I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 1 7 ,   p p .   2 3 3 8 ~2 34 8   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v7 i 5 . pp 233 8 - 234 8          2338       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 JE C E   H ig h - P erfor m a nc e G e nera tor  for a   New  G eneratio o Aircraf ts       I s m a g ilo v   F lur 1 K ha y rullin   I re k 2 Va v ilo v   Vy a chesla v 3   K a ri m o v   Rus la n 4 ,   G o rbu no v   Ant o n 5     De p a rtme n o f   El e c tro m e c h a n ics ,   Uf a   S tate   A v iatio n   T e c h n ica Un iv e rsit y       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   2 0 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Ma y   2 3 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   J u n e   11 ,   2 0 1 7       T h e   a rti c le  d e sc rib e m u lt id isc ip li n a ry   d e sig n   p ro c e ss   o f   h ig h - p e rf o r m a n c e   e lec tri c   g e n e ra to f o a d v a n c e d   a i rc ra f ts  b y   a n a l y ti c a m e th o d a n d   c o m p u ter   m o d e li n g   tec h n iq u e (e lec tro m a g n e ti c ,   th e rm a a n d   m e c h a n ica c a l c u latio n s) .   Ne w   tec h n ica so lu ti o n u se d   i n   it d e v e lo p m e n a re   d e sc rib e d .   T h e   m a in   id e a a re   r e v e a led   o th e   m e th o d   o f   E G   v o lt a g e   sta b il i z a ti o n   we   u se d .   T o   im p ro v e   th e   h e a d issip a ti o n   e f f i c ien c y ,   w e   h a v e   d e v e lo p e d   a   n e w   c o o li n g   s y ste m ,   a n d   p ro v id e   it s stu d y   a n d   d e sc rip ti o n   in   th is  p a p e r.   T h e   a d v a n tag e s o th is  c o o l in g   sy ste m   in c lu d e   th e   f a c th a EG   is  m a d e   w it h   d ry ,   u n c o o led   ro t o r.   T h is  a ll o w e d   e li m in a ti n g   a d d it io n a p u m p s,  a n d   sig n if ica n tl y   r e d u c in g   th e   siz e   o f   CS D.  A c c o rd in g   to   t h e   re su lt o f   o u r   stu d y ,   w e   c re a ted   a n   e x p e ri m e n tal  f u ll   c a p a c it y   la y o u t,   a n d   it s   stu d ies   a re   a lso   p ro v i d e d   i n   t h is   p a p e r.   K ey w o r d s :   E lectr ic  g en er ato r   E lectr ic   m ac h in e   Mo r elec tr ic  air cr af t   P er m a n en m a g n e ts     Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit 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 :   Vav ilo v   V y ac h esla v ,     Dep ar t m en t o f   E lectr o m ec h an ics,   Uf State  Av iat io n   T ec h n ical  Un i v er s it y ,   4 5 0 0 0 8 ,   R u s s ia n   Fed er atio n ,   Uf a,   K.   Ma r x   Stre et  1 2 ,   E m ail: s2 _ 8 8 @ m ail. r u         1.   I NT RO D UCT I O N   E lectr ic  g en er ato r s   ( E G)   f o r   ad v an ce d   p o w er   s u p p l y   s y s te m s   o f   au to n o m o u s   o b j ec ts   p la y   v er y   i m p o r tan r o le  in   to d ay s   ae r o s p ac in d u s tr y .   P o w er ,   r eliab il it y   an d   E w ei g h an d   s ize  ch ar ac ter is tics   lar g el y   d eter m in f u n ctio n alit y ,   p er f o r m an ce   an d   f u el  e f f icien c y   o f   civ il  an d   m ili tar y   air cr af t s   ( A / C )   [ 1 ] .   E lectr ical   m ac h in e s ,   w h ich   e li m in a te  p n eu m atic   o r   h y d r a u lic  co n s ta n s p ee d   d r iv ar p r o m is in g   to   i m p r o v e   A / C   ef f icien c y   ( elec tr ic  m ac h i n es  m ad to   v ar iab le  s p ee d ,   s im ilar   to   B o ein g   7 8 7   s tar ter - g en er ato r s )   o r   elec tr ical  m ac h in e s ,   i n teg r ated   i n   t h a ir cr af en g i n o r   au x iliar y   p o w er   p la n w it h o u g ea r   [ 2 - 5 ] .   [ 2 ]   p r o v id m u lti - cr iter ia  s elec tio n   o f   th e   t y p o f   h i g h - s p ee d   elec tr ical   m a ch in e s   f o r   t h ae r o s p ac in d u s tr y .   T h is   an al y s is   s h o w s   th at  t h u s o f   elec tr ic al  m ac h in e s   w it h   p er m a n e n m ag n et s   ( P M)   is   th m o s e f f ec tiv e.   T h s i m ilar   co n clu s io n   w a s   o b tain ed   in   [ 3 ]     [ 9 ] .   [ 1 0 ]   also   d escr ib es  h ig h   s p ee d   E f o r   co m m er cial  A/C .   t h er ar al m o s n o   p ap er s   d ev o ted   to   t h d esi g n   an d   d ev e lo p m en o f   E w it h   P in   A/C   s y s te m s   w it h   co n s ta n r o to r   s p ee d   o f   n o m o r t h an   2 4 , 0 0 0   r p m   a n d   an   o u tp u v o lta g o f   4 0 0   Hz,   ex ce p p u b licatio n s   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ]   w h ic h   d o es  n o d escr ib th p r o ce s s   o f   d esig n i n g   a n d   cr ea tin g   s u c h   E G,   an d   d escr ib m eth o d s   o f   p r o tectio n   o f   E w it h   P f r o m   s h o r t c ir cu i t.   Ou tp u v o lta g w it h   f r eq u en c y   o f   4 0 0   Hz  is   p r o v id ed   b y   E G,   w h ic h   ar in te g r ated   in to   co n s ta n t   s p ee d   d r iv ( C SD)   w i th   r o to r   s p e ed   o f   n o m o r t h a n   2 4 , 0 0 0   r p m .   A lt h o u g h ,   as  w as   s h o w n   ab o v e,   t h e   p r o s p ec t is to   g et  r id   o f   C SD,  t h u s o f   C SD  f o r   s o m e   air cr af ts   ( m il itar y   a n d   tr an s p o r t a v ia tio n )   is   a   tech n ica l   s o lu tio n   t h at  p r o v id es  t h r eq u ir ed   r eliab ilit y   o f   A / C ,   an d   eli m in a tin g   t h i s   u n it   is   ec o n o m icall y   a n d   tech n icall y   in e x p ed ien at  t h i s   s tag e.   