Navrhl jsem a 3D vytiskl bezkomutátorový DC (BLDC)
motor a řídicí motor pomocí Arduina.
Kromě magnetů, vinutí elektromagnetu a snímačů Hallova efektu jsou všechny součásti motoru potištěny pomocí Makerbot Replicator 2.
Video ukazuje hotový pracovní motor.
Tento návod je poskytován jako pdf spolu se soubory cad a programy pro řízení motoru.
Program pro ovládání motoru Arduino: použijte soubor, zkontrolujte, změňte design zdarma nebo si s ním dělejte, co chcete!
Tento projekt vyžaduje 3D tiskárny, mikrokontroléry arduino a základní elektronické nástroje, jako je multimetr, osciloskop, napájecí zdroj a elektrické komponenty.
Kompletní seznam dílů a nástrojů, které používám.
Tabulka 1 ukazuje náklady na výrobu motoru.
Elektrické součástky, jako jsou odpory a kondenzátory, nejsou zahrnuty, protože náklady jsou zanedbatelné vzhledem k celkovým nákladům na motor.
Celkové náklady na výrobu motoru jsou 27 USD bez zahrnutí mikrořadičů a baterií Arduino. 71.
Je třeba zdůraznit, že snížení nákladů není nejvyšší prioritou. optimalizace může snížit výrobní náklady.
Na základě principu, že motor by měl být snadno ovladatelný a snadno přístupné části ke konstrukci, jsou stanoveny konstrukční specifikace stejnosměrného motoru a měly by poskytovat druh podobný kvalitnímu výkonu mnoha komerčních stejnosměrných motorů, malých elektrických ventilátorů.
Motor je navržen jako 3-fázový, 4-
polární stejnosměrný motor se 4-
N52 magnetem na rotoru a 3vodičovým vinutým elektromagnetem připojeným ke statoru.
Vzhledem ke zvýšené účinnosti, snížení počtu mechanických částí a snížení tření je zvolena bezkomutátorová konstrukce.
Magnet N52 je vybrán pro svou sílu, cenu a snadný přístup.
V sekci \'řízení motoru bldc\' bude dále probráno řízení bezkomutátorového motoru.
Tabulka 2 ukazuje srovnání mezi stejnosměrným motorem a kartáčovým motorem.
Solenoid v
8-12 V, ovládaný elektrickým spínacím obvodem.
Hallův senzor poskytne informace o poloze o tom, kdy bude obvod prohozen.
Následující rovnice se používají k odhadu výkonu motoru, čímž se vytváří počáteční návrh motoru.
Pokud chcete vidět tyto rovnice, podívejte se na pdf odkazovaný v úvodu a budou zmatené.
Sílu mezi dvěma magnety v určité vzdálenosti lze přibližně přiblížit pomocí následující rovnice: F = BmAmBsAs/4g2, kde B je hustota magnetického pole na povrchu magnetu a A je plocha magnetu, g je vzdálenost mezi dvěma magnety.
Bs, magnetické pole solenoidu je dáno vztahem: B = NIl, kde I je proud, N je počet pouzder a l je délka solenoidu.
V motoru je maximální točivý moment odhadován na: t = 2, kde r je poloměr a výběr je 25 mm.
V kombinaci s těmito rovnicemi lze získat lineární vyjádření výstupního momentu spojeného se vstupním proudem dané geometrie elektromagnetu.
F = 2rbmamasn4g2li konstanta točivého momentu požadovaná pro výběr je 40 m-
Nm/A na základě požadovaného výkonu vzhledem k ostatním dostupným motorům [2].
Elektronický řídicí obvod je nutný pro řízení motoru BLDC.
Pro otáčení BLDC motoru v závislosti na poloze rotoru musí být vinutí zapnuto v definovaném pořadí.
Poloha rotoru je detekována pomocí Hallova čidla zabudovaného ve statoru.
Obrázek 3 ukazuje schematický diagram schématu řízení motoru BLDC.
Hallův senzor je zabudován ve statoru se třemi vinutími motoru a poskytuje digitální výstup odpovídající tomu, zda je k senzoru nejblíže Arktida nebo Antarktida.
Na základě tohoto digitálního výstupu poskytuje mikrokontrolér sled fází pro budič motoru, čímž dodává energii do odpovídajícího vinutí.
Každý sloupec sekvence změny fáze má vinutí napájené na kladné napětí, vinutí napájené na záporné napětí a vinutí napájené na záporné napětí.
Sekvence změny fáze se skládá ze šesti kroků, které korelují výstup Hallova senzoru s výstupem vinutí, které by mělo být napájeno.
Tabulka 3 níže uvádí příklad otáčení ve směru hodinových ručiček.
