Analytical modelling and multi-objective optimization of axial-flux permanent magnet machine with various PCB stators and development of a gan switched integrated motor drive PCB motor
Eksenel akılı kalıcı mıknatıs senkron makinenin çeşitli PCB statorlu analitik modellenmesi ve optimizasyonu ve entegre motor sürücü PCB motorunun geliştirilmesi
- Tez No: 736038
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OZAN KEYSAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Devre kartları, Eksenel akış, Mıknatıslar, Optimizasyon, Circuit boards, Axial flow, Magnets, Optimization
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Eksenel akılı makineler, radyal akılı makinelere kıyasla daha yüksek tork yoğunluğu ve kısa eksenel uzunlukları sayesinde popülerlik kazanmaktadır. Ancak, ince form faktörleri nedeniyle seri üretimi problemli ve masraflıdır. Baskılı devre kartı (PCB) teknolojisi, son derece gelişmiş, hassas ve tutarlı PCB üretim sürecini kullanarak soruna bir çözüm sunar. Bununla birlikte, düşük bakır dolum faktörüne ve endüktansa sahip olmaları PCB motorların ana dezavantajlarıdır. Bu tez, PCB statorlu çift rotorlu tek statorlu eksenel akılı kalıcı mıknatıslı senkron makinelerin tasarımı ve geliştirilmesine odaklanmaktadır. PCB motorların geliştirilmiş analitik maliyet fonksiyonu ile tork yoğunluğunu iyileştirmek için çok amaçlı optimizasyon algoritmaları kullanılmış ve karşılaştırılmıştır. Farklı uygulamalarda hangi sarım şeklinin uygun olduğunu bulmak için birkaç stator sarım topolojisinin karşılaştırılması incelenmiştir. Dalga sargılarının endüklenen faz gerilimi ve çıkış torkunun analitik hesaplama metodolojisi geliştirilmiş ve test sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Düşük endüktans sorununun üstesinden gelmek için 1 MHz anahtarlama frekansında GaN anahtarlarına sahip entegre motor sürücülü PCB motoru geliştirilmiştir. Motor, oluşturulmuş model ve baskın olmayan sıralama genetik algoritması (NSGA-II) kullanılarak optimize edilmiştir ve eşit olmayan hat genişliğinin etkisini karşılaştırmak için iki stator tipi tasarlanmıştır. Stator kartının ve yuvaların bakır hatlarından yararlanılarak mekanik ve ısıl bir çözüm sunulmaktadır. Sistem, 7000 RPM'ye kadar çeşitli yük koşullarında hem jeneratör hem de motor çalışma modları altında test edilmiştir. Genel sistem verimliliği, ileri besleme kompanzasyonlu alan odaklı kontrol (FOC) ile nominal torkta 82% olarak bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
The axial-flux machines have been gaining popularity thanks to their higher torque density and short axial length compared to radial-flux machines. However, they are not easy to mass manufacture because of their thin form factor. Printed circuit board (PCB) technology offers a solution to the problem by utilizing the highly developed, precise, and consistent PCB manufacturing process. However, having a low copper fill factor and low inductance are the main disadvantages of the PCB motors. This thesis focuses on the design and development of double rotor single stator axial-flux permanent magnet synchronous machines with PCB stators. Multi-objective optimization algorithms are used and compared in order to improve the torque density with the developed analytical cost function of the PCB motors. The comparison of several stator winding topologies is investigated to find out which winding shape is suitable in different applications. The analytical calculation methodology of induced phase voltage and output torque of wave windings are developed and compared with test results. An integrated motor drive PCB motor with gallium nitride (GaN) switches at a 1 MHz switching frequency is developed to overcome the problem of low inductance. The motor is optimized using the constructed model, and the non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) and two stator types are designed to compare the effect of unequal trace width. A mechanical and thermal solution is offered by utilizing the copper traces of the stator board and the housings. The system is tested in both generator and motoring modes under various load conditions up to 7000 RPM. The overall system efficiency is found as 82% at rated torque with feed-forward compensated field-oriented control (FOC).
Benzer Tezler
- A new multidisciplinary design approach for a novel eddy current electromagnetic brake
Özgün bir elektromanyetik girdap akım freni için yeni bir çok disiplinli tasarım yaklaşımı
MEHMET GÜLEÇ
Doktora
İngilizce
2019
Mekatronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN AYDIN
- Çok-doğruluklu temsili modelleme ile aeroelastik tasarım optimizasyonu uygulaması
Implementation of an aeroelastic design optimization with multi-fidelity surrogate modelling
ENES ÇAKMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY
- Ses-üstü uçaklarda çok-disiplinli ve çok-doğruluklu optimizasyon yöntemlerinin uygulanması
Application of multi-disciplinary and multi-fidelity optimization methods in supersonic aircraft design
ŞIHMEHMET YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY
- Fotovoltaik hücrelerin ağsız radyal baz fonksiyonu kollokasyonu yöntemi ile sayısal modellemesi
Numerical modelling of photovoltaic cells with the meshless radial basis function collocation method
MURAT İSPİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TAYFUN TANBAY
- Nikel katkılı WOXZrO2 katalizörünün sentezi, karakterizasyonu ve lignin için model bileşik gayakolün hidrodeoksijenasyon reaksiyonundaki aktivitesinin değerlendirilmesi
Synthesis, characterization and activity evaluation of nickel-doped WOXZrO2 catalyst for hydrodeoxygenation of guaiacol as a model compound of lignin
ALİ TOLGA ÜNALAN