T h er ef o r e,   in   ad d itio n   to   th d ev elo p m e n o f   p r o m is in g   d ir ec tio n s   f o r   cr ea tin g   i n te g r ated   elec tr ic  m ac h in e s   f o r   air cr af ts ,   it  i s   also   v er y   i m p o r tan to   i m p r o v p o w er   ch ar ac ter is tic s   o f   E in t eg r ated   in   C SD  o f   A/C ,   w h ile  m i n i m izi n g   t h eir   w e ig h an d   s ize,   an d   th i s   task   i s   n o f u ll y   d is c lo s ed   in   th p u b licatio n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Hig h - P erfo r ma n ce   Gen era to r   fo r   a   N ew Ge n era tio n   o f A ir cr a fts   ( I s ma g ilo F lu r )   2339   T o   s o lv th is   p r o b le m ,   o u r   r esear ch   tea m   i n   t h i n ter est s   o f   o u r   i n d u s tr ial  p ar tn er ,   h as  d esig n ed   a   h ig h - p er f o r m a n ce   E G   w it h   p e r m an e n m a g n e ts   ( P M) ,   p o w er   o f   1 0 0   k W ,   w it h   w ei g h o f   2 2   k g .   T o g eth er   w it h   t h i s   E G,   w d ev elo p ed   a   v o ltag s tab ilizatio n   s y s te m   w ei g h in g   1 0   k g .   E i s   co n f i g u r ed   to   2 4 , 0 0 0   r p m ,   w it h   a n   o u tp u f r eq u en c y   o f   4 0 0   Hz  ( tw o - p o le  r o to r )   an d   d esig n ed   to   b in te g r ated   in   t h f ix ed   s p ee d   h y d r au lic  ac t u ato r   o f   A / C .   T h is   p ap er   d escr ib es  m u ltid i s ci p lin ar y   d e s ig n   p r o ce s s   ( elec tr o m a g n etic,   t h er m al   an d   m ec h a n ical  ca lc u latio n s )   o f   th e   d ev elo p ed   E G,   as  w ell   as  n e w   tec h n ical   s o l u tio n s   u s ed   in   i ts   cr ea tio n ,   in cl u d in g   t h m ai n   id ea s   o f   E v o lta g s tab il izatio n   m et h o d   th at  w u s ed .   T o   im p r o v h ea d is s ip atio n   ef f icien c y ,   w h av e   d ev elo p e d   n e w   co o lin g   s y s te m   al s o   d escr ib ed   in   th is   p ap er .   T h ad v an tag e s   o f   t h is   co o lin g   s y s te m   in c lu d t h f ac th at  E is   m ad w it h   d r y ,   u n co o led   r o to r .   T h is   eli m i n ate d   ad d itio n al  p u m p s   an d   s i g n if ica n tl y   r ed u ce d   C SD  s ize.   A cc o r d in g   to   t h r esu lt s   o f   o u r   s t u d y ,   w e   m ad f u ll  ca p ac it y   ex p er i m e n tal  la y o u t a l s o   d escr ib ed   in   th is   p ap er .       2.   RE Q UIR E M E NT S F O E G   AND  E G   T O P O L O G S E L E CT I O N   Sp ec if icatio n s   o f   t h d ev elo p ed   E f o r   a d v an ce d   A / C   w i th   C S D,   w er g i v e n   b y   o u r   in d u s tr ial   p ar tn er .   T h m ai n   o n es a r e:   1.   R ated   p o w er   o f   E   1 0 0   k VA ;   2.   R ated   v o lta g   1 1 5 /2 0 0   V;   3.   T h n u m b er   o f   p h a s es    3;   4.   No m i n al  f r eq u e n c y   o f   t h alt er n atin g   c u r r en   4 0 0   Hz  at   n o m i n al  E s h a f r o ta tio n al  f r eq u e n c y   o f   2 4 , 0 0 0   r p m ;   5.   E o p er atio n al  lo ad : 1 0 0   k VA.   6.   EG ove rl o ad s :   7.   L o n g - ter m   o p er atin g   p o w er   o f   1 5 0   k VA   f o r   n o m o r t h an   5   m i n u te s ;   8.   Ov er lo ad   ca p ac it y   o f   2 0 0 % o f   th g e n er ato r   r ated   p o w er   o f   2 0 0   k VA   f o r   5   s ec o n d s .   T h in d u s tr ial  p ar tn er   h as  al s o   e s tab lis h ed   v er y   s tr ict  li m i t s   o n   th len g t h th to tal  le n g th   o f   E G   ( tak in g   in to   ac co u n f r o n tal  p ar ts )   w as  n o to   b e   g r ea ter   t h a n   1 4 5   m m ,   w e ig h a n d   o v er al l   d i m e n s io n s   o f   E G   to g eth er   w it h   t h co n tr o s y s t e m     n o m o r t h a n   3 5   k g .   W ith   a ll  o f   t h i s ,   E a n d   it s   co n t r o s y s te m   w er to   en s u r q u alit y   o f   t h o u tp u t p o w er   w it h i n   MI L   ST 7 0 4 I E .   Fro m   t h a n al y s i s   o f   p u b licat io n s ,   a s   w el as   f r o m   p r ac tica ex p er ien ce   o f   E d esi g n i n g ,   w e   h av e   f o u n d   th at  th o n l y   E t y p ab le  to   p r o v id th ese  ch ar ac ter is tics   is   E w it h   p er m a n e n m ag n et s   ( P M) .   A th e   s a m t i m to   r ed u ce   t h o v er al l d i m en s io n s   o f   E w i th   P M,   i t is ap p r o p r iate  to   u s th to o th   w i n d in g   [ 1 3 - 1 5 ] .   A t h s a m ti m th u s o f   t o o th   w i n d in g   r es u lts   i n   s i g n i f i ca n h ar m o n ic  d is to r tio n   o f   th o u tp u v o lta g o f   E d u to   s p atial  h ar m o n ics  o f   MM F.  T o   r ed u ce   th ese  d is to r tio n s   a n d   E o u tp u p o w er   c o m p lia n ce   w i th   th e   r eq u ir e m en ts   o f   MI L   ST 7 0 4 I E ,   f r eq u en c y   co n v er ter   at   f u l p o w er   eq u al  to   E p o w er   is   u s ed   to g et h er   w it h   E w it h   to o th   w in d i n g .   B u ev en   t h u s o f   th m o s ad v an ce d   ele m e n b ase  d o es  n o allo w   to   cr ea te  a   r ec tif ier   o r   f r eq u e n c y   co n v er t er   w it h   a   p o w er   o f   1 0 0   k W   an d   w ei g h o f   les s   t h a n   2 2 - 2 5   k g   [ 1 6 ] .   Giv en   th a t   o u r   in d u s tr ial   p ar tn er   h as   esta b lis h ed   t h r eq u ir e m e n ts   to   E w ei g h t   w it h   t h e   co n tr o s y s te m   w a s   n o m o r th an   3 5   k g ,   an d   E r o to r   s p ee d     n o m o r th an   2 4 , 0 0 0   r p m ,   it  is   ev id en t h at  th u s o f   f r eq u en c y   co n v er ter   an d   E w i th   to o th   w i n d i n g   i n   th is   ca s is   n o p o s s ib le.   A w ei g h o f   f r eq u en c y   in v er ter   o f   2 5   k g ,   E G   h ad   t o   w ei g h   n o m o r th an   1 0   k g   an d   p r o v id p o w er   o f   1 0 0   k W   at  s p ee d   o f   2 4 , 0 0 0   r p m ,   an d   o v er lo ad   ca p ac ity   o f   1 5 0   k W   also   at  2 4 , 0 0 0   r p m .   A t th is   s ta g o f   d ev elo p m en t,   p r ac tical  i m p le m e n tat io n   o f   t h es p ar a m eter s   is   n o t   p o s s ib le.   T h er ef o r e,   w h a v c h o s e n   to p o lo g y   o f   E w i th   P w it h   d i s tr ib u ted   w i n d in g   a n d   t w o - p o le  m ag n etic   s y s te m ,   Fig u r 1 ,   wh ich   m ad it  p o s s ib le  to   i m p r o v t h o u tp u v o ltag e   q u alit y .   