Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 ,  Septem be r   2020 , pp.  1415 ~ 1422   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 1 1 .i 3 . pp 1415 - 1422           1415       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Des i gning  of a g ener ator f or wave  energy  conv ersion fo r  outdo or ac tiviti es       Noor Sy az ana  A b d G hani ,  Taib Ibr ah im ,  Nu rsy arizal  Mohd  N or    Depa rt m ent   o f  E le c tri c al a nd  Ele ct roni c   Eng ineer ing,   Univ ersit i   T eknol ogi   PETR ON AS ,   Mala ysia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ja n   7 , 20 20   Re vised  Feb   2 2 , 2 0 20   Accepte d  A pr   6 , 2 0 20       Wa ve  ene rgy  is  one  of  the   r ene w abl e  r esourc es  w it h  high  ava i la bi li ty  a rea   of   the   wav e   ac ross   the   world .   How eve r,  the  wav e  po wer  densi ty  in   Mala ysia   i s   smal ler  co mpa re d  to  oth er  coun t rie s  with  progr e ss ive   deve lop ment  in  Wa v e   Ene rgy  Conv erter  (W EC),  whic h  le ads  to  w ave   ene rgy  u ti l izati o n  to  produ ce   pic o - sca le   powe r  gene ra ti on  fo r  the   ben efi t  o f  outdoor  activitie s.  Thus ,     thi s  pap er  is  pr ese nti ng   the  mo del ing   of  a  tub ula r  longi tud inal  per ma n ent  ma gne t  l ine a r  g ene ra tor  for   wa ve  en erg y  conv ersion  for  ou tdo or  act ivitie s .   Thi s  r ese ar ch  aims  to   design   a   p ic o - sca le  li n ea r   gene ra tor   with   1 00  W   outpu t   power  utilizing  wave   en erg y.   T he  design   is  a lso  int end ed  to  b e  a   porta b le   design  with  a   weight   tha t  le ss   t han  20  kg,   whi ch  com p at ib le   with  outdoo r   ac t ivi ties.  The   g ene ra t or  is  prop osed  by  designing  the   d iffe r ent  shape s  o f   per ma n ent   m ag net s  with  slot le s s  conf igura t ion.  The   d esigns  ar e  simul at ed   using  the  Fini te  El ement   Analysi s  (FEA)  to   obtai n  the  p erf orma n ce  of  f lux   distri buti on ,   f lux   li nk age,  and   ba c k  EMF pe rfor mance .   Ke yw or d s :   Flux li nk a ge    Ind uced - E M F   Linear  ge ner at or   Perma ne nt ma gn et   Wav e  en e r gy c onve rsion   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Tai b  I brahim ,   Dep a rtme nt of  Ele ct rical  an d  Ele ct ro nic  Eng ineerin g,   Un i ver sit i Te knol og i  PETR O NAS,   Seri Iska ndar,   32610, Pe ra k,   M al aysia.   Emai l:   ta ibib@ utp .e du.m y       1.   INTROD U CTION   As  t he  w or ld   nowa days  eme rg i ng  into   m ore  a dv a nce   wi th  te ch nolo gical   ad van ce s,  more  thi ng s   consu mp ti on  is   nee ded,  es pecial ly  energ y  [ 1] .  The   us e   of  e ne rgy  in   M al a ysi a  is  exp li ci tl y  increasin g  by  1.8  %   annuall y  [ 2].   Hen ce ,   m or e   ge ner at e d  e ne rgy  powe r   is  re qu ire d  t o  sat isfy  the   dema nd  by  i ncr ea sin g  t he   scal e  of   ene rgy  ge ne rati on  us i ng  re new a ble  e nerg y  r eso urces  [3] .  T he  stu dies  on  im pro ving  th e  pe rformance   an d  sy ste m  on   ca pturin g  the  re new a ble  res ou rce  an d  co nve rting   to  el ect r ic al   ener gy  ha d  co nducte d  [ 1,   4] .     The  re ne wab le   resour ce  c ome s  from  var i ous  typ e  of   form s,  as  one  of  th em  is  from  the   ocean   wa ves.   Ocea n   wav e  has  a  hi gh   a vaila bili t y  area  acr os s   the  world  [5],   an d  M al ays ia   is  on e  of  the  co untrie s  that  a r e   su r rou nded   by  the  sea  with  t he   avail able  pote ntial   area  for  wav e   ene r gy  ut il iz ation .  The   sea  Strait   of   Ma la cca   su r rou nds  Wes t  Peninsular   Ma la ys ia ,  wh il e  East   Peni nsula r  M al aysia  s urr ounded   by  t he  South  C hin a   S ea  [ 5] .   Ba sed  on  the  r ecorde d  wa ve  avail abili ty,  th e  wav e  powe r  densi ty  in  M al aysia  is  small er  [ 3 ,  6]   c ompa red   t o  oth e r  r egi on s   s uch  as  southe r n  Africa ,  A us tral ia ,  an d  the  north wester n  c oast  of  the  U ni te d  Stat es  with  the   avail able  wa ve   power   t o  be   around  10 - 40  kW /m .  