Asimetrik rotorlu fırçasız doğru akım motoru tasarımı
Brushless direct current motor design with asymmetric rotor
Yazar: BURAK ÇİNELİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ESRA KANDEMİR BEŞER
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, asimetrik rotor yapısı kullanılması durumunda, bunun yüzey mıknatıslı fırçasız doğru akım motorunun vuruntu momenti, zıt EMK dalga formu, moment dalgalanması ve motor performansı parametrelerine etkisi incelenmiştir. Asimetrik rotor yapısı oluşturmak için mıknatıs boyutu ve mıknatıs hacmi parametreleri kullanılmıştır. Bu nedenle ilk olarak mıknatıs teknolojisinden kısaca bahsedilmiştir. Sonrasında FDA motorunun oluşturulabileceği konfigürasyonlar belirtilmiştir. İlgilenilen parametreler hakkında, literatürden matematiksel denklemler ile birlikte bahsedilmiştir. İlgili parametrelerdeki değişkenlikleri sağlayabilecek yöntemler verilirken mıknatıs boyutları ve mıknatıs hacmi değişkenleri belirlenmiş ve bu doğrultuda motor modellemeleri oluşturulmuştur.
Mıknatıs hacmi ve mıknatıs boyutu değişkenleri kullanılarak 3 farklı motor modeli oluşturulmuştur.  Bu modellerden ilki simetrik rotorlu yüksek mıknatıs hacimli, ikincisi asimetrik rotorlu, üçüncüsü ise asimetrik rotorlu yapı ile aynı mıknatıs hacmine sahip simetrik rotorlu FDA motorudur. Bu modeller ile iki değişken ve tek değişken olan durumlar karşılaştırılarak asimetrik rotorlu yapının simetrik rotorlu yapıya göre ilgili parametreler açısından değişimi sonlu elemanlar analizi ile ortaya koyulmuştur. Elde edilen analiz sonuçları ile ARFDA (Asimetrik Rotorlu Fırçasız Doğru Akım) motoru ile motorun vuruntu momenti ve moment dalgalanmasının azaltılabildiği, zıt EMK gerilimi formunun değiştirilebileceği, toplam harmonik bozunumunun azaltılabileceği gözlemlenmiştir. Ayrıca motorun performansı açısından asimetrik yapıya geçiş yönteminde motor performansını çok etkilemeden bu iyileştirmelerin yapılabileceği analiz yöntemi ile ortaya konulmuştur.
Analizler sonucunda ARFDA motorunun tasarımı sonlandırılmış ve motorun üretimi gerçekleştirilmiştir. Motorun üretiminin ardından motora zıt EMK ve motor performansı deneyleri uygulanmıştır. Elde edilen veriler ile sonlu elemanlar analizi verileri karşılaştırılmıştır. Ayrıca ARFDA motorunun üretiminde karşılan önemli parametrelerden kısaca bahsedilmiştir.

Abstract:
In this study, if an asymmetric rotor structure is used, its effect on the cogging torque, back EMF waveform, torque ripple and motor performance parameters of the surface magnet brushless direct current motor was examined. Magnet size and magnet volume parameters were used to create an asymmetric rotor structure. For this reason, magnet technology is first briefly mentioned. Afterwards, the configurations in which the BLDC motor can be created are specified. The parameters of interest are mentioned along with mathematical equations from the literature. While methods that can provide variations in the relevant parameters are given, magnet dimensions and magnet volume variables were determined and motor modeling was created accordingly.
Three different motor models were created using magnet volume and magnet size variables. The first of these models is the symmetric rotor with high magnet volume, the second with asymmetric rotor, and the third is the symmetric rotor BLDC motor with the same magnet volume as the asymmetric rotor structure. By comparing these models with cases with two variables and single variable, the change of the asymmetric rotor structure in terms of relevant parameters compared to the symmetric rotor structure was revealed by finite element analysis. With the analysis results obtained, it has been observed that the cogging torque and torque ripple of the motor can be reduced, the back emf voltage form can be changed, and the total harmonic distortion can be reduced with the ARBLDC (Asymmetrical Rotor Brushless Direct Current) motor. In addition, in terms of motor performance, it has been revealed by the analysis method that these improvements can be made in the transition to an asymmetric structure without affecting the motor performance much.
As a result of the analyses, the design of the ARBLDC motor was finalized and the motor was produced. After the production of the motor, back EMF and motor performance tests were applied to the motor. The obtained data were compared with finite element analysis data. In addition, the important parameters encountered in the production of the BLDC motor are briefly mentioned.