Motore a cc stampato in 3D

Ho progettato e stampato in 3D un
motore DC senza spazzole (BLDC) e il motore di controllo usando Arduino.
Oltre ai magneti, all'avvolgimento del solenoide e ai sensori dell'effetto della sala, tutti i componenti del motore sono stampati con MakerBot Replicatore 2.
Il video mostra il motore di lavoro finito.
Questo istruttivo è fornito come PDF insieme a file CAD e programmi di controllo del motore.
Programma di controllo motorio 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, alimentazione e componenti elettrici.
Elenco completo di parti e strumenti che utilizzo.
La tabella 1 mostra il costo della 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 micro-controller Arduino e le batterie, il costo totale della produzione del motore è di $ 27. 71.
Va sottolineato che ridurre i costi non è la massima priorità. L'ottimizzazione può ridurre i costi di produzione.
Sulla base del principio secondo cui il motore dovrebbe essere facile da usare da parti facilmente accessibili da costruire, vengono stabilite le specifiche di progettazione del motore DC e dovrebbero fornire il tipo simile alle prestazioni di qualità di molti motori DC commerciali, piccoli ventilatori elettrici. Il motore è progettato per essere
a 4 fasi, 4- con
motore a CC
il magnete N52 sul rotore e il solenoide della ferita a 3 fili collegati allo statore.
A causa della maggiore efficienza, il numero di parti meccaniche è ridotto e l'attrito è ridotto, il design senza spazzole viene selezionato.
Il magnete N52 è scelto per la sua forza, prezzo e facilità di accesso.
Nella sezione \ 'BLDC Motor Control \', il controllo del motore senza spazzole verrà ulteriormente discusso.
La tabella 2 mostra il confronto tra il motore CC e il motore della spazzola.
Solenoide in 8-12
V, controllato da un circuito di interruttore elettrico.
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 la progettazione 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 a 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 pacchetti e L è la lunghezza del solenoide.
Nel motore, si stima che la coppia massima sia: t = 2 frwhere r è il raggio e la selezione è di 25 mm.
In combinazione con 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 ruotare il motore BLDC, a seconda della posizione del rotore, l'avvolgimento deve essere acceso nell'ordine definito.
La posizione del rotore viene rilevata usando il sensore della sala 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 motori, fornendo un'uscita digitale corrispondente al fatto che l'Artico o l'Antartico siano più vicini al sensore.
Sulla base di questo output digitale, il micro-controller fornisce la sequenza di fase per il driver del motore, fornendo così energia all'avvolgimento corrispondente.
Ogni colonna di sequenza di cambio di fase ha un avvolgimento acceso a tensione positiva, un avvolgimento acceso a tensione negativa e un avvolgimento alimentato a tensione negativa.
La sequenza di cambio di fase consiste in sei passaggi che correlano l'uscita del sensore della sala con l'output dell'avvolgimento che dovrebbe essere alimentato.
La tabella 3 seguente fornisce un esempio di rotazione in senso orario.
Il design finale è composto da 4 parti diverse;
Alloggiamento inferiore, rotore, alloggiamento superiore e solenoide come mostrato nella Figura 4 in basso. Figura 4: (a)
guscio inferiore (b) rotore (c) solenoide (d)
MOTORE ASSEMBLEA (E) MASSEMBIO TOP.
Tutte le parti sono visualizzate nella direzione in cui sono stampate.
Il recinto 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 guidare il motore e 4 per fornire dati di posizione al sensore della sala.
Come mostrato nella Figura 4, il rotore scorre sul guscio inferiore dello stile del cuscinetto scorrevole (D).
Il guscio nella parte superiore, come mostrato nella Figura 4 (e)
, montato sul rotore e collegato alla parte inferiore per chiudere il motore.
L'alloggiamento superiore contiene sensori di posizione di 3 hall, nonché un ritaglio triangolare che consente al tubo della vite di scattare nell'alloggiamento.
Solenoide come mostrato nella Figura 4 (c)
, posizionare i triangoli al centro di loro per consentire loro di allinearsi con i fori nell'alloggiamento superiore, che stessi si allineano verticalmente con il magnete del rotore.
Tutte le parti descritte in precedenza sono stampate sul replicatore di Makerbot 2.
Le parti possono essere stampate contemporaneamente e 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
dell'altezza del pavimento 0. 20 mm.
Attraverso prove ripetute, si è scoperto che le parti che sono collegate insieme senza scorrimento, come i conchiglie superiore e inferiore, devono essere stampate a 0.
Aggiungere 25 mm a tutti i lati, mentre le parti per lo scorrimento gratuito, come i rotori, devono essere stampate a 0.
4 mm di spazio intorno.
La stampa del sensore di effetto magnete e della sala nella parte inferiore destra della parte superiore dello spazio progettando il vuoto interno destro nel luogo giusto, mettono in pausa la stampa e l'inserimento del dispositivo, essere inserito nel gruppo, quindi continuare a stampare.
L'altezza della pausa appropriata è riportata nella Tabella 4 di seguito.
Il pezzo di stampa 3D può essere rimosso dal Makerbot e può essere assemblato insieme dopo aver rimosso la plastica in eccesso dalla zattera.
Queste parti dovrebbero essere messe insieme senza troppi sforzi.
Solenoide Solenoide ha bisogno dell'ultimo protagonista del solenoide.
Ogni solenoide è avvolto circa 400 volte con una linea di magnete da 26 GW.
Questo processo può essere accelerato trasformando il solenoide sulla punta del trapano.
Assicurati che ogni solenoide sia confezionato nella stessa direzione in modo che il solenoide risultante abbia la stessa polarità.
Una volta che il solenoide è pronto, dovrebbero essere scattati nel guscio in alto.
Una colla forte può essere usata qui per rafforzare la connessione.
Gli elementi del circuito dovrebbero essere collegati insieme secondo il seguente diagramma schematico.
Il VCC del driver del motore L6234 può essere ovunque da 7 V a 42 V, ma ti consiglio di eseguire il motore senza essere superiore a 12ish 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 diviso 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 di coppia e l'efficienza del motore corrente.
Il controllo del motore può essere ottenuto utilizzando un metodo hardware anziché un metodo software, che ridurrà notevolmente i costi e le dimensioni dell'implementazione.
Ecco una breve descrizione di come questo può essere raggiunto:
ci sono molte aree in cui la progettazione meccanica del motore può essere ottimizzata.
Il solenoide può essere semplicemente inserito nel corpo principale del motore.
La dimensione del motore può essere significativamente ridotta.
Le dimensioni del magnete di posizione possono essere notevolmente ridotte 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 velocità di coppia all'interno dell'intervallo di tensione applicata.
Se il motore di stampa 3D completamente ottimizzato può essere parametrizzato e stampato in una varietà di dimensioni e valutazioni diverse, l'intervallo di applicazioni sarà molto ampio.
Questo è il mio taccuino Evernote con molti articoli e collegamenti che ho studiato mentre faccio questo progetto.
Fonti importanti [1]
Principio di base del motore CC
Padmaraja Yedamale-
Comprendi il motore DC