Tasarlanan Sabit Mıknatıslı Küresel Motor

Şekil 6’da iki kutuplu sabit mıknatıslı rotor ve üç kutuplu statordan oluşan hava nüveli küresel bir motor gösterilmiştir [32].

(a) (b)

Şekil 6. a) Küresel motor yapısı b) Küresel motor prototipi

Küresel motor tasarımında stator sargı makaraları ve bu sargı makaralarının yerleştirildiği stator Delrin malzemeden yapılmıştır. Delrin malzemenin seçilmesinde en önemli neden manyetik geçirgenliğin hava ile aynı değerde olmasıdır. Aynı zamanda tasarlanan küresel motor boyutlarının çok küçük olmasından dolayı

kullanılacak olan malzemenin mekanik dayanımının da iyi olması gerekir. Delrin üstün mekanik, termal, elektriksel, kimyasal özellikleri ve üniversal tezgâhlarda kolay işlenebilir olması uygulamada tercih nedeni olmuştur. Rotor sabit mıknatıstan oluşmaktadır ve NS olarak iki kutuptan meydana gelmektedir. Statorun çapı 11 mm, rotorun çapı ise 8 mm. dir. Tork değeri ise 30µNm dir.

SONUÇ

Endüstriyel ve robotik uygulamalarda çok serbestli dönme hareketleri oldukça önemlidir. Normal elektrik motorları sabit bir eksen etrafında dönebilirken, küresel motor belli bir nokta etrafında her yöne dönüş sağlayabilir. Buda küresel motor kullanımını avantajlı hale getirmektedir. Tasarlanan küresel motorlar güvenlik kameralarında, kişisel bilgisayar üzerine monte edilen bilgisayar kameralarında, robot bileklerinde ve lazer kesicilerde kullanılmaktadır. Bu çalışmada küresel motorun tarihçesi verilerek farklı yapıdaki küresel motorlar tanıtılmıştır. Prototipi gerçekleştirilen bir küresel motor da kısaca tanıtılmıştır.

KAYNAKLAR

1. Wang J, Jewell GW, Howe D. Analysis, design and control of a novel spherical permanent-magnet actuator. IEE Proc.-Electr. Power Appl. 1998;145(1):61-71.

2. Vachtsevanos G, Davey K, Power R. Development of a novel intelligent robotic manipulator. IEEE

Control Systems Magazine 1987;7:9-15.

3. Davey K, Vachtsevanos G, Power R. The analysis of fields and torques in spherical induction motors. IEEE Transactions on Magnetics 1987;23(1):273-282.

4. Kaneko Y, Yamada I, Itao K. A spherical DC servo motor with three Degrees of freedom. ASME

Dynamic Systems and Controls Division 1988;11: 398-402.

5. Foggia A, Pei J. New three degree of freedom electromagnetic actuator. Conference Record IAS Anual Meeting. IEEE Industry Applications Society Annual Meeting Oct.2-7 1988, Pittsburgh, PA, USA, 137- 141.

6. Hollis RL, Ralph L. Magnetically levitated fine motion robot wrist with programmable compliance. United States Patent. 1989.

7. Lee KM, Vachtsevanos G, Kwan CK. Development of a spherical wrist stepper motor. Proceedings of

the IEEE International Conference on Robotics and Automation, 26-29 April 1989, Philadelphia, USA.

267-272.

8. Lee KM, Pei J. Kinematic analysis of a three degree-of-freedom spherical wrist actuator. Fifth

International Conference on Advanced Robotics 'Robots in Unstructured Environments 19-22 June 1991.

Pisa, Italy. 72-77.

9. Lee KM, Wang X, Wang NH. Dynamic modeling and control of a ball-joint-like variable-reluctance spherical motor. Symposium on Mechatronics, ASME Winter Annual Meeting, 1993. New Orleans, USA. 71-79.

10. Lee KM, Kwan CE. Design concept development of a spherical stepper for robotic applications. IEEE

Transactiona on Robotics and Automation. 1991;1(7):175-181.

11. Zhou Z,Lee KM. Real-time motion control of a multi-degree-of-freedom variable reluctance spherical motor. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, May 1996, Minneapolis, Minnesota, USA. 2859-2864.

