Motor DC impresso em 3D

Projetei e imprimi em 3D um
motor DC sem escova (BLDC) e um motor de controle usando Arduino.
Além de ímãs, enrolamento solenóide e sensores de efeito Hall, todos os componentes do motor são impressos com Makerbot Replicator 2.
O vídeo mostra o motor finalizado em funcionamento.
Este manual é fornecido em PDF junto com arquivos cad e programas de controle de motor.
Programa de controle de motor do Arduino: use o arquivo, revise, altere o design gratuitamente ou faça o que quiser com ele!
Este projeto requer impressoras 3D, microcontroladores Arduino e ferramentas eletrônicas básicas como multímetro, osciloscópio, fonte de alimentação e componentes elétricos.
Lista completa de peças e ferramentas que utilizo.
A Tabela 1 mostra o custo de fabricação do motor.
Componentes elétricos como resistores e capacitores não estão incluídos porque o custo é insignificante em relação ao custo total do motor.
Excluindo microcontroladores e baterias Arduino, o custo total de fabricação do motor é de US$ 27. 71.
Deve salientar-se que a redução de custos não é a principal prioridade. a otimização pode reduzir os custos de produção.
Com base no princípio de que o motor deve ser fácil de usar, peças de fácil acesso para construção, as especificações de projeto do motor DC são estabelecidas e devem fornecer um tipo semelhante ao desempenho de qualidade de muitos motores DC comerciais, pequenos ventiladores elétricos.
O motor foi projetado para ser um motor CC trifásico e 4
polares com 4-
O ímã N52 no rotor e o solenóide enrolado de 3 fios conectado ao estator.
Devido ao aumento da eficiência, o número de peças mecânicas é reduzido e o atrito é reduzido, o design sem escova é selecionado.
O ímã N52 é escolhido por sua resistência, preço e facilidade de acesso.
Na seção \'controle do motor bldc\', o controle do motor sem escova será discutido mais detalhadamente.
A Tabela 2 mostra a comparação entre o motor DC e o motor escova.
Solenóide em
8-12 V, controlado por circuito elétrico.
O sensor Hall fornecerá informações de localização sobre quando o circuito será trocado.
As equações a seguir são usadas para estimar o desempenho do motor, criando assim o projeto inicial do motor.
Se você quiser ver essas equações, dê uma olhada no pdf vinculado na introdução e elas ficarão confusas.
A força entre os dois ímãs a uma certa distância pode ser aproximadamente aproximada com a seguinte equação: F = BmAmBsAs/4g2, onde B é a densidade do campo magnético na superfície do ímã e A é a área do ímã, g é a distância entre dois ímãs.
Bs, o campo magnético do solenóide é dado por: B = NIl, onde I é a corrente, N é o número de pacotes e l é o comprimento do solenóide.
No motor, o torque máximo é estimado em: t = 2 fr onde r é o raio e a seleção é 25mm.
Combinada com estas equações, uma expressão linear do torque de saída associado à corrente de entrada de uma determinada geometria do solenóide pode ser obtida.
F = 2rbmamasn4g2li a constante de torque necessária para selecionar é 40 m-
Nm/A com base no desempenho desejado em relação a outros motores disponíveis [2].
O circuito de controle eletrônico é necessário para o controle do motor do BLDC.
Para girar o motor BLDC, dependendo da posição do rotor, o enrolamento deve ser ligado na ordem definida.
A posição do rotor é detectada usando o sensor Hall embutido no estator.
A Figura 3 mostra um diagrama esquemático do esquema de controle do motor BLDC.
O sensor Hall está embutido no estator com três enrolamentos do motor, fornecendo uma saída digital correspondente se o Ártico ou a Antártida está mais próximo do sensor.
Com base nesta saída digital, o microcontrolador fornece a sequência de fases para o driver do motor, fornecendo energia ao enrolamento correspondente.
Cada coluna de sequência de mudança de fase possui um enrolamento ligado à tensão positiva, um enrolamento ligado à tensão negativa e um enrolamento ligado à tensão negativa.
A sequência de mudança de fase consiste em seis etapas que correlacionam a saída do sensor Hall com a saída do enrolamento que deve ser energizado.
A Tabela 3 abaixo dá um exemplo de rotação no sentido horário.
O desenho final consiste em 4 partes diferentes;
Carcaça inferior, rotor, carcaça superior e solenóide conforme mostrado na Figura 4 abaixo. Figura 4: (a)
Invólucro inferior (b) Rotor (c) Solenóide (d)
Motor de montagem (e) Conjunto superior.
Todas as peças são exibidas na direção em que são impressas.
O invólucro inferior, conforme mostrado na Figura 4 (a)
A tampa inferior do motor.
O rotor, conforme mostrado na Figura 4 (b)
, contém 8 ímãs, 4 para acionar o motor e 4 para fornecer dados de posição ao sensor Hall.
Conforme mostrado na figura 4, o rotor desliza para o casco inferior do mancal deslizante (d).
A carcaça na parte superior, conforme mostrado na Figura 4 (e)
, é montada no rotor e conectada à parte inferior para fechar o motor.
A caixa superior contém 3 sensores de posição Hall, bem como um recorte triangular que permite que o tubo do parafuso se encaixe na caixa.
Solenóide conforme mostrado na Figura 4 (c)
. Coloque triângulos no centro deles para permitir que eles se alinhem com os orifícios na carcaça superior, que se alinham verticalmente com o ímã do rotor.
Todas as peças descritas anteriormente são impressas no Makerbot Replicator 2.
As peças podem ser impressas ao mesmo tempