3d painettu tasavirtamoottori

Suunnittelin ja 3D-tulostin harjattoman DC (BLDC)
-moottorin ja ohjausmoottorin Arduinolla.
Magneettien, solenoidin käämityksen ja Hall-antureiden lisäksi kaikki moottorin komponentit on painettu Makerbot Replicator 2:lla.
Videolla näkyy valmis toimiva moottori.
Tämä ohje toimitetaan pdf-muodossa yhdessä cad-tiedostojen ja moottorin ohjausohjelmien kanssa.
Arduinon moottorinohjausohjelma: käytä tiedostoa, tarkista, muuta mallia ilmaiseksi tai tee sillä mitä haluat!
Tämä projekti vaatii 3D-tulostimia, arduino-mikrokontrollereita ja elektronisia perustyökaluja, kuten yleismittaria, oskilloskooppia, virtalähdettä ja sähkökomponentteja.
Täydellinen luettelo käyttämistäni osista ja työkaluista.
Taulukossa 1 on esitetty moottorin valmistuskustannukset.
Sähkökomponentit, kuten vastukset ja kondensaattorit, eivät sisälly hintaan, koska kustannukset ovat mitättömät suhteessa moottorin kokonaiskustannuksiin.
Ilman Arduino-mikrokontrollereita ja akkuja, moottorin kokonaisvalmistuskustannukset ovat 27 dollaria. 71.
On syytä huomauttaa, että kustannusten vähentäminen ei ole ensisijainen tavoite. optimointi voi vähentää tuotantokustannuksia.
Perustuu periaatteeseen, jonka mukaan moottorin tulee olla helppokäyttöisiä ja helposti saatavilla olevia osia rakentaa, DC-moottorin suunnitteluspesifikaatiot vahvistetaan, ja niiden pitäisi tarjota samanlainen laatu kuin monissa kaupallisissa tasavirtamoottoreissa, pienissä sähköpuhaltimissa.
Moottori on suunniteltu 3-vaiheiseksi, 4-
napaiseksi tasavirtamoottoriksi, jossa on 4-
N52-magneetti roottorissa ja staattoriin kiinnitetty 3-johtiminen solenoidi.
Paremman tehokkuuden ansiosta mekaanisten osien määrä vähenee ja kitka vähenee, valitaan harjaton malli.
N52-magneetti on valittu sen vahvuuden, hinnan ja helppokäyttöisyyden vuoksi.
Osassa \'bldc-moottorin ohjaus\' käsitellään harjatonta moottorin ohjausta lisää.
Taulukko 2 esittää vertailun tasavirtamoottorin ja harjamoottorin välillä.
Solenoidi 8-12
V, ohjataan sähkökytkimellä.
Hall-anturi antaa sijaintitietoa piirin vaihdosta.
Seuraavia yhtälöitä käytetään arvioimaan moottorin suorituskykyä, jolloin luodaan alkuperäinen moottorirakenne.
Jos haluat nähdä nämä yhtälöt, katso johdannossa linkitetty pdf ja ne menevät sekaisin.
Kahden magneetin välinen voima tietyllä etäisyydellä voi olla karkeasti likimääräinen seuraavalla yhtälöllä: F = BmAmBsAs/4g2, missä B on magneettikentän tiheys magneetin pinnalla ja A on magneetin pinta-ala, g on kahden magneetin välinen etäisyys.
Bs, solenoidin magneettikenttä saadaan kaavalla: B = NIl, missä I on virta, N on pakettien lukumäärä ja l on solenoidin pituus.
Moottorissa maksimivääntömomentiksi on arvioitu: t = 2 fr missä r on säde ja valinta on 25mm.
Yhdessä näiden yhtälöiden kanssa voidaan saada lineaarinen lauseke ulostulomomentista, joka liittyy tietyn solenoidigeometrian tulovirtaan.
F = 2rbmamasn4g2li vääntömomenttivakio, joka vaaditaan valinnassa, on 40 m-
Nm/A halutun suorituskyvyn perusteella suhteessa muihin saatavilla oleviin moottoreihin [2].
Elektroninen ohjauspiiri tarvitaan BLDC:n moottorin ohjaukseen.
BLDC-moottorin pyörittämiseksi, roottorin asennosta riippuen, käämitys on kytkettävä päälle määritetyssä järjestyksessä.
Roottorin asento havaitaan staattoriin upotetun Hall-anturin avulla.
Kuvassa 3 on kaavio BLDC-moottorin ohjauskaaviosta.
Hall-anturi on upotettu staattoriin kolmella moottorikäämityksellä, joka tuottaa digitaalisen lähdön sen mukaan, onko anturia lähinnä arktinen vai antarktis.
Tämän digitaalilähdön perusteella mikro-ohjain antaa vaihejärjestyksen moottoriohjaimelle ja syöttää siten tehoa vastaavaan käämiin.
Jokaisessa vaiheenmuutossarjasarakkeessa on käämi, joka on kytketty positiiviseen jännitteeseen, käämi, joka on kytketty negatiiviseen jännitteeseen, ja käämi, joka on kytketty negatiiviseen jännitteeseen.
Vaiheenmuutossekvenssi koostuu kuudesta vaiheesta, jotka korreloivat Hall-anturin ulostulon sen käämin lähtöön, johon tulee kytkeä virta.
Alla olevassa taulukossa 3 on esimerkki pyörimisestä myötäpäivään.