12. Pei J. Methodology of Design and Analysis of Variable-Relüktance Spherical Motors”, Ph.D. Thesis, Mechanical engineering, Georgia Tech, USA, 1990.

13. Roth R, Lee KM. Design optimisation of a three degrees of freedom variable reluctance spherical wrist motor. Transcations of the ASME Journal of Engineeringfor Industry. 1995;117:378-388.

14. Toyoma S, Sugitani S, Zhang G, Miyatani Y, Nakamura K. Multi degree of freedom spherical ultrasonic motor. Proceedings of the 1995 IEEE International Conference on Robotics and Automation, May 21-27 1995 ,Nagoya, Japan. 2935-2940.

15. Mashimo T, Toyama S, Ishida H. Design and implementation of spherical ultrasonic motor. IEEE

Transactions on Ferroelectrics and Frequency Control 2009; 56(11):2514-2521.

16. Wang J, Jewel G, Howe D. Modeling of a Novel Spherical Permanent Magnet Actuator. Procedings of

IEEE International Conference on Robotics and Automation, 1997, New Mexico, USA, 1120-1125.

17. Ting Y, Tsai YR, Hou BK, Lin SC, Lu CC. Stator design of a new type of spherical piezoelectric motor.

18. Jinjun G, Kim DH, Son H. Effects of Magnetic Pole Design on Orientation Torque for a Spherical Motor. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 2013;18(4):1420-1425.

19. Akkaya Oy S , Gürdal O. Design and Application of a Two Pole Spherical Permanent Magnet Motor.

TEM Journal 2018;7(1):53-58.

20. Li X, Liu J, Chen W, Bai S. Integrated design, modeling and analysis of a novel spherical motion generator driven by electromagnetic principle. Robotics and Autonomous Systems 2018;106:69-81. 21. Gan L, Pei Y, Chai F. Tilting torque calculation of a novel tiered type permanent magnet spherical

motor. IEEE Transactions on Industrial Electronics 2019;67(1):421-431.

22. Kim HY, Kim Y, Gweon DG, Jeong J. Development of a Novel Spherical Actuator with Two Degrees of Freedom. Transaction on Magnetics 2015;20(2):532-540.

23. Takesue N, OharaT, Ishibashi R, et al. Position Control Methods of Spherical Ultrasonic Motor.

International Conference on Intellignet Robots and Systems. Oct. 2010, Taipei, Taiwan. 3061-3066.

24. Flynn AM. Performance of Ultrasonic Mini Motors Using Design of Experiments. Smart Material

Structures 1998;7:286-294.

25. Huang Z, Shi S, Chen W, et al. Development of a novel spherical stator multi-DOF ultrasonic motor using in-plane non-axisymmetric mode. Mechanical Systems and Signal Processing 2020;140: 106658. 26. Lee KM, Wang X, Wang NH. Dynamic Modeling and Control of a Ball Joint Like Variable Reluctance

Spherical Motor. Symposium on Mechatronics ASME Winter Annual Meeting 1993, New Orleans, Louisiana USA, 71-79.

27. Zhou Z. Real-Time Control and Characterization of a Variable Reluctance Spherical Motor. Phd Thesis Georgia Institute of Technology, USA, 1995.

28. Ikeshita S, Gofuku A, KamegawaT, Nagai T. Development of a Spherical Motor Driven by Electro Magnets. Journal of Mechanical Science and Technology 2010;24:43-46.

29. Yano T. Proposal of Polyhedron Based Spherical Stepping Motors. International Symposium on Power

Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion June 11-13 2008, Italy, 1433-1438.

30. Stein D. Design of Spherical Stepper Motor System”, Phd Thesis The Johns Hopkins University, USA, 2001.

31. Oner Y. Sabit Mıknatsıslı Küresel Motorun Bilgisayar Destekli Üç Boyutlu Manyetik Analizi, Tasarımı ve Uygulaması. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2004.

32. Akkaya Oy S. Robotik sistemler için sabit mıknatıslı küresel motor, sürücü tasarımı ve uygulaması, Doktora tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2014.