עיצבתי והדפסתי בתלת מימד
מנוע DC (BLDC) ללא מברשות ומנוע בקרה באמצעות Arduino.
בנוסף למגנטים, פיתול סולנואיד וחיישני אפקט הול, כל רכיבי המנוע מודפסים עם Makerbot Replicator 2.
הסרטון מציג את המנוע הפועל המוגמר.
מדריך זה מסופק כ-pdf יחד עם קבצי cad ותוכניות בקרת מנוע.
תוכנית בקרת המנוע של Arduino: השתמש בקובץ, סקור, שנה את העיצוב בחינם, או עשה איתו מה שאתה רוצה!
פרויקט זה דורש מדפסות תלת מימד, מיקרו-בקרי ארדואינו וכלים אלקטרוניים בסיסיים כמו מולטימטר, אוסילוסקופ, ספק כוח ורכיבים חשמליים.
רשימה מלאה של חלקים וכלים שבהם אני משתמש.
טבלה 1 מציגה את עלות ייצור המנוע.
רכיבים חשמליים כגון נגדים וקבלים אינם כלולים מכיוון שהעלות זניחה ביחס לעלות הכוללת של המנוע.
לא כולל מיקרו-בקרים וסוללות Arduino, העלות הכוללת של ייצור המנוע היא 27$. 71.
יש לציין כי הפחתת עלויות אינה בראש סדר העדיפויות. אופטימיזציה יכולה להפחית את עלויות הייצור.
בהתבסס על העיקרון שהמנוע צריך להיות קל לשימוש בחלקים נגישים לבנייה, מפרטי העיצוב של מנוע ה-DC נקבעים, וצריכים לספק את הביצועים האיכותיים של מנועי DC מסחריים רבים, מאווררים חשמליים קטנים.
המנוע מתוכנן להיות 3-פאזי, 4-
מנוע DC עם 4-
מגנט N52 nd על הרוטור וסולנואיד 3 חוטים המחובר לסטטור.
בגלל היעילות המוגברת, מספר החלקים המכניים מצטמצם, והחיכוך מופחת, העיצוב ללא מברשות נבחר.
מגנט N52 נבחר בשל חוזקו, מחירו וקלות הגישה שלו.
בסעיף \'bdc motor control\', בקרת מנוע ללא מברשות תידון בהמשך.
טבלה 2 מציגה את ההשוואה בין מנוע DC לבין מנוע המברשת.
סולנואיד ב-
8-12 V, נשלט על ידי מעגל מתג חשמלי.
חיישן ההול יספק מידע על מיקום לגבי מועד החלפת המעגל.
המשוואות הבאות משמשות להערכת ביצועי המנוע, ובכך יוצרים את התכנון הראשוני של המנוע.
אם אתה רוצה לראות את המשוואות האלה, עיין ב-PDF המקושר במבוא והן מתבלבלות.
הכוח בין שני המגנטים במרחק מסוים יכול להיות משוער בערך באמצעות המשוואה הבאה: F = BmAmBsAs/4g2, כאשר B היא צפיפות השדה המגנטי על פני המגנט ו-A הוא שטח המגנט, g הוא המרחק בין שני מגנטים.
Bs, השדה המגנטי של הסולנואיד ניתן על ידי: B = NIl, כאשר I הוא הזרם, N הוא מספר החבילות, ו-l הוא אורך הסולנואיד.
במנוע מוערך המומנט המרבי הוא: t = 2 fr כאשר r הוא הרדיוס והבחירה היא 25 מ'מ.
בשילוב עם משוואות אלה, ניתן לקבל ביטוי ליניארי של מומנט המוצא הקשור לזרם הכניסה של גיאומטריית סולנואיד נתונה.
F = 2rbmamasn4g2li קבוע המומנט הנדרש לבחירה הוא 40 m-
Nm/A בהתבסס על הביצועים הרצויים ביחס למנועים זמינים אחרים [2].
מעגל הבקרה האלקטרוני נדרש לבקרת המנוע של ה-BLDC.
כדי לסובב את מנוע ה-BLDC, בהתאם למיקום הרוטור, יש להפעיל את הפיתול בסדר שהוגדר.
מיקום הרוטור מזוהה באמצעות חיישן האולם המוטמע בסטטור.
איור 3 מציג תרשים סכמטי של ערכת בקרת מנוע BLDC.
חיישן ה- Hall מוטבע בסטטור עם שלוש פיתולי מנוע, המספקים פלט דיגיטלי המתאים לשאלה האם הארקטי או האנטארקטיקה הקרובים ביותר לחיישן.
בהתבסס על פלט דיגיטלי זה, המיקרו-בקר מספק את רצף הפאזות עבור נהג המנוע, ובכך מספק כוח לליפוף המתאים.
לכל עמודת רצף שינוי פאזה יש פיתול המופעל על מתח חיובי, פיתול המופעל על מתח שלילי, ופיתול המופעל על מתח שלילי.
רצף שינוי הפאזה מורכב משישה שלבים המתאמים את פלט חיישן האולם עם הפלט של הפיתול שאמור להיות מופעל.
טבלה 3 להלן נותנת דוגמה לסיבוב בכיוון השעון.
העיצוב הסופי מורכב מ-4 חלקים שונים;
בית תחתון, רוטור, בית עליון וסולנואיד כפי שמוצג באיור 4 למטה. איור 4: (א)
מעטפת תחתונה (ב) רוטור (ג) סולנואיד (ד)
מנוע הרכבה (ה) מכלול עליון.
