Elektrikli araçlar için yüksek güç yoğunluğuna sahip doğrudan tahrikli gömülü mıknatıslı senkron motor tasarımı ve analizi

Abstract

Elektrikli araç teknolojisindeki gelişmeler, fosil yakıtların ulaşım ve endüstri üzerindeki olumsuz etkilerini azaltmak için kritik bir öneme sahiptir. Bu bağlamda, 1,4 kW gücünde ve 1100 rpm hızında çalışacak bir gömülü mıknatıslı senkron motor (GMSM) tasarım ve analizi yapılmıştır. GMSM’ler, yüksek güç faktörü, güç yoğunluğu ve tork kabiliyetleriyle elektrikli araç uygulamaları için uygun bir performans sunmaktadır. İç rotor yapısının ve rotorun içine gömülü mıknatısların kullanılması, motorun mekanik dayanımını artırarak yüksek hızlarda stabilite ve performans sağlar. Farklı oluk-kutup konfigürasyonlarının ve en-boy oranlarının motor performansına etkisi incelenmiştir. Ayrıca oluk-kutup konfigürasyonlarının vuruntu momentine etkisi analiz edilmiştir. Motor boyutlandırmada birçok bağımlı ve bağımsız değişken bulunduğundan ilk adımda parametrik optimizasyon ile, oluk başına iletken sayısı, stator diş kalınlığı ve stator boyunduruğunun verimliliğe etkisi araştırılmıştır. İkinci adımda ise birinci adımda belirlenen parametre değerleri sabit tutularak, diğer değişkenler için çok amaçlı genetik algoritma (ÇAGA) yöntemi kullanılarak optimizasyon yapılarak verimlilik %94 ve üzerinde elde edilmiştir. Optimizasyonu çalışmaları neticesinde farklı motor tasarımları karşılaştırılmış ve en uygun tasarım olarak 39 oluk, 10 kutuplu motor modeli belirlenmiştir. Bu tasarım sürecinde, verimlilik, güç yoğunluğu, tork yetenekleri, boyutlar ve soğutma gereksinimleri gibi kritik faktörlerin yanı sıra elektrikli araçların gereksinimlerini en iyi şekilde karşılayan motor boyutları belirlenmiştir. Belirlenen 39 oluk, 10 kutuplu motorun başlangıç tasarımı ve ÇAGA optimizasyon tasarım modelleri, sonlu elemanlar analizi (SEA) kullanılarak incelenmiştir. Bu analiz, iki boyutlu modelleme yöntemiyle gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Başlangıç tasarımından, ÇAGA optimizasyon süreci boyunca yapılan iyileştirmeler gözlemlenmiştir. SEA sonrasında belirlenen motor konfigürasyonu, istenilen değerlere yakın bir performans sergilemiştir.