N one thele ss,  the  lo w  de ns it y  of   wav e  e nerg y  at   the  coastl ine  of  Ma la ys ia   ca n  be   us e d  t o  pro du c e  a  pico - scal e  powe r  generati on  s ys te m   with   outp ut  powe r  belo w   5kW  [7]  f or  the  be ne fit  of   ou t door  act ivit ie s.  Furthe rm ore,  the  M al a ysi a  governme nt   introd uced   t he   Small   Re new a ble  E ne rgy  P ower  ( SREP)  sche m e  in  2001  that   suppo rts  the  dev el opment  of  sm al l  scal e  powe r  gen e rati on fr om re ne wab le  e nerg y  [ 2, 8].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    14 15   –   14 22   1416   Wav e   e nerg y  can  be   ha r nes sed   thr ough   se ver al   sta ges   be fore  c onve rt  into  el ect rical   energ y.  The   pr ima ry  sta ge   dev ic es   cal le d  Wa ve   E nerg y  Co nverter   (WEC )  [9].  Wave  E nerg y  C onver si on   (WEC )  is   a   sy ste m  t hat  c an  be  cat e gor iz ed  ba sed   on   it s  operati ng   theo r y  as  O sci ll at ing   Wat er  Col umn  ( OW C ),   Ov e rto ppin g  Dev ic es  ( OTD),  a nd   Wa ve  Acti vated  B odie s  (WAB)  [3,  9,  10] .  Oscil la ti ng   water   c olu m n  (OWC)  is   the  dev ic e  t hat  uti li zes  a  par ti al ly  s ubmer ge d  ho ll ow  ai r  c ha mb e r.   T his  de vice  is  w orki ng  as  a   pn e um at ic   c onve rter  t o  ob t ai n  hi gh - s pee d  ai r flo w  th r ough  the   ai r  tur bin e,   w hich   giv e s  a  rob ust   an d  strai gh t forw a r d  de sig n.   Howev e r,   t his  de vice  ge ner at e s  noise   poll ut ion   a nd   gi ve   to  the  high  cost  of  pro du ct io n  a nd  mainte na nc e  t og et her   li feti m e  pro blem.  Overto pp i ng   (OT D)   de vice  cal le d  the  te r mina tor  is   the  syst em  that   us es  a   co nce pt   of   t he  w at er  reserv oir  a nd   r el easi ng   t hrough  a  tu rb i ne.   OTD  ha s  fe w  movin g  par ts  t hat  can   r edu ce   the n ee d  for  mainte na nc e  due  to   te ari ng  pro blems   a nd  le ads   to  a   sta ble  s ys te m d ue   to  the   la rg e   siz e  of  t he  de vice.  Ne xt,  wa ve  act i va te d  bodies   ( WA B )  w hich   is  os ci ll at ing  bodies .  C onsist s  of   the  floaters   that m ov e   pa rall el   to the  w ave ’s  mo t ion  and  ca ptur e  the  e ne rgy.  T he  point  a bsor ber  de vice  is   al so  one   of  the   dev ic es   that  util iz e  the  W AB   pri nci pl e.  It   ha s  t he  a dv a ntage   w hich  giv e s  minim al   ecol og ic al   i mp ac t   and  ve rsati li ty  as  a  fl oating  dev ic e  due  to  small   siz e.  Ev en  th ough  the   siz e  is  small ,  bu t  t his  de vice   ver y  com plex   to  be   instal le d  a nd  com plica te d  m o ori ng  due  t o  unde rw at er   power  cable   re quire d  [9 – 12].   Th us,   base d  on   t he  c la ssific at ion   of  the  work i ng  pri nciple,   W AB   is  the  m os t  s uitable   de vice  pr i nciple  du e   to  th e   small   siz e  an d  simple  desig n  of  W AB.   The   dev ic e,   acc ordi ng  to   this  pr i nc iple,  pr eci sel y,  p oin t   abs orbe r,   has   the  pote ntial   to   be  dev el op e d  as  porta ble  pic o - scal e  el ect ric it y  [13,  14] .  P oin t  a bs or ber   i s  a  floati ng  st r uctu re  dev ic e  t hat  ha s   fixe d  buoy  in side  a  c ylin der  that  rises  a nd  fall s  with  t he  diff e re nces  in   wav e   hei gh t  [15]   a nd   has  horizo nt al  d imen sio ns   th a t  are  sm al le r  th an  the   wa vele ngth of  the   wa ve .  T he  sec onda ry  sta ge  i nvol ve s  the  el ect rical   machine,   cal le d  P ower   Ta ke - Off  (P T O) ,   wh ic h  conve rts  mec ha nical   f or ce   f r om  wa ve  ene r gy  int o  el ect rical   energy   [16,   17] .  PT O  f or   WEC  c onsist s  of  thre e  main  meth ods,   wh ic h  are  a  tu rb i ne  sy ste m  w it h  the   ro ta r y ge ner at or,  hydrauli cs tr ansf e r wit h  t he  rotary  g e ne rator, a nd d irect   dri ve  li nea r ge ne rator [ 18].   Rotary   gen e rat or  in   the  stu dy  of  [18 ]  is  su it able  f or  t he  e nvir onment,   ef fi ci ency ,   a nd  c ost - eff ect i ve  app li cat io n  of  WEC. T he maj or   disa dv a ntag e o f  the  ro ta ry  gen e rato r  is i ts  high mai ntena nce r e quireme nts an d  com plex  str uct ur e .  Eve n  th ou gh   t he  r otar y  ge ner at or   is  m ost ly  us e d  f or   powe r  ge ne rati on  mainl y  due  t o  it s   mature  te c hnol ogy,   howe ver,  ad van ce me nt   in  direct  dr i ve  li near   mac hin e  desig n  is   a  li near   ge ne rator.     