I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7 ,   p p .   3 6 0 ~ 3 6 6   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 8 i 1 . p p 3 6 0 - 366           360       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Portab le  Pico Lin ea r G en erato r D e sig w ith  Dif fere n M a g net  Sha pes for  Wa v e Energ y  Conv ersio n Sys te m       Nursy a m i m Sh a ha bu din 1 ,   T a ib I bra hi m 2 ,   Na ily   A k m a l M o hd   Z a m ri 3   1, 2, 3   De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ic E n g in e e rin g ,   Un iv e rsit T e k n o lo g P ET RON A S ,   P e ra k ,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct  2 4 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Dec   3 0 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   J an   0 9 ,   2 0 1 7       T h e re   a re   a b u n d a n t   o f   w a v e   e n e rg y   c o n v e rter  tec h n o l o g ies   a v a il a b le  to   c o n v e rt  w a v e   e n e r g y   in to   u se a b l e   e n e rg y .   Ho w e v e r,   m o st  o f   th e m   a re   h u g e   a n d   su it a b le  f o larg e   a p p li c a ti o n .   T h u s,  th is  p a p e a im e d   to   p ro p o s e   p o rtab le  p ico   g e n e ra to d e sig n f o sm a ll   sc a le  a p p li c a ti o n .   I n v e stig a ti o n   o n   th e   p e rf o r m a n c e   o f   d e si g n w it h   v a ry in g   h a lb a c h   m a g n e sh a p e wa m a in l y   f o c u se d   a n d   d isc u ss e d .   T w o   d e sig n o f   d if f e r e n m a g n e sh a p e   i. e .   tri a n g u lar   a n d   trap e z o i d   w e re   p ro p o se d .   Op e n - c ircu it   sim u latio n   a n d   o p ti m iza ti o n   re su lt w e r e   o b tain e d   u si n g   F in it e   El e m e n M e th o d .   F ro m   th e   re s u lt s,  it   w a f o u n d   o u t h a T ra p e z o id   M a g n e De sig n   p r o d u c e d   b e t ter  p e rf o rm a n c e   a n d   lo w e m a t e rial  c o st  c o m p a re d   to   a n o th e p ro p o se d   d e sig n ,   T rian g u lar  M a g n e a s we ll   a s co n v e n ti o n a R e c tan g u l a M a g n e sh a p e .   K ey w o r d :   Halb ac h   m a g n et   L i n ea r   g e n er ato r   P o r tab le  g en er ato r   W av e n er g y   c o n v er s io n   Co p y rig h ©   201 7   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   T aib   I b r ah im ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ic  E n g in ee r i n g ,   Un i v er s iti T ek n o lo g i P E T R O NAS ,   Ser i I s k a n d ar ,   3 2 6 1 0 ,   P er ak ,   Ma la y s ia.   E m ail: ta ib ib @ p etr o n as.c o m . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   Dis cu s s io n   o n   o ce an   w av e n er g y   co n v er s io n   in to   u s ea b l en er g y   s tar ted   ce n tu r ie s   ag o .   T h f ir s t   p aten f o r   th e   co n v er s io n   tec h n iq u es   w as  in tr o d u ce d   i n   y ea r   1 7 9 9   [ 1 ] .   A p r ese n t,  s e v er al  co u n tr ie s   h a ve   s tar ted   to   d ev elo p   an d   im p l e m en w av e n er g y   p o w er   p lan i n   g e n er atin g   elec tr icit y .   Up   to   d ate,   h ig h   n u m b er s   o f   tec h n o lo g ies  f o r   w a v en er g y   co n v er ter   ( W E C )   ar av ailab le  [ 2 ] , [ 3 ] .   Gen er all y ,   W E C   s y s te m   co n s is ts   o f   s e v er al  s u b s y s te m s p r i m ar y   i n ter f ac e,   s ec o n d ar y   i n ter f ac e,   g en er atio n   an d   co n tr o s y s te m P r im ar y   i n ter f ac e   is   r e s p o n s ib le  to   c ap tu r t h m o v i n g   o ce an   w a v a n d   it  ca n   b ca te g o r ized   as  o s cillati n g   w ater   co lu m n   ( OW C ) ,   o v er to p p in g   d ev ices  a n d   f lo ati n g   b o d y   [ 3 ] .   Nex t,  th ca p tu r ed   m e ch an ica en er g y   w il l   b tr an s f er r ed   b y   s ec o n d ar y   i n ter f ac o r   tr an s m i s s io n   s y s t e m   to   g e n er atio n   p ar o f   th e   s y s te m .   T h er ar s ev er al  t y p es  o f   s ec o n d ar y   i n ter f ac e   f o r   W E C   w h ic h   ar h y d r a u lic,   t u r b in a n d   d ir ec d r iv [ 4 ] .   T h m ec h a n ical   e n er g y   w i ll  t h e n   b co n v er ted   i n to   elec tr icit y   b y   g e n er ato r   w h ic h   ca n   b e ith er   co n v e n tio n a l   r o tar y   g e n er ato r   o r   lin ea r   g en e r ato r .     Am o n g   th e   n o tab le   W E C   d es ig n s   is   P ela m is   W E C   w h ic h   w a s   f o u n d ed   in   y ea r   1 9 9 8   an d   th f ir s t   in s ta ll atio n   w as  d o n e   in   w a v test   s ite  in   y ea r   2 0 1 0   [ 5 ] .   T h tech n o lo g y   is   f lo ati n g   d ev ice  an d   it  u s es  h y d r au lic  tr an s m is s io n   s y s te m   [ 4 ] .   