Manyetik levitasyon

Abstract

Bu çalışmada oda sıcaklıklarında çalışabilen bir manyetik levitasyon cihazı geliştirdik. Bu cihazda dc manyetik kuvvetler klasik mıknatıslarla üretilirken değişken kuvvetler uygun olarak tasarlanmış elektrik akımı taşıyan bobinlerlerle sağlanmıştır. Burada Manyetik bir cisim için statik manyetik kuvvet alanları mutlak denge noktası sunamadığı için yarı kararlı bir denge elde edebilmek için uygun bir aktif kontrol tekniği geliştirildi. Manyetik olarak yüzdürülecek cismin manyetik kısmı düşey eksene göre simetrik olarak seçildi. Bu cismin manyetik olmayan kısımlarının kütlesel dağılımının da bu eksene göre olabildiğince simetrik olmasına dikkat edildi. Cihaz için bir matematiksel model önerildi ve böylece dinamik özellikleri başarılı bir şekilde analiz edildi. Yüzen cismin hareketini simüle etmek için geliştirilen model mekanik ve manyetik parametreler kullanır. Yatay düzlemde ve düşey eksen etrafında birbirlerine göre 90 derece açılarla yerleştirilmiş bobin çiftlerine uygulanan değişken akım ile oluşturulan manyetik alanlarla yüzen cisim için yarı kararlı (quasi-stationary) duruma başarıyla ulaşıldı. Yarı kararlı pozisyonu yüzen cismin simetri ekseni üzerine ve eksene oldukça paralel olarak yerleştirilen dar bir lazer demet kaynağı ile adreslendi. Astray field force diye adlandırılan ve sistemdeki manyetik alan kaynaklarından fışkıran manyetik akıyla ilişkili olarak ortaya çıkan kuvvetlerden ötürü yüzmekte olan cisim her zaman denge konumundan ve denge yöneliminden uzaklaşmaya çalışır. O nedenle modelde kullanılan dörtlü ışık sensörleri uçmakta olan cismin denge konumundan sapma miktarını ölçerek anında elektronik kontrol kısmına bildirir. Böylece elektronik kontrol bileşeni gerekli olan akım şiddet ve yönünü hesaplayıp ilgili bobin çiftine uygulayarak yatay düzlemde uçan cismi tekrar denge konumuna doğru çağırıcı kuvvet üretir.

In this study we developed a magnetic levitation devices which can operates at room temperatures. In this device the magnetic forces were induced by classical permannent magnets and electrical current flowing through coils desined in proper ways. Since the static magnetic force field does not have absolute static equilibrium position for a body containing a ferromagnetic object an active technique has been developed to reach quasi-static state as well. The magnetic part of the floating body was assumed to be magnetically symmetric about a perpendicular axis. The non magnetic part of the flying body has to be as symmetric as possible with respect to its weight as well. A mathematical model for the device has been proposed and its dynamic properites succesfully analized. The model uses mechanical and magnetic parameters to simulate the motion of the flying body. The quasi-equilibrium (quisi-stationary) position of the floating body has been succesfully reached by applying ac magnetic fields produced by two mutually perpendicular current coil pairs in horizontal plane. The quasi-equilibrium position is addressed by well-oriented narrow laser beam source located at the symmetry axis of the flying body. Due to the astray magnetic force field lines, the body always tries to go far from its equilibrium location and equilibrium orientation. Therefore in the model, a quadratic light sensor measures the deviation of the flying object from its equilibrium position and instantly informs the electronic control unit. Thus the electronic control unit calculate the needed amount of the A/C current to apply into the coil pairs to produce necessary restoring magnetic field on the flying body to bring it back its quasi-equilibrium position in horizontal plane.