Dişlisiz asansör sistemleri için ferrite tabanlı gömülü mıknatıslı senkron makine tasarımı
Design of ferrite based interior permanent magnet synchronous motor for gearless elevator systems
Yazar: HİCRET YETİŞ
Danışman: PROF. DR. ERKAN MEŞE
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Asansör = Elevator ; Senkron makineler = Synchronous machinery

Özet:
Elektriğin yaşamımızın vazgeçilmez bir parçası olduğu 21.yy.ın gündelik hayat seyri içinde sıklıkla kullandığımız elektrik enerjisi ile çalışan araçların her birinin arkasında ihtiyaç duydukları tahrik gücünü sağlayan elektrik makineleri vardır.  Enerji kaynaklarının tasarruflu kullanımı çalışmaları bağlamında elektrik makinelerinin minimum enerji ile ihtiyaç duyulan gücü üretilebilecek şekilde tasarlanmaları oldukça önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında enerji verimliliği kapsamında günlük hayatta sıklıkla kullandığımız geleneksel asansör sitemlerine alternatif olarak verimleri oldukça yüksek olan Mıknatıslı Senkron Makineler tarafından sürülen dişlisiz asansör sistemleri anlatılmıştır. Mıknatıslı Senkron Makineler tarafından sürülen dişlisiz asansör sistemleri, geleneksel asenkron motor uygulamalarına kıyasla yüksek verim, yüksek moment yoğunluğu, dişli kutusunun ortadan kalkması ile meydana gelen kayıpların azalması ve sistemin hacmimin küçülmesi gibi birçok avantaja sahiptir. Dişlisiz asansör sistemleri mıknatıslı motorlar arasında hem Yüzey Montajlı Senkron Motorlar (YMSM) hem de Gömülü Mıknatıslı Senkron Motorlar (GMSM) ile sürülebilirler. Ancak her iki motor ile sürülen sistemlerin dezavantajları; çıkış momentinin yüksek oranda dalgalılık içermesi ve son yıllarda NdFeB ve SmCo gibi nadir toprak elementi sürekli mıknatısların (rare - earth permanent magnets) hızla artan maliyetleridir. Bu çalışmada dişlisiz asansör uygulamaları için; diğer mıknatıslara oranla maliyeti oldukça düşük olan Ferrite mıknatıs kullanılarak tasarlanan Gömülü Mıknatıslı Senkron Motorlar (GMSM) önerilmiştir. Ayrıca GMSM'in çıkış moment dalgalılığını minimize etmek amacıyla farklı oluk / kutup kombinasyonları ve akı-bariyeri sayıları araştırılmıştır. Belirtilenler ışığında: ilk olarak 630 kg / 8 kişilik taşıma kapasitesine sahip bir dişlisiz asansör sistemi için gerekli parametreler hesaplanmış ve bu parametreler doğrultusunda Ferrite tabanlı GMSM' lerin tasarımı gerçekleştirilmiştir. GMSM sürüşlü asansör sistemlerinin YMSM sürüşlü sistemlere kıyasla daha üstün özelliklere sahip olduklarını göstermek amacı ile GMSM' lerle aynı parametrelere sahip NdFeB tabanlı bir YMSM da tasarlanmıştır. Tasarlanan tüm motorlar analiz edilerek; moment dalgalılığı, akı yoğunluğu, verim ve maliyet açısından karşılaştırılmış ve en uygun motor seçilmiştir. Tasarımlar ve analizler MotorSolve BLDC Tasarım ve Analiz programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Electricity; is an important source of energy production for the daily life of 21th century. Vehicles powered by electric energy are designed with electric machines that provide the driving power they need. In today's world where energy resources are consumed rapidly, designs that aim to save energy is a study that many disciplines conduct research. With in this context it is crucial that designing electric machines capable of generating sufficient power with minimum energy.
In this thesis, with in the content of energy efficiency it is proposed gearless elevator systems driven by Permanent Magnet Synchronous Machine which have rather high efficiency, instead of conventional elevator systems with gearbox, which we use frequently in daily life. Gearless elevator systems driven by Permanent Magnet Synchronous Machine have many advantages over traditional induction motor applications, such as high efficiency, high torque density, reduction of losses due to the elimination of gearbox and reduction in the system volume. Gearless elevator systems can be driven by permanent magnet motors which locations of the magnet classify them as Surface- Mounted Synchronous Motors (SPMSM) and Interior Permanent Magnet Synchronous Motors (IPMSM).  Regardless of the magnet location, disadvantages are high ripple in the torque and  rapidly increasing costs of rare – earth permanent magnets such as NdFeB and SmCo. In this study, Interior Permanent Magnet Synchronous Motors (IPMSM) have been proposed for gearless elevator applications. Ferrite magnets, which have a relatively low cost compared to the other magnets, have been used in the design of these motors. In addition, different Slot / pole combinations and flux-barrier numbers have been investigated to minimize the torque ripple of the IPMSM. According to this information; firstly the parameters required for a gearless elevator system with a carrying capacity of 630 kg / 8 persons are calculated. Then, the design of Ferrite based IPMSM was carried out in order to meet the requirements. A NdFeB based SMSM with the same parameters as the IPMSM is also designed to show that the IPMSM elevator systems are superior to the SMSM elevator systems. All designed motors are compared in terms of torque ripple, efficiency and cost with various analyses. And the most suitable motor is selected. Designs and analyses are performed by using the MotorSolve BLDC Design and Analysis Program.