Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Kalıcı Mıknatıslı Çift Yanlı Tübüler DC Lineer Motorun Farklı Yükler Altında Konum ve Hız Analizi

Yıl 2025, Cilt: 15 Sayı: 1, 95 - 106, 22.04.2025

Uğur Hasırcı , Ziya Demirkol

Öz

Otomasyon sistemlerinin temelini elektrik enerjisini hareket enerjisine dönüştüren elektrik motorları oluşturmaktadır. İhtiyaç duyulan dairesel hareket doğrudan üretilebilirken doğrusal hareket, ilave maliyetlere ve verimin düşmesine yol açan yardımcı donanımlar aracılığıyla dairesel hareket üreten motorlardan ya da doğrudan lineer motorlar ile elde edilmektedir. Lineer motorlar üstünlüklerine rağmen uzunluk sınırlaması ve düşük kuvvet/akım oranı gibi dezavantajlarından dolayı fazla tercih edilmemektedir. Bu çalışmada lineer motorlar için belirtilen dezavantajlar göz önünde bulundurularak laboratuvar ortamında prototip üretimi gerçekleştirilen ve patentlenen özgün, yüksek kuvvet/akım oranına sahip ve uzunluk sınırlaması olmayan bir tübüler DC lineer motorun analitik ve nümerik (Ansys-Maxwell oratmında) analizleri yapılmıştır. Elde edilen analiz sonuçlarının uyumlu olduğu görülmektedir. Ayrıca motorun yüksüz ve farklı yükler altında hız ve konum tepkileri deneysel olarak belirlenmiştir. Motor hızı yüksüz, 1 kg, 2 kg, 3 kg ve 5 kg yükler altında karalı duruma ulaştıktan sonra yaklaşık olarak sırasıyla 350 mm/s, 330.62 mm/s, 291 mm/s, 276 mm/s ve 224 mm/s ortalama hızla hareket etmektedir.

