3D -geprinte DC -motor

Ik heb een borstelloze DC DC (BLDC)
-motor en bedieningsmotor ontworpen en 3D geprint met behulp van Arduino.
Naast magneten, solenoïde wikkeling en Hall Effect -sensoren, worden alle componenten van de motor afgedrukt met MakerBot Replicator 2.
De video toont de voltooide werkende motor.
Deze instructable wordt geleverd als PDF, samen met CAD -bestanden en motorbesturingsprogramma's.
Het motorbesturingsprogramma van Arduino: gebruik het bestand, recenseer, verander het ontwerp gratis of doe wat u wilt!
Dit project vereist 3D -printers, Arduino -microcontrollers en basis elektronische tools zoals multimeter, oscilloscoop, voeding en elektrische componenten.
Volledige lijst met onderdelen en tools die ik gebruik.
Tabel 1 toont de productiekosten van de motor.
Elektrische componenten zoals weerstanden en condensatoren zijn niet inbegrepen omdat de kosten te verwaarlozen zijn ten opzichte van de totale kosten van de motor.
Exclusief Arduino-microcontrollers en batterijen, zijn de totale productiekosten van de motor $ 27. 71.
Er moet op gewezen worden dat het verlagen van de kosten niet de topprioriteit is. Optimalisatie kan de productiekosten verlagen.
Op basis van het principe dat de motor gemakkelijk te gebruiken gemakkelijk toegankelijke onderdelen moet zijn om te bouwen, worden de ontwerpspecificaties van de DC -motor vastgesteld en moeten ze het soort zijn dat vergelijkbaar is met de kwaliteitsprestaties van veel commerciële DC -motoren, kleine elektrische fans.
De motor is ontworpen als 3-fase, 4-
polaire DC-motor met 4-
de N52 ND-magneet op de rotor en de 3-draads wondmagneet bevestigd aan de stator.
Vanwege de verhoogde efficiëntie wordt het aantal mechanische onderdelen verminderd en wordt de wrijving verminderd, het borstelloze ontwerp is geselecteerd.
De N52 -magneet wordt gekozen vanwege zijn sterkte, prijs en toegangsgemak.
In het gedeelte \ 'BLDC Motor Control \' wordt de borstelloze motorregeling verder besproken.
Tabel 2 toont de vergelijking tussen de DC -motor en de borstelmotor.
Solenoïde in 8-
12 V, geregeld door een elektrisch schakelcircuit.
De Hall -sensor biedt locatie -informatie over wanneer het circuit wordt verwisseld.
De volgende vergelijkingen worden gebruikt om de prestaties van de motor te schatten, waardoor het initiële motorontwerp wordt gecreëerd.
Als je deze vergelijkingen wilt zien, kijk dan eens naar de PDF die in de intro is gekoppeld en ze worden verprutst.
De kracht tussen de twee magneten op een bepaalde afstand kan ruwweg worden benaderd met de volgende vergelijking: F = bmambsas/4G2, waarbij B de magnetische velddichtheid is op het oppervlak van de magneet en A is het oppervlak van de magneet, G is de afstand tussen twee magneten.
BS, het magnetische veld van de solenoïde wordt gegeven door: b = nul, waarbij ik de stroom is, n is het aantal pakketten en l is de lengte van de solenoïde.
In de motor wordt het maximale koppel geschat: t = 2 frwhere r is de straal en de selectie is 25 mm.
Gecombineerd met deze vergelijkingen kan een lineaire expressie van het uitgangskoppel geassocieerd met de ingangsstroom van een gegeven solenoïde geometrie worden verkregen.
F = 2RBMAMASN4G2LI De koppelconstante die nodig is om te selecteren is 40 m-
nm/a op basis van de gewenste prestaties ten opzichte van andere beschikbare motoren [2].
Het elektronische bedieningscircuit is vereist voor de motorregeling van de BLDC.
Om de BLDC -motor te roteren, afhankelijk van de positie van de rotor, moet de wikkeling worden ingeschakeld in de gedefinieerde volgorde.
De rotorpositie wordt gedetecteerd met behulp van de Hall -sensor ingebed in de stator.
Figuur 3 toont een schematisch diagram van het BLDC -motorbesturingsschema.
De Hall -sensor is ingebed in de stator met drie motorwikkelingen, wat een digitale uitgang biedt die overeenkomt met of het Noordpoolgebied of Antarctica het dichtst bij de sensor ligt.
Op basis van deze digitale uitgang biedt de microcontroller de fasevolgorde voor de motorrijder, waardoor het vermogen wordt geleverd aan de overeenkomstige wikkeling.
Elke faseveranderingssequentiekolom heeft een wikkeling op een positieve spanning, een kronkelend aangedreven op negatieve spanning en een kronkelend aangedreven op negatieve spanning.
De faseveranderingssequentie bestaat uit zes stappen die de output van de Hall -sensor correleren met de uitgang van de wikkeling die moet worden ingeschakeld.
Tabel 3 hieronder geeft een voorbeeld van een rotatie met de klok mee.