Lopullinen suunnittelu koostuu 4 eri osasta;
Alakotelo, roottori, yläkotelo ja solenoidi alla olevan kuvan 4 mukaisesti. Kuva 4: (a)
Pohjakuori (b)Roottori (c )Solenoidi (d)
Kokoonpanomoottori (e)Yläosa.
Kaikki osat näytetään tulostussuunnassa.
Alakotelo, kuten kuvassa 4 (a)
Moottorin pohjakansi.
Roottori, kuten kuvassa 4 (b) näkyy
, sisältää 8 magneettia, 4 moottorin käyttämiseen ja 4 paikkatietojen toimittamiseen Hall-anturille.
Kuten kuvassa 4 näkyy, roottori liukuu liukulaakerin (d) pohjakuoreen.
Yläosassa oleva kuori, kuten kuvassa 4 (e) on esitetty
, asennettu roottoriin ja kytketty pohjaan moottorin sulkemiseksi.
Yläkotelo sisältää 3 hallin asentoanturia sekä kolmion muotoisen leikkauksen, jonka avulla ruuviputki napsahtaa koteloon.
Solenoidi kuvan 4 (c) mukaisesti
, Aseta kolmiot niiden keskelle, jotta ne ovat kohdakkain yläkotelon reikien kanssa, jotka itse ovat pystysuorassa roottorimagneetin kanssa.
Kaikki aiemmin kuvatut osat on painettu Makerbot Replicator 2:lla.
Osat voidaan tulostaa samanaikaisesti, ja useat tulostusparametrit tuottavat todennäköisesti tyydyttäviä tuloksia.
Lopputuote on painettu läpinäkyvään PLA-muoviin, jonka täyttömäärä on 20 % ja täyttömäärä 0,20
mm lattiakorkeudella.
Toistuvilla kokeilla on havaittu, että osat, jotka on liitetty toisiinsa ilman liukumista, kuten ylä- ja alakuoret, tulee tulostaa
0,4
mm:n etäisyydellä.
Magneetti ja Hall-efekti-anturi tulostavat raon yläosan oikeaan alareunaan suunnittelemalla oikean sisäisen aukon oikeaan paikkaan, keskeytä tulostus ja aseta laite, asetetaan kokoonpanoon ja jatka sitten tulostusta.
Sopiva taukokorkeus on annettu alla olevassa taulukossa 4.
3D-tulostuskappale voidaan irrottaa Makerbotista ja koota yhteen, kun ylimääräinen muovi on poistettu lautasta.
Nämä osat tulee koota sujuvasti ilman paljon vaivaa.
Solenoidisolenoidi tarvitsee viimeisen solenoidinkäsittelyn.
Jokainen solenoidi on kääritty noin 400 kertaa 26 gw:n magneettilangalla.
Tätä prosessia voidaan nopeuttaa kääntämällä poranterän solenoidia.
Varmista, että jokainen solenoidi on pakattu samaan suuntaan, jotta tuloksena olevan solenoidin napaisuus on sama.
Kun solenoidi on valmis, ne tulee napsauttaa yläosassa olevaan kuoreen.
Tässä voidaan käyttää vahvaa liimaa vahvistamaan liitosta.
Piirielementit tulee liittää toisiinsa seuraavan kaavion mukaisesti.
L6234-moottorin ajurin VCC voi olla missä tahansa 7 V - 42 V, mutta suosittelen moottorin käyttöä ilman, että se on yli 12 V.
Arduinon kirjoittama ohjelma vaiheenmuutosjärjestyksen ohjaamiseksi löytyy ohjelmasta, joka on sovitettu tämän ohjekirjan mukaisesti.
Moottorin tuleva parannus voidaan jakaa neljään luokkaan;
Mekaaninen optimointi, tehokkuuden parantaminen, ohjauksen parantaminen ja soveltaminen.
Ensimmäisenä askeleena tulevassa työssä tulisi testata
nykyisen moottorin vääntömomentti Nopeus ja hyötysuhde.
Moottorin ohjaus voidaan saavuttaa laitteistomenetelmällä ohjelmistomenetelmän sijaan, mikä vähentää huomattavasti toteutuksen kustannuksia ja mittakaavaa.
Tässä on lyhyt kuvaus siitä, kuinka tämä voidaan saavuttaa -
On monia alueita, joilla moottorin mekaanista suunnittelua voidaan optimoida.
Solenoidi voidaan yksinkertaisesti asettaa moottorin päärunkoon.
Moottorin kokoa voidaan pienentää merkittävästi.
Asentomagneetin kokoa voidaan pienentää huomattavasti roottorin vääntömomentin pienentämiseksi.
Moottorin rakenne voidaan parametroida ja tulostaa useissa eri koossa.
Moottorin hyötysuhde voidaan optimoida tarkistamalla vääntömomentin
Nopeuskäyrä syötetyn jännitteen alueella.
Jos täysin optimoitu 3D-tulostusmoottori voidaan parametroida ja tulostaa useilla eri kokoisilla ja luokituksilla, sovellusalue on erittäin laaja.
Tämä on evernote-muistikirjani, jossa on paljon artikkeleita ja linkkejä, joita olen tutkinut tätä projektia tehdessäni.
Tärkeitä lähteitä[1]
Tasavirtamoottorin perusperiaate -
Padmaraja Yedamale -
Ymmärrä tasavirtamoottori