Seco n d   g en er at io n   P elam is   W E C ,   P 2   w as   d esi g n ed   t o   g iv o u tp u t   p o w er   o f   7 5 0   k W   an d   th d e v ice  i s   1 8 0   m   lo n g   w it h   w ei g h t   ap p r o x i m ate l y   1 3 5 0   to n n e s   [ 5 ] .   An o th er   es tab lis h ed   W E C   tech n o lo g y   is   O y s ter   W E C   t h at  w as   d ev elo p ed   b y   A q u a m ar i n e   P o w er   [ 4 ] .   First   g en er atio n   Os y ter   h a s   r ated   o u tp u p o w er   o f   3 1 5   k W   an d   w e ig h ted   2 0 0   to n n ee s   [ 6 ] .   T h d ev ice  w as  d ep lo y ed   an d   in s tal led   in   y ea r   2 0 0 9   an d   b ig g er   s ec o n d   g e n er atio n   Os y ter   is   cu r r en tl y   b ein g   d ev elo p ed   [ 7 ] .   T h er ar m a n y   o t h er   W E C   d ev ices  t h at  h a v b ee n   d ev elo p ed   an d   s o m w as   i n s t alled   o n   s ite  s u c h   as   OW C   b a s ed   W av eg e n   L i m p et  [ 8 ]   an d   OP T   Po w er   B u o y   [ 9 ] .   Ho w e v er ,   th a v ailab le  tech n o lo g ies  ar m o s tl y   d es ig n ed   f o r   b ig   s ca le  ap p licatio n   an d   th u s   t h s ize  o f   t h s tr u ct u r is   also   h u g e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       P o r ta b le  P ico   Lin ea r   Gen era t o r   Desig n   w ith   Differ en t Ma g n et  S h a p es  fo r     . . . .   ( N u r s ya mi mi  S h a h a b u d i n )   361   W av en er g y   ca n   also   b tar g eted   f o r   s m al s ca le  ap p licatio n   f o r   ex a m p le  f is h i n g   ac ti v iti es  o r   n ea r   s h o r ac tiv it ies.  Fo r   th ese  t y p es  o f   u s a g e,   th s y s te m   m u s h av s m al ler   o u tp u p o w er   w i th   r ed u ce d   s ize  an d   less er   w e ig h t.  T h er ef o r e,   W E C   s y s te m   t h at  s u it s   th ese  cr it er ia  w as   tar g eted   to   b d ev elo p ed .   T h is   r esear ch   w a s   m ai n l y   f o c u s   o n   g en er at o r   p ar o f   th s y s te m   th a p lay s   r o le  in   en er g y   co n v er s io n   in to   elec tr icit y .   T h e   p r o p o s ed   g en er ato r   d esig n s   w a s   tar g eted   to   w eig h ar o u n d   2 5   k g   w it h   t h o u tp u p o w er   o f   1 0 0   W .   T h e   o b j ec tiv es o f   t h r esear ch   ar e;    a.   T o   p r o p o s g en er ato r   d esig n s   th at  is   p o r tab le  an d   s m all  in   s i ze   b.   T o   co n d u ct  s i m u lat io n   an d   o p ti m izatio n   o n   t h p r o p o s ed   d esig n s   u s i n g   f i n ite  ele m en m et h o d   c.   T o   p er f o r m   co m p ar is o n   o n   th e   d esig n s   p er f o r m a n ce   an d   ch o o s th b est d esi g n       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   T w o   p r o p o s ed   d esig n s   w er i n tr o d u ce d   b ased   o n   s u itab le  l in ea r   g e n er ato r   to p o lo g y .   T h e   p r o p o s ed   d esig n s   w er s i m u lated   an d   o p ti m ized   u s in g   Fi n ite  E le m en t   Me th o d .   I n s tead   o f   j u s co m p ar in g   t h p r o p o s ed   d esig n s   w i th   ea c h   o t h er ,   th p r o p o s ed   d esig n s   w er al s o   b ein g   co m p ar ed   w i th   co n v e n tio n al  d esig n   to   o b s er v e   f o r   an y   i m p r o v e m en t.      2 . 1 .   WE T ec hn o lo g y   a nd   P ro po s ed  Desig   Flo atin g   b o d y   tec h n o lo g y   w a s   ch o s e n   to   b u s ed   in   t h is   r esear ch   b ec au s i ca n   b u s e d   in   s m a ll  s ca le  ap p licatio n   an d   s i m p ler   p o w er   tak e - o f f   ( PT O)   ca n   b i m p le m e n ted   w it h   th i s   tech n o lo g y   w h ich   is   d ir ec t   d r iv [ 4 ] .   Dir ec d r iv lin ea r   g en er ato r   h as  less er   m ec h an ical   p ar th an   co n v e n tio n al  r o tar y   g en er ato r   an d   t h u s   r ed u ce   th co n s tr u ctio n   a n d   m ai n ten a n ce   co s [ 1 0 ] .   Fig u r 1   s h o w s   th g en er al  co n ce p o f   f lo atin g   b o d y   tech n o lo g y   w i th   li n ea r   g e n er at o r .     T o p o lo g y   o f   li n ea r   elec tr ical   m ac h in e   ca n   b ca teg o r ized   i n to   s ev er al  g r o u p   w h ic h   ar e;  1 )   tu b u lar   o r   p lan ar   s tr u ct u r e,   2 )   s lo tted   o r   s lo tles s   s tato r ,   an d   3 )   ir o n - co r ed   o r   air - co r ed .   Op r ea   et  al.   s tu d ied   th s tr u ct u r e s   o f   p er m a n en m a g n et   li n ea r   g en er ato r   w h ic h   ar t u b u lar   a n d   p lan ar   f o u r - s id ed   s tr u ct u r es .   T h p er f o r m an ce   f o r   b o th   s tr u ct u r es   w er e   t h s a m w h e n   co n s id er in g   th e   i n d u ce d   v o ltag e   a n d   co il  m a g n et ic  f l u x .   