Sabit Mınatıslı Dis Motorlarda Mınatıs Kayı Etisi Metin AYDIN Meatroni Mühendisliği Bölümü, Mühendisli Faültesi, Kocaeli Üniversitesi, Esi Istanbul Yolu 1. m 13, Izmit/Kocaeli e-posta: metin.aydin@ocaeli.edu.tr Anahtar sözcüler: Eletri Motorları, Sabit mınatıslı motorlar, Vuruntu momenti, Mınatıs ayısı Özet Bu çalışmada, vuruntu momenti minimizasyon yöntemlerinden biri olan mınatıs ayısı esenel aılı süreli mınatıslı (EASM) dis motorlar için detaylı bir şeilde incelenmiştir. Farlı mınatıs ayı tenileri ve motor performansına etisi 3D sonlu elemanlar analizi ullanara test edilmiştir. Sonuçlar bir referans EASM motor ile arşılaştırılmış ve vuruntu momenti bileşenindei iyileştirmeler gösterilmiştir. Abstract In this paper, one of the main cogging torque minimization methods, magnet sew, is examined in detail for Axial Flux Permanent Magnet (AFPM) disc motor. Various magnet sewing methods, types, and effects on the machine performance are also investigated using 3D Finite Element Analysis. The results are compared with a reference AFPM motor, and the improvements on cogging torque component are demonstrated. 1. Giriş li yılların başında yüse enerjili NdFeB mınatısların bulunuşunun ardından sabit mınatıslı (SM) motorlar bir ço uygulamada asenron, DC ve senron motorlara alternatif oluşturmuş ve özellile günümüzde bir ço uygulamada sıca ullanılmaya başlanmıştır. Bunun temel nedenleri arasında bu tip motorların moment ve güç yoğunlularının asenron ve DC motorlara göre daha fazla olması, verimlerinin yüse olması, hacimlerinin ve ağırlılarının az olması il sıralarda yer almatadır. Sabit mınatıslı motorların performansı çıış momentinin alitesi ile doğrudan orantılıdır ve motorun tasarımı sırasında moment alitesine özen gösterilmelidir. Sistem eylemsizliğinin büyü olduğu uygulamalarda bu ciddi bir sorun oluşturmayabilir anca diğer uygulamalarda moment dalgalanmasının etisi motor performansına diret olara yansır. SM motorlarında moment dalgalanmalarının [1-3] bir ço aynağı mevcuttur. Bunlar arasında vuruntu momenti, PWM harmonileri, ideal olmayan zıt EMK dalga şeli, faz omütasyonu ve DC baradai dalgalanmalar il sıralarda yer alır. Yüse hızlarda moment dalgalanmaları sistemin eylemsizliği sayesinde süzülebilir. Anca, düşü hızlarda moment dalgalanmaları abul edilemez boyutlarda hız değişimlerine, titreşime ve austi gürültüye neden olur. Bu nedenle, motorun tasarım aşamasında vuruntu momentinin en aza indirgenmesi özen gösterilmesi gereen bir notadır. Sabit mınatıslı motorların tasarım süreci günümüzde artı sadece eletromanyeti tasarımdan ibaret değildir. Motor tasarımı Şeil 1 den de görüldüğü gibi eletromanyeti, yapısal ve termal tasarım aşamalarını geçtiten sonra sonlandırılmalıdır. Eletromanyeti tasarımı gecmiş bir motor yapısal tasarım yada analiz aşamasını geçemez ise eletromanyeti tasarım aşamasına geri dönülmeli ve rotor yapısı uygulamanın hızına göre değiştirilmelidir. Benzer şeilde eletromanyeti ve yapısal tasarım aşamalarını geçen bir motor termal tasarım aşamasında sorun yaratması deme eletromanyeti tasarım aşamasına geri dönmesi demetir. Düşü hızlı uygulamalarda yapısal tasarıma ihtiyaç duyulmayabilir, veya aım yoğunluğu düşü uygulamalarda termal tasarıma gere almayabilir. Anca, özel bir uygulama için tasarlanan sabit mınatıslı bir motor, tüm tasarım aşamalarını geçtiten sonra prototip veya üretime aşamasına geçilmelidir. Şeil 1: Sabit mınatıslı