OTEKON’14
7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi
26 – 27 Mayıs 2014, BURSA
ORTALAMA BİR ELEKTRİKLİ ARACIN TAHRİK SİSTEMİ MOTOR
TASARIMI, ELEKTROMANYETİK VE ISIL ANALİZİ
Mert Safa Mökükcü(1),(2), Ebubekir Beyazoğlu(1), Deniz Bölükbaş(1),(3)
(1)
FİGES A.Ş., Tuzla, İstanbul
Mekatro A.Ş.,Maslak, İstanbul
(3)
Okan Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Tuzla, İstanbul
(2)
ÖZET
Elektrikli otomobillerde kullanılan elektrik motorları ani tork vermesi, güçlü ve dengeli hızlanma sağlaması ve fosil
yakıtlara kıyasla karbondioksit emisyonunu azaltması nedeniyle tercih edilmektedir. Motor tasarımında motorun
elektromanyetik analizleri ve hesaplanan elektromanyetik kayıpların neden olduğu sıcaklık değişimlerini hesaplamak
için bilgisayar destekli analizlerden yararlanılmaktadır. Bu bildiride, ANSYS Rmxprt yazılımı kullanılarak ön tasarımı
yapılan bir elektrik motorunun elektromanyetik analizleri Maxwell yazılımı ile gerçekleştirilmiş ve elektromanyetik
enerji kayıpları hesaplanmıştır. Kayıpların neden olduğu sıcaklık ise ANSYS Fluent yazılımı ile hesaplanmış ve
motorun içinde bulunduğu kaputun havalandırma aralıkları olduğu ve olmadığı durumlardaki sıcaklık analizleri
gerçekleştirilmiştir.
Anahtar kelimeler: Elektrikli araç, elektrik motoru, sonlu elemanlar yöntemi, Maxwell, Fluent, elektromanyetik analiz,
ısıl analiz, havalandırma aralığı.
DESIGN AND ELECTROMAGNETIC-THERMALANALYSIS OF AN
AVERAGE ELECTRIC VEHICLE DRIVE SYSTEM MOTOR
ABSTRACT
The electric motors which are used at electrical vehicles are generally preferred due to their rapid torque, powerful
and balanced acceleration and causing less carbondioxide emission comparing to the fossil fuel. At the motor design
phase, computer aided analyses are oftenused to analyze the electromagnetic behavior of the motor and to calculate the
energy loss in order to use these loss values to analyze the thermal behavior of the system. In this paper, an electrical
motor which is predesigned with ANSYS Rmxprt software is analyzed with Maxwell software and the electromagnetic
losses are calculated. Temperature distribution and heat flux due to the losses are calculated with ANSYS Fluent
software and the thermal analyses of the system are investigated in two case of being with the ventilation slots and
without .
Keywords: Electrical vehicle, electric motor, finite element method, Maxwell, Fluent, electromagnetic analysis,
thermal analysis, ventilation slots.
geniş yer bulmakta ve ilgi çekmektedir.Fosil yakıtların
yenilenebilir olmaması nedeniyle gelecekte azalacağı ve
biteceği yönündeki öngörüler üreticileri bu yöne doğru
sevketmektedir. Elektrikli araçların yakıt tasarrufu
sağlayacağı, şehir gürültüsünü azaltacağı ve karbon
emisyonunu düşüreceği beklenmektedir. Karbondioksit
1. GİRİŞ
Son yıllarda ülkemizde ve uluslararası pazarda
otomotiv endüstrisinde Ar-Ge yatırımları ve geleceğe
