2.2. Manyetik Yatak Elemanları

Bu bölümde manyetik yatak elemanlarıyla ilgili kısa tanımlamaları verilecektir. Yatak içinde veya dışındaki görevleri 3. Bölüm' de daha kapsamlı işlenecektir.

2.2.1. Rotor

Manyetik bir alanın meydana getirilmesinde ferromanyetik bir rotora ihtiyaç duyulmaktadır. Rotor, küme halinde ince tabakalı bileziklerden oluşur (Şekil 2.3).

Şekil 2.3. Rotor

2.2.2. Stator

Rotorun etrafında manyetik akımın iletildiği 4 adet mıknatıstan oluşur (Şekil 2.4).

Şekil 2.4. Stator ve Manyetik Akımın Oluşması

Stator, rotorun etrafında 4 adet mıknatıstan oluşmaktadır. Bobinlerin yardımıyla manyetik kuvvete ulaşan stator, şaftı dengede tutmak için bu kuvvetleri kullanmaktadır. Statorların malzemesi genellikle yüksek sıcaklıklara dayanabilen, mıknatıslanabilir özelliğe sahip kobalt alaşımlı çelikten seçilmektedir (Şekil 2.5).

Şekil 2.5. Stator Kümesi

2.2.3. Bobinler

Her bir kutubun etrafına çevrilmişlerdir. Bu sebepten manyetik yatak içersinde 4 çeyreğe bölünmüştür. Dikeye 45 derecelik bir açı yaparlar. Elektromanyetik kuvvetin oluşturulmasında kullanılmak üzere belli bir sarım sayısına sahiptirler. Her nekadar bir elektrik motorunda bobinlerin sahip oldukları sarım sayıları motorun gücüne etki ediyorsa, manyetik yataklarda da aynı mantık söz konusudur. Şekil 2.6'da bir manyetik yatak içersinde bobinlerin durumu görmekteyiz.

Şekil 2.6. Bobinler

2.2.4. Kontrolör - Radyal Yataklar

Tipik bir sistemin oluşumu, bir itici yatak ve iki radyal yataktan oluşmaktadır (Şekil 2.7). Stator ve sisteminin monte edilmesi ile, saftın üzerine ayarlanmış ferromanyetik rotorun oluşturduğu aerodinamik kuvvetler ortadan kaldırılabilmektedir. Radyal yataklara benzer bir tasarımı olması sebebiyle bir diğer adı da radyal hareketlendirici olarak tanımlanmaktadır. Hareketlendiricinin görevi şaftın dönme esnasında belli bir mesafede seyretmesi için aradaki mesafenin korunmasında itici görevi görmektedir. Genel olarak manyetik yataklarda bu mesafe 0.254 mm' dir (Şekil 2.6).

Şekil 2.7. Radyal Yatak Kontrolü ve Tasarımı

2.2.5. Kontrolör - İtici Yataklar

Endüstriyel sistemlerde, eksenel ya da itici yatak iki adet statoru kapsamaktadır. Aralarından bir tanesi rotor disktir. Statorlar som çelikten yapılarak gene aynı malzemeden yapılan takozlarla desteklenirler. Bu statorlar ve radyal olukların aralarına takoz olarak yerleştirilmiş olan ince tabakalı elemanlar, yatağın tepkisin düzeltilmesi için kullanılmaktadır (Şekil 2.8). İtici statorlar yüzeyleri bobinlerle doldurulmuş bir yada iki dairesel oluklu mekanizmaya sahiptir (Şekil 2.9)

Şekil 2.8. İtici Yatak Kontrolü ve Tasarımı

Şekil 2.9. Bobinlerle Desteklenmiş İtici Yatak

2.2.6. Kontrol Sistemleri

Manyetik yatağın kontrol edilmesi, şaft pozisyonunun geri besleme bilgisi, kontrol sisteminin müsaade ettiği miktar kadar olmaktadır. Sistemin güvenli olarak işlemine devam etmesi açısından güvenlik merkezi olarak adlandırılabilir . Kontrolün geri iletilmesi ile şaft bir defa döndürülerek dengeye alınması sağlanır. Bu durum saftın durağan pozisyonda tutulması için gereklidir. Örnek adlandırma (ilk adlandırma) şaftın merkez pozisyonunun üzerinde olduğu ve artış sağlanıp merkez pozisyonunun altına indirilmesi yatağın üzerine indirilerek yapılır. Genelde üç ana elemandan oluşmaktadırlar. Bunlar ;