motorların tasarım aşamaları Vuruntu momenti bu tasarım aşamaları arasında eletromanyeti tasarım sürecinde hesaba atılmalıdır. Bu moment bileşenini azaltma için ya analiti modeller yada zaman alıcı sonlu elemanlar metodu ullanılmalıdır. Bu moment bileşenini azaltıcı analiti modeller standart radyel aılı SM (RASM) motorlar için oluşturulmuştur. EASM dis motorlar için bu modeller henüz oluşturulamamış, bu nedenle vuruntu momentinin eletromanyeti tasarım aşamasında sonlu elemanlar analizi ullanılara en aza indirgenmesi gereir. Vuruntu momenti süreli mınatıslardan aynalanan EMF harmonileri ile statordai olulardan aynalanan manyeti iletenli harmonilerinin etileşiminden ortaya çıar ve bir önlem alınmazsa motor performansını olumsuz yönde etileyebilir. RASM motorlarda vuruntu momentini azaltma için bir ço metot mevcuttur. Stator olularına ya da mınatıslara eğim verilmesi (ayı), mınatıslara özel şeiller verilmesi ve aydırılması, yardımcı oluların ya da dişlerin ullanılması, mınatıs utbunun optimizasyonu, esirli sargıların ullanılması gibi birço teni bunlar arasında sayılabilir [-]. Bu tenilerin bazıları diret olara EASM dis motorlara uygulanabilir [3-9]. Faat, bu tenilerin EASM motorlara maliyet yönünden etisi büyü olabilir. EASM motorlarda en önemli maliyet stator yapısından gelmetedir. Pahalı, üretimi zor ve armaşı bu yapıyı
vuruntu momentini azaltıcı teniler ullanara dahada armaşı ve pahalı hale getirme tercih edilmez. Bu nedenle düşü maliyet geretiren, EASM motorlara uygun vuruntu momentini azaltaca teniler tercih edilmelidir. Vuruntu momenti minimizasyon tenileri SM motorlarda stator ve rotor tarafından yapılan değişililer olma üzere ii ana grupta özetlenebilir. Daha önce bahsedildiği gibi statorda yapılabilece değişililer EASM motorlarda tercih edilmez. Rotor tarafından yapılabilece değişililer ise ana başlıta toplanabilir. Bu sınıflandırma Şeil de gösterilmiştir. Yardımcı olular Stator oluutup sayısı oranı Stator değişilileri Kaydırılmış olular Vuruntu Momenti Minimizasyon Tenileri Olu açılığı Mınatıs adımı Klasi fan tipi Rotor değişilileri Değişen Mınatıs Kayı Klasi Paralel enarlı Dairesel Mınatıs veya utup aydırması Üçgen Yamu Çift ayılı Şeil : EASM dis motorlarda vuruntu momenti minimizasyon tenileri Rotor aydırması Bu çalışmada da EASM motorlarda bu amaca uygun vuruntu momentinin minimizasyon tenileri ısaca özetlenmiş, dis motorlarda vuruntuyu azaltıcı en etin ve ucuz teni olan mınatıs ayı teniği incelenmiştir. 3 boyutlu sonlu elemanlar analizi (3D SEA) ullanılara bu ayı tenilerinin etinliği araştırılmış ve bir referans EASM motor ile arşılaştırılmıştır.. Vuruntu Momentinin Kaynağı ve Hesaplanması Vuruntu momenti en basit haliyle, yüsüz durumda rotor dış bir aynatan tahri edilere elde edilen mınatıs aynalı moment olara tanımlanabilir. Bu moment bileşeni, SM motorlarda ortaya çıan doğal bir özellitir ve rotor yüzeyine yada içine monte edilen mınatıslarla stator oluları arasındai etileşimin ortaya çıardığı bir bileşendir. Bu nedenle olusuz motorlarda yada oluları apalı motorlarda vuruntu momenti bileşeni ortaya çımaz. Daha ayrıntılı bir şeilde açılama gereirse, vuruntu momenti rotordai mınatısların hareetinden aynalanan manyeti alandai değişim nedeniyle ortaya çıar. Vuruntu momenti ister analiti ister sonlu elemanlar yöntemi ile belirlensin, Fourier serisi ile tanımlanabilir []: T cog ( θm ) = T sin( Ncθm + ϕ ) (1) = 1 Burada θ m rotorun