Mekanik dolaşım destek sistemleri için eksenel akılı motor tasarımı ve gerçeklenmesi
Axial flux motor design and implementation for mechanical circulation support systems
Yazar: YİĞİT KARABULUT
Danışman: PROF. DR. ERKAN MEŞE
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tezde mekanik dolaşım destek (MDD) sistemleri için bir eksenel akılı kalıcı mıknatıs senkron motoru (EAKMSM) tasarımı ve gerçeklemesi yapılmıştır. MDD sistemlerinde genel olarak radyal akılı geleneksel elektrik motorları kullanılmaktadır. Radyal akılı motorların kullanımı, sıvı akış performansı gibi açılardan MDD sistemine dezavantajlar sağlamaktadır. EAKMSM- lerin MDD sistemleri içine gömülü olarak yerleştirilmesi sıvı akış performansını düzelterek hemoliz gibi MDD sistemlerin en büyük sorunlarından birine karşı alternatif bir pompa tasarımı sağlamaktadır. EAKMSM'lerin gömülü olarak yerleşiminin bir diğer avantajı iki adet olarak sisteme entegre edilerek MDD sisteminin güvenilirliğini arttırmakta ve ölüm oranını aşağı çekmektedir.
Tez kapsamında ilk olarak mevcut MDD sistemin güç ve akış hızı gibi gereksinimleri belirlenmiş ardından analitik hesaplamalar yapılmıştır. Yaklaşık fiziki motor büyüklükleri bulunarak bilgisayar ortamında sonlu elemanlar analizi programları ile optimizasyon analizi yapılarak EAKMSM'ler için gerekli nihai fiziksel büyüklükler, oluk/kutup sayısı ve sarım sayısı gibi değerler ortaya çıkarılmıştır. Bunun yanında eksenel akılı motorların üretiminde kullanılabilecek malzemeler araştırılmıştır. Çünkü radyal akılı elektrik motorlarda girdap akım kayıplarına karşı kullanılan lamine çelik malzemeler ile EAKMSM üretimi sağlanamamaktadır. Bu konuda yumuşak manyetik kompozit (YMK) ve tane yönlendirilmiş lamine çelik (TYLÇ) olmak üzere iki farklı malzeme seçilmiştir. Bu malzemeler kullanılarak aynı özelliklere sahip iki farklı EAKMSM fiziki olarak üretilmiştir. Her iki EAKMSM laboratuvar ortamında test edilerek performans verileri elde edilmiştir. Farklı malzemelerin motor gücü, kaçak endüktans değerleri ve ters elektromotor kuvveti gibi durumlar üzerine olan etkileri incelenmiştir. Son olarak mevcut MDD sistemi içine EAKMSM yerleştirilerek gerekli testler yapılmıştır.

Abstract:
This thesis presents the design and implementation of an axial flux permanent magnet synchronous motor (AFPMSM) for mechanical circulatory support (MCS) systems. Generally, MCS systems are constructed using radial flux conventional electric motors. However, this configuration poses disadvantages for the MCS system, especially in terms of liquid flow performance. Embedding AFPMSMs within MCS systems addresses one of the major issues, such as hemolysis, and offers an alternative pump design that improves liquid flow performance. Another advantage of embedding AFPMSMs is the enhancement of system reliability and reduction of mortality rates through the integration of two units.
Initially, the requirements of the existing MCS system, such as power and flow rate, were determined. Subsequently, analytical calculations were conducted. Approximate physical motor dimensions were estimated, and optimization analysis using finite element methods was performed in a computer environment to determine the final physical dimensions of AFPMSMs, including groove/pole numbers and winding counts. Additionally, materials suitable for the production of axial flux motors were investigated, as the laminated steel materials used for radial flux electric motors are not suitable for AFPMSM production due to eddy current losses. In this context, two different materials were selected: Soft Magnetic Composite (SMC) and Grain-Oriented Laminated Steel (GOLS). Using these materials, two distinct AFPMSMs with identical specifications were physically manufactured. Both AFPMSMs were tested in a laboratory environment to collect performance data. The effects of different materials on motor power, leakage inductance values, and back electromotive force were studied. Finally, an AFPMSM was integrated into the existing MCS system, and necessary tests were conducted.