Anahtar Kelimeler

Ansys-Maxwell babit mıknatıs lineer motor tübüler motor

Kaynakça

  • Akmeşe, R., Eastham, JF. 1992. Design of permanent magnet flat linear motors for standstill aplications. IEEE Transaction on Magnetics, 28(2):3042–3044.
  • Aydın, A., Yılmaz, C., Demirci, R. 2019. Çembersel doğru akım motoru tasarımı ve manyetik analizi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 7(3):1351–1366. doi: 10.29130/dubited.518545.
  • Azhar, F., Firdavs, N., Maht Jamil, ML. 2016. Design of a linear DC motor for high thrust constants caracteristics. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 11(14):8764–8769.
  • Basak, A. 1975a. An investigation of DC linear motor. Wales Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Brighton. Basak, A. 1975b. The ferrite field closed end linear motor. Journal of Physics E: Scientific Instruments, 8(9):716–717. doi: 10.1088/0022-3735/8/9/006.
  • Basak, A., Anayi, FJ. 1995. A DC linear motor with a square armatüre. IEEE Transactions on Energy Conversion, 10(3):462–469. doi: 10.1109/60.464869.
  • Basak, A., Filho, AFF. 1994. The Design and Analysis of A Novel Brushless DC Linear Motor. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 133:640–643.
  • Basak, A., Shirkoohi, GH. 1990. Computation of magnetic field in DC brushles linear motors built with NdFeB magnets. IEEE Transaction on Magnetics, 26(0):948–951.
  • Casadei, D., Cecati, C., Grandi, G., Serra, G. 1994. Adaptive control of a slotless PM linear DC actuator [Conference presentation]. Proceedings of IECON'94 - 20th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics, Italy. doi: 10.1109/IECON.1994.398141.
  • Chen, X., Jiang, H., Li, Z., Liang, K. 2020. Modelling and Measurement of a Moving Magnet Linear Motor for Linear Compressor. Energies, 13(15):4030. https://doi.org/10.3390/en13154030
  • Çepni, ME. 2010. Lineer servo motor ve kontrolü. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.
  • Demirci, R. 1998. Adaptive control of DC linear motors. Doktora Tezi, University of Wales.
  • Demirkol, Z. 2023. Tübüler DC Lineer Motor Tasarımı ve Denetimi (Yayınlanmamış) Doktora Tezi, Düzce Üniversitesi, Düzce.
  • Demirkol, Z., Hasirci, U., Demirci, R. 2023. Design, Implementation and Test of a Novel Cylindrical Permanent Magnet DC Linear Motor. Energies (Basel), 16(8):3491. doi: 10.3390/en16083491.
  • Deng, C., Ye, C., Yang, J., Sun, S., Yu, D. 2020. A Novel Permanent Magnet Linear Motor for the Application of Electromagnetic Launch System. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 30(4):1–5. doi: 10.1109/TASC.2020.2986732.
  • Dursun, M., Saygın, A., Özden, S., Fenercioğlu, A. 2015. A new design of single side brushless direct current linear motor. Journal of Automation and Control Engineering, 3(4):336–342. doi: 10.12720/joace.3.4.336-342.
  • Elektrifikasyon 2024. https://www.elektrifikasyon.com/arduino-analog-olcumler/
  • Famouri, P. 1992. Control of a linear permanent magnet btushless DC motor via exact linearization methods. IEEE Transactions on Energy Conversion, 7(3):544–551.
  • Filho, AFF. 1996. Investigation of a double armature homopolar brushless DC linear motor. Doktora Tezi, Wales Üniversitesi.
  • Filho, AFF., Basak, A. 1997. Improvement of the force produced by a homopolar brushless DC linear motor. Electric Machines and Drives Conference Record, USA. doi:10.1109/IEMDC.1997.604161.
  • Ghodsi, M., Ozer, A., Al-Yahmadi, A., Zadegan, MN., Hosseinzadeh, N. 2014. Design, sensitivity analysis and fabrication of DC Linear Direct-Drive Motor (LDDM) [Conference presentation]. 2014 International Conference on Renewable Energy Research and Application (ICRERA), USA. doi: 10.1109/ICRERA.2014.7016461.
  • Green, CW., Paul, RJ. 1969. Application of DC linear machines as short-stroke and static actuators. Procedings IEE, 116(4):597–604.
  • Griffiths, J., Jones, PL. 1969. The direct current linear motor and its applications [Conference presentation]. 4. Univercities Power Engineering Conference Scientific Instruments, Nottingham, United Kingdom.
  • Gürünlü, C. 1989. Enerji dönüşümünün temelleri çözümlü problemler 1, Ders Notları, Trabzon.
  • Habil, M., Anayi, F., Xue, Y., Alnagasa, K. 2023. Analyzing the Design and Performance of a DC Linear Stepper Motor. Machines, 11(8):785. https://doi.org/10.3390/machines11080785
  • Hasırcı, U. 2005. Yapay Sinir Ağları ve Bulanık Mantıkla DC Lineer Motor Kontrolü. Yüksek Lisans Tezi, Gebze İleri Teknoloji Üniversitesi, Düzce.
  • Ismael, A. 2018. Microprocessor-contreolled brushless DC linear stepping motor. Doktora Tezi, Cardiff Univercity.
  • Jones, PL. 1969. DC linear motor for industrial applcations. Elektrical Times, 48–51.
  • Lequesne, B. 1996. Permanent magnet linear motors for short strokes. IEEE Transactions on Industry Applications, 32(1):161–168. doi: 10.1109/28.485828.
  • Luo, H., Wu, J., Chang, WS. 2007. Minimizing Thrust Fluctuation in Moving-Magnet Permanent-Magnet Brushless Linear DC Motors. IEEE Transactions on Magnetics, 43(5):1968–1972. doi: 10.1109/TMAG.2007.892081.
  • Oğuz, K. 2021. Çift taraflı hava çekirdekli sabit mıknatıslı lineer servo motor tasarımı ve uygulaması. Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi, Denizli.
  • Okonkwo, RC., Hanitsch, R. 2007. Development and control of a prototype permanent-magnet DC linear motor. IET Electr Power Applications, 1(2):223. doi: 10.1049/iet-epa:20060119.
  • Okonkwo, RC. 2006. Design and performance of permanent-magnet DC linear motors. IEEE Transactions on Magnetics, 42(9):2179–2183. doi: 10.1109/TMAG.2006.880397.
  • Oruç, OO., Dikmen, F. 2020. Lineer motorlu engelli asansör tasarımı. Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 3(1):110–113.
  • Ratcliff, G., Griffiths, J. 1964. A linear DC motor. Journal of Scientific Instruments, 41:267–268.
  • Tuncay, MT. 2016. Sabit Mıknatıslı DC Lineer Motor Tasarımı ve Denetimi. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara.
  • Üstün, O., Kıvanç, OC., Mokukcu, MS. 2020. A Linear Brushless Direct Current Motor Design Approach for Seismic Shake Tables. Applied Sciences, 10(21):7618. https://doi.org/10.3390/app10217618
  • Warnett, K. 1971. Linear electric motor. ABD. Patent 3 581 127.
  • Yajima, H., Wakiwaka, H., Minegishi, K., Fujiwara, N., Tamura, K. 2000. Design of linear DC motor for high-speed positioning. Sensors and Actuators A: Physical, 81(1–3):281–284. doi: 10.1016/S0924-4247(99)00175-2.
  • Yajima, H., Wakiwaka, H., Senoh, S., Yamada, H., Oda, J. 1997. Optimum Design of a Long Stroke Thin Linear DC Motor. Electrical Engineering in Japan, 118:384–389.
  • Wang, J., Wang, W., Atallah, K. 2011. A linear permanent-magnet motor for active vehicle suspension. IEEE Trans. Veh. Technol, 60:55–63.