yönelik önemliprojelerde elektrikli araçların yer aldığı
görülmektedir.Elektrikli araçlar otomobil fuarlarında
1
emisyonunun azalma derecesi elektrik üretimine bağlı
olup kullanım durumunda %30'luk bir azalma
hedeflenmektedir [1,2]. Yayınlanan akademik çalışmalar,
otomotiv üreticileri tarafından açıklanan ticari hedefler ve
fuarlarda elektrikli araçlara olan ilgi, gelecekte bu
teknolojinin yaygın olarak kullanılacağına işaret
etmektedir.
Elektrikli otomobil bir veya daha fazla elektrik
motoru kullanarak, bataryalarda ve/veya diğer enerji
depolama cihazlarında depoladığı elektriği kullanarak
ilerleyenotomobildir. Elektrik motorları ani tork verir,
güçlü ve dengeli hızlanma sağlar.
Günümüzde bilgisayar teknolojisinin hızlı gelişimine
paralel olarak bilgisayar destekli analiz yazılımları, motor
imalatçılarına proses adımlarında yardımcı olmaktadır.
Bu yazılımlar elektrik motorlarının tasarımlarında önemli
girdiler sağlamakta ve sanal bir laboratuar olarak
kullanılmaktadır.
Motor
tasarımları
simülasyon
ortamında
iyileştirildikten
sonra
prototipe
dönüştürülmekte, bu yolla zaman kazanılmakta ve
maliyet azaltılmaktadır. Simülasyonların çoklu fizik
uygulamalarında entegre çalışması önemli bir avantaj
olarak görülmektedir.
Bu bildirinin konusu, elektrikli aracın tahrik
sisteminde kullanılan fırçasız doğru akım motorunun
elektromanyetik ve ısıl analizlerinin gerçekleştirilmesi ve
sonuçların sunulmasıdır.Motorun spesifikasyonları, araç
kaput içi yer sınırları ile aracın tork ve devir isterleri
dikkate alınarak belirlenmiştir. Fırçasız doğru akım
motorları yüksek verimli, yüksek torka sahip ve sürtünme
kaybı motor içinde olmadığından ısınmanın az olduğu
kullanışlı bir motor tipidir.Bilgisayar destekli analizlerde
endüstriyel standart haline gelen ve yaygın olarak
kullanılan
ANSYS
Multiphysics®
yazılımları
kullanılmıştır. Elektromanyetik analizlerde lektrikli araç
motorununtasarımı yapılmış ve performansı analiz
edilmiştir. İkinci aşamada ısıl analizler gerçekleştirilmiş
ve araç motorunun araç kaputunu temsil edenkapalı bir
ortamda
ısıl
değişimleri
incelenmiştir.ANSYS
Multiphysics® ürünü yapısal, termal, alçak frekans ve
yüksek
frekans
elektromanyetik
uygulamalarını
bütünleştiren bir uygulamadır. Elektrikli araç motor
tasarımında oldukça yararlı olanbilgisayar destekli
analizler, ısıl etkilerin yapısal forma etkisini incelemek
için de kullanılabilir.
Bu bildirinin 1. Bölümü giriş niteliğindedir, 2.
Bölümde ANSYS RMxprt®kullanılarak elektrikli araç
motorunun analitik hesaplamalarının yapılması ve motor
sonlu elemanlar modelinin oluşturulması açıklanmıştır.
Elde edilen motor çiziminin ANSYS Maxwell®
yazılımına aktarılması ve motorun elektromanyetik
analizleri 3. Bölümde açıklanmıştır. 4. Bölümde
elektromanyetik analiz sonucunda elde edilen toplam
kayıpların ANSYS Multiphysics® kullanılarakANSYS
Fluent® yazılımına aktarılması ve elektromanyetik
kayıplardan dolayı oluşan ısıl değişim analizi
