Sualtı itki uygulamaları için dış rotorlu fırçasız doğru akım motorunun elektromanyetik tasarımı ve optimizasyonu
Electromagnetic design and optimization of an outer rotor brushless DC motor for underwater propulsion applications
- Tez No: 963492
- Danışmanlar: DOÇ. DR. LEVENT AYDIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 155
Özet
Tez çalışmasında, sualtı uygulamalarında kullanılan itki sistemleri için dış rotorlu bir fırçasız doğru akım motorunun elektromanyetik tasarımı ve optimizasyonun yapılması hedeflenmiştir. Bu kapsamda, halihazırda endüstride kullanılan itki sistemleri ve bu sistemlerin motorları incelenmiştir. Bu incelemelerden elde edilen verilere dayanılarak tez kapsamında tasarımı hedeflenen motor parametreleri belirlenmiştir. Bu veriler ışığında 1-1,5 kW güç aralığında, 36 V çalışma gerilimi olan ve 3000 rpm nominal hızda bir motor tasarımı ortaya konulmuştur. Bu tez çalışmasının hazırlanmasındaki ana motivasyon, itki sistemleri çeşitliliğinin az olması, bu alanda motor geliştiren firma sayısının oldukça sınırlı olması ve halihazırda var olan ürünlerin 48 V ve 72 V düzeyine yoğunlaşmış olmasıdır. Yine sektör bazında incelendiğinde, 24 V ve 36 V düzeyinde motor üreten firma sayısının neredeyse yok denebilecek kadar az olması; var olanların ise yurtdışı menşeili olması dikkat çekicidir. Bu tez çalışmasının, ilgili ürünlerin yerlileştirilmesi ve yerli üretimin artırılması noktalarında önemli bir literatür çalışması olması umulmuştur. Tez kapsamında tasarım süreci, motorun temel parametrelerinin (stator/rotor çapı, motor boyu, oluk başına iletken sayısı vb.) analitik yöntemlerle hesaplanmasıyla başlamıştır. Elde edilen bu başlangıç tasarım verileri, sonlu elemanlar analizi tabanlı Ansys RMxprt yazılımı kullanılarak doğrulanmış ve temel performans karakteristikleri incelenmiştir. Doğrulama aşamasının ardından, motor verimini ve tork kararlılığını en üst düzeye çıkarmak, vuruntu torkunu ise minimum düzeye indirgemek amacıyla Ansys Maxwell ortamında kapsamlı parametrik analizler yürütülmüş ve Mathematica ortamında optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu analizlerden elde edilen çok boyutlu veri setinin optimizasyon sürecine entegrasyonu için Python programlama dili ile bir veri işleme programı geliştirilmiştir. Son aşamada ise, Phyton ile işlenen veriler ikinci dereceden Non-Lineer matematiksel modeller kullanılarak Mathematica yazılımında Differential Evolution, Nelder Mead gibi gelişmiş optimizasyon algoritmaları aracılığıyla en verimli motor tasarım parametreleri belirlenmiştir. Bu çalışma, analitik hesaplamaları, sonlu elemanlar analizini ve modern optimizasyon tekniklerini bir araya getiren bütünleşik bir tasarım metodolojisi sunarak, belirtilen performans hedeflerine ulaşan optimize edilmiş bir fırçasız doğru akım motorunun tasarımını ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, the aim is to carry out the electromagnetic design and optimization of an outer rotor brushless direct current motor for propulsion systems used in underwater applications. In this context, propulsion systems currently used in the industry and the motors of these systems have been examined. Based on the data obtained from these investigations, the parameters of the motor targeted to be designed within the scope of the thesis have been determined. In light of this data, a motor design with a power range of 1–1.5 kW, an operating voltage of 36 V, and a nominal speed of 3000 rpm has been presented. The main motivation behind the preparation of this thesis is the limited variety of propulsion systems, the very limited number of companies developing motors in this field, and the concentration of existing products around 48 V and 72 V levels. It is also noteworthy that, when examined on a sectoral basis, there are almost no companies producing motors at 24 V and 36 V levels, and the existing ones are mostly foreign-based. This thesis study is hoped to serve as an important academic reference for the localization of relevant products and the enhancement of domestic production. Within the scope of the thesis, the design process began with the analytical calculation of the motor's fundamental parameters (such as stator/rotor diameter, motor length, number of conductors per slot, etc.). These initial design data were validated using the Ansys RMxprt software, based on finite element analysis, and the basic performance characteristics were examined. Following the validasyon phase, extensive parametric analyses were conducted in the Ansys Maxwell environment to maximize motor efficiency and torque stability while minimizing cogging torque. Optimization studies were also carried out in the Mathematica environment. To integrate the multidimensional dataset obtained from these analyses into the optimization process, a data processing program was developed using the Python programming language. In the final stage, the data processed in Python were used with second-order nonlinear mathematical models in Mathematica, and the most efficient motor design parameters were determined through advanced optimization algorithms such as Differential Evolution and Nelder-Mead. This study presents an optimized brushless direct current motor design that meets specified performance targets by offering an integrated design methodology that combines analytical calculations, finite element analysis, and modern optimization techniques.
Benzer Tezler
- Cfd-based pı/pıd controller for velocıty and headıngcontrol of the darpa suboff
Had tabanlı PI/PID kontrol yaklaşımı ile darpa suboffdenizaltısının hız ve rota kontrolü
DUYGU ÜNLÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CİHAD DELEN
- Nonlinear dynamic modelling of an underwater vehicle, state estimation and control
Bir sualtı aracının doğrusal olmayan dinamik modellemesi, durum kestrimi ve kontrolü
BURAK BERKAY KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ HACIZADE
- Pompa jetli su altı araçları için optimizasyon temelli tasarım metodolojisi geliştirilmesi
Development of an optimization-based design methodology for underwater vehicles with pump jets
EFECAN OĞUZ DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR ORAL ÜNAL
- Hydrodynamic analysis of an underwater glider
Bir sualtı planörünün hidrodinamik analizi
MEHMET OZAN ŞERİFOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLGE TUTAK
- Kinematic and dynamic modeling of biomimetic undulating fins for underwater robots
Sualtı robotları için doğadan esinlenilen, dalgalı yüzgeç itki sistemlerinin kinematik ve dinamik modellemesi
ALHAMZAH IHSAN ALI ALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mekatronik MühendisliğiBahçeşehir ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET BERKE GÜR