BDK-racen

Gezien het lichte gewicht en het compacte ontwerp van moderne motoren, schatten we dat de generator niet groter zou hoeven te zijn dan 100 mm (4 inch) in diameter, 20 mm lang en ongeveer 700 watt (W) per kilogram (bijna 1 pk per pond) generatorgewicht zou moeten produceren.

Stator Core. Er werd een driefasen, negenpolig, zes-magneet ontwerp met een dubbele lap-wound stator en permanente magneetrotor geselecteerd. De werkende generatorsnelheid zou recht evenredig zijn met de motorsnelheid, met een bereik van 4.000 tot 17.000 tpm.

Een eerste zorg, met name gezien de hoge generatorsnelheid, was het effect van ijzerverliezen in de statorkern, wat doorgaans het zwaarste onderdeel is van een AC-generator. Conventioneel korrelgeoriënteerd siliciumstaal was niet efficiënt genoeg om te worden gebruikt in een generator die zou voldoen aan de generatorgrootte- en gewichtsdoelen van ons project, en een ijzer-kobaltlegering (49Fe-49Co-2V) werd gebruikt om de statorkernlaminaties van de generatoren te produceren. Dit leverde een toename van 30% in fluxdichtheid op.

Relatieve magnetische fluxdichtheden van 49Fe-49Co-2V ijzer-kobaltlegering, vergeleken met het meer gangbare siliciumstaal.

De ijzerverliezen van de ijzer-kobaltlegering werden verder gereduceerd door een combinatie van technologieën. Een warmtebehandeling na het walsen reduceerde de kernhystereseverliezen en er werd een ultradunne geoxideerde isolatiecoating ontwikkeld, waardoor we de dikte van de statorkernlaminatie konden reduceren tot anderhalve tiende van een millimeter per laminatie, terwijl de gewenste ijzer-isolatieverhouding behouden bleef. Deze verfijningen verminderden de ijzerverliezen van de legering met nog eens 60%.

De magnetische fluxdichtheid van onze ijzer-kobaltlegering werd verhoogd door meerdere verfijningen.

De maximale stroomfrequentie voor een 17.000 rpm negenpolige generator (uitgaande van een gelijk aantal polen in zowel rotor als stator) is 580 Hz, dit veroorzaakt extreem snelle transiënten, wat spanningsspanningen in de wikkeling veroorzaakt. Het is niet verrassend dat de statorwikkeling is gewikkeld met krasbestendige inverter duty wire om de kans op gaatjes die ontstaan tijdens het productieproces en/of het wikkelproces te verkleinen en daarmee de kans op wikkelingsstoringen te verkleinen.

Rotorontwerp . We gebruikten een magneet met hoge coërciviteit met een intrinsieke coërciviteit van ten minste 1,1 Ma/m bij 160ºC, om temperatuurstijgingen en resulterende wervelstroomverliezen te minimaliseren, werden zes magneten gebruikt in de interne configuratie van de rotor.

De rotordiameter werd verder teruggebracht tot 45 mm door de as van de rotor te gebruiken als onderdeel van de rotorfluxcircuits. Een stalen band met hoge treksterkte omsluit de rotor, waardoor magneetbarsten worden voorkomen bij de centrifugale krachten die worden geproduceerd bij de rode lijn van 18.000 tpm van de rotor. De taps toelopende montage van de rotor helpt bij warmtegeleiding en nauwe toleranties helpen bij het benutten van fluxgeleiding van de as, waardoor verliezen worden verminderd.

Het uiteindelijke ontwerp van de generator (hoewel voortdurend verbeterd) wordt gekoeld door motorolie, met statorkoelkanalen rond de omtrek van de hard geanodiseerde beker. De wikkelingen en kern kwamen uit op 80 mm in diameter en de rotor 19 mm lang, wat ons oorspronkelijke ontwerp overtrof.

We hebben een aantal verbeteringen gepland, met betrekking tot een hogere output voor de steeds toenemende elektrische vereisten en een tweewegregelaar. Deze zou begin 2024 beschikbaar moeten zijn.