Çift rotorlu eksenel akılı-akı terslemeli kalıcı mıknatıslı motorun tasarım optimizasyonunun gerçekleştirilmesi
Design optimization of a dual-rotor axial flux-flux reversal permanent magnet motor
- Tez No: 1025687
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MÜMTAZ MUTLUER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Konya Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Elektrik makinaları teknolojisi, son yıllarda ulaşım, enerji dönüşümü, robotik ve endüstriyel otomasyon alanlarında artan gereksinimler doğrultusunda önemli bir dönüşüm geçirmektedir. Özellikle elektrikli araçlar, insansız hava araçları, yenilenebilir enerji sistemleri ve gelişmiş robotik tahrik mekanizmaları gibi uygulamalar, yüksek moment yoğunluğu, yüksek verimlilik, kompakt yapı, düşük bakım gereksinimi ve güvenilirlik gibi çok boyutlu performans ölçütlerinin eşzamanlı olarak sağlanmasını zorunlu kılmaktadır. Bu gereksinimler, klasik radyal akılı kalıcı mıknatıslı makinelerin sınırlarının görünür hâle gelmesine neden olmuş ve araştırmacıları daha yenilikçi motor topolojilerine yöneltmiştir. Bu bağlamda, eksenel akılı kalıcı mıknatıslı motorlar (AFPM), yüksek hacimsel moment yoğunluğu ve kompakt tasarım avantajlarıyla öne çıkan güçlü bir alternatif olarak değerlendirilmektedir. Eksenel akılı makineler içinde son yıllarda ilgi gören yapılardan biri de akı tersleme prensibine dayalı akı-terslemeli kalıcı mıknatıslı makineler (Flux-Reversal PM Machines,FRM) olmuştur. Akı terslemeli yapılar, mıknatısların stator üzerinde yer alması, kolay soğutulabilirliği, demanyetizasyona karşı dayanıklılığı ve yüksek harmonik içeriğinden dolayı moment üretimini artırabilme potansiyeli gibi önemli avantajlar sunmaktadır. Bununla birlikte, FRM topolojisinin eksenel akı mimarisi ile birleştirilmesiyle ortaya çıkan hibrit yapı, yani Eksenel Akı Akı-Terslemeli Makine (AF-FRM), hem üç boyutlu manyetik akı yolları hem de içsel manyetik dişli etkisi nedeniyle benzersiz bir performans kazanımı sağlamaktadır. Bu hibrit yapı, özellikle düşük hızlarda yüksek moment gerektiren doğrudan tahrik uygulamalarında oldukça cazip bir çözüm olarak karşımıza çıkmaktadır. Bununla birlikte, bu avantajlara rağmen AF-FRM ve özellikle çift rotorlu eksenel akı akı-terslemeli topolojiler (Dual-Rotor, Axial Flux-Flux Reversal Machines, DR AF-FRM), tasarım karmaşıklığı, yüksek moment dalgalanması, 3B akı dağılımına bağlı kayıp mekanizmaları, eksenel kuvvet dengesi, termal sınırlamalar ve çok sayıda tasarım değişkeninin aynı anda optimize edilmesi gerekliliği gibi önemli zorluklar içermektedir. Literatürde, bu topolojilerin elektromanyetik, ısıl ve yapısal performanslarının bütünleşik bir bakış açısıyla optimize edildiği kapsamlı çalışmalar oldukça sınırlıdır. Ayrıca, yüksek boyutlu tasarım uzayının 3B sonlu elemanlar analizi ile değerlendirilmesi, hesaplama maliyetlerini önemli ölçüde artırmakta ve pratik mühendislik optimizasyonunu güçleştirmektedir. Bu nedenle, gelişmiş çok amaçlı optimizasyon algoritmalarının, surrogate veya çok seviyeli modelleme yaklaşımları ile birleştirilmesi günümüzde kritik bir araştırma gereksinimi hâline gelmiştir. Bu tez önerisi, yukarıda belirtilen gereksinimlerden hareketle, çift rotorlu eksenel akılı akı-terslemeli kalıcı mıknatıslı bir makinenin tasarımını yapmak ve performansını artırmak için çok amaçlı optimizasyon yöntemleri kullanmayı hedeflemektedir. Özellikle moment yoğunluğu, moment dalgalanması, verimlilik ve kayıplar gibi temel performans kriterlerinin eşzamanlı olarak değerlendirilmesi ve iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu kapsamda Çok Amaçlı Parçacık Sürü Optimizasyonu (MOPSO) temel yöntem olarak kullanılacak, elde edilen sonuçlar Çok Amaçlı Genetik Algoritma (MOGA) ile karşılaştırılarak optimizasyon yaklaşımının etkinliği ortaya konulacaktır. Tasarım değişkenlerinin sistematik biçimde incelenmesiyle, doğrudan tahrik sistemlerinin ihtiyaçlarına uygun, kompakt, yüksek performanslı ve mekanik olarak kararlı yeni nesil bir motor topolojisi geliştirilmesi hedeflenmektedir. Sonuç olarak, bu çalışma hem bilimsel literatüre hem de mühendislik uygulamalarına katkı sağlayacak niteliktedir. Elde edilecek bulguların, özellikle elektrikli araç teknolojileri, robotik sürücüler ve yüksek verimli tahrik sistemleri alanlarında önemli bir tasarım referansı niteliği taşıması beklenmektedir.
