motor de corriente continua impreso en 3d

Diseñé e imprimí en 3D un
motor CC sin escobillas (BLDC) y un motor de control utilizando Arduino.
Además de los imanes, el devanado del solenoide y los sensores de efecto Hall, todos los componentes del motor están impresos con Makerbot Replicator 2.
El vídeo muestra el motor en funcionamiento terminado.
Este instructivo se proporciona en formato PDF junto con archivos CAD y programas de control de motores.
Programa de control de motores de Arduino: ¡usa el archivo, revisa, cambia el diseño gratis o haz lo que quieras con él!
Este proyecto requiere impresoras 3D, microcontroladores arduino y herramientas electrónicas básicas como multímetro, osciloscopio, fuente de alimentación y componentes eléctricos.
Lista completa de piezas y herramientas que uso.
La Tabla 1 muestra el costo de fabricación del motor.
Los componentes eléctricos como resistencias y condensadores no se incluyen porque el costo es insignificante en relación con el costo total del motor.
Excluyendo los microcontroladores Arduino y las baterías, el costo total de fabricación del motor es de $27. 71.
Cabe señalar que la reducción de costes no es la máxima prioridad. La optimización puede reducir los costos de producción.
Con base en el principio de que el motor debe ser fácil de usar y tener piezas de fácil acceso para construir, se establecen las especificaciones de diseño del motor de CC, y debe proporcionar un rendimiento de calidad similar al de muchos motores de CC comerciales, pequeños ventiladores eléctricos.
El motor está diseñado para ser un motor de corriente continua trifásico, 4
polares, con 4
imanes N52 en el rotor y un solenoide bobinado de 3 cables conectado al estator.
Debido a la mayor eficiencia, se reduce la cantidad de piezas mecánicas y se reduce la fricción, se selecciona el diseño sin escobillas.
El imán N52 se elige por su resistencia, precio y facilidad de acceso.
En la sección \'control del motor bldc\', se analizará más a fondo el control del motor sin escobillas.
La Tabla 2 muestra la comparación entre el motor de CC y el motor de escobillas.
Solenoide en 8-
12 V, controlado por un circuito interruptor eléctrico.
El sensor Hall proporcionará información de ubicación sobre cuándo se cambiará el circuito.
Las siguientes ecuaciones se utilizan para estimar el rendimiento del motor, creando así el diseño inicial del motor.
Si quieres ver estas ecuaciones, echa un vistazo al pdf vinculado en la introducción y se estropean.
La fuerza entre los dos imanes a cierta distancia se puede aproximar aproximadamente con la siguiente ecuación: F = BmAmBsAs/4g2, donde B es la densidad del campo magnético en la superficie del imán y A es el área del imán, g es la distancia entre dos imanes.
Bs, el campo magnético del solenoide viene dado por: B = NIl, donde I es la corriente, N es el número de paquetes y l es la longitud del solenoide.
En el motor, el par máximo se estima en: t = 2 fr donde r es el radio y la selección es 25 mm.
Combinado con estas ecuaciones, se puede obtener una expresión lineal del par de salida asociado con la corriente de entrada de una geometría de solenoide determinada.
F = 2rbmamasn4g2li la constante de par requerida para seleccionar es 40 m-
Nm/A según el rendimiento deseado en relación con otros motores disponibles [2].
El circuito de control electrónico es necesario para el control del motor del BLDC.
Para girar el motor BLDC, dependiendo de la posición del rotor, se debe encender el devanado en el orden definido.
La posición del rotor se detecta mediante el sensor Hall integrado en el estator.
La Figura 3 muestra un diagrama esquemático del esquema de control del motor BLDC.
El sensor Hall está integrado en el estator con tres devanados del motor, proporcionando una salida digital correspondiente a si el Ártico o la Antártida está más cerca del sensor.
A partir de esta salida digital, el microcontrolador proporciona la secuencia de fases para el controlador del motor, suministrando así energía al devanado correspondiente.
Cada columna de secuencia de cambio de fase tiene un devanado encendido con voltaje positivo, un devanado encendido con voltaje negativo y un devanado encendido con voltaje negativo.
La secuencia de cambio de fase consta de seis pasos que correlacionan la salida del sensor Hall con la salida del devanado que debe encenderse.
La Tabla 3 a continuación ofrece un ejemplo de rotación en el sentido de las agujas del reloj.
El diseño final consta de 4 partes diferenciadas;
Carcasa inferior, rotor, carcasa superior y solenoide como se muestra en la Figura 4 a continuación. Figura 4: (a)
Carcasa inferior (b) Rotor (c) Solenoide (d)
Conjunto del motor (e) Conjunto superior.
