Çift taraflı hava çekirdekli sabit mıknatıslı lineer servo motor tasarımı ve uygulaması

Abstract

Lineer motor teknolojileri günümüzde toplu taşımacılık, optik cihazlar, tekstil endüstrisi, nanoteknoloji ve tıp elektroniği gibi birçok endüstriyel uygulama alanında kullanılmakta ve araştırma geliştirme faaliyetlerinde sıklıkla konu edilmektedir. Lineer motorlardan günümüzde beklentiler oldukça fazladır. Bunun nedeni, hafiflik, kontrol edilebilirlik, yüksek kuvvet/moment ağırlık oranı ve lineer motor da elde edilen lineer hareketin, dönel sistemlere eklenen kayış kasnak mekanizmalarıyla elde edilen lineer harekete kıyasla çok daha hızlı, hassas ve düşük bakım maliyeti gerektirmesidir. Bu tez kapsamında öncelikli olarak lineer motor teknolojileri anlaşılır bir biçimde ortaya konularak, lineer motor çeşitleri incelenmiştir. Sonrasında ana boyut ölçüleri, parametreleri ve kontrol metodu ele alınarak çift taraflı hava çekirdekli basit hassas konum kontrolü yapılabilen lineer motor tasarımı yapılmıştır. Lineer motor tasarım süreci genel hatlarıyla ortaya koyulduktan sonra Solidworks programı yardımıyla lineer motorun 3D katı modeli oluşturularak, sonlu elemanlar yöntemi ile ANSYS Maxwell programında 2D manyetik analizi gerçekleştirilmiştir. Lineer motor tasarımı ve manyetik benzetimi yeterli seviyede gerçekledikten sonra, lineer motorun enerjilendirilmesi ve istenilen şekilde sürülebilmesi için sürücü tasarımı ele alınmıştır. Lineer motor ve sürücüsü tasarımları ardından lineer motorun hareketini optimum seviyede kontrol altında tutarak, kullanılabilir bir prototip ürün haline getirilmiştir. Yapılan analiz sonuçları ile prototip motordan elde edilen deneysel veriler karşılaştırılmış ve sonuçları üzerinde tartışılmıştır.

Linear motor technologies are used in many industrial applications such as public transportation, optical devices, textile industry, nanotechnology and medical electronics and are frequently used in research and development activities. Expectations from linear motors are quite high today. This is because the lightness, controllability, high force / moment-to-weight ratio and linear motion in the linear motor require much faster, more precise and low maintenance cost compared to the linear motion obtained by the belt-pulley mechanisms added to the rotary systems. Within the scope of this thesis, linear motor technologies are presented in a comprehensible manner and linear motor types have been examined. Afterwards, a simple precision position controlled double sided, air core, linear motor was designed by considering the main dimensions, parameters and control method. After explaining the linear motor design process in general terms, 3D solid model of the linear motor was created with the help of Solidworks program and 2D magnetic analysis was carried out in ANSYS Maxwell program with the finite element method. After performing the linear motor design and magnetic simulation at a sufficient level, the driver design is discussed in order to energize the linear motor and drive it as desired. After the design of the linear motor and its driver, it was turned into a usable prototype product by keeping the motion of the linear motor under optimum control. The results of the analysis and the experimental data obtained from the prototype motor were compared and the results were discussed.