Asansör tahrik sistemleri için dıştan rotorlu sürekli mıknatıslı bir senkron motor tasarımı
Design of an external rotor permanent magnet synchronous motor for elevator traction systems
Yazar: MÜCAHİT SOYASLAN
Danışman: PROF. DR. OSMAN ELDOĞAN
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Senkron motorlar = Synchronous motors ; Sürekli mıknatıslı senkron motorlar = Permanent magnet synchronous motors ; Tahrik motorları = Drive motors

Özet:
Bu tezde, asansör tahrik sistemleri için dıştan rotorlu sürekli mıknatıslı bir senkron motorunun (SMSM) tasarımı, modellenmesi ve prototip üretimi yapılmıştır. Asansör tahrik sistemlerinde genellikle içten rotorlu ve redüktörlü asenkron motorlar kullanılmaktadır. Son zamanlarda dişlisiz (gearless) SMSM'lerin yaygınlaşması ile tahrik sistemlerindeki verimler artmış ve hareket organlarındaki maliyetler ciddi oranda düşmüştür. 

Tez kapsamında gerçekleştirilen dıştan rotorlu motor tasarımı sayesinde, içten rotorlu dişlisiz asansör tahrik motorlarına göre daha yüksek verim değerlerinin elde edilmesi amaçlanmıştır. Karşılaştırma motoru olarak sektörde satışı gerçekleştirilen, ayrıntılı analiz ve test sonuçları literatürde yer alan, 4 kW gücünde içten rotorlu bir SMSM seçilmiştir. Tasarlanan ve üretimi yapılan motor verileri karşılaştırma motoru ile kıyaslanmış ve anma değerlerinde %12.17 verim artışı elde edilmiştir.  

Dıştan rotorlu SMSM'nin rotorundaki dönme hareketi mile indirgenmiş ve piyasada seri üretimi yapılan tahrik kasnaklarına ve fren mekanizmalarına uygun yeni bir motor tasarımı elde edilmiştir. Dıştan rotorlu SMSM'nin tasarım aşamalarında, elektromanyetik analiz yazılımı ile yapay arı kolonisi (ABC) algoritması kullanılarak motor performans verileri iyileştirilmiştir. Bu bağlamda, ilk olarak motorun analitik tasarımı yapılmış, daha sonra ise sonlu elemanlar metodu ile elektromanyetik, yapısal ve termal analizleri gerçekleştirilmiştir. 

Sunulan doktora tezindeki dıştan rotorlu SMSM'nin ticarileşmesi durumunda, ülkemizin asansör motorları alanındaki rekabet gücüne katkı sağlanması hedeflenmektedir. Aynı çerçeve boyutlarına sahip içten ve dıştan rotorlu asansör tahrik motorlarının karşılaştırıldığı bu tez çalışmasının, motor tasarımı ve asansör tahrik sistemleri konusunda çalışacak araştırmacılara fayda sağlaması beklenmektedir.

Abstract:
The design, modelling and prototype production of an external rotor permanent magnet synchronous motor (PMSM) for elevator traction systems was carried out in this thesis study. Inner rotor and gear structures are generally used for elevator traction systems. Efficiency has increased with the use of gearless PMSMs and the cost of moving mechanisms has decreased considerably. 

It is aimed with the external rotor motor design put forth within the scope of the thesis to obtain higher efficiency values than those of inner rotor gearless elevator traction motors. An inner rotor PMSM available in the market with 4 kW power has been selected for comparison the detailed analysis and test results of which can be found in literature. An increase in efficiency of 12.17% was obtained in the nominal values as a result of the comparison between the data for the manufactured motor and the motor used for comparison.

The rotational movement of the external rotor PMSM has been reduced to the shaft and a new motor design has been obtained that fits the traction pulleys and brake mechanisms in the market. The motor performance was improved during the design stages of the external rotor PMSM by using artificial bee colony (ABC) algorithm with electromagnetic analysis software. In this context, firstly the analytical design of the motor was made, and then electromagnetic, structural and thermal analyses were carried out via the finite element method.

It is aimed to contribute to the competitiveness of our country in the field of elevator motors in the event that the external rotor PMSM presented within in the PhD thesis is commercialized. This study, which compares internal and external rotor elevator traction motors with the same frame dimensions, is expected to contribute to the studies of researchers who will work on motor design and elevator traction systems.