açıklanmıştır. 5. Bölüm sonuç niteliğindedir.
2. MOTOR TASARIMI
Rmxprt, Elektrik Motor - Generatör tasarımlarında ilk
adımda kullanılan, tasarımcıyı yönlendiren ve tasarım
sonucu oluşan motorun analitik çözümlerinin detaylı
olarak alınabildiği bir yazılımdır.Maxwellyazılımı ile tam
uyumlu çalışması sebebiyle bu yazılımla yapılan
tasarımın Maxwell ortamına doğrudan aktarılıp, sonlu
elemanlar analizi için model oluşturulması kolaylıkla
yapılabilmektedir. Bu çalışmada da ilk olarak motor,
Rmxprt ortamında tasarlanmıştır.
Çalışmada motor tasarımı,1300-1500 kg arasında
ağırlığı olan genel bir sedan araç için hem hibrit hem de
tam elektrikli araç kullanımına uygun olacak şekilde
gerçekleştirilmiştir.Nominal olarak motor gücü 50 kW
kabul edilmiştir. Bu değer, hibrit araçlardaki pazar lideri
Toyota’nın Prius modelinin ya da Mitsubishi’nin tam
elektrikli araç prototipi i-Miev’in elektrik motoru gücüne
eşdeğerdir. Ayrıca araçların dişli kutuları da gözönüne
alındıkları takdirde motor nominal hızı yaklaşık 40005000 devir/dakika aralığında olduğu düşünülebilir.
Tasarımı yapılan motorun içten yanmalı motor yerine
kullanılacağıya da içten yanmalı motor küçültülerek
motorun yanına yerleştirileceği varsayılmıştır. Bu
nedenle boyutları 220 mm dışçaplı olarak seçilmiştir. Bu
giriş bilgileri elektrik motoru tasarımında tasarım kriteri
olarak dikkate alınmış ve Rmxprt yazılımı ile analitik
çözüm oluşturulmuştur.
Tasarımda bir diğer önemli nokta malzeme seçimidir.
Rotor malzemesi olarak paslanmaz çelik, mıknatıs
malzemesi olarak manyetik yoğunluğu yüksek ve
demagnetizasyonu zor olan NdFe35 tipi mıknatıs
seçilmiştir. Tablo-1’de mıknatıs özellikleri verilmektedir.
Tablo 1. NdFe35 tipi Mıknatıs Özellikleri
Mıknatıs Tipi
NdFeB35 – SH
Artık
KGs
11.7-12.1
Mıknatıslanma
T
1.17-1.21
Br
Gidergenlik
Kuvveti bHc
İçsel
Gidergenlik
Kuvveti iHc
Max. Enerji
Ürün (BH) max
Çalışma
Sıcaklığı
KOe
KA/m
KOe
10.8-11.5
860-915
≥20
KA/m
≥1595
MGOe
KJ/m2
33-35
263-279
0
C
≤150
Stator için e-silisli sac çeşitlerinden M36-29G tipi
kullanılmıştır.Kullanılan sacın B-H eğrileri Şekil-1’de
verilmiştir.
2
2.50
100.00
Curve Info
Efficiency
80.00
1.50
60.00
(%)
B (tesla)
2.00
40.00
1.00
20.00
0.50
0.00
0.00
0.00E+000
0.00
1000.00
2000.00
3000.00
n (rpm)
4000.00
5000.00
6000.00
7000.00
3.00E+005
Şekil 3. Analiz sonucu elde edilen motor verim – hız
eğrisi
Tasarım parametreleri göz önüne alınarak seçilen
malzemelerle motor tasarımı yapılmış ve yazılım çıktısı
olarak elde edilen simülasyon sonuçları Tablo-2’de
özetlenmiştir.
Motor simülasyonu sonucunda motorun geniş hız
değerleri
arasında
veriminin
yüksek
olduğu
görülmektedir. Bu da motorun farklı devirlerinde, bir
diğer deyişle aracın düşük ya da yüksek hızlarında
verimli olacağını işaret etmektedir.
1.00E+005
2.00E+005
H (A_per_meter)
Şekil 1. M36-29G tipi saciçin B-H eğrisi
Tablo 2. Motor simülasyon sonuçları
Kutup Sayısı
18
Oluk Sayısı
24
