## PENGARUH VARIASI PENAMBAHAN LAPISAN MAGNET DAN JARAK CELAH UDARA ROTOR TERHADAP KINERJA MOTOR DC MAGNET PERMANEN
Sri Kurniati 1 , Sudirman Syam 2
1,2) Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana-Kupang Jl. Adisucipto-Lasiana
Email: sri_kurniati@staf.undana.ac.id, sudirman_s@staf.undana.ac.id Info Artikel

## ABSTRACT
Histori Artikel: Diterima Feb 26, 2022 Direvisi April 25, 2022 Disetujui Apr 30, 2022
A rectangular NdFeB permanent magnet DC motor design has been made and tested experimentally. The use of rectangular permanent magnet rotor teeth made in layers aims to increase the torque of the DC motor. Measurement and testing of DC motor force and torque using a spring balance. In addition, the adjustment of the air gap and the addition of a magnetic layer were carried out to determine the performance of a DC motor with varying rotation. This DC motor design has eight poles with 150 turns per coil and an arrangement of 1-4 layers of permanent magnets with an air gap of 1-4 mm. The results showed that the more layers of permanent magnets with a smaller rotor and stator magnetic air gap, the greater the torque. In measuring the motor's torque with four layers of permanent magnets for an air gap of 1 mm with a field voltage of 50 Volts, the electrical-torque is 0.6910 N-m, and the mechanical- torque is 0.027 N-m at a speed of 780 Rpm. Then at a voltage of 60 Volts with the same  air  gap  distance,  an  electrical-torque  of  0.085  N-m  is  obtained  and  a mechanical-torque of 0.0293 with a speed of 860 rpm Keywords: NdFeB Magnet, Electrical-torque, Mechanical-torque, Rotation

## ABSTRAK
Sebuah desain motor DC magnet permanen NdFeB persegipanjang telah dibuat dan diuji secara ekperimental. Penggunaan gigi rotor magnet permanen persegi panjang dibuat secara berlapis bertujuan untuk meningkatkan torsi motor DC. Pengukuran dan pengujian gaya dan torsi motor DC menggunakan sebuah neraca pegas. Selain itu, pengaturan jarak celah udara dan penambahan lapisan magnet dilakukan untuk mengetahui  kinerja  motor  DC  magnet  permanen dengan  putaran  yang  bervariasi. Desain  motor  DC  magnet  permanen  ini  memiliki  8  kutub  dengan  150  lilitan  per kumparan dan susunan 1 - 4 lapisan magnet permanen dengan jarak celah udara dari 1 - 4 mm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin banyak susunan lapisan magnet permanen dengan jarak celah udara magnet rotor dan stator yang semakin kecil  akan  menghasilkan  torsi  yang  semakin  besar.  Pada  pengukuran  torsi  motor dengan 4 lapisan magnet permanen untuk jarak celah udara 1 mm dengan tegangan medan 50 Volt diperoleh torsi elektris 0,6910 N-m, torsi mekanis 0,027 N-m dengan kecapatan putaran 780 Rpm. Kemudian pada tegangan 60 Volt dengan jarak celah udara 1 mm diperoleh torsi elektris 0,0853 N-m dan torsi mekanis 0,02925 dengan kecepatan putaran 860 rpm.
Kata Kunci: Magnet NdFeB, Torsi-listrik, Torsi-mekanis, Putaran Penulis Korespondensi: Sri Kurniati, Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, Alamat: Jl. Keuangan 2 No. 52 Kupang Email: sri_kurniati@staf.undana.ac.id