Ho w ev er ,   t h e   co n s tr u ct io n   o f   t u b u lar   i s   m o r d if f ic u lt  co m p ar ed   to   th e   f o u r - s id ed   s tr u ct u r e.   I n   co n tr ast,   th w eig h o f   th e   f o u r - s id ed   s tr u ct u r is   h ea v ier   f o r   t h s a m e   d i m e n s io n s   an d   s p ec if icatio n s   as   t h t u b u lar   s tr u ct u r a n d   th u s   ca u s e s   lar g er   lo s s   [ 1 1 ] .   T u b u l ar   to p o lg y   u s i n g   p er m an e n m ag n et  is   i m p le m en ted   f o r   th is   r esear ch   a s   it  w i ll   m ax i m ize  p o w er   d en s it y ,   m a g n et ic  f l u x   d en s it y   an d   ef f ic ien c y   as   w ell   as  ab le   to   m i n i m ize  p o w er   lo s s   co m p ar ed   to   th f o u r - s id ed   s tr u ctu r [ 1 2 ] .     B izzo ze r o   et  al.   p r o p o s ed   t w o   to p o lo g ies  o f   t u b u lar   lin ea r   g en er ato r   f o r   s ea   w a v e n er g y   p r o d u ctio n   w h ic h   ar th s lo tted   an d   s lo tles s   p er m a n en m a g n et  g e n er ato r s   [ 1 3 ] .   T h e y   co n cl u d ed   th at  th u s ag o f   th e   s lo tted   co n f ig u r atio n   w ill   g i v r is to   m o r co n s tr u ctio n   d i f f icu l ties   a n d   b y   ex te n s io n ,   t h c o s t.  I n   ad d itio n ,   w h e n   co m p ar in g   i n   ter m   o f   th f o r ce   ac tin g   o n   t h co il,  th e   m ag n it u d o f   f o r ce   f o r   s lo tles s   is   lo w er   t h a n   t h e   m ag n it u d o f   s lo tted   g en er ato r   d u to   h ig h   co g g in g   an d   e n d   ef f ec t s .   Mo r eo v er ,   s lo tted   g en er ato r   g en er ate s   m o r r ea ctiv p o w er   b u less   ac tiv p o w er   co m p ar ed   to   s lo tles s   g e n er ato r .   Nev er th ele s s ,   s lo tted   to p o lo g y   p r o d u ce s   h ig h   f l u x   d en s itie s   an d   s h ee r   s tr es s   co m p ar ed   to   th s lo tles s   o n e   [ 1 3 ] , [ 1 4 ] .   T h u s ,   s lo tles s   s tato r   w as   ch o s en   to   b u s ed   i n   o r d er   to   o b tain   m i n i m u m   co g g i n g   f o r ce .   T h is   w ill  p r o lo n g   t h li f esp an   o f   th p er m a n e n t   m ag n et  b ec au s t h m o tio n   o f   p is to n   is   e v en   a n d   co n s ta n t [ 1 5 ] .     T h d esig n   u tili ze s   h alb ac h   m ag n et  co n f ig u r atio n   i n s tead   o f   ax ial  an d   r ad ial  co n f ig u r atio n   b ec au s i t   is   ex p ec ted   to   p r o d u ce   h i g h er   f o r ce   w it h   eq u al  v o l u m o f   m ag n et.   Ha lb ac h   co n f i g u r atio n   w ill   eli m i n ate  o n e   s id o f   th m a g n etic  f lu x   wh ile  t h o th er   s id w ill  b in cr ea s ed   b y   2   [ 1 6 ] .   T h u s u al  h alb ac h   m a g n et   co n f i g u r atio n   h a s   r ec tan g u lar   m ag n et  s h ap as s h o w n   in   F ig u r 2 .             Fig u r 1 .   Flo atin g   B o d y   T ec h n o lo g y   w it h   L i n ea r   Gen er ato r   [ 3 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   201 7     3 6 0     3 6 6   362       Fig u r 2 .   C o n v e n tio n al  R ec ta n g u lar   Halb ac h   Ma g n et  C o n f ig u r atio n         B ased   o n   t h s e lectio n ,   th e   p r o p o s ed   d esig n s   w il b t u b u la r   s lo tles s   li n ea r   g en er ato r   w i t h   h alb ac h   m ag n et   co n f i g u r atio n .   T w o   d esig n s   w er p r o p o s ed   in   w h ic h   t h m a n ip u lat in g   a s p ec o f   t h ese  d e s ig n s   is   t h s h ap o f   th e   m a g n et.   I n s tead   o f   u tili zi n g   co n v en tio n al  r ec tan g u lar   m a g n e s h ap e,   d if f er en m ag n et  s h ap es  w h ic h   ar tr ian g u lar   an d   tr ap e zo id   s h ap w er i m p le m e n ted   in   t h p r o p o s ed   d esig n s .   T h d i m e n s io n s   o f   th e   p r o p o s ed   d esig n s   ar as  s h o wn   in   T ab le  1   w h ile  t h p r o p o s ed   d esig n s   ar illu s tr ated   in   Fi g u r 3 .   I t is ex p ec ted   th at  d i f f er e n m a g n et   s h ap es  w il p r o d u ce   b etter   o u tp u a s   th n u m b er   o f   h o r izo n tal  ed g es  o f   t h p r o p o s ed   m ag n et  s h ap es  i s   m o r th a n   t h u s u al  s h ap e.   T h is   is   b ec au s as  f l u x   d en s it y   is   m o s tl y   c o n ce n tr ated   at  th e   ed g es o f   m ag n et,   m o r ed g e s   p r esen t in   t h d esi g n   w i ll i n cr ea s th a m o u n t o f   f l u x   li n k ag e.         T ab le  1 .   Dim e n s io n   o f   t h P r o p o s ed   Desig n s   D i me n si o n   V a l u e   D i me n si o n   V a l u e   L e n g t h   o f   st a t o r ,   l s   2 0 0   m m   T o t a l   t u r n s   o f   c o i l   w i n d i n g   1 0 0 0   t u r n s   H e i g h t   o f   b a c k   i r o n ,   h bi   5   mm   A i r   g a p   d i a me t e r ,   g     0 . 