BLDC MAKİNALARDA NÜVE OPTİMİZASYONU

Abstract

Sabit mıknatıslı fırçasız doğru akım motorları yüksek verimlilikleri, kompakt yapıları, düşük bakım gereksinimleri, yüksek hızlarda çalışabilme yetenekleri ve sürücü teknolojisin gelişmesi ile sanayide yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, bu motorların performansını en üst seviyeye çıkarmak için nüve optimizasyonu kritik bir rol oynamaktadır. Nüve tasarımı, motorun manyetik doygunluğu, verimliliği ve kayıplar üzerinde doğrudan etkili olup, gereksiz malzeme kullanımını azaltarak üretim maliyetlerini düşürmektedir. Bu çalışmada, dağıtılmış sargı sarımlı bir yüzey mıknatıslı fırçasız doğru akım motorunun (BLDC) tasarımı incelenmiş, nüve geometrisi ve malzeme özelliklerinin motor performansına etkisi analiz edilmiştir. Öncelikli hedefler arasında nüve parametrelerinin analizi, motorun verimi, tork dalgalanmasının önlenmesi, akı yoğunluğu, manyetik doygunluğun önlenmesi ve çekirdek kayıplarının minimize edilmesi yer almaktadır. Motorun manyetik ve elektrik eşdeğer devre denklemleri belirtilmiş, bu denklemlerden faydalanarak Matlab paket programı ile motor analizinin sonuçları bulunmuş ve elde edilen sonuçlar Ansys-2D Maxwell paket programı ile karşılaştırılmıştır. Sonrasında RMxprt'ta yapılan tasarım Maxwell2D ye geçirilmiştir. Belirlenen parametreler doğrultusunda verim, çıkış gücü ve moment değerleri optimize edilmiştir. Nüve optimizasyonu sürecinde, Parametrik Analiz Yöntemi ve Genetik Algoritma Optimizasyonu kullanılmış olup, magnet kalınlığı ve tipi, hava aralığı, kucaklama oranı faktörü, stator oluk ölçüleri oranı ve offset değeri analiz edilerek en uygun kombinasyon belirlenmiştir. Motorun analizi için sonlu elemanlar yöntemine (FEM) dayalı, Ansys-2D Maxwell programı ile Matlab kullanılmıştır. Termal analiz için ise Motor CAD programından yararlanılmıştır. Bu çalışma, nüve tasarımı optimizasyonunun motor performansı üzerindeki belirgin etkilerini ortaya koyarak uygulama alanlarında daha verimli FDAM motor sistemlerinin geliştirilmesine katkı sunmaktadır. Daha düşük kayıplar, yüksek verimlilik ve maliyet etkinliği için nüve tasarımının optimize edilmesi gereklidir.

Permanent magnet brushless DC motors (BLDC), with their high efficiency, compact structure, low maintenance requirements, wide operational speed range, and the developments in drive technology, have become widely used in various application fields. However, optimizing the core design plays a critical role in achieving the highest possible performance from these motors. Core design directly influences magnetic saturation, efficiency, and loss components, while also reducing unnecessary material usage and lowering production costs. In this study, the design of a surface-mounted permanent magnet BLDC motor with distributed windings is examined, and the effects of core geometry and material properties on motor performance are analyzed. The primary objectives include evaluating core parameters, improving motor efficiency, reducing torque ripple, enhancing flux density, preventing magnetic saturation, and minimizing core losses. The magnetic and electrical equivalent circuit equations of the motor are established, and motor performance analyses are carried out using MATLAB based on these equations. The obtained results are compared with those from the Ansys Maxwell 2D finite element package. Subsequently, the design created in RMxprt is transferred to Maxwell 2D. Based on the identified parameters, efficiency, output power, and torque values are optimized. During the core optimization process, Parametric Analysis and Genetic Algorithm Optimization methods are employed; magnet thickness and type, air gap length, pole embrace factor, stator slot dimension ratios, and offset values are examined to determine the most suitable combinations. For the motor analysis, MATLAB and Ansys Maxwell 2D, which is based on the finite element method (FEM), are used, while Motor-CAD is utilized for thermal analysis. This study demonstrates the significant impact of core design optimization on motor performance and contributes to the development of more efficient BLDC motor systems across various application areas. Optimizing the core structure is essential for achieving lower losses, higher efficiency, and improved cost-effectiveness.