Un ti l  now ,  t he   res earc h  re gardin g  porta ble  l inear   ge ne rato r  is   sti ll   un der  the   st udy  [ 13,   19 ,  20] .  The   basic   con ce pt  of  th e  li near   ge nerat or   requires   a  translat or  w it h  the  mag ne t,  w hich  react s  li ke  a  ro t or  [ 21].    The  tra ns la to r  is  at ta ched   to  t he  he avi ng   bu oy   with  t he  wi nd i ng   sta tor ,  moun te d  in  a  s tructu re  that  is   fairly  pr ese nted   in   [ 14] .  Wh e n  t he  heav i ng  buoy  os ci ll at es,  the  sta tor  i nduces   an  el ect ric  c urr ent.  Li near  ge ner at or   exp ect e d  to  be  m ore  ef fici ent  and  r obus t  for  sp eci fic  wav e  energ y  co nvers ion   a ppli cat ions  due  to  t he  a bse nce   of  the   tra ns mis sion  s ys te m  for  li nea r  move ment,   simple   s tructu re  a nd  re qu i res  le ss   mai ntena nce  si nce   it   has   minimal   movi ng   c omp on e nts   desp it e  bei ng  a  portable gen e rator.  T hu s ,  the   li near   ge ner at or   is  m or e pro misi ng   du e   to   it s  high   ef fici ency  a nd  si mp le   desi gn  t hat  will   be   adv a ntage ous   f or  the   dev el opment  of  a   pico - scal e  gen e rato r [21 – 24].   Ther e f or e,   in   t his  pap e r,  the   li near   ge ner at or  is  pro posed   via  desig ning  t he  d if fer e nt  s ha pes  of  the   permane nt  ma gn et ,  with  t he   slotl ess  co nf i gurati on  in  return  to  ge ner at e  a  pico - scal e  li near   ge ne rato r  with   100W  out pu t  powe r  util iz ing   wa ve  e nerg y.   T he  bac k  el ect ro m otive  force  ( bac k - E M F )  in flue nce s  the   char act e risti cs  of   the  pe rma ne nt  mag net  li ne ar  ge ner at or   (PML G)   that  ca n  be  obse rv e d  by  simulat io n.   Ba ck - EMF  is  a  t yp i cal   el ect ro ma gnet ic   cal culat ion  pr ocess  t ha t  is  know n  as   the  flu x  den s it y  wa veform  in  the   permane nt  ma gn et   an d  ca n  be  deter mine d  by   the   s hap e   par a mete rs   of   the  m ag net.   T her e fore,   the   di ff ere nt  sh a pe  of  the  m agn et   is  one   of   the  ke y  prob l ems  of  the  pe r mane nt  ma gne t  desig n  t o  det ermine   the   opt imum   desig n  of  varyi ng  s hap e   in   return  t o  pro duce  higher   perform ance.   T he  outp ut  f r om  the   ge ner at or  is  ta r ge te d  to   be  us e d  for  outd oo r  act i viti es  ap plica ti on.   Th us,  the   des ign  is  al so  ai med   to  be   a  porta ble  de sig n  with   a   weig htless t ha n 20 kg.       2.   RESEA R CH MET HO D   This  re searc h  comes  out  wit h  fi ve  desig ns   base d  on  t he  s uitable   li near  gen e rato r  c onf igurat ion  f or  ou t door  act ivit ie s  ap plica ti on.  T hus,   the   de sign  of  pe rma nen t   ma gn et ,  mate rial   use ,   a nd  to polo gy  se le ct ion  need  to   c on si de r  as   dicta te   t he   overall   e ff ic i ency  of  the   ge ner at or  in   te rm s  of  powe r  l oss,  ou t pu t   volt age,   an d  weig ht  of   t he  gen e rato r.   T he   desig ns   are  si mu la te d  us in g   the  Finit e  Ele ment  A naly sis  (F E A)   to  obta in  the   performa nce  of f lu x dist rib ution,  flu x  li nkag e, and  bac k  E M F  pe rforman ce.     2.1 .     Pr oposed  design t opolo gies   Pr op os e d  desig n  will   be  tu bula r  str uctu re  c oncept  with  slot le ss  sta tor  due  to  bette r   exc og it at ion   a s  it   offer s   a  c onsta nt  ai r  ga p  a nd  higher   fl ux  densi ty.  The   s lotl ess  sta tor   is  re qu i red  f or  the  pro posed   desi gn   because   of  a  li gh t  s ys te m  a nd   can  mi nimize  co ggin g  force. Co ggin g  force can  be  pre ven t ed  f r om  o ccu rri ng   as   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Desig ning  of  a gen e ra t or  fo r  wave e nerg y   c on ve rsio n  fo r  outd oor  activ it ies   ( No or Sy azana A bd  Gha n )   1417   it   can  da mage  the  ma gn et   a nd  e ns ure  t he   pi ston   mo ti on  i n  sta ble  an d  s m oo t h  [ 25] .  Co mp a red   t o  the   slott ed  sta tor wh e re  m any resea rc h  st at es that slott ed  sta to rs pro duce highe r powe r  de ns it y,  wh ic h  is  good, b ut s lott ed  sta tor  can  ca use   coggi ng.  