8   mm   L e n g t h   o f   w i n d i n g ,   w wd   2 0 0   mm   L e n g t h   o f   mag n e t   a sse mb l y ,   l m     4 0 0   m m   H e i g h t   o f   w i n d i n g ,   h wd   18   mm   H e i g h t   o f   mag n e t ,   h m     5   mm   O u t e r   r a d i u s o f   st a t o r ,   r e   1 0 0   m m   N u mb e r   o f   mag n e t i c   p o l e     1   O u t e r   r a d i u s o f   mag n e t ,   r m     7 6 . 2   mm                         (a                                 ( b )     Fig u r 3 .   2 I m a g o f   P r o p o s ed   Desig n s   ( a)   T r ian g u lar   Ma g n et  Sh ap Des ig n   an d   ( b )   T r a p ez o id   Ma g n et  Sh ap Desi g n       2 . 2 .   F ini t E le m e nt  Ana ly s is   a nd   O pti m iza t io n   T h p r o p o s ed   d esig n s   w er s i m u lated   u s i n g   Fin ite  E le m e n An al y s is   A N SYS  Ma x w ell  s o f t w ar e.   C o n v en t io n al   r ec tan g u lar   m a g n et   s h ap w a s   al s o   s i m u late d   to   s er v e   as   r ef er e n ce   f o r   co m p ar i s o n .     A ir   g ap   f l u x   d e n s it y   w a s   b ein g   o b s er v ed   f o r   s tatic  co n d itio n s .   Op en   cir cu it  tes w as  co n d u cted   i n   d y n a m ic  s i m u latio n   to   o b tain   f l u x   li n k a g e   an d   in d u ce d   v o lta g p r o d u ce d   b y   t h g en er ato r   d esi g n s .   T h p ar a m eter s   f o r   o p en - cir cu it si m u latio n   ar tab u late d   in   T ab le  2 .       T ab le  2 .   P ar am eter s   f o r   o p en   cir cu it test   P a r a me t e r   V a l u e   V e l o c i t y   1   m / s   M o v i n g   d i s t a n c e   1 0 0   m m   S t o p   t i me   0 . 0 5   s   S t e p   si z e   0 . 0 5   s       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       P o r ta b le  P ico   Lin ea r   Gen era t o r   Desig n   w ith   Differ en t Ma g n et  S h a p es  fo r     . . . .   ( N u r s ya mi mi  S h a h a b u d i n )   363   Op ti m izatio n   w as  co n d u cted   t o   in cr ea s th p er f o r m an ce   o f   th d esig n .   T w o   v al u es  w er o p tim ized   w h ic h   ar p itch   r atio ,   T mr   T p   an d   s p lit  r atio ,   R m /R e .   P itch   r atio   o p tim izatio n   w a s   ex ec u te d   b y   alter i n g   a x ia l   len g th   o f   r ad icall y   m a g n e tize d   m ag n et  w h ile  m ai n tai n g   p o l p itch .   I n d u ce d   v o ltag w a s   o b s er v ed   d u r in g   th e   p r o ce s s .   Fo r   s p lit  r atio   o p tim i za tio n ,   th r ad iu s   o f   m a g n et  was  m o d if i ed   an d   at  th s a m ti m th o u ter   r ad iu s   o f   s tato r   co r w as  k ep t c o n s ta n t.  T h r esu lt  f o r   s p lit r atio   w a s   in   ter m   o f   ef f ic ien c y   o f   t h d esig n s .       3.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S   3 . 1 .   Air - g a p F lux   Dens it y   Resul t s   Fig u r 4   s h o w s   t h f l u x   d en s i t y   alo n g   air   g ap   o f   th t h r ee   g en er ato r   d esig n s .   Fro m   t h g r ap h ,   it  ca n   b o b s er v ed   th at  T r ian g u lar   Ma g n e S h ap d esi g n   h a s   t h e   s a m e   d en s it y   p ea k s   as  r e f er en ce   d esi g n .   T h ese  p ea k s   ar f o r m ed   at  t h ed g e s   o f   t h m a g n e ts   w h er m o s f l u x   ca n   b f o u n d .   Fo r   T r ap e zo id   Ma g n et  S h ap e   d esig n ,   o t h er   th a n   t h p ea k s   t h at  ar lo ca ted   at  th s a m s p o ts   as  o th er   d esi g n s ,   it  h as  ad d itio n al  f o u r   p ea k s .   T h ese  ad d itio n al  p ea k s   ar d u to   t h s h ap o f   tr ap ez o id   m ag n et  w h ic h   i s   n o in   9 0 a th s id es   an d   t h u s   h av i n g   m o r ed g e s   t h at  ar a d if f er e n h o r izo n t al  s p o ts   t h an   ea ch   o t h er .   T h av er ag a n d   m a x i u m u m   f l u x   d en s it y   v alu e s   ar tab u lated   in   T ab le  3 .   Fro m   th e   d ata,   T r ian g u lar   m a g n et  s h ap h as  t h h i g h e s v al u o f   f l u x   d en s it y .         3 . 2 .   F lux   L in k a g a nd   I nd uce d Vo lt a g Resul t s   Fig u r 5   s h o w s   th r es u lt  o f   f l u x   li n k ag o f   t h d esig n s   w h il th av er ag an d   m a x i m u m   v alu es  ar tab u lated   in   T ab le  3 .   Fro m   th e   tab u lated   d ata,   T r ap ez o id   Ma g n et  Sh ap d esi g n   h a s   th h i g h est  m a x i m u m   a n d   av er ag v al u o f   f lu x   li n e,   w h ile  th e   r ef er en ce   R ec ta n g u lar   Ma g n e S h ap d esi g n   h a s   t h lo w es f lu x   l in k a g v alu e.   