Nüvesiz bir eksenel akılı senkron generatör tasarımı ve simülasyonu
Design and simulation of a coreless axial flux synchronous generator
Yazar: MEHMET RECEP MİNAZ
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ÇELEBİ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Senkron jeneratör = Synchronous generator

Özet:
Eksenel akılı sabit mıknatıslı senkron generaörler yüksek tork/kütle oranı ve buna karşın düşük devirlerde doğrudan tahrikli sistemlere uygunluğuyla ön plana çıkmaları nedeniyle, günümüzde rüzgâr türbini generatörlerine önemli bir alternatif teşkil etmektedirler. Bu tip generatörlerin statorları dairesel disk şekilli olduğundan dolayı yüksek güç yoğunluğuna sahip ve çok kutuplu olarak tasarlanabilirler. Bu üstünlüklerinden dolayı, rüzgâr hızının 2 m/s değerinin altındaki düşük hızlarda bile enerji üretilmesine olanak sağlamaları nedeniyle rüzgâr türbinleri gibi düşük devirli uygulamalarda önemli bir kullanım alanına sahiptirler. 
Bu çalışmada, sabit mıknatıslı eksenel akılı çekirdeksiz bir senkron genaratörün tasarımı ve simülasyonu yapılmıştır. İki stator ve üç rotorlu olarak tasarlanan bu generatörün yan rotorlarının tek tarafına; orta rotorun ise çift tarafına sabit mıknatıslar yerleştirilerek maksimum güç elde edilecek şekilde homojen bir akı dağılımı sağlanmıştır. Ayrıca, tasarlanan generatörün statorunda nüve kullanılmamıştır. Böylece, generatörün hem demir kayıpları azaltılmış, hem de kütlece daha hafif olması sağlanmıştır. 
Tasarımı yapılan generatörün üç boyutlu elektromanyetik analizi için sonlu elemanlar yönteminden yararlanılarak generatörün çıkış parametreleri optimize edilmiştir. Yapılan analiz ve optimizasyon işlemleri neticesinde, tasarımı gerçekleştirilen generatörden, en verimli sonuçların 500 d/dk'da alındığı ve generatörün bu devir sayısındaki faz başına düşen etkin çıkış geriliminin 84,84 V,  etkin çıkış gücünün 1,8 kW ve veriminin ise %93,28 değerlerinde olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Axial steady permanent magnet synchronous generators are an important alternative to wind turbine generators today due to their high torque / mass ratio and the fact that they are suitable for direct drive systems at low speeds. Since the stators of such generators are in circular disc shaped, they can be designed as multi-pole with having high power density. Because of these superiority, they have an important area of low-speed applications such as wind turbines because they allow energy to be generated even at low speeds below 2 m/s of wind speed. 
In this study, the design and simulation of a permanent magnet axial flux coreless synchronous generator were actualized. The generator was designed as two stators and three-rotors, and also by placing permanent magnets onto the single edge of the side-rotors and double edges of the middle-rotor to provide a homogeneous flux distribution and to obtain maximum power from the generator. Also, no core was used in the stator of designed generator. Thus, the generator was provided with both reduced iron losses and lighter weight.
For three-dimensional electromagnetic analysis of the designed generator, the output parameters of the generator were optimized by using the finite element method. As a result of the analysis and optimization processes of the designed generator, it was concluded that the most efficient results were obtained at 500 rpm; in this case the effective output voltage per phase of the generator is 84.84 V, the effective output power is 1.8 kW and the efficiency was calculated as 93,28%.