Eksenel akılı sürekli mıknatıs destekli senkron relüktans motor tasarımı ve prototip üretimi
Design and prototype fabrication of axial flux permanent magnet assisted synchronous reulctance motor
Yazar: EMRAH ESER
Danışman: DOÇ. DR. NURETTİN ÜSTKOYUNCU
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Senkron relüktans motorlar yapısal olarak sağlam olmaları, üretim maliyetlerinin düşük olması ve yüksek verim değerlerine ulaşabilmesi gibi özellikleri ile son yıllarda oldukça ilgi çekici bir konumdadır. Motor topolojileri içerinde eksenel akılı motorlar düşük hacim ve yüksek güç yoğunluğu gibi özellikleri ile son zamanlarda araştırmacıların tercih ettiği bir motor topolojisi olmaktadır. Son birkaç yılda ise eksenel akılı senkron relüktans motorlar üzerine çalışmalar sunulmaktadır. Bu tez çalışmasında ilk olarak eksenel akılı senkron relüktans motorun analitik tasarımı yapılmıştır. Analitik tasarım sonucu oluşturulan motor üç boyutlu olarak analiz edilmiş ve rotoru çok amaçlı genetik algoritma ile optimize edilmiştir. Elde edilen eksenel akılı senkron relüktans motorun bariyerlerine sürekli mıknatıs yerleştirilmesi durumunda motor performansına etkisi incelenmiştir. Ayrıca sürekli mıknatıs hacminin artmasına rağmen mıknatısların hava aralığından uzaklaşıldığında ortalama momentin çok etkilenmediği görülmüştür. Tez çalışmasında ayrıca özgün bir rotor topolojisine sahip eksenel akılı sürekli mıknatıslı senkron relüktans motor tasarımı gerçekleştirilmiştir. Eksenel akılı sürekli mıknatıs destekli senkron relüktans motorun üç boyutlu sonlu elemanlar yöntemi analizleri ve rotor optimizasyonu hedefler doğrultusunda yapılmıştır. Performans analizleri sonrasında prototip üretimine hazırlık olarak yapısal ve termal analizleri sonuçları elde edilmiştir. Ardından prototip üretimi gerçekleştirilmiş ve deneysel çalışmalar ile benzetim çalışmaları doğrulanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Senkron Relüktans Motor, Eksenel Akılı Motor, Motor Tasarımı, Çok Amaçlı Genetik Algoritma

Abstract:
Synchronous reluctance motors have been in a very interesting position in recent years with their features such as being structurally robust, having low production costs and reaching high efficiency values. Among the motor topologies, axial flux motors have recently become a motor topology preferred by researchers due to their features such as low volume and high power density. In the last few years, studies on axial-flux synchronous reluctance motors have been presented. In this thesis, firstly, analytical design of the axial flux synchronous reluctance motor is carried out. The motor created as a result of the analytical design is analyzed in three dimensions and its rotor is optimized with a multi-objective genetic algorithm. The effect of placing permanent magnets in the barriers of the obtained axial flux synchronous reluctance motor on the motor performance is analyzed. In addition, it has been observed that the average moment is not affected much when the magnets are moved away from the air gap despite the increase in the permanent magnet volume. In this thesis, an axial flux permanent magnet assisted synchronous reluctance motor with a unique rotor topology was designed. Three dimensional finite element method analyses and rotor optimization of the axial flux permanent magnet assisted synchronous reluctance motor were performed in line with the objectives. After the performance analyses, the results of structural and thermal analyses were obtained in preparation for prototype manufacturing. Then prototypes have been manufactured and simulation and with experimental studies verified.

Keywords: Synchronous Reluctance Motor, Axial Flux Motor, Motor Design, Multi-objective Genetic Algorithm