T h is   r es u lt  w as  a s   e x p ec ted   in   w h ic h   p r o p o s ed   d esig n s   t h at  h a v m o r h o r izo n tal   m a g n e ed g e s   w il l   p r o d u ce   b etter   f lu x   lin k a g e.   Fl u x   li n k ag g r ap h   o f   th t h r ee   d esig n s   ar h av in g   th s a m p atter n ,   h o w ev er   t h g r ad ien t o f   t h g r ap h s   d if f er .   T h is   d if f er e n ce   w ill r e f lect  in   t h in d u ce d   v o ltag p r o d u ce d   b y   th g en er ato r .       I n d u ce d   v o ltag r es u lt  o f   t h d esig n s   is   il lu s tr ated   in   Fi g u r 6   an d   tab u lated   in   T a b le  3 .   T h r esu lt  s h o w s   th at  T r ap ez o id   Ma g n et  Sh ap d esi g n   p r o d u ce d   h i g h e s m ax i m u m   a n d   av er ag e   v alu o f   i n d u ce d   v o ltag e.   T h ese  i n d u ce d   v o lta g r esu l ts   ar co r r esp o n d in g   t o   f lu x   li n k a g r es u lts   i n   w h ic h   d esig n   w it h   h ig h   g r ad ien o f   f l u x   li n k a g g r ap h   is   h av in g   h i g h   v al u o f   i n d u c ed   v o ltag e.   B ased   o n   f lu x   lin k ag e   r esu lts ,   i ca n   b o b s er v ed   th at   T r ap ez o i d   Ma g n et   S h ap d esi g n   h a s   s teep est  g r ap h   li n co m p ar ed   to   o th er s .   T h is   h ig h   f l u x   lin k ag a n d   in d u ce d   v o lta g o f   T r a p ez o id   Ma g n et  Sh ap d esig n   is   d u to   th s u r f ac a r ea   o f   ax ial  m a g n e t   w h ic h   is   lar g er   co m p ar ed   to   o th er   t w o   m a g n et  s h ap d esi g n s .   I ca n   b co n clu d ed   th at   f r o m   th i n d u ce d   v o ltag r es u lt s ,   b o th   p r o p o s ed   m ag n et  s h ap d esig n s   w h ic h   ar tr ian g u lar   an d   tr ap ez o id   h av h i g h er   in d u ce d   v o ltag v al u co m p ar ed   to   th r ef er en ce   d esig n   w h ic h   is   R ec tan g u lar   Ma g n et  Sh ap d esi g n .                    Fig u r 4 .   A ir - g ap   Flu x   D en s it y                                                               Fig u r 5 .   Flu x   L in k a g o f   t h Desi g n s   0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 50 100 150 200 Flux   d e ns i t y   (mT e s l a)   D i s t anc e   (mm )   R e c t a n g l e T r i a ng l e T r a p e z o i d 0 1 2 3 4 5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Flux   Li nkage   (W b )   T i me   (ms )   R e c t a n g l e T r i a ng l e T r a p e z o i d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   201 7     3 6 0     3 6 6   364     Fig u r 6 .   I n d u ce d   Vo ltag o f   t h Desi g n s       T ab le  3 .   A v er ag a n d   Ma x i m u m   Val u es o f   Flu x   De n s it y ,   Fl u x   L in k a g an d   I n d u ce d   Vo lta g e   D e si g n   R e c t a n g u l a r   M a g n e t   ( R e f . )   T r i a n g u l a r   M a g n e t   T r a p e z o i d   M a g n e t   F l u x   D e n si t y   A v e r a g e   V a l u e   ( mT )   1 3 9 . 6 1 1   1 4 4 . 0 0 1   1 1 1 . 6 4 9   M a x i m u m   V a l u e   ( mT )   3 9 3 . 7 9 4   7 3 0 . 1 4 5   1 7 8 . 4 7 9   F l u x   L i n k a g e   A v e r a g e   V a l u e   ( w b )   2 . 9 0 3   3 . 1 9 2   3 . 3 8 7   M a x i m u m   V a l u e   ( w b )   4 . 4 2 0   4 . 4 4 6   4 . 5 9 1   I n d u c e d   V o l t a g e   A v e r a g e   V a l u e   ( V )   4 5 . 0 3   4 5 . 5 4   4 7 . 7 7   M a x i m u m   V a l u e   ( V )   8 4 . 2 0   1 0 8 . 2 3   1 1 1 . 2 6       3 . 3 .      O pti m iza t io n Re s ults   3 . 3 . 1 .   P it ch  Ra t io   O pti m iza t io n   I n d u ce d   v o ltag v al u is   o b s e r v ed   in   p itch   r atio   o p ti m izatio n .   T h r esu lt  f o r   p itch   r atio   o p ti m izat io n   is   ill u s tr ated   an d   tab u lated   in   Fig u r 7   an d   T ab le  4   r esp ec tiv el y .   B ased   o n   th r es u lt,  it   is   s h o w n   t h at  t h e   o p tim a p itch   r atio   in   R ec tan g u lar ,   T r ian g u l ar   an d   T r ap ez o id   Ma g n et  S h ap d esig n   ar at  d if f er en p o in t.   T r a p ez o id   Ma g n et  Sh ap d es ig n   p r o d u ce d   th e   h ig h est   o p ti m al  in d u ce d   v o lta g w it h   t h e   in cr e m en o f   2 %   f r o m   o r ig i n al  v alu w h ile  r e f e r en ce   d esig n ; Rec tan g u lar   Ma g n et  Sh ap r ec o r d ed   th lo w es t v alu e.       3 . 3 . 2 .   Sp lit  Ra t io   O pti m iza t io n   T h r esu lt  o f   s p lit  r atio   o p ti m izatio n   i s   as  s h o w n   i n   Fi g u r 8   an d   T ab le  4 .   A s   w ill  b o b s er v ed ,   th o p tim a s p lit  r atio   v al u f o r   T r ian g u lar   a n d   T r ap ez o id   Ma g n et  S h ap d esi g n   ar t h s a m at  0 . 7 4 2   w h ile  f o r   r ef er en ce   d esig n ,   th o p ti m al   v alu is   s li g h tl y   d i f f er .   