Fırçasız doğru akım motorunun analizi ve optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada fırçasız doğru akım motorlarında rotor konfigürasyonlarının, oluk/kutup yapılarının ve kaykı oranlarının motor parametreleri ile ilişkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda fırçasız doğru akım motorlarının yapısı, çalışma prensibi, motorda kullanılan aktif malzemeler, sargı düzeni ve temel manyetik denklemleri hakkında detaylı bilgiler verilmiştir. Analiz çalışmalarında ilk olarak bir fırçasız doğru akım motorunun beş farklı rotor konfigürasyonu karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar sonucunda en düşük maliyetli rotor yapısının kanal tip rotor olduğu belirlenmiş ve bu rotor yapısı yapılan diğer analizlerde kullanılmıştır. Kanal tip rotorlu motorun vuruntu momenti ve moment dalgalanmasının çok yüksek olduğu görülmüştür. Kanal tip rotorlu yapının dezavantajlarını gidermek ve diğer parametrelerle ilişkisini incelemek amacıyla farklı oluk/kutup yapıları için analizler yapılmıştır. Ayrıca aynı oluk/kutup yapılarına minimum oranda kaykı verilerek analizler tekrarlanmıştır. Oluk/kutup yapıları değiştirilerek veya stator oluklarına minimum oranda kaykı verilerek bazı motor parametrelerinin iyileştirilebileceği analizlerle gösterilmiştir. Elektromanyetik analiz çalışmaları ilk olarak Maxwell Rmxprt programında modellenmiş, sonrasında Maxwell 2B (İki Boyutlu) ortamına aktarılarak analizler gerçekleştirilmiştir. Son olarak optimum oluk/kutup yapısı belirlenerek ANSYS Fluent ortamında termal analizi yapılmıştır.

In this study, it is aimed to determine the relations of rotor configurations, slot/pole structures and skew ratios with motor parameters in brushless direct current motors. In this scope, detailed information was given about the structure, working principle, active materials used in the motor, winding arrangement and basic magnetic equations of brushless direct current motors. In the analysis studies, firstly, five different rotor configurations of a brushless direct current motor were compared. As a result of comparisons, it was determined that the lowest cost rotor structure was a spoke type rotor and this rotor structure was used in other analyses. It has been observed that the cogging torque and torque ripple of the spoke type motor are very high. In order to eliminate the disadvantages of the spoke type rotor structure and to examine its relationship with other parameters, analyzes were made for different slot/pole structures. In addition, the analyzes were repeated by giving minimum rate of skew to the same slot/pole structures. It has been shown by analyzes that some motor parameters can be improved by changing the slot/pole structures or by giving a minimum rate of skew to the stator slots. Electromagnetic analysis studies were first modeled in the Maxwell Rmxprt program, then transferred to the Maxwell 2D (Two Dimensional) environment and analyzed. Finally, the optimum slot/pole structure was determined and thermal analysis was performed in ANSYS Fluent environment.