لقد قمت بتصميم وطباعة ثلاثية الأبعاد
لمحرك DC (BLDC) بدون فرش ومحرك تحكم باستخدام Arduino.
بالإضافة إلى المغناطيسات ولف الملف اللولبي وأجهزة استشعار تأثير Hall، تتم طباعة جميع مكونات المحرك باستخدام Makerbot Replicator 2.
يُظهر الفيديو محرك العمل النهائي.
يتم توفير هذه التعليمات بصيغة pdf مع ملفات cad وبرامج التحكم في المحركات.
برنامج التحكم في المحركات الخاص بـ Arduino: استخدم الملف أو قم بمراجعته أو تغيير التصميم مجانًا أو افعل ما تريد به!
يتطلب هذا المشروع طابعات ثلاثية الأبعاد ووحدات التحكم الدقيقة من Arduino والأدوات الإلكترونية الأساسية مثل جهاز القياس المتعدد وراسم الذبذبات وإمدادات الطاقة والمكونات الكهربائية.
قائمة كاملة بالأجزاء والأدوات التي أستخدمها.
ويبين الجدول 1 تكلفة تصنيع المحرك.
لا يتم تضمين المكونات الكهربائية مثل المقاومات والمكثفات لأن التكلفة لا تذكر مقارنة بالتكلفة الإجمالية للمحرك.
باستثناء وحدات التحكم الدقيقة والبطاريات من Arduino، تبلغ التكلفة الإجمالية لتصنيع المحرك 27 دولارًا. 71-
وتجدر الإشارة إلى أن خفض التكاليف لا يشكل الأولوية القصوى. التحسين يمكن أن يقلل من تكاليف الإنتاج.
استنادًا إلى المبدأ القائل بأن المحرك يجب أن يكون سهل الاستخدام للأجزاء التي يمكن الوصول إليها بسهولة للبناء، تم تحديد مواصفات تصميم محرك التيار المستمر، ويجب أن يوفر نوعًا مشابهًا لأداء الجودة للعديد من محركات التيار المستمر التجارية والمراوح الكهربائية الصغيرة.
تم تصميم المحرك ليكون محرك DC ثلاثي الطور و4
قطبي مع 4
مغناطيس N52 على الدوار وملف لولبي ملفوف ثلاثي الأسلاك متصل بالجزء الثابت.
بسبب زيادة الكفاءة، يتم تقليل عدد الأجزاء الميكانيكية، ويتم تقليل الاحتكاك، ويتم اختيار التصميم بدون فرش.
يتم اختيار المغناطيس N52 لقوته وسعره وسهولة الوصول إليه.
في قسم \'التحكم في المحركات bldc\'، سيتم مناقشة التحكم في المحركات بدون فرش بشكل أكبر.
يوضح الجدول 2 المقارنة بين محرك التيار المستمر ومحرك الفرشاة.
ملف لولبي بجهد
8-12 فولت، يتم التحكم فيه بواسطة دائرة تبديل كهربائية.
سيوفر مستشعر Hall معلومات الموقع حول متى سيتم تبديل الدائرة.
يتم استخدام المعادلات التالية لتقدير أداء المحرك، وبالتالي إنشاء التصميم الأولي للمحرك.
إذا كنت تريد رؤية هذه المعادلات، قم بإلقاء نظرة على ملف pdf المرتبط بالمقدمة وسوف يتم العبث بها.
يمكن أن تكون القوة بين المغناطيسين على مسافة معينة تقريبية تقريبًا بالمعادلة التالية: F = BmAmBsAs/4g2، حيث B هي كثافة المجال المغناطيسي على سطح المغناطيس وA هي مساحة المغناطيس، وg هي المسافة بين مغناطيسين.
Bs، يتم إعطاء المجال المغناطيسي للملف اللولبي بواسطة: B = NIl، حيث I هو التيار، N هو عدد الحزم، وl هو طول الملف اللولبي.
في المحرك، يتم تقدير الحد الأقصى لعزم الدوران على النحو التالي: t = 2 fr حيث r هو نصف القطر والاختيار هو 25mm.