I n   o r d er   to   s tab ilize   E o u tp u v o lta g e,   w u s ed   n o s er ial  f r eq u en c y   co n v er te r   at  f u ll  p o w er ,   b u p ar allel  o n at  p o w er   o f   n o t   m o r e   th a n   4 0 %   o f   t h e   r ated   p o w er ,   Fi g u r 2 .   T h is   co n v er te r   ( d ig ital  m o d u le   ( DM ) )   is   d e s ig n ed   to   s tab ilize   v o ltag w i th   t h ch a n g in   t h lo ad   to   E at  a   co n s tan r o to r   s p ee d .   P er m an e n f r eq u en c y   is   p r o v id ed   b y   C SD.  T h ess en ce   o f   th co n tr o m et h o d   u s ed   an d   E G   o u t p u v o lta g s tab ilizatio n   is   in   f ac th a v o lta g is   co n tr o lled   b y   t h m ag n etic  f ie ld   o f   E r esp o n s an c h o r s   b y   in d u cti v o r   ca p ac itiv c u r r en t   g en er ated   b y   DM .   DM   is   co n n ec ted   p ar allel  to   th lo ad   u p s tr ea m   E f ee d er   an d   co n s u m e s   cu r r en s h i f ted   r elati v to   v o ltag E G   s tr ictl y   to   ± 9 0 °.  T h u s   DM   i n ten s i f ie s   t h m a g n et ic  f ield   o f   E r e s p o n s a n c h o r s   an d   r ed u ce s   it s   v o ltag e   ( in d u cti v c u r r en t) ,   o r   lo w er s   th m ag n etic  f ield   o f   ar m at u r r ea ctio n   an d   in cr ea s es  E v o ltag ( ca p ac iti v e   cu r r en t) .   I n   th i s   ca s e,   DM   c u r r en is   r ea cti v f o r   E a n d   d o es  n o g e n er ate  ad d itio n a h ea lo s s es  in   E w i n d i n g   a n d   m ec h an ica l lo ad   o n   th s h a f t.   T o   p r o tect  ag ain s s h o r cir cu its ,   E p h ases   ar co n n e cted   to   s tar   co n f i g u r atio n   t h r o u g h   b i - d ir ec tio n al  s e m ico n d u cto r   s w i tch es  th at   o p en   i n   s h o r t - cir c u it   ( SC ) ,   th er eb y   is o lati n g   t h p o in o f   s h o r cir cu i t.   T h s o lu tio n   u s ed   is   s i m ilar   t o   th s o l u tio n   p r o p o s ed   b y   H o n e y w ell   I n ter n atio n al   [ 1 7 ] ,   b u o u r   s o lu t io n   u s e s   n e w   alg o r it h m s   to   i m p r o v p e r f o r m an ce   o f   th w h o le  p r o tectio n   s y s te m .   I w o u l d   b m o r ef f ic ien to   u s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 7   :   2 3 3 8      2 3 4 8   2340   h ig h l y   in d u cti v E ( Hig h - r e ac tan ce   p er m an e n m ag n et  m a ch in e) ,   b u s in ce   s h o r t - cir c u it  cu r r en is   n o m u ch   h ig h er   t h a n   th e   r ated   cu r r en i n   t h is   t y p o f   e lectr ic  m ac h i n e s ,   w w o u ld   n o t b ab le  to   f u l f ill th e   r eq u ir e m e n t s   f o r   o v er lo ad ,   estab lis h ed   b y   o u r   in d u s tr ial  p ar tn er .   T h er ef o r e,   w r ej ec ted   th is   s o l u ti o n   at  th s tag o f   to p o lo g y   s elec tio n .     T o   m a x i m ize  h ea d is s ip atio n ,   w u s ed   o u r   d ev elo p ed   an d   p aten ted   E co o lin g   s y s te m   [ 1 8 ] .   T h u n iq u en e s s   o f   th i s   co o lin g   s y s te m   is   t h at  it  u s e s   t w o   co u n ter   f lo w s   o f   co o led   liq u id ,   Fi g u r 3 ,   w h i le  p r o v id in g   u n i f o r m   a n d   ef f ec ti v h ea t d is s ip atio n .             Fig u r 1 .   E w i n d in g   co n n ec t io n   s ch e m e   Fig u r 2 Sch e m atic  d iag r a m   o f   E w ith   DM       T h is   E l iq u id - co o li n g   s y s te m   o p er ates  a s   f o llo w s t h e   p u m p   i s   p u m p i n g   t h co o lan t h r o u g h   t h in let  f it tin g s ,   w h ic h   i s   s i m u lta n eo u s l y   s u p p lied   to   th f ir s m an if o ld   a n d   th e   s ec o n d   m a n i f o ld   w h er t h f r o n t   p ar ts   ar in s talled .   B y   w a s h in g   t h f r o n t   p ar ts ,   t h co o la n f r o m   t h f ir s t   an d   th e   s ec o n d   m an if o ld s   en t er s   t h e   co o ler s ,   m ad in   th e   f o r m   o f   c y li n d er   w it h   h elica c h a n n els,  an d   t h co o la n f lo w s   f r o m   t h f ir s t   an d   t h e   s ec o n d   m a n i f o ld s   o p p o s itel y   a n d   th e n   f lo w s   o u th r o u g h   t h o u tlet  f itti n g .   T o   p r o v ef f ec ti v en e s s   o f   all   o f   t h e   tech n ical  s o lu tio n s ,   i i s   n ec es s ar y   to   m a k m u ltid is c ip lin ar y   E ca lc u latio n s .   T h al g o r ith m   p r o p o s ed   in   [ 1 9 ,   2 0 ]   w a s   ad o p ted   as a   b asis   in   m u ltid is cip li n ar y   ca lc u lat io n s .         Fig u r 3 .   Stru ct u r al  d iag r a m   o f   E co o lin g   s y s te m       3.   E L E C T RO M AG NE T I CA L CU L AT I O NS O F   E G   I n   elec tr o m a g n e tic  c alc u latio n s ,   w h a v i n itiall y   u s ed   t h an al y tical  e x p r ess io n s   to   ca lcu late  t h e   p r eli m in ar y   g eo m etr ical  d i m e n s io n s   o f   E G.   A f ter   th at,   b ase d   o n   th ese  g eo m e tr ic  d i m e n s i o n s ,   f in i te  ele m en t   m o d el  w as  d ev e lo p ed .   S m 2 C o 1 7   w i th   r e s id u al  in d u ctio n   r B   n o les s   t h an   1 . 1   T   an d   p er m an e n m a g n et   co er civ f o r ce   i n   ter m s   o f   m a g n et izatio n   o f   812 c H   k A / m   ar u s e d   as  m a ter ial  o f   p er m an e n m ag n et s .   T h m a x i m u m   p r eli m i n ar y   te m p er at u r o f   P ( С 175 pm )   is   d ef in ed   o n   th b asi s   o f   e m p ir ical  d ata.   B ased   o n   th is ,   ch ar ac ter is tic s   o f   p er m an e n m a g n et  ar d eter m in ed   at  th m a x i m u m   o p er atin g   te m p er atu r e:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Hig h - P erfo r ma n ce   Gen era to r   fo r   a   N ew Ge n era tio n   o f A ir cr a fts   ( I s ma g ilo F lu r )   2341   T k B B pm Br r r 05 , 1 100 ) 23 ( 1 ) (             ( 1 )     k A / m 6 0 0 1 0 0 ) 23 ( 1 ) ( pm Hc k b H b H             ( 2 )     B ased   o n   em p ir ical  d ata,   p r elim i n ar y   r o to r   d ia m e ter   an d   P th ick n e s s   i s   g i v en : mm 11 m m , 1 0 0 m h p D .     