Konečný design se skládá ze 4 různých částí;
Spodní kryt, rotor, horní kryt a solenoid, jak je znázorněno na obrázku 4 níže. Obrázek 4: (a)
Spodní plášť (b) Rotor (c ) Solenoid (d)
Motor sestavy (e) Horní sestava.
Všechny díly se zobrazí ve směru, ve kterém jsou vytištěny.
Spodní kryt, jak je znázorněno na obrázku 4 (a)
Spodní kryt motoru.
Rotor, jak je znázorněno na obrázku 4 (b)
, obsahuje 8 magnetů, 4 pro pohon motoru a 4 pro poskytování polohových dat Hallovu senzoru.
Jak je znázorněno na obrázku 4, rotor se posouvá ke spodnímu pouzdru typu kluzného ložiska (d).
Plášť nahoře, jak je znázorněno na obrázku 4 (e)
, namontovaný na rotoru a spojený se spodní částí pro uzavření motoru.
Horní pouzdro obsahuje 3 hallové snímače polohy a také trojúhelníkový výřez, který umožňuje zacvaknutí šroubovací trubky do pouzdra.
Solenoid, jak je znázorněno na obrázku 4 (c)
, umístěte do jejich středu trojúhelníky, aby se mohly vyrovnat s otvory v horním krytu, které jsou samy zarovnány svisle s magnetem rotoru.
Všechny výše popsané díly jsou vytištěny na Makerbot Replicator 2.
Součásti lze tisknout současně a různé parametry tisku pravděpodobně poskytnou uspokojivé výsledky.
Finální produkt je vytištěn v průhledném PLA plastu s množstvím náplně 20 % a množstvím náplně 0,20
mm výšky podlahy.
Opakovanými zkouškami bylo zjištěno, že díly, které jsou spojeny dohromady bez posunutí, jako je horní a spodní plášť, by měly být vytištěny na 0.
Přidejte 25 mm na všechny strany, zatímco díly pro volné posouvání, jako jsou rotory, by měly být vytištěny s
prostorem 0,4 mm kolem.
Magnet a senzor Hallova efektu tisknou do pravého spodního okraje horní části mezery navržením pravé vnitřní mezery na správném místě, pozastavte tisk a vložte zařízení, vložte jej do sestavy a poté pokračujte v tisku.
Vhodná výška pauzy je uvedena v tabulce 4 níže.
3D tiskový kus lze z Makerbotu vyjmout a po odstranění přebytečného plastu z raftu jej lze sestavit.
Tyto díly by se měly dát dohromady hladce bez velkého úsilí.
Solenoid solenoidu potřebuje poslední zpracování solenoidu.
Každý solenoid je ovinut asi 400krát 26gw magnetickým vedením.
Tento proces lze urychlit otáčením elektromagnetu na vrtáku.
Ujistěte se, že každý solenoid je zabalen ve stejném směru, takže výsledný solenoid má stejnou polaritu.
Jakmile je solenoid připraven, měly by být zaklapnuty do pouzdra nahoře.
Pro zpevnění spoje zde lze použít silné lepidlo.
Prvky obvodu by měly být spojeny dohromady podle následujícího schématu.
VCC ovladače motoru L6234 může být kdekoli od 7 v do 42 V, ale doporučuji spustit motor, aniž by byl vyšší než 12ish V.
Program napsaný Arduinem pro řízení pořadí změny fáze najdete v programu, který je upraven podle tohoto návodu.
Budoucí vylepšení motoru lze rozdělit do čtyř kategorií;
Mechanická optimalizace, zlepšení účinnosti, zlepšení řízení a aplikace.
Prvním krokem v jakékoli budoucí práci by mělo být testování točivého momentu,
rychlosti a účinnosti aktuálního motoru.
Řízení motoru lze dosáhnout pomocí hardwarové metody spíše než softwarové metody, což značně sníží náklady a rozsah implementace.
Zde je stručný popis toho, jak toho lze dosáhnout –
Existuje mnoho oblastí, kde lze optimalizovat mechanickou konstrukci motoru.
Solenoid lze jednoduše vložit do hlavního těla motoru.
Velikost motoru lze výrazně snížit.
Velikost polohovacího magnetu lze značně zmenšit, aby se snížil točivý moment rotoru.
Konstrukce motoru může být parametrizována a vytištěna v různých velikostech.
Účinnost motoru lze optimalizovat kontrolou momentové
otáčkové charakteristiky v rozsahu použitého napětí.
Pokud lze plně optimalizovaný motor pro 3D tisk parametrizovat a tisknout v řadě různých velikostí a jmenovitých hodnot, bude rozsah použití velmi široký.
Toto je můj evernote zápisník se spoustou článků a odkazů, které jsem studoval při práci na tomto projektu.
Důležité zdroje[1]
Základní princip stejnosměrného motoru-
Padmaraja Yedamale-
Pochop stejnosměrný motor
