معرفی، شبیه‌سازی و بررسی تجربی موقعیت دهنده‌ صفحه‌ای اجسام مبتنی بر تکنولوژی موتور سنکرون خطی با آهن‌ربای دائم

هدف از پژوهش حاضر، طراحی و ساخت عملگری است که با استفاده از نیروهای عکس العمل میان سیم پیچ های حامل جریان در استاتور و چیدمانی از آهن ربای دائمی (چیدمان هالباخ) متصل به متحرک، جابه جایی یک پایه متحرک و موقعیت دهی اجسام انجام گیرد. به این ترتیب با توجه به موقعیت اولیه و موقعیت مطلوب توزیع جریان در سیم پیچ های استاتور به گونه ای تغییر می کند تا نیروی لازم برای انتقال متحرک به موقعیت مطلوب فراهم شود. در این پژوهش از ترکیب موتورهای سنکرون خطی با آهن رباهای دائمی برای ایجاد حرکت در دو بعد استفاده می شود. استاتور شامل دو دسته سیم پیچ مستطیلی است که به صورت عمود برهم نصب شده اند. متحرک شامل چهار چیدمان آهن ربا هالباخ تخت است. دو چیدمان برای ایجاد حرکت در راستای x و دو چیدمان دیگر به منظور ایجاد حرکت در راستای y مورد استفاده قرار می گیرد. ابتدا رابطه بین نیرو و کاموتاسیون جریان به شکل تحلیلی ارائه شد، سپس پارامتر های طراحی از قبیل ابعاد متحرک و فضای کاری انتخاب شده و متناسب با آنها، ابعاد آهن رباهای مورد نیاز برای ساخت چیدمان تعیین شد و با توجه به ابعاد چیدمان، ابعاد و تعداد دور سیم پیچ ها نیز مشخص شد. با استفاده از پارامتر های طراحی به روابط کاموتاسیون، شبیه سازی حرکت صفحه ای عملگر انجام گرفت. نتایج به دست آمده مطابقت زیادی با روابط تحلیلی داشت. آزمایش های تجربی برای بررسی قابلیت موقعیت دهی و حرکت دو بُعدی متحرک انجام گرفت. دقت عملگر ساخته شده 5میلی متر و حداقل زمان پاسخ برای عملگر 5/0ثانیه است. کمترین مقدار خطا در موقعیت 25میلی متری اتفاق می افتد. علت آن می تواند در نزدیک بودن این موقعیت به دوره ی تناوب مغناطیسی موتور باشد.

Introduction, Simulation and Experimental Investigation of a Planar Positioner Based on Permanent Magnet Linear Synchronous Motor Technology

The aim of this research is to design and fabricate an actuator, which operates based on reaction forces between current carrying stator coils and magnetic arrays (Halbach arrays) connected to the mover, in order to move a motion stage for positioning objects. Thus, according to the initial and intended position of the mover, current commutation in stator coils is changed in a way that required force for transporting the mover to the desired position is provided. In this research, the integration of two perpendicular synchronous linear motors is utilized in order to create the planar motion. The stator consists of two sets of rectangular coils, which are placed perpendicular to each other. Mover consists of four Halbach arrays, which two Halbach arrays are used for xaxis motion and the other two arrays are used for yaxis motion. First, the analytic relationship between the applied magnetic force and current commutation was introduced. Then, the design parameters such as mover dimensions and stator workspace were determined. Concerning these parameters, dimensions of cubic magnets for Halbach array fabrication were obtained and with respect to array dimensions, the dimensions and number of turns for stator coils were determined. Using these design parameters and commutation equations, the planar motion of the actuator was simulated. The simulation results showed good agreement with the analytical results. Experimental tests were conducted in order to investigate the positioning capabilities and 2 dimensional motion. The precision of the fabricated actuator is 5mm and the minimum response time of actuator is 0.5sec. The minimum position error occurs at 25mm position that is due to the closeness to motor magnetic period.