2.2.6.1 Sensörler (Algılayıcılar)

Sensörler şaft hakkındaki bilginin iletilmesinde (alınmasında) ve elektrik voltajının uygun düzeyde tutulmasında kontrol görevi yapmaktadırlar. Normalde saftın hazır konuma geçmesi sensörlerin yardımı ile olmaktadır. Sensörler hüküm barındırmayan voltajla yüklenirler (yalıtkandırlar). Sensörler şaftın aldığı pozisyon durumuna göre negatif ve pozitif voltaj üretimi yapmaktadırlar. Mesela, şaft dönme hareketine gerçekleştirmeye başladığında merkezinden yukarı doğru bir kaçıklık yaparsa pozitif voltaj üretimi, alta doğru bir kaçıklıkta ise negatif voltaj üretimi söz konusudur. Sonuçta şaft her durumda denge konumunda tutulur.

2.2.6.2 Kontrolör

Sensorlerin bulunduğu konum itibari ile algılayıcılardan gelen voltaj sinyallerine cevap veren bir işlemcidir (Şekil 2.10). Bu tür bilgilere sahip işlemci amplifikatörlerin ihtiyacı oranında işlem yapar .

Şekil 2.10. Kontrol Ünitesi ve Stator Örneği

Kontrolör kendi içersinde üç gruba ayrılmaktadır. Bunlar ;

1. A / D ve D / A Sayısal İşlemciler
Bu çeviriciler sistemden çıkan anolog (tek çıkışlı) sinyallerini dijitale çeviren sayısal dönüştürücü (A / D) ve sisteme giren dijital sinyalleri de analoğa çeviren diğer sayısal dönüştürücü, (D / A) kontrolör elemanlarıdır. Bunlar PWM devresiyle bir bütün halinde çalışırlar. Tamamiyle birbirlerini tamamlayarak çalışmalarını sürdürürler (Tablo 2.1). Çeviricilerin belli bir sıra halinde işlemlerini gerçekleştirmesi CPU (işlemci) tarafından sağlanmaktadır. Yataktan çıkan sinyaller anolog olarak CPU' ya ulaşır. Daha sonra yatağa doğru ilerleyen sinyaller D / A çeviricisi tarafından tekrar dijitale çevrilerek yatağın gelen sinyalleri dijital (çift çıkışlı) olarak alması sağlanır.

Tablo 2.1. CPU' da Operasyon Seyri

2. Değiştirici (PWM) Jeneratör

Çeviricilerden çıkan sinyaller doğrultusunda, gerçek ve güncel olan sistem arasındaki hata PWM sinyali olarak tanımlanarak amplifikatöre gönderilir. Bu gönderilen bilgi genişliğine göre eğilim gösteren frekans değiştirici (PWM) bobinlere gönderilerek PWM dalgası oluşturulur 1998 yılında NASA, Maryland Üniversitesi ile birlikte yaptığı lâboratuar çalışmaları ile değiştirici jeneratörün üzerinde birçok çalışma yapmıştır (Şekil 2.11).

Şekil 2.11. Değiştirici Jeneratör

3. Anti - Alizenik Filtreler

Algılayıcılardan alınan gerilim doğruca anti-alizanik filtrelerden geçirilerek bu sayede sinyallerde oluşan yüksek gerilimler atılır. Yüksek gerilimler ses dalgası oluşturmakta ve bu ses dalgası şaftın hatalı bir konumda durmasına sebebiyet verebilmektedir. Ek olarak kontroller, bu sinyali periyodik olarak ürettiği için, kontrolör içine yüksek frekans bilgilerinin bazısı düşük, hatalı frekans olarak alınabilmektedir. Bu durum üzerine katlama, bükülme olarak tanımlanmaktadır .

