Elektrikli bisikletler için gömülü mıknatıslı senkron motorun tasarımı ve dinamik simülasyonu

Bu tez çalışmasında çevreci, düşük maliyetli ve erişilebilir olmasıyla son zamanlarda yükselen trend olan elektrikli bisikletler için 36V ve 250W nominal güce sahip v şekilli gömülü mıknatıslı senkron motor tasarlanmıştır. Literatür ve ticari ürünler detaylı bir şekilde incelenmiş olup mıknatıs maliyetlerinin dikdörtgen biçiminden kaynaklı ucuz olması, mıknatıs momentine ek relüktans momenti sağlaması, alan zayıflatma özelliği ile nominal hızın üzerine çıkabilmesi gibi avantajlarından ötürü tasarım gömülü mıknatıslı senkron motorda karar kılınmıştır. Bu kapsamda EN15194 Avrupa standardı dikkate alınarak motor tasarımı yapılmıştır. Standart, elektrik motorunda başlıca gereklilik olarak 25 km/s hıza kadar motor desteğini azaltarak kesen pedal destekli bisiklet olarak tanımlamıştır. Bununla beraber standart elektrik motoru nominal gücünü 250W olarak sınırlamıştır. EN15194 standardına uyan elektrikli bisikletler kullanım için herhangi bir sürücü lisansına gerek duymamaktadır. Kısıtlama ve performans parametreleri belirlenen elektrik makinesinde ilk olarak uygun oluk kutup sayısı belirlenmiştir. Uygun oluk kutup seçiminde, moment dalgalanması, sargı simetrisi, elektriksel frekans gibi parametreler incelenmiştir. 3 farklı oluk kutup kombinasyonu belirlenerek bu kombinasyonlar üzerinde analitik tasarımlar gerçekleştirilerek geometriler ortaya çıkarılmıştır. Ortaya çıkan geometriler sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ile Ansys Maxwell programında analiz edilerek performansları karşılaştırılmıştır. Analitik hesaplamaları yapılan 3 model arasında optimizasyon için seçilen 12 oluklu ve 14 kutuplu model SEY kullanılarak en iyileştirilmiştir. Optimizasyonlarda gömülü mıknatıslı motorun oluk ve rotor geometrisi, mıknatıs açısı ve kalınlığı, sipir sayısı vb. parametreleri optimize edilerek yüksek moment yoğunluğu ve verim, düşük moment dalgalanması ve ağırlık amaçlanmıştır. Optimizasyonlarda makine elektriksel çeliği akı yoğunluğu dağılımına, zıt EMK dalga şekline, harmoniklere, elektriksel çelikteki manyetik doyuma ve hava aralığı çevresel akı dağılımına dikkat edilerek optimum tasarım amaçlanmıştır. Analitik ve SEY ile tasarımı yapılan gömülü mıknatıslı elektrik motoru 2800 dev/dk hıza ve 1,165 Nm şaft momentine sahiptir. Maksimum çıkış gücü 667,5 W olan motor 340 W sürekli güç verebilmektedir. Moment dalgalanması nominal momentin %2,6'sı kadardır. Vuruntu momenti nominal momentin %1,6'sı kadar olup konforlu bir sürüş sağlamaktadır. Anahtar kelimeler: Gömülü Mıknatıs, Elektrikli Bisiklet, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Moment, Zıt EMK, Analitik Analiz, Çıkık Kutupluluk.