MEMS Based Rotor Flux Sensing for Improved Operation of Electric Motors

基于 MEMS 的转子磁通传感可改善电动机的运行

基本信息

  • 批准号:
    0601301
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-05-15 至 2010-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

MEMS Based Rotor Flux Sensing for Improved Operation of Electric Motors(Proposal No. ECS-0601301)PI: Roy McCannIncreased energy costs and concerns about climate change due to greenhouse gas emissions has led to increasing demands for improved efficiency and reduced weight in electrical machines for commercial, residential and industrial applications. To meet these requirements, motor control techniques have been developed that rely upon estimates of magnetic flux to optimize machine performance. However, these advanced methods use external measurements of current, voltage and rotor position to control electric motors and generators. This research will develop a fundamentally new method of designing and operating electric motors and generators by embedding magnetic field micro-electromechanical sensors (MEMS) in the rotor and stator elements.Intellectual Merit: The embedded MEMS devices will provide a direct measurement of flux levels used by advanced motor control algorithms for optimized motor and generator operation. This research includes the development of a MEMS device with wireless radio frequency communication suitable for operating inside rotating electrical machinery. Power for the sensors will be obtained from the ambient field variations present inside the electric machine. The research will focus on machine structures and sensor placement that provides sufficient accuracy in estimating the Maxwell stress tensor during machine operation. Beyond improvements during operation, the MEMS flux sensors will be sufficiently small to aid in the design and validation of electrical machinery by providing operational data at a level of detail not previously available with conventional magnetic instrumentation. A 25 kW prototype motor will be developed to confirm the theoretical work. Broader Impacts: This motor will be incorporated into the University of Arkansas solar boat entry of the ASME International Solar Splash collegiate competition. This provides undergraduate students with hands-on experience in advanced energy conversion technologies. This also demonstrates in a tangible manner to students the continuing innovation in electrical energy conversion technology.
基于 MEMS 的转子磁通传感可改善电动机的运行(提案编号 ECS-0601301)PI:Roy McCann 由于温室气体排放导致的能源成本增加和对气候变化的担忧,导致人们对提高电机效率和减轻重量的需求不断增加商业、住宅和工业应用。为了满足这些要求,已经开发了电机控制技术,该技术依赖于磁通量的估计来优化机器性能。然而,这些先进的方法使用电流、电压和转子位置的外部测量来控制电动机和发电机。这项研究将通过在转子和定子元件中嵌入磁场微机电传感器 (MEMS) 来开发一种设计和操作电动机和发电机的全新方法。 智力优点:嵌入式 MEMS 设备将提供所用磁通水平的直接测量通过先进的电机控制算法来优化电机和发电机的运行。这项研究包括开发具有无线射频通信功能的 MEMS 设备,适合在旋转电机内部运行。传感器的电力将从电机内部存在的环境场变化中获得。该研究将重点关注机器结构和传感器放置,以提供足够的精度来估计机器运行期间的麦克斯韦应力张量。除了运行期间的改进之外,MEMS 磁通传感器将足够小,通过提供传统磁性仪器以前无法提供的详细程度的运行数据来帮助电机的设计和验证。将开发 25 kW 原型电机来证实理论工作。更广泛的影响:该电机将被纳入阿肯色大学太阳能船参加 ASME 国际 Solar Splash 大学生竞赛的项目。这为本科生提供了先进能源转换技术的实践经验。这也向学生们实实在在地展示了电能转换技术的持续创新。

项目成果

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