Özet (Çeviri)
The field of electrical machine technology has undergone significant transformation in recent years in response to rising demands in transportation, energy conversion, robotics, and industrial automation. Applications such as electric vehicles, unmanned aerial vehicles, renewable energy systems, and advanced robotic actuators require high torque density, high efficiency, compact structural design, low maintenance, and reliability. These multidimensional requirements have revealed the limitations of conventional radial flux permanent magnet machines and encouraged researchers to explore innovative motor topologies. Axial flux permanent magnet (AFPM) machines have emerged as a strong alternative due to their compact form and superior volumetric torque density. Among axial flux structures, flux reversal permanent magnet machines (FRM) have gained attention because of advantages such as stator mounted magnets, improved cooling capability, resistance to demagnetization, and enhanced torque production resulting from high harmonic content. When combined with axial flux architecture, the resulting hybrid topology, known as the Axial Flux Flux Reversal Machine (AF FRM), exhibits unique performance benefits due to its three dimensional magnetic flux paths and inherent magnetic gearing effects. This configuration is particularly suitable for low speed, high torque direct drive applications. Despite these advantages, AF FRM machines, and especially dual rotor axial flux flux reversal structures (DR AF FRM), present several challenges. These include complex electromagnetic behaviour, high torque ripple, axial force balancing issues, thermal limitations, and the requirement to optimize numerous design variables simultaneously. In addition, evaluating large design spaces using three dimensional finite element analysis creates high computational cost and complicates practical engineering optimization. For this reason, integrating advanced multi objective optimization techniques with surrogate or multi level modelling approaches has become an essential research need. This thesis proposes the design and performance improvement of a dual rotor axial flux flux reversal machine using multi objective optimization techniques. Key performance indicators such as torque density, torque ripple, efficiency, and losses will be evaluated and optimized simultaneously. Multi Objective Particle Swarm Optimization (MOPSO) will be employed as the primary optimization method, and the results will be compared with those obtained using the Multi Objective Genetic Algorithm (MOGA). The ultimate goal is to develop a compact, robust, and high performance motor topology suitable for modern direct drive systems. The outcomes of this work are expected to contribute to scientific literature and advanced engineering applications. The results will provide a valuable design reference particularly for electric vehicle propulsion systems, robotic actuation mechanisms, and high efficiency drive technologies.
Benzer Tezler
- Dokuma kumaşlarda örgü tipinin ham kumaşın boyutları ve geometrik özellikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
Başlık çevirisi yok
EMEL ÖNDER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNGÖR BAŞER
- Matris lie grupları üzerine
Başlık çevirisi yok
RIFAT GÜNEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Matematikİnönü ÜniversitesiMatematik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURİ KURUOĞLU
- NaI (TI) dedektörleri için toplam verim ve tüm enerji pik duyarlığının Monte Carlo metodu ile elde edilmesi
Başlık çevirisi yok
N. REMZİYE ERGÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Fizik ve Fizik MühendisliğiUludağ ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CİHAN ÖZMUTLU
- Sera domates üretiminde aşı uygulaması ile elde edilen çift kök sistemine sahip domateslerin verim ve kalite yönünden üstünlükleri üzerine bir araştırma
Başlık çevirisi yok
ALİ DİZDAROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
ZiraatEge ÜniversitesiBahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FAHRETTİN MECİT
- Regresyon analizi ve Türkiye üzerine bir deneme buğday üretiminin tahmini
Başlık çevirisi yok
MACİT MESUT ÖZMEN