The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.12
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pp.1820-1827
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2012
This paper is to present a new method of cogging torque reduction for axial flux PM machines of multiple rotor surface mounted magnets. In order to start softly and to run a power generator even the case of weak wind power, reduction of cogging torque is one of the most important issues for a small wind turbine, Cogging torque is an inherent characteristic of PM machines and is caused by the geometry shape of the machine. Several methods have been already applied for reducing the cogging torque of conventional radial flux PM machines. Even though some of these techniques can be also applied to axial flux machines, manufacturing cost is especially higher due to the unique construction of the axial flux machine stator. Consequently, a simpler and low cost method is proposed to apply on axial flux PM machines. This new method is actually applied to a generator of 1.0kW, 16-poles axial flux surface magnet disc type machine with double-rotor-single-stator for small wind turbine. Design optimization of the adjacent magnet pole-arc which results in minimum cogging torque as well as assessment of the effect on the maximum available torque using 3D Finite Element Analysis (FEA) is investigated in this design. Although the design improvement is intended for small wind turbines, it is also applicable to larger wind turbines.
Mass of generator is one of the most important characteristic value especially direct drive type wind turbine. This paper introduce how to decease mass of generator rotor frame without declining generator performance. To obtain optimal design of rotor frame, sensitivity analysis using Taguchi method and RSM(response surface method) are have been performed.
Kim, Jung-Su;Lee, Hyoung-Woo;Park, No-Gill;Lee, Dong-Hwan
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.36
no.2
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pp.267-275
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2012
In this study, normal wind load and blast wind load are modeled mathematical. And the periodical torque and bending moments transmitted to the main shaft of wind turbine are investigated. A normal wind model assumed, of which the wind velocity is increased according to the height from ground. The average values and the harmonic terms of the transmitted moments are studied on the wind direction of range $-45^{\circ}{\sim}45^{\circ}$ and the bending moment characteristics are examined, which is regarded as the main source of the misalignment of gear train. In normal wind load case, excitation frequency is 3X (X : Rotor speed). When the wind direction is $+22.5^{\circ}$, the horizontal axis of bending moment occur the 50% of main torque. This result leads to edge contact of gear teeth by shaft elastic deformation. In blast wind load case, excitation frequency are 3X,6X,9X. Additional, in the (+) direction of wind load, relative harmonic percentage is increase.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.2
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pp.93-114
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2011
The current status of Canadian research on rotor-based actively controlled technologies for helicopters is reviewed in this paper. First, worldwide research in this field is overviewed to put Canadian research into context. Then, the unique hybrid control concept of Carleton University is described, along with its key element, the "stiffness control" concept. Next, the smart hybrid active rotor control system (SHARCS) projected's history and organization is presented, which aims to demonstrate the hybrid control concept in a wind tunnel test campaign. To support the activities of SHARCS, unique computational tools, novel experimental facilities and new know-how had to be developed in Canada, among them the state-of-the-art Carleton Whirl Tower facility or the ability to design and manufacture aeroelastically scaled helicopter rotors for wind tunnel testing. In the second half of the paper, details are provided on the current status of development on the three subsystems of SHARCS, i.e. that of the actively controlled tip, the actively controlled flap and the unique stiffness-control device, the active pitch link.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.5
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pp.351-357
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2023
In this study, we devised methods to enhance the efficiency of rotor sails which have been applied as one of the energy saving devices of ships. The idea of the study originated from the notion that installing protrusions or increasing the surface roughness on the smooth surface of the rotor sail could delay the separation of the incoming wind flow and consequently increase the lift force. Five cylinder models were considered and tested in an open-type wind tunnel at Chungnam National University. A smooth surface cylinder exhibits the highest lift-to-drag ratio at a specific Reynolds number, and as the Reynolds number increases this value decreases sharply. The variation in this typical Magnus force can be significantly improved by altering the surface shape and roughness of the rotor sail. It has been observed that increasing the surface roughness improves the lift characteristics, resulting in increased efficiency. Furthermore, it revealed that the reverse Magnus effect which may occur during actual operation in the low spin ratio region can be significantly enhanced.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.2
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pp.85-91
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2017
A wind tunnel test for 1/86 scaled down model of the NREL 5 MW offshore wind turbine was conducted to investigate the wake and flow fields. Deficit of flow speed in the wake region and variations of the turbulence intensity were measured using a hot wire anemometer at rated tip speed ratio of 11.4 m/s and a rotational speed of 1,045 rpm. According to the test results, velocity deficits along both of lateral and vertical directions were recovered within 2 rotor radii downstream from the rotating disc plane. The tip vortices effect was negligible after 5 rotor radii downstream from the rotating plane. Turbulence intensities showed maximum value around the blade tip, and decreased rapidly after one radius apart from the rotating plane, and those values were preserved until 6 rotor radii downstream.
In a power system that has a high wind penetration, the output power fluctuation of a large-scale wind turbine generator (WTG) caused by the varying wind speed increases the maximum frequency deviation, which is an important metric to assess the quality of electricity, because of the reduced system inertia. This paper proposes a stable power-smoothing scheme of a doubly-fed induction generator (DFIG) that can suppress the maximum frequency deviation, particularly for a power system with a high wind penetration. To do this, the proposed scheme employs an additional control loop relying on the system frequency deviation that operates in combination with the maximum power point tracking control loop. To improve the power-smoothing capability while guaranteeing the stable operation of a DFIG, the gain of the additional loop is modified with the rotor speed and frequency deviation. The gain is set to be high if the rotor speed and/or frequency deviation is large. The simulation results based on the IEEE 14-bus system demonstrate that the proposed scheme significantly lessens the output power fluctuation of a WTG under various scenarios by modifying the gain with the rotor speed and frequency deviation, and thereby it can regulate the frequency deviation within a narrow range.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.11
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pp.1236-1244
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2012
A equivalent stiffness modeling has been performed for extracting the equivalent stiffness properties which are orthotropic elastic model from a large scale wind turbine rotor blade so that structure model can be constructed more simply for the three dimensional static aeroelastic analysis. In order to present the procedure of equivalent stiffness modeling, NREL 5MW class wind turbine rotor having the three stiffness information which are flapewise, edgewise and torsional stiffness was chosen. This method is based on applying unit moment at the tip of the blade as well as fixing all degree of freedom at the blade root and calculating the displacement from the load analysis to obtain the elastic modulus corresponding to equivalent stiffness referred to the NREL reports on blade divided into 5 sections respectively. In addition, one section was divided into 3 parts and the trend functions were used to make the equivalent stiffness model more correctly and quickly. Through the comparison of stiffness between the reference values and calculated values from equivalent stiffness model, the investigation of the accuracy on the stiffness values and the efficiency for constructing the model was conducted.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.2
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pp.169-174
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2016
A cross-flow wind turbine has a high torque coefficient at a low tip speed ratio. Therefore, it is a good candidate for use as a self-starting turbine. Furthermore, it has low noise and excellent stability; therefore, it has attracted attention from the viewpoint of applications as a small wind turbine for an urban district. However, its maximum power coefficient is extremely low (10 %) as compared to that of other small wind turbines. In order to improve the performance and flow condition of the cross-flow rotor, the symmetrical casing with a nozzle and a diffuser are proposed and the experimental research with the symmetrical casing is conducted. The maximum power coefficient is obtained as $C_{pmax}=0.17$ in the case with the casing and $C_{pmax}=0.098$ in the case without the casing. In the present study, the power characteristics of the cross-flow rotor and those of the symmetrical casing with the nozzle and diffuser are investigated. Then, the performance and internal flow patterns of the cross-flow wind turbine with the symmetrical casings are clarified. After that, the effect of the side boards set on the symmetrical casing is discussed on the basis of the analysis results.
The purpose of this 3-D numerical simulation is to calculate and examine the complex 3-D stall phenomena on the rotor blade and wake distribution of the wind turbine. The flow characteristics of 500kW Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) are compared with the calculated 3-D stall phenomena and wake distribution. We used the CFX-TASCflow to predict flow and power characteristics of the wind turbine. The CFD results are somewhat consistent with the BEM (Blade Element Momentum) results. And, the rotational speed becomes faster, the 3-D stall region becomes smaller. Moreover, the pressure distribution on the pressure side that directly gets the incoming wind grows high as it goes toward the tip of the blade. The pressure distribution on the blade's suction side tells us that the pressure becomes low in the leading edge of the airfoil as it moves from the hub to the tip. However, we are not able to precisely predict on the power coefficient of the rotor blade at the position of generating complex 3-D stall region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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