Elektrikli araçlar için dış rotorlu sabit mıknatıslı senkron relüktans motor (SMSYNRM) tasarımı, analizi ve uygulaması

Abstract

Günümüz otomotiv endüstrisi benzinli araçlardan çok elektrikli araçlar (EA) ya da hibrit elektrikli araçlar (HEA) üzerine çalışmalarını yoğunlaşmıştır. Hem EA’larda hem de HEA’larda kullanılmak üzere yüksek verimli, yüksek tork yoğunluklu ve yüksek güç faktörüne sahip elektrik motorlarına daha çok yatırım yapılmaktadır.Bu çalışmada, bir EA’da kullanılmak üzere yeni bir rotor topolojisine sahip dış rotorlu sabit mıknatıslı senkron relüktans motor (SMSynRM) tasarlanmıştır. Tasarım enine laminasyon (Transversally-Laminated Anisotropic-TLA) rotor yapıdadır. Ayrıca rotor topolojisinde Neodymium-Iron-Boron (NdFeB) mıknatıslar kullanılmıştır. Stator olukları dağıtılmış sargı şeklinde tasarlanmıştır, böylece tork dalgalanmaları minimuma indirilmiştir. Aynı zamanda maksimum elektromanyetik tork elde edilmiştir. Tasarlanan motorun analizi sonlu elemanlar analizi (SEA) ile gerçekleştirilmiştir. Tasarımda maksimum tork ve minimum tork dalgalanması elde etmek için üç fazlı SMSynRM’nin rotor geometrisinde optimizasyon gerçekleştirilerek motor parametrelerinin optimum değerleri elde edilmiştir. Motor 48/ 8 oluk/ kutup kombinasyonunda, 750 d/ d hızda ve 1 kW gücündedir. Benzetim ve imalat sonrası gerçekleştirilen performans testlerinin sonuçlarıyla dış rotorlu SMSynRM ile maksimum güç, minimum tork dalgalanması ve yüksek güç faktörü elde edildiği gösterilmiştir.Today's automotive industry has focused its studies on electric vehicles (EVs) or hybrid electric vehicles (HEVs) rather than gasoline-powered vehicles. For this reason, more investments are made in electric motors with high efficiency, high torque density and high-power factor to be used in both EVs and HEVs. In this study, an outer rotor permanent magnet synchronous reluctance motor (PMSynRM) with a new rotor topology is designed for use in an EV. The design has a Transversally Laminated Anisotropic (TLA) rotor structure. In addition, Neodymium-Iron-Boron (NdFeB) magnets are used in rotor topology. The stator slots are designed as distributed windings, so torque ripples are minimized. At the same time, the maximum electromagnetic torque has been achieved. The analysis of the designed motor is carried out using the finite element method (FEM). Optimal values of motor parameters are obtained by optimizing the rotor geometry of the three-phase PMSynRM in order to obtain maximum torque and minimum torque ripple in the design. The motor is in a 48/ 8 slot / pole combination, a speed of 750 rpm and a power of 1 kW. With the simulation and post-production performance tests results, it has been shown that the outer rotor PMSynRM achieves maximum power, minimum torque ripples, and high power factor.