Jeg designet og 3D-printet en børsteløs DC (BLDC)
motor og kontrollmotor ved hjelp av Arduino.
I tillegg til magneter, solenoidvikling og Hall-effektsensorer, er alle komponenter i motoren trykt med Makerbot Replicator 2.
Videoen viser den ferdige fungerende motoren.
Denne instruksjonsfilen leveres som pdf sammen med cad-filer og motorkontrollprogrammer.
Arduinos motorkontrollprogram: bruk filen, se gjennom, endre designet gratis, eller gjør hva du vil med den!
Dette prosjektet krever 3D-skrivere, arduino-mikrokontrollere og grunnleggende elektroniske verktøy som multimeter, oscilloskop, strømforsyning og elektriske komponenter.
Komplett liste over deler og verktøy jeg bruker.
Tabell 1 viser kostnadene ved å produsere motoren.
Elektriske komponenter som motstander og kondensatorer er ikke inkludert fordi kostnaden er ubetydelig i forhold til totalkostnaden for motoren.
Ekskludert Arduino mikrokontrollere og batterier, er den totale kostnaden for å produsere motoren $27. 71.
Det skal påpekes at reduksjon av kostnader ikke er toppprioritet. optimering kan redusere produksjonskostnadene.
Basert på prinsippet om at motoren skal være lett å bruke lett tilgjengelige deler for å konstruere, er designspesifikasjonene til DC-motoren etablert, og skal gi den typen som ligner på kvalitetsytelsen til mange kommersielle DC-motorer, små elektriske vifter.
Motoren er designet for å være 3-fase, 4-
polar likestrømsmotor med 4-
N52-magneten på rotoren og den 3-tråds viklede solenoiden festet til statoren.
På grunn av den økte effektiviteten reduseres antallet mekaniske deler, og friksjonen reduseres, den børsteløse designen er valgt.
N52-magneten er valgt for sin styrke, pris og enkel tilgang.
I delen \'bldc motor control\' vil børsteløs motorstyring bli diskutert videre.
Tabell 2 viser sammenligningen mellom DC-motoren og børstemotoren.
Solenoid i 8-
12 V, styrt av en elektrisk bryterkrets.
Hall-sensoren vil gi plasseringsinformasjon om når kretsen skal byttes.
Følgende ligninger brukes til å estimere ytelsen til motoren, og dermed skape den første motordesignen.
Hvis du vil se disse ligningene, ta en titt på pdf-en som er koblet til i introen, så blir de rotete.
Kraften mellom de to magnetene på en viss avstand kan grovt sett være tilnærmet med følgende ligning: F = BmAmBsAs/4g2, hvor B er magnetfelttettheten på overflaten av magneten og A er arealet til magneten, g er avstanden mellom to magneter.
Bs, magnetfeltet til solenoiden er gitt av: B = NIl, hvor I er strømmen, N er antall pakker, og l er lengden på solenoiden.
I motoren er det maksimale dreiemomentet beregnet til å være: t = 2 fr hvor r er radius og valget er 25 mm.
Kombinert med disse ligningene kan et lineært uttrykk for utgangsmomentet assosiert med inngangsstrømmen til en gitt solenoidgeometri oppnås.
F = 2rbmamasn4g2li momentkonstanten som kreves for å velge er 40 m-
Nm/A basert på ønsket ytelse i forhold til andre tilgjengelige motorer [2].
Den elektroniske kontrollkretsen er nødvendig for motorstyringen til BLDC.
For å rotere BLDC-motoren, avhengig av rotorens posisjon, må viklingen slås på i den definerte rekkefølgen.
Rotorposisjonen detekteres ved hjelp av hallsensoren innebygd i statoren.
Figur 3 viser et skjematisk diagram av BLDC-motorkontrollskjemaet.
Hall-sensoren er innebygd i statoren med tre motorviklinger, og gir en digital utgang tilsvarende om Arktis eller Antarktis er nærmest sensoren.
Basert på denne digitale utgangen gir mikrokontrolleren fasesekvensen for motordriveren, og leverer dermed strøm til den tilsvarende viklingen.
Hver faseendringssekvenskolonne har en vikling slått på til positiv spenning, en vikling slått på til negativ spenning og en vikling slått på til negativ spenning.
Faseendringssekvensen består av seks trinn som korrelerer hallsensorutgangen med utgangen til viklingen som skal slås på.
Tabell 3 nedenfor gir et eksempel på rotasjon med klokken.