بالجمع مع هذه المعادلات، يمكن الحصول على تعبير خطي لعزم الدوران الناتج المرتبط بتيار الإدخال لهندسة ملف لولبي معينة.
F = 2rbmamasn4g2li ثابت عزم الدوران المطلوب للاختيار هو 40 م-
نيوتن متر/ أمبير بناءً على الأداء المطلوب مقارنة بالمحركات الأخرى المتاحة [2].
دائرة التحكم الإلكترونية مطلوبة للتحكم في محرك BLDC.
لتدوير محرك BLDC، اعتمادًا على موضع الدوار، يجب تشغيل الملف بالترتيب المحدد.
يتم اكتشاف موضع الدوار باستخدام مستشعر القاعة المدمج في الجزء الثابت.
يوضح الشكل 3 رسمًا تخطيطيًا لنظام التحكم في المحركات BLDC.
يتم تضمين مستشعر Hall في الجزء الثابت مع ثلاث ملفات للمحرك، مما يوفر خرجًا رقميًا يتوافق مع ما إذا كان القطب الشمالي أو القطب الجنوبي هو الأقرب إلى المستشعر.
بناءً على هذا الإخراج الرقمي، يوفر جهاز التحكم الصغير تسلسل الطور لمحرك المحرك، وبالتالي يوفر الطاقة للملف المقابل.
يحتوي كل عمود تسلسل تغيير الطور على ملف يعمل على جهد إيجابي، ولف يعمل على جهد سلبي، ولف يعمل على جهد سلبي.
يتكون تسلسل تغيير الطور من ست خطوات تربط مخرج مستشعر القاعة بخرج الملف الذي يجب تشغيله.
يعطي الجدول 3 أدناه مثالاً على الدوران في اتجاه عقارب الساعة.
يتكون التصميم النهائي من 4 أجزاء مختلفة؛
الغلاف السفلي، الدوار، الغلاف العلوي والملف اللولبي كما هو موضح في الشكل 4 أدناه. الشكل 4: (أ)
الغلاف السفلي (ب) الدوار (ج) الملف اللولبي (د)
محرك التجميع (هـ) التجميع العلوي.
يتم عرض جميع الأجزاء في الاتجاه الذي تمت طباعته فيه.
العلبة السفلية، كما هو موضح في الشكل 4 (أ)
الغطاء السفلي للمحرك. يحتوي
الجزء الدوار، كما هو موضح في الشكل 4 (ب)
، على 8 مغناطيسات، 4 لقيادة المحرك، و4 لتوفير بيانات الموقع إلى مستشعر Hall.
كما هو موضح في الشكل 4، ينزلق الدوار إلى الغلاف السفلي لنمط المحمل المنزلق (د).
الغلاف الموجود في الأعلى، كما هو موضح في الشكل 4 (هـ)
، مثبت على الدوار ومتصل بالأسفل لإغلاق المحرك.
يحتوي الغلاف العلوي على 3 أجهزة استشعار لوضع القاعة، بالإضافة إلى فتحة مثلثة تسمح للأنبوب اللولبي بالتثبيت داخل الهيكل.
الملف اللولبي كما هو موضح في الشكل 4 (ج)
، ضع المثلثات في وسطها للسماح لها بالمحاذاة مع الفتحات الموجودة في الغلاف العلوي، والتي تتم محاذاتها رأسيًا مع مغناطيس الدوار.
تتم طباعة جميع الأجزاء الموضحة سابقًا على Makerbot Replicator 2.
ويمكن طباعة الأجزاء في نفس الوقت، ومن المرجح أن تؤدي معلمات الطباعة المختلفة إلى نتائج مرضية.
تتم طباعة المنتج النهائي على بلاستيك PLA الشفاف، بكمية تعبئة تبلغ 20% وكمية تعبئة تبلغ
ارتفاع الأرضية 0.20 مم.
من خلال التجارب المتكررة، وجد أن الأجزاء المتصلة ببعضها البعض دون انزلاق، مثل الغلافين العلوي والسفلي، يجب أن تتم طباعتها عند 0.
