Tekerlek içi fırçasız doğru akım motorlarının en iyi tasarımı için yeni bir yaklaşım
A novel approach to optimised design of in-wheel brushless direct current motors
Yazar: ALİ SİNAN ÇABUK
Danışman: DOÇ. DR. ŞAFAK SAĞLAM ; DOÇ. DR. ÖZGÜR ÜSTÜN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Elektrik makineleri = Electric machinery

Özet:
Bu çalışma, son yıllarda kullanım alanı giderek genişleyen ve özellikle elektrikli araç sektöründe önemli rol alan tekerlek içi fırçasız doğru akım (FDA) motorunun verim parametrelerinin incelenmesine ve bu parametrelerin geliştirilmesine dayanmaktadır. Literatürdeki uygulamalardan farklı olarak tekerlek içi FDA motorunun her bir bileşeni ayrı ayrı incelenmemiş, bir bütün olarak her bir parametre aynı anda incelenerek bunların birbirlerine etkileşimi ortaya çıkartılarak verimliliği en iyi olan model oluşturulmuştur. Oluşturulan bu modelin sonlu elemanlar yöntemiyle benzetim çalışmaları yapılmış ve benzetim çalışmaları sonuçlarına göre FDA motoru imalatı yapılmıştır. Modelin gerçek değerlerinin incelenmesi için deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Tez temel olarak dört ana bölümden oluşmaktadır.
Birinci bölümde, çalışmanın amacıyla ilişkili literatür araştırmasına yer verilmiştir. FDA motorları hakkında genel bilgiler ve bu tip motorlarda kullanılan manyetik malzemeler incelenmiştir. FDA motorlarının çalışma prensibi ve matematiksel modeli çıkartılarak MATLAB/Simulink modeli oluşturulmuştur.
İkinci bölümde, tekerlek içi fırçasız doğru akım motoru (FDAM) için; stator, rotor ve sabit mıknatısın farklı materyalden imal edilmesinin, farklı oluk ölçülerinin, hava aralığı değişiminin, sırt demiri genişliği değişiminin kayıplar ve verim üzerine etkilerinin incelenmesi yer almaktadır.
Üçüncü bölüm uygulama aşamasında kullanılan deney bağlantı şemaları, performans testlerini içermekte olup ayrıca imalat sürecinden bahsedilmiştir. Deneysel çalışmalar ve elde edilen ölçüm sonuçlarına göre çizilen grafikler ve tablolar da bu bölümde verilmiştir.
Tezin sonuç bölümünde benzetim çalışmasıyla bulunan ve bu yapının dinamik modeli yardımıyla elde edilen sonuçların imalatı yapılıp test düzeneği üzerinde ölçümleri yapılarak alınan sonuçlarla karşılaştırılması yapılmış ve ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Bu tez çalışması ile elde edilen diğer kazanımlar sıralanmıştır. Ayrıca önerilen modelin ilerideki çalışmalarda geliştirilebilme olanakları ve seri imalata yönelik fayda-maliyet analizleri hakkında öneriler sıralanmıştır.

Abstract:
This study is based on development and research of efficiency parameters of in-wheel brushless direct current motors (BLDC Motors)  that are expanding their field of use in electric vehicle industry. Unlike the applications in literature, each component of in-wheel BLDC motor was not only studied individually, but also all parameters were studied together at the same time. As a result, influence of the parameters on one another was evaluated and optimal design by means of efficiency was created. The design of in-wheel BLDC motor was simulated via finite element method and the in-wheel BLDC motor was manufactured according to the results of simulations. The experiments were performed in order to analyze the actual results of the model. This thesis basically consists of four main sections.
In first section, literature review was given that related to the aim of study together with general data about in-wheel BLDC motors were given. Magnetic materials of this kind of motors were reviewed. The MATLAB/Simulink model of the motor was established and the simulation performances were obtained via mathematical model of in-wheel BLDCM.
In the second section effects of stator, rotor and permanent magnet being manufactured of different materials, different dimensions of slot, different dimensions of air gap and different dimensions of back iron were evaluated on the loss and efficiency.
Third section consists of wiring diagram of experimental set and performance tests in the application phase of the study as well as definition of the manufacturing process. Plotted charts and tables obtained from experimental measurements were also provided in this section.
In the fourth and the conclusion section, results of simulation were compared to results obtained by the manufactured prototype. Detailed explanation of this comparison was provided together with cost-benefit analysis for mass production. In addition, opportunities to improve the proposed model in future studies and suggestions regarding the cost-benefit analysis for mass production were listed.