Vuruntu momenti azaltılmış eksenel akılı sürekli mıknatıslı senkron motor tasarımı
Design of axial flux permanent magnet synchronous motor with reduced cogging torque
Yazar: ENGİN AYÇİÇEK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NUR  BEKİROĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Sürekli mıknatıslı motorların, uyartım akımının mıknatıslar tarafından sağlanması nedeniyle verimlerinin yüksek oluşu, bu motorlara olan ilgiyi arttırmaktadır. Bu sebeple özellikle son yıllarda sürekli mıknatıslı senkron motorların çeşitli tipleri üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Sürekli mıknatıslı motorlarda Radyal Akılı ve Eksenel Akılı olmak üzere iki temel yapı mevcuttur.Eksenel akılı sürekli mıknatıslı motorlar, yapılarından kaynaklanan avantajlarından dolayı, elektrik motorları arasında oldukça dikkat çekicidir ve üzerine son zamanlarda artan oranda çalışmalar yapılan önemli bir konu haline gelmiştir. Ancak bu tip motorlarda, moment dalgalanmasının önemli nedenlerinden biri olan ve motorun doğal yapısından kaynaklanan vuruntu momenti, birçok özel uygulama için kritik sorun oluşturmaktadır.Literatür incelendiğinde, radyal akılı sürekli mıknatıslı motorlarda vuruntu momentini azaltmak için, stator oluklarına ya da mıknatıslara kaykı verilmesi, mıknatıslara özel şekiller verilmesi, yardımcı olukların ya da dişlerin kullanılması, mıknatıs kutbunun optimizasyonu gibi birçok tekniğin uygulandığı görülmektedir. Bu tekniklerin bazıları doğrudan eksenel akılı sürekli mıknatıslı motorlara uygulanabilir. Ancak özellikle bu motorlarda stator tarafında uygulanan tekniklerin, maliyet açısından olumsuz yönleri bulunmaktadır. Eksenel akılı sürekli mıknatıslı motorlarda maliyeti arttırmayacak ve vuruntu momentini istenilen seviyelere indirecek tekniklere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında vuruntu momentini azaltmak üzere rotor tarafında düşük maliyetli teknikler önerilmiş, bu tekniklerin vuruntu momenti ve moment dalgalanmasına etkileri, 3D sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak ayrı ayrı analiz edilmiştir. Tez çalışmasında, vuruntu momentini en aza indiren iki farklı rotor yapısı kullanılarak prototip motor üretimi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca vuruntu momentini ölçmek için özel olarak kurulan deney düzeneği ile üretilen motorun testleri yapılmış ve elde edilen sonuçların 3D SEA değerleri ile karşılaştırmaları yapılarak önerilen tekniklerin etkinlikleri deneysel yol ile doğrulanmıştır. Üretilen prototip ile tasarlanan rotor yapılarının vuruntu momenti değerlerinin uyum içinde olduğu görülmüştür.

Abstract:
High yield of permanent magnet motors, made possible via the supply of excitation current by magnets, makes them highly popular. Consequently, a large number of studies have been carried out on various types of permanent magnet synchronous motors. Radial and axial flux are two basic structures in permanent magnet motors.Because of their structural advantages, axial flux permanent magnet motors are highly remarkable and nowadays are subject to many studies. However, cogging torque caused by the natural structure of the motor and an important reason of torque ripple presents a critical problem for a number of specific applications.A literature review reveals that a wide array of techniques, such as skewing magnets or stator slots, shaping magnets specifically, using commutating slots or teeth or optimization of magnet poles are applied in order to reduce cogging torque in radial flux permanent magnet motors. Some of these techniques can be applied for axial flux permanent motors. However, techniques applied on stator dramatically increase the costs. Techniques that do not cause an increase in costs and that reduce cogging torque are hence needed.This present thesis suggests low cost techniques for rotor side in order to reduce cogging torque and the effects of these techniques on cogging torque and torque ripple are analyzed seperately by 3D finite elements method. Two different rotor structures that minimize cogging torque are used to construct a motor prototype. Suggested techniques are verified experimentally by comparing 3D SEA values with test results obtained from constructed motor. It is confirmed that constructed prototype and designed rotor structure cogging torque values are similar.