T r a p ez o id   Ma g n et  Sh ap d esig n   p r o d u ce d   h ig h e s t   ef f icien c y   f o r   s p lit  r atio   o p ti m izatio n   f o llo w ed   b y   R ec ta n g u lar   an d   T r ain g u lar   Ma g n et   Sh ap d esi g n s .   T h i s   d is s i m ilar   v al u o f   e f f icie n c y   i s   d u to   co p p er   l o s s   f o r   ea ch   d esig n   is   d i f f er en t a t d if f er e n t p o in t o f   R m /R e                      Fig u r 7 .   P itch   R atio   Op ti m izatio n                                                                    Fig u r 8 .   Sp lit R atio   Op ti m iza tio n   0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 I nd uc e d   Vo l t ag e   (V )   T i me   (ms )   R e c t a n g l e T r i a ng l e T r a p e z o i d 4 4 . 5 4 5 . 0 4 5 . 5 4 6 . 0 4 6 . 5 4 7 . 0 4 7 . 5 4 8 . 0 4 8 . 5 0 . 5 7 0 . 5 9 0 . 6 1 0 . 6 3 I nd uc e d   vo l t ag e   (V )   T mr/ T p   R e c t a n g l e T r i a ng l e T r a p e z o i d 74 76 78 80 82 84 86 88 90 0 . 7 2 0 . 7 4 5 0 . 7 7 0 . 7 9 5 E f f i c i e nc y   (% )   R m/ R e   R e c t a n g l e T r i a ng l e T r a p e z o i d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       P o r ta b le  P ico   Lin ea r   Gen era t o r   Desig n   w ith   Differ en t Ma g n et  S h a p es  fo r     . . . .   ( N u r s ya mi mi  S h a h a b u d i n )   365   T ab le  4 .   I n d u ce d   Vo ltag an d   E f f icien c y   o f   Op ti m al  P itch   a n d   Sp lit R atio   Valu e   D e si g n   R e c t a n g u l a r   M a g n e t   ( R e f . )   T r i a n g u l a r   M a g n e t   T r a p e z o i d   M a g n e t   P i t c h   R a t i o   O p t i mal   P i t c h   R a t i o   0 . 5 9 1 5   0 . 5 9 1 5   0 . 6 1 1 5   A v e r a g e   I n d u c e d   V o l t a g e   ( V )   4 5 . 1 3   4 5 . 6 7   4 8 . 3 2   S p l i t   R a t i o   O p t i mal   P i t c h   R a t i o   0 . 7 6 2   0 . 7 4 2   0 . 7 4 2   Ef f i c i e n c y   ( %)   8 4 . 4 0   8 0 . 5 8   8 9 . 2 0       3 . 4 .   M a t er ia l C o s t   Ca lcula t io n   T o tal  m ater ial   co s is   e s ti m ate d   b ased   o n   t h v o lu m e   o f   s p ec if ic  m a ter ial   r eq u ir ed   b y   t h d esi g n s .   T ab le  5   s h o w s   t h to tal  w ei g h t   an d   m ater ial  co s t o f   ea c h   d esi g n .         T ab le  5 .   Desig n s   T o tal  W eig h t a n d   Ma ter ial  C o s t   D e si g n   V o l u me   o f   mat e r i a l   ( c m 3 )   T o t a l   W e i g h t   ( k g )   T o t a l   M a t e r i a l   C o st   ( R M )   C o p p e r   S t e e l   M a g n e t   I r o n   R e c t a n g u l a r   M a g n e t   ( R e f . )   1 9 5 0   6 1 1   9 2 6   6 1 3   3 2 . 5 8   2 , 3 9 1 . 4 8   T r i a n g u l a r   M a g n e t   1 9 5 0   5 9 5   8 9 0   6 1 3   3 2 . 1 9   2 , 3 3 1 . 9 4   T r a p e z o i d   M a g n e t   1 9 5 0   5 9 6   8 9 0   6 1 3   3 2 . 1 9   2 , 3 3 1 . 9 4       As  s h o w n   i n   T ab le  5 ,   th p r ice  o f   t h r ee   d esi g n s   ar al m o s t   t h s a m e.   Ho w e v er ,   t h p r o p o s ed   d esig n s   ar s lig h tl y   c h ea p er   co m p ar ed   to   th r ef er en ce   co n v en tio n al   d esig n ,   R ec tag u lar   Ma g n et  S h ap e.   No n eth ele s s ,   th co s co n s id er ed   d o es  n o in cl u d th co n s tr u ctio n   co s t   an d   it  i s   o n l y   t h co s t   o f   t h m ater ial s   f o r   th e   g en er ato r .   T h to tal  w ei g h t o f   th d esi g n s   ar h ea v ier   t h a n   t h tar g eted   w ei g h t   b y   ap p r o x i m atel y   7   k g   o r   2 8   %   in   o r d er   t o   o b tain   th d esire d   o u tp u t p o w er   o f   1 0 0   W .     Fro m   t h o p ti m izatio n   a n d   m ater ial  co s ca lc u latio n ,   th e   b est  g e n er ato r   d esi g n   is   T r ap ez o id   Ma g n e t   Sh ap d esi g n   w h ich   h a s   b ett er   ef f icien c y   t h a n   T r ian g u lar   Ma g n et  b y   1 1   %.  I n   ad d iti o n ,   th d es ig n   al s o   i m p r o v t h p er f o r m an ce   o f   c o n v e n tio n al   m ag n et   s h ap d es ig n   b y   5   %   an d   th e   m a ter ial  c o s is   also   c h ea p er .   E v en   t h o u g h   t h w eig h t o f   t h e   d esig n   is   s li g h tl y   h ea v ier   th a n   th tar g eted   w ei g h t,  t h 7   k g   d if f er e n ce   is   s till   i n   ac ce p tab le  r an g e.       4.   CO NCLU SI O N   T w o   g en er ato r   d esi g n s   w h ic h   ar T r ian g u lar   a n d   T r ap ez o id   M ag n e S h ap d esi g n   w er p r o p o s ed   f o r   th u t ilizatio n   w ith   s m a ll  s ca le   w a v en er g y   co n v er s io n   s y s te m .   T h d esig n s   d if f er   in   ter m   o f   th s h ap o f   th e   p er m a n e n m a g n ets  w h ile  m a in tai n i n g   o t h er   d i m e n s io n s .   