Konform dönüşüm yöntemi kullanarak hibrit elektrikli araçlarda çift sargılı sürekli mıknatıslı elektrik makinasının tasarımının gerçekleştirilmesi

Elektrik Makinası tasarımcısının ana hedefi, tasarlanan elektrik makinasının en doğru performans parametrelerini, en güvenilir ve en hızlı biçimde belirleyebilmek için en pratik yolu seçmek olmalıdır. Performans parametreleri denince, akım yoğunluğu, hava aralığı akı yoğunluğu dağılımı, elektromanyetik moment vb. parametrelerden söz edilebilir. Bu tür parametrelerin hızlı ve gerçeğe en yakın değerlerini hesaplayabilmek için çoğu elektrik makinası tasarımcısı nümerik çözüm yapan paket programları tercih etmektedir. Bu programlarda daha çok sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak istenilen geometrilerin malzeme özellikleri belirlenmekte ve performansı hesaplanmak istenen elektrik makinasının nominal çalışma şartlarında şebekeden çektiği akım değerlerine gore hava aralığı veya stator dişi veyahutta rotorun herhangi bir bölgesindeki manyetik akı younluğu, manyetik vektör potansiyeli vb. değerlerin geometriye dağılımı simüle edilebilmektedir. Yapılan çözümlerin karmaşıklığı arttıkça kullanılması gereken bilgisayarların da performansının arttırılması gerekmektedir. Çünkü gerçeğe en yakın sonuçları vermek istediğimizde hesaplama zamanları hatrı sayılır bir biçimde artmaktadır. Bu noktada analitik çözümü destekleyen ve daha çok elektrik makinası tasarımcılarının kendileri için yazmış oldukları programlar devreye girmektedir. Analitik çözüm yönteminin en önemli avantajı, kompakt olması ve hızlı çözüm verebilmesidir. Analitik yöntemin bir diğer önemli avantajı da geometrilerin ve geometri içerisinde değişen manyetik parametrelerin Fourier serileri biçiminde ifade edilebilmesidir. Bu özellikten dolayı sonlu elemanlar analizi ile karşılaştırıldığında parametrelerin ifadesi sırasında kapalı çözümler desteklendiği için programın çalışma hızı artmaktadır. Bunun yanında, yüzey montajlı sürekli mıknatıslı senkron makinanın hava aralığında üretilen elektromanyetik momentin sade ve güvenilir bir biçimde hesaplanabilmesi için analitik yöntemin kullanılması önemli ölçüde pratiklik sağlamaktadır. Hava aralığında mıknatıs kutupları ve sargıların oluşturduğu manyetik akı yoğunlukları dağılımlarının ayrı ayrı hesaplanıp, toplam akı yoğunluğu dağılımın bulunması elektromanyetik moment hesabının temelini oluşturmaktadır. Aynı zamanda hava aralığında tanımlanan toplam akı yoğunluğu dağılımının bilinmesi ile faz sargılarında üretilen zıt elektromotor kuvvetlerin hesabı da pratik bir şekilde yapılabilmektedir. Üretilen makina aynı stator nüvesi içerisinde hem motor hem de generatör sargıları içermektedir. Bu sargıların manyetik olarak birbirlerini etkileyip etkilemedikleri de hava aralığında oluşturmuş oldukları akı yoğunlukları dağılımlarının sınırlarının belirlenmesi ile gösterilebilir. Bu işlem için de analitik yöntem kullanılmıştır. Sistem genel çalışması açısından olaya bakılacak olursa, tasarımı yapılan çift sargılı makina, aracın tahrik motorları durduğunda motor modunda çalıştırılarak mekanik güç ile beslenen donanımları tahrik edecektir. Makinadaki ikinci sargıda üretilen düşük gerilim ile araç içindeki elektriksel yükler beslenecektir. Önerilen yöntem sayesinde tek bir elektrik makinası ile aynı anda hem generatör hem de motor çalışma gerçekleştirilebilecektir. DC-DC dönüştürücü ihtiyacı ortadan kalkacak, üretim maliyetleri azalacak ve hibrit araçlar için son derece önemli olan hacimden kazanç sağlanacaktır. Bu çalışmada, hibrit araçlarda elektrikli aksesuar sürme sistemi uygulamalarına yönelik çift sargılı bir elektrik makinasının kompleks koordinatlarda haritalama yapmaya yarayan konform dönüşüm yöntemi ile analitik tasarımı yapılıp elde edilen parametreler sonlu elemanlar yöntemini kullanan paket program vasıtası ile teyid edilerek makinanın imalatı yapılıp denetimi yapılmıştır. Makinanın manyetik devresindeki sargılar konsantre (yoğunlaştırılmış) sarım tekniği ile gerçekleştirilmiştir. Analitik yöntemden ve sonlu elemanlar analizlerinden elde edilen sonuçlar ve deneysel sonuçlar karşılaştırılarak sistemin avantaj ve dezavantajları ortaya konulmuştur.