Det endelige designet består av 4 forskjellige deler;
Bunnhus, rotor, topphus og solenoid som vist i figur 4 nedenfor. Figur 4: (a)
Bunnskall (b) Rotor (c) Solenoid (d)
Monteringsmotor (e) Toppmontering.
Alle deler vises i den retningen de er skrevet ut.
Bunnkapslingen, som vist i figur 4 (a)
Bunndekselet til motoren.
Rotor, som vist i figur 4 (b)
, inneholder 8 magneter, 4 for å drive motoren og 4 for å gi posisjonsdata til Hall-sensoren.
Som vist i figur 4 glir rotoren til bunnskallet på glidelageret (d).
Skallet på toppen, som vist i figur 4 (e)
, Montert på rotoren og koblet til bunnen for å lukke motoren.
Topphuset inneholder 3 hallposisjonssensorer, samt en trekantet utskjæring som lar skruerøret smekke inn i huset.
Solenoid som vist i figur 4 (c)
, Plasser trekanter i midten av dem slik at de kan justeres med hullene i topphuset, som selv er på linje med rotormagneten.
Alle delene beskrevet tidligere er trykt på Makerbot Replicator 2.
Deler kan skrives ut samtidig, og ulike utskriftsparametere vil sannsynligvis gi tilfredsstillende resultater.
Sluttproduktet er trykt i transparent PLA-plast, med fyllmengde på 20 % og fyllmengde på 0,20
mm gulvhøyde.
Gjennom gjentatte forsøk finner man at deler som er koblet sammen uten å skli, slik som topp- og bunnskall, skal skrives ut med 0.
Legg til 25 mm på alle sider, mens deler for fri glidning, som rotorer, skal skrives ut med 0,4
mm mellomrom rundt.
Magneten og Hall-effektsensoren skriver ut til høyre nederst på toppen av gapet ved å designe det riktige indre tomrommet på rett sted, pause utskriften og sett inn enheten, settes inn i enheten, og fortsett deretter utskriften.
Den passende pausehøyden er gitt i tabell 4 nedenfor.
3D-utskriftsstykket kan fjernes fra Makerbot og kan settes sammen etter å ha fjernet overflødig plast fra flåten.
Disse delene bør settes sammen uten stor innsats.
Solenoid solenoid trenger den siste solenoid behandlingen.
Hver solenoid er pakket rundt 400 ganger med en 26gw magnetlinje.
Denne prosessen kan akselereres ved å vri solenoiden på borkronen.
Pass på at hver solenoid er pakket i samme retning slik at den resulterende solenoiden har samme polaritet.
Når solenoiden er klar, skal de klikkes inn i skallet på toppen.
Her kan det brukes sterkt lim for å styrke forbindelsen.
Kretselementene skal kobles sammen i henhold til følgende skjematiske diagram.
VCC-en til L6234-motordriveren kan være alt fra 7 v til 42 V, men jeg anbefaler å kjøre motoren uten å være høyere enn 12ish V.
Programmet skrevet av Arduino for å kontrollere faseendringsrekkefølgen finner du i programmet, som er tilpasset i henhold til denne håndboken.
Den fremtidige forbedringen av motoren kan deles inn i fire kategorier;
Mekanisk optimalisering, effektivitetsforbedring, kontrollforbedring og anvendelse.
Det første trinnet i ethvert fremtidig arbeid bør være å teste dreiemomentet
Hastighet og effektivitet til gjeldende motor.
Kontrollen av motoren kan oppnås ved hjelp av en maskinvaremetode i stedet for en programvaremetode, noe som i stor grad vil redusere kostnadene og omfanget av implementeringen.
Her er en kort beskrivelse av hvordan dette kan oppnås-
Det er mange områder hvor den mekaniske utformingen av motoren kan optimaliseres.
Solenoiden kan enkelt settes inn i hoveddelen av motoren.
Størrelsen på motoren kan reduseres betydelig.
Størrelsen på posisjonsmagneten kan reduseres kraftig for å redusere dreiemomentet til rotoren.
Motordesignet kan parametriseres og skrives ut i en rekke forskjellige størrelser.
Effektiviteten til motoren kan optimaliseres ved å kontrollere dreiemomenthastighetskarakteristikken
innenfor området for påført spenning.
Hvis den fullt optimaliserte 3D-utskriftsmotoren kan parametriseres og skrives ut i en rekke forskjellige størrelser og klassifiseringer, vil bruksområdet være svært bredt.
Dette er min evernote-notisbok med mange artikler og lenker jeg studerte mens jeg gjorde dette prosjektet.
Viktige kilder[1]
Grunnleggende prinsipp for DC-motor-
Padmaraja Yedamale-
Forstå DC-motor
