Planet redüktörlü spoke tipi fırçasız doğru akım motor tasarımı ve analizi
Design and analysis of planetary reductor spoke type brushless direct current motor
Yazar: MUHAMMED MAHBUB İBİŞ
Danışman: PROF. DR. AHMET FENERCİOĞLU
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Doğru akım motorları = Direct current motors ; Planet mekanizmalar = Planet mechanisms ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Günümüzde, yüksek verimli, uzun ömürlü olması, yüksek başlangıç performansları ve kompakt yapıları nedeniyle Fırçasız Doğru Akım Motorları (FDAM) birçok uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında vana uygulamalarında kullanılmak üzere planet redüktörlü, 12/10 oluk kutup kombinasyonuna sahip spoke tip bir FDAM tasarımı yapılmıştır. Mıknatıs hacimi ve vuruntu torkunun daha düşük olması nedeniyle spoke tip rotor yapısında neodyum mıknatıs tercih edilmiştir. Planet dişli sistemler ise geleneksel dişli kutuları ile kıyaslandığında hız, küçük hacim, yüksek yük paylaşımı ve tork ağırlık oranı gibi birçok avantajı vardır. Planet dişli sistemler kompakt dişli kombinasyonu nedeniyle küçük hacimlerde daha yüksek verime sahiptir. Bundan dolayı bu çalışmada planet redüktör tercih edilmiştir. Öngörülen FDAM'ın elektriksel ve manyetik parametrelere göre Sonlu Elemanlar Analizleri(SEY) yapılarak tasarım doğrulamıştır. Tasarım ve modelleme sürecinde, motor hızı, yük torku, mekanik ve elektriksel güç, kayıplar, manyetik akı ve akım yoğunlukları dikkate alınmıştır. Tasarımı doğrulanan 10 kutuplu, neodyum mıknatıslı motorun ve planet redüktörün prototip imalatı yapılmıştır. İmalatlarda stator ve rotor laminasyonları M400-50A saclardan lazerle kesilmiştir. Nd35SH mıknatıslar kullanılmıştır. Gövde ve kapaklar talaşlı imalatlar ile üretilmiş ve bobinajı elde yapılmıştır. Motor serbest milli olarak test sistemine bağlanarak yüklenme testleri yapılmıştır. Testlerde sürücü olarak TI geliştirme kiti kullanılmıştır ve DA kaynaktan beslenerek farklı yüklerde test edilmiştir. Motorun analiz ve test sonuçlarına göre etiket değerleri belirlenmiştir. Buna göre besleme gerilimi 200 VDA, mekanik güç 400W, hız 1800 d/d, tork 2,12 Nm ve maksimum motor testverimi % 75 dir. Uygulama tarafında 1/9 tahvil oranında kullanılan planet redüktör ile çıkış torku yaklaşık 19 Nm ve hız 200 d/d olarak vanada görev yapabilecek bir ürün elde edilmiştir.

Abstract:
Today, Brushless Direct Current Motors (FDAM) are widely used in many applications due to their high efficiency, long life, high starting performance and compact structure. In this thesis, a spoke type FDAM design with planetary reducer and 12/10 corrugated pole combination was made to be used in valve applications. Neodymium magnet was preferred in the spoke type rotor structure due to the lower magnet volume and knocking torque. Planetary gear systems have many advantages compared to conventional gearboxes such as speed, small volume, high load sharing and torque-to-weight ratio. Planetary gear systems have higher efficiency in small volumes due to the compact gear combination. For this reason, planetary reducer is preferred in this study. The design was verified by making Finite Element Analyzes according to the electrical and magnetic parameters of the predicted FDAM. During the design and modeling process, motor speed, load torque, mechanical and electrical power, losses, magnetic flux and current densities were taken into account. Prototype manufacturing of a 10-pole neodymium magnet motor and planetary reducer, whose design has been verified, has been made. In manufacturing, stator and rotor laminations are laser cut from M400-50A sheets. Nd35SH magnets are used. The body and covers are produced by machining and the winding is made by hand. Loading tests were carried out by connecting the motor to the test system as a free shaft. TI development kit was used as a driver in the tests and it was tested at different loads by being fed from a DC source. Nameplate values were determined according to the analysis and test results of the engine. Accordingly, the supply voltage is 200 VDC, the mechanical power is 400W, the speed is 1800 rpm, the torque is 2.12 Nm and the maximum motor test efficiency is 75%. With the planetary gearbox used in the application side with a ratio of 1/9, a product that can function in the valve with an output torque of approximately 19 Nm and a speed of 200 d/d has been obtained.