Eklemeli üretim ile 400 Hz asenkron motor tasarımı
Applications of additive magnetic materials in 400 Hz induction motor design
Yazar: MUSTAFA AYVAZ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA CANER AKÜNER
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Geleneksel elektrik makinalarında nüve malzemesi olarak çelik kullanıldığı için preslenmiş demir çekirdeklerin aksine Yumuşak Manyetik Kompozit(SMC)'lerden yapılan demir çekirdekler, demir parçacıklarına eklenen katkı maddeleri ile çeşitli üç boyutlu(3B) baskı teknikleri kullanılarak kolay şekil verilebilir ve istenen yapıda ucuz olarak üretilebilmektedir. 3B baskı ile daha az mekanik işlem gerektiğinden perçin ve kaynak gibi mekanik işlem adımları gerekli olmamaktadır; böylelikle üretim aşamaları kolaylaştırılarak maliyetin azaltılması hedeflenmektedir. Yeni nesil elektrik makinaları yüksek verimlilik ve güç yoğunluğuna sahiptir, bunun yanında günümüzde bir diğer husus ise ağırlığın azaltılması, minimum malzeme atığı ve geri dönüştürülebilir özelliklere sahip makinaların imalinin önemli hale gelmesidir. 3B baskı olarak eklemeli üretim yeni nesil elektrik makinalarının üretimini kolaylaştıran gelişmekte olan bir üretim teknolojisidir. Ham maddenin geri dönüşümü ve yeniden kullanılması maliyeti düşürmek için kritik öneme sahiptir. Eklemeli üretim geleneksel üretim süreciyle ilişkili malzeme israfını ve hurda parçaları azaltabilecek bir teknolojidir. Eklemeli üretimdeki son teknolojik gelişmeler bakır, seramik ve manyetik malzemeler dahil olmak üzere PLA, ABS vb. çok çeşitli polimer malzemelerin kullanılmasına izin vermektedir. PLA, ABS vb. polimerlere farklı yüzdelerde ferromanyetik madde eklenerek elektrik makinalarının imalinde kullanılması geliştirilmeye ve araştırmaya açık bir konudur. Bu çalışmada mekanik bütünlükten ödün vermeden ağırlığın azaltıldığı ve geleneksel üretime göre özellikle yüksek frekansta elektriksel avantajları olan 3B baskı teknolojisi ile imal edilebilecek elektrik makinalarının tasarımının potansiyelini göstermek hedeflenmektedir. Bunun yanısıra parçaları (rotor, stator, mil ve gövde) 3B yazıcı teknolojisi ile kolayca üretilebilecek daha hafif, kompakt, geri dönüşüme uygun bakım ve kurulumu kolay bir asenkron motor tasarlanmıştır. İlk aşamada küçük boyutlu asenkron motorlar ve mıknatıs temelli makinaların üretiminde yaygınlaşmasına katkı sağlayacağı ve literatüre yeni bir üretim modeli kazandıracağı düşünülmektedir.

Abstract:
Since steel is used as the core material in traditional electrical machines, unlike pressed iron cores, iron cores made of Soft Magnetic Composite (SMC) can be easily shaped using various Three-dimensional (3D) printing techniques with additives added to the iron particles and can be produced in the desired structure because they are cheap. Since less mechanical processing is required with 3D printing, mechanical processing steps such as rivets and welding are not required; Thus, it is aimed to reduce the cost by facilitating the production stages. New generation electrical machines have high efficiency and power density, but another issue today is that reducing weight, producing machines with minimum material waste and recyclable features has become important. Additive manufacturing as 3D printing is an emerging manufacturing technology that facilitates the production of new generation electrical machines. Recycling and reusing raw material is critical to reducing cost. Additive manufacturing is a technology that can reduce material waste and scrap parts associated with the traditional manufacturing process. The latest technological advances in additive manufacturing include PLA, ABS, etc., including copper, ceramics and magnetic materials. It allows the use of a wide variety of polymer materials. PLA, ABS etc. Adding different percentages of ferromagnetic material to polymers and using them in the manufacture of electrical machines is a subject open to development and research. In this study, it is aimed to show the potential of the design of electrical machines that can be manufactured with 3D printing technology, which reduces weight without compromising mechanical integrity and has electrical advantages, especially at high frequency, compared to traditional production. In addition, a lighter, compact, recyclable, easy-to-maintain and install induction motor whose parts (rotor, stator, shaft and body) can be easily produced with 3D printer technology has been designed. In the first stage, it is thought that it will contribute to the widespread production of small-sized induction motors and magnet-based machines and introduce a new production model to the literature.