Çok yönlü hareket kabiliyetine sahip sabit mıknatıslı küresel motorun tasarımı

Abstract

Robotik, havacılık, savunma, aviyonik, otomotiv ve biyomedikal uygulamalarda, teknolojik gelişmelerle birlikte çok serbestlik dereceli hareket kabiliyetine olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Böyle sistemlerde her bir serbestlik dereceli hareket için ayrı bir elektrik makinası kullanmak yerine, çok serbestlik dereceli hareket kabiliyetine sahip motorların kullanılması, bu sistemlerin karmaşıklığını azaltmakta ve boyutlarının küçülmesini sağlamaktadır. Ayrıca yine çok serbestlik dereceli hareket kabiliyetine sahip uygulamalarda bu motorların kullanımıyla, yüksek kuvvet, yüksek moment ve büyük hareket açıları sağlanabilmektedir. Bu amaçla bu tez çalışmasında iki serbestlik dereceli hareket kabiliyetine sahip, ±45˚ eksenel hareket açısı yapabilen ve yeni bir mekanik yapıya sahip, yüzey mıknatıslı bir küresel bir motor tasarlanmıştır. Tez çalışmasında tasarlanan küresel motor, 4 kutuplu, yüzey mıknatıslı bir rotordan ve 3 blok yapısında, 18 sargıya sahip bir statordan oluşmaktadır. Motorun mekanik yapısında ise küresel mafsal, küresel yatak, küresel rulman ve yatak kapakları gibi herhangi bir mekanik parça kullanılmadan, rotoru iki hareketli parça ile çevreleyen ve ±45° eksenel hareket açısı sağlayabilen yeni bir mekanik yapı tasarlanmıştır. Bu yeni mekanik yapı sayesinde, motorun eksenel

hareket açısı, moment ve kuvvet değerlerinde, literatürde mekanik yapılarında küresel mafsal, küresel yatak, küresel rulman, yatak kapakları kullanılan motorlara göre daha başarılı sonuçlar elde edilebilmiştir. Küresel motor tasarımında ilk önce farklı motor modelleri oluşturularak, elektromanyetik analizleri yapılmış ve yapılan tasarım optimizasyonu sonucuna göre nihai tasarım modeline karar verilmiştir. Tasarım ve analiz çalışmaları sonlu elemanlar yöntemiyle (SEY) Ansys Maxwell yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Analizlerde nihai motor yapısının belirlenebilmesi için farklı stator, rotor, mıknatıs yapıları ve malzemelerinin kullanıldığı, farklı küresel motor modelleri oluşturulmuş ve elektromanyetik analizleri gerçekleştirilmiştir. Her bir tasarım için manyetik akı yoğunluğu, kuvvet ve moment değerleri elde edilmiş, rotorun hareket açı kabiliyeti karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonuçları değerlendirilerek, nihai motor modeline karar verilmiştir. Daha sonra nihai motor tasarımının prototipi üretilmiş ve testleri yapılmıştır. Elde edilen test sonuçları ile analiz sonuçları karşılaştırılmıştır ve karşılaştırma sonuçları grafiklerle verilmiştir