Elektrikli araçlar için mıknatıs oranı ve moment titreşimi azaltılmış yüksek verimli sürekli mıknatıslı senkron motor tasarım süreci ve gerçeklenmesi
Öz
Yakın
gelecekte, petrol ürünlerine bağımlılığın azaltılması talebi ve emisyon
kısıtlamaları, özellikle batarya, elektrik motoru ve güç elektroniği
teknolojilerinin gelişmesi ile elektrikli araçların günlük yaşantımıza daha
fazla girmesi kaçınılmaz olup, elektrikli araçlar hem otomotiv sektörünün hem
de akıllı şebekelerin önemli bir unsuru olacaktır. Bu kapsamda, elektrikli
araçların tahrik sisteminin ana parçası olan yüksek verim ve güç yoğunluklu, düşük
moment dalgalanmalı, değişken hız değerlerine sahip ve mıknatıs oranı
azaltılmış sürekli mıknatıslı senkron motorun tasarımı ve gerçeklenmesi
hedeflenmiştir. Çalışmada öncelikle, gömülü mıknatıslı senkron motor tasarım
sürecini kapsayan akış diyagramı oluşturulmuş ve elektrikli aracın
gereksinimleri doğrultusunda motorun ana boyutları belirlenmiştir. Detaylı
analitik analizlerle elektrik makinesinin temel büyüklüklerinin, rotor ve
stator boyutlarının, sargı şekli ve yapısının belirlenmesi süreci uygulanmış ve
sonlu elemanlar yöntemi ile çeşitli çalışma koşullarında nümerik analizler
gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan motorun statorunda tek ve yüksek oluk sayısı
kullanılarak oluşturulan simetrik olmayan sargı yapısıyla uzay harmonikleri,
radyal kuvvetler ve vuruntu momentinin etkisi azaltılmıştır. Böylece, tasarıma
özel 57 oluk yapısıyla moment titreşimleri ve vuruntu momenti azaltılmış bir tasarım
gerçeklenmiştir. Rotor ve sürekli mıknatısların boyutları ve konumunda yapılan
optimizasyon çalışmaları ile mıknatıs miktarının gerekli performansı sağlayacak
şekilde minimuma indirilmesi sağlanmıştır. Motorun, termal ve yapısal dayanım
analizleri yapılıp üretimi gerçekleştirilmiş ve oluşturulan test düzeneği
üzerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneysel sonuçlarla analiz sonuçlarının
karşılaştırılması, tasarımda yapılan eniyilemelerle optimize edilen motor ve
sürücü sistemi araca monte edilerek araç üzerinde performans ve yol testleri başarılı
bir şekilde gerçekleştirilmiştir.
Anahtar Kelimeler
Elektrikli araçlar Sürekli mıknatıslı senkron motor Sonlu elemanlar analizi Moment titreşimi
Kaynakça
- Ahman M., Primary energy efficiency of alternative powertrains in vehicles, Energy, 26 (11), 973-989, 2001.
- Mun J. M., Park G. J., Seo S., Kim Y. J., Jung S. Y., Design characteristics of IPMSM with wide constant power speed range for EV traction, IEEE Trans. Magn., 53 (6), 1-4, 2017.
- Yang Y., Castano S. M., Yang R., Kasprzak M., Bilgin B., Sathyan A., Emadi A., Design and comparison of interior permanent magnet motor topologies for traction applications, IEEE Trans. Transportation Electrification, 3 (1), 86-97, 2017.
- Huynh T. A., Hsieh M. F., Performance evaluation of thin electrical steels applied to interior permanent magnet motor, IEEE 19th Int. Conf. Electrical Machines and Systems, 1-6, 2016.
- Seo J. H., Kwak S. Y., Jung S. Y., Lee C. G., Chung T. K., Jung H. K., A research on iron loss of IPMSM with a fractional number of slot per pole, IEEE Trans. Magn., 45 (3), 1824-1827, 2009.
- Jiang J. W., Bilgin B., Sathyan A., Dadkhah H., Emadi A., Noise and vibration reduction for IPMSM by using rotor circumferential slits, IEEE Int. Conf. Electric Machines and Drives (IEMDC), 1-8, 2017.
- Castano S. M., Jiang J. W., Bilgin B., Sathyan A., Dadkhah H., Emadi, A., An investigation of slot-pole combinations for interior permanent magnet synchronous machines with different magnet topologies, IEEE International Con. Electric Machines and Drives (IEMDC), 1-8, 2017.
- Li Y., Bobba D., Sarlioglu B., Design and optimization of a novel dual-rotor hybrid PM machine for traction application, IEEE Trans. Ind. Electron., 65 (2), 1762-1771, 2018.
- Pyrhonen J., Jokinen T., Hrabovcova V., Design of rotating electrical machines, John Wiley & Sons, Birleşik Krallık, 2013.
- Han S. H., Jahns T. M., Zhu Z. Q., Design tradeoffs between stator core loss and torque ripple in IPM machines, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, IAS'08, 1-8, 2008.