Gerilim
300 V
Dışçap
220 mm
Motor Uzunluğu
200 mm
Oluk Doluluk Oranı
% 40
Hava Aralığı
2 mm
Mıknatıs Kalınlığı
3 mm
Motor Tahmini Ağırlığı
19.5 kg
Akım Yoğunluğu
7.8 A/mm2
Toplam Kayıp
2680 W
Nominal Moment
90.6 Nm
Nominal Hız
5260 rpm
Güç
50 kW
Verim
% 94.9
3. MOTOR ELEKTROMANYETİK ANALİZİ
Rmxprt'te tasarımı ve analitik sonuçları elde edilen
motorun elektromanyetik analizlerinin yapılması için
oluşturulan sonlu elamanlar ağının (SEA),Maxwell
yazılımına aktarılması gerekmektedir. Maxwell, düşük
frekanslı elektromanyetik alan simülasyonu için sonlu
elemanlar analizleri gerçekleştiren bir yazılım paketidir
[3,4]. Motor, akümülatör, transformatör ve diğer
elektromanyetik yapıların tasarımında ve analizinde
kullanılabilmektedir.
Elektromanyetik analizlerin hızlı tamamlanabilmesi
için motorun simetrik yapısı da dikkate alınarak 2
Boyutlu
(2-B)
analizler
gerçekleştirilmiştir.
Elektromanyetik analizlerde yazılım parametresi olarak
kalınlık bilgisi ve simetri çarpanı eklenebildiğinden
geometrinin en küçük simetriği üzerinde çalışmak hem
zamandan tasarruf, hem de bilgisayar gücü anlamında bir
tasarruf sağlamaktadır. Bu nedenle bu çalışmada motorun
en küçük simetriği yani 2 boyutlu halikullanılmıştır.
Farklı tip motorlarda 4/1, 8/1, 16/1 gibi daha küçük
simetrikler kullanılabilir.
Rmxprt'te tasarımı ve ilk analizi yapılan motorun
sonlu elemanlar ağı Maxwell2D yazılımına Şekil-4’de
görüldüğü gibi aktarılmıştır. Rmxprt, Maxwell'in ihtiyaç
duyduğu ayarları ve girdileri en optimum şekilde
aktarmaktadır.
Motorun sargı şeması Şekil-2’de görülmektedir.
Şekil 2. Motor sargı şeması
Analizler sonucunda elde edilen motor verim-hız
eğrisi Şekil-3’de sergilenmiştir.
Şekil 4. Motor 2-B SEA modeli
3
Winding Currents
Maxwell2DDesign1
500.00
Curve Info
Current(PhaseA)
Setup1 : Transient
Bu çalışmada ağ eleman sayısı motorun büyüklüğüne
göre seçilmiş, manyetik akının en çok değişim gösterdiği
bölgelerde ağ eleman sayısı sıklaştırılarak çözümün
gerçekçi olması sağlanmıştır. Elde edilen SEA görüntüsü
Şekil-5’de verilmiştir.
Current(PhaseB)
Setup1 : Transient
Current(PhaseC)
Setup1 : Transient
Y1 [A]
250.00
0.00
-250.00
-500.00
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
Time [ms]
Şekil 8. Sargı uyarması-zaman eğrisi
Motor üzerindeki manyetik akı çizgileri Şekil-9’da ve
manyetik akı yoğunluğu çizimleri Şekil-10’da
sergilenmektedir. Yukarıdaki eğrilerden görülebileceği
gibi motor çıktıları literatürde bulunan sonuçlarla
uyumludur [5]. Bu da motor tasarımının uygun olduğunu
göstermektedir.
Şekil 5. Motor SEA yapısı
Motorun SEA modelinde 13.915 adet sonlu eleman
oluşturulmuş ve analizler 29 dakikada tamamlanmıştır.
Çalışmanın üç boyutlu olarak gerçekleştirilmesi
durumunda ağ eleman sayısının 130.000 mertebesinde
olacağı beklenmektedir.Elektromanyetik analizler tam
yükte yapılmıştır ve elde edilen motor tork-zaman eğrisi
Şekil- 6’da, endüklenen gerilim-zaman eğrisi Şekil-7’de
