Jeg designede og 3D-printede en børsteløs DC (BLDC)
motor og kontrolmotor ved hjælp af Arduino.
Ud over magneter, magnetvikling og Hall effekt sensorer er alle komponenter i motoren printet med Makerbot Replicator 2.
Videoen viser den færdige fungerende motor.
Denne instruktionsbog leveres som pdf sammen med cad-filer og motorstyringsprogrammer.
Arduinos motorstyringsprogram: brug filen, gennemgå, skift designet gratis, eller gør hvad du vil med den!
Dette projekt kræver 3D-printere, arduino-mikrocontrollere og grundlæggende elektroniske værktøjer som multimeter, oscilloskop, strømforsyning og elektriske komponenter.
Komplet liste over dele og værktøjer jeg bruger.
Tabel 1 viser omkostningerne ved at fremstille motoren.
Elektriske komponenter såsom modstande og kondensatorer er ikke inkluderet, fordi omkostningerne er ubetydelige i forhold til motorens samlede omkostninger.
Eksklusive Arduino mikrocontrollere og batterier er de samlede omkostninger ved fremstilling af motoren $27. 71.
Det skal påpeges, at reduktion af omkostningerne ikke er topprioritet. optimering kan reducere produktionsomkostningerne.
Baseret på princippet om, at motoren skal være let at bruge let tilgængelige dele til at konstruere, er designspecifikationerne for DC-motoren etableret, og bør give den slags, der svarer til kvalitetsydelsen af mange kommercielle DC-motorer, små elektriske ventilatorer.
Motoren er designet til at være 3-faset, 4-
polær jævnstrømsmotor med 4-
N52-magneten på rotoren og den 3-leder viklede solenoide fastgjort til statoren.
På grund af den øgede effektivitet reduceres antallet af mekaniske dele, og friktionen reduceres, det børsteløse design er valgt.
N52-magneten er valgt på grund af dens styrke, pris og lette adgang.
I afsnittet \'bldc motorstyring\' vil Børsteløs motorstyring blive diskuteret yderligere.
Tabel 2 viser sammenligningen mellem jævnstrømsmotoren og børstemotoren.
Solenoide i 8-
12 V, styret af et elektrisk afbryderkredsløb.
Hall-sensoren vil give lokaliseringsoplysninger om, hvornår kredsløbet vil blive skiftet.
Følgende ligninger bruges til at estimere motorens ydeevne og dermed skabe det oprindelige motordesign.
Hvis du vil se disse ligninger, så tag et kig på pdf'en, der er linket til i introen, og de bliver rodet.
Kraften mellem de to magneter i en vis afstand kan groft sagt være tilnærmet med følgende ligning: F = BmAmBsAs/4g2, hvor B er magnetfelttætheden på magnetens overflade og A er arealet af magneten, g er afstanden mellem to magneter.
Bs, magnetfeltet for solenoiden er givet ved: B = NIl, hvor I er strømmen, N er antallet af pakker, og l er længden af solenoiden.
I motoren er det maksimale drejningsmoment estimeret til at være: t = 2 frhvor r er radius og valget er 25 mm.
Kombineret med disse ligninger kan der opnås et lineært udtryk for udgangsmomentet forbundet med indgangsstrømmen af en given solenoide-geometri.
F = 2rbmamasn4g2li momentkonstanten, der kræves for at vælge, er 40 m-
Nm/A baseret på ønsket ydeevne i forhold til andre tilgængelige motorer [2].
Det elektroniske styrekredsløb er påkrævet til motorstyring af BLDC.
For at rotere BLDC-motoren, afhængigt af rotorens position, skal viklingen tændes i den definerede rækkefølge.
Rotorpositionen detekteres ved hjælp af hallsensoren indlejret i statoren.
Figur 3 viser et skematisk diagram af BLDC-motorstyringsskemaet.
Hall-sensoren er indlejret i statoren med tre motorviklinger, der giver et digitalt output svarende til, om Arktis eller Antarktis er tættest på sensoren.
Baseret på denne digitale udgang leverer mikrocontrolleren fasesekvensen til motordriveren og leverer således strøm til den tilsvarende vikling.
Hver faseændringssekvenskolonne har en vikling tændt på positiv spænding, en vikling tændt på negativ spænding og en vikling tændt på negativ spænding.
Faseændringssekvensen består af seks trin, der korrelerer hallsensorens output med outputtet fra viklingen, der skal tændes.
Tabel 3 nedenfor giver et eksempel på en rotation med uret.
