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的转子通量传感,用于改善电动机运行(提案号ECS-0601301)PI:Roy McCannincrate不足的能源成本,以及由于温室气体排放而引起的气候变化的担忧,导致对商业,居住和工业应用的电气机器的效率提高和减轻的需求增加。为了满足这些要求,已经开发了电动机控制技术,这些技术依赖于磁通量的估计来优化机器性能。但是,这些高级方法使用电流,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素中嵌入磁场微机械传感器(MEMS)来开发一种从根本上设计和操作电动机和发电机的新方法。IntlectualFirect:Inteltectual:Inteded MEMS设备将直接测量由高级电机控制算法使用的通量水平,以实现高级电动机控制算法,以实现优化电动机和发电机运算。这项研究包括开发具有无线射频通信的MEMS设备,适合在旋转电气机械内部操作。传感器的功率将从电动机内部的环境场变化中获得。该研究将集中在机器结构和传感器位置上,以估算机器操作期间的麦克斯韦应力张量。除了操作过程中的改进之外,MEMS通量传感器还将足够小,可以通过在常规磁性仪器上提供的细节级别提供操作数据来帮助设计和验证电气机械的设计和验证。将开发25 kW的原型电动机来确认理论工作。更广泛的影响:该电动机将被纳入ASME国际太阳能Splash大学竞赛的阿肯色大学太阳船进入。这为大学生提供了高级能源转化技术方面的动手经验。这也以明显的方式向学生展示了电能转换技术的持续创新。

项目成果

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