ve
sargılardaki
akım-zaman
eğrisi
Şekil-8’de
gösterilmiştir.
Torque
Şekil 9. Manyetik akı çizgileri grafiği
Maxwell2DDesign1
150.00
Curve Info
Moving1.Torque
Setup1 : Transient
Moving1.Torque [NewtonMeter]
125.00
100.00
75.00
50.00
25.00
0.00
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
Time [ms]
Şekil 6. Tork-zaman eğrisi
XY Plot 1
Maxwell2DDesign1
250.00
Şekil 10. Manyetik alan yoğunluğu grafiği
Curve Info
InducedVoltage(PhaseA)
Setup1 : Transient
InducedVoltage(PhaseB)
Setup1 : Transient
InducedVoltage(PhaseC)
Setup1 : Transient
Y1 [V]
125.00
Şekil 9'da manyetik akı çizgileri grafiği ve Şekil
10’da sargılardaki uyarmalar neticesinde oluşan manyetik
alan görülmektedir. Manyetik alan yoğunluğu motor
yüklendikçeartmaktadır ve tam yükte simule edildiğinden
motor sacında kısmendoyma görülebilmektedir.
0.00
-125.00
-250.00
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
Time [ms]
Şekil 7. Endüklenen gerilim-zaman eğrisi
4
temsilen tamamen kapalı 30 cm x 30 cm boyutlarında ve
15 mm kalınlığında çelik bir kutu içinde bulunduğu
varsayılmıştır.
Isıl
analizler
2-B
olarak
gerçekleştirilmiştir.Araç kaputunu temsilen kapalı çelik
kutu içine yerleştirilen motor Şekil- 13'de görülmektedir.
Şekil 11. Sargılar üzerindeki akım yoğunluğu vektörleri
Şekil 11’de sargılar üzerinde oluşan akım yoğunluğu
vektörleri incelenmiştir. Bu çalışmadan sonra motorun
çalışmasının literatüre ve referanslarına uyumlu olduğu
görülmüştür [6]. Elektromanyetik analizler sonucunda
kayıp ve ısı enerjisine dönüşen enerji değerleri ANSYS
Fluent yazılımına girdi olarak aktarabilmektedir.
Şekil 13. Araç kaputunu temsilen kapalı çelik kutu içine
yerleştirilen motor görüntüsü
4. MOTOR ISIL ANALİZİ
Tasarlanan motorun elektromanyetik kayıpları
Maxwellyazılımıyla hesaplanmış ve ısıl analizlerin
gerçekleştirilebilmesi için Şekil 12’de görüldüğü gibi ısıl
analiz modülü olan Fluent’e aktarılmıştır.
Isıl analizlerde sınır şartları da bu doğrultuda
belirlenmiş ve elektrik motorunun kaput içerisindeki
termal yönetimine etkisi incelenerek elektrik motorunun
sıcaklık değerleri hesaplanmıştır. Araç kaput içerisinde
sadece elektrik motoru olduğu düşünülerek hesap
yapılmıştır. Kaput içerisinde bulunan elektrik motorunun
hava akışının da hesaplamaya dahil edilmesi durumunda
motor ve kaput içi hava ortamında oluşan sıcaklık
dağılımları aşağıda verilen iki boyutlu Enerji Denklemi,
Süreklilik Denklemi ve Momentum Denklemi denklem
setinin nümerik olarak çözümünü gerçekleştiren Fluent
yazılımı ile hesaplanmıştır. Denklemlerde  [metre]: x
yönünde koordinat,  [metre]: y yönünde koordinat,
 [/]: x yönünde hız,  [/]: y yönünde hız,
 []: sıcaklık ve  []: statik basınç
göstermektedir.
Şekil 12. Maxwell-2D yazılımından Fluent yazılımına
ANSYS Workbench ile veri aktarımı
Maxwell yazılımı ile elde edilenkayıp ve ısı enerjisine
dönüşen
enerjinin
örnek
değerleri
Tablo-3'de
gösterilmektedir.
Enerji Denklemi

