Thermal analysis of permanent magnet synchronous motor

Abstract

Bu çalışmada, Parametrik olarak tasarlanan Daimi Mıknatıslı Senkron Motorun (PMSM) e-manyetik modeli oluşturulmuştur ve elde edilen ısı kayıpları e-manyetik modelden termal model oluşturularak, incelenmiştir. Oluşturulan modele göre belirlenen faktörler üzerinde Taguchi yöntemi kullanılarak motor modelinin termal verimliliği artırılmıştır. Ele alınan PMSM gücü 250 kW'tır. Motor. Ele alınan PMSM'un doğrulanması için üretici firmanın broşür verileri kullanılmış, termal modelin doğrulanması için de kullanıcısı olan bir elektrikli otobüs firması tarafından yapılan deney sonuçları kullanılmıştır. Manyetik analiz yapılarak tork ve hız grafiği oluşturulmuştur. Daha sonra Anysy programı kullanılarak elde edilen manyetik model verileri üreticinin motor verileri ile karşılaştırılmış ve tork-hız grafiği doğrulanmıştır. Daha sonra termal analiz aşamasına geçilmiştir. Malzeme yapısına göre manyetik analiz çıktıları analiz edilmiş ve bu veriler sayesinde termal model oluşturulmuş ve deneysel veriler ile karşılaştırılmıştır. Daha sonrasında, termal model yardımı ile çeşitli güçlerde çalışan motorun dış yüzey sıcaklığı ve motorun soğutması için stator üzerinde bulunan soğutucu akışkan giriş-çıkış sıcaklıkları elde edilmiştir. Taguchi yöntemi kullanılarak, motorun soğutma sistemine etki eden beş parametre ele alınmıştır. Ele alınan beş parametreden en iyi motor soğutması sağlayabilecek kombinasyon bulunmuştur. Bu sayede soğutma optimizasyon sonuçlarından yararlanılarak, motoru en iyi şekilde soğutabilecek tasarım elde edilmiş ve bu tasarım ile motor veriminin %19.39 artırılabileceği belirlenmiştir.In this study, the Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) was designed parametrically, and the e-magnetic model was created and examined. Thus, the thermal model was created. The thermal efficiency of the motor temperature distribution is optimized by the Taguchi method, depending on the factors determined according to the created model. The studied PMSM power is 250 kW and has nine phases. The manufacturer's technical data were used to verify the PMSM under consideration. Besides, the experiments conducted by an electric bus company verify the thermal model. Torque and speed graph was sketched by performing magnetic analysis. Then, the magnetic model data obtained using the Ansys program were compared with the manufacturer's motor data, and the torque-speed graph was validated. Then, the thermal analysis stage was started. According to the material structure, magnetic analysis outputs were analyzed. The thermal model was created and compared with experimented data. After, with the help of the thermal model, the outer surface temperature of the motor operating at various powers and the refrigerant input-output temperatures on the stator for cooling the motor was obtained. The Taguchi method discusses five parameters affecting the motor's cooling system. The combination that can provide the best motor cooling strategy using the parameters has been found. This way, the design that can cool the motor in the best way has been obtained by taking advantage of the cooling optimization results. It has been determined that the motor efficiency can be increased by 19.39% with this design.