Motore DC stampato in 3D

Ho progettato e stampato in 3D un
motore DC senza spazzole (BLDC) e un motore di controllo utilizzando Arduino.
Oltre ai magneti, all'avvolgimento del solenoide e ai sensori a effetto Hall, tutti i componenti del motore sono stampati con Makerbot Replicator 2.
Il video mostra il motore funzionante finito.
Questo instructable viene fornito come pdf insieme a file CAD e programmi di controllo motore.
Il programma di controllo motore di Arduino: usa il file, rivedi, modifica il design gratuitamente o fai quello che vuoi con esso!
Questo progetto richiede stampanti 3D, microcontrollori Arduino e strumenti elettronici di base come multimetro, oscilloscopio, alimentatore e componenti elettrici.
Elenco completo delle parti e degli strumenti che utilizzo.
La tabella 1 mostra il costo di produzione del motore.
I componenti elettrici come resistori e condensatori non sono inclusi perché il costo è trascurabile rispetto al costo totale del motore.
Escludendo i microcontrollori e le batterie Arduino, il costo totale di produzione del motore è di 27 dollari. 71.
Va sottolineato che la riduzione dei costi non è la massima priorità. l’ottimizzazione può ridurre i costi di produzione.
Sulla base del principio che il motore dovrebbe essere facile da usare, con parti facilmente accessibili da costruire, vengono stabilite le specifiche di progettazione del motore CC e dovrebbero fornire prestazioni di qualità simili a quelle di molti motori CC commerciali, piccoli ventilatori elettrici.
Il motore è progettato per essere un motore CC trifase a 4
poli con 4-
Il magnete N52 sul rotore e il solenoide a 3 fili avvolto collegato allo statore.
A causa della maggiore efficienza, del numero di parti meccaniche ridotto e dell'attrito ridotto, viene selezionato il design senza spazzole.
Il magnete N52 è scelto per la sua forza, prezzo e facilità di accesso.
Nella sezione \'controllo motore bldc\', verrà discusso ulteriormente il controllo motore brushless.
La tabella 2 mostra il confronto tra il motore DC e il motore a spazzole.
Solenoide da
8-12 V, controllato da un circuito di commutazione elettrica.
Il sensore Hall fornirà informazioni sulla posizione su quando il circuito verrà scambiato.
Le seguenti equazioni vengono utilizzate per stimare le prestazioni del motore, creando così il progetto iniziale del motore.
Se vuoi vedere queste equazioni, dai un'occhiata al pdf collegato nell'introduzione e si incasinano.
La forza tra i due magneti ad una certa distanza può essere approssimativamente approssimativa con la seguente equazione: F = BmAmBsAs/4g2, dove B è la densità del campo magnetico sulla superficie del magnete e A è l'area del magnete, g è la distanza tra due magneti.
Bs, il campo magnetico del solenoide è dato da: B = NIl, dove I è la corrente, N è il numero di pacchi e l è la lunghezza del solenoide.
Nel motore, la coppia massima stimata è: t = 2 frdove r è il raggio e la selezione è 25 mm.
Combinando queste equazioni, è possibile ottenere un'espressione lineare della coppia di uscita associata alla corrente di ingresso di una data geometria del solenoide.
F = 2rbmamasn4g2li la costante di coppia richiesta per la selezione è 40 m-
Nm/A in base alle prestazioni desiderate rispetto ad altri motori disponibili [2].
Il circuito di controllo elettronico è necessario per il controllo del motore del BLDC.
Per far ruotare il motore BLDC, a seconda della posizione del rotore, è necessario alimentare l'avvolgimento nell'ordine definito.
La posizione del rotore viene rilevata utilizzando il sensore Hall incorporato nello statore.
La Figura 3 mostra un diagramma schematico dello schema di controllo del motore BLDC.
Il sensore Hall è incorporato nello statore con tre avvolgimenti del motore, fornendo un'uscita digitale corrispondente a se l'Artico o l'Antartico è più vicino al sensore.
Sulla base di questa uscita digitale, il microcontrollore fornisce la sequenza di fase per il driver del motore, fornendo così energia all'avvolgimento corrispondente.
Ciascuna colonna della sequenza di cambiamento di fase ha un avvolgimento alimentato a tensione positiva, un avvolgimento alimentato a tensione negativa e un avvolgimento alimentato a tensione negativa.
La sequenza di cambiamento di fase è composta da sei passaggi che mettono in correlazione l'uscita del sensore Hall con l'uscita dell'avvolgimento che deve essere acceso.
La tabella 3 seguente fornisce un esempio di rotazione in senso orario.
Il progetto finale è composto da 4 parti diverse;
Alloggiamento inferiore, rotore, alloggiamento superiore e solenoide come mostrato nella Figura 4 di seguito. Figura 4: (a)
Guscio inferiore (b) Rotore (c) Solenoide (d)
Gruppo motore (e) Gruppo superiore.
