Elektrikli araçlar için doğrudan tahrikli radiaxial akılı asenkron motor tasarımı ve uygulaması

Abstract

Günümüz dünyasında enerji ve çevre kavramlarına bir çözüm sunması için, elektrikli araçlar oldukça ilgi çekmektedir. Elektrik motorlu çekiş sistemleri, geniş moment-hız özelliği, yüksek güç yoğunluğu ve yüksek enerji verimliliği sunmaktadır. Bu tez çalışmasında elektrikli araç teknolojileri, araç dinamiği ve asenkron motor parametreleri incelenmiştir. Türkiye pazarında en çok satılan binek araçlar ve onların teknik özellikleri ele alınmıştır. Araç dinamiği üzerine yapılan incelemelerden, binek bir araç için motor performans gereksinimleri hesaplanmıştır. Asenkron motor, performans karakteristiği ve tasarım parametreleri ele alınarak Ansys RMXprt programında değerlendirilmiştir. Arzu edilen motor performans gereksinimlerini elde etmek için, Taguchi metodu ile asenkron motor için önem derecesi düşük parametreler elenmiştir. Radyal akılı asenkron motor için kritik parametrelerin belirlenmesinin ardından motor parametreleri optimize edilerek tasarım tamamlanmıştır. Doğrudan tahrikli tekerlek içi asenkron motor için paket (hacim) çalışmaları yapılarak minimum ve maksimum motor çapları ile motor uzunluğu belirlenmiştir. İki yolculu binek bir araç için teknik özellikler oluşturulmuş ve analiz edilmiştir. Yapılan analizler sonucunda iki yolculu bir araç için doğrudan tahrikli tekerlek içi asenkron motor için teknik isterler belirlenmiştir. Tez konusunun en önemli motivasyonu olan radiaxial akı geometrisine ulaşmak için belirlenen minimum ve maksimum motor çapları kapsamında 9 adet motor kombinasyonu oluşturularak, radiaxial akılı Asenkron motor için koniklik açısının analizleri Ansys Maxwell 3D ortamında yapılmıştır. Alınan sonuçlar hem radyal akılı motorlar hem de radiaxail akılı motorlar açısından değerlendirilerek optimum sonuçları sağlayan koniklik açısı, radiaxial akılı motor için belirlenmiş ve motor performans parametreleri açısından analiz edilmiştir. Ayrıca radiaxial akılı motorlardan minimum çaptan maksimum çapa doğru giden model için prototip ve test çalışmaları gerçekleştirilerek, model tasarım ile korelasyonları incelenmiştir. Bu kapsamda motor konseptlerinin doğrulamaları gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar ve yapılan çalışmalar sonunda radiaxial akılı doğrudan tahrikli asenkron motorun, radyal akılı asenkron motor emsallerine göre güç faktörünün iyileşmesi, verimin artması, nüve kayıplarının azaltılması ve ağırlık azaltma gibi faydalar sağladığı tespit edilmiştir.

In today’s world, the electric vehicle is the most attractive solutions for the concepts of energy and environment. The electrified traction systems offer wide torque-speed capability, high power density and high energy efficiency. In this study, electric vehicle, vehicle dynamic and asynchronous motor parameters were investigated. In Turkey market, the best-selling passenger car and their specifications is discussed. The motor performance parameters for a passenger car were calculated from its vehicle dynamic. An asynchronous motor were evaluated in terms of the performance and design parameters by Ansys RMXprt. To get the desired motor requirements, low severity parameters of the asynchronous motor were eliminated by Taguchi’s design of experiment method. After the defining of critical parameters for asynchronous motor, the motor design was completed by optimizing. The minimum and maximum diameter and length of the asynchronous motor were defined for in-wheel asynchronous motor. Then, the technical specifications for a two-passenger vehicle were created and analyzed. As a result of the analysis, the technical requirements of direct in-wheel asynchronous motor were determined for a two-passenger vehicle. Analysis of the taper angle for the radiaxial asynchronous motor were performed in the Ansys Maxwell 3D environment by creating9 motor combinations within the determined minimum and maximum motor diameters to create the radiaxial flux geometry, which is the most important motivation of the thesis topic. The obtained results were evaluated for both radial and radiaxial flux motors in terms of motor performance parameters. The taper angle of radiaxial motor was determined for optimum results. Besides, the prototype and test studies were performed for a radiaxial flux motor which has a taper geometry that is increasing from minimum diameter to maximum diameter to provide corelation between the design model and prototype. Thus, the proof of concept models were realized. As a result of the obtained results and studies, it has been found that radiaxial flux asynchronous motor has some benefits such as improvement of power factor, increase of efficiency, reduction of core losses and weight reduction compared to radial flux asynchronous motors.