Endüstriyel Uygulamalarda Kullanılan Minyatür Fırçasız DA Motorların Tasarım Parametrelerinin Motor Performansına Etkisinin İncelenmesi

Year 2019, , 236 - 250, 31.05.2019

Selin Efe Kayabaşı , Elif Erzan Topçu

https://doi.org/10.31202/ecjse.474067

Abstract

Motorların
kullanılacağı alan ve sektöre göre maliyet avantajı, proses kolaylığı, yüksek
hız, verim ve çıkış gücü beklentileri parametre seçiminde önemlidir. Bu
çalışmada endüstrinin birçok alanında kullanılan minyatür fırçasız doğru akım
motorlarının yapısal parametrelerinin motor performansına etkisi incelenmiştir.
Endüstride bu motorların kullanıldığı alanlarda kabul görebilecek boyutsal
ölçüler, işletim sıcaklığı, gerilim değeri, güç ve hız değerleri dikkate
alınarak ANSYS Maxwell’ in motor ön tasarım modülünde (RMxprt) referans bir
motor oluşturularak analizler yapılmıştır. Referans motorun stator ve rotor
kısmında motor performansına etki edebilecek pek çok parametre değiştirilerek
analizler yapılmıştır. Stator kısmında laminasyon saç paketinin uzunluğu,
sıkıştırma faktörü, slot tipinin değiştirilmesi ile ilgili analizler, rotor
kısmında da mıknatıs malzemesi, mıknatıs dizilimi, rotorun iç ve dışta yer
alması ile ilgili analizler gerçekleştirilmiştir. Belirtilen analiz sonuçları
hıza bağlı verim ve güç değişimleri açısından referans motorla karşılaştırılmış
ve yorumlanmıştır.

 

Keywords

RMxprt, Maxwell, Minyatür Fırçasız DA Motoru, mekatronik tasarım

Investigation the Effect of Design Parameters of Miniature Brushless DC Motors Used in Industrial Applications

Abstract

Cost advantage, process ease,
speed, efficiency and output power expectations of the electric motors used
actuator elements can be changed according to the area and sector. Therefore,
this variable may require structural
changes in the motor design to meet the expectations in the desired
constraints. In this study, the effects of various design parameter changes in
the stator and rotor part of this motor on motor output power and efficiency in
a certain operating speed range were investigated by starting from a miniature
brushless direct current (DA) motor type used in many areas of industry. The
analyzes were carried out in the preliminary design module (RMxprt) of the
ANSYS Maxwell program, taking into account the dimensions, operating temperature,
voltage, power and speed of the motors in the industry. In the stator part of
the motor, the length of the laminating sheet package, stacking factor, the
slot type, the magnet material in the rotor part, the magnet array, the
analyzes of the structure of the rotor were carried out. The analysis results
were compared with respect to speed-related efficiency and power changes.

References

• [1] http://shodhganga.inflibnet.ac.in/bitstream/10603/141300/10/10_chapter%202.pdf
• [2] Dusane, P., Simulation of a Brushless DC Motor in ANSYS – Maxwell 3D, Master Thesis, Czech Technical University and Department of Power Engineering, (2016).
• [3] Ocak, O., Yılmaz, D., Aydın, M., Aydın, M., Fırçasız Dış Rotorlu Elektrikli Bisiklet Motoru Tasarımı, Üretimi ve Deneysel Doğrulaması, Eleco 2014 Elektrik -Elektronik -Bilgisayar veBiyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, Bursa, 2014, 178-182.
• [4] Lequesne B., Automotive Electrification: The Nonhybrid Story, IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2015, 1(1), 40-53.
• [5] Ocak, C., Elektrikli Araçlar İçin Üç Kademeli Yeni Bir Fırçasız DA Motoru Tasarımı, Analizi ve Uygulaması, Doktora Tezi, G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, (2013).
• [6] Tiryaki, H., Çağışlar, A. S., Akgündoğdu, A., Kocaarslan, İ., Elektrikli Araçlar için Fırçasız Doğru Akım Motorlarında Değiştirilebilir Manyetik Alan Uygulaması, K.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016, 8(2), 37-45.
• [7] Çetin, E., Daldaban, F., Otomotiv Uygulamalarında Kullanılacak Eksenel Akıllı Sürekli Mıknatıslı BLDC Motor Tasarım Modeli, 7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi, Bursa, 2014, 17-22.
• [8] Chaudhari, A., Mahajan, G., Implementation of BLDC Motor Based Water Pump for Automotive Vehicle, The International Journal of Engineering and Science, 2015, 4(6), 34-41.
• [9] Wijenayake, A., Bailey, J. M., McCleer, P.J., Design optimization of an axial gap permanent magnet brushless DC motor for electric vehicle applications, Thirteenth IAS Annual Meeting in Industry Applications Conference, IEEE, 1995, pp. 685 -692.
• [10] Dunkl, S., Muetze, A., Schoener, G., Design constraints of small single-phase permanent magnet brushless DC drives for a cooling application, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition
• [11] Ooshima, M., Takeuchi, C., Magnetic suspension performance of a bearingless brushless DC motor for small liquid pumps, 2009 International Conference on Electrical Machines and Systems, 2010, 1-4.
• [12] Arslan, S., Dalgıç Motorun Analitik, Sayısal, Performans Sonuçlarının Karşılaştırılması, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 2016, 4(2), 403-415.
• [13] Nekoubin, A., Design a single-phase BLDC Motor and Finite Element Analysis of Stator Slots Structure Effects on the Efficiency, International Journal of Electrical and Computer Engineering, 5(5), 685-692.
• [14] Çetin E., Daldaban F., Eksenel Akıllı Motorlarda Oluk Açıklıklarındaki Hatanın Moment Üzerine Etkisi, El-Cezeri Fen ve Mühendislik Dergisi, 2017, 4(3), 374-381.
• [15] İşler, A., Özçelik, N.G., Ergene, L.T., Fırçasız Doğru Akım Motorlarında Farklı Mıknatıs Dizilimleri, TBMMOB Elektrik Mühendisleri Odası Bülten, 329-333.
• [16] Hanselman, Duane C., "Brushless Permanent Magnet Motor Design, Second Edition" 2006.
• [17] Demir, U., Aküner, M. C., Using Taguchi method in defining critical rotor pole data of LSPMSM considering the power factor and efficiency, Tehnički vjesnik 24, 2(2017), 347-353.
• [18] Gieras, J. F., M. Wing, Permanent Magnet Motor Technology Design, and Applications, Marcel Dekker, N. Y., USA, 2002.
• [19] Jin, J., “The Finite Element Method in Electromagnetics”, Second Edition, John Wiley& Sons, 2002.
• [20] https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-rmxprt