Studi Komparasi Pengaruh Geometri Stator Dan Magnetisasi Rotor Terhadap Performa Torsi Motor BLDC Outrunner

Latar Belakang. Motor BLDC tipe outrunner menjadi pilihan dominan untuk aplikasi direct-drive karena kemampuannya menghasilkan torsi tinggi. Namun, ketergantungan industri pada magnet permanen Neodymium-Iron-Boron (NdFeB) menimbulkan kerentanan rantai pasok dan biaya yang tinggi akibat ketergantungan pada unsur tanah jarang. Eksplorasi material alternatif, baik berupa hard magnet maupun soft magnet berlilitan (elektromagnet), sering kali terkontaminasi oleh variabel geometri stator yang tidak dioptimalkan terlebih dahulu, sehingga validitas perbandingan material menjadi bias. Tujuan. Penelitian ini bertujuan mengevaluasi secara simultan pengaruh empat geometri ujung gigi stator dan sebelas konfigurasi material/magnetisasi rotor terhadap performa torsi, GGL, dan risiko termal relatif motor BLDC outrunner 14 kutub/12 slot, serta menentukan kombinasi geometri-material yang optimal sebagai alternatif Neodymium N50. Metode. Penelitian dilakukan menggunakan simulasi elemen hingga 2D magnetostatik pada FEMM 4.2 dengan desain faktorial penuh 4x11 (44 kombinasi). Setiap kombinasi dievaluasi pada 73 posisi rotor (0-360°, interval 5°) dengan kendali FOC (Id=0, Iq=40 A). Konsistensi performa material terhadap variasi geometri dianalisis menggunakan korelasi rank Spearman. Material soft magnet diuji pada rentang 500–3200 AT untuk menentukan titik crossover terhadap torsi N50. GGL dievaluasi melalui konstanta Ke berdasarkan hubungan dualitas elektromekanik, sedangkan risiko termal relatif diperkirakan dari rugi tembaga yang berbanding dengan kuadrat arus eksitasi. Hasil. Dari 44 kombinasi, geometri Triangled dengan Neodymium N50 menghasilkan torsi rata-rata tertinggi sebesar 153,40 Nm dan torque ripple terendah sebesar 3,84%. Keunggulan Triangled konsisten pada seluruh material rotor dengan nilai Spearman ρ=0,964–1,000. SmCo32 menghasilkan 84,98% torsi N50, sedangkan Alnico 9 menghasilkan 61,73%. Pada 2500 AT, Pure Iron, M-19 Steel, Cobalt Vanadium, dan 1006 Steel menunjukkan performa hampir identik dengan selisih <0,3 Nm atau sekitar 92,7% dari N50, sedangkan Mu Metal mengalami saturasi dini dan hanya mencapai 68,91%. Titik crossover material permeabilitas tinggi berada pada 2717–2739 AT, 430 Stainless Steel membutuhkan 2789 AT, sedangkan Mu Metal tidak mencapai crossover hingga 3200 AT. Konstanta Ke menunjukkan pola yang sejalan dengan torsi; material soft magnet permeabilitas tinggi mencapai sekitar 92,8% Ke N50 (2,37 vs 2,56 Vs/rad). Estimasi rugi tembaga menunjukkan kandidat dengan NI crossover terendah memiliki risiko termal yang hampir setara, sedangkan 430 Stainless Steel sekitar 5% lebih tinggi. Kesimpulan. Geometri Triangled memberikan performa terbaik secara konsisten pada variasi material rotor. 1006 Steel dan M-19 Steel pada NI sekitar 2730 AT menjadi alternatif soft magnet yang paling prospektif terhadap Neodymium N50, dengan performa GGL sekitar 92,7–92,8% dari N50 dan risiko termal relatif yang rendah.