2.2.6.3 Amplifikatörler

Her yatak, bobinlerinin ve rotor boyunca herbir eksen pozisyonunun hatasız olarak sağlanması ve çekici kuvvetlerin meydana getirilmesi için birkaç amplifikatöre sahiptir. Temel olarak amplifikatörlerin voltaj anahtarları vardır. Bunların yüksek frekanslarda açılıp kapatılması ve komuta edilmesi kontroller tarafından sağlanmaktadır.
Şekil 2.12' de Yatağın belli başlı elemanları görülmektedir:

Şekil 2.12. Radyal, İtici yatak, Rotor ve Stator

2.2.7 Düşürücü - Düşük Geçiş Filtresi

Düşürücünün kullanımı ile yüksek frekansın meydana getirebileceği zararlı etkilerin önüne geçilebilmektedir. Bu filtrelerdeki frekans değeri genel olarak sistemin kritik frekans değerinin üzerine ayarlanmıştır . Düşürücünün yüksek frekans esnasında karşıladığı yükselme; ki faz her ne kadar kontrol ünitesi tarafından isteksiz olarak azaltılma aşamasına girse de sistem otomatik olarak kendini durdurmaktadır. Sonuçta düşürücünün yeri kritik bir noktada tayin edilmelidir.

2.3. Kutup ve Sıfırlamaların Eklenmesi

Kutup ve sıfırlayıcılar kontroller üzerine eklenilerek, frekansın yükselmesi esnasında gerekli uyarıcı önlemlerin alınması ve sistemin kendini kapatması (roll off) için gereklidir. Bunlar her 10 yılda bir olmak üzere faz değerleri 90°' ye düşürülmektedir .

2.4. Dar Kanal Filtreleri

Rotorun dengesinin sağlanması için eklenen ve rotorun üst kısmında kanal halinde çentik şeklini almış oluklardır. Çentiğin ortasında düşük bir ilerleme söz konusudur. (Sistemi kontrol etme durumunda çentiklere doğru bir alternatif akım uygulanmaktadır). Bu durum şaftın yüksek konumuna ulaşmasını engellemek için kullanılır. Faz yükselmesinde çentik pozitiftir. Bu durum uygun davranışın durdurulması için indirgenir. Şaftın dönüşünün durdurulması için doğrusal akım uygulanarak akımın çentiklere çarpması sağlanır. Bu durum aynı dönen bir bisiklet tekerine çomak sokarak durdurmak gibidir. Kanalların merkezi ses çıkaran frekans üzerine ya da sadece altına konumlandırılmaktadır. Bu şaftın hareketi frekansın meydana getirdiği ses boyutu ile ya da yükselmenin azaltılması ile önlenebilmektedir.

2.5. Yatak İçinde Manyetik Alanın Oluşması

Yatak içersinde manyetik alan oluşması Şekil 2.13'de gösterilmiştir. Burada meydana gelen manyetik alan birbirine zıt yöndedir. Şaft, yatak içersine ilk etapta yapılan testler sonucunda denge konumuna havada asılı olarak alınır. Burada bahsettiğimiz uzun süren test aşamalarıdır. Testlerden sonra yatak içinde askıya alınan şaft, bir dahaki revizyon dönemine (yaklaşık 4.4 yıl) kadar açılmamak üzere kapatılır .

Şekil 2.13. Bobin Kutupları; Yatakta Oluşan Manyetik Alan

Ortada bulunan her iki halka bobinleri göstermektedir. Yukarıdaki bobinden oluşan manyetik akım, karşısındaki diğer bir bobinden oluşan manyetik akım ile ters yöndedir. Oluşan bu akım alternatif akımdır. Sistemin ani bir durumda durdurulması için doğru akıma dönüşen akım, rotorun üzerinde bulunan kanallara çarparak şaftın durmasını sağlamaktadır (Aynı hareket halindeki bisikletin tekerine çomak sokup durdurulması gibi).