Dış rotorlu sabit mıknatıslı senkron relüktans motor tasarımı ve uygulaması

Abstract

Günümüzde elektrikli araçlara olan ilginin giderek artmasıyla özel tasarım elektrik motorları üzerine yapılan çalışmalarda önemli ilerlemeler kaydedilmektedir. Bununla birlikte birçok alanda da özel tasarım motorlara ihtiyaç duyulmaktadır. Kullanım amacına, verimine ve diğer performans özelliklerine göre motorlara olan ihtiyaçlar değişebilmektedir. Bir elektrikli araç için düşünüldüğünde güç kayıplarının büyük bir kısmını motorun mili ile aracın tekerleği arasında görev alan mekanik kısımlarda harcanmaktadır. Bu enerji kaybını azaltmak için tüm sistem verimini arttırmak amaçlandığında dış rotorlu bir motora ihtiyaç duyulmaktadır. Ayrıca araçlarda ağırlık artışı ile araç menzili arasında ters yönlü bir ilişki olması sebebiyle dişli, diferansiyel gibi ağır mekanik sistemlere ihtiyaç duyulmaması aracın menziline olumlu katkı yapmaktadır. Bu çalışmada tasarlanan motorun dış rotorlu olmasının yanında tork dalgalanmasının düşük ve motor veriminin de yüksek olması amaçlanmıştır. Bu hedefi gerçekleştirmek için rotor bakır kayıplarının yok edilmesi olumlu bir katkı sağlayacağı için tasarlanacak motorun bir senkron relüktans motor olmasına karar verilmiş, iyi bir performans hedefi için ise sabit mıknatıs desteğine ihtiyaç duyulmuştur. Relüktans motorların çalışma prensibi gereği tork dalgalanması yüksek olduğundan temel tasarım hedeflerinin başında yüksek verim ve düşük tork dalgalılığı gelmektedir. Bu hedeflere ulaşmak için rotor geometrisinde ve mıknatıs boyutlandırılmasında parametrik analizler gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda rotorun içinden dışına doğru giden sırada mıknatıs yay açılarının artışı verim ve tork dalgalanması açısında olumlu sonuçlar verdiği görülmüştür. Bu açıdan en iyi sonuç veren bir tasarım seçilerek prototipi üretilen motorun performans testi yapılmıştır. Sonuç olarak testi yapılan prototip ile analiz sonuçlarının uyumlu olduğu görülmüştür.

Nowadays, with the increasing interest in electric vehicles, significant progress has been made in studies on specially designed electric motors. In addition, special design motors are needed in many areas. The needs of the motors may change according to the purpose of use, efficiency and other performance characteristics. Considering an electric vehicle, most of the power losses are spent in the mechanical parts between the motor shaft and the vehicle's wheel. In order to reduce this energy loss, an outer rotor motor is needed when it is aimed to increase the efficiency of the whole system. In addition, since there is an inverse relationship between vehicle weight gain and vehicle range, the absence of the need for heavy mechanical systems such as gears and differentials makes a positive contribution to the range of the vehicle. In this study, it is aimed to have low torque ripple and high motor efficiency as well as being outher rotor of the designed motor. In order to achieve this goal, it was decided that the motor to be designed would be a synchronous reluctance motor, since the elimination of rotor copper losses would make a positive contribution, and permanent magnet support was needed for a good performance target. Since the torque ripple is high due to the working principle of reluctance motors, high efficiency and low torque ripple are the main design goals. To achieve these goals, parametric analyzes were performed on rotor geometry and magnet sizing. As a result of the analyzes, it has been seen that the increase in magnet arc angles during the going from inside the rotor to the outside gives positive results in terms of efficiency and torque ripple. In this respect, a design that gives the best results was selected and the performance test of the motor whose prototype was produced was carried out. As a result, it was seen that the test results were compatible with the prototype tested.