B ased   o n   th th ick n es s   o f   p er m an e n m a g n e ts ,   r o to r   b an d ag s h ea t h   is   d eter m i n ed   ac co r d i n g   to   [ 2 0 ] .   T h to tal  th ick n es s   o f   b an d ag s h ea th   w a s   2 . 2   m m   m ad o f   ca r b o n   f ib er ,   w h ile  t h r elativ air   g ap   o f   th g en er ato r   is   eq u al  to :     mm 06 , 0 1 . 0 0 0 3 . 0 * 2 δ 2 * δ p D               ( 3 )     T h co ef f icie n ts   ta k i n g   i n to   a cc o u n t h ch a n g in   th m a g n etic  i n d u ctio n   v ec to r   alo n g   t h air   g ap   len g th   ar d eter m i n ed :       97 , 0 1 2 * δ 1 1 2 * δ 1 * δ 1 p p p z k               ( 4 )     A   co ef f icie n t ta k i n g   i n to   ac co u n t t h f all  i n   MM F i n   s teel  s e ctio n s       15 , 1 F k                   ( 5 )     Dis s ip atio n   co ef f icie n t:       15 , 1 p k                   ( 6 )     I n d u ctio n   i n   t h air   g ap   at  id le  ca n   b d eter m i n ed   b y   ex p r es s io n   [ 2 1 ] :     T 6 9 4 . 0 0 μ 1 2 δ 2 1 1 0 р k r B c H р k r B z k m h B             ( 7 )     Fu r t h er ,   ac co r d in g   to   A r n o ld   eq u atio n ,   lin ea r   c u r r en g en er ato r   lo ad   is   d eter m in ed :     m А 3 3 1 0 0 97 , 0 * 66 , 0 * 2 4 0 0 0 * 27 , 1 * 92 , 0 * 85 , 0 * 115 , 0 2 ) 1 , 0 ( 1 0 0 0 0 0 * 03 , 6 δ α 2 03 , 6 n B z k w k f k l p D P A           ( 8 )     T h n u m b er   o f   s lo ts   p er   p o le  a n d   p h ase     3 q                     ( 9 )     T h n u m b er   o f   teet h       18 3 1 3 2 2 q p m z               ( 1 0 )     T h en ,   th n u m b er   o f   e f f ec ti v co n d u cto r s   in   t h s lo t:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 7   :   2 3 3 8      2 3 4 8   2342   99 , 1 22 , 306 * 18 33100 * 106 , 0 * 1 * 14 , 3 n 1 I Z A s aD N             ( 1 1 )     2 N                     ( 1 2 )   A d j u s ted   v a lu o f   t h li n ea r   c u r r en t lo ad :     m А 3 3 1 2 0 1 0 6 , 0 * 1 * 14 , 3 2 * 22 , 3 0 6 * 18 n 1 s aD N I Z A             ( 1 3 )     T h en   th ef f ec t iv w i n d i n g s   in   th s tato r   w in d i n g   p h ase:     6 1 2 2 a N pq w                 ( 1 4 )     I d lin g   E MF  [ 2 4 ,   2 5 ] :     V 83 , 1 22 6 * 1 15 . 0 * 1 . 0 * 6 94 . 0 * 4 00 * 11 . 1 * 92 . 0 * 4 π 0 δ 4 p f lw p D fB f k w k E         ( 1 5 )     A cc o r d in g   to   th o b tain ed   g eo m e tr ic  d i m en s io n s ,   co m p u ter   m o d el  w as  d ev elo p ed   in   A n s o f t   Ma x w ell  s o f t w ar p ac k a g e.   T h s i m u la tio n   r es u lts   ar g i v en   i n   Fi g u r 4 .   Up o n   th r esu lt s   o f   co m p u ter   s i m u lat io n   ( Fi g u r 4 ) ,   th r esu lts   o f   p r eli m i n ar y   s et tle m en t   ca lcu latio n s   w er co n f ir m ed ,   an d   ce r tain   b asic   p ar am eter s   o f   E w er d ete r m in ed ,   T ab le  1 .   E ca lcu la tio n s   w er p er f o r m ed   u n d er   lo ad   an d   o v er lo ad .   Fu r t h er m o r e,   t h r es u lt s   o f   co m p u ter   s i m u latio n   s h o w   t h at  t h m a x i m u m   i n d u c tio n   in   t h s tato r   y o k i s   n o t   m o r t h an   2   T ,   w h ich   i s   p er m is s ib le  f o r   C o Fe  allo y .   I n   b u i l d in g   t h ex ter n al  ch ar ac ter is ti cs  o f   E G,   w u s ed   th k n o w n   tech n iq u to   d escr i b th ex ter n a l c h ar ac ter is t ics  w it h   t h ellip s eq u a tio n .           Fig u r 4 T h r esu lts   o f   E co m p u ter   s i m u latio n       I n   t h is   ca s e,   i n ter   alia,   in   b u ild in g   t h e x ter n al   ch ar ac ter is tic,   w e   to o k   i n to   ac co u n t   th e   ch a n g e   in   P ch ar ac ter is tic s   d u to   te m p er at u r e.     1 a r c t g φ c o s 0 2 2 2 0 a r d x k I I E U k I I E U           ( 1 6 )     P f lo w c h ar w a s   b u ilt  to   d e ter m i n cu r r e n I k ,   an d   it   w as   f o u n d   f r o m   it   t h at  I k   f o r   t h o p er atin g   te m p er atu r o f   1 7 5 °C   is   1 4 1 7 3   k A .   Gi v en   th e s v a lu e s ,   an d   also   b ased   o n   ca lcu la tio n s   i n   T ab le  1 ,   w e   h a v e   b u ilt th e x ter n al  E ch ar ac ter is tic,   Fi g u r 5 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Hig h - P erfo r ma n ce   Gen era to r   fo r   a   N ew Ge n era tio n   o f A ir cr a fts   ( I s ma g ilo F lu r )   2343       Fig u r 5 .   T h ex ter n al  E ch a r ac ter is tic       T ab le  1   s h o w s   th a t th d e v elo p ed   g en er ato r   h as a   c u r r en t d en s it y   i n   t h w i n d in g   o f   1 2   A / m m 2 ,   w h ic h   co r r esp o n d s   to   th s elec ted   co o lin g   s y s te m .   At  t h s a m e   ti m e,   it  is   ab le  to   w i th s ta n d   th r ee   ti m e s   m u ltip licit y   o f   d e m ag n eti za tio n   c u r r en t,  w h ic h   also   co r r esp o n d s   to   th e   r eq u ir e m en t s   f o r   air cr af g en er ato r s   o f   th is   t y p e.   Sp ec if ic  elec tr ic  lo ad in g   o f   t h d esig n ed   g en er ato r   also   d o es  n o ex ce ed   t h li m its   f o r   th s elec ted   co o lin g   s y s te m .   T h er ef o r e,   it c an   b co n clu d ed   th at  t h ca lc u lated   d ata  o b tain ed   in   T ab le  1   f u ll y   s atis f y   t h tas k .   As  r esu l o f   elec tr o m a g n e tic  ca lcu latio n s ,   ce r tai n   m ain   s tr u ct u r al  d iag r a m   o f   E an d   its   p ar am eter s   w er d eter m in ed ,   w h ic h   f u ll y   m ee t th co n d itio n s   s et  b y   o u r   i n d u s tr ial  p ar tn er s .   Fig u r 5   s h o w s   t h at  th e x ter n al  ch ar ac ter is tic  o f   th g e n er ato r   b ein g   d ev elo p ed   is   af f ec t ed   b o th   b y   elec tr ic  p ar a m eter s ,   a n d   also   to   g r ea e x ten b y   t h er m al   p r o ce s s es.  