## 1. PENDAHULUAN
Motor magnet permanen pertama kali ditemukan dan  dipatenkan  oleh  Howard  Johnson  di  Tahun 1980-an. Prinsip kerjanya berdasarkan gaya tolak menolak magnet sejenis yang dipasang pada rotor dan  stator.  Gaya  tolak  inilah  yang  akan  diubah menjadi  energi  putar.    Konstruksi  utama  dari motor  magnet  permanen  terdiri  dari  rotor  dan stator.  Rotor  memiliki  sumbu  putar  yang memungkinkan  bagian  ini  berputar  karena  daya dorong yang didapatkan dari gaya tolak menolak magnet  yang  ada  dikedua  bagian  utama  motor magnet permanen tersebut [1].
Pengembangan  bahan  magnet  baru  dengan kerapatan  energi  tinggi  dan  koersivitas  tinggi telah  meningkatkan    desain  motor  magnet permanen.  Magnet  kerapatan  energi  tinggi memungkinkan  peningkatan  celah  udara  tanpa pengurangan  kepadatan  medan  magnet  di  celah udara.  Hal  ini  juga  menyebabkan  peningkatan minat  penelitian  pada  motor  sinkron  magnet permanen tanpa slot untuk aplikasi kinerja tinggi. Menurut  [2],  konfigurasi  tanpa  slot  memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan mesin berinti besi seperti, tidak ada torsi cogging, tidak ada  saturasi  besi  pada  gigi  stator,  dan  tidak  ada rugi-rugi  inti  rotor  sehingga  dapat  mengurangi rugi-rugi inti secara signifikan.
Saat  ini,  telah  banyak  dikembangkan  motor  DC magnet  seperti  magnet  permanen  jenis  NdFeB yang  menghasilkan  rugi  yang  rendah  sehingga menghasilkan  kinerja  motor  magnet  yang  tinggi. Magnet NdFeB memiliki sifat magnet yang sangat baik  seperti  pada  nilai  induksi  remanen, koersivitas  dan  energi  produk  yang  lebih  tinggi pula dibandingkan dengan magnet permanen lain [3,  4].  Dengan  memiliki  sifat  magnetik  yang tinggi,  dalam  aplikasinya  magnet  NdFeB  dapat berukuran  lebih  kecil.  Karakteristik  bahan tersebut memungkinkan untuk dapat dimanfaatkan sebagai salah satu alternatif desain motor yang lebih efektif dan efesien [5, 6]. Akan tetapi, walaupun material magnet permanent  dan  desain  motor  magnet  telah mengalami  perkembangan  yang  pesat,  terdapat beberapa  parameter  yang  mempengaruhi  kinerja motor DC tersebut. Salah satu diantaranya adalah jarak celah udara magnet rotor-stator. Rotor motor dapat  berputar  akibat  adanya  gaya  dorong  tarik menarik  antara  magnet  stator  dan  magnet  rotor pada  posisi  dan  jarak  tertentu  antara  keduanya. Hubungan  gaya  dorong  rotor  mempunyai  torsi terhadap  jarak  antara  magnet  rotor-stator  adalah berbanding  terbalik,  sedangkan  hubungan  antara
gaya  dorong  dan  torsi  terhadap  posisi  sudut magnet  berbanding  lurus.  Hal  ini  menunjukan bahwa adanya hubungan antara putaran motor dan jarak  antara  magnet  rotor-stator,  sudut  yang dibentuk  oleh  kedua  magnet  dan  jumlah  pasang magnet yang digunakan [1]. Selain itu, nilai fluks magnet  juga  turut  berperan  penting  dalam meningkatkan torsi motor. Hal ini telah dianalisis menggunakan  metode  elemen  hingga  atau Finite Element Method (FEM) oleh [5].
Berkaitan  dengan  itu,  beberapa  studi  lainnya menjelaskan  bahwa  salah  satu  teknik  untuk meningkatkan  torsi  magnet  permanen  adalah dengan  menggunakan  segmen  magnet  permanen yang disusun secara berlapis. Dengan memasang magnet  permanen  secara  berlapis  sama  dengan menghubungkan  magnet  secara  paralel.  Dalam teori rangkaian magnet terdapat kesamaaan dalam rangkaian  listrik.  Sifat  rangkaian  magnet  yang disusun secara paralel sama dengan menghubungkan tahanan paralel dalam rangkaian listrik. Artinya, apabila rangkaian magnet disusun secara  paralel  sama  dengan  menurunkan  nilai reluktansi  yang  berbanding  terbalik  dengan  nilai flux.  Menurut  [6]  apabila  nilai  reluktansi  rendah maka,  nilai  flux  akan  menjadi  lebih  tinggi  dan dapat meningkatkan torsi dari motor. Oleh karena itu, tujuan dari paper ini adalah untuk mengetahui pengaruh  penambahan  lapisan  magnet  dan  jarak celah  udara  antara  rotor  dan  stator  terhadap kinerja motor magnet permanen.

## 2. METODE PENELITIAN

## A. Alat Penelitian
Alat penelitian yang digunakan untuk melakukan pengujian  desain  pada  motor  DC  magnet permanen sebagai berikut:
- Multimeter
- Teslameter
- Tachometer
- Spring balance (Neraca pegas)
- Power suplay (Regulator DC)

## B. Bahan yang digunakan
- Seperangkat lapisan magnet jenis NdFeB dengan ukuran 10 mm x 20 mm x 1 mm.
- Dua piringan akrilik
- Belitan kumparan stator
- Capasitor DC 450 𝜇 F/500 VDC
- Poros/AS

## C. Metode Penelitian
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  metode  eksperimental  dengan  melakukan
perancangan,  pembuatan,  dan  pengujian  torsi motor  DC  magnet  permanen.  Pengujian  dan pengambilan  data  dilakukan  di  Laboratorium Teknik  Elektro,  Fakutas  Sains  dan  Teknik, Universitas  Nusa Cendana. Parameter  yang  diuji pada  desain  motor  DC  ini  adalah  kecepatan putaran  dan  torsi  motor  terhadap  pengaruh tegangan  input  dan  variasi  lapisan  magnet  rotor. Gambar 1 dan 2 memperlihatkan desain pengujian torsi motor dan pengujian prototipe di Laboratorium.
(a) F1 F2 D 1 2 3 4 5 6 (b)
Gambar 1. Desain Pengujian; (a) Pengujian Elektris; (b) Pengujian Mekanis
Keterangan:
1. Ulir pengatur beban
2. Neraca Pegas ( Spring Balance )
3. Sabuk transmisi
4. Motor penggerak
5. Pully
6. Rangka
(a) (b)
Gambar 2. Pengujian Prototipe Motor DC Magnet Permanen; (a) Tampak Depan; (b) Tampak Samping

