Küresel elektrik motorları ile ilgili bazı problemlerin analitik çözümü
Analytical solutions of some problems related to spherical electric motors
Yazar: HÜSEYİN YILDIZ
Danışman: PROF. DR. EROL UZAL
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Teknolojinin gelişmesi ile birlikte üretim süreçlerinde kullanılan montaj sistemlerinde, tıp alanında kullanılan uzaktan kontrollü cerrahi robotlarda ve nanoteknoloji ile üretilen pek çok cihaz için küçük boyutlarda hassas hareket sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Yapılan işlemlerin karmaşıklaşması ve hızın artması ile kullanılan birçok robotik sistemde çok serbestlik derecesine sahip cihazların kullanılması zorunlu hale gelmiştir.  Küresel elektrik motorlarında üç farklı eksende dönme hareketi tek bir elektrik motoru tarafından sağlanabilmektedir. Küresel elektrik motorlarının karmaşık kontrol mekanizmaları, elektromanyetik davranışlarının modellenmesi, üretim zorlukları ve optimize edilmesinde karşılaşılan zorluklar nedeni ile ticarileştirilmesi ve kullanımının yaygınlaşması henüz mümkün olmamıştır. 
Tez kapsamında indüktif bir küresel motor tasarımı için gerekli olan elektrik ve manyetik alan ifadelerini hesaplamak üzere, Maxwell denklemleri küresel koordinat sisteminde yazılarak farklı sınır şartları altında incelenmiş, problemi ifade eden kısmi diferansiyel denklemin Legendre Polinomları'nı içeren seri çözümü elde edilmiştir. Elde edilen analitik çözüm ifadeleri yazılan bilgisayar programı vasıtası ile farklı µ değerlerinde hesaplanarak manyetik geçirgenliğin değişimi ile manyetik alan vektörü B ve elektrik alan vektörü E değişimleri incelenmiştir. 
Son olarak küresel bir nüve etrafına yerleştirilmiş iki bobinin Ω açısal hızı ile bağıl hareket etmesi durumunda bobinlerin bir birine olan etkisi analitik olarak hesaplanarak sonuçlar irdelenmiştir.

Abstract:
With the development of technology, assembly systems used in production processes, remote control surgical robot and devices produced with the help of nanotechnology require small amount of movement and precision. Due to increasing complexity and speed in the processes, in most robotic systems, it has become necessary to use devices that have more flexibility. In spherical electric engines, only one motor can provide 3 different axis motions. It has not been possible to commercialize and extend the use of it yet because of the difficulties in modeling its electromagnetic behavior, manufacturing and optimizing it.  
Within the thesis, to calculate the magnetic field and electric field which are necessary for an inductive spherical motor design, Maxwell equations have been written in spherical coordinate system and studied in different boundary conditions. Then, a series solution, which is in the form of Legendre Polynomials, of the partial differential equation which expresses problem, is obtained. Changes in magnetic field B and electric field E and the change in magnetic permeability have been studied by calculating the obtained equations which are in the analytic expressions in different µ values by the help of the written computer program. 
Lastly, the effect of one coil to another coil, when they are moving relatively to each other and have angular velocity Ω which are placed on spherical core, is analytically calculated and examined.