Radyal ve eksenel akılı değişken relüktanslı konum-hız çözücülerinin tasarımı, optimizasyonu ve deneysel olarak doğrulanması
Design, optimization, and experimental validation of radial and axial flux variable reluctance position-speed resolvers
- Tez No: 977154
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN AYDIN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Elektrik motorları, savunma sanayisinden otomotiv sektörüne, endüstriyel otomasyon sistemlerinden uzay uygulamalarına kadar geniş bir yelpazede kullanılan temel tahrik elemanlarıdır. Bu motorların hassas kontrolü için sürekli ve doğru konum ile hız bilgisinin elde edilmesi büyük önem taşır. Özellikle kapalı çevrim kontrol sistemlerinde, rotorun konumunu ve hızını doğru şekilde ölçmek, motorun verimli ve güvenli bir şekilde çalışabilmesi için gereklidir. Bu ihtiyaç, yüksek hassasiyetli konum ve hız algılama sistemlerine olan talebi de artırmaktadır. Bu noktada çözücüler (resolver), elektromekanik konum algılamada sıkça tercih edilen sensörlerdir. Sağlam yapıları, elektromanyetik girişimlere karşı yüksek dayanımları ve zorlu çevre koşullarında dahi çalışabilme yetenekleri sayesinde başta savunma ve otomotiv sanayisi olmak üzere endüstrinin birçok alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Çözücülerin performansı; elektromanyetik tasarım, sargı yapısı ve üretim kalitesi gibi birçok parametreye bağlıdır. Bu durum, yeni çözücü topolojilerinin geliştirilmesini ve üretim kaynaklı hataların doğruluğa etkilerinin araştırılmasını önemli bir çalışma alanı hâline getirmiştir. Bu amaçla, bu tez kapsamında çözücülere yönelik sistematik bir çalışma yürütülmüştür. Çalışmanın ilk aşamasında detaylı bir literatür araştırması gerçekleştirilmiş, mevcut tasarım yaklaşımları ve araştırma eğilimleri ayrıntılı olarak değerlendirilmiştir. Tasarım adımlarında ise ilk olarak döner trafolu rotoru sargılı (DTRS) çözücü tasarlanmış, üretilmiş ve test edilerek doğrulanmıştır. Bu tasarımda trafo ve sensör birimleri ayrı ayrı ele alınmış, manyetik eşdeğer devre (MED) ve sonlu elemanlar analizi (SEA) yöntemleri kullanılmıştır. İkinci aşamada radyal akılı değişken relüktanslı (RADR) çözücü tasarımı yapılmış ve farklı oluk-kutup kombinasyonları üzerinden optimizasyon çalışmaları yürütülmüştür. Tasarım sonucunda prototip üretimi gerçekleştirilmiş ve deneysel doğrulama sağlanmıştır. Hem DTRS hem de RADR prototip testleri sonucunda, özellikle üretim kaynaklı değişkenliklerin çözücü performansı üzerindeki etkisi dikkat çekmiştir. Bu nedenle, üretim sürecine bağlı değişkenlerin çözücü sinyallerine dolayısıyla da bu sinyallerden elde edilen hız ve konum bilgilerine olan etkileri de tez kapsamında incelenmiştir. Çalışmanın son bölümünde ise literatürde ilk kez önerilen bir yapı olan çift rotorlu tek statorlu eksenel akılı değişken relüktanslı (EADR) çözücü tasarımı yapılmıştır. Bu yeni topolojinin hem elektromanyetik hem de yapısal analizleri tamamlanmış, ardından prototip üretilmiş ve deneysel olarak doğrulanarak çalışabilirliği gösterilmiştir. Gerçekleştirilen tüm çalışmalar sonucunda farklı çözücü yapılarına ait elektromanyetik performans, üretim doğruluğu ve uygulama potansiyelleri karşılaştırılmıştır. Özellikle önerilen yeni eksenel topoloji, literatüre önemli bir katkı sunmuş ve bu alandaki boşluğu doldurmuştur.
Özet (Çeviri)
Electric motors are fundamental drive components widely used in defense, automotive, industrial automation, and aerospace applications. For their precise control, continuous and accurate acquisition of position and speed information is crucial. Especially in closed-loop control systems, accurate measurement of rotor position and speed is essential for efficient and safe motor operation. This requirement has increased the demand for high-precision position and speed sensing systems. Resolvers are frequently preferred sensors for electromechanical position sensing. Their robust structures, high immunity to electromagnetic interference and ability to operate under harsh environmental conditions make them widely used in various industrial fields, primarily in the defense and automotive industries. The performance of resolvers depends on several parameters, including electromagnetic design, winding structure and manufacturing quality. Therefore, developing new resolver topologies and investigating the effects of manufacturing-related errors on accuracy have become important research topics. In this context, a systematic study focusing on resolvers has been conducted within the scope of this thesis. In the first stage of the study, a detailed literature review was carried out and the existing design approaches and research trends were comprehensively evaluated. In the design steps, firstly, a wound-rotor resolver with a rotary transformer was designed, manufactured and tested for validation. In this design, the transformer and sensor units were considered separately. Magnetic equivalent circuit (MEC) and finite element analysis (FEA) methods were utilized. In the second stage, a radial flux variable reluctance (RFVR) resolver was designed, optimization studies were conducted based on different slot-pole combinations. As a result of the design, a prototype was produced and experimentally validated. Following the prototype tests of both wound-rotor resolver with rotary trasformer and RADR, the impact of manufacturing-related variations on resolver performance became particularly noticeable. Therefore, the effects of production-related variables on resolver signals and consequently on the speed and position information obtained from these signals, were also examined within the scope of this thesis. In the final part of the study, a novel topology, namely the dual-rotor single-stator axial flux variable reluctance (AFVR) resolver, was designed for the first time in the literature. Both the electromagnetic and structural analyses of this new topology were completed. Subsequently, a prototype was produced and experimentally validated. As a result of all the studies, the electromagnetic performance, manufacturing accuracy and application potential of different resolver structures were compared. In particular, the proposed new axial topology has made a significant contribution to the literature by addressing an important gap in this field.
Benzer Tezler
- Design and meta-heuristic based optimization of axial-flux induction generator for variable speed wind turbines
Değişken hızlı rüzgâr türbinleri için eksenel akılı asenkron generatör tasarımı ve meta-sezgisel yöntemlerle optimizasyonu
BATI EREN ERGUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
- Bobinli fırlatıcılar için volanlı eksenel akılı sabit mıknatıslı motor alternatör sistemi tasarımı ve 3D manyetik analizi
Flywheel axial flux permanent magnet motor alternator system design and 3D magnetic analysis for electromagnetic coil launcher
MÜRŞİDE SEVER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKırklareli ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ENGİN HÜNER
- Radyal akı yapılı eddy akımlı manyetik kavrama tasarımı ve pompa uygulaması
Radial aki structure eddy current magnetic coupling design and pump application
HAVVA VAHAPOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mekatronik MühendisliğiTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET FENERCİOĞLU
- Eksenel akılı fırçasız doğru akım motoru tasarımı ve radyal akılı fırçasız doğru akım motoruyla karşılaştırılması
Design an axial flux brushless direct current motor and comparison with a radial flux brushless direct current motor
ERTUĞRUL YEŞİLBAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LALE ERGENE
- A preliminary design method for axial compressor stages
Eksenel akışlı kompresör kademeleri için bir ön tasarım metodu
METİN MEHEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiYeditepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ BAHADIR OLCAY