## D. Desain Motor DC Magnet Permanen

## 1. Rotor magnet permanen
Rotor merupakan bagian generator yang berputar, terbuat  dari  papan  akrilik  berbentuk  lingkaran. Gambar  3  memperlihatkan  desain  rotor  dalam empat  variasi,  masing-masing  dipasangkan magnet 1 lapis, 2 lapis, 3 lapis dan 4 lapis.
Gambar 3. Desain Rotor
2. Desain Stator Motor DC Magnet Permanen Stator  adalah  bagian  yang  diam,  stator  dibuat menggunakan bahan akrilik. Pada stator dipasang lilitan  kumparan  yang  disusun  secara  seri. Kumparan  stator  dirancang  sebanyak  150  per kumparan  yang  terdiri  dari  8  kutub  yang  sesuai dengan perhitungan pada belitan stator. (Gambar 4).

## Gambar 4. Desain Kumparan Stator
3. Desain prototipe motor
Gambar 5 memperlihatkan desain prototipe motor magnet  permanen  yang  menggunakan  magnet NdFeB  persegi  panjang  yang  disusun  menjadi empat lapis.
Gambar 5 . Desain Prototipe Motor Magnet Permanen

## E. Diagram Alir Penelitian
Tahapan  penelitian  ini  sesuai  diagram  alir  yang diperlihatkan dalam Gambar 6.
Gambar 6. Diagram Alir Penelitian

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 1.1 Hasil Penelitian

## A. Spesifikasi Hasil Perancangan Motor
Magnet Hasil perancangan pada desain motor DC magnet permanen jenis
NdFeB dapat dilihat spesifikasinya pada Tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi Generator Parameter Nilai Kerapatan Fluks  (Br) - 1 lapis magnet
- 2 lapis magnet
- 3 lapis magnet
- 4 lapis magnet 117,97 mT 147,66 mT 181,25 mT 202,51 mT Jumlah Magnet 16 buah Radius dalam Magnet 0.145 m Radius luar Magnet 0.165 m Celah udara 1, 2, 3, 4 (mm) Diameter Rotor 20 cm Ketebalan rotor 8 mm Diameter puli 4.5 cm Kecepatan putaran 750 Rpm
Jumlah lilitan 150 Jumlah kutub 8 Jumlah Phasa 1 Dimensi magnet : panjang 2 cm Lebar magnet 1 cm Tinggi magnet 1 mm Frekuensi 50 Hz B. Perhitungan Belitan Stator ▪ Fluks magnet rata-rata 𝐵 𝑚𝑎𝑥 = 0.2025117 0,02 0,02+0,004 = 0.144 𝑚T ▪ Luasan Magnet
𝐴 𝑚 = 3.14 ( 0.165 2 −0.145 2 )− 0.022 (0.165− 0.145)16 16 = 0.77675 𝑚 2
▪ Fluks magnet maksimal
ø 𝑚𝑎𝑥 = 0.77675 𝑚 2 × 0.144 T = 0.111852 Wb
▪ Menentukan banyak lilitan (E = 24 V)
N = 24 4.44 𝑥 50 𝑥 0.8𝑥 0.111852 = 1208.16 belitan.
Jumlah lilitan tiap kumparan:
= 1208.16 8 = 151.020 ≈ 150 lilitan perkumparan.

