İç mıknatıslı senkron motor tasarımı ve mıknatıs asimetrisi ile tork dalgalılığının azaltılması
Interior permanent magnet motor design and reduction of torque ripple with magnet asymmetry
Yazar: KUTLUHAN ÇAVUŞOĞLU
Danışman: PROF. DR. ERKAN MEŞE
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Motor kontrol sistemlerinin ve mıknatıs teknolojisinin gelişmesi sabit mıknatıslı senkron motorların günümüzün önemli teknolojileri arasına girmesini sağlamıştır. Bu motor türlerinden iç mıknatıslı senkron motorlar yüksek güç yoğunluğu, yüksek verim ve sabit güçte geniş hız aralığı gibi avantajlara sahiptirler. Bu motorlar akım kontrol açısı ile relüktans momentinden faydalanmakta ve alan zayıflatma ile yüksek hızlara çıkabilmektedir. Fakat bu motorlar alan zayıflatma altında yüksek tork dalgalılığına sahiptir ve bazı uygulamalar için bu durum performansı kötü yönde etkiler. Tork dalgalılığına sebebiyet veren etkileşimsel manyeto motor kuvveti (MMK) bileşenleri oluksuz stator geometrisi üzerinde iken rotor ve mıknatıs geometrisinde oluşturulan asimetrilerin tork dalgalılığı üzerindeki etkileri detaylıca irdelenmiştir. Oluşturulan asimetrilerin, etkileşimsel MMK bileşenlerine etkileri analitik yöntemle elde edilmiş, elde edilen tork dalga formu Sonlu Elemanlar Analizi (SEA) ile doğrulanmıştır. Rotorda oluşturulan asimetriler, tasarımın nihai hale gelmesi için oluklu stator ile modellenmiş, rotor kutup açısına bağlı olarak yeni rotor modeli önerilmiş ve oluk yapısı sonucunda oluşan vuruntu momenti, akım açısına bağlı tork dalgalılığı, tork-hız eğrileri detaylıca incelenmiştir. Oluşturulan asimetriler ile motor derin alan zayıflatmaya maruz kalsa bile düşük tork dalgalılığına sahip olması sağlanmıştır. Sonuçlar doğrultusunda tasarımı gerçekleştirilen motorun prototip üretimi gerçekleştirilmiş ve test çalışmaları ile doğrulanmıştır.

Abstract:
With the advancements in motor control systems and magnet technology, permanent magnet synchronous motors have become important technologies today. Among these motor types, Interior Permanent Magnet (IPM) motors offer advantages such as a wide speed range with constant power, high power density and efficiency. These motors take advantage of the reluctance torque depending on current control and can achieve high speeds through field weakening. However, these motors have high torque ripple under field weakening, and this adversely affects performance in some applications. The effects of interactional Magneto Motor Force (MMF) components, which cause torque ripple, have been extensively studied in relation to asymmetries created in the rotor and magnet geometry on a slotless stator geometry. The effects of the created asymmetries on the interactional MMF components have been obtained analytically, and the resulting torque characteristics have been validated using Finite Element Analysis (FEA). The rotor geometries with created asymmetry have been modeled on slotted stators to finalize the design. A new rotor model has been proposed based on the pole angle, and the impact of slot structure on cogging torque, torque ripple depending on current angle, and torque-speed curves has been thoroughly examined. With created asymmetries, the motor achieves low torque ripple even under deep field weakening. Based on the results, the prototype of the designed motor was manufactured and validated through testing.