כל החלקים מוצגים בכיוון שהם מודפסים.
המארז התחתון, כפי שמוצג באיור 4 (א)
המכסה התחתון של המנוע.
רוטור, כפי שמוצג באיור 4 (ב)
, מכיל 8 מגנטים, 4 להנעת המנוע ו-4 לאספקת נתוני מיקום לחיישן הול.
כפי שמוצג באיור 4, הרוטור מחליק אל המעטפת התחתונה של סגנון מיסב ההזזה (ד).
הקליפה בחלק העליון, כפי שמוצג באיור 4 (ה)
, מותקן על הרוטור ומחובר לתחתית כדי לסגור את המנוע.
המעטפת העליונה מכילה 3 חיישני מיקום מסדרון, וכן גזירה משולשת המאפשרת לצינור ההברגה להיצמד לבית.
סולנואיד כפי שמוצג באיור 4 (ג)
, הנח משולשים במרכזם כדי לאפשר להם להתיישר עם החורים במארז העליון, שבעצמם מיושרים אנכית עם מגנט הרוטור.
כל החלקים שתוארו קודם לכן מודפסים ב-Makerbot Replicator 2.
ניתן להדפיס חלקים בו-זמנית, ופרמטרי הדפסה שונים עשויים להניב תוצאות משביעות רצון.
המוצר הסופי מודפס בפלסטיק PLA שקוף, בכמות מילוי של 20% ובכמות מילוי של 0.20
מ'מ גובה רצפה.
באמצעות ניסויים חוזרים ונשנים, נמצא שחלקים המחוברים יחד ללא החלקה, כמו המעטפת העליונה והתחתון, צריכים להיות מודפסים ב-0.
הוסף 25 מ'מ לכל הצדדים, בעוד שחלקים להזזה חופשית, כגון רוטורים, צריכים להיות מודפסים במרווח של 0.
4 מ'מ מסביב.
המגנט וחיישן אפקט הול מדפיסים לחלק התחתון הימני של החלק העליון של הפער על ידי עיצוב החלל הפנימי הנכון במקום הנכון, השהה את ההדפסה והכנס את המכשיר, יוכנס למכלול ולאחר מכן המשך בהדפסה.
גובה ההפסקה המתאים ניתן בטבלה 4 להלן.
ניתן להסיר את חתיכת ההדפסה התלת מימדית מה-Makerbot וניתן להרכיב אותה לאחר הסרת הפלסטיק העודף מהרפסודה.
יש להרכיב חלקים אלה בצורה חלקה ללא מאמץ רב.
סולנואיד סולנואיד צריך את עיבוד הסולנואיד האחרון.
כל סולנואיד עטוף כ-400 פעמים בקו מגנט של 26gw.
ניתן להאיץ תהליך זה על ידי סיבוב הסולנואיד על המקדח.
ודא שכל סולנואיד ארוז באותו כיוון כך שלסולנואיד שנוצר יהיה אותה קוטביות.
לאחר שהסולנואיד מוכן, יש להצמיד אותם לקליפה בחלק העליון.
ניתן להשתמש כאן בדבק חזק לחיזוק החיבור.
יש לחבר את רכיבי המעגל יחד לפי התרשים הסכמטי הבא.
ה-VCC של מנהל המנוע L6234 יכול להיות בכל מקום בין 7 v ל-42 V, אבל אני ממליץ להפעיל את המנוע מבלי להיות גבוה מ-12ish V.
התוכנית שנכתבה על ידי Arduino כדי לשלוט בסדר שינוי הפאזה ניתן למצוא בתוכנית, אשר מותאמת לפי מדריך זה.
ניתן לחלק את השיפור העתידי של המנוע לארבע קטגוריות;
אופטימיזציה מכנית, שיפור יעילות, שיפור בקרה ויישום.
הצעד הראשון בכל עבודה עתידית צריך להיות בדיקת המומנט
מהירות ויעילות המנוע הנוכחי.
את השליטה במנוע ניתן להשיג בשיטת חומרה ולא בשיטת תוכנה, מה שיוזיל מאוד את העלות והיקף היישום.
להלן תיאור קצר כיצד ניתן להשיג זאת-
ישנם תחומים רבים שבהם ניתן לייעל את העיצוב המכני של המנוע.
ניתן להכניס את הסולנואיד פשוט לגוף הראשי של המנוע.
ניתן להקטין משמעותית את גודל המנוע.
ניתן להקטין מאוד את גודל מגנט המיקום כדי להפחית את המומנט של הרוטור.
עיצוב המנוע עשוי להיות מותאם לפרמטרים ולהדפיס במגוון גדלים שונים.
ניתן לייעל את יעילות המנוע על ידי בדיקת
מאפיין מהירות המומנט בטווח המתח המופעל.
אם ניתן לבצע פרמטרים ולהדפיס את מנוע ההדפסה התלת מימדית המותאמת במלואה במגוון גדלים ודירוגים שונים, טווח היישומים יהיה רחב מאוד.
זוהי מחברת ה-evernote שלי עם הרבה מאמרים וקישורים שלמדתי במהלך הפרויקט הזה.
מקורות חשובים[1]
עיקרון בסיסי של מנוע DC-
Padmaraja Yedamale-
להבין מנוע DC