Tablo 3 Motorun elektromanyetik analiz sonucunda elde
edilen ısıl kayıplarından örnekler
Kayıplar
Bölge
Kayıp
...
...
...
Isıl kayıp
Bölge 134
3.263e+01 Watt
Isıl kayıp
Bölge 135
1.51e+02 Watt
Isıl kayıp
Bölge 136
1.51e+02 Watt
Isıl kayıp
Bölge 138
0
...
...
...
Toplam
2622.4 Watt


+


=

2
 
 2
+
2
 2
+
1


Süreklilik Denklemi


+ =0

(2)

Momentum Denklemi
Paragraf 3'de tasarımı ve elektromanyetik analizleri
gerçekleştirilen motorun kayıpları nedeniyle oluşan ısının
hesaplanabilmesi için motorun araç kaputunda olduğu
durumu göz önüne almak gerekir. Bu nedenle kaput
içerisindeki elektrik motorunun konumu dikkate alınarak
modelleme yapılmıştır ve motorun araç kaputunu
 

 



+

+



(1)
=−

=−



+
+
2
 2
2
 2
+
+
2
 2
2
 2
(3a)
(3b)
Denklemlerde yer alan diğer parametreler ise aşağıda
verilmiştir.
ℎ [ 2  ] : konvektif ısı transfer katsayısı,
   : sabit basınçta özgül ısı (specific heat),
 []: dinamik akışkanlık,
5
 [/3 ] : yoğunluk,
 [  ]: termal iletkenlik,
  2 : Isı akısı
Araç dışı ortam hava sıcaklığı sınır şartı olarak 27℃ ,
ℎ = 5 /2  alınmıştır.
Analizlerde havanın
parametreleri; yoğunluk (density) 1,225 /3 , spesifik
ısınma (specific heat) 1006,43 / ve termal
iletkenlik (thermal conductivity) 0,0242 /ve
akışkanlık (viscosity) 1,7894 × 10−5 / olarak
alınmıştır. Kaputun yapıldığı malzeme olan çeliğin
parametreleri ise; yoğunluk 8030 /3 , spesifik ısınma
502,48 / ve termal iletkenlik 16,27 / olarak
kabul edilmiştir. Denklemlerdeki çözüm için kullanılan
sabit değerler ve sınır şartları yukarıda analiz
parametreleri olarak belirtilmiştir. Bu denklem
sistemlerinin ANSYS Fluent Software yardımı ile
çözümü sonrası, motor elemanlarında oluşan sıcaklık
dağılımları Şekil-14'de, motorun dışında oluçan hava akış
çizgileri ise Şekil-15'de görülmektedir.
Şekil 15. Kapalı ortamdaki hava yer değiştirme hızı
Kapalı bir araç kaputu içinde bulunan motorun
ısınacağı ve havalandırma sistemi bulunmadığı için iç
ısının giderek artacağı açıktır. Bu sorunu gidermek üzere
araç kaputunda hava giriş ve çıkış noktaları belirlenmiş
ve Şekil 16'da görüldüğü gibi bu noktalardan hava akışına
izin verilerek ısıl analizler tekrar edilmiştir.
Şekil 16. Araç kaputunda hava akışını sağlayan
aralıkların gösterimi; A noktası: Hava Girişi, B Noktası:
Hava Çıkışı
Şekil 14. Motor elemanlarının sıcaklık dağılımı
Motor elemanlarının sıcaklığının yaklaşık olarak aynı
ve 350 ℃ derece civarında olduğu ve ortam tamamen
kapalı olduğu için ısı akısının motor üzerinde eşit
yayıldığı görülmektedir. Hava ile motor yüzeyleri
arasında doğal konveksiyon ile ısı transferi söz
konusudur. Hava akım çizgileri de ayrıca incelenmiştir.
İleride olası bir soğutma sisteminin tasarlanması
açısından zorlanmış havanın hangi yönden verileceğinin
belirlenmesi açısından akım çizgilerinin motor üzerindeki
yaklaşımı dikkate alınmalıdır. Araç kaputu tamamen
kapalı olduğundan ortamda herhangi bir hava akışı
olmamaktadır.Şekil 15'de kapalı ortamda hava yer
değiştirme hızının 0 m/sn olduğu görülmektedir.
Şekil 17 Kaput içinde sıcaklık değişimi
Yapılan analizlerde kaput içindeki sıcaklık
değişiminin hava giriş aralığı civarında 30 ℃ derece
civarında olduğu ve çıkış aralığı civarında 70 ℃ dereceye
ulaştığı, hava akışının sağlandığı ve ortam soğutmasının
kaput dışındaki havanın kaput içinde akışını sağlamak
suretiyle gerçekleştirildiği görülmektedir. Ortamın
6
sıcaklık dağılımındaki değişim nedeniyle motor
elemanlarının sıcaklıkları da değişmiştir.
Kaput içinde hava akışının sağlandığı durumda motor
elemanlarının sıcaklık dağılımı kararlı durum (steady
state) için Şekil 18'de gösterilmiştir.
sağlanabileceği ve bunun ortam sıcaklığını azaltmada