Position and Speed Analysis of Permanent Magnet Double-Sided Tubular DC Linear Motor Under Different Loads

Yıl 2025, Cilt: 15 Sayı: 1, 95 - 106, 22.04.2025

Uğur Hasırcı , Ziya Demirkol

Öz

The basis of automation systems are electric motors that convert electrical energy into motion energy. While the required circular motion can be produced directly, linear motion is obtained from motors that produce circular motion through auxiliary equipment that causes additional costs and reduced efficiency, or directly by linear motors. Despite their advantages, linear motors are not preferred due to their disadvantages such as stroke limitation and low force/current ratio. In this study, considering the disadvantages of linear motors, analytical and numerical analyses (in Ansys-Maxwell) of a tubular DC linear motor with high force/current ratio and no stroke limitation, which was prototyped in the laboratory environment and patented, were carried out. It has been clearly shown that the analysis results are in good agreement. In addition, the speed and position responses of the motor under no load and different loads were experimentally determined. After the motor speed reaches steady state under no load, 1 kg, 2 kg, 3 kg and 5 kg loads, it moves with an average speed of approximately 350 mm/s, 330.62 mm/s, 291 mm/s, 276 mm/s and 224 mm/s, respectively.

Anahtar Kelimeler

Ansys-Maxwell permanent magnet linear motor tubular motor

Kaynakça

  • Akmeşe, R., Eastham, JF. 1992. Design of permanent magnet flat linear motors for standstill aplications. IEEE Transaction on Magnetics, 28(2):3042–3044.
  • Aydın, A., Yılmaz, C., Demirci, R. 2019. Çembersel doğru akım motoru tasarımı ve manyetik analizi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 7(3):1351–1366. doi: 10.29130/dubited.518545.
  • Azhar, F., Firdavs, N., Maht Jamil, ML. 2016. Design of a linear DC motor for high thrust constants caracteristics. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 11(14):8764–8769.
  • Basak, A. 1975a. An investigation of DC linear motor. Wales Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Brighton. Basak, A. 1975b. The ferrite field closed end linear motor. Journal of Physics E: Scientific Instruments, 8(9):716–717. doi: 10.1088/0022-3735/8/9/006.
  • Basak, A., Anayi, FJ. 1995. A DC linear motor with a square armatüre. IEEE Transactions on Energy Conversion, 10(3):462–469. doi: 10.1109/60.464869.
  • Basak, A., Filho, AFF. 1994. The Design and Analysis of A Novel Brushless DC Linear Motor. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 133:640–643.
  • Basak, A., Shirkoohi, GH. 1990. Computation of magnetic field in DC brushles linear motors built with NdFeB magnets. IEEE Transaction on Magnetics, 26(0):948–951.
  • Casadei, D., Cecati, C., Grandi, G., Serra, G. 1994. Adaptive control of a slotless PM linear DC actuator [Conference presentation]. Proceedings of IECON'94 - 20th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics, Italy. doi: 10.1109/IECON.1994.398141.
  • Chen, X., Jiang, H., Li, Z., Liang, K. 2020. Modelling and Measurement of a Moving Magnet Linear Motor for Linear Compressor. Energies, 13(15):4030. https://doi.org/10.3390/en13154030
  • Çepni, ME. 2010. Lineer servo motor ve kontrolü. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.
  • Demirci, R. 1998. Adaptive control of DC linear motors. Doktora Tezi, University of Wales.
  • Demirkol, Z. 2023. Tübüler DC Lineer Motor Tasarımı ve Denetimi (Yayınlanmamış) Doktora Tezi, Düzce Üniversitesi, Düzce.
  • Demirkol, Z., Hasirci, U., Demirci, R. 2023. Design, Implementation and Test of a Novel Cylindrical Permanent Magnet DC Linear Motor. Energies (Basel), 16(8):3491. doi: 10.3390/en16083491.
  • Deng, C., Ye, C., Yang, J., Sun, S., Yu, D. 2020. A Novel Permanent Magnet Linear Motor for the Application of Electromagnetic Launch System. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 30(4):1–5. doi: 10.1109/TASC.2020.2986732.
  • Dursun, M., Saygın, A., Özden, S., Fenercioğlu, A. 2015. A new design of single side brushless direct current linear motor. Journal of Automation and Control Engineering, 3(4):336–342. doi: 10.12720/joace.3.4.336-342.