أضف 25 مم إلى جميع الجوانب، بينما الأجزاء التي تسمح بالانزلاق الحر، مثل الدوارات، يجب أن تتم طباعتها عند
مساحة 0.4 مم حولها.
يقوم مستشعر تأثير المغناطيس والهال بالطباعة إلى الجزء السفلي الأيمن من أعلى الفجوة عن طريق تصميم الفراغ الداخلي الصحيح في المكان المناسب، وإيقاف الطباعة مؤقتًا وإدخال الجهاز، وإدخاله في التجميع، ومن ثم متابعة الطباعة.
ويرد ارتفاع التوقف المناسب في الجدول 4 أدناه.
يمكن إزالة قطعة الطباعة ثلاثية الأبعاد من Makerbot ويمكن تجميعها معًا بعد إزالة البلاستيك الزائد من الطوافة.
يجب تجميع هذه الأجزاء معًا بسلاسة دون بذل الكثير من الجهد.
يحتاج الملف اللولبي اللولبي إلى معالجة الملف اللولبي الأخير.
يتم لف كل ملف لولبي حوالي 400 مرة بخط مغناطيسي بقدرة 26 جيجاوات.
يمكن تسريع هذه العملية عن طريق تشغيل الملف اللولبي الموجود على لقمة الحفر.
تأكد من تعبئة كل ملف لولبي في نفس الاتجاه بحيث يكون للملف اللولبي الناتج نفس القطبية.
بمجرد أن يصبح الملف اللولبي جاهزًا، يجب تثبيته في الغلاف الموجود في الأعلى.
يمكن استخدام الغراء القوي هنا لتقوية الاتصال.
يجب أن تكون عناصر الدائرة متصلة ببعضها البعض وفقًا للرسم التخطيطي التالي.
يمكن أن يكون جهد VCC لمشغل المحرك L6234 في أي مكان من 7 فولت إلى 42 فولت، لكنني أوصي بتشغيل المحرك دون أن يكون أعلى من 12ish V.
يمكن العثور على البرنامج الذي كتبه Arduino للتحكم في ترتيب تغيير الطور في البرنامج، والذي تم تكييفه وفقًا لهذا الدليل.
يمكن تقسيم التحسين المستقبلي للمحرك إلى أربع فئات؛
التحسين الميكانيكي وتحسين الكفاءة وتحسين التحكم والتطبيق.
يجب أن تكون الخطوة الأولى في أي عمل مستقبلي هي اختبار
سرعة عزم الدوران وكفاءة المحرك الحالي.
يمكن تحقيق التحكم في المحرك باستخدام طريقة الأجهزة بدلاً من طريقة البرنامج، مما سيقلل بشكل كبير من تكلفة التنفيذ وحجمه.
فيما يلي وصف موجز لكيفية تحقيق ذلك -
هناك العديد من المجالات التي يمكن فيها تحسين التصميم الميكانيكي للمحرك.
يمكن إدخال الملف اللولبي ببساطة في الجسم الرئيسي للمحرك.
يمكن تقليل حجم المحرك بشكل كبير.
يمكن تقليل حجم مغناطيس الموضع بشكل كبير لتقليل عزم دوران الدوار.
يمكن تحديد معلمات تصميم المحرك وطباعته بأحجام مختلفة.
يمكن تحسين كفاءة المحرك عن طريق التحقق من
خاصية سرعة عزم الدوران ضمن نطاق الجهد المطبق.
إذا كان من الممكن تحديد معلمات محرك الطباعة ثلاثية الأبعاد المُحسّن بالكامل وطباعته بمجموعة متنوعة من الأحجام والتقييمات المختلفة، فسيكون نطاق التطبيق واسعًا جدًا.
هذا هو دفتر ملاحظاتي الخاص بـ Evernote الذي يحتوي على الكثير من المقالات والروابط التي درستها أثناء القيام بهذا المشروع.
مصادر مهمة [1]
المبدأ الأساسي لمحرك التيار المستمر -
Padmaraja Yedamale -
فهم محرك التيار المستمر
