Elektrikli araçlar için sürekli mıknatıs destekli senkron relüktans motorun tasarımı, optimizasyonu ve uygulaması
Design, optimization and implementation of permanent magnet assisted synchronous reluctance motors for electric vehicles
Yazar: BURAK YENİPINAR
Danışman: DOÇ. DR. ALİ SAYGIN ; PROF. DR. YUSUF SÖNMEZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Alternatif akım motorları = Alternative current motors ; Sürekli mıknatıslı senkron motorlar = Permanent magnet synchronous motors

Özet:
Bu tez çalışmasında, elektrikli araçlarda kullanılmak üzere optimize edilmiş dış rotorlu 8 kutuplu yeni bir mıknatıs destekli senkron relüktans motor (MD-SRM) tasarlanmış, prototip üretimi ve performans testleri yapılmıştır. Tez çalışmasında öncelikle optimizasyon algoritması ve amaç fonksiyonu belirlenmiştir. Elektrik motorlarının tasarım optimizasyon sürecinde yaygın olarak kullanılan NSGA-II algoritması kullanılmıştır. Ayrıca amaç fonksiyonu belirlenirken elektrikli araçlarda kullanılan tahrik motor performans parametreleri dikkate alınmıştır. Bu kapsamda yüksek verimlilik, düşük ve yüksek hızda yüksek moment üretimi, mıknatıs tüketimi ve moment dalgalanmasını minimize etmeyi amaçlayan beş adet amaç fonksiyonu birlikte kullanılmıştır. Üç farklı mıknatıs yerleşim geometrisine sahip dış rotorlu MD-SRM modeli oluşturulmuş ve optimize edilmiştir. Optimizasyon çalışmasında her bir iterasyonda motora ait verimlilik haritası oluşturulmuştur. Tasarım optimizasyon çalışmaları sonlu eleman analizi yöntemini kullanan (SEA) JMAG Designer 22.1 programı ile gerçekleştirilmiştir. Tasarım optimizasyon çalışmaları sonucunda üç farklı geometride isterleri karşılayan üç adet optimum aday tasarım elde edilmiştir. Optimizasyon çalışması sonrasında elde edilen optimum 3 aday geometriye ait relüktans moment üretim kabiliyeti, demagnetizasyon analizleri, sürüş saykıl performansı, sabit güç ve moment bölgelerininin incelenmesini içeren detay analizler karşılaştırmalı olarak yapılmıştır. Yapılan karşılaştırmalar sonucunda optimum tasarımın prototip imalatı gerçekleştirilmiştir. Prototip imalat sonrası gerçekleştirilen MD-SRM'nin titreşim, farklı hız, yük ve yük açılarında performans testi, amper başına maksimum moment üretme testi, sıcaklık artış testi gerçekleştirilerek simülasyon sonuçları ile karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.

Abstract:
In this thesis, a novel 8-pole outer rotor magnet-assisted synchronous reluctance motor (PMaSynRM), optimized for use in electric vehicles, has been designed, and the prototype production along with performance tests have been carried out. In the thesis study, the optimization algorithm and the objective function were determined first. The Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II), which is widely used in the design optimization process of electric motors, was utilized. Additionally, while determining the objective function, the performance parameters of traction motors used in electric vehicles were taken into consideration. In this context, five objective functions aimed at maximizing efficiency, producing high torque at both low and high speeds, minimizing magnet consumption, and reducing torque ripple were utilized together. A model of the outer rotor PMaSynRM with three different magnet placement geometries has been developed and optimized. In the optimization study, an efficiency map for the motor was created at each iteration. The design optimization studies were carried out using the JMAG Designer 22.1 software, which employs the Finite Element Analysis (FEA) method. As a result of the design optimization studies, three optimal candidate designs that meet the requirements have been obtained in three different geometries. The detailed analyses conducted after the optimization study, which include the reluctance torque production capability, demagnetization analyses, drive cycle performance, and examination of constant power and torque regions for the three optimal candidate geometries obtained, have been compared. As a result of the comparisons made, the prototype manufacturing of the optimal design has been carried out. After the prototype manufacturing, performance tests of the PMaSynRM under vibration, different speeds, loads, and load angles, as well as maximum torque production per ampere tests and temperature rise tests, have been conducted and presented in comparison with simulation results.