Hafif Elektrikli Araçlar için Entegre Şarj Fonksiyonlu Çok Fazlı Sürekli Mıknatıslı Senkron Motor Tasarımı ve Optimizasyonu
Design and Optimization of a Multi-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor with Integrated Charging Function for Light Electric Vehicles
Yazar: Yelek, Musa Burak; Yilmaz, Murat
Dergi: EMO Bilimsel Dergi, Vol. 16 No. 1, 2025
Anahtar kelimeler: Electrical Machines and Drives ; Elektrik Makineleri ve Sürücüler ; Entegre şarj,çok fazlı motor,sürekli mıknatıslı senkron motor (PMSM),hafif elektrikli araç (LEV),çok amaçlı optimizasyon,moment dalgalılığı,kayıp minimizasyonu ; Integrated charging,multiphase motor,permanent magnet synchronous motor (PMSM),light electric vehicle (LEV),multi-objective optimization,torque ripple,loss minimization

Hafif elektrikli araçlar (LEV), sürdürülebilir ulaşım, sıfır emisyon ve kompaktlık gereksinimleri nedeniyle yüksek verimli ve çok işlevli itki sistemlerine ihtiyaç duymaktadır. Bu çalışmada, entegre şarj özelliğine sahip, çok fazlı bir sürekli mıknatıslı senkron motor (PMSM) tasarlanmış ve hafif elektrikli araç uygulaması için ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Öncelikle simetrik 6-fazlı yapı esas alınarak dört farklı oluk–kutup kombinasyonu üzerinde analitik ön boyutlandırma yapılmış, ardından sonlu elemanlar analizleri (FEA) ile malzeme seçimi, faz sayısı ve rotor topolojilerinin performansa etkileri karşılaştırılmıştır. Double-V gömülü mıknatıslı (IPM), yüzey mıknatıslı (SPM) ve konsantrik sargılı yüzey mıknatıslı motor yapılarının, “Worldwide Harmonized Light-duty Vehicles Test Cycle (WLTC) Class-1” sürüş çevriminde ANSYS OptiSlang kullanılarak çok amaçlı optimizasyonu yapılmıştır. Optimizasyon sonuçlarına göre double-V gömülü mıknatıslı yapı, referans tasarıma kıyasla moment dalgalanmasını %80’in üzerinde azaltmış, %94.9 nominal verim ve toplam kayıplarda %41.4 azalma sağlamıştır. Aktif malzeme kütlesi yaklaşık %12 düşerken, tahrik ve şarj modlarında çift yönlü enerji akışına uygun kompakt bir LEV tahrik motoru elde edilmiştir.

Light electric vehicles (LEVs) require highly efficient and multifunctional propulsion systems to meet the demands of sustainable mobility, zero emissions, and compact design. In this study, a multiphase permanent magnet synchronous motor (PMSM) with integrated charging capability is designed and comprehensively analyzed for LEV applications. Based on a symmetric six-phase configuration, analytical pre-dimensioning is conducted for four different slot–pole combinations, followed by finite element analyses (FEA) to compare the effects of material selection, phase number, and rotor topology. Three motor configurations—double-V interior permanent magnet (IPM), surface-mounted permanent magnet (SPM), and concentric-wound surface-mounted SPM—are optimized using ANSYS OptiSlang under the “Worldwide Harmonized Light-duty Vehicles Test Cycle (WLTC) Class-1” driving conditions. According to the optimization results, the double-V IPM structure reduces torque ripple by more than 80% compared with the reference design, achieving 94.9% nominal efficiency and a 41.4% reduction in total losses. The active material mass is reduced by approximately 12%, yielding a compact LEV traction motor capable of bidirectional operation in both traction and charging modes.