Fırçasız doğru akım motorunun tasarım çalışması ile motor parametrelerinin iyileştirilmesine katkılar
Contributions to the improvement of motor parameters with design work of the brush direct current motor
Yazar: ÖZTÜRK TOSUN
Danışman: PROF. DR. NECİBE FÜSUN OYMAN SERTELLER
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde fırçasız doğru akım motoru, sürücü teknolojisinin gelişmesi ile birlikte yaygınlaşmaktadır.Az bakıma ihtiyaç duyması, yüksek verimlilik, yüksek tork, sessiz çalışma gibi avantajlarından dolayı tercih edilmektedir.Bu çalışmada fırçasız doğru akım motoru tasarım parametreleri incelenmiş ve bu parametrelerin optimizasyonu amaçlanmıştır.Fırçasız doğru akım motorunun manyetik ve elektrik eşdeğer devre denklemleri ve bu denklemler içindeki motor parametreleri analitik olarak hesaplanmıştır. Hacim başına tork değerine göre rotor dış çapı, rotor iç çapı, stator dış çapı, stator iç çapı, motorun eksenel uzunluğu, oluk ölçüleri (oluk yüksekliği, oluk taban genişliği, oluk tepe genişliği), mıknatıs ölçüleri bulunmuştur. Motor sınır değerleri dikkate alınarak, oluk eğim faktörü, mıknatıs kalınlığı, oluk yüksekliği, mıknatıs türü, çelik türü, kutup yayı/kutup adımı oranı, sarım yöntemi (yarım kalıp tek tabakalı sarım, tam kalıp iki tabakalı sarım) parametreleri için incelenmiştir. Daha sonra, bakır kayıpları, çekirdek kayıpları, sürtünme kayıpları ve verim hesaplanmıştır.Çalışmanın devamında ANSYS/Rmxprt, ANSYS/Maxwell 2D, ANSYS/Maxwell 3D yazılımları ile performans analizi ve elektromanyetik analizi yapılmıştır.Optimizasyon çalışması ANSYS/Maxwell  2D parametrik yöntem ile yapılmıştır.Radyal akılı fırçasız doğru akım motoru ile aynı çıkış gücü ve hıza sahip axial akılı fırçasız doğru akım motoru analitik olarak tasarlanmış ve karşılaştırmalı performans analizi yapılmıştır.Bu çalışmada ayrıca, FSDAM'ın verim ve tork performansını etkileyen parametrelerin alt ve üst değerleri seçilerek genetik algoritma yöntemi ile en uygun değerler belirlenmeye çalışılmıştır. ANSYS/Maxwell'de kullanılan motorun yüklü, yüksüz deneysel çalışmaları da yapılmış, tasarım ve deneysel çalışmaların uyumluluğu saptandıktan sonra, ileri çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmaların sonucunda fırçasız doğru akım motorunun verim, tork ve kayıplarına etki eden motor parametreleri detaylı bir şekilde incelenmiş ve bu parametrelerin iyileştirilmesine katkı sunulmaya çalışılmıştır.

Abstract:
Nowadays, brushless direct current motor is becoming widespread with the development of drive technology. It is preferred because of its low maintenance, high efficiency, high torque and quiet operation. In this study, brushless direct current motor design parameters are examined and optimization of these parameters is aimed. Magnetic and electrical equivalent circuit equations of brushless direct current motor and motor parameters in these equations are calculated analytically. According to the torque per volume value, the rotor outer diameter, rotor inner diameter, stator outer diameter, stator inner diameter, axial length of the motor, slot dimensions (slot height, slot bottom width, slot top width), magnet dimensions were found. Considering the motor limit values, the slot skew factor, magnet thickness, slot height, magnet type, steel type, pole arc/pole pitch ratio, winding method (half coiled single layer winding, whole coiled two layer winding) were examined for parameters. Next, copper losses, core losses, friction losses and efficiency are calculated. In the continuation of the study, performance analysis and electromagnetic analysis were performed with ANSYS/Rmxprt, ANSYS/Maxwell 2D, ANSYS/Maxwell 3D software. Optimization study was done by ANSYS/Maxwell 2D parametric method. Axial flux brushless direct current motor, which has the same output power and speed as a radial flux brushless direct current motor, is analytically designed and comparative performance analysis has been made. In this study, the most appropriate values were tried to be determined by genetic algorithm method by selecting the lower and upper values of the parameters that affect the efficiency and torque performance of the BLDC motor. The experimental studies of the motor used in ANSYS/Maxwell were also carried out with and without load, and further studies were carried out after the compatibility of the design and experimental studies had determined. As a result of these studies, the motor parameters affecting the efficiency, torque and losses of the brushless direct current motor were examined in detail and it was tried to contribute to the improvement of these parameters.