T h ex ter n a ch ar ac ter is tic  b ec o m es   n o n li n ea r   w h e n   t h e y   ar ta k en   in to   ac co u n t.       T ab le  1 .   R esu lts   o f   E p ar a m eter s   ca lcu latio n s   d eter m in ed   as a   r esu lt o f   co m p u ter   s i m u la tio n   A c t i v e   a r e a   st e e l   g r a d e     -   C o F e   T h i c k n e ss o f   s h e e t s   mm   0 . 0 7   P h a se   c u r r e n t   f r e q u e n c y     Hz   4 0 0   P h a se   v o l t a g e   V   1 2 4   P h a se   c u r r e n t   ( r ms)   А   3 0 6 , 2 2   C u r r e n t   d e n s i t y   i n   t h e   w i n d i n g   А / mm 2   1 2 , 2   S p e c i f i c   El e c t r i c   L o a d i n g   А / m   3 3 1 0 4   H e a t   f a c t o r   А / mm 2 *   * А / sm   3 9 7 2   G e n e r a t o r   p o w e r   k V A   1 0 8   S h o r t e n i n g   c o e f f i c i e n t   -   0 , 9 6 5   D i st r i b u t i o n   c o e f f i c i e n t   -   0 , 9 5 7   A c t i v e   r e si st a n c e   a n d   d i ss i p a t i o n   r e si st a n c e   О h m   0 , 0 0 2 6 8 / 0 , 0 2 5 5   M u l t i p l i c i t y   o f   d e mag n e t i z a t i o n   c u r r e n t   -   3 , 3   I n d u c t i v e   p h a se   r e si st a n c e   a l o n g   a x e d - q   О h m   0 , 0 9 9 / 0 , 0 9 9       3 . 1 .     Ca lcula t i o ns   o f   E G   ro t o m ec ha nica l st re ng t h   T h d ev elo p ed   E h as  s u f f i cien tl y   lar g er   r o to r   d ia m eter   a r elativ el y   h i g h   s p ee d ,   s o   it  is   n ec es s ar y   to   m a k m o r ac c u r ate  ca lcu la tio n s   o f   m ec h an ica l stre n g t h   o f   r o to r   b an d ag s h ea t h .   A t h ic k n e s s   o f   t h s h ea t h   o f   2 . 2   m m ,   an d   tak in g   i n to   ac co u n t h m a s s   o f   m a g n e ts   ( 2 . 6   k g ) ,   ce n tr if u g al  f o r ce s   w er e   ca lcu l ated   ac tin g   o n   t h r o to r   b an d ag ta k i n g   in to   ac co u n i n cr e ased   s p ee d   ( 2 8 , 8 0 0   r p m ) :   Н Rm F 1 1 8 1 7 2 9 6 , 2 05 . 0 2 3 0 1 5 m a g 2 ω           ( 1 7 )   w h er ω   is   th r o to r   s p ee d   ( 2 4 , 0 0 0   r p m   o r   2 , 5 1 4   r a d / s ec ) ,   R   is   th e   r o to r   r ad iu s   ( d eter m i n ed   f r o m   elec tr o m ag n etic  ca lc u latio n s   a n d   is   5 0   m m ) ,   m ag m is   th m as s   o f   t h m a g n ets i s   2 . 6   kg.     T ak in g   i n to   ac co u n th g eo m etr ic  p ar a m eter s   an d   t h r es u lti n g   m a g n it u d o f   ce n tr i f u g al  f o r ce s ,   a   f i n ite  ele m e n m o d el  w as  d e v elo p ed   in   So lid   W o r k s   s o f tw ar p ac k ag e,   a n d   s tr ess   in   t h r o to r   s h ea th   w as   ca lcu lated   as,  Fi g u r 6 .   Fig u r 6   s h o w s   t h at  th s tr es s es  i n   th r o to r   s h ea t h   d o   n o ex ce ed   6 0 9   M P a,   an d   th is   p r o v id es  s af et y   f ac to r   f o r   th p r o j ec ted   g en er ato r   o f   1 . 7 6 .   T h ab o v ca lcu latio n s   co n f i r m   p er f o r m a n ce   o f   th p r o p o s ed   d esig n .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 7   :   2 3 3 8      2 3 4 8   2344   4.   E G   RO T O DYNA M I CS A NALYS I S   A   r o to r   d ev elo p ed   at  t h s ta g o f   elec tr o m a g n e tic  ca lc u la tio n   is   co n s id er ed   w h e n   ca lc u lati n g   t h cr itical  r o to r   s p ee d .   T h p r o b l e m   o f   d y n a m ics a n al y s i s   w as  s o lv ed   u s in g   An s y s   s o f t w ar p ac k ag e,   Fi g u r 7 .   As  r es u lt  o f   t h ca lc u latio n   ( Fig u r 7 ) ,   it  w as  f o u n d   t h at  t h m ax i m u m   later al  f o r ce   ac ti n g   o n   t h e   r o to r   is   2 , 6 5 2   N,   th f ir s t   cr iti ca s p ee d   is   at  9 8 , 0 0 0   r p m ,   i.e .   is   m u c h   h ig h er   t h a n   t h r ated   s p ee d .   T h is   p r o v es   p er f o r m a n ce   o f   t h s elec ted   co n s tr u cti v s c h e m o f   th r o to r .           Fig u r 6 .   C alcu lat io n s   m ad i n   So lid   W o r k s   s o f t w ar p ac k ag e   Fig u r 7 .   Def lectio n   o f   th m a g n eto elec tr ic  g en er ato r   r o to r   at  th f ir s t c r itical  r o tatio n   s p ee d       5.   CALCU L A T I O O F   L O S S E S AN E VA L UA T I O O F   E G   E F F I CI E NC Y,   AND  CO O L I N G   SYST E M   CALCUL AT I O N     E lo s s   ca lc u latio n   is   an   i m p o r tan s tep   in   t h d esi g n .   D u to   th e   li m ited   E G   v o l u m e,   to t al  lo s s e s   i n   th ac ti v e   ele m e n t s   s h o u ld   b ca lcu lated   a s   ac c u r atel y   as   p o s s ib le,   to   e n s u r m ax i m u m   h ea d is s ip atio n   an d   r eliab ilit y   o f   E G.   Me ch a n ical   lo s s es   i n   E ca n   b d eter m in ed   ac co r d in g   to   t h p r o ce d u r g iv e n   i n   [ 2 2 ] .   L o s s e s   in   C o - Fe  allo y s   f o r   4 0 0   Hz  ar e   u s u all y   s p ec if ied   b y   t h m a n u f ac t u r er   [ 2 3 ] ,   an d   ca n   b esti m ated   b ased   o n   t h w ei g h o f   t h m a g n e t ic  cir cu it   an d   th e   m ag n etic   f lu x   d en s it y   v al u es  o b tai n ed   i n   elec tr o m ag n etic   ca lcu latio n s ,   Fi g u r 5 .   P ar ticu lar   atten tio n   s h o u ld   b p aid   t o   lo s s es  f o r   ed d y   cu r r en i n   p er m an e n m a g n ets,   s in ce   th e   r o to r   in   t h d ev e lo p ed   E is   n o co o led ,   an d   t h er w ill  b v ir t u all y   n o   h ea t   d is s ip atio n   f r o m   P M.   L o s s e s   i n   P w er ca lcu lated   b y   f i n ite  ele m e n m et h o d ,   Fig u r 8 .           Fig u r 8 .   Dis tr ib u tio n   o f   lo s s e s   f o r   ed d y   c u r r en t s   in   P M       R es u lts   E lo s s   ca lc u latio n s   a r s h o w n   i n   T ab le  2 .   B ased   o n   th is   ca lc u latio n ,   th co o li n g   s y s te m   w a s   d esig n ed   d escr ib ed   ab o v e.   