3D nyomtatott egyenáramú motor

Egy kefe nélküli DC (BLDC) terveztem és 3D-ben nyomtattam Arduino segítségével.
motort és vezérlőmotort
A mágnesek, mágnestekercs és Hall-effektus érzékelők mellett a motor minden alkatrésze Makerbot Replicator 2-vel van nyomtatva.
A videón a kész működő motor látható.
Ez az oktatóanyag pdf formátumban érhető el, a cad fájlokkal és a motorvezérlő programokkal együtt.
Az Arduino motorvezérlő programja: használja a fájlt, tekintse át, módosítsa a dizájnt ingyenesen, vagy csináljon vele, amit akar!
Ehhez a projekthez 3D nyomtatókra, arduino mikrokontrollerekre és alapvető elektronikus eszközökre, például multiméterre, oszcilloszkópra, tápegységre és elektromos alkatrészekre van szükség.
Az általam használt alkatrészek és szerszámok teljes listája.
Az 1. táblázat a motor gyártási költségét mutatja.
Az elektromos alkatrészek, például az ellenállások és a kondenzátorok nem tartoznak bele, mivel a költség elhanyagolható a motor teljes költségéhez képest.
Az Arduino mikrovezérlők és akkumulátorok nélkül a motor gyártási költsége 27 dollár. 71.
Hangsúlyozni kell, hogy nem a költségek csökkentése a fő prioritás. az optimalizálás csökkentheti a gyártási költségeket.
Azon az elven alapulva, hogy a motornak könnyen használható, könnyen hozzáférhető alkatrészekből kell állnia, meg kell határozni az egyenáramú motor tervezési specifikációit, amelyeknek hasonló minőségi teljesítményt kell biztosítaniuk, mint sok kereskedelmi forgalomban kapható egyenáramú motor, kis elektromos ventilátor.
A motort háromfázisú, 4-
pólusú egyenáramú motornak tervezték, 4-
Az N52-es mágnessel a forgórészen és az állórészhez csatlakoztatott 3 vezetékes mágnesszeleppel.
A megnövekedett hatásfok miatt csökken a mechanikai alkatrészek száma, csökken a súrlódás, a kefe nélküli kialakítást választjuk.
Az N52 mágnest erőssége, ára és könnyű hozzáférhetősége miatt választották.
A \'bldc motorvezérlés\' részben a kefe nélküli motorvezérlésről lesz még szó.
A 2. táblázat az egyenáramú motor és a kefemotor összehasonlítását mutatja be. 8-12 V
-os mágnesszelep
, elektromos kapcsoló áramkör vezérli.
A Hall-érzékelő helyinformációkat ad arról, hogy mikor cserélik fel az áramkört.
A következő egyenletek a motor teljesítményének becslésére szolgálnak, így létrehozva a kezdeti motortervet.
Ha látni szeretnéd ezeket az egyenleteket, nézd meg a bevezetőben linkelt pdf-et, és összezavarodnak.
A két mágnes közötti erő egy bizonyos távolságra nagyjából megközelítőleg a következő egyenlettel határozható meg: F = BmAmBsAs/4g2, ahol B a mágneses tér sűrűsége a mágnes felületén, A pedig a mágnes területe, g a két mágnes távolsága.
Bs, a szolenoid mágneses terét a következő képlet adja meg: B = NIl, ahol I az áramerősség, N a csomagok száma, és l a mágnesszelep hossza.
A motorban a maximális nyomaték a következőre becsülhető: t = 2 fr, ahol r a sugár és a kiválasztás 25 mm.
Ezekkel az egyenletekkel kombinálva egy adott mágnesgeometria bemeneti áramához tartozó kimeneti nyomaték lineáris kifejezése nyerhető.
F = 2rbmamasn4g2li a kiválasztáshoz szükséges nyomatékállandó 40 m-
Nm/A a kívánt teljesítmény alapján a többi rendelkezésre álló motorhoz képest [2].
Az elektronikus vezérlőáramkör szükséges a BLDC motorvezérléséhez.
A BLDC motor forgatásához a forgórész helyzetétől függően a tekercset a meghatározott sorrendben be kell kapcsolni.
A forgórész helyzetét az állórészbe ágyazott Hall-érzékelővel érzékeli.
A 3. ábra a BLDC motorvezérlési séma sematikus diagramját mutatja.
A Hall érzékelő az állórészbe van beágyazva három motortekerccsel, amely digitális kimenetet biztosít annak megfelelően, hogy az Északi-sarkvidék vagy az Antarktisz van a legközelebb az érzékelőhöz.
Ennek a digitális kimenetnek az alapján a mikrovezérlő biztosítja a fázissorrendet a motor meghajtó számára, így táplálja a megfelelő tekercset.
Minden fázisváltási sorrend oszlopban van egy pozitív feszültségre kapcsolt tekercs, egy negatív feszültségre, és egy negatív feszültségre kapcsolt tekercselés.
A fázisváltási sorrend hat lépésből áll, amelyek korrelálják a Hall-érzékelő kimenetét a bekapcsolandó tekercs kimenetével.
Az alábbi 3. táblázat az óramutató járásával megegyező irányú forgatást mutat be.