Det endelige design består af 4 forskellige dele;
Bundhus, rotor, tophus og magnetventil som vist i figur 4 nedenfor. Figur 4: (a)
Bundskal (b) Rotor (c) Magnet (d)
Monteringsmotor (e) Topsamling.
Alle dele vises i den retning, de er udskrevet.
Bundkabinettet, som vist i figur 4 (a)
Motorens bunddæksel.
Rotor, som vist i figur 4 (b)
, Indeholder 8 magneter, 4 til at drive motoren og 4 til at levere positionsdata til Hall-sensoren.
Som vist i figur 4 glider rotoren til den nederste skal af glidelejetypen (d).
Skallen i toppen, som vist i figur 4 (e)
, Monteret på rotoren og forbundet til bunden for at lukke motoren.
Tophuset indeholder 3 hallpositionssensorer, samt en trekantet udskæring, der gør, at skruerøret kan klikke ind i huset.
Solenoid som vist i figur 4 (c)
, Placer trekanter i midten af dem, så de kan flugte med hullerne i det øverste hus, som selv flugter lodret med rotormagneten.
Alle de tidligere beskrevne dele er trykt på Makerbot Replicator 2.
Dele kan udskrives på samme tid, og forskellige udskrivningsparametre vil sandsynligvis give tilfredsstillende resultater.
Slutproduktet er trykt i transparent PLA plast, med en fyldmængde på 20% og en fyldmængde på 0,20
mm gulvhøjde.
Gennem gentagne forsøg finder man ud af, at dele, der er forbundet sammen uden at glide, såsom top- og bundskallerne, skal printes ved 0.
Tilføj 25 mm til alle sider, mens dele til fri glidning, såsom rotorer, skal printes med 0,4
mm mellemrum rundt.
Magneten og Hall-effektsensoren udskriver til højre nederst i toppen af mellemrummet ved at designe det rigtige indre hulrum på det rigtige sted, pause udskrivningen og indsæt enheden, indsættes i samlingen og fortsæt derefter udskrivningen.
Den passende pausehøjde er angivet i tabel 4 nedenfor.
3D-printstykket kan fjernes fra Makerbot og kan samles efter at have fjernet det overskydende plastik fra flåden.
Disse dele skal sættes sammen uden stor indsats.
Solenoide solenoide har brug for den sidste solenoidprocessing.
Hver solenoide er pakket omkring 400 gange med en 26gw magnetlinje.
Denne proces kan accelereres ved at dreje solenoiden på boret.
Sørg for, at hver solenoide er pakket i samme retning, så den resulterende solenoide har samme polaritet.
Når solenoiden er klar, skal de klikkes ind i skallen øverst.
Her kan der bruges stærk lim til at styrke forbindelsen.
Kredsløbselementerne skal forbindes sammen i henhold til følgende skematiske diagram.
VCC for L6234 motordriveren kan være alt fra 7 v til 42 V, men jeg anbefaler at køre motoren uden at være højere end 12ish V.
Programmet skrevet af Arduino til at styre faseændringsrækkefølgen kan findes i programmet, som er tilpasset i henhold til denne manual.
Den fremtidige forbedring af motoren kan opdeles i fire kategorier;
Mekanisk optimering, effektivitetsforbedring, kontrolforbedring og anvendelse.
Det første skridt i ethvert fremtidigt arbejde bør være at teste drejningsmomentet
Hastighed og effektivitet af den nuværende motor.
Styringen af motoren kan opnås ved hjælp af en hardwaremetode frem for en softwaremetode, hvilket i høj grad vil reducere omkostningerne og omfanget af implementeringen.
Her er en kort beskrivelse af, hvordan dette kan opnås-
Der er mange områder, hvor det mekaniske design af motoren kan optimeres.
Solenoiden kan ganske enkelt indsættes i motorens hoveddel.
Størrelsen af motoren kan reduceres betydeligt.
Størrelsen af positionsmagneten kan reduceres kraftigt for at reducere rotorens drejningsmoment.
Motordesignet kan parametreres og udskrives i en række forskellige størrelser.
Effektiviteten af motoren kan optimeres ved at kontrollere drejningsmomentets
hastighedskarakteristik inden for spændingsområdet.
Hvis den fuldt optimerede 3D-printmotor kan parametreres og printes i en række forskellige størrelser og klassificeringer, vil anvendelsesområdet være meget bredt.
Dette er min evernote notesbog med en masse artikler og links, jeg studerede, mens jeg lavede dette projekt.
Vigtige kilder[1]
Grundlæggende princip for DC-motor-
Padmaraja Yedamale-
Forstå DC-motor