  • Elektrifikasyon 2024. https://www.elektrifikasyon.com/arduino-analog-olcumler/
  • Famouri, P. 1992. Control of a linear permanent magnet btushless DC motor via exact linearization methods. IEEE Transactions on Energy Conversion, 7(3):544–551.
  • Filho, AFF. 1996. Investigation of a double armature homopolar brushless DC linear motor. Doktora Tezi, Wales Üniversitesi.
  • Filho, AFF., Basak, A. 1997. Improvement of the force produced by a homopolar brushless DC linear motor. Electric Machines and Drives Conference Record, USA. doi:10.1109/IEMDC.1997.604161.
  • Ghodsi, M., Ozer, A., Al-Yahmadi, A., Zadegan, MN., Hosseinzadeh, N. 2014. Design, sensitivity analysis and fabrication of DC Linear Direct-Drive Motor (LDDM) [Conference presentation]. 2014 International Conference on Renewable Energy Research and Application (ICRERA), USA. doi: 10.1109/ICRERA.2014.7016461.
  • Green, CW., Paul, RJ. 1969. Application of DC linear machines as short-stroke and static actuators. Procedings IEE, 116(4):597–604.
  • Griffiths, J., Jones, PL. 1969. The direct current linear motor and its applications [Conference presentation]. 4. Univercities Power Engineering Conference Scientific Instruments, Nottingham, United Kingdom.
  • Gürünlü, C. 1989. Enerji dönüşümünün temelleri çözümlü problemler 1, Ders Notları, Trabzon.
  • Habil, M., Anayi, F., Xue, Y., Alnagasa, K. 2023. Analyzing the Design and Performance of a DC Linear Stepper Motor. Machines, 11(8):785. https://doi.org/10.3390/machines11080785
  • Hasırcı, U. 2005. Yapay Sinir Ağları ve Bulanık Mantıkla DC Lineer Motor Kontrolü. Yüksek Lisans Tezi, Gebze İleri Teknoloji Üniversitesi, Düzce.
  • Ismael, A. 2018. Microprocessor-contreolled brushless DC linear stepping motor. Doktora Tezi, Cardiff Univercity.
  • Jones, PL. 1969. DC linear motor for industrial applcations. Elektrical Times, 48–51.
  • Lequesne, B. 1996. Permanent magnet linear motors for short strokes. IEEE Transactions on Industry Applications, 32(1):161–168. doi: 10.1109/28.485828.
  • Luo, H., Wu, J., Chang, WS. 2007. Minimizing Thrust Fluctuation in Moving-Magnet Permanent-Magnet Brushless Linear DC Motors. IEEE Transactions on Magnetics, 43(5):1968–1972. doi: 10.1109/TMAG.2007.892081.
  • Oğuz, K. 2021. Çift taraflı hava çekirdekli sabit mıknatıslı lineer servo motor tasarımı ve uygulaması. Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi, Denizli.
  • Okonkwo, RC., Hanitsch, R. 2007. Development and control of a prototype permanent-magnet DC linear motor. IET Electr Power Applications, 1(2):223. doi: 10.1049/iet-epa:20060119.
  • Okonkwo, RC. 2006. Design and performance of permanent-magnet DC linear motors. IEEE Transactions on Magnetics, 42(9):2179–2183. doi: 10.1109/TMAG.2006.880397.
  • Oruç, OO., Dikmen, F. 2020. Lineer motorlu engelli asansör tasarımı. Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 3(1):110–113.
  • Ratcliff, G., Griffiths, J. 1964. A linear DC motor. Journal of Scientific Instruments, 41:267–268.
  • Tuncay, MT. 2016. Sabit Mıknatıslı DC Lineer Motor Tasarımı ve Denetimi. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara.
  • Üstün, O., Kıvanç, OC., Mokukcu, MS. 2020. A Linear Brushless Direct Current Motor Design Approach for Seismic Shake Tables. Applied Sciences, 10(21):7618. https://doi.org/10.3390/app10217618
  • Warnett, K. 1971. Linear electric motor. ABD. Patent 3 581 127.
  • Yajima, H., Wakiwaka, H., Minegishi, K., Fujiwara, N., Tamura, K. 2000. Design of linear DC motor for high-speed positioning. Sensors and Actuators A: Physical, 81(1–3):281–284. doi: 10.1016/S0924-4247(99)00175-2.
  • Yajima, H., Wakiwaka, H., Senoh, S., Yamada, H., Oda, J. 1997. Optimum Design of a Long Stroke Thin Linear DC Motor. Electrical Engineering in Japan, 118:384–389.
  • Wang, J., Wang, W., Atallah, K. 2011. A linear permanent-magnet motor for active vehicle suspension. IEEE Trans. Veh. Technol, 60:55–63.
Toplam 40 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Elektrik Makineleri ve Sürücüler
Bölüm Araştırma Makaleleri
Yazarlar

