Development of linear motor for vibrating sample magnetometer

Abstract

Manyetik malzemelerin ilk keşiflerinden beri, malzemelerin manyetik özelliklerini ölçen sistemler bilim dünyasında popüler oldular. Çoğu ticari üretimler manyetik özelliklerin en doğru sonuçlarını verebilmek için birbirleriyle yarıştılar. Böylece son yıllarda büyük bir pazarlama alanı ortaya çıktı. Bu yüzden manyetik özellikleri ölçen en etkili ve hızlı sistemlerden biri olan Vibrating Sample Magnetometer sistemi için Doğrusal motor bu tezde tasarlanmaya ve üretilmeye çalışıldı. Numuneyi yukarı ve aşağı hareket ettiren motor modulü tasarlandı. Motor modülü tasarımında, elektromanyetik analiz programı Maxwell„ den yararlanıldı. Maxwell kullanılarak doğrusal bir motor sistemi, Lorentz kuvveti eşitliği ve optimum akım-mıknatıs mesafeleri baz alınarak, geometrik olarak analiz edildi. Maxwell analizi sonunda daha önce VSM için yapılan doğrusal motorlar içinde en iyi akım-kuvvet çifti değerine ulaşıldı. Solidworks programı kullanılara, motorun ve sondanın CAD tasarımı yapıldı. Ayrıca, motorda kullanılan malzemelerin ısıl genleşmeleri simule edildi. Bu sebeple motor sistemi içindeki parçaların gerekli mesafe toleransları ayarlandı. Maxwell analizleri ışığında, Solidworks kullanılarak VSM doğrusal motor kafası tasarlandı. Motor içinde kullandığımız malzeme kalitesine bağlı olarak, özellikle doğrusal rulmanda, isteğimiz hareket değerlerine ulaşabildik. 3 farklı CNC torna makinesiyle üretilen Linear motorun hareket, ısınma ve vakum testleri resimlerle ve grafiklerle kanıtlandı.

Since the first explorations of magnetic materials, systems that measures the magnetic properties of materials have been popular in scientific communities. Most commercial products have competed with each other to achieve the most accurate measurements of magnetic properties, therefore a huge marketing potential came out during the recent decades. In this thesis, a linear motor was designed and manufactured for one of the most effective and fastest magnetic property measurement systems, which is called the Vibrating Sample Magnetometer. In this study, a motor module that allows for the up and down movement of the sample is designed. Using Maxwell, a linear motor system depending on Lorentz force calculation and optimum magnet-current distances is geometrically analyzed. At the end of the Maxwell analysis, we obtained values that bring us to the best current-force binary of linear motors that have ever been produced for VSM. In the light of the Maxwell analysis, we designed the VSM linear motor head via the Solidworks software package. Using Solidworks, CAD drawing of the motor and probe were carried out, and in addition, simulations were performed for cases of thermal extension of the materials used. For this reason, essential tolerances for the dimensions of the motor system were determined. The measurements performed showed that, depending on the quality of the materials that we have used in the motor, especially the bearings, desired motion capabilities could be achieved. After manufacturing the linear motor through 3 different types of machining, the motion, thermal and vacuum tests were performed and the results are illustrated by their respective curves and figures.