Dizajnirao sam i 3D ispisao DC (BLDC)
motor bez četkica i upravljački motor koristeći Arduino.
Osim magneta, namota solenoida i Hallovih senzora, sve komponente motora tiskane su pomoću Makerbot Replicator 2.
Video prikazuje gotov radni motor.
Ova uputa dostupna je kao pdf zajedno s cad datotekama i programima za kontrolu motora.
Arduino program za kontrolu motora: koristite datoteku, pregledajte, besplatno promijenite dizajn ili učinite s njim što god želite!
Ovaj projekt zahtijeva 3D pisače, arduino mikrokontrolere i osnovne elektroničke alate poput multimetra, osciloskopa, napajanja i električnih komponenti.
Kompletan popis dijelova i alata koje koristim.
Tablica 1 prikazuje trošak proizvodnje motora.
Električne komponente kao što su otpornici i kondenzatori nisu uključeni jer je cijena zanemariva u odnosu na ukupnu cijenu motora.
Ne računajući Arduino mikrokontrolere i baterije, ukupna cijena proizvodnje motora je 27 USD. 71.
Treba istaknuti da smanjenje troškova nije glavni prioritet. optimizacija može smanjiti troškove proizvodnje.
Na temelju načela da bi motor trebao biti jednostavan za korištenje lako dostupnih dijelova za izradu, utvrđene su specifikacije dizajna istosmjernog motora i trebale bi pružiti vrstu sličnu kvaliteti performansi mnogih komercijalnih istosmjernih motora, malih električnih ventilatora.
Motor je dizajniran kao 3-fazni, 4-
polarni istosmjerni motor s 4-
N52 magnetom na rotoru i 3-žilnim solenoidom pričvršćenim na stator.
Zbog povećane učinkovitosti, smanjen je broj mehaničkih dijelova i smanjeno trenje, odabran je dizajn bez četkica.
Magnet N52 odabran je zbog svoje snage, cijene i lakoće pristupa.
U odjeljku \'upravljanje bldc motorom\', dalje će se raspravljati o upravljanju motorom bez četkica.
Tablica 2 prikazuje usporedbu između istosmjernog motora i motora s četkom.
Solenoid u
8-12 V, upravljan strujnim krugom prekidača.
Hallov senzor će pružiti informacije o lokaciji o tome kada će se krug zamijeniti.
Sljedeće jednadžbe koriste se za procjenu performansi motora, čime se stvara početni dizajn motora.
Ako želite vidjeti ove jednadžbe, pogledajte pdf povezan u uvodu i bit će zabrljane.
Sila između dva magneta na određenoj udaljenosti A može se grubo izračunati sljedećom jednadžbom: F = BmAmBsAs/4g2, gdje je B gustoća magnetskog polja na površini magneta, a A je površina magneta, g je udaljenost između dva magneta.
Bs, magnetsko polje solenoida je dano sa: B = NIl, gdje je I struja, N je broj paketa, a l je duljina solenoida.
U motoru se procjenjuje da je maksimalni zakretni moment: t = 2 gdje je r radijus, a odabir je 25 mm.
U kombinaciji s ovim jednadžbama može se dobiti linearni izraz izlaznog momenta povezanog s ulaznom strujom zadane geometrije solenoida.
F = 2rbmamasn4g2li konstanta momenta potrebna za odabir je 40 m-
Nm/A na temelju željene izvedbe u odnosu na druge dostupne motore [2].
Elektronički upravljački krug potreban je za upravljanje motorom BLDC-a.
Za okretanje BLDC motora, ovisno o položaju rotora, namot mora biti uključen definiranim redoslijedom.
Položaj rotora detektira se pomoću Hallovog senzora ugrađenog u stator.
Slika 3 prikazuje shematski dijagram BLDC sheme upravljanja motorom.
Hallov senzor je ugrađen u stator s tri namota motora, dajući digitalni izlaz koji odgovara tome je li Arktik ili Antarktik najbliži senzoru.
Na temelju ovog digitalnog izlaza, mikrokontroler osigurava redoslijed faza za pokretački program motora, napajajući tako odgovarajući namot.
Svaki stupac redoslijeda promjene faze ima namot napajan na pozitivan napon, namot napajan na negativan napon i namot napajan na negativan napon.
Redoslijed promjene faze sastoji se od šest koraka koji povezuju izlaz Hallovog senzora s izlazom namota koji bi trebao biti uključen.
Tablica 3 u nastavku daje primjer rotacije u smjeru kazaljke na satu.
Konačni dizajn sastoji se od 4 različita dijela;
Donje kućište, rotor, gornje kućište i solenoid kao što je prikazano na slici 4 u nastavku. Slika 4: (a)
Donja ljuska (b) Rotor (c ) Solenoid (d)
Montažni motor (e) Gornji sklop.
