Özgün bir sargı yapısı yaklaşımı ile dokuz fazlı dengesiz ve asimetrik sargılı yüzey ve gömülü mıknatıslı senkron motorların elektrikli taşıt uygulaması için tasarımı, modellenmesi ve deneysel doğrulanması
Design, modeling and experimental verification of nine-phase unbalanced and asymmetric winding surface and interior magnet synchronous motors for electric vehicle applications with a novel winding design approach
Yazar: YÜCEL DEMİR
Danışman: DOÇ. DR. METİN AYDIN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Son dönemlerde, havacılıktan elektrikli araçlara kadar değişen birçok uygulamada yedekleme, güvenirlik ve hata tolerans kabiliyeti gibi avantajları sayesinde çok-faz sürekli mıknatıslı motorlara artan bir ilgi mevcuttur. 3-faz sistemlerin yapılarının bilinir olması sayesinde bu tür uygulamalarda çoğunlukla üçün katı olan 6-, 9- veya 12-faz elektrik motorları tercih edilmektedir.
Elektrikli ve hibrit güç aktarma sistemleri düşük üretim maliyeti ile düzgün bir moment çıkışına ihtiyaç duyar. Vuruntu ve dalgalanma olmayan moment çıkışını sağlamak için tasarım süreci sırasında kaykı ve mıknatıs köşelerini tıraşlama gibi iyi bilinen yöntemlerin uygulanması gerekebilir. Fakat bu karmaşık çözümler hem tasarım hem de üretim maliyetinin artmasına neden olur. Bu nedenle, dengesiz ve asimetrik stator sargılı bazı oluk-kutup kombinasyonları yüksek performans gerektiren durumlarda uygun bir alternatif olabilir. 
Bu çalışmada, çok-faz motorlar için kapsamlı bir literatür araştırması gerçekleştirilmiş ve bu konuda yapılan yayınlar faz sayılarına göre sınıflandırılarak özetlenmiştir. Daha sonra, 3-faz dengesiz sargı yapısına sahip farklı oluk-kutup kombinasyonlarının sargı yapıları minimum dengesizlik miktarı ve maksimum sargı faktörü için elde edilmiştir. Ayrıca dengeli ve dengesiz sargılı 3-faz iki motorun performansları karşılaştırılmıştır. Dengesiz sargı yapısına sahip oluk-kutup seçeneklerinin ek bir önlem almaya gerek kalmadan motor performansını artırabileceği görülmüştür. Bunun yanında, dengeli ve dengesiz sargı yapılı 6- ve 9-faz sürekli mıknatıslı motorların farklı sargı konfigürasyonları ve yerleşimleri incelenmiştir. 3-faz sargı setleri arasındaki açının motor performansına etkileri gösterilmiştir. Tez kapsamında, yeni bir sargı yapısına sahip 9-faz dengesiz sargılı motor için yeni bir akı-destekleyici çubuk tip gömülü mıknatıslı rotor yapısı da önerilmiştir. Önerilen 9-faz dengesiz sargı yapısına sahip geleneksel olmayan gömülü ve geleneksel yüzey ve çubuk tip mıknatıslı motorların avantaj ve dezavantajları karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.

Abstract:
Recently, a growing interest in multi-phase permanent magnet machines exists in many applications ranging from aerospace to electric vehicle due to their benefits such as redundancy, reliability and fault-tolerance capability. Thanks to the well-known structures of 3-phase systems, 6-, 9- or 12-phase permanent magnet electric motors which are multiple of three are commonly preferred in these applications.
Electric and hybrid powertrain systems require a smooth torque output with low production cost. To provide cogging-free and ripple-free output torque, it may be required to apply well-known methods such as skewing, magnet tapering etc. during the design stage. However, this kind of complex solutions cause to increase both the design and the manufacturing cost. Therefore, various slot-pole combinations with asymmetric and unbalanced stator windings could be a viable alternative when a high-performance is required.
In this thesis, a comprehensive literature review for multi-phase motors is performed and the articles published on this area are summarized under different categories. Winding structures of different slot-pole combinations with unbalanced winding structure are obtained considering minimum amount of unbalance and maximum winding factor. Also, the performance of two motors with balanced and unbalanced winding is design and compared. It is seen that the slot-pole options with unbalanced winding can improve the motor performance without the need for getting an extra precaution. In addition, different winding configurations and displacements of 6- and 9-phase permanent magnet motors with both balanced and unbalanced structures have been investigated. The effects on the motor performance of the angles between 3-phase winding sets are illustrated. Within the scope of the thesis, a novel flux-assisted spoke type interior magnet rotor structure is proposed with a 9-phase unbalanced winding structure. The benefits and drawbacks of the unconventional interior and conventional surface and spoke type magnet motors with 9-phase unbalanced winding are presented and compared in detail.