Tutte le parti vengono visualizzate nella direzione in cui sono stampate.
L'involucro inferiore, come mostrato nella Figura 4 (a)
Il coperchio inferiore del motore.
Il rotore, come mostrato nella Figura 4 (b)
, contiene 8 magneti, 4 per azionare il motore e 4 per fornire dati sulla posizione al sensore Hall.
Come mostrato nella Figura 4, il rotore scorre sul guscio inferiore del modello con cuscinetto scorrevole (d).
Il guscio in alto, come mostrato nella Figura 4 (e)
, montato sul rotore e collegato alla parte inferiore per chiudere il motore.
L'alloggiamento superiore contiene 3 sensori di posizione Hall, nonché un ritaglio triangolare che consente al tubo a vite di agganciarsi all'alloggiamento.
Solenoide come mostrato nella Figura 4 (c)
, posizionare i triangoli al centro per consentire loro di allinearsi con i fori nell'alloggiamento superiore, che a loro volta si allineano verticalmente con il magnete del rotore.
Tutte le parti descritte in precedenza vengono stampate su Makerbot Replicator 2.
Le parti possono essere stampate contemporaneamente ed è probabile che vari parametri di stampa producano risultati soddisfacenti.
Il prodotto finale è stampato in plastica PLA trasparente, con una quantità di riempimento del 20% e una quantità di riempimento di 0,20
mm di altezza dal pavimento.
Attraverso prove ripetute, si è scoperto che le parti collegate insieme senza scorrimento, come i gusci superiore e inferiore, dovrebbero essere stampate a 0.
Aggiungere 25 mm su tutti i lati, mentre le parti per lo scorrimento libero, come i rotori, dovrebbero essere stampate con uno
spazio di 0,4 mm intorno.
Il magnete e il sensore ad effetto Hall stampano nella parte inferiore destra della parte superiore dello spazio disegnando il vuoto interno giusto nel posto giusto, metti in pausa la stampa e inserisci il dispositivo, inseriscilo nel gruppo e poi continua a stampare.
L'altezza della pausa appropriata è riportata nella Tabella 4 di seguito.
Il pezzo stampato in 3D può essere rimosso dal Makerbot e può essere assemblato insieme dopo aver rimosso la plastica in eccesso dalla zattera.
Queste parti dovrebbero essere assemblate senza problemi e senza troppi sforzi.
Il solenoide del solenoide necessita dell'ultima elaborazione del solenoide.
Ogni solenoide è avvolto circa 400 volte con una linea magnetica da 26 gw.
Questo processo può essere accelerato ruotando il solenoide sulla punta del trapano.
Assicurarsi che ciascun solenoide sia imballato nella stessa direzione in modo che il solenoide risultante abbia la stessa polarità.
Una volta che il solenoide è pronto, dovrebbero essere inseriti nel guscio in alto.
Qui è possibile utilizzare una colla forte per rafforzare la connessione.
Gli elementi del circuito devono essere collegati insieme secondo il seguente diagramma schematico.
Il VCC del driver del motore L6234 può essere compreso tra 7 V e 42 V, ma consiglio di far funzionare il motore senza superare i 12 V.
Il programma scritto da Arduino per controllare l'ordine di cambiamento di fase può essere trovato nel programma, che è adattato secondo questo manuale.
Il futuro miglioramento del motore può essere suddiviso in quattro categorie;
Ottimizzazione meccanica, miglioramento dell'efficienza, miglioramento del controllo e applicazione.
Il primo passo in qualsiasi lavoro futuro dovrebbe essere quello di testare la
velocità della coppia e l'efficienza del motore attuale.
Il controllo del motore può essere ottenuto utilizzando un metodo hardware piuttosto che un metodo software, il che ridurrà notevolmente il costo e la portata dell'implementazione.
Ecco una breve descrizione di come è possibile ottenere questo risultato.
Esistono molte aree in cui è possibile ottimizzare la progettazione meccanica del motore.
Il solenoide può essere semplicemente inserito nel corpo principale del motore.
La dimensione del motore può essere notevolmente ridotta.
La dimensione del magnete di posizione può essere notevolmente ridotta per ridurre la coppia del rotore.
Il design del motore può essere parametrizzato e stampato in una varietà di dimensioni diverse.
L'efficienza del motore può essere ottimizzata controllando la
caratteristica della coppia e della velocità entro l'intervallo della tensione applicata.
Se il motore di stampa 3D completamente ottimizzato può essere parametrizzato e stampato in una varietà di dimensioni e potenze diverse, la gamma di applicazioni sarà molto ampia.
Questo è il mio taccuino Evernote con molti articoli e collegamenti che ho studiato durante questo progetto.
Fonti importanti[1]
Principio di base del motore CC -
Padmaraja Yedamale -
Comprendere il motore CC