Kayışlı asansör sistemleri için tümleşik mekanizmalı sabit mıknatıslı senkron motor tasarımı ve uygulaması

Asansör tahrik makinelerinde yaygın olarak asenkron motorlar ve bu motorlara akuple şekilde dişlili redüktörler kullanılmaktadır. Bu sistemler düşük enerji verimliliğine sahiptir. Ayrıca büyük hacimli olmalarından dolayı makine dairelerine ihtiyaç duyarlar. Son yıllarda, nadir toprak elementli mıknatısların yaygınlaşması ve sürücü teknolojilerindeki gelişmeler, sabit mıknatıslı senkron motor (SMSM) asansör tahrik makinelerinde kullanımını yaygınlaştırmıştır. SMSM'ler, redüktör kullanmaksızın doğrudan tahrik yöntemiyle çalışmaktadır. Asansör taşıyıcıları yaygın olarak çelik halatlardır. Ancak asansörlerde kullanılan çelik halatların çaplarından dolayı, kasnak çapları en az 240 mm olabilmektedir. Bu durum tasarlanacak SMSM'nin düşük hız ve yüksek tork gerektirmektedir. Tek parça halinde çelik halatların kullanılması yerine yassı bir kılıf içinde daha düşük çaplara sahip çelik halat özlü kayışlar kullanılmaktadır. Bu sayede kasnak çaplarını 100 mm çapa kadar düşürülebilmektedir. Kayışlı asansör tahrik sistemleri halatlı sistemlere göre daha az gürültülü, yüksek kabin konforlu seyahat imkânı sağlayan, daha verimli ve güncel bir konudur. Bu tez çalışmasında, kayışlı asansör tahrik makinesi için 8 kişilik, 630 kg kabin taşıma kapasitesinde, 1 m/s kabin hızında, 4.5 kW gücünde ve 107.4 Nm anma torkuna sahip makine şasisi kullanılmadan doğrudan raya montajlı yeni bir SMSM tasarımı, analizleri ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Geleneksel yöntemlerin aksine, motorun asansör taşıma sistemi ile entegrasyonu doğrudan raylar üzerine sağlanmıştır. IE4 verim sınıfında, düşük tork dalgalanmasına sahip, raya montajlı olarak gerçekleştirilen, makine şasi konstrüksiyonu gerektirmeyen, sistemin toplam ağırlığını dengeli şekilde taşıcıyı ve karşı ağırlık kılavuz raylarına dağıtabilen, düşük hacim ve kütleye sahip, döküm yerine plaka saclardan lazer kesim yöntemi ile üretilen, minimum talaşlı imalat kullanımı sağlayan bir asansör makine tasarımı ortaya çıkarılmıştır. SMSM'nin analitik hesaplamaları, elektriksel ve manyetik modellemesi, mekanik tasarıma göre ortaya çıkan hacim kısıtlamalarını dikkate alarak gerçekleştirilmiştir. Asansör tahrik motorlarında dikkate alınması gereken en önemli iki kriter, yüksek verimlilik sağlaması ve yolcu konforudur. Bu hedefler doğrultusunda, verimliliği %91'in üzerinde ve tork dalgalanması %1'in altında olan bir tasarım öngörülmüştür. Elde edilen değerlere dayanarak ve sonlu elemanlar yöntemi (SEY) kullanılarak, stator oluk ağzı açıklığı, mıknatıs kalınlığı, kutup /mıknatıs oranı, stator diş kalınlığı ve hava aralığı değerleri için genetik algoritma (GA) ile optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, tork dalgalanmasını azaltmak için optimize edilmiş tasarımın mıknatıslarına adımlı kaykı uygulanmıştır. Sonuçlara göre, %0.61 tork dalgalanması ve %90.97 verimlilik ile 18/20 oluk/kutup kombinasyonuna sahip SMSM tasarımı elde edilmiştir. Termal analizler ile, motorun farklı bileşenlerinin ortalama sıcaklık değerleri belirlenmiştir. Tam yük altındaki S1 çalışmaya göre termal rejim durumunda sargılar 116°C, stator nüvesi 84°C, mıknatıslar 76°C ve rotor 75°C sıcaklığa ulaştığı gözlemlenmiştir. Motor, termal açıdan güvenli bir bölgede çalıştığı kanıtlanmıştır. Asansör tahrik makinesi tasarımının, asansör kuyusuna uygun şekilde yerleştirilmesine yönelik 3 boyutlu (3B) katı modellemesi gerçekleştirilmiştir. Belirlenen statik yüklere göre motor gövde, mil ve stator dişlerinde SEY ile yapısal analizler gerçekleştirilmiştir. Üretim aşamalarına geçilmeden önce 3B olarak prototip asansör makinesine uygun kuyu tasarımı gerçekleştirilmiştir. Raya montajlı asansör tahrik makinesinin kuyu içindeki kılavuz rayları ve bağlantı konsollarındaki yüklerin etkileri incelenmiştir. Makine bileşenleri ve kuyu tasarımına yönelik SEY ile gerçekleştirilen yapısal analizlerde güvenlik katsayısı 5'in üzerinde olduğu belirlenmiştir. Yapısal olarak doğrulanan tasarımın üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen prototip makine, üzerinde yükleme motoru bulunan bir test düzeneği ile zıt Elektromotor Kuvvet (EMK), vuruntu momenti ve performans deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçlarına göre, verimlilik değeri %89.98 ve vuruntu momenti tepeden tepeye (pk2pk) 0.78 Nm olarak ölçülmüştür. Sinüs şeklinde zıt EMK elde edilmiştir. Böylece deney sonuçları, SEY analiz çözümlerini doğrulamıştır.