Svi dijelovi prikazani su u smjeru u kojem su ispisani.
Donje kućište, kao što je prikazano na slici 4 (a)
Donji poklopac motora.
Rotor, kao što je prikazano na slici 4 (b)
, sadrži 8 magneta, 4 za pokretanje motora i 4 za pružanje podataka o položaju Hallovom senzoru.
Kao što je prikazano na slici 4, rotor klizi do donje ljuske oblika kliznog ležaja (d).
Školjka na vrhu, kao što je prikazano na slici 4 (e)
, postavljena je na rotor i spojena na dno radi zatvaranja motora.
Gornje kućište sadrži 3 Hallova senzora položaja, kao i trokutasti izrez koji omogućuje da cijev s vijkom uskoči u kućište.
Solenoid kao što je prikazano na slici 4 (c)
, postavite trokute u njihovu sredinu kako biste im omogućili da se poravnaju s rupama u gornjem kućištu, koje su same okomito poravnate s magnetom rotora.
Svi ranije opisani dijelovi ispisuju se na Makerbot Replicator 2.
Dijelovi se mogu ispisivati istovremeno, a različiti parametri ispisa vjerojatno će dati zadovoljavajuće rezultate.
Konačni proizvod tiskan je u prozirnoj PLA plastici, s količinom ispune od 20% i količinom ispune od 0,20
mm visine poda.
Ponovljenim pokusima utvrđeno je da dijelovi koji su međusobno povezani bez klizanja, poput gornje i donje ljuske, trebaju biti ispisani na 0.
Dodajte 25 mm na sve strane, dok dijelovi za slobodno klizanje, poput rotora, trebaju biti ispisani na 0,4
mm razmaka okolo.
Magnet i senzor s Hallovim efektom ispisuju na desno dolje od vrha razmaka tako što dizajniraju desnu unutarnju prazninu na pravom mjestu, pauziraju ispis i umetnu uređaj, umetnu u sklop, a zatim nastave s ispisom.
Odgovarajuća visina pauze navedena je u tablici 4 u nastavku.
Dio 3D ispisa može se ukloniti iz Makerbota i sastaviti nakon uklanjanja viška plastike sa splavi.
Ove dijelove treba glatko sastaviti bez puno napora.
Solenoidni solenoid treba posljednju obradu solenoida.
Svaki solenoid je omotan oko 400 puta magnetskom linijom od 26 gw.
Ovaj proces se može ubrzati okretanjem solenoida na svrdlu.
Provjerite je li svaki solenoid upakiran u istom smjeru tako da rezultirajući solenoid ima isti polaritet.
Nakon što je solenoid spreman, treba ih ugurati u školjku na vrhu.
Ovdje se može koristiti jako ljepilo za učvršćivanje spoja.
Elemente strujnog kruga treba spojiti zajedno prema sljedećem shematskom dijagramu.
VCC pokretačkog programa motora L6234 može biti bilo gdje od 7 V do 42 V, ali preporučujem da motor radi bez većeg od 12 V.
Program koji je napisao Arduino za kontrolu redoslijeda promjene faze može se pronaći u programu koji je prilagođen ovom priručniku.
Buduća poboljšanja motora mogu se podijeliti u četiri kategorije;
Mehanička optimizacija, poboljšanje učinkovitosti, poboljšanje kontrole i primjene.
Prvi korak u svakom budućem radu trebao bi biti testiranje momenta
brzine i učinkovitosti trenutnog motora.
Upravljanje motorom može se postići korištenjem hardverske metode umjesto softverske metode, što će uvelike smanjiti troškove i opseg implementacije.
Ovdje je kratak opis kako se to može postići -
Postoje mnoga područja gdje se mehanički dizajn motora može optimizirati.
Solenoid se može jednostavno umetnuti u glavno tijelo motora.
Veličina motora može se značajno smanjiti.
Veličina magneta za položaj može se znatno smanjiti kako bi se smanjio okretni moment rotora.
Dizajn motora može se parametrirati i ispisati u različitim veličinama.
Učinkovitost motora može se optimizirati provjerom momenta
karakteristike brzine unutar raspona primijenjenog napona.
Ako se potpuno optimizirani motor za 3D ispis može parametrizirati i ispisati u nizu različitih veličina i ocjena, raspon primjene bit će vrlo širok.
Ovo je moja evernote bilježnica s puno članaka i poveznica koje sam proučavao dok sam radio na ovom projektu.
Važni izvori[1]
Osnovni princip istosmjernog motora -
Padmaraja Yedamale -
Razumijevanje istosmjernog motora
