Yerli ve milli yüksek hızlı oluksuz sabit mıknatıslı senkron elektrik motor tasarımı
Domestic and national high speed slotless permanent magnet synchronous electric motor design
Yazar: FURKAN ÇİFTÇİ
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM ŞENOL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Aviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Aviyonik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Sabit mıknatıslı senkron motorlar (PMSM motor) doğru akım (DC) motorlar gibi komütasyon için fırçaya ihtiyaç duymadıklarından uzun ömürleri, yüksek verimleri, düşük bakım ihtiyaçları gibi temel özelliklerinden dolayı günümüzde robotik, savunma sanayii ve havacılık sektörü, medikal cihazlar gibi sistemlerde yaygın olarak kullanılan ve hızla gelişen elektrik motor çeşididir. PMSM motorlar stator şekline göre oluklu ve oluksuz olarak ikiye ayrılırlar. Oluklu PMSM motorlarda vuruntu torkunun olması yüksek hassasiyet gerektiren sistemlerde kullanımını kısıtlamaktadır. Bu durum vuruntu torkunun oluşmadığı, hassas kontrole olanak sağlayan sabit mıknatıslı oluksuz doğru akım motorlarının tasarlanmasına yol açmıştır. Hassas kontrol, yüksek hız ve kompakt yapıları sebebiyle oluksuz PMSM motorlara ihtiyaç artmaktadır. Bu çalışmada 22 mm çapında, 3 fazlı, 2 kutuplu, nominal hızı 36600 RPM, nominal gerilimi 32 V, nominal torku 30.6 mNm olan bir oluksuz PMSM motorun tasarımı ve analizi sunulmaktadır. Tasarım programı olarak ticari paket programı olan ANSYS Electronics kullanılmıştır. Motora ait mil çapı ve uzunluğu, sabit mıknatıs çapı ve uzunluğu, sabit mıknatısın yapısı, sargı şekli ve kalınlığı, lamine edilmiş manyetik geri dönüş yolu bilgileri, bunların hangi malzemelerden oluştuğu gibi tüm tasarım detayları verilmektedir. Motorun manyetik devre modeli verilerek sabit mıknatıs aksı ve hava boşluğu akısı bağıntıları çıkarılmıştır. Tasarlanan motora ait çeşitli akım ve hızlar altında simülasyon örnekleri sunularak motor hızı ve torku, fazların akımları ve fazlarda endüklenen zıt elektromotor kuvvetleri, manyetik alan dağılımı gibi analiz sonuçları sunulmaktadır.

Abstract:
Since permanent magnet synchronous motors (PMSM motors) do not need brushes for commutation like permanent magnet direct current motors, they are widely used in systems such as defense industry, aerospace, robotics, medical devices. Their applications are expanding rapidly today due to their basic features such as long life, high efficiency, low maintenance requirements, smooth control characteristics. It is a developing type of electric motor. PMSM motors can be divided according to their stator shape into slotted and slotless motors. The presence of cogging torque in slotted PMSM motors limits their usage in systems that require high precision. This has led to the design of permanent magnet slotless direct current motors, which allow precise control, without any cogging torque. Due to their precise control, high speed and compact structure, the need for slotless PMSM motors is increasing. In this study a 3-phase 2-pole slotless PMSM motor with 22 mm outer diameter, 36600 RPM nominal speed, 32 V nominal voltage, 30.6 mNm nominal torque is designed and analyzed. ANSYS Electronics, a commercial package program, is used as the design program. All design details such as the shaft diameter, length of the motor, the diameter and length of the permanent magnet, the structure of the permanent magnet, the winding shape and thickness, the laminated magnetic return path information, and the materials they consist of will be presented. By presenting a simulation example of the designed motor, motor speed, torque, currents of phases, induced back electromotive forces and magnetic field distribution will be analyzed.