Rüzgar türbinleri için enine akılı disk generatör tasarımı, benzetimi ve optimizasyonu

Enine akılı makineler (EAM); yapılan yeni topoloji önerileri ile birlikte, elektrikli araçlar ve doğrudan tahrikli rüzgâr türbinleri gibi düşük hız-yüksek tork uygulamalarında önemli bir seçenek haline gelmiştir. EAM'ler ile yüksek tork yoğunluğu kolaylıkla elde edilebilirken, en büyük sakıncaları güç faktörlerinin düşük olması ve vuruntu torkunun yüksek olmasıdır. Ancak son yıllarda geliştirilen yeni modeller ile kaçak akılar azaltılmıştır. Mıknatıs kullanım oranı da arttırılarak önemli iyileştirmeler yapılmıştır. EAM'ler, radyal ve eksenel akılı makineler ile rekabet edebilir seviyeye gelmiştir. Bu çalışma ile, ülkemizde daha önce akademik olarak üzerinde fazla durulmamış EAM'ler ile ilgili literatürde incelenen modelleri tanıtmak, üstünlük ve sakıncalarını açıklayarak bir farkındalık oluşturulmak amaçlanmıştır. EAM'ler yapılarına göre (tek taraflı ve çift taraflı) ve mıknatıs konumuna göre (yüzey yerleştirmeli, gömülü) sınıflandırması yapılmıştır. Geleneksel lineer ve dairesel(radyal,eksenel) tipteki EAM'lerde, ağırlıklı olarak disk tipi olanlar veya disk tipi modeli geliştirilebilir olanlar dikkate alınmıştır. 250 W gücünde makine tasarımı için ANSYS Maxwell paket programı kullanılmıştır. Rotor iç yarıçapı 70 mm, 65 mm, 60 mm, 55mm ve 50 mm olan makineler incelenmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi ile yapılan zıt emk analizleri sonucu indüklenen gerilimlerin birbirine yakın olduğu görülmüştür. Zıt emk analizleri yapılan makinenin boyutunun tam olarak belirlenebilmesi için vuruntu torku analizi yapılmıştır ve rotor iç yarıçapı 55 mm olduğu durumunda vuruntu torkunun daha düşük olduğu görülmüştür. Yapılan analizler sonucunda rotor iç yarıçapının 55 mm olmasına karar verilmiştir. Bu tezde yeni bir üç fazlı enine akılı disk generatör modeli tanıtılmıştır. Modelin çalışma prensibi ve elektriksel devre modeli açıklanmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak, önerilen generatör modelinin rotor iç yarıçapına göre zıt-emk kuvvetinin değişimi elde edilmiştir. Bir diğer elektromanyetik analiz olarak vuruntu torku incelenmiştir. Enine akılı makinelerin genel sakıncalarından olan vuruntu torku, 6 Nm'den 0,38 Nm' ye düşürülmüştür. Bunun için 3 fazlı disk model kullanılmış ve her disk yapısında 0,5° mıknatıs kaykısı uygulanmıştır.