادی کم سرعت صورت گرفته است. علاوه بر آن، یک مدل پارامتر فشرده برای تحلیل حرارتی ماشین ارایه شده است. مدل ارایه شده، قادر است دمای قسمت های مختلف ماشین شامل دمای سیم بندی ها، آهنرباها، شفت و فریم را در حالت پایدار با دقت مناسب محاسبه کند. با توجه به وابستگی مشخصات حرارتی مواد به کار رفته در ساختار ماشین به حرارت و همچنین وابستگی مقدار مقاومت سیم بندی استاتور و تلفات مسی به دمای کارکرد ماشین، به روز کردن دما در روند طراحی مورد نیاز است. یک برنامه کامپیوتری جامع شامل طراحی همزمان الکترومغناطیسی و حرارتی ارائه شده است. در برنامه طراحی ارائه شده، ملاحظات کاربردی، عملکردی، محدودیت های مکانیکی و نیازمندی های حرارتی مدنظر قرار گرفته است و دماهای بدست آمده از طراحی حرارتی ماشین در هر تکرار از برنامه به روز می شوند. با استفاده از برنامه طراحی ارائه شده، یک ژنراتور 5 کیلووات با سرعت نامی 350 دور بر دقیقه با ساختار دو استاتور-یک روتور، با آهنرباهای دائم سوارشده بر روی ریسک روتور به منظور کاربرد در اتصال مستقیم به توربین بادی طراحی و ساخته شده است. برای تایید صحت نتایج طراحی تحلیلی، آنالیز المان محدود و اندازه گیری های عملی بر روی ماشین طراحی شده صورت گرفته است. نتایج اندازه گیری ها نشان می دهد، مدل حرارتی ارایه شده قادر است دمای قسمت های مختلف ماشین را با دقت مناسب تخمین بزند.

امروزه ژنراتورهای شار محوری آهنربای دائم (afpm) با توجه به ویژگی هایی همچون بازده بالا، چگالی توان و گشتاور بالاتری که نسبت به انواع ژنراتورهای شار شعاعی (rfm) مرسوم دارند، مورد توجه قرارگرفته اند. مشخصات این ژنراتورها، آن ها را برای کاربرد در توربین بادی مناسب می سازد. از طرفی با توجه به سهولت افزایش تعداد قطب در آن ها، برای کاربردهای سرعت پایین که متناسب با سرعت باد است، بسیار مناسب است. در این پایان نامه طراحی یک ژنراتور سنکرون شار محوری آهنربای دائم با ساختار torus انجام شده است. از مقایسه ماشین های شار محوری با ساختارهای گوناگون ساختار دو روتور و یک استاتور در میان آن ها انتخاب شده است و نوع قرارگیری آهنرباها به صورت n-s است. ژنراتور طراحی شده در نرم افزار علمی-تجاری اجزا محدود flux cedrat 11.2 شبیه سازی شده است و با استفاده از روش اجزای محدود مورد ارزیابی و تحلیل های گوناگونی مانند تأثیر تغییر سرعت باد، تغییر فاصله هوایی و تغییر شکل آهنرباها روی آن صورت گرفته است. شکل موج سینوسی نیرومحرکه القایی با ویژگی هارمونیکی مساعد، بهینه بودن طراحی را تأیید می کند. عملکرد مناسب ژنراتور در شرایط تغییر سرعت باد، ژنراتور طراحی شده را به عنوان یکی از گزینه های مناسب جهت کاربرد در توربین های بادی مقیاس کوچک قرار داده است.

چکیده گشتاور دندانه ماشین های شار محور afpm در حالت عادی و در مقایسه با ماشین های معمولی بسیار بالا است. چگالی توان، گشتاور دندانه، مشخصه های گشتاور سرعت و بازدهی از جمله پارامترهایی هستند که در طراحی ژنراتورها حائز اهمیت هستند. در این پایان نامه هدف بررسی تأثیر روش های کاهش گشتاور دندانه بر روی پارامترهای الکتریکی یک ژنراتور مغناطیس دائم شار محور است. به همین منظور ضمن بررسی انواع مختلف ساختارهای ماشین های شار محور، به صورت تفصیلی به مطالعه روش های کاهش گشتاور دندانه در ماشین های شار محور مغناطیس دائم پرداخته می شود. با شبیه سازی المان محدود یک ژنراتور شار محور مغناطیس دائم 9 فاز، با ساختار sssr، تأثیرات اعمال روش های کاهش گشتاور دندانه بر عملکرد ماشین مورد تحلیل و بررسی گرفته است. این ژنراتور دارای سیم پیچی متمرکز است. برای تحلیل ژنراتور طراحی شده از روش المان محدود و از نرم افزار flux11.2 استفاده شد. نتایج مشخصه های خروجی ژنراتور شار محور در شرایط مختلفی اعم از بی باری و بار کامل موردبررسی قرار گرفت. تأثیر اعمال روش های اصلاح روتور و ابعاد مغناطیس های دائم بر روی عملکرد ماشین موردمطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل از مقایسه شبیه سازی های صورت گرفته حاکی از آن است که اعمال روش های کاهش گشتاور دندانه، شکل موج نیرومحرکه القایی را تحت تأثیر خود قرار می دهد و در برخی موارد موجب کاهش دامنه هارمونیک اول نیرومحرکه القایی شده و اعوجاج هارمونیکی کل (thd) آن را تحت تأثیر قرار می دهد. اما با این وجود با کاهش گشتاور دندانه از میزان ریپل توان خروجی کاسته شده و شکل موج جریان بهبود می یابد.

در این پایان نامه یک روش برون خطی برای تشخیص خطای عدم تقارن فاصله هوائی در ماشین شار محور مغناطیس دائم با ساختار دو استاتور-تک روتور ارائه شده است. در این روش اندوکتانس های خودی سیم پیچ های استاتور اندازه گیری شده و به صورت رو در رو با یکدیگر مقایسه شده اند. با بررسی مقادیر به دست آمده از مقادیر اندوکتانس ها و تفاضل میان اندوکتانس های سیم پیچ های رو در رو، به ازای درصدهای مختلف خطا، نشان داده شده است که این پارامتر می تواند به عنوان شاخص تشخیص خطای عدم تقارن فاصله هوائی به کار رود. با بررسی و تحلیل رابطه ریاضی اندوکتانس سیم پیچ ها و ارتباط آن با طول فاصله هوایی، مشخص می-شود که پارامتر اندوکتانس خودی، حساسیت بالایی نسبت به تغییرات فاصله هوائی دارد. در نتیجه اندوکتانس می تواند به عنوان یک شاخص موثر برای تشخیص جزئیات خطا اعم از وجود خطا، محل خطا و نوع خطا مورد استفاده قرار گیرد. از مزایای روش فوق می توان به پیاده سازی آسان در عمل و عدم ایجاد اختلال در شرایط عادی ماشین اشاره کرد.