T h esti m ate  o f   te m p er atu r e s   b y   f i n ite  ele m e n m et h o d   s h o w ed   th at   t h m ax i m u m   P tem p er atu r is   n o m o r th an   1 8 0   °C ,   an d   w i n d in g   te m p er at u r is   n o m o r th a n   2 0 5   °C ,   w h ic h   f u ll y   p r o v id es E p er f o r m a n ce .       T ab le  2 L o s s es in   ac t iv E e le m e n ts   O h mi c   l o sse s i n   t h e   st a t o r   c o p p e r   W   1 , 1 5 4   L o ss e s i n   s t e e l     W   6 9 3   S u r f a c e   l o sse s i n   t h e   r o t o r   d u e   t o   t o o t h   h a r mo n i c s   o f   t h e   st a t o r   W   1 9 3   L o ss e s i n   t h e   w i n d i n g   d u e   t o   p r o x i mi t y   e f f e c t   a n d   e d d y   c u r r e n t s   W   5 2 8   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Hig h - P erfo r ma n ce   Gen era to r   fo r   a   N ew Ge n era tio n   o f A ir cr a fts   ( I s ma g ilo F lu r )   2345   An al y s i s   o f   T ab le  2   s h o w s   t h at  th d e v elo p ed   air cr af elec tr ic  g en er ato r   h as  s u f f ici en tl y   h i g h   ef f icien c y .   T o tal  lo s s es i n   t h d esig n ed   s tr u c tu r d o   n o t e x ce ed   2 . 6   k W ,   w h ic h   at  a n   elec tr ic  p o w er   o f   1 0 0   k W   p r o v id es  ef f ic ien c y   o f   9 7 %.  Ma x i m u m   lo s s es  ta k p lace   in   th s tato r   w in d i n g ,   w h ile  lo s s es  ar n o s ig n i f ican t   in   t h s tato r   ir o n .   Mi n i m u m   l o s s es  i n   t h s tato r   ir o n   w er a ch iev ed   d u to   th u s o f   th s iliceo u s   elec tr ical   s teel  w it h   s h ee t t h ic k n e s s   o f   0 . 1 8   m m .   I n   g e n er al,   as  s h o wn   b y   t h er m a l a n al y s is ,   all  t h es lo s s es a r d iv er ted   b y   t h s elec ted   co o lin g   s y s te m ,   w h ic h   co n f ir m s   w o r k ab ilit y   o f   th d ev elo p ed   elec tr ic  g en er ato r   in   ter m s   o f   th er m a l lo ad s .       6.   E G   VO L T AG E   CO N T RO L   AND  ST AB I L I Z A T I O SY ST E M   An   i m p o r tan t   tas k   in   cr ea tin g   E G   is   th e   d esi g n   o f   its   co n tr o s y s te m ,   i m p le m e n ti n g   t h m et h o d   d escr ib ed   ab o v e.   A   b lo ck   d iag r a m   o f   t h co n tr o m et h o d   an d   v o ltag s tab ilizatio n   i m p le m en ted   b y   DM ,   is   s h o w n   in   F ig u r 9 .   T o   c o n f ir m   ef f icie n c y   o f   t h p r o p o s ed   co n tr o l a n d   s tab ilizati o n   m et h o d   f o r   t h o u tp u t v o lta g o f   A/C   E an d   p r o v it s   p r ac tical  i m p le m e n tat io n ,   t h a u t h o r s   h av d ev elo p ed   s i m u lat io n   m o d el   o f   g e n er atio n   ch an n el  i n   Ma t lab   s o f t w ar p ac k ag e,   w h ic h   allo w s   ev a lu ati n g   ef f icie n c y   o f   th p r o p o s ed   co n tr o an d   s tab ilizatio n   m eth o d   f o r   E G   o u tp u t   v o lta g e,   a s   w ell  a s   d u r atio n   o f   tr a n s ie n ts ,   v o lta g e   s ta b ilizatio n   ac c u r ac y   an d   to   o b tain   DM   ad j u s t m e n ch ar ac ter is tic s .           Fig u r 9 .   B lo ck   d iag r a m   o f   E co n tr o m et h o d   Fig u r 1 0 .   Si m u latio n   r es u lts   o f   E co n tr o p r o ce s s es  ( C c u r r en t,   A   V t,  m s ME v o lta g e,   VS t,   m s ; CM  c u r r en t,  A   VS t,   m s )       T h d ev elo p ed   s i m u latio n   m o d el  co n s is t s   o f   s e v er al  u n its :   lo ad   u n it  ( L o ad ) ,   DM   u n i t   in cl u d in g   C u r r en R eg u lato r   a n d   So l v er ,   as  w el as   d r iv e - g en er ato r   u n it  ( Ge n er ato r ) .   E m o d el   is   i m p le m en ted   in   d q   co o r d in ates,  an d   allo w s   s i m u l atin g   o p er atio n   o f   E i n   g en er ato r   m o d as  p ar o f   co n s ta n s p ee d   d r iv in   t h e   r an g o f   lo ad s   f r o m   id li n g   to   th r ee - f o ld   o v er lo ad .   T h s i m u latio n   tak e s   in to   ac co u n E w it h   t h f o llo w i n g   n u m er ical  p ar a m eter s s p ee d     2 4 , 0 0 0   r p m ,   r ated   p o w er     1 0 0   k V A ,   f r eq u en c y   o f   t h g e n er ated   v o ltag   400  Hz,   m a g n e tic  i n d u ct io n   i n   t h e   air   g ap     0 . 6 6   T .   A s   r e s u l o f   t h s i m u latio n ,   Fi g u r 1 0 ,   DM   cu r r en v alu e s   w er o b tain ed ,   as  w ell  as  v o lt ag an d   cu r r en o f   th g en er at o r   at  s h ar p   ch an g o f   t h lo ad   an d   ad j u s t m e n t   ch ar ac ter is tic  o f   DM ,   F ig u r 1 1 .   T h an al y s is   o f   s i m u lat io n   r es u lts   Fi g u r 1 0   s h o w s   t h a th p r o p o s ed   E v o ltag co n tr o an d   s tab ilizati o n   m eth o d   is   ef f i cie n an d   all o w s   co n tr o lli n g   E v o ltag o v er   w id r an g o f   lo ad   ch an g es.  Als o   t h s i m u latio n   r es u lt s   s h o w   t h at  t h m ax i m u m   d u r atio n   o f   t h tr an s ie n p r o ce s s   is   o b s er v ed   w h en   th lo ad   ch a n g es  f r o m   t w o - f o ld   o v er lo ad   u p   to   id lin g   a n d   is   7 0   m s .   I n   t h i s   ca s th g e n er ato r   v o ltag r ea c h es 1 4 0   V,   th at  is ,   in cr ea s ed   b y   2 1 . 7 %,  an d   th en   r esto r ed   to   th n o m i n al  v al u e.         Fig u r 1 1 .   E ad j u s t m e n t c h a r ac ter is tics   ( C c u r r en t,  A   V S M E cu r r en t,  r el.   u n it s )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 7   :   2 3 3 8      2 3 4 8   2346   As  s ee n   i n   Fig u r 1 1 ,   DM   cu r r en v ar ies  in   t h r an g o f   0   at  8 0 lo ad   to   2 0 0   at   id lin g   o r   1 6 0 %   lo ad .   I n   th i s   ca s e,   in   g e n er ato r   id lin g   m o d e,   D cu r r e n i s   b eh in d   v o lta g e,   an d   in   o v er lo ad   m o d   it  i s   a h ea d   b y   9 0 °,  w h ich   al s o   co n f ir m s   v alid it y   o f   t h p r o p o s ed   v o ltag co n tr o m eth o d .       