A végső terv 4 különböző részből áll;
Alsó ház, rotor, felső ház és mágnesszelep, ahogy az alábbi 4. ábrán látható. 4. ábra: (a)
Alsó héj (b) Rotor (c ) Mágnes (d)
Szerelőmotor (e) Felső egység.
Minden alkatrész a nyomtatási irányban jelenik meg.
Az alsó burkolat, amint az a 4. ábrán látható (a)
A motor alsó burkolata.
A 4 (b) ábrán látható rotor
8 mágnest tartalmaz, 4 a motor meghajtására és 4 a Hall-érzékelő helyzetadatainak továbbítására.
A 4. ábrán látható módon a forgórész a csúszócsapágy-típus alsó héjához csúszik (d).
A héj a tetején, amint az a 4. (e) ábrán látható
, a forgórészre szerelve és alulra csatlakoztatva a motor bezárásához.
A felső ház 3 hall helyzetérzékelőt tartalmaz, valamint egy háromszög alakú kivágást, amely lehetővé teszi a csavarcső bepattanását a házba.
Mágnesszelep a 4. (c) ábrán látható módon
. Helyezzen háromszögeket a közepébe, hogy egy vonalba kerüljenek a felső ház furataival, amelyek maguk függőlegesen illeszkednek a rotor mágneséhez.
Az összes korábban leírt alkatrész a Makerbot Replicator 2-n van kinyomtatva.
Az alkatrészek egyidejűleg is nyomtathatók, és a különböző nyomtatási paraméterek valószínűleg kielégítő eredményt adnak.
A végtermék átlátszó PLA műanyagba van nyomtatva, 20%-os töltetmennyiséggel és 0,20mm padlómagassággal
.
Ismételt kísérletek során kiderült, hogy az egymáshoz csúszás nélkül összekötött alkatrészeket, például a felső és alsó héjat 0-val kell nyomtatni.
Adjon hozzá 25 mm-t minden oldalhoz, míg a szabadon csúszó alkatrészeket, például a rotorokat, 0,4
mm távolságban kell nyomtatni.
A mágnes és a Hall-effektus érzékelő a rés tetejének jobb aljára nyomtat úgy, hogy a megfelelő helyre alakítja ki a megfelelő belső üreget, szünetelteti a nyomtatást és helyezze be a készüléket, helyezze be a szerelvénybe, majd folytassa a nyomtatást.
A megfelelő szünet magasságát az alábbi 4. táblázat tartalmazza.
A 3D-s nyomtatási darab eltávolítható a Makerbotról, és a tutajról a felesleges műanyag eltávolítása után összeállítható.
Ezeket az alkatrészeket zökkenőmentesen kell összeilleszteni, különösebb erőfeszítés nélkül.
A mágnesszelep-szolenoidnak az utolsó mágnesszelep-feldolgozásra van szüksége.
Mindegyik mágnesszelep körülbelül 400-szor van körbetekerve egy 26 gw-os mágnesvonallal.
Ez a folyamat felgyorsítható a fúrószár mágnesszelepének elfordításával.
Győződjön meg arról, hogy minden mágnesszelep ugyanabban az irányban van becsomagolva, hogy a kapott mágnesszelep azonos polaritású legyen.
Ha a mágnesszelep készen áll, be kell pattintani a tetején lévő héjba.
Itt erős ragasztó használható a kapcsolat erősítésére.
Az áramköri elemeket az alábbi vázlatos rajz szerint kell összekapcsolni.
Az L6234 motormeghajtó VCC-je 7 V és 42 V között lehet, de azt javaslom, hogy a motort 12 V-nál magasabb feszültség nélkül fusson
.
A motor jövőbeni fejlesztése négy kategóriába sorolható;
Mechanikai optimalizálás, hatékonyságnövelés, vezérlésfejlesztés és alkalmazás. Minden jövőbeli munka első lépése az
nyomatékának, fordulatszámának és hatékonyságának tesztelése .
aktuális motor
A motor vezérlése inkább hardveres, mint szoftveres módszerrel valósítható meg, ami nagymértékben csökkenti a megvalósítás költségeit és mértékét.
Itt van egy rövid leírás, hogyan lehet ezt elérni-
Sok olyan terület van, ahol a motor mechanikai kialakítása optimalizálható.
A mágnesszelep egyszerűen behelyezhető a motor fő testébe.
A motor mérete jelentősen csökkenthető.
A pozíciómágnes mérete jelentősen csökkenthető a forgórész nyomatékának csökkentése érdekében.
A motor kialakítása paraméterezhető és többféle méretben nyomtatható.
A motor hatásfoka optimalizálható a nyomaték
fordulatszám karakterisztikájának az alkalmazott feszültség tartományán belüli ellenőrzésével.
Ha a teljesen optimalizált 3D nyomtatómotor paraméterezhető, és többféle méretben és besorolásban nyomtatható, az alkalmazási tartomány nagyon széles lesz.
Ez az én evernote-füzetem, sok cikkel és hivatkozással, amelyeket a projekt során tanulmányoztam.
Fontos források[1]
Az egyenáramú motor alapelve-
Padmaraja Yedamale-
Az egyenáramú motor megértése