C ogging  ge neral ly  occurs  at   the  mag net  bor der   and   a ff ect s  the   mo ti on  of  the  pisto n  to  bec om e  unsmooth  a nd  unsta ble  m otio n.  In   t hat  case,   the  ai r  ga p  e ff ect ed .  T his  instabil it y  will   caus e   fluctuati on  i n  the  ou t pu t   [26] .   Furthe rm or e,   the  desig n  will   come  up  wit h  a  com bin at io n  of   a xial  an d  ra dial  to   form   the   Hal ba ch  mag netiz at ion .   T he   proce ss  of  the   Hal ba ch  mag netiz at ion  will   be   imp le mented   by   m ov i ng   mag net  with  a   longit ud i nal  flux  path  beca use   m ov i ng  ma gnet   has  a   small   w orkin g  ma gnet ic   ai r  ga p  [14]   that   yields  t o  the  hi gh e r  forces  via   a  hi gh e r  ma gn et ic   fiel d.   It  al so   has  higher   e ff ic ie nc y  as  re qu i rin g  le ss  a moun t  of  pe rma ne nt  mag net  c ompa re  t o  movin g  coil,  wh ic h  ne eds  m or e   coil  for  t he  same   outp ut  [27] .  Th us ,   the   pro po se d  de sign  will   co me   ou t   wit h  t he   f eat ur es   of  the   tu bula r   lo ng i t ud i nal  sl otless  sta to r,  an d  H al bac h  mag netiz at ion .     2.2 The  pr opo sed desi gn   wit h d im ensi on s   Five  desi gns  w ere  pro pose d.   T he  ma nipulat ing   as pect   of   th ese  desig ns   ca n  be  a nalyze d  in   the  s hape   of  a  per ma ne nt   mag net ,   w hic h  is  dif fer e nt  i n  the   s hap e   of  the  pe rma ne nt  mag net .  T he  di mensi on s   ha ve   bee n   ta bu la te d  in   T able  1.  The   de sign s   are   c ompare d  with   co nv e ntio nal  rectangula r   desig ns,  as   in   Fig ure   1  a nd  trapez oid   desi gns, Fi gure  2.           Fig ure   1 .  Rect ang le   desi gn           Figure  2 .  Tra pe zoid desi gn           Figure  3 .   LT s hap e  d e sig n.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    14 15   –   14 22   1418       Figure  4 .   T - s ha pe desig n.         Figure  5 .   LT s epar at e d desig n.       Table  1 . Desi gn  par a mete r de ta il s     Descripti o n   Valu e ( m m )   Ls   Leng th  of stato r   90   h ys   Heig h t of m ild  ste el   5   h sys   Heig h t of wind in g  coil   10   g   Air  g ap   1   Rm   Ou ter  radiu s o f  m a g n et   25   Re   Ou ter  radiu s o f  th e stato r  co re   41   hm   Rad ial thick n ess  of m ag n ets   10   h ym   Rad ial thick n ess  of su p p o rting  tu b e   5   Tmr   Ax ial leng th  of the ra d ical  m ag n etize d  m ag n et at  th e   ce n ter   50   Tmz   Ax ial leng th  of axially  m ag n etized  m ag n ets   10   Tp   Po le pitch   70   Lr   Leng th  of tr an slato r    150     Nu m b er  o f  turn s    1 0 0 0  turn s     Res istiv ity  of cop p er   1 . 7 10 − 5     Steel  m ateri al   Ir o n     Magn et m a terial   Nd Feb       The  recta ng le   desig n  s hap e  of   t he  P M LG   is  the  co nv e nt ion al   desi gn   t hat  easy  t o  co ns tr uct  an d  simple  desi gn,  as  il lustrate d  i n  Fig ur e   1.  Ac cordin g  to   the   [28] ,  t he   ma gnet ic   flu x  de ns it y  will   be   hi gh e r  du e   to  the  co ns ta nt  su r face  area  a nd   volume  faci ng   t h e  ar matu r e.  The  tra pez oi d  de sig n,   as  in   Figure  2,   is  pa rt  of  the  c onve ntional   desi gn  by   [ 29]   that  has   c ompa red  wit h  t hree  pro po se d  de sign s .  T he   ra dial  ma gn et   ar r ay  has   a  la r ge   surface   area   a nd  volu me,   w hich   pro du ce   more   flu x  de ns it y  wh il e  the   a xial  a rray   of  ma gn et   has   a   small er  s urfac e.  Th us,  the   lo wer   mag netic   flu x  de ns it y  w il l  occu r .  T he  first  pr opos e d  desig n  is  L T  s hap e   desig n   a s  i n  F igure  3.   T he  a xial  an d  ra dial  ar ray  ma gnet   of  T mz  is   c ombine d   in   ret urn  t o  be   act ive   i n  mag netiz at ion .   The   s urface  a re a   of  the   ma gn et   at   the   ce nter,  Tm r ,   is  t he  more  si gn i f ic ant   dime ns i on  t hat   directl y  facin g  the  ar matu re  st at or   a nd  e xp e c te d  to   pro d u c e  high  flu x  densi ty  an d  in du ce   a  vol ta ge .   