Sabit mıknatıslı demir nüveli küresel eyleyicinin bilgisayar destekli 3 boyutlu statik manyetik analizi ve uygulaması

Computer aided three dimensional magnetostatic analysis and application of iron cored permanent magnet spherical actuator

Özet

Bu çalışmada, NdFeB sabit mıknatıs dilimlerinden yapılmış sabit mıknatıslı küresel rotor ve yumuşak demir ve basit sargı düzenlemesine sahip bir statordan oluşan küresel eyleyici tanımlanmaktadır. Küresel rotor düşük sürtünme katsayılı teflon yüzey kaplamalı bir stator içine yerleştirilmiştir. Stator üzerindeki üç ortogonal sargı (8 adet bağımsız enerjilendirilebilen sargı) halka akısının artırılması için bir dış küresel demir kabukla çevrelenmiştir. Stator demir nüvesi yokken, rotorun analitik olarak formülasyonu yapılmış manyetik alan dağılımı değerleri sonlu elemanlar analizi ve deneysel ölçümler ile doğrulanmış ve stator demir nüvesi varken rotorun ürettiği tork değerleri sonlu elemanlar metodu (Ansoft Maxwell 3D ile) ile tahmin edilerek deneysel olarak doğrulanmıştır. Tasarımı yapılan ve uygulanan sabit mıknatıslı demir nüveli küresel eyleyici açık çevrimli olarak 360° dönme hareketinin yanında + 45° aşağı-yukarı hareketi yapabilmektedir.

Abstract

In this study, a spherical actuator which has spherical permanent magnet rotor made of NdFeB slices and stator comprising mild steel and simple winding arrangement is described. The spherical rotor is housed within the spherical stator on a low friction constant teflon surface coating. Accommodated on the stator are three orthogonal windings (8 coils to be energized independently) enclosed by an outer spherical iron shell to increase the flux linkage. Without stator iron core, the values of magnetic field distribution formulated analytically are validated by finite element analysis and experimentally, and with stator iron core the torque values generated by rotor are validated by finite element method (by Ansoft Maxwell 3D) and experimentally. The permanent magnet rotor spherical actuator designed and applied is capable of T 45° pan-tilt movements in addition to 360° rotation in an open loop circuit.