F r o m   t h s i m u latio n   an d   a n al y s i s ,   it  s h o w s   t h at   T r a p ez o id   Ma g n et  S h ap d esig n   h as   t h b est  p er f o r m an ce .   T h in d u ce d   v o ltag p r o d u ce d   an d   ef f icie n c y   o f   T r a p ez o id   Ma g n et  S h ap d esi g n   is   t h h i g h e s a m o n g   t h s i m u lated   d esi g n s .   F u r th er m o r e,   th m ater ial  c o s t   ca lcu latio n   f o r   T r a p ez o id   Ma g n et  S h ap d esig n   is   s l ig h tl y   lo w er   co m p ar ed   to   co n v en tio n al  R ec ta n g u lar   M ag n e S h ap d esig n .   I ca n   also   b co n clu d ed   th at  d i f f er e n m ag n et  s h ap d esi g n s   ab le  to   s lig h tl y   i m p r o v e   th p er f o r m an ce   o f   t h co n v en t io n al  s h ap e.   I is   r ec o m m en d ed   t h at  f u r th er   s t u d y   t o   b co n d u cted   i n   f ab r icatin g   th e   d esi g n   s o   t h at   ex p er i m en tal   te s tin g   ca n   b d o n e.   Fro m   e x p er i m e n tal   r es u lts ,   t h s i m u lat io n   d ata  ca n   th e n   b v alid ated .       ACK NO WL E D G E M E NT   T h au th o r s   w o u ld   lik e   to   th an k   U n i v er s it T ek n o lo g P E T R ONAS  an d   Mi n i s tr y   o f   Hi g h e r   E d u ca tio n   f o r   t h a w ar d ed   Fu n d a m e n tal  R esear ch   Gr a n t Sc h e m ( F R G S).       RE F E R E NC E S   [1 ]   A .   Cle m e n t,   e a l. ,   W a v e   e n e rg y   in   Eu ro p e c u rre n sta tu a n d   p e rsp e c ti v e s,‖  Ren e wa b le  a n d   S u st a in a b le  E n e rg y   Rev iews ,   v o l.   6 ,   p p .   4 0 5 3 1 ,   2 0 0 2 .   [2 ]   R.   Ke m p e n e a n d   F .   Ne u m a n n ,   W a v e   e n e r g y   tec h n o lo g y   b rief ,   In ter n a ti o n a l   Ren e wa b le  E n e rg y   Ag e n c y   ( IRE NA),   Ab u   Dh a b i,   U n it e d   Ara b   Emira tes ,   2 0 1 4 .   [3 ]   M .   A .   U.  Am ir,   e a l. W a v e   En e rg y   Co n v e rto rs  (W EC):   A   re v i e w   o f   th e   tec h n o l o g y   a n d   p o w e g e n e r a ti o n ,   i n   P r o c e e d in g o f   th e   2 n d   In tern a ti o n a Co n f e re n c e   o n   M a th e m a ti c s,  En g in e e rin g   a n d   In d u strial   A p p li c a ti o n s,   S o n g k h la,  T h a il a n d ,   2 0 1 6 .     [4 ]   B.   P .   Dre w ,   e a l. A   re v ie o f   wa v e   e n e rg y   c o n v e rter  t e c h n o lo g y ,   in   Pro c e e d in g o th e   In stit u ti o n   o f   M e c h a n ica E n g in e e rs ,   Pa rt  A:  J o u rn a o P o we r a n d   E n e rg y ,   v o l / issu e :   2 2 3 ( 8 ) ,   p p .   8 8 7 - 9 0 2 ,   2 0 0 9 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   201 7     3 6 0     3 6 6   366   [5 ]   P e lam is  W a v e   P o w e r,   T h e   Eu ro p e a n   M a ri n e   En e rg y   C e n ter  L td [ On l in e ] .   A v a il a b le:  h tt p : // ww w . e m e c . o rg . u k /ab o u t - u s /w a v e - c li e n ts/p e la m is - w a v e - p o we [ A c c e ss e d O c to b e 1 0 ,   2 0 1 6 ]   [6 ]   O y ste W a v e   De v ice   In sta ll a ti o n ,   F u g ro   S e a c o re .   [ O n li n e ].   A v a il a b le:   h tt p : // ww w . se a c o re . c o m /p ro jec ts/O y ste rOr k n e y s   [ A c c e ss e d Oc to b e 1 0 ,   2 0 1 6 ]   [7 ]   A q u a m a rin e   P o w e r,   T h e   Eu ro p e a n   M a rin e   En e rg y   Ce n ter L td .   [On li n e ] .   A v a il a b le:     h tt p :/ /w ww . e m e c . o rg . u k /ab o u t - u s/w a v e - c li e n ts/p e lam is - wa v e - p o we [ A c c e ss e d Oc to b e 1 0 ,   2 0 1 6 ]   [8 ]   T .   He a th ,   e a l . ,   T h e   d e sig n ,   c o n stru c ti o n   a n d   o p e ra ti o n   o f   th e   L IM P ET   w a v e   e n e rg y   c o n v e rter  (Is la y ,   S c o tl a n d ),   in   4 th   E u ro p e a n   W a v e   Po we r Co n fer e n c e ,   De n ma rk ,   p p .   4 9     5 5 ,   2 0 0 0 .   [9 ]   OP T     Oc e a n   P o w e T e c h n o lo g y .   A v a il a b le  f ro m   h tt p :/ /w ww . o c e a n p o w e rtec h n o lo g ies . c o m (a c c e ss   d a te  1   Ju ly   2 0 0 8 )   [1 0 ]   M .   Ha m i m ,   e a l. , M o d e li n g   o a   tu b u l a p e rm a n e n ma g n e li n e a g e n e ra t o fo wa v e   e n e rg y   c o n v e rs io n   u si n g   fi n it e   e lem e n me th o d ,   i n   2 0 1 4   5 th   In tern a t io n a Co n f e re n c e   o n   In telli g e n a n d   A d v a n c e d   S y ste m s   ( ICIA S ),   p p .   1 - 5 ,   2 0 1 4 .   [1 1 ]   C.   Op re a ,   e a l. Per ma n e n ma g n e li n e a g e n e ra t o fo re n e wa b le  e n e rg y   a p p li c a ti o n s:  T u b u la r   v s.  fo u r - sid e d   stru c tu re s,   in   2 0 1 1   In tern a ti o n a l   Co n f e re n c e   o n   Clea n   El e c tri c a P o w e (ICCEP ),   p p .   5 8 8 - 5 9 2 ,   2 0 1 1 .   [1 2 ]   A .   M .   Ei d ,   e a l. Co g g i n g   fo r c e   min imiza ti o n   o li n e a e n g in e - c o u p le d   tu b u l a p e rm a n e n ma g n e li n e a AC   sy n c h ro n o u g e n e ra to r,   in   T h e   3 rd   IET   In tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   P o w e El e c tro n ics ,   M a c h in e a n d   Driv e s ,   p p .   116 - 1 2 0 ,   2 0 0 6 .     [1 3 ]   F .   Bizz o z e ro ,   e a l. D y n a m ic  m o d e l,   p a ra m e ter   e x trac ti o n ,   a n d   a n a ly si o t w o   to p o l o g ies   o f   a   tu b u lar  li n e a r   g e n e ra to f o se a wa v e   e n e r g y   p ro d u c ti o n ,   in   2 0 1 4   In ter n a ti o n a S y mp o siu o n   Po we El e c tr o n ics ,   El e c trica l   Dr ive s,  Au to ma t io n   a n d   M o ti o n   ( S PE EDAM ) ,   p p .   4 3 3 - 4 3 8 ,   2 0 1 4 .     [1 4 ]   N.  P .   G a rg o v ,   e a l. S e p a ra ted   m a g n e y o k e   f o p e rm a n e n m a g n e li n e a g e n e ra to f o m a rin e   wa v e   e n e r g y   c o n v e rters ,   El e c tric P o we r S y s tem s R e se a rc h ,   v o l.   1 0 9 ,   p p .   6 3 - 7 0 ,   2 0 1 4 .   [1 5 ]   A .   De m e n k o ,   e a l .,  Op ti m isa ti o n   o f   a   tu b u lar  li n e a m a c h in e   w it h   p e rm a n e n m a g n e ts  f o w a v e   e n e r g y   e x trac ti o n ,   COM PE L - T h e   In ter n a ti o n a J o u rn a fo C o mp u ta ti o n   a n d   M a t h e ma ti c in   El e c trica l   a n d   El e c tro n ic   En g i n e e rin g ,   v o l.   3 0 ,   p p .   1 0 5 6 - 1 0 6 8 ,   2 0 1 1 .   [1 6 ]   J.  O T e n k o rra n g   a n d   J.  H.  L a n g ,   c o mp a ra ti v e   a n a lys is  o t o rq u e   p ro d u c ti o n   i n   Ha l b a c h   a n d   c o n v e n ti o n a su rfa c e - mo u n ted   p e rm a n e n t - m a g n e sy n c h ro n o u m o to rs ,   in   C o n f e re n c e   Re c o rd   o f   th e   1 9 9 5   IEE In d u stry   A p p li c a ti o n s   Co n f e re n c e   T h irt ieth   IA S   A n n u a M e e ti n g   V o l u m e ,   Orla n d o ,   F l o rid a ,   v o l.   1 ,   p p .   6 5 7 - 6 6 3 ,   1 9 9 5 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS          Nu r sy a m i m S h a h a b u d i n   w a b o rn   i n   Ke d a h ,   M a lay sia   o n   Oc to b e 1 9 9 3 .   S h e   o b tain e d   h e r   Ba c h e lo d e g re e   in   El e c tri c a a n d   El e c tro n ic  En g i n e e rin g   fro m   Un iv e rsiti   Tek n o lo g P ET RON A S   in   y e a 2 0 1 6 .   S h e   c o n d u c ted   re se a rc h   o n   p o rta b le   li n e a e lec tri c a m a c h in e   d e sig n   f o h e F i n a Ye a P ro jec (F YP ) .   S h e   is  c u rre n tl y   w o rk in g   a In f o r m a ti o n   T e c h n o l o g y   Off ic e a M A M P U,  M a lay sia   P ri m e   M in ister Of f i c e .             Ta ib   Ibra h i m   o b tain e d   h is  Ba c h e lo d e g re e   in   El e c tr ica a n d   El e c tro n ic  En g in e e rin g   f ro m   Co v e n try   Un iv e rsit y ,   UK   in   1 9 9 6   a n d   M S c   i n   El e c tri c a P o w e En g in e e rin g   f ro m   Un iv e rsit y   o f   S trath c ly d e ,   UK   in   2 0 0 1 .   He   w a th e n   a wa rd e d   P h . in   El e c tr ica M a c h in e   De sig n   f ro m   Un iv e rsit y   o f   S h e ff ield ,   UK   in   2 0 0 9 .   He   h a p u b li s h e d   m o re   th a n   2 0   j o u r n a p a p e rs  o n   v a rio u a sp e c ts  o f   e lec tri c a m a c h in e   d e sig n   a n d   e n e rg y .   A p re se n t,   h e   is  w o rk in g   a A s so c iate   P ro f e ss o in   U n iv e rsiti   T e k n o lo g P ET RON A S   w i th   1 6   y e a rs  o f   te a c h in g   e x p e rien c e .       His  c u rre n re se a rc h   in tere sts  a re   o n   l in e a a n d   r o tary   e lec tri c a m a c h in e   d e sig n ,   re n e wa b le  e n e rg y   (h y d ro   a n d   w a v e ),   p o w e r   e lec tro n ic  c o n v e rter  a n d   e lec tri c a p o w e r   p ro tec ti o n   sy ste m .           Na il y   A k m a M o h d   Za m r i   wa b o rn   in   S e lan g o r,   M a lay sia   i n   1 9 9 2 .   S h e   o b tain e d   h e r   Ba c h e lo r   d e g r e e   in   El e c tri c a a n d   El e c tro n ic   En g i n e e rin g   fro m   Un iv e rsiti   Tek n o lo g i   P ET RON A S ,   M a la y si a   in   y e a r   2 0 1 5 .   S h e   h a p u b li s h e d   o n e   in ter n a ti o n a jo u r n a p a p e a n d   2   p a p e rs  f o in tern a ti o n a c o n f e re n c e .     S h e   is  c u rre n tl y   a n   M S c   stu d e n in   Un iv e rsiti   T e k n o lo g i   P ET RON A S .   He in tere st  a re a in c lu d e   li n e a e lec tri c a m a c h in e   d e sig n ,   r e n e w a b le  e n e rg y   (w a v e a n d   p o w e e lec tro n ics .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.