Ne xt ,  the   T - s hap e   desig n  in   Fig ur e   3  il lustrate d  that   th e  thick ness   of  the  bac k  i ron  t hi cker  tha n  t he  oth e r  desig n  but  sti ll   has  the  same  di mension  of   al l   desig n.   The  a xial  an d  ra dial  arr a y  of   mag ne ti zat ion   is  ex pose d  to  th e  ar mature ,  wh ic h  is  ex pe ct ed  to  pr oduc e  high  in du ce d  volt age.  The   third   desig n,   the  LT  se par at ed  ma gn et   des ign ,  is   pro po se d,  as   s how n  i n  Fig ure  5.  A nalyze   that;   the   axial   mag net  a rr a y  do e s  no t   ex po se  to   the   ai r   ga p  a n d  armatu re,  w hich  le d  to  a   lo w er  ma gnet ic   flux.  Howe ver ,   the  s urface  a re a  of  the  ra dial  arr a y  is  high,   wh ic h  exp ect e d  to  produce  more  fl ux   t o  the  a rma ture,   a nd  m or e   vo lt a ge  is  in duced .  F ur t hermo re,  al l  desi gns  of   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Desig ning  of  a gen e ra t or  fo r  wave e nerg y   c on ve rsio n  fo r  outd oor  activ it ies   ( No or Sy azana A bd  Gha n )   1419   permane nt ma gn et  ar e emp l oyed wit h diff e r ent sh a pes of  t he  pe rma ne nt magnet that  wou l d  pro duce the b et te r   of ele ct romag ne ti c char act eris ti cs in su c h flu x densi ty.       3.   RESU LT S  AND  DI SCUS S ION   3.1.     Ope n  ci r cuit f lux   distri but io n   The  simulat io n  of  the   op e n  ci rc uit  flu x  distri bu ti on   was  c onduct e d  t o  a nalyze   the  desi gn  excogit at ion  pe rformance   in   su c h  as   flu x  li nkage ,   in du ce d  back  E MF,   an d  c oggi ng  forc e.  T he   distrib ution  of   flu x  li nes  at  no - loa d op e rati on  is sho wn for  a ll  d esi gns in   Fi gure  6 u ntil  Figure  10.              Figure  6 .   Flu x l ine of LT  shap e d esi gn     Figure  7 .   Flu x l ine of r ect a ngle  d esi g n             Figure  8. Flu x l ine of T  - s hape desi gn     Figure  9. Flu x l ine of LT  se pa rated  mag net  de sign           Figure  10 . Fl ux Li ne of Tra pe zoid Desi g       The  flu x  li ne  of  P M L G  is  sim ulate d  under  2D  m odel s.  O bse rv e  t hat  in  Fi gure  6  un ti l  Fig ur e  10,  t he   mag netiz at ion   of  Hal bach  e qual ly  distrib ut ed  i n  th e  s pac e  of  PMLG .  T he  flu x  li ne   f or  LT   s hap e   de sign  sp rea d  e ven l y,   bu t  at   the  s ha pe   of   ma gnet   T,   the  flu x  li ne  ha s  a  sh ar p  c urv e,  w hich  inc re ases  the  rel uctance  of  t he  c or e , so  le ss f lu x flo w,   simi la r  to  oth e r  d esi gn s  which  T - s ha pe  de sig n.   H ow e ver, th e sm oo t h  c urve  that   occurs   will   de crease  t he   rel uctance   of  ma gn et ic   flu x,  a nd  m ore   fl ux  di stribu ti on   can   le ad   to   m or e   fl ux  li nk age   t o  i n  s uch o f   Re ct an gl e,  LT   se par at e d  mag net   an d  trapez oid. Thus ,  the  f lu x  li nka ge  c ontrib utes  to  the   higher  in du ce d v oltage  of the  pro po se d desi gn.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    14 15   –   14 22   1420   3.2.     Air  gap  fl ux density . ”   Figure  11  sho ws  how  th e  a ir  ga p  distrib ut ion   c ompares   the  fl ux   de nsi ty.  The   de ns i ty  of  fl ux  increases  at   a  di sta nce  of  50  mm,  a nd  ar ound  10 0  m m,  wh i ch  is  at   the  ce nt er  of  the  sta to r   du e   to  fl ux  flo w  to   the  adjace nt  m agn et .   I n  c on tr ast ,  the  higher  peak  val ue  of  flu x  de ns it y  is  by  LT  se par at ed  ma gnet ,  wit h  a n  aver a ge  of  42 0.40mT  fo ll owed   by  Re ct a ng le ,   Tra pez oid ,  T - s hap e ,  a nd  LT   sh a pe.  T hu s ,  the   sim ulati on ’s   mean  ai r gap  f l ux d e ns it y i s r e corde d  in  Tab l e 2 .             Figure.  1 1 .   Air  g a p flu x den si ty       3. 3 .     Flux   li nk ag e  and  ba c k - EMF   Figu re  12  s ho ws  the  desig n’s  flu x  li nk a ge,   wh il e  Fig ure  13  sho ws  the  ba ck - i nduce d  E M F  ob ta ine d  from  t he  dyna mic  sta te .  The   translat io n  m ov e s  with   a  ve locit y  of  1m /s  al ong  the   Z - a xi s.  Re su lt s  f r om  the   two - str ok e   tra ns la ti on  ob ta in ed  i n  si mu la ti on.  T he   sim ulati o n  data  fro m  in duced   vo l ta ge  a nd  flu x  l ink a ge   repor te d  in  Ta ble 2.           Figure  1 2 .   