## C. Pengujian Komposisi Rotor Magnet yang disusun secara  Berlapis
Dalam  pengujian  motor  magnet  ini  diberikan tegangan  input  (tegangan  medan  stator)  yang bervariasi  pada  setiap  lapisan  magnet  yakni 40V,  50V  dan  60V.  Berdasarkan  Gambar  2, pengukuran  dilakukan  untuk  memperoleh  nilai torsi  mekanis  dan  torsi  elektris  sesuai  dengan variasi  beban  yang  diberikan.  Torsi  mekanis diperoleh berdasarkan pengukuran gaya, sedangkan  torsi  listrik  diperoleh  berdasarkan pengukuran  daya  output  motor  yang  terukur. Dalam  hal  ini  pemberian  beban  dilakukan dengan mengatur ulir dari neraca pegas sampai motor  berhenti  berputar.  Kemudian  dilakukan variasi  dengan  mengatur  jarak  celah  udara piringan rotor dan stator dari 1 – 4 mm. Untuk membandingkan torsi dengan beban yang bervariasi  terhadap  jarak  celah  udara  dapat
terlihat  pada  Tabel  2.  Data  hasil  pengujian putaran,  arus,  tegangan  dan  besar  gaya  yang diukur untuk magnet permanen persegi panjang susunan 1-4 lapisan dengan jarak celah udara 1- 4  mm.  Arus  yang  besar  dipengaruhi  oleh
dimensi  kawat  dan  jumlah  lilitan.  Selain  itu, Tabel 2 memperlihatkan juga hasil pengukuran arus dan gaya motor mulai dari beban nol sampai pembebanan penuh (motor berhenti /
pengereman).
Tabel 2. Hasil Pengukuran  Rotor Magnet yang disusun secara Berlapis
No Teg. input 1 Lapis 2 Lapis 3 Lapis 4 Lapis Arus F1 F2 (N)  Arus  F1 F2 (N) Arus F1 F2 (N) Arus F1 F2 (N) (V) (I) (N) (N) (Rpm)  (I) (N)  (N)  (Rpm) (I) (N)  (N)  (Rpm) (I) (N) (N) (Rpm) 1. 40 2.6 0 0 490 2.6 0 0 535 2.7 0 0 544 4.7 0 0 674 2.5 0.2 0.4 450
2.6 0.2 0.4 500 2.7 0.2 0.4 540 4.5 0.2 0.5 630 0 0.2 0.6 0 0 0.2 0.7 0 2.6 0.2 0.5 509 4.4 0.3 0.7 547 2.5 0.3 0.8 434 4.3 0.3 1 530 2.3 0.3 0.9 379 4.2 0.3 1.1 500 0 0.3 1 0 0 0.3 1.3 0 2. 50 2.8 0 0 550 3.1 0 0 570 3.6 0 0 640 4.8 0 0 780 2.7 0.2 0.5 520 3 0.2 0.5 490 3.5 0.3 0.5 582 4.7 0.2 0.5 730 2.6 0.2 0.6 460 0 0.2 0.8 0 3.3 0.3 0.8 540 4.6 0.3 1 636 3 0.3 0.9 480 0 0.3 1.5 0 2.9 0.3 1 450 0 0.3 1.2 0 3. 60 2.9 0 0 560 3.5 0 0 634 3.7 0 0 734 5.2 0 0 860 2.8 0.2 0.5 520
3.3 0.2 0.5 585 3.6 0.2 0.5 675 5.1 0.2 0.5 820 2.7 0.3 0.7 480
2.8 0.2 0.6 490 3.5 0.3 0.8 619 5 0.2 0.7 767 0 0.3 0.9 0 0 0.2 0.9 0 3.4 0.3 1 589 4.9 0.2 1 730 0 0.4 1.5 0 4.7 0.2 1.3 632 0 0.2 1.5 0
(a) (b)
(c)                                                                           (d)
Gambar 7. Hubungan Variasi Lapisan Magnet terhadap Tegangan dan Putaran motor: (a) 1 Lapisan Magnet; (b) 2 Lapisan Magnet; (c) 3 Lapisan Magnet; (d) 4 Lapisan Magnet
490 550 560 460 540 545 30 35 40 45 50 55 60 65 70 400 500 600 700 800 900 T egan gan ( V ) Putaran (Rpm) 1   L a p i s a n   M a g n e t  P e r m a n e n 1 mm 2 mm 535 570 634 510 555 610 475 530 580 425 480 530 30 40 50 60 70 400 500 600 700 800 900 T egan gan ( V ) Putaran (Rpm) 2 Lapisan magnet Permanen 1 mm 2 mm 3 mm 4 mm 544 640 734 510 600 700 480 540 620 450 500 600 30 35 40 45 50 55 60 65 70 400 500 600 700 800 900 T egan gan ( V ) Putaran (Rpm) 3 Lapisan Magnet Permanen 1 mm 2 mm 3 mm 4 mm 674 780 860 600 651 750 500 576 700 470 538 666 30 35 40 45 50 55 60 65 70 400 500 600 700 800 900 T egan gan ( V ) Putaran (Rpm) 4 Lapisan Magnet Permanen 1 mm 2 mm 3 mm
Gambar  7  memperlihatkan  hubungan  variasi tegangan  input  dan  putaran  dari  motor  dengan menggunakan rotor magnet 1 - 4 lapisan magnet dan variasi  jarak  celah  udara  1  -  4  mm.  Berdasarkan Gambar 8 (a) terlihat bahwa pada penggunaan magnet persegi panjang dengan susunan 1 lapis (117,97 mT), motor  magnet  hanya  mampu  berputar  pada  jarak celah  udara  1-2  mm.  Hal  ini  disebabkan  pengaruh fluks  yang  semakin  kecil  ketika  jarak  celah  udara diperbesar. Kemudian putaran maksimun yang terjadi pada  jarak  1  mm  hanya  mencapai  490  Rpm  dengan tegangan  input  40  V DC .  Kecepatan  motor  dapat dinaikkan  menjadi  550  Rpm  dan  560  Rpm  dengan menaikkan tegangan input menjadi 50 – 60 Volt. Selanjutnya, terlihat Gambar 7 (b), (c), dan (d) terjadi peningkatan  putaran  motor  sebanding  dengan penambahan lapisan magnet menjadi 2-4 lapis. Pada susunan  magnet  2  lapis  (147,66  mT)  dengan  jarak terkecil  1  mm  dengan  tegangan  input  40  Volt, diperoleh peningkatan putaran dari 544 Rpm menjadi 674 Rpm. Berturut-turut untuk magnet 3 lapis (181,25 mT) diperoleh peningkatan putaran 544 Rpm, dan 4 lapis  (202,51  mT)  dengan  putaran  674  Rpm. Demikian  halnya  dengan  perubahan  tegangan  input sampai 60 Volt diperoleh putaran maksimun menjadi 634 Rpm (magnet 2 lapis), 734 Rpm (magnet 3 lapis), dan 860 Rpm (magnet 4 lapis).
Seperti  halnya  dengan  magnet  1  lapis,  ketika  jarak celah udara diperbesar maka penambahan magnet 2 – 4  lapis  juga  akan  mengalami  penurunan  putaran. Akan tetapi, berbeda dengan susunan magnet 1 lapis, dimana penambahan magnet 2 - 4 lapis masih mampu berputar dengan jarak sampai 4 mm.