7.   E XP E R I M E NT A L   E G   L AY O UT   B ased   o n   th r esu lts ,   b y   t h g e o m e tr ic  d i m e n s io n s ,   T ab le  1 ,   f u ll p o w er   E d e m o n s tr atio n   l a y o u w a s   d ev elo p ed ,   as  w ell  as t h la y o u t o f   it s   co n tr o l s y s te m   w as d e s ig n ed ,   Fig u r 1 2 ,   1 3 .           Fig u r 1 2 .   E co o lin g   j ac k et  ( lef t)   an d   E r o to r   ( r ig h t)   Fig u r 1 3 .   Fu ll - s ize  E la y o u t   ( lef t)       As  r esu l o f   r esear c h ,   th e f f ec tiv e n e s s   o f   o u r   s o lu t io n   h as  b ee n   f u ll y   p r o v ed ,   an d   all   tech n ical   r eq u ir e m en ts   s p ec i f ied   b y   o u r   in d u s tr ial  p ar t n er   w er co m p l i ed   w i th .   A   f u r th er   s tep   i n   o u r   r esear ch   w a s   s tan d   test s   s i m u lat in g   A / C   s y s te m s .       8.   RE SU L T S AN CO NC L U S I O NS   T h u s ,   t h p ap er   d escr ib es  p r o ce s s   o f   m u ltid is cip li n ar y   d esig n   o f   h ig h - p er f o r m a n c E w it h   p er m a n e n m ag n et s   ( P M) ,   p o w er   o f   1 0 0   k W ,   w ei g h t   o f   2 2   k g .   T o g eth er   w it h   t h i s   E G,   we  h a v d ev elo p ed   a   s y s te m   o f   v o ltag s tab ilizatio n   w ei g h in g   1 0 1 2   k g .   E is   co n f ig u r ed   to   2 4 , 0 0 0   r p m ,   w it h   a n   o u tp u t f r eq u e n c y   o f   4 0 0   Hz  ( tw o - p o le  r o to r )   an d   is   d esig n ed   f o r   in te g r atio n   i n to   C SD o f   A / C .   C o m p ar in g   o u r   r es u lts   w it h   wo r k s   o f   o th er   a u t h o r s ,   w ca n   co n clu d t h at  th e   n e w   air cr af t   g e n er ato r   th at  w h av e   cr ea ted   h a s   m i n i m ized   m as s   p ar a m e ter s   at   s u f f icie n tl y   h i g h   en er g y   v alu e s .   T h co n tr o s y s te m   p r o p o s ed   b y   u s   is   o f   p ar tic u lar   v al u i n   t h i s   ca s e,   w h i ch   al s o   o u tp er f o r m s   an alo g s   in   ter m s   o f   m as s   p ar am eter s .   A t t h s a m ti m e,   th m as s   i n   ae r o s p ac in d u s tr y   is   t h m ain   cr iter io n   f o r   m a k i n g   d ec i s io n s ,   s i n ce   it  allo w s   to   s ig n i f ica n tl y   m i n i m ize  t h ec o n o m ic  co s t s   as s o ciate d   w it h   th f u el  e f f icie n c y   o f   th air cr a f t.  T ab le  3   p r o v id es  co m p ar is o n s   o f   o u r   g e n er ato r   an d   k n o w n   ai r cr af t e lectr ic  g e n er ato r s   d escr ib ed   in   [ 1 ]     [ 1 8 ] .       T ab le  3 .   C o m p ar is o n   o f   th d e v elo p ed   g en er ato r   an d   o th er   t y p es o f   g e n er ato r s   w i th   p er m a n en m ag n et s ,   u s ed   o n   v ar io u s   air cr af ts     D e v e l o p e d   p o w e r   g e n e r a t o r   El e c t r i c   g e n e r a t o r   w i t h   p e r ma n e n t   mag n e t a n d   b i a w i n d i n g s   El e c t r i c   g e n e r a t o r   w i t h   p e r man e n t   m a g n e t a n d   f u l l   p o w e r   i n v e r t e r   C o mb i n e d   e x c i t a t i o n   g e n e r a t o r   R a t e d / o v e r l o a d   p o w e r ,   k W   1 0 0   /   1 5 0   1 0 0   /   1 5 0   1 0 0 / 1 5 0   1 0 0   /   1 5 0   G e n e r a t o r   w e i g h t ,   kg   2 4 , 2   2 7 , 2   2 0 , 2   34   C o n t r o l   sy st e w e i g h t ,   k g   12   11   25   5   T o t a l   s y st e m w e i g h t ,   kg   3 6 , 2   3 8 , 2   4 5 , 2   3 9   L o ss e s i n   t h e   s t a t o r   mag n e t i c   c i r c u i t ,   W   6 9 3   6 9 3   7 0 0   1 0 5 0   L o ss e s i n   r o t o r ,   W   1 9 3   2 1 0   3 0 0 350   7 0 0     A e r o d y n a mi c   l o sse s,  W   26   26   26   1 2 0     O h mi c   l o sse s i n   t h e   1 1 5 4   1 1 5 4   1 2 0 0   1 1 5 4   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Hig h - P erfo r ma n ce   Gen era to r   fo r   a   N ew Ge n era tio n   o f A ir cr a fts   ( I s ma g ilo F lu r )   2347   mai n   w i n d i n g ,   W   A d d i t i o n a l   l o sse s,  W   5 2 8   5 2 8   5 5 0   7 0 0   T o t a l   l o ss e s,  W   2 5 9 4   2 6 1 1   2 8 2 6   3 7 2 4       T h an al y s i s   o f   T ab le  3   s h o w s   th at  s i n ce   th r ec ti f ier   an d   th f u ll  p o w er   i n v er ter   ar e   n o u s ed   to g eth er   w i th   o u r   g e n er ato r ,   th ed d y   c u r r en t lo s s es i n   it  cr ea ted   in   p er m a n en m a g n ets ar lo w er   t h an   i n   o t h er   o p tio n s .   T h is   is   d u to   th f ac th at  i n   o u r   g e n er ato r   th ed d y   cu r r en lo s s es  ar i n d u ce d   o n l y   b ec a u s o f   t h e   s p atial  h ar m o n ics  o f   MM F,  t h ti m h ar m o n ics  i n   o u r   g e n er ato r   ar n o s ig n if ica n t.  I n   o th er   co m p eti n g   o p tio n s ,   lo s s e s   i n   p er m a n e n t   m a g n e ts   ar g r ea ter ,   s i n ce   t h ti m h ar m o n ic s   ar s ig n i f ican i n   th e m .   T h co m b i n ed   ex c itatio n   g e n er ato r   is   also   i n f er io r   to   o u r   s o lu ti o n   b o th   i n   ter m s   o f   e f f ic ien c y   a n d   m a s s   o f   t h e   s y s te m .   T ab le  3   s h o w s   t h at  o u r   s y s t e m   h as  m i n i m al  m as s - d i m e n s i o n   p ar a m eter s   a n d   m in i m al   en er g y   lo s s es .   An d   t h is ,   in   th e   ag g r e g ate,   s h o w s   t h h i g h   ef f icie n c y   o f   t h s o lu tio n   d e v elo p ed .   A l l t h is   is   ac h iev ed   d u to   t h e   o p tim a elec tr ic   g e n er ato r   d esi g n .   T h b asis   o f   th i s   m et h o d   w a s   s e f o r th   b y   u s   in   [ 2 4 ] ,   an d   also   t h an k s   to   t h u s e   o f   a   n e w   m et h o d   o f   s tab i lizin g   t h g e n er ato r   v o lta g e.   