Flu x  li nkage           Figure  1 3 .   Ind uced bac k EM F.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Desig ning  of  a gen e ra t or  fo r  wave e nerg y   c on ve rsio n  fo r  outd oor  activ it ies   ( No or Sy azana A bd  Gha n )   1421   Table  2.   A ver a ge of   in du ce d back   E M F a nd  flu x  li nkage .   Desig n   Air  G ap  Flux  Dens ity (m Tesl a)   Flu x  L in k ag e ( W b )   Ind u ced  Back  E M F ( V )   LT  Shap e   2 7 3 .12   2 .23   1 2 6 .95   Rectan g le   4 0 5 .55   2 .63   1 3 8 .6   T - sh ap e   3 4 4 .95   2 .73   1 2 1 .28   LT  S ep arate d   Mag n et   4 2 0 .40   2 .74   1 4 5 .62   Tr ap ezoi d   3 9 8 .86   2 .61   1 3 7 .59       Table  2  sho w s  the  av era ge  ai r  ga p  fl ux  de ns it y,   flu x  li nk a ge,  an d  in du ce d  bac k  E M F  for  al l   pro po se d  desig ns .  C ompari ng   with  al l  desig ns ,  L T  sepa rat ed  ma gn et   desi gn   obta ined  t he   higher  flu x  li nk a ge   and  in du ce d  volt age.  N on et he le ss,  the  valu e  of  fl ux  li nk a ge   of   t he  desi gn s   is  sli ghtl y  dif fer e nt,  wh i ch  is   arou nd  0.1  t o  0.5  W b  only .  The   fl ux  li nka ge   i n  Fig ur e   12,   the   value   is  pro portion al   to   obta ine d  f or  i nduce d   vo lt age   value ,  as  in   Fig.   13,   t he   induce d  volt age  of  al l  desi gns  has  excee de d  the   rate d  desi gn  volt a ge ,  whic h  is  100 V  w hen op en  ci rc uit as  w el l as to  get the  p ic o - scal e  ge ne rator o utput  powe r.     3. 4 .     Wei ght  of the pr oposed  design   M ore ov e r,  the   total   w ei ght  has  meas ur e d  base d  on  the   volume   of  the   s pecific  mate ria l  by  desig n  pro po se d.  T he  vo l um e   of  pro po s ed   de sig ns   gaine d  from   th e  simulat io n  of   desi gn s  by  FE A.   The   par ame te r  o f   the  de sig ns   in f luences   the  me asur e d  weig ht   and  the  de ns it y  of   t he  mate rial   us e d.   All  de sign s   pro vi de  al mo st   the  same  weig ht  base d  on  th e  init ia l  dimensi on   of  the  des ign .   All   de sig n s  ha ve  the  s am e  volume  of  c oppe r  wh ic h  is   319   3 ,  same  volume   of  ir on,   33 6   3   a nd  sa me   volu me   of  ma gn et   that   is  377   3 .Th e refor e ,  t he  total   weigh t  of  al l  design   of   t he  pro pose d  P M L G  is   8.3 3kg  as  well   as  m eet   the  require ment  to  be  a  porta ble  desig n w it h we igh t   le ss t han 20kg .       4.   CONCL US I O N   The  wa ve  e ne rgy  a vaila ble  in  M al aysia  was  i den ti fie d.  T he  po te ntial   of  lo w  wa ve   de ns it y  in   M al aysia   ca n  be   util iz ed  in   th e  portable   pic o - scal e  ge ner at or  t o  pow er - up   small   po wer  a pp li ance s  f or  outd oor  act ivit ie s.  This   resea rch  ha s  pro po se d  five   desig ns ,   na m el y  Re ct an gle,  L T  Se par at e d  m agn et ,   LT   S ha pe,   T   Sh a pe,   a nd  T r apezo i d,   w hich   dif fer  in  s ha pe   of  per ma ne nt   li near   ma gne t  and  ha ve  bee n  c ompare d  wi th  the  conve ntion al   desig n.  Th e  LT  se par at e d  desi gn  ha s  pro du ce d  a   be tt er  pe rforma nce  in   te rm s   of  the  el ect ro ma g neti c  cha racteri sti cs  base d  on  t he   FE A  c ompa red  to  t he  othe r  desig n.  It  c an  c oncl ude  t hat  the   diff e re nt  s hap e s  of   pe rma ne nt   mag net  co ntr ibu te   t o  t he   pe rformance   of  the  li nea r   ge ne rator  for  WEC .  T he   par a mete rs  a nd  dimensi ons  of   the  pro posed  desig ns   hav e  s ho ws  t hat  the  desig ns   ca n  be   a  portable  des ign   for   ou t door  act ivit ie s.  H ow e ve r,   the  de sig n  ne e ds   to   be   opti m iz ed  f or  f ur t he r  an d  detai ls  a nalysis  i n  ret urn  t o  hav e  the  best  pe rformance  for WEC a ppli cat ion   f or   outd oor  acti viti es.       ACKN OWLE DGE MENTS   The  a utho r s  a ckno wled ge  t he   sup port  fro m  Un i ver sit i  Tek no l og i  PE TRON AS  f or  the  a ward  by  gr a duat e assist ants a nd r esea r ch faci li ti es.       REFERE NCE S    [1]   M.  Faizal  and  Y.  H.  T an,  " Poten ti al  of  wave   po wer  as  source   of   el e ct r ic i ty  in  M al aysi a, "   Int ernati onal  Journal  o f   Adv anc ed  S ci en t if ic Research  an d  Manage ment ,   vol.   3 ,   no .   