## D. Pengujian Torsi Motor DC Magnet Permanen
Torsi  adalah  ukuran  kekuatan  atau  gaya  yang  dapat menyebabkan  objek  berputar  [7]  .  Pengujian  torsi dilakukan  dengan  menggunakan  desain  penelitian seperti  Gambar  2.    Dalam  pengujian  ini  dilakukan pengambilan data torsi statis dan dinamis. Torsi statis adalah  torsi  yang  tidak  menghasilkan  percepatan sudut  dimana  kondisi  motor  DC  dalam  keadaan mengalami  pengereman  atau  pembebanan  penuh. Sebaliknya,  torsi  dinamis  adalah  kondisi  dimana motor  DC  dalam  keadaan  berputar  baik  dalam keadaan  berbeban  atau  tanpa  beban.  Pengambilan
data ini dilakukan pada setiap variasi susunan magnet untuk  1  lapisan,  2  lapisan,  3  lapisan  dan  4  lapisan dengan variasi jarak celah udara 1 mm, 2 mm, 3 mm dan 4 mm. Kemudian data yang terukur ini  masing- masing  dilakukan  perhitungan  torsi  sesuai  dengan rumus  untuk  torsi  mekanis  (pengukuran  gaya)  dan untuk torsi elektris (pengukuran daya listrik) sebagai pembanding.
Berdasarkan  data  dari  hasil  pengukuran  Tabel  2 maka,  dapat  dihitung  nilai  torsi  elektris  dan  torsi mekanis  dengan  mengambil  sampel  magnet  1  lapis, sebagai berikut:
- Torsi mekanis: 𝜏 𝑚 = 𝐹. 𝑟 (5)
Dimana: F = F 2 - F 1 𝐹 = 0.4 − 0.2 = 0.2 𝑁
dan r diperoleh dari diameter puli (D= 45 cm) atau r = 0.0045/2 = 0.0225 m
Dengan demikian diperoleh:
𝜏 𝑚 = 0.2 𝑥 0.0225 = 0.0045 𝑁 − 𝑚
- Torsi elektris 𝜏 𝑒 = 𝑃/𝜔 (6)
dimana:
P = V. I        (Watt)                               (7) = 40 𝑥 2.5 = 100 𝑊𝑎𝑡𝑡
dan 𝜔 = 2𝜋𝑓𝑁 60
𝜔 = 2 𝑥 3.14 𝑥 50 𝑥 450 60 = 141300 60 = 2355 𝑟𝑎𝑑/𝑠
diperoleh:
𝜏 𝑒 = 100 2355 = 0.04246 𝑁 − 𝑚
Dengan cara yang sama, maka nilai torsi mekanis dan torsi  elektris  dapat  diperoleh  berdasarkan  hasil pengujian  pada  setiap  perubahan  beban  yang diberikan  pada  motor  magnet.  Gambar  8  dan  9 memperlihatkan    pengujian  torsi  motor  DC  untuk komposisi  1  lapisan  dan    4  lapisan  magnet  dengan mengambil sampel jarak celah udara  1 mm.
(a) (b)
Gambar 8. Pengujian Torsi Motor dengan komposisi 1 Lapisan Magnet: (a) Torsi Elektris; (b) Torsi Mekanis
(a) (b)
Gambar 9. Pengujian Torsi Motor dengan komposisi 4 Lapisan Magnet: (a) Torsi Elektris; (b) Torsi Mekanis
Terlihat bahwa semakin besar input tegangan yang diberikan  pada  belitan  medan  stator  sebanding dengan  besar  torsi  yang  dihasilkan  oleh  motor magnet.  Sebaliknya,  semakin  besar  putaran  motor maka semakin kecil torsi motor yang terjadi. Hal ini sesuai  dengan  rumus  torsi  motor  yang  diberikan dalam  Pers.  (6).  Demikian  halnya  dengan  adanya penambahan  lapisan  gigi  magnet  rotor  juga berpengaruh terhadap torsi yang terjadi pada motor magnet. Sebagai contoh, dalam pengujian komposisi magnet 1 lapis dengan tegangan input 40 Volt  diperoleh  torsi  elektris  sebesar  0,04246  N-m dan  mengalami  peningkatan  sebesar  0,0642  N-m pada  komposisi  magnet  4  lapis.  Demikian  halnya untuk  torsi  mekanis,  pada  torsi  maksimun  untuk
tegangan  input  40  Volt  diperoleh  0,009  N-m  pada komposisi magnet 1 lapis menjadi 0,0225 N-m pada komposisi magnet 4 lapis.