pozisyonu, T inci harmoniğin genliği ve φ inci harmoniğin faz acısı, N c rotor utup sayısı ile stator olu sayısının (N s ) en üçü orta atını göstermetedir. Eğer utup başına düsen olu sayısı bir tamsayi ise N c =N s olur. Vuruntu momenti Maxwell Gerilme Tensörü ya da Sanal İş Teniği metotları ullanılara sonlu elemanlar yöntemi ile hesaplanabilir [3-3]. Maxwell gerilme tensörü yönteminin avantajı, vuruntu momenti hesabinin te bir alan hesabı geretirmesidir. Anca, hassasiyet eleman yoğunluna ve integralin derecesine bağlıdır. Sanal İş Teniğinin ise uygulaması daha olaydır. Anca, ii farlı rotor onumu için alan hesabı geretirir ve nümeri hatadan dolayı hassasiyetten taviz verme gereebilir. Bu çalışmada ullanılan yazılımda sanal iş teniği meteodu ullanılmıştır. 3 Boyutlu SEA yazılımları ço zaman alıcı olması nedeniyle analiti tenilerin mümün olduğu adar SEA ile birleştirilere ullanılması yaygın bir yalaşımdır. Bu yalaşımın etinliği daha öncei yayınlarda gösterilmiştir [7][]. Örne verme gereirse, te stator çift rotorlu bir SM motorda rotorlardan biri diğerine göre adar döndürülürse, elde edilen vuruntu momenti analiti olara aşağıdai gibi ifade edilir; T cog ( θ ) = m = 1 T sin ( N θ + ϕ ) + T sin[ N ( θ + ) + ϕ ] c m = 1 = T cos Nc sin Nc θ m + + ϕ () = 1 Burada T, te rotordan aynalanan vuruntu momentinin ıncı harmoniğinin tepe değeridir. Bu nedenle, vuruntu momenti döndürülürmemiş yada ötelenmemiş rotora göre azalır. Bu azalma her bir harmonic bileşeni için fatörü ile açılanabilir. cos N c (3) Vuruntu momentinin değişimi D yada 3D SEA ullanılara elde edilebilir. Motor sargıları enerji-sizen rotor döndürülere elde edilen moment değerleri vuruntu momentini verecetir. Şeil 3 de, -rotor-1-statorlu özel bir SM dis motorun vuruntu momentinin 3D SEA ullanılara değişimi gösterilmiş ve bu çalışma deneysel olara doğrulanmıştır [11]. Bu arşılaştırma günümüzde ullanılan SEA yazılımlarına güveni göstermetedir..9.7.5.3.1 -.1 1 3 5 -.3 -.5 -.7 -.9 3D Sonlu Elemanlar Analizi Deneysel data mınatıslar demir utuplar Eletrisel derece Şeil 3: 3D SEA ile hesaplanan ve laboratuvar ortamında test edilen -rotor-1-stator lu özel bir SM dis motorun vuruntu momentlerinin arşılaştırılması 3. Mınatıs Kayı Yöntemi ile Vuruntu Momentinin Minimizasyonu Bu çalışmada yapılan analizlerde - olulu, -utuplu - rotor-1-statorlu esenel aılı süreli mınatıslı dis motor referans motor olara ullanılmıştır. Bu tip bir EASM motorun statoru spiral bir tarzda sarılmış silisli lamineli bir stator, rotoru ise bir dis ve yüzeye yerleştirilmiş fan tipi mınatıslardan oluşur. Ayrıca statorda Gramme tip 3 fazlı sargılar arşılılı olulara yerleştirmiştir. Temel aı yönü şu c m
şeildedir: Aı her ii rotorun uzey utbundan önce statora, statordan dairesel olara bir utup boyunca ilerleyip terar hava aralılarını geçere rotor dislerin güney utbuna geçip rotor disi üzerinden devresini tamamlar [3-5]. Bu motor tasarlandıtan sonra SEA yapılara motor performansı ontrol edilmiş, anca vuruntu momentini azaltma için hiç bir yönteme başvurulmamıştır. Böylece çalışmada ullanılan vuruntu momenti minimizasyon tenilerinin referans dis motor ile arşılaştırılmasına iman verilmiştir. Şeil de yapılan SEA den elde edilen vuruntu momentinin değişimi gösterilmiştir. Vuruntu momentinin periodu olulu bir motor için 15 derece, tepe değerinin ise Nm olduğu yapılan analizden açıca görülmetedir. - 5 1 15 - - - Şeil : -Rotor-1-stator lu esenel