5 ,   pp .   50 – 59,   2018 .   [2]   B.   K.  Sova cool   and  I.  M.  Drupa dy,   " Examini ng   the   sma ll   ren ew abl e   ene rgy   power  (SREP )  progr am   in   Mal aysia , "   Ene rgy  Pol i cy ,   v ol.   39 ,   no .   11 ,   pp .   7244 – 7256 ,   20 11.   [3]   N.  A.  M.   Z am r i,  T.  Ibra h im,  an d   N.  M.   Nor,   " Optim i za t ion  of   l in ea r  g ene r at or   de signs  for  wave   e ner gy  conv erter  (W EC)   sys te m   i n  Mal aysia, "   in   2016  6th   In te rn ati onal   Conf ere nce  on   Int el l igent  and   Adv an ced  Syst ems  (ICI A S) ,  pp.   1 – 6 ,   2016 .   [4]   C.   W ang  and   Z .   Zha ng ,   " Key  t e chnol ogi es  of  w ave   ene rgy  pow er  gen era t ion  sy stem , "   in  2017  I EE E  I nte rnat ion al   Confe renc e  on   Me chat roni cs  an d  Aut omat ion  (I CMA) ,   pp .   61 – 65 ,   2017 .   [5]   S.  C.   Loon   and   J.  Koto ,   " Wa v e  en erg y  for  elec tr ic i ty  g ene r ation  in   Mal aysia — Mera ng  shore ,   T ere ngg anu, "   Inte rnational   Jo ur nal  of Ene rgy   and  Environm ent ,   vo l.  4 ,   no.   1,   p p.   8 – 18 ,   2016 .   [6]   A.  Mirzaei ,   F.  Ta ngang ,   and  L .   Juneng,   " Wa v e  en erg y  pot ent i al   al ong  the   ea s t  co ast  of  Pen in sular  Mal aysia ,"   Ene rgy ,   vol .   68 ,   pp.   722 – 734 ,   20 14.   [7]   A.  A.   Nimje  an d  G.  Dh anj ode ,   " Pico - hydro - pl ant   fo r   sm al l   sc al e   power   gen er at ion   in   re mot e   village s , "   IOS R  Journal  of   Env ironmenta l   Scienc e,  Toxic o logy   and   Food   Tech nology   (IOSR - JE STFT ) ,   vo l.  9,     no.   1 ,   pp .   59 – 67 ,   2015.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    14 15   –   14 22   1422   [8]   H.  Polinde r  and  M.  Scuott o ,   " W ave   en erg y  conv ert ers  and  th ei r  i mpa c t  on  power   sys te ms, "   in  20 05  Inte rnationa l   Confe renc e  on   F uture  Pow er  Sys te ms ,   2005 .   [9]   B.   Dr ew,  A.   R.   Plumm er ,   and   M.  N.   Sah inka y a,  A   re vi ew   o f   w ave  en ergy   con v erte r  technology ,   Sag e   Publi ca t i ons   Sage  UK :  L ondo n,   Eng la nd ,   200 9.   [10]   R.   Ekström ,   B .   Eke rga rd ,   and   M.  L ei jon ,   " El e c tri c a l   dam p ing  o f  li n ea r   gen erato rs  for  wav e  ene r gy  conv ert ers — A  rev ie w, "   Re n ewa ble   and   Sustaina ble   Ene rgy   Revi ews ,   vol .   42 ,   pp .   116 – 128,   2015 .   [11]   S.  S.  Praka sh  et   al . ,  " Wa v e  ene rgy   conv ert er :  A   rev i e w  of  wave   en erg y  conve rsio n  te chno logy, "   in     2016  3rd  Asi a - Pac i fi c   Worl d  Congress   on  Computer  S ci en ce   and   E ngine ering  (APWC  on  CSE) ,    pp.   71 – 77 ,   2016 .   [12]   O.  Farrok   and   Md.  M.   Ali ,   " A   new   technique  to  i mprove  th e  l ine ar   gen erator  designe d   for  o ceani c   wav e   ene rg y  conve rsion, "   in  8th   Inter nati onal  Co nfe renc e  on   Elec tri cal  and  Com pute r  Eng ineering ,    pp.   714 – 717 ,   20 14 .   [13]   Aami r  Hus sain  Memon,   T .   bin  I bra him,  and  N.  Peruma l ,   " Porta ble   and  p ic o - sc a le   li n ea r  g ene r ator  for  wave   en er gy   conve rsion, "   in  2014  5th  In te rn a ti onal  Con fe ren c e  on  In telli g ent   a nd  Adv an ce d   Sys te ms   (ICIA S) ,   pp .   1 – 4 ,   2014 .   [14]   N.  Shahabudi n ,   I .   T ai b ,   and   N.   A.   M.  Z am r i,  " Portabl e   pic o   l ine ar   gene ra tor  d esign   with  d iffe r ent   m agne t   shape s for   wave   ene rgy   co nver sion  sys tem , "   Int ernati onal   J ournal  of   Powe r   E le c tronic s   and   Dr iv e   S yste ms   ( IJP EDS) ,   vo l.  8 ,   no.   1 ,   p p .   360 - 3 66 ,   2017 .   [15]   G.  Ba celli,   J.   V.   Ringwood,   and   J. - C.   Gi ll ot ea ux ,   " A  cont rol   sys t em  for   a   self - r eact ing   poin t  absor ber   wav e   en erg y  conve rt er  su bje c t  to  constra in ts, "   IFA C  P roce edi ngs  Vol umes ,   vol .   44,   no .   1,     pp.   11387 – 1139 2,   2011 .   [16]   E.   Te d esc hi  a nd  M.  