## E. Pengaruh  Torsi  terhadap  Jarak  Celah Udara dan Variasi Lapisan Magnet
Untuk  mengetahui  pengaruh  torsi  motor  magnet terhadap  jarak  celah  udara  dan  variasi  lapisan magnet,  maka  dalam  pengujian  ini  digunakan tegangan input 50 Volt dan 60 Volt. Perbandingan pengukuran  nilai  torsi    diukur  berdasarkan  variasi lapisan  magnet  rotor  dengan  komposisi  dari  1 sampai  4  lapisan  magnet  pada  jarak  celah  udara  1 mm.  Gambar  10  memperlihatkan  pengaruh  torsi
0.04246 0.04046 0.054 0.0496 0.0486 0.0645 0.0617 0.0594 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 400 450 500 550 600 To rs i E le kt ri s (N -m) Putaran (Rpm) Torsi Elektris 40 V 50 V 60 V 0.009 0.0045 0.01125 0.009 0.00675 0.0135 0.01125 0.009 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 400 450 500 550 600 T o rsi Me ka n is (N -m) Putaran (Rpm) Torsi Mekanis 40 V 50 V 60 V 0.0642 0.062 0.0615 0.0546 0.0533 0.0853 0.077 0.0743 0.0713 0.0693 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 450 550 650 750 850 950 To rs i E le kt ri s (N -m) Putaran (Rpm) Torsi Elektris 40 V 50 V 60 V 0.0225 0.018 0.01575 0.009 0.00675 0 0.027 0.018 0.00675 0 0.02925 0.02475 0.018 0.01125 0.00675 0 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0 200 400 600 800 1000 To rs i M ek an is ( N -m) Putaran (Rpm) Torsi Mekanis 40 V 50 V 60 V
motor terhadap komposisi magnet rotor.
Berdasarkan Gambar 10 terlihat pengaruh peningkatan  torsi  motor  untuk  setiap  penambahan lapisan  magnet  NdFeb  berbentuk  persegipanjang. Pada  komposisi  magnet  1  lapis  dengan  tegangan input  50  Volt  diperoleh  torsi  mekanis  sebesar 0.01125 N-m dan torsi elektris sebesar 0,054 N-m. Demikian  halnya  untuk  tegangan  input  60  Volt terjadi  peningkatan  torsi  mekanis  sebesar  0,01575 N-m  dan  torsi  elektris  sebesar  0,0645  N-m. Selanjutnya, terlihat juga bahwa adanya penambahan  setiap  lapisan  pada  magnet  rotor berpengaruh  pada  peningkatan  torsi  motor  pada setiap  lapisannya.  Hal  ini  disebabkan,  karena adanya pengaruh penambahan fluks magnet ketika lapisan magnet ditambahkan. Sebagai contoh untuk torsi  mekanis  dengan  komposisi  magnet  1  lapis dengan  tegangan  input  50  Volt  berturut-turut diperoleh  peningkatan  torsi  dari  0,01125  N-m menjadi 0, 0135 N-m (2 lapis), 0,0135 N-m (3 lapis) dan 0,027 N-m (4 lapis).   Disini juga terlihat bahwa, torsi elektris lebih besar dibandingkan dengan torsi mekanis.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  pengukuran torsi  elektris  diperoleh  pada  daya  input  motor, sedangkan torsi mekanis diperoleh pada daya output motor.