aılı sabit mınatıslı referans motorun vuruntu moment profili 3.1. Fan Tipi (Kayısız) Mınatıs EASM motorlarda vuruntu momentini azaltmanın en etin yollarından biri mınatıs adımının utup adımına oranını uygun bir değerde seçmetir. Bilindiği gibi, vuruntu momenti, mınatıs utuplarının enarları ile stator oluları arasındai etileşimden oluşur. Bu nedenle, gere vuruntu momenti dalga şeli, gerese tepe değeri mınatıs adımına bağlıdır. Mınatıs adımı azaltılara mınatıs aça aısı da azaltılabilir, faat mınatıs aısı dolayısıyla ortalama moment de azalmış olur. Bu nedenle uygun seçilece bir mınatıs adımı vuruntu momentini istenen seviyelere düşüreceği gibi ortalama momentte de ciddi bir düşüşe neden olmaz. adımına göre değişimi çizdirilmiştir. Mınatıs adımı eletrisel 1 o (α P =.77) ien vuruntu momentinin tepe değeri anma momentinin yalaşi %51 i, 1.5 o (α P =.7) ien ise yalaşi %5 i olara bulunmuştur. EASM motorlar için farlı ayı tenileri mevcuttur [-]. Bu teniler ayısız mınatıs, lasi ayılı mınatıs, üçgen ayı, paralel enarlı mınatıs, yamu şeilli mınatıs, are mınatıs, dairesel mınatıs ve çift ayılı mınatıstır. Bu teniler SM dis motorlar için maliyeti az rotor tarafına uygulanabilece tenilerdendir. Bu ısımda 3D SEA simülasyonları ile bu tenilerin etinlileri test edilece ve referans motor ile arşılaştırılacatır. 3.. Klasi Kayı Klasi ayı SM motorlarda sıça ullanılan, basit ve ço etili vuruntu momentini azaltma yöntemlerinden biridir. Mınatıs ayısı ademeli olara rotorun mınatıslarla birlite ademeli olara döndürülmesi olara da arşımıza çıabilir. SM motorlarda ayı, stator oluları ya da rotor mınatısları olma üzere ii şeilde gerçeleştirilir. Standart radyel aılı sabit mınatıslı motorlarda bu işlem stator olularına ayı verilmesi ile gerçeleştirilir çünü rotor yüzeyindei mınatıslara ayı verilmesi güç ve masraflıdır. Şayet, mınatıslara ayı verilmesi isteniyorsa, bu işlem rotorun parçalara ayrılıp her bir parçanın diğerine göre döndürülmesi şelinde gerçeleştirilir. Oysa, EASM motorlarda RASM motorların tam tersi bir durum söz onusudur. Rotor mınatıslarına ayı verme düzlemsel mınatıs yüzeyinden dolayı stator olularına göre ço daha basit ve ucuz bir yöntemdir. Bu nedenle rotor mınatıslarına ayı verme EASM motorlarda sıça ullanılabilen bir tenitir. Şeil ayısız (ABCD) ve ayılı (ABC D ) bir EASM motorun rotorunu göstermetedir. Bu teniğin dezavantajları arasında ortalama momentte bir düşüşe neden olması, fan tipi mınatısa göre armaşı mınatıs yapısı ve aça endutanstai artış sayılabilir. 1 1 Tepeden tepeye vuruntu [Nm] 1 1 1 Minimum vuruntu notası (Mınatıs adımı=.) Referans AFPM motorun vuruntu momenti (Mınatıs adımı=.77) 1 1 1 1 Mınatıs adımı [derece] Şeil 5: Farlı mınatıs adımları için vuruntu momentinin tepeden tepeye değişimi Daha sonra yapılaca analizlerle arşılaştırma yapabilme için farlı mınatıs adımları için vuruntu momentlerinin değişimi SEA ullanılara hesaplanmış ve Şeil 5 gösterildiği gibi vuruntu momentinin tepeden tepeye değerinin mınatıs Şeil : EASM motorlarda ullanılan lasi ayılı düzlemsel mınatıs Vuruntu Momenti [Nm] 1 1 1 - - - - Orijinal Motor ayı=3.75 derece ayı=7.5 derece ayı=11.5 derece ayı=15. derece ayı=1.75 derece ayı=.5 derece Şeil 7: Vuruntu momentin ayı açısı ile değişimi