Molin a s,  " Impact   of   cont ro l  stra tegies  on  the  r at ing   of  e lectr ic   power   t ake    off  for  wav e   ene rgy   conv e rsion, "   in   201 0  IEEE  In te rn ati onal  S ymposium  on  Indust rial  Elec tronic s ,    pp.   2406 – 2411 ,   2010 .   [17]   O.  Farrok,  Md.   R.   Isla m,  Md.  R .   Islam  Sheikh ,   Y .   Guo,   J.  Zhu,  an d  G.  Le i ,   " Oc eanic   wav e  ene rgy   conve rsion   by  a   novel   p ermane nt   ma gn et  li n ea r   g ene ra tor  ca p abl e   of  pr eve n ti ng   d em agn et i za t ion , "   IEEE  Tr ansactions   on  Industry   Appl ic a ti ons ,   vo l.   54 ,   no .   6 ,   pp .   6 005 – 6014 ,   2018 .   [18]   İ.   Ö.   Erse lcan   an d  A.   Kukner,  " A  rev ie w  of   powe r  t ake - off   sys tems  em p loye d   in   wave   ene rgy   co nver te rs ,"   Journ al   of  Nava l  Sc ie n ce and  Eng ineerin g ,   vol .   10 ,   no .   1 ,   pp.   32 – 44 ,   2014 .   [19]   H.  Chen ,   Y.   Zh an,   H .   Wa ng ,   a nd  R.   Nie,  " A  Tubul ar   per m an ent   ma gne t  li ne ar  gen erator  wi t h  novel  struc tur e , "   IEE E   Tr ansacti o ns on  Pl asm a  S c ie nc e ,   vol. 47, n o.   6 ,   pp .   2995 – 3 001,   2019 .   [20]   J.  Fai z  and  M.   E bra him i - Sala r i,  " Design  and   sim ula ti on   of   a   250  kW  l inear  p ermane nt   m agne t   ge ner at or   for   wave   ene rgy   to  el e ct r ic   en erg y  conv e rsion  in  ca spi an   sea , "   in  2009  Inte rnational   C onfe renc e  on  S ustainabl e  Pow er  Gene ration  and   Supply ,   pp.   1 – 6 ,   2009 .   [21]   H.  Polinde r ,   M.   A.  Mueller,  M.  Scuott o,   and  M .   Goden  de  Sous a  Prado,   " Li n ea r   g ene ra tor  sys te ms   for  wave   en erg y   conve rsion, "   in  Pr oce ed ings o f   t he  7th   European   Wav e   and  Tida l   Ene rgy   Conf ere nce ,   Porto ,   S ept . ,   2007 .   [22]   T.   Shimono ,   S.  Ta kano ,   and  H.   As ai ,   " Deve lop me nt  of  DC  li n ea r  per ma n ent   ma gne t  machine  base d  on  mul t i - la yer ed  cor e - l ess  struc ture, "   in   2019  10th  In te r nati onal  Con fe r enc e   on  Powe r  El e ct ronics  and   ECCE   Asia  (IC PE  2019 - ECCE   Asi a) ,   pp .   1976 – 19 81 ,   2019 .   [23]   J.  Zh ang,  H.   Yu,   and   Z .   Shi ,   " Design  and   exp erime nt   an al ysis  of   a   dir ec t - d rive  w ave  ene rgy   conv ert er   with   a   li ne a r  gene ra tor , "   Ene r gie s ,   vo l. 11, no. 4, p p .   735,   2018 .   [24]   K.  R.   R ao,   T.  Sundera n,   and  M .   R.   Adiris,   " Perform ance  and   desi gn  opti m iz a ti on  of  two  model  b a sed  wave   ene rgy   per ma n ent   ma gn et   li ne ar  g ene r ators , "   Re n ewabl e   ene rgy ,   vol .   101 ,   pp.   196 – 203,   20 17.   [25]   M.  F.   Rom lie   and   R .   Kann an,  " Compa r ison  of   tubu la r   a nd  pl ana r   d esi gn  of   a   micro   l ine a r   gene r ator     for  vibr at ion   ene rgy   har v est ing, "   in  2015   IE EE  Confer enc e   on  Ener gy  Conv ersion  (CENCON) ,    pp.   233 – 237 ,   20 15 .   [26]   L.  Huang,  F.   Y ue,  M.   Chen ,   an d  M.   Hu,   " Rese arc h   on  a   field - modul ated   li n ear  per ma nen t - m a gnet  gene r at or   f or   wa ve  en erg y  con ver sion, "   in  201 7  20th  Inte rnat io nal  Confe ren ce   on  El e ct rica l  Ma chi nes  and  S ystem s (ICE MS) ,   pp.   1 – 4 ,   2017 .   [27]   M.  Sea l  and  M.   Sengupta ,   " Desi gn,   ana lysis   and   fab r ic a ti on   of  a   li n ea r   per ma n e nt  m agne t   synch ronous  machine, "   Sādhanā ,   vol .   42 ,   no .   8 ,   p p .   1419 – 1429,   2017 .   [28]   M.  A.   F.   M.   Ha mi m,  T.  Ibr ahi m ,   and   N.   M.   Nor ,   " Mode li ng   of   a  tubul ar   p erma nent  ma gn et  l in ea r   gen era to r  fo r  wave   en erg y  co nver sion  using  f ini te  elem ent   m et hod, "   in  2014   5th  Inte rnat ion al  Confe ren ce   o n  Inte l li gen t  an d  Adv anc ed  S ystem s (IC IAS) ,   Kua la   Lum pur ,   Mal a ysia,   pp .   1 – 5 ,   20 14 .   [29]   A.  H.  Memon,  T .   bin  Ibr ahi m ,   an d  P.  Nallagownden,   " Model ing  a nd  ana lysis  of  linear   pe rma n ent   ma gne t  generat o r   for  wave   en erg y   conve rsion  usin g  fini te   eleme n t  me thod , "   in  App li ed  M ec hani cs  and  Mate rials ,   v ol.   785,   pp .   258 – 262 ,   2015 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.