## 1.2 Pembahasan hasil penelitian
Terdapat  beberapa  parameter  yang  mempengaruhi kinerja  motor  magnet  permanen  seperti  tegangan input,  jarak  celah  udara  dan  fluks  magnet  rotor. Sesuai  dengan  hasil  analisis  atas  pengujian  untuk pengaruh tegangan input terhadap putaran menunjukan  bahwa,  semakin  besar  tegangan  input semakin  besar  kecepatan  putaran  pada  motor  DC magnet  permanen.  Hal  yang  sama  juga  sudah dikemukakan oleh [8] bahwa nilai torsi meningkat seiring meningkatnya input tegangan. Dalam hal ini menunjukkan bahwa besar tegangan jangkar medan akan mempengaruhi putaran motor DC. Selain itu, arah  putaran  dari  motor  DC  magnet  permanen ditentukan  oleh  arah  arus  yang  mengalir  pada jangkar.
Selanjutnya, salah satu keistimewaan dari motor DC magnet  permanen  ini  adalah  kecepatannya  dapat dikontrol dengan mudah. Kecepatan motor magnet permanen  berbanding  langsung  dengan  nilai tegangan yang diberikan di jangkar [9]. Sebaliknya, kecepatan  motor  berbanding  terbalik  dengan torsinya. Menurut [10], torsi hasil perhitungan dari putaran  motor  cenderung  meningkat  dengan menurunnya  putaran  jangkar  sesuai  dengan literatur. Seperti  yang  telah  dijelaskan  dalam  Pers.
(5), gaya yang timbul pada rotor akan menghasilkan momen putar atau torsi.
Kemudian kecepatan putaran juga dipengaruhi oleh jarak  celah  udara  dan  variasi  penambahan  lapisan magnet. Artinya bahwa semakin besar penambahan lapisan  magnet  dengan  jarak  celah  udara  yang semakin  kecil  maka  kecepatan  putarannya  juga akan semakin besar. Demikian sebaliknya, semakin kecil lapisan magnet dan jarak celah udara semakin besar  maka  kecepatan  putarannya  akan  semakin menurun. Berdasarkan hasil pengujian dan pengukuran  pada  kecepatan  putaran  pada  desain motor  DC  magnet  permanen  terbukti  bahwa, dengan  inputan  tegangan  medan  tertinggi  60  Volt terhadap  4  variasi  penambahan  lapisan  magnet diperoleh kecepatan putaran yang lebih besar. Pada penambahan 4 lapisan magnet diperoleh kecepatan putaran tertinggi yaitu 860 Rpm dengan jarak celah udara 1 mm untuk inputan tegangan medan 60 Volt. Hasil  ini  lebih  besar  dibandingkan dengan  inputan tegangan  medan  40  Volt  dan  50  Volt  terhadap  1 lapisan  magnet,  2  lapisan  magnet  dan  3  lapisan magnet dengan jarak celah udara 1 - 4 mm. Hal yang sama  juga  sudah  dibuktikan  oleh  [11]  dalam perancangan  magnetic  gear  dan  generator  aksial [12]  [13].  Ketika  lapisan  magnet  NdFeB  persegi panjang  disusun  secara  paralel  akan  mengurangi reluktansi  magnet  dibanding  disusun  secara  seri sehingga  dapat  menurunkan  reluktansi  magnet berkurang dan dapat meningkatkan fluks magnet. Berkaitan  dengan  pengaruh  lapisan  magnet  rotor terhadap  torsi  motor  DC  magnet  permanen menunjukan  bahwa,  penambahan  lapisan  magnet dapat  mempengaruhi  perolehan  nilai  torsi  motor. Dalam  hal  ini,  semakin  banyak  lapisan  magnet  (4 lapisan)  maka  fluks  magnet  akan  semakin  besar sebanding dengan nilai torsi torsi motor. Dalam hal ini  fluks  magnet  rotor  akan  berpengaruh  langsung dengan torsi motor DC. Hal ini juga menunjukkan bahwa  semakin  besar  diameter  magnet  semakin besar  juga  fluks  yang  dihasilkan  oleh  magnet tersebut, Dengan demikian, semakin besar diameter motor  semakin  besar  torsi  yang  dihasilkan  oleh motor  magnet.  Hal  ini  juga  telah  dikemukan  oleh [14],  semakin  besar  dimensi  magnet  akan mempengaruhi torsi motor. Seperti yang diperlihatkan dalam Tabel 2 berturut-turut diperoleh pengukuran  fluks  magnet  sebesar  117.97  mT  (1 lapisan  magnet),  146.67  mT  (2  lapisan  magnet), 181.25  mT  (3  lapisan  magnet),  dan  202.54  mT  (4 lapisan  magnet).  Terlihat  juga  dalam  Gambar  11 bahwa  dengan  penambahan  4  lapisan  magnet permanen  persegi  panjang  memperoleh  nilai  torsi yang  lebih  besar  dibandingkan  dengan  ketiga variasi  lapisan  magnet  lainnya.  Dari  hasil
pengukuran pada komposisi rotor dengan 4 lapisan magnet permanen dengan tegangan medan 60 Volt, dan jarak celah udara 1 mm diperoleh torsi elektris maksimum 0,0853N-m, dan torsi mekanis maksimum 0,02925 N-m.