RASM motorlarda optimum ayı açısı meani açının rotor utup sayısı ile stator olu sayısının (N s ) en üçü orta atına oranı ile elde edilir. Oysa, EASM motorlarda optimum ayı açısı, rotor iç ve dış çaplarının yarattığı manyeti aça aıdan dolayı bu değerden farlıdır. Bu nedenle ayı ullanara vuruntu momenti EASM motorlarda sıfır olmaz. Anca bu tip motorlarda vuruntu momentini minimum yapan ayı açısı optimum açı olara abul edilir. Bu tip bir çalışma Şeil 7 ve Şeil de gösterilmiştir. Kayı açısı olu adımının ¼ ünden itibaren olu adımının 1.5 atına adar artırılmış ve vuruntu momentinin değişimi ve tepe değeri ontrol edilmiştir. SEA simülasyonlarından da görüldüğü gibi vuruntu momenti 1.75 derecede bu motor için minumuma ulaşır. Bu değer motor utup sayısına bağlı olduğu gibi esenel aılı motor türüne göre de değisili gösterir. Tepeden tepeye vuruntu [Nm] 1 1 1 1 1 Kayısız mınatıs (un vuruntusu) 5 1 15 5 Mınatıs ayı açısı [derece] Şeil : Vuruntu momentinin tepe değerinin ayı açısı ile değişimi - 5 1 15 - - - Artan Delta Rotor pozisyonu Delta= derece Delta=11.5 derece Delta=1.7 derece Delta=19.7 derece Delta=.5 derece Şeil 1: Artan ayı δ açısı ile vuruntu momentinin değişimi 3.. Paralel Kenarlı Kayı Paralel enarlı mınatıslı rotor yapısı EASM motorlarda vuruntu momentinin azaltılması için ullanılan başa bir yöntemdir (Şeil 11). Bu metotta, ço utuplu paralel enarlı mınatıslı esenel aılı dis motorlarının vuruntu momentinin azaltılması az utuplu esenel aılı dis motorlara göre daha fazla etilidir. Şeil 11 ten de görüldüğü gibi utuplu bir motor için vuruntu momentinin tepe değerinde mınatısutup oranı.77 olan referans motora göre yalaşı %37 li bir azalma söz onusudur. Mınatıs-utup oranı.7 olan paralel enarlı ayı için ise bu azalma yalaşı %7 yi,.7 olan ayı için ise %3.5 dir. Ayrıca, utup sayısının artması vuruntu momentindei azalmayı da yüzde olara düşürür. 3.3. Üçgen Şeilli Kayı Şeil 9 de görüldüğü gibi üçgen şeilli ayı rotorun dış çapındai mınatıs enarlarının birleştirilmesi ve rotorun iç çapındai mınatıs enarlarının birbirinden uzalaştırılması ile elde edilir. Vuruntu moment dalga şeli bu tip mınatıslı rotorlarda farlı durumlar için elde edilmiştir. Bu yöntem sayesinde ayı açısını (δ) ayarlayara vuruntu momentinde önemli bir düşüş elde edilebilir. Şeil 1 den de görüldüğü gibi δ açısı dan.5 dereceye adar artırıldığında vuruntu momentinde referans motora göre %.3 lü bir düşüş görülür. Bu çalışma mınatıs alan oranının utup alanına oranı.77 olduğu durum için yapılmıştır. Farlı mınatısutup oranları için de benzer çalışmalar yapılara bu tip bir ayı için optimum ayı açısı ve optimum mınatıs-utup oranı belirlenebilir. Şeil 9: Üçgen şeilli ayı Şeil 11: Paralel enarlı (A B C D ) EASM motor ile radyel enarlı (ABCD) (standart) EASM motorun rotor yapısı - 5 1 15 - - - mınatıs adımı=. mınatıs adımı=.5 mınatıs adımı=.555 mınatıs adımı=.11 mınatıs adımı=.7 mınatıs adımı=.7 mınatıs adımı=.77 mınatıs adımı=.33 mınatıs adımı=.9 Şeil 1: Paralel enarlı mınatıslı EASM motor vuruntu moment değişiminin referans motorun vuruntu momentinin değişimi ile arşılaştırılması 3.5. Yamu Biçimli Kayı EASM motorlarda vuruntu momentini azaltmanın başa bir yolu da mınatıslarda yamu biçimli ayı ullanmatır (Şeil 13). Bu çeşit ayı metodunda mınatısların iç çapı dış