kullanılabileceği gösterilmiştir. Motorun soğutulması için
etkin bir havalandırma sistemi daha başarılı sonuçların
alınmasını sağlayacaktır.
5. SONUÇ
Motor
tasarımında
motorun
elektromanyetik
analizlerinin yapılması ve hesaplanan elektromanyetik
kayıpların neden olduğu sıcaklık değişimlerini
hesaplamak için çoklu fizik tabanlı analiz yazılımlarından
yararlanılmaktadır. Bu bildiride, ANSYS Rmxprt ve
Maxwell yazılımları kullanılarak elektrili araçlarda
kullanılan elektrik motoru tasarlanmış ve analizler
sonucunda oluşan kayıplar ve manyetik akı yoğunlukları
sonlu elemanlar yöntemi ile elektromanyetik analizden
çıkan sonuçlar ve hesaplanan kayıplar akışkanlar
dinamiği çözümü ile sıcaklık hesaplamalarına
dönüştürülmüştür. Kayıpların neden olduğu sıcaklık ise
ANSYS Fluent yazılımına doğrudan aktarılmış ve
motorun içinde bulunduğu kaputun havalandırma
aralıkları olduğu ve olmadığı durumlardaki sıcaklık
analizleri gerçekleştirilmiştir. Daha gerçekçi bir modelin
kurulması açısından kaput altındaki aracın diğer
sistemleri ile birlikte incelenmesi gerekmektedir. İleride
yapılacak olan bu çalışma daha iyi ısı yönetimini
sağlayacaktır.
Şekil 18Kaput içinde hava akışı olduğu durumda motor
elemanlarının sıcaklık dağılımı
Kaput içinde hava akışı sağlandığı durumda hava
girişinin olduğu bölgede sıcaklığın 70 ℃ derece civarında
olduğu ve bu ısının hava çıkış aralığına yaklaşırken
kademeli olarak arttığı ve 100 ℃ dereceye ulaştığı
görülmektedir. Kaput içindeki havanın sıcaklık değişimi
ise Şekil 19'da görülmektedir.
KAYNAKLAR
1. Zdenek,
C.;Pavel,
M.,
"Electric,
hybridelectricandcombustion
engine
drivencarsandtheirimpact on environment,"
PowerElectronicsand Applications (EPE 2011),
Proceedings of the 2011-14th European Conference
on , vol., no., pp.1,5, Aug. 30 2011-Sept.
2. Gupta, V.;Deb, A., "Speedcontrol of brushed DC
motor forlowcostelectriccars," ElectricVehicle
Conference (IEVC), 2012 IEEE International , vol.,
no., pp.1,3, 4-8 March 2012
3. ZhouRui; WangQunjing; LiGuoli; PangCong;
FangGuanghui, "Optimal design of singlephaseinduction motor based on MAXWELL 2D
Rmxprt," ElectricalMachinesandSystems (ICEMS),
2010 International Conference on , vol.,no.,
pp.1367,1370, 10-13 Oct. 2010
4. QiuChangli;
ChengJihang;
LiJingquan,
"Simulationanalysisoftheperformance
of
linearintroduction motor in Maxwell 2D,"
Electrical&ElectronicsEngineering
(EEESYM),
2012 IEEE Symposium on , vol.,no., pp.360,363,
24-27 June 2012.
5. Senol S., and Ustun, O. (2011). “Design, Analysis
and Implementation of a Subfractional Slot
Concentrated Winding BLDCM with Unequal
Tooth Widths”, IECON 2011 - 37th Annual
Conference on IEEE Industrial Electronics Society,
Melbourne, VIC, pp. 1807-1812, 7-10 November
Araç kaputunda hava giriş (A) ve hava çıkış (B) noktaları
varken hava kaput içindeki ısının değişim hızı Şekil 19'de
gösterilmiştir. Bu sonuçlar Şekil 15 ile karşılaştırıldığında
kaput içinde belirli bir hava akışının sağlandığı ve hava
akış hızının 0.002 m/sn mertebesine kadar ulaştığı
görülmektedir. Bu senaryoda hava akışını hızlandırıcı fan
ve benzeri bir araç kullanılmadığı ve akışın tamamen
doğal olarak oluştuğu dikkate alınmalıdır.
Şekil 19. Araç kaputunda hava aralıklarınedeniyle ısının
değişim hızı
Isıl analizlerden görüldüğü gibi yalnızca hava aralıkları
oluşturmak suretiyle kaput içinde belirli bir hava akışı
7
2011.
6. El-Refaie, A.M., Alexander, J. P., Reddy, P., Huh,
K., de Bock, P., and Shen, X. (2013). “Advanced
High Power-Density Interior Permanent Magnet
Motor for Traction Applications”, Energy
Conversion Congress and Exposition, Denver, CO,
pp. 581-590, 15-19 September 2013.
8
9
Download

ortalama bir elektrikli aracın tahrik sistemi motor tasarımı