Todas las piezas se muestran en la dirección en la que están impresas.
La carcasa inferior, como se muestra en la Figura 4 (a)
La cubierta inferior del motor.
El rotor, como se muestra en la Figura 4 (b)
, contiene 8 imanes, 4 para accionar el motor y 4 para proporcionar datos de posición al sensor Hall.
Como se muestra en la figura 4, el rotor se desliza hacia la carcasa inferior del estilo de cojinete deslizante (d).
La carcasa en la parte superior, como se muestra en la Figura 4 (e)
, está montada en el rotor y conectada a la parte inferior para cerrar el motor.
La carcasa superior contiene 3 sensores de posición Hall, así como un corte triangular que permite que el tubo roscado encaje en la carcasa.
Solenoide como se muestra en la Figura 4 (c)
. Coloque triángulos en el centro de ellos para permitir que se alineen con los orificios en la carcasa superior, que a su vez se alinean verticalmente con el imán del rotor.
Todas las piezas descritas anteriormente están impresas en Makerbot Replicator 2.
Las piezas se pueden imprimir al mismo tiempo y es probable que varios parámetros de impresión produzcan resultados satisfactorios.
El producto final se imprime en plástico PLA transparente, con una cantidad de relleno del 20 % y una cantidad de relleno de 0,
20 mm de altura del suelo.
Tras repetidas pruebas, se descubrió que las piezas que están conectadas entre sí sin deslizarse, como las carcasas superior e inferior, deben imprimirse en 0.
Agregue 25 mm a todos los lados, mientras que las piezas que se deslizan libremente, como los rotores, deben imprimirse en
un espacio de 0,4 mm alrededor.
El imán y el sensor de efecto Hall imprimen en la parte inferior derecha de la parte superior del espacio diseñando el vacío interno correcto en el lugar correcto, pausan la impresión e insertan el dispositivo, lo insertan en el ensamblaje y luego continúan imprimiendo.
La altura de pausa adecuada se proporciona en la Tabla 4 a continuación.
La pieza de impresión 3D se puede retirar del Makerbot y se puede ensamblar después de retirar el exceso de plástico de la balsa.
Estas piezas deben ensamblarse sin problemas y sin mucho esfuerzo.
El solenoide necesita el último procesamiento del solenoide.
Cada solenoide está envuelto unas 400 veces con una línea magnética de 26 gw.
Este proceso se puede acelerar girando el solenoide de la broca.
Asegúrese de que cada solenoide esté empaquetado en la misma dirección para que el solenoide resultante tenga la misma polaridad.
Una vez que el solenoide esté listo, deben encajarse en la carcasa en la parte superior.
Aquí se puede utilizar pegamento fuerte para fortalecer la conexión.
Los elementos del circuito deben conectarse entre sí de acuerdo con el siguiente diagrama esquemático.
El VCC del controlador del motor L6234 puede oscilar entre 7 V y 42 V, pero recomiendo hacer funcionar el motor sin superar los 12 V.
El programa escrito por Arduino para controlar el orden de cambio de fase se puede encontrar en el programa, que está adaptado de acuerdo con este manual.
La futura mejora del motor se puede dividir en cuatro categorías;
Optimización mecánica, mejora de eficiencia, mejora de control y aplicación.
El primer paso en cualquier trabajo futuro debería ser probar la
velocidad del par y la eficiencia del motor actual.
El control del motor se puede lograr utilizando un método de hardware en lugar de un método de software, lo que reducirá en gran medida el costo y la escala de la implementación.
Aquí hay una breve descripción de cómo se puede lograr esto.
Hay muchas áreas donde se puede optimizar el diseño mecánico del motor.
El solenoide se puede insertar simplemente en el cuerpo principal del motor.
El tamaño del motor se puede reducir significativamente.
El tamaño del imán de posición se puede reducir considerablemente para reducir el par del rotor.
El diseño del motor se puede parametrizar e imprimir en una variedad de tamaños diferentes.
La eficiencia del motor se puede optimizar comprobando la
característica de velocidad del par dentro del rango de voltaje aplicado.
Si el motor de impresión 3D totalmente optimizado se puede parametrizar e imprimir en una variedad de tamaños y clasificaciones diferentes, el rango de aplicaciones será muy amplio.
Este es mi cuaderno de Evernote con muchos artículos y enlaces que estudié mientras hacía este proyecto.
Fuentes importantes [1]
Principio básico del motor de CC -
Padmaraja Yedamale -
Comprender el motor de CC