- Suzuki M., Sakai, K., Reduction of torque ripple for PM motor with toroidal winding, 19th Int. Conf. Electrical Machines and Systems (ICEMS), 1-6, 2016.
- Yayla N., Karayolu Mühendisliği, Istanbul, Türkiye, 2002.
- Arkkio A., Design of electrical machines lecturer notes, Aalto University, Finland, 2015.
- Hendershot J. R., Miller T. J. E., Design of brushless permanent-magnet machines, Motor Design Books, A.B.D., 2010.Boduroğlu T., Elektrik makinaları dersleri, Cilt 3 Kısım 2, İstanbul Teknik Üniversitesi, Türkiye, 1986.
- Kocabaş D. A., Asenkron Makinalarda Uzay Harmoniklerinin Etkilerini Azaltmaya Katkılar, Doktora tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2004.
- JMAG Application Note, Thermal Analysis of an IPM Motor, 2014.
- Sezenoğlu C., Aydoğan F., Kurnaz A. H., Akgül L., Erçin M. E., Elektrikli ve hibrit elektrikli araçlar için elektrik makinesi ve sürücüsü, Cadem A.Ş., Bursa, 2017.
Öz
Kaynakça
- Ahman M., Primary energy efficiency of alternative powertrains in vehicles, Energy, 26 (11), 973-989, 2001.
- Mun J. M., Park G. J., Seo S., Kim Y. J., Jung S. Y., Design characteristics of IPMSM with wide constant power speed range for EV traction, IEEE Trans. Magn., 53 (6), 1-4, 2017.
- Yang Y., Castano S. M., Yang R., Kasprzak M., Bilgin B., Sathyan A., Emadi A., Design and comparison of interior permanent magnet motor topologies for traction applications, IEEE Trans. Transportation Electrification, 3 (1), 86-97, 2017.
- Huynh T. A., Hsieh M. F., Performance evaluation of thin electrical steels applied to interior permanent magnet motor, IEEE 19th Int. Conf. Electrical Machines and Systems, 1-6, 2016.
- Seo J. H., Kwak S. Y., Jung S. Y., Lee C. G., Chung T. K., Jung H. K., A research on iron loss of IPMSM with a fractional number of slot per pole, IEEE Trans. Magn., 45 (3), 1824-1827, 2009.
- Jiang J. W., Bilgin B., Sathyan A., Dadkhah H., Emadi A., Noise and vibration reduction for IPMSM by using rotor circumferential slits, IEEE Int. Conf. Electric Machines and Drives (IEMDC), 1-8, 2017.
- Castano S. M., Jiang J. W., Bilgin B., Sathyan A., Dadkhah H., Emadi, A., An investigation of slot-pole combinations for interior permanent magnet synchronous machines with different magnet topologies, IEEE International Con. Electric Machines and Drives (IEMDC), 1-8, 2017.
- Li Y., Bobba D., Sarlioglu B., Design and optimization of a novel dual-rotor hybrid PM machine for traction application, IEEE Trans. Ind. Electron., 65 (2), 1762-1771, 2018.
- Pyrhonen J., Jokinen T., Hrabovcova V., Design of rotating electrical machines, John Wiley & Sons, Birleşik Krallık, 2013.
- Han S. H., Jahns T. M., Zhu Z. Q., Design tradeoffs between stator core loss and torque ripple in IPM machines, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, IAS'08, 1-8, 2008.
- Suzuki M., Sakai, K., Reduction of torque ripple for PM motor with toroidal winding, 19th Int. Conf. Electrical Machines and Systems (ICEMS), 1-6, 2016.
- Yayla N., Karayolu Mühendisliği, Istanbul, Türkiye, 2002.
- Arkkio A., Design of electrical machines lecturer notes, Aalto University, Finland, 2015.
- Hendershot J. R., Miller T. J. E., Design of brushless permanent-magnet machines, Motor Design Books, A.B.D., 2010.Boduroğlu T., Elektrik makinaları dersleri, Cilt 3 Kısım 2, İstanbul Teknik Üniversitesi, Türkiye, 1986.
- Kocabaş D. A., Asenkron Makinalarda Uzay Harmoniklerinin Etkilerini Azaltmaya Katkılar, Doktora tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2004.
- JMAG Application Note, Thermal Analysis of an IPM Motor, 2014.
- Sezenoğlu C., Aydoğan F., Kurnaz A. H., Akgül L., Erçin M. E., Elektrikli ve hibrit elektrikli araçlar için elektrik makinesi ve sürücüsü, Cadem A.Ş., Bursa, 2017.
Ayrıntılar
| Birincil Dil | Türkçe |
|---|---|
| Konular | Mühendislik |
| Bölüm | Makaleler |
| Yazarlar | |
| Yayımlanma Tarihi | 25 Aralık 2019 |
| Gönderilme Tarihi | 13 Eylül 2018 |
| Kabul Tarihi | 4 Aralık 2019 |
| Yayımlandığı Sayı | Yıl 2020 Cilt: 35 Sayı: 2 |