Motor DC impreso en 3D

Diseñé e imprimí 3D un
motor y un motor de control DC sin escobillas (BLDC) con Arduino.
Además de los imanes, el devanado de solenoides y los sensores de efectos de la sala, todos los componentes del motor se imprimen con MakerBot Replicator 2.
El video muestra el motor de trabajo terminado.
Este instructable se proporciona como PDF junto con archivos CAD y programas de control de motor.
Programa de control del motor de Arduino: ¡use el archivo, revise, cambie el diseño de forma gratuita o haga lo que quiera 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 fabricar el motor.
Los componentes eléctricos, como las resistencias y los condensadores, no se incluyen porque el costo es insignificante en relación con el costo total del motor.
Excluyendo microcontroladores y baterías Arduino, el costo total de fabricación del motor es de $ 27. 71.
Cabe señalar que reducir los costos no es la principal prioridad. La optimización puede reducir los costos de producción.
Según el principio de que el motor debe ser fácil de usar piezas fácilmente accesibles para construir, se establecen las especificaciones de diseño del motor DC y deben proporcionar el tipo similar al rendimiento de calidad de muchos motores de CC comerciales, pequeños ventiladores eléctricos.
El motor está diseñado para ser un motor de CC 4-Polar 3 fase
con 4-
el imán N52 ND en el rotor y el solenoide de la herida de 3 cable unido al estator.
Debido a la mayor eficiencia, se reduce el número de piezas mecánicas y se reduce la fricción, se selecciona el diseño sin escobillas.
El imán N52 se elige por su fuerza, precio y facilidad de acceso.
En la sección \ 'BLDC MOTOR CONTROL \', el control del motor sin escobillas se discutirá más a fondo.
La Tabla 2 muestra la comparación entre el motor de CC y el motor del cepillo.
Solenoide en 8-12
V, controlado por un circuito de 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 desea ver estas ecuaciones, eche un vistazo al PDF vinculado en la introducción y se equivocan.
La fuerza entre los dos imanes a una cierta distancia puede ser aproximadamente aproximada 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, se estima que el par máximo es: t = 2 fr lugar r es el radio y la selección es de 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 solenoide dada.
F = 2RBMAMASN4G2LI La constante de torque requerida para seleccionar es 40 m-
nm/A en función del rendimiento deseado en relación con otros motores disponibles [2].
Se requiere el circuito de control electrónico para el control del motor del BLDC.
Para rotar el motor BLDC, dependiendo de la posición del rotor, el devanado debe encenderse en el orden definido.
La posición del rotor se detecta utilizando el sensor del salón incrustado en el estator.
La Figura 3 muestra un diagrama esquemático del esquema de control del motor BLDC.
El sensor de la sala está integrado en el estator con tres devanados del motor, proporcionando una salida digital correspondiente a si el Ártico o la Antártica está más cerca del sensor.
Según esta salida digital, el microcontrolador proporciona la secuencia de fase para el controlador del motor, lo que proporciona energía al devanado correspondiente.
Cada columna de secuencia de cambio de fase tiene un devanado para voltaje positivo, un devanado alimentado con voltaje negativo y un devanado alimentado con voltaje negativo.
La secuencia de cambio de fase consta de seis pasos que correlacionan la salida del sensor del salón con la salida del devanado que debe encenderse.
La Tabla 3 a continuación da un ejemplo de rotación en sentido horario.
El diseño final consta de 4 piezas diferentes;
Alcanzos inferiores, rotor, carcasa superior y solenoide como se muestra en la Figura 4 a continuación. Figura 4: (a)
Capítulo inferior (B) Rotor (C) Solenoide (D)
Motor de ensamblaje (E) Conjunto superior.
Todas las piezas se muestran en la dirección en que se imprimen.
El recinto 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 conducir el motor y 4 para proporcionar datos de posición al sensor del salón.
Como se muestra en la Figura 4, el rotor se desliza hacia la cubierta inferior del estilo de rodamiento deslizante (D).
La carcasa en la parte superior, como se muestra en la Figura 4 (e)
, montada en el rotor y conectada a la parte inferior para cerrar el motor.
La carcasa superior contiene 3 sensores de posición de pasillo, así como un corte triangular que permite que el tubo de tornillo se meta en la carcasa.
Solenoide Como se muestra en la Figura 4 (c)
, coloque triángulos en el centro de ellos para permitirles alinearse con los agujeros en la carcasa superior, que se alinean verticalmente con el imán del rotor.
Todas las piezas descritas anteriormente se imprimen 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 de PLA transparente, con una cantidad de llenado del 20% y una cantidad de llenado de 0.
Altura del piso de 20 mm.
A través de pruebas repetidas, se encuentra que las piezas que están conectadas juntas sin deslizar, como las cáscaras superior e inferior, deben imprimirse a 0.
Agregue 25 mm a todos los lados, mientras que las piezas para deslizar el deslizamiento libre, como los rotores, deben imprimirse a 0.
4 mm de espacio.
El sensor de efecto Magnet y Hall se imprime en la parte inferior derecha de la parte superior del espacio diseñando el vacío interno derecho en el lugar derecho, pausa imprimir e insertar el dispositivo, se inserta en el ensamblaje y luego continúe imprimiendo.
La altura de pausa apropiada se da en la Tabla 4 a continuación.
La pieza de impresión 3D se puede quitar del makerbot y se puede ensamblar después de eliminar el exceso de plástico de la balsa.
Estas partes deben reunirse sin problemas sin mucho esfuerzo.
El solenoide solenoide necesita el último procesamiento de solenoides.
Cada solenoide está envuelto unas 400 veces con una línea imán de 26 GW.
Este proceso se puede acelerar girando el solenoide en la broca.
Asegúrese de que cada solenoide esté lleno en la misma dirección para que el solenoide resultante tenga la misma polaridad.
Una vez que el solenoide está listo, deben ser encapotados en la cáscara en la parte superior.
Se puede usar un pegamento fuerte aquí para fortalecer la conexión.
Los elementos del circuito deben conectarse juntos de acuerdo con el siguiente diagrama esquemático.
El VCC del controlador de motor L6234 puede ser de 7 V a 42 V, pero recomiendo ejecutar el motor sin tener más de 12ish V.
El programa escrito por Arduino para controlar el orden de cambio de fase se puede encontrar en el programa, que se adapta de acuerdo con este manual.
La mejora futura del motor se puede dividir en cuatro categorías;
Optimización mecánica, mejora de la eficiencia, mejora del control y aplicación.
El primer paso en cualquier trabajo futuro debe 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, 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 en las que se puede optimizar el diseño mecánico del motor.
El solenoide se puede insertar simplemente en el cuerpo principal del motor.
El tamaño del motor puede reducirse significativamente.
El tamaño del imán de posición puede reducirse considerablemente para reducir el par del rotor.
El diseño del motor puede ser parametrizado e imprimido en una variedad de tamaños diferentes.
La eficiencia del motor se puede optimizar verificando la
característica de la 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 diferentes tamaños y clasificaciones, el rango de aplicación será muy amplio.
Este es mi cuaderno Evernote con muchos artículos y enlaces que estudié mientras realizaba este proyecto.
Fuentes importantes [1]
Principio básico de DC Motor-
Padmaraja Yedamale-
Comprender el motor DC