Halbach Dizilimlerinin Fırçasız Doğru Akım Motoruna Uygulanması

Abstract

Bu çalışmada, bulaşık makinesi ana sirkülasyon pompası uygulamasında kullanılan bir fırçasız doğru akım motoru referans alınarak, farklı segment sayısı ve geometrisine sahip Halbach mıknatıs dizilimleri uygulanmıştır. Bu dizilimler, mıknatıs hacmi ve materyali aynı kalacak şekilde motora uygulanarak, dizilimlerin performansa saf etkisi ortaya çıkarılmıştır. Modellenen Halbach dizilimine sahip motorlar, sonlu elemanlar yöntemi ile analiz edilerek karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar sonucunda, segment sayısını ve geometrisinin performansa nasıl etki ettiği yönünde bulgular elde edilmiştir. Bu analiz neticesinde tüm Halbach dizilimleri, referans motorun radyal dizilimine oranla daha düşük performans göstermiştir. Bu nedenle mıknatıs yüksekliğinin performans etkisi analizi yapılarak, Halbach diziliminin faydalı olduğu mıknatıs yüksekliği noktasının tespiti gerçekleştirilmiştir. Bu kritik mıknatıs yüksekliğinin altında radyal, üstünde ise Halbach dizilimi kullanmanın performansı katkı sağladığı sonucuna varılmıştır. Sonuç olarak, Halbach diziliminin, fırçasız doğru akım motorlarında uygulanmasının kritik mıknatıs yüksekliği analizi gerektirdiği ortaya çıkmıştır. Ayrıca dizilimlerin bir diğer avantajı olan, rotordaki alan zayıflatma etkisin de analizi yapılarak, faydaya dönüştürülmesi hususunda, oyuk rotor ve ya manyetik olmayan materyalden yapılmış rotor tasarımları öne sürülmüştür.

In this study, various type of Halbach array in different segment number and segment geometry, are applied to a reference brushless DC motor which is normally used in dishwasher main circulation pump application. In order to discover the pure effects of magnet array variations, these arrays are applied without any change on magnet material and magnet volume. New motor constructions with Halbach arrays are modeled and analyzed with finite element method. According to comparisons of analysis results, the performance effects of segment number and segment geometry are obtained. The analysis result also shows that radial magnet array has higher performance than all of the Halbach arrays. For that reason, the magnet height effect analysis is performed in order to determine the critical magnet height point where the Halbach array assembly is reasonable. While under the critical point, radial array design has higher performance; over the critical point Halbach array design has higher performance. As a result, design of brushless DC motor with Halbach array requires the critical magnet height analysis. Also rotor yoke shielding effect of Halbach array is analyzed and hollow rotor and non-magnetic rotor designs are proposed in order to take advantage.