Dişli yok, Kayış yok, Sadece Mıknatıs: Manyetik Kaplinler

Uzay mühendisliği mezunu ve pratik tasarımlara tutkusu olan biri olarak zamanımın çoğunu deney yaparak ve fonksiyonel ürünler üreterek geçiriyorum. YouTube kanalımda, bu tür mühendislik zorluklarını paylaşıyor, başkalarını da yaratıcı olmaya ve üretmeye teşvik ediyorum.

Temassız Motor Neden Yapıldı?

Manyetik kaplinleri daha önce duymuştum. Genelde laboratuvar beherlerinin dibindeki karıştırıcılarda — dönen manyetik alanın kapalı kaptaki küçük çubuğu döndürmesi gibi uygulamalarda kullanıldığını biliyordum. Ama kendim hiç yapmamıştım.

Bu, uygulamalı bir mühendislik sınavı gibi görünüyordu: Bu temassız bağlantılar ne kadar güçlü ve işlevsel olabilir? Sadece manyetik kuvvetle bir mili döndürebilir miydim — ve bunu kontrol edebilir miydim?

Farklı konfigürasyonları araştırırken, karşıma oldukça ilginç bir varyant çıktı. Bu versiyon ikinci bir mıknatıs bile kullanmıyordu. Bunun yerine dönen mıknatıslar ve düz bir bakır plaka ile hareket oluşturuluyordu. Asıl heyecan da burada başladı.

Bu sistem, girdap akımlarından faydalanıyor — iletkenlerde indüklenen ve karşıt manyetik alanlar oluşturan dairesel elektrik akımları. Roller coaster’larda veya yüksek hızlı trenlerdeki manyetik fren sistemlerinde de aynı prensip kullanılıyor.

Hedefim basitti: Her iki versiyonu da üretmek, test etmek ve ortaya çıkan kuvvetleri birebir hissetmek.

CAD, Bakır ve Mıknatıslar: Tasarım Süreci

Her şey Fusion 360’ta bir taslakla başladı. İki döner disk modelledim — her biri zıt kutuplarda yerleştirilmiş altı neodimyum mıknatıs taşıyordu: bir diskte kuzey kutbu yukarı bakarken, diğerinde güney kutbu yukarıdaydı. Hedefim, bir diskin hareketini tamamen manyetik kuvvetlerle diğerine aktarmaktı.

CAD model of the copper disk, designed in Fusion 360 to interact with the magnetic coupling.©

Manyetik kaplinle etkileşim kurması için Fusion 360’ta tasarlanan bakır diskin CAD modeli.©

The CNC-machined copper disk — delivered by Xometry with a clean bead-blasted finish.©

Xometry tarafından temiz, kumlanmış yüzeyle teslim edilen CNC işleme ile üretilen bakır disk.©

Kasaları Bambu Lab 3D yazıcımda bastım, bakır plakaları ise Xometry üzerinden temin ettim.

Versiyon 1: Mıknatıs vs Mıknatıs

Bu versiyon, yüz yüze yerleştirilmiş iki aynı mıknatıslı disk kullanıyordu. Bir disk döndüğünde, manyetik alan diğer diski de dönmeye zorluyordu. Bağlantı şaşırtıcı derecede güçlü ve tepkisel çıktı.

Aligning the magnet disks during assembly — alternating poles create the magnetic link.© — Montaj sırasında mıknatıs disklerin hizalanması — zıt kutuplar manyetik bağlantı oluşturur.©

Assembling the magnetic coupler — magnets face each other in alternating polarity.© — Manyetik kaplinin montajı — mıknatıslar karşılıklı ve zıt kutuplarla yerleştirilmiş.©

Ancak sistem fazlasıyla sertti. Bir şey sıkıştığında ya da dirençle karşılaştığında tüm yapı duruyordu. Hiçbir kayma yoktu. Tork aktarımı için mükemmel ama esneklik veya güvenlik gereken uygulamalar için pek uygun değildi.

Versiyon 2: Mıknatıs vs Bakır Plaka

Asıl heyecan burada başladı. Manyetik diski bakır plakanın yakınına getirdiğimde, hiçbir fiziksel temas olmadan plaka dönmeye başladı. Girdap akımlarının gerçek gücünü işte o an gördüm.

Though copper isn’t magnetic, the falling magnet slows slightly as eddy currents create resistance just before contact.© — Bakır manyetik olmasa da, düşen mıknatıs temas öncesinde girdap akımlarının oluşturduğu dirençle yavaşlar.©

Sanki bal içinde bir palet çeviriyormuşsun gibi bir his. Bağlantı yumuşaktı, dirençliydi ve kendi kendini dengeleyebiliyordu. Mıknatıslar ne kadar hızlı dönerse, indüklenen akımlar ve tork o kadar artıyordu. Mıknatıslar plakaya ne kadar yakınsa, o kadar fazla kuvvet aktarılabiliyordu.

The copper plate begins spinning — driven only by the magnetic field and eddy currents.© — Bakır plaka dönmeye başlar — yalnızca manyetik alan ve girdap akımları tarafından tahrik edilir.©

Mesafe fazla olursa kaplin zayıflıyordu. Çok yakın olursa sistem neredeyse kendini ileri çekmeye çalışıyordu. Etki o kadar güçlüydü ki 8 mm’den fazla boşlukta bile sistem çalışıyordu.

Beni en çok şaşırtan şey: bakır sistem ters yönde de çalışıyordu. Bakır plakayı döndürdüğümde mıknatıs diski de dönmeye başlıyordu. Bu sonucu hiç beklemiyordum.

Farklı kalınlıkları da denedim — 6 mm’lik bir plaka ile 3 mm’lik olanı karşılaştırdım. İnce olan daha hızlı tepki veriyordu, muhtemelen daha düşük ataletinden dolayı.

Gerçek Dünya için Potansiyeli Nedir?

Bu sistemin gerçek dünyada işe yarar bir uygulaması olabilir mi? Kesinlikle evet.

Örneğin, kapalı bir duvardan bir mili geçirmek gereken durumları düşünün — kimyasal proseslerde, su altı sistemlerinde veya gıda üretim hatlarında. Bu tarz ortamlarda temassız tork aktarımı, kirlenme veya sızıntı risklerini ortadan kaldırarak büyük avantaj sağlar.

Bakır versiyonun doğal kayma özelliği ise güvenlik işlevi görebilir — yumuşak başlatmalar sağlar ya da aşırı yükte bağlantıyı kesebilir.

Sırada Ne Var?

Bir sonraki versiyonu tasarlayacak olsam, mıknatıs diski ile bakır plaka arasındaki mesafeyi dinamik olarak ayarlamama olanak tanıyan bir sistem düşünürdüm. Böylece aktarılan tork miktarını hassas biçimde ayarlayabilirdim.

Farklı mıknatıs dizilimleri veya malzemeleri de denemek istiyorum. Belki de bu projeyi gerçek bir endüstriyel çözüme dönüştürmek mümkün olur.

Şimdilik tek söyleyebileceğim: iyi ki bakır versiyonunu denemişim — ilk başta pek inanmamış olsam da. Bazen en iyi sonuçlar, en çok şüphe duyduğun fikirlerden gelir.

Sistemin Nasıl Çalıştığını Görmek İster Misin? Kanalımdaki videoyu izleyerek sistemin çalışma prensibini detaylıca görebilirsin. Eğer manyetik kaplinlerin işe yarayabileceği bir fikir varsa, senden haber almak beni çok mutlu eder.