Ou r   co n cl u s io n s   ar co n f ir m e d   b y   t h r es u lt s   o f   ex p er i m e n tal  s t u d ies o f   th f u l l - s ize  m o d el.       ACK NO WL E D G E M E NT S   T h w o r k   is   d o n in   t h f r a m e w o r k   o f   th p r o j ec 8 . 1 2 7 7 . 2 0 1 7 /HR   " R esear ch ,   d ev elo p m e n a n d   in tr o d u ctio n   o f   ad v an ce d   E lec tr o m ec h a n ical  co n v er ter s   f o r   Au to n o m o u s   o b j ec ts   w it h   h y b r id   p o w er   p lan t"       RE F E R E NC E S   [1 ]   V a n   De G e e st,   e a l. ,   M a c h in e   se lec ti o n   a n d   in it ial  d e sig n   o f   a n   a e ro sp a c e   sta rter/g e n e ra to r,   in   2 0 1 3   IEE E   In ter n a t io n a El e c tric  M a c h in e a n d   Dr ive Co n fer e n c e ,   IEM DC  2 0 1 3 ,   Ch ica g o ,   IL ,   Un it e d   S tate s,  1 2   M a y   2 0 1 3   th ro u g h   1 5   M a y   2 0 1 3 ,   C o d e   9 8 4 4 5 .   [2 ]   E.   G a n e v   S e le c ti n g   th e   Be s El e c tri c   M a c h in e f o El e c tri c a P o w e Ge n e ra ti o n   S y ste m s,”  IEE El e c trica ti o n   M a g a zin e ,   De c e mb e r 2 0 1 4 .   [3 ]   L a h n e   Ha n s - Ch risti a n   a n d   G e rli n g   Die ter  In v e stig a ti o n   o f   Hig h - p e rf o r m a n c e   M a teria ls  in   De sig n   o f   a   5 0 0 0 0   r p m   Hig h sp e e d   In d u c ti o n   G e n e ra to f o Us e   in   A ircra f A p p li c a ti o n s,”  AS T ,   2 0 1 5 ,   p p .   1 1 0 .   [4 ]   K.  Ra jas h e k a ra ,   e a l. ,   H y b rid   F u e Ce ll   P o w e in   A ircra f rt A   f e a sib il it y   stu d y   f o o n b o a rd   p o w e g e n e ra ti o n   u sin g   a   c o m b in a ti o n   o f   so li d   o x id e   f u e c e ll a n d   g a tu rb in e s,”  IEE In d u stry   Ap p l ica ti o n   M a g a zin e ,   2 0 0 8 ,   V o l .   1 4 ,   No .   3 ,   p p .   5 4 6 0 .   [5 ]   X in   Zh a o ,   e a l. ,   Re v iew   o a ircra f e l e c tri c   p o w e s y ste m a n d   a rc h it e c tu re s,”  in   E n e rg y   Co n fer e n c e   ( ENE RGY CON),  IEE In ter n a ti o n a l ,   2 0 1 4 ,   p p .   9 4 9 9 5 3 .   [6 ]   R.   I.   J o n e T h e   M o re   El e c tri c   A ircr a f t:   th e   p a st   a n d   th e   f u t u re ,   El e c trica M a c h i n e a n d   S y ste ms   fo t h e   M o re   El e c tric A irc ra ft ,   1 9 9 9 ,   p p .   1 / 1 - 1 / 4 .   [7 ]   M .   T o se tt i,   e a l. ,   Co n j u g a te  h e a tran sf e a n a l y sis  o f   in teg ra ted   b ru sh les g e n e ra to rs  f o m o re   e l e c tri c   e n g in e s,”  5 th   A n n u a IE EE   En e rg y   Co n v e rs io n   Co n g re ss   a n d   Ex h ib i ti o n .   ECCE   2 0 1 3 ,   De n v e r,   CO,  Un it e d   S tate s,  1 5   S e p tem b e 2 0 1 3   th r o u g h 1 9   S e p te m b e 2 0 1 3 .   p p .   1 5 1 8 1 5 2 5 .   [8 ]   R.   Bo j o i,   e a l. ,   Co n tr o l   o f   sh a f t - li n e - e m b e d d e d   m u lt ip h a se   sta rte r/g e n e ra to f o a e ro - e n g in e ,   IEE T ra n sa c ti o n s   o n   I n d u stria l   El e c tro n ics ,   2 0 1 6 ,   p p .   6 4 1 6 5 2 .   [9 ]   A .   Ca v a g n in o ,   e a l. ,   In teg ra ted   g e n e ra to f o m o re   e lec tri c   e n g in e De sig n   a n d   tes ti n g   o f   a   sc a led - siz e   p ro to ty p e ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   In d u stry   A p p li c a ti o n s ,   2 0 1 3 ,   Vo l.   4 9 .   Iss u e   5 ,   p p .   2 0 3 4 2 0 4 3 .   [1 0 ]   P .   A ru m u g a m ,   e a l. ,   P e rm a n e n t   M a g n e S tarte r - G e n e ra to f o A i rc ra f A p p li c a ti o n ,   S A T e c h n ic a Pa p e 2 0 1 4 - 01 - 2 1 5 7 ,   2 0 1 4 .   DO I:1 0 . 4 2 7 1 / 2 0 1 4 - 01 - 2 1 5 7 .   [1 1 ]   E.   D.  G a n e v ,   Hig h - p e r f o r m a n c e   e lec tri c   d riv e f o a e ro sp a c e   m o re   e lec tri c   a rc h it e c tu re p a rt  -   El e c tri c   m a c h in e s,”  IEE Po we r E n g in e e rin g   S o c iety   Ge n e ra M e e ti n g ,   2 0 0 7 ,   P ES   4 2 7 5 3 4 5 .   [1 2 ]   E.   G a n e v ,   Hig h - Re a c tan c e   P e rm a n e n M a g n e M a c h in e   f o Hig h - P e rf o rm a n c e   P o w e r   Ge n e ra ti o n   S y st e m s,”  S AE   T e c h n ica Pa p e r 2 0 0 6 - 01 - 3 0 7 6 ,   2 0 0 6 .   DO I:1 0 . 4 2 7 1 / 2 0 0 6 - 01 - 3 0 7 6 .   [1 3 ]   Die ter  Ge rli n g   a n d   M o h a m m e d   A ln a jj a r,   S ix - P h a se   El e c tri c a ll y   Ex c it e d   S y n c h ro n o u G e n e ra to fo M o re   El e c tri c   A ircr a f t,   In ter n a ti o n a S y mp o si u o n   Po we El e c tro n ics ,   E lec trica Dr ive s,  Au to ma ti o n   a n d   M o ti o n ,   2 0 1 6 ,   p p .   7 13.   [1 4 ]   F .   M a g n u ss e n ,   a n d   C h .   S a d a ra n g a n i,   W in d in g   f a c to rs  a n d   Jo u l e   lo ss e o f   p e rm a n e n m a g n e m a c h in e w it h   c o n c e n trate d   w in d in g s,”  in   2 0 0 3   IEE In ter n a t io n a El e c tric  M a c h in e &   Dr ive Co n fer e n c e   ( IE M DC  2 0 0 3 ) ,   0 1 - 0 4 . 0 6 ,   M a d is o n ,   W isc o n sin ,   USA .   [1 5 ]   G u ra k u q   Da ja k u ,   e a l. ,   Co m p a riso n   o f   Tw o   F S CW   P M   M a c h in e f o In teg ra ted   T ra c ti o n   M o to r/ G e n e r a to r,   in   2 0 1 5   IE EE   I n ter n a t io n a El e c tric M a c h in e &   Dr ive s Co n fer e n c e   ( I EM DC) ,   p p .   1 8 7 1 9 4 .   [1 6 ]   J. - P .   Be sn a rd ,   e a l. ,   E lec tri c a l   ro tati n g   m a c h in e a n d   p o w e e lec tro n ics   f o n e w   a ircra f e q u ip m e n sy ste m s,”   ICAS - S e c re ta ria t   -   2 5 t h   Co n g re ss   o t h e   In ter n a ti o n a C o u n c il   o th e   Aer o n a u ti c a l   S c ien c e s ,   2 0 0 6 .   [1 7 ]   Ev g e n G a n e v ,   e a l. ,   S y ste m   a n d   m e th o d   f o fa u lt   p ro tec ti o n   f o p e r m a n e n m a g n e m a c h in e s,”  Pa ten US   7 2 7 6 8 7 1   B2 ,   2 0 0 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.