3DプリントDCモーター

ブラシレスDC（BLDC）モーターとコントロールモーターを設計し、3D印刷しました。
Arduinoを使用して、
磁石、ソレノイド巻線、およびホール効果センサーに加えて、モーターのすべてのコンポーネントにMakerbot Replicator 2で印刷されています。
ビデオは、完成した作業モーターを示しています。
このInstructableは、CADファイルおよびモーター制御プログラムとともにPDFとして提供されます。
Arduino 'のモーター制御プログラム：ファイルを使用したり、レビューしたり、デザインを無料で変更したり、必要なことをしてください！
このプロジェクトには、3Dプリンター、Arduinoマイクロコントローラー、およびマルチメーター、オシロスコープ、電源、電源コンポーネントなどの基本的な電子ツールが必要です。
私が使用する部品とツールの完全なリスト。
表1は、モーターの製造コストを示しています。
コストはモーターの総コストに対して無視できるため、抵抗器やコンデンサなどの電気部品は含まれていません。
Arduinoマイクロコントローラーとバッテリーを除くと、モーターの製造の総コストは27ドルです。 71。
コストを削減することは最優先事項ではないことを指摘する必要があります。最適化により、生産コストを削減できます。
モーターが簡単にアクセスできる部品を簡単に使用できるように構築することができるという原則に基づいて、DCモーターの設計仕様が確立され、多くの商用DCモーター、小型ファンの品質性能に似た種類を提供する必要があります。
モーターは、3相、4-
極DCモーターが4-
ローター上のN52 ND磁石と、ステーターに取り付けられた3ワイヤの創傷ソレノイドを備えたものにするように設計されています。
効率が向上するため、機械部品の数が減少し、摩擦が減少し、ブラシレスデザインが選択されます。
N52磁石は、その強さ、価格、アクセスの容易さのために選択されます。
\ 'BLDC Motor Control \'セクションでは、ブラシレスモーターコントロールについてさらに説明します。
表2は、DCモーターとブラシモーターの比較を示しています。電気スイッチ回路で制御された8-12 V
のソレノイド
。
ホールセンサーは、回路が交換される時期に関する位置情報を提供します。
次の方程式を使用してモーターの性能を推定するため、初期モーター設計を作成します。
これらの方程式を見たい場合は、イントロにリンクされているPDFを見てみると、めちゃくちゃになります。
特定の距離の2つの磁石の間の力は、次の方程式でほぼ近似できます：f = bmambsas/4g2。ここで、bは磁石の表面の磁場密度、aは磁石の面積、gは2つの磁石間の距離です。
BS、ソレノイドの磁場は次のように与えられます：b = nil、ここで私は電流、nはパッケージの数、lはソレノイドの長さです。
モーターでは、最大トルクは次のように推定されています。t= 2 frは半径で、選択は25mmです。
これらの方程式と組み合わせて、特定のソレノイドジオメトリの入力電流に関連する出力トルクの線形式を取得できます。
f = 2rbmamasn4g2li選択に必要なトルク定数は、
他の利用可能なモーターと比較して望ましい性能に基づいて40 m-nm/aです[2]。
BLDCのモーター制御には、電子制御回路が必要です。
ローターの位置に応じて、BLDCモーターを回転させるには、定義された順序で巻線を電源でオンにする必要があります。
ローターの位置は、ステーターに埋め込まれたホールセンサーを使用して検出されます。
図3は、BLDCモーター制御スキームの概略図を示しています。
ホールセンサーは、3つのモーター巻線を備えたステーターに埋め込まれており、北極圏または南極がセンサーに最も近いかどうかに対応するデジタル出力を提供します。
このデジタル出力に基づいて、マイクロコントローラーはモータードライバーの位相シーケンスを提供し、対応する巻線に電力を供給します。
各位相変化シーケンス列には、巻線が正の電圧に電源を入れ、巻線が負の電圧に電源を入れ、負の電圧に電源を供給します。
位相変化シーケンスは、ホールセンサーの出力と電源を入れるべき巻線の出力と相関する6つのステップで構成されています。
以下の表3は、時計回りの回転の例を示しています。
最終設計は、4つの異なる部品で構成されています。