Uğur Hasırcı 0000-0001-5419-5083

Ziya Demirkol 0000-0002-8617-3863

Yayımlanma Tarihi 22 Nisan 2025
Gönderilme Tarihi 11 Eylül 2024
Kabul Tarihi 19 Kasım 2024
Yayımlandığı Sayı Yıl 2025 Cilt: 15 Sayı: 1

Kaynak Göster

APA Hasırcı, U., & Demirkol, Z. (2025). Kalıcı Mıknatıslı Çift Yanlı Tübüler DC Lineer Motorun Farklı Yükler Altında Konum ve Hız Analizi. Karaelmas Fen Ve Mühendislik Dergisi, 15(1), 95-106. https://doi.org/10.7212/karaelmasfen.1548733
AMA Hasırcı U, Demirkol Z. Kalıcı Mıknatıslı Çift Yanlı Tübüler DC Lineer Motorun Farklı Yükler Altında Konum ve Hız Analizi. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi. Nisan 2025;15(1):95-106. doi:10.7212/karaelmasfen.1548733
Chicago Hasırcı, Uğur, ve Ziya Demirkol. “Kalıcı Mıknatıslı Çift Yanlı Tübüler DC Lineer Motorun Farklı Yükler Altında Konum Ve Hız Analizi”. Karaelmas Fen Ve Mühendislik Dergisi 15, sy. 1 (Nisan 2025): 95-106. https://doi.org/10.7212/karaelmasfen.1548733.
EndNote Hasırcı U, Demirkol Z (01 Nisan 2025) Kalıcı Mıknatıslı Çift Yanlı Tübüler DC Lineer Motorun Farklı Yükler Altında Konum ve Hız Analizi. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi 15 1 95–106.
IEEE U. Hasırcı ve Z. Demirkol, “Kalıcı Mıknatıslı Çift Yanlı Tübüler DC Lineer Motorun Farklı Yükler Altında Konum ve Hız Analizi”, Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, c. 15, sy. 1, ss. 95–106, 2025, doi: 10.7212/karaelmasfen.1548733.
ISNAD Hasırcı, Uğur - Demirkol, Ziya. “Kalıcı Mıknatıslı Çift Yanlı Tübüler DC Lineer Motorun Farklı Yükler Altında Konum Ve Hız Analizi”. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi 15/1 (Nisan 2025), 95-106. https://doi.org/10.7212/karaelmasfen.1548733.
JAMA Hasırcı U, Demirkol Z. Kalıcı Mıknatıslı Çift Yanlı Tübüler DC Lineer Motorun Farklı Yükler Altında Konum ve Hız Analizi. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi. 2025;15:95–106.
MLA Hasırcı, Uğur ve Ziya Demirkol. “Kalıcı Mıknatıslı Çift Yanlı Tübüler DC Lineer Motorun Farklı Yükler Altında Konum Ve Hız Analizi”. Karaelmas Fen Ve Mühendislik Dergisi, c. 15, sy. 1, 2025, ss. 95-106, doi:10.7212/karaelmasfen.1548733.
Vancouver Hasırcı U, Demirkol Z. Kalıcı Mıknatıslı Çift Yanlı Tübüler DC Lineer Motorun Farklı Yükler Altında Konum ve Hız Analizi. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi. 2025;15(1):95-106.
 Kapak Resmi İndir
OSZAR »