çapına göre daha fazla yaınlaşara yamu şeilli bir mınatıs oluşturur. Bu metod sonlu elemanlar analizi ile mınatıs-utup oranı 1 derece olaca şeilde modellendiğinde vuruntu momentinde referans motora göre yalaşı % li bir azalma olduğu görülür. Bu yöntemin en büyü dezavantajı, rotor iç çevresinde mınatıs enarlarının birbirine yaın olmasından aynalanan aça aı fazlalığıdır. Şeil 13: Yamu ayılı EASM motorun rotor yapısı Vuruntu Momenti [Nm] s - 5 1 15 - - - Rotor pozisyonu Orijinal Yamu Seilli Kayi Şeil 1: Yamu ayılı EASM motor ile referans motorun vuruntu momentlerinin arşılaştırılması 3.. Kare Mınatıs (Kayı) Yamu şeilli ayı metodunun üst limiti are şeilli mınatıstır. SEA ile are mınatıslar, 9, 1, 11 ve 1 eletrisel dereceli farlı mınatıs adımları (yada mınatıs alanı/utup alanı) için modellendiğinde Şeil 15 de gösterildiği gibi vuruntu da ciddi düşüş gözlenir. Bu vuruntu momentlerindei değişim Şeil 5 de verilen fan tipi ayısız mınatıslı eşdeğerleri ile arşılastırılırsa vuruntu momentinde ciddi düşüşler gözlenir. Örne verme gereirse, mınatıs alanı-utup alanı oranının.5 olduğu durumda are mınatısın fan tipi mınatısa göre yalaşı %9 daha az vuruntuya sebep olduğu,.555 için bu değerin %,.11 5 1 15 - - - - Kare - Mınatıs adımı=. Square pole-arc=.5 Kare - Mınatıs adımı=.555 Kare - Mınatıs adımı=.11 Kare - Mınatıs adımı=.7 Şeil 15: Kare mınatıslı EASM nin farlı utup adımları için vuruntu momentinin değişimi için ise vuruntu momentinde %7 li bir düşüş olduğu görülmüştür. Ayrıca, bu tasarım için mınatıs alanı/utup alanı oranı.7 nin üzerine utup sayısı ve yetersiz alan sınırlamalarından dolayı çıılamamıştır. 3.7. Dairesel Mınatıslar Dairesel mınatıslar, EASM motorlarda vuruntu momentini düşürmenin başa bir etili yoludur ve pratite mınatıs yapısının getirdiği avantajlar nedeni ile sıça ullanılır. Bu metodun etinliğini gösterme için farlı dairesel mınatıslı 3D SEA modelleri oluşturulmuş ve vuruntu moment simülasyonları üç farlı mınatıs adımı / utup adımı için (.77,.7,.7,.1,.55,.5 ve.) çalıştırılmıştır. Bu vuruntu moment değişimleri yuarıda verilen mınatıs adımı / utup adımı değerleri için lasi fan tipi mınatıslı vuruntu momenti değerleri ile arşılaştırılmıştır ve SEA simülasyonları sonuçları Şeil 17 de gösterilmiştir. Görüldüğü gibi vuruntu momentinde referans motorunun değerlerine göre %93 oranında bir düşüşe neden olduğu anlaşılmıştır. Şeil 1: Dairesel mınatıslı EASM motorun rotor yapısı 5 1 15 - - - - Dairesel mınatıs/utup=. Dairesel mınatıs/utup=.5 Dairesel mınatıs/utup=.555 Dairesel mınatıs/utup=.11 Dairesel mınatıs/utup=.7 Dairesel mınatıs/utup=.7 Dairesel mınatıs/utup=.77 Şeil 17: Dairesel mınatıslı yapının referans motor ile vuruntu moment arşılaştırılması 3.. Çift Kayılı Mınatıslar Çift ayılı mınatıslar radyal aılı süreli mınatıslı motorlara başarı ile uygulanmış ve esenel uvvetleri ortadan aldırara vuruntu momentini ço düşü seviyelere indirilebileceği gösterilmiştir [9]. Bu yöntem EASM motorlarada olaylıla uygulanabilir (Şeil 1). Anca, bu yöntemin muhtemel dezavantajlarından en önemlisi, mınatısların armaşı yapısı ve maliyetidir. Çift ayılı mınatısların alanı ile referans motorda ullanılan mınatısların alanı aynı olaca şeilde SEA modelleri oluşturulup vuruntu simülasyonları çalıştırıldığında Şeil 19 den de görüldüğü gibi olu adımının yarısı adar bir ayı vuruntu momentinde %57.5 li bir düşüşe neden olur. Ayrıca vuruntu momentini en aza indirece ayı açısını detaylı bir opmizasyon ile elde etme mümündür.