## 4.  KESIMPULAN
Berdasarkan    hasil  pengukuran  dan  analisis    pada desain  motor  DC  magnet  permanen  dengan menggunakan  magnet  NdFeb  persegi  panjang diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Tegangan  input  medan  dapat  mempengaruhi kecepatan putaran pada desain motor DC magnet permanen.    Semakin  besar  tegangan  input dengan  lapisan  magnet  yang  semakin  banyak terhadap  jarak  celah  udara  yang  semakin  kecil akan menghasilkan kecepatan putaran yang lebih besar.
2. Variasi  penambahan  lapisan  magnet  dapat meningkatkan torsi motor DC magnet permanen. Hasil  pengukuran  membuktikan  bahwa  pada  4 lapisan  magnet  memperoleh  nilai  fluks  lebih besar  sehingga  dapat  meningkatkan  perolehan torsi. Peningkatan torsi berbanding lurus dengan nilai fluks magnet yang dipasang pada rotor. 3. Hasil pengujian menunjukan bahwa, jarak celah udara  pada  desain  motor  DC magnet  permanen dapat  berpegaruh  pada  torsi  motor.  Semakin kecil  jarak  celah  udara,  torsi  motor  semakin besar,  sebaliknya  semakin  besar  jarak  celah udara  maka  torsi  motor  DC  magnet  permanen akan  semakin  menurun.  Dari  hasil  pengukuran dapat  membuktikan  bahwa,  jarak  celah  udara 1 mm diperoleh torsi yang lebih besar.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada Kepala Laboratorium Teknik Elektro,  Fakultas  Sains  dan  Teknik  yang  telah memberikan fasilitas dalam pengujian dan pengambilan data dalam penelitian ini

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Sumardjati,  “Motor  Magnet  Permanen Sebagai Penghasil Gaya Dan Putaran Tanpa Energi  Listrik,” Ind.  Res.  Work.  Natl. Semin. , vol. 3, no. 29, p. 156, 2012.
[2] J.  Santiago  and  H.  Bernhoff,  “Comparison between  axial  and  radial  flux  PM  coreless machines  for  flywheel  energy  storage,” J. Electr. Syst. , vol. 6, no. 2, pp. 1–13, 2010.
[3] M.  J.  Kramer,  R.  W.  Mccallum,  and  I.  A. Anderson,  “Prospects  for  Non-Rare  Earth
Permanent Magnets for Traction Motors and Generators,”  vol.  64,  no.  7,  pp.  752–763, 2012, doi: 10.1007/s11837-012-0351-z.
[4] M.  T.  Thompson,  “Practical  Issues  in  the Use  of  NdFeB  Permanent  Magnets  in
Maglev, Motors, Bearings and Eddy Current Brakes,” 2008.
[5] N.  Chen,  S.  L.  Ho,  and  W.  N.  Fu,
“Optimization of Permanent Magnet Surface Shapes of Electric Motors for Minimization of Cogging Torque Using FEM,” vol. 46, no.
6, pp. 2478–2481, 2010.
[6] S. Syam, S. Soeparman, D. Widyanuriawan, and  S.  Wahyudi,  IOP  Conference  Series : Materials  Science  and  Engineering  Paper Open  Access,  "A  New  Design  of  Magnetic Gear  Axial  using  a  Rectangular  NdFeB Magnetic Layer,” 2019, doi: 10.1088/1757- 899X/494/1/012053.
[7] Z.  Abidin  and  A.  Adam,  “Design  of Prototype  Dynamic  Ac  Power  Machine With  Equivalent  Circuit  Modeling  (Torque Speed Curve of Induction Motor 1,1, Kw),” J. Media Elektro , vol. VI, no. 2, pp. 34–38, 2017, doi: 10.35508/jme.v0i0.579.
[8] S.  A.  Ananda,  J.  S. S,  and B.  A. S,  “Studi Penggunaan Permanen Magnet Servo Motor Tegangan 460 V DC 1850 Rpm Pada Mesin Potong Karton,” J. Tek.  Elektro ,  vol.  2,  no. 2, pp. 98–104, 2002, doi: 10.9744/jte.2.2.
[9] B. J. Hutagaol, “Analisa pengaruh kecepatan putar dan beban terhadap keluaran generator sinkron  tiga  phasa  kecepatan  rendah,” Saintek ITM , vol. 32, pp. 16–20, 2019.
[10] A.  Hindasyah  and  S.  Agus,  “Uji  fungsi magnet  permanen  elastis  p3ib  pada  motor listrik arus searah,” Pros. Semin. Nas. Bahan Magn. I, Serpong , pp. 82–86, 2000.
[11] S.  Syam,  S.  Kurniati,  and  R.  Ramang, “Design  and  characteristics  of  axial magnetic gear using rectangular magnet,” J. Eur.  des  Syst.  Autom. ,  vol.  53,  no.  2,  pp. 167–175, 2020, doi: 10.18280/jesa.530202.
[12] S.  Syam,  S.  Kurniati,  and  I.  Artikel, “Rancang Bangun Generator Aksial dengan Menggunakan  Magnet  Permanen  NdFeB Persegi Panjang,” J. Media Elektro , vol. X, no. 2, pp. 57–64, 2021.
[13] S.  Syam,  W.  F.  Galla,  and  S.  Kurniati, “Characteristics  and  Performance  of  an AFPM  Generator  Design  Using  Coin- Shaped  NdFeB  Magnets,” Int.  J.  Res.  Eng.
Sci. , vol. 9, no. 8, pp. 28–33, 2021.
[14] R.  Kumalasari,  “Pengaruh  Diameter Kumparan  Armature  Terhadap  Torsi  dan
Daya  Motor  Listrik,” Skripsi,  Jur.  Tek.
MEsin, Univ. Negeri Semarang , 2019.