Het uiteindelijke ontwerp bestaat uit 4 verschillende onderdelen;
Onder behuizing, rotor, bovenbehuizing en solenoïde zoals weergegeven in figuur 4 hieronder. Afbeelding 4: (a)
Bodemschil (B) Rotor (C) Solenoïde (D)
Assemblagemotor (E) bovenste assemblage.
Alle onderdelen worden weergegeven in de richting waarin ze worden afgedrukt.
De onderste behuizing, zoals getoond in figuur 4 (a)
het onderste deksel van de motor.
Rotor, zoals getoond in figuur 4 (b)
, bevat 8 magneten, 4 voor het besturen van de motor, en 4 voor het verstrekken van positiegegevens aan de Hall -sensor.
Zoals getoond in figuur 4 glijdt de rotor naar de onderste schaal van de glijdende lagerstijl (d).
De schaal aan de bovenkant, zoals weergegeven in figuur 4 (e)
, gemonteerd op de rotor en verbonden met de onderkant om de motor te sluiten.
De bovenste behuizing bevat 3-hall positiesensoren, evenals een driehoekige uitsnijding waarmee de schroefbuis in de behuizing kan klikken.
Solenoïde Zoals getoond in figuur 4 (c)
, plaats het driehoeken in het midden ervan om hen in staat te stellen zich aan te passen aan de gaten in de bovenste behuizing, die zelf verticaal in overeenstemming is met de rotormagneet.
Alle eerder beschreven onderdelen worden afgedrukt op MakerBot Replicator 2.
Onderdelen kunnen tegelijkertijd worden afgedrukt en verschillende drukparameters zullen waarschijnlijk bevredigende resultaten opleveren.
Het eindproduct wordt gedrukt in transparant PLA -plastic, met een vulbedrag van 20% en een vulhoeveelheid van 0,2
mm vloerhoogte.
Door herhaalde proeven blijkt dat delen die met elkaar zijn verbonden zonder te schuiven, zoals de boven- en onderste schalen, moeten worden afgedrukt op 0.
Voeg 25 mm toe aan alle kanten, terwijl onderdelen gratis schuiven, zoals rotoren, moeten worden afgedrukt op 0.
4 mm ruimte rond.
De magneet- en Hall -effectsensor print naar de rechterkant van de bovenkant van de opening door de rechter interne leegte op de juiste plaats te ontwerpen, pauzeren afdrukken en het apparaat in te voegen, in de montage te worden ingevoegd en vervolgens door te gaan met afdrukken.
De juiste pauzehoogte wordt gegeven in tabel 4 hieronder.
Het 3D -printstuk kan van de MakerBot worden verwijderd en kan worden samengesteld na het verwijderen van het overtollige plastic uit het vlot.
Deze onderdelen moeten zonder veel moeite soepel worden samengesteld.
Solenoïde Solenoïde heeft de laatste solenoidprocessing nodig.
Elke magneet is ongeveer 400 keer verpakt met een 26 GW magneetlijn.
Dit proces kan worden versneld door de solenoïde op het boor te draaien.
Zorg ervoor dat elke solenoïde in dezelfde richting is verpakt, zodat de resulterende solenoïde dezelfde polariteit heeft.
Zodra de solenoïde gereed is, moeten ze in de schaal bovenaan worden gebroken.
Sterke lijm kan hier worden gebruikt om de verbinding te versterken.
De circuitelementen moeten met elkaar worden verbonden volgens het volgende schematische diagram.
De VCC van de L6234 Motor Driver kan overal zijn van 7 V tot 42 V, maar ik raad aan om de motor te runnen zonder hoger te zijn dan 12ish V.
Het programma geschreven door Arduino om de volgorde van de faseverandering te regelen is te vinden in het programma, dat volgens deze handleiding wordt aangepast.
De toekomstige verbetering van de motor kan worden verdeeld in vier categorieën;
Mechanische optimalisatie, efficiëntieverbetering, verbetering van de controle en toepassing.
De eerste stap in toekomstig werk zou moeten zijn om de
koppelsnelheid en efficiëntie van de huidige motor te testen.
De besturing van de motor kan worden bereikt met behulp van een hardwaremethode in plaats van een softwaremethode, die de kosten en schaal van de implementatie aanzienlijk zullen verlagen.
Hier is een korte beschrijving van hoe dit kan worden bereikt-
er zijn veel gebieden waar het mechanische ontwerp van de motor kan worden geoptimaliseerd.
De solenoïde kan eenvoudig worden ingebracht in het hoofdlichaam van de motor.
De grootte van de motor kan aanzienlijk worden verminderd.
De grootte van de positiemagneet kan sterk worden verminderd om het koppel van de rotor te verminderen.
Het motorontwerp kan worden geparametreerd en in verschillende maten worden gedrukt.
De efficiëntie van de motor kan worden geoptimaliseerd door het
kenmerk van het koppelsnelheid binnen het bereik van de toegepaste spanning te controleren.
Als de volledig geoptimaliseerde 3D -printmotor kan worden geparametreerd en in verschillende maten en beoordelingen kan worden afgedrukt, is het applicatiebereik erg breed.
Dit is mijn Evernote -notebook met veel artikelen en links die ik heb bestudeerd tijdens het doen van dit project.
Belangrijke bronnen [1]
Basisprincipe van DC Motor-
Padmaraja Yedamale-
Begrijp DC-motor