sahip EASM motor ile göstermetedir. Örne verme gereirse; utup adımı.77 olan fan tipi mınatıslara göre paralel enarlı mınatıslı yapıda %37.5, yuvarla mınatıslı yapıda ise %.5 li bir düşüş gözlenmiştir. Şeil 1: Çift ayılı mınatıslı EASM motorun rotor yapısı s - 5 1 15 - - Cift ayılı mınatıs Orijinal - Rotor pozisyonu Şeil 19: Orijinal vuruntu moment değişimi ile çift ayılı mınatıslı yapının vuruntu moment değişiminin arşılaştırılması. Sonuçlar Bu çalışmada EASM motorlarda vuruntu momenti azaltma yöntemleri mınatıs ayı teniğine odalanılara tartışılmıştır. Çift-rotor-te-statorlu EASM bir motor referans motor olara ullanılmış ve çeşitli ayı tenileri 3D sonlu elemanlar yöntemi ile analiz edilere yöntemlerin etinliği test edilmiştir. Bu çalışmadan da görülüğü gibi ayı, vuruntu momentinin tepe değerinin düşürülmesinde ço etin bir yöntem olmala birlite, farlı ayı metotları EASM motorlara değişi şeillerde uygulanabilir. Her bir mınatıs ayı yönteminin farlı utup adımları için vuruntu momentine etisi tartışılmış, birbirlerine göre avantaj ve dezavantajlarına değinilmiştir. Sonuçlar ayısız fan tipi mınatıslı referans yapı ile arşılaştırılara ortaya atılan yöntemlerin etinliği anıtlanmıştır. Şeil, yapılan çalışmalarda etin ayı metotlarını farlı utup adımlara Tepeden tepeye vuruntu momenti [Nm] 1 1 1 1 1 (Oran=.77) Paralel enarlı mınatıs Fan tipi mınatıs Dairesel mınatıs are mınatıs 37.5%.5%..5..7..9 Mınatıs adımı / Kutup alanı Şeil : Vutuntu momentinin tepeden tepe değerinin farlı utup adımları ve ayı metotları için arşılaştırılması Teşeür Yazar, sağlanan desteten dolayı Türiye Bilimsel ve Tenoloji Araştırma Kurumu TÜBİTAK a teşeür eder. (TÜBİTAK Proje No: 1E51) Kaynalar [1] J. D. L. Ree, and N. Boules, Torque production in permanent-magnet synchronous motors, IEEE Trans. Industry Applications, vol. 5, no. 1, pp. 17-11, 199. [] T. M. Jahns, and W. L. Soong, Pulsating torque minimisation techniques for permanent magnet ac motor drives: a review, IEEE Trans. Industrial Electronics, vol. 3, no., pp.31-33, 199. [3] C. Studer, A. Keyhani, T. Sebastian, and S. K. Murthy, Study in cogging torque in permanent magnet machines, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 1997, New Orleans, pp.-9. [] D. C. Hanselman, Effect of sew, pole count and slot count on brushless motor radial force, cogging torque and bac emf, IEE Proc. Electric Power Applications, vol. 1, no.5, pp. 35-33, 1997. [5] M. S. Islam, S. Mir, and T. Sebastian, Issues in reducing the cogging torque of mass-produced permanent-magnet brushless DC motor, IEEE Trans. Industry Applications, vol., no. 3, pp 13-,. [] J. A. Wagner, Numerical analysis of cogging torque in a brushless DC machine, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 1975, pp.9-73. [7] T.Li, and G. Slemon, Reduction of cogging torque in PM motors, IEEE Trans. Magnetics, vol., no., pp 91-93, 19. [] Z.Q. Zhu, and D. Howe, Influence of design parameters on cogging torque in permanent magnet machines, IEEE Trans. Energy Conversion, vol.15, no., pp.7-1,. [9] N. Bianchi, and S. Bolognani Design techniques for reducing the cogging torque in surface-mounted PM motors, IEEE Trans. Industry Applications, vol. 3, no., pp. 159-15,. [1] K. H. Kim, D. J. Sim, and J. S. Won, Analysis of sew effects on cogging torque and BEMF for BLDCM, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 1991, pp. 191-197. [11] R. P. Deodhar, D. A. Staton, T. M. Jahns, and T. J. E. Miller, Prediction of cogging torque using the flux- MMF diagram technique, IEEE Trans. Industry Applications, vol. 3, no.3, pp. 59-57, 199. [1] Z. Q. Zhu, and D. Howe, Analytical prediction of the cogging torque in radial-field permanent magnet brushless motors, IEEE Trans. Magnetics, vol., no., pp. 1-13, Mar. 199. [13] T. Ishiawa, and G. Slemon A method of reducing ripple torque in permanent magnet motors without sewing, IEEE Trans. Magnetics, vol. 9, no., pp. -31, 1993. [1] S.K. Chang, S.Y. Hee, W.N. Ki, and S.C. Hong, Magnetic pole shape optimization of permanent magnet
motor for reduction of cogging torque, IEEE Trans. Magnetics, vol. 33, no., pp. 1-17, 1997. [15] C. S. Koh, H. Yoon, K. Namn and H. Choi, Magnetic pole shape optimization of permanent magnet machine for reduction of cogging torque, IEEE Trans. Magnetics, vol.33, no., March 1997. [1] M. Goto, and K. Kobayashi, An analysis of the cogging torque of a DC motor and a new technique of reducing the cogging torque, Electrical Engineering in Japan, vol.13, no.5, pp.113-1, 193. [17] Y. D. Yao, D. R. Huang, J. C. Wang, S. H. Liou, S. J. Wang, T. F. Ying and D. Y. Chiang, Simulation study of the reduction of cogging torque in permanent magnet machines, IEEE Trans. Magnetics, vol.33, no.5, pp.95-97, 1997. [1] Z.Q. Zhu, S. Ruangsinchaiwanich, D. Isha, and D. Howe, Analysis of cogging torque in brushless machines having non-uniformly distributed stator slots and stepped rotor magnets, IEEE Trans. Magnetics, vol..1, no.1, pp. 391-391, 5. [19] Z. Q. Zhu, S. Ruangsinchaiwanich, and D. Howe, Synthesis of cogging torque from a single stator slot in permanent magnet machines, IEEE Trans. Industry Applications, vol., no.3, pp.5-57,. [] G. Baarat, T. El-Meslouhi, and B.Dayo, Analysis of the cogging torque behavior of a two-phase axial-flux permanent magnet synchronous machine, IEEE Trans. Magnetics, vol.37, no., pp.3-5, 1. [1] F. Caricchi, F. Giulii Capponi, F. Crescimbini, and L. Solero, Experimental study on reducing cogging torque and core power loss in axial-flux permanent-magnet machines with slotted winding, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting,, pp.195-13. [] E. Muljadi, and J. Green, Cogging torque reduction in a permanent magnet wind turbine generator, 1 th American Society of Mechanical Engineers Wind Energy Symposium, Reno NV,. [3] M. Aydin, R. Qu, and T. A. Lipo, "Cogging torque minimization technique for multiple-rotor, axial-flux, surface-mounted-pm machines: alternating magnet polearcs in facing rotors," IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 3, pp.555-51. [] A. Letelier, J. A. Tapia, R. Wallace, and A. Valenzuela, Cogging torque reduction in an axial-flux PM machine with extended speed range, IEEE International Electrical Machines and Drive Conference, 5, pp.11-17. [5] M. Aydin, "Axial-flux surface mounted permanent magnet disc machines for smooth torque traction drive applications," PhD Thesis, University of Wisconsin- Madison,. [] P.J. Hor, Z.Q. Zhu, and D. Howe, Minimization of cogging force in a novel slotted linear brushless permanent magnet machine, Trans. IEEE Magnetics, vol.3, no.5, pp.35-357, 199. [7] Z.Q. Zhu, Z.P. Xia, D. Howe, and P.H. Mellor, Reduction of cogging force in linear permanent magnet machines, Proc. IEE-Electric Power Applications, vol.1, no., pp.77-, 1997. [] Z. Q. Zhu, S. Ruangsinchaiwanich, Y. Chen, and D. Howe, Evaluation of superimposition technique for calculating cogging torque in permanent magnet brushless machines, IEEE Trans. Magnetics, vol., no.3, pp.1597-13,. [9] Fran Jurisch, Shell-shaped magnet, United States Patent, Patent Number: US95A1,.