下の図4に示すように、下のハウジング、ローター、トップハウジング、ソレノイド。図4：（a）
ボトムシェル（b）ローター（c）ソレノイド（d）
アセンブリモーター（E）上部アセンブリ。
すべての部品は、印刷された方向に表示されます。
図4（a）に示すように、ボトムエンクロージャー。
モーターの下部カバー。
図4（b）に示すように
、ローターには8つの磁石、モーターの駆動用に4つ、ホールセンサーに位置データを提供するために4つが含まれています。
図4に示すように、ローターはスライドベアリングスタイルの下部シェルにスライドします（D）。
図4（e）に示すように、上部のシェルは
、ローターに取り付けられ、底に接続してモーターを閉じます。
トップハウジングには、3つのホール位置センサーと、ネジチューブがハウジングにスナップできるようにする三角形のカットアウトが含まれています。
図4（c）に示すようにソレノイドは
、その中心に三角形を配置して、上部のハウジングの穴と整列し、それ自体がローター磁石と垂直に整列します。
前述のすべての部品はMakerbot Replicator 2に印刷されています。
パーツは同時に印刷でき、さまざまな印刷パラメーターが満足のいく結果を生み出す可能性があります。
最終製品は透明なPLAプラスチックで印刷されており、充填量は20％、充填量は0.20mmの
高さです。
繰り返しの試行により、上部および下部のシェルなどのスライドせずに接続されている部品は0で印刷する必要があることがわかります。
すべての側面に25mmを追加し、ローターなどのフリースライドのパーツは0.4mm
スペースで印刷する必要があります。
マグネットとホールのエフェクトセンサーは、適切な場所に正しい内部ボイドを設計し、印刷を一時停止してデバイスを挿入し、アセンブリに挿入してから印刷を続けることにより、ギャップの上部の右下に印刷します。
適切な一時停止の高さを以下の表4に示します。
3DプリントピースはMakerbotから取り外すことができ、ラフトから余分なプラスチックを除去した後、一緒に組み立てることができます。
これらの部品は、それほど努力せずにスムーズにまとめる必要があります。
ソレノイドソレノイドには、最後のソレノイド処理が必要です。
各ソレノイドは、26GWマグネットラインで約400回包まれています。
このプロセスは、ドリルビットにソレノイドを回すことで加速できます。
結果として得られるソレノイドが同じ極性になるように、各ソレノイドが同じ方向に詰め込まれていることを確認してください。
ソレノイドの準備ができたら、上部のシェルにスナップする必要があります。
ここでは、接続を強化するために強い接着剤を使用できます。
回路要素は、次の概略図に従って接続する必要があります。
L6234モータードライバーのVCCは7 V〜42 Vのどこにでもありますが、12ish Vを超えることなくモーターを実行することをお勧めします。Arduino
によって書かれたプログラムは、このマニュアルに従って調整されているプログラムに記載されています。
モーターの将来の改善は、4つのカテゴリに分けることができます。
機械的最適化、効率の改善、制御改善、アプリケーション。将来の作業の最初のステップは
トルク速度と効率をテストすることです。
、現在のモーターの
モーターの制御は、ソフトウェア方法ではなくハードウェア法を使用して実現できます。これにより、実装のコストとスケールが大幅に削減されます。
これをどのように達成できるかについての簡単な説明を以下に示します。
モーターの機械的設計を最適化できる領域がたくさんあります。
ソレノイドは、モーターの本体に単純に挿入できます。
モーターのサイズを大幅に削減できます。
位置磁石のサイズを大幅に縮小して、ローターのトルクを減らすことができます。
モーター設計は、さまざまなサイズでパラメーター化および印刷される場合があります。
モーターの効率は、
印加電圧の範囲内でトルク速度特性をチェックすることで最適化できます。
完全に最適化された3D印刷モーターをパラメーター化およびさまざまなサイズと評価で印刷できる場合、アプリケーション範囲は非常に広くなります。
これは、このプロジェクトを行っている間に勉強した多くの記事とリンクがある私のEvernoteノートブックです。
重要な情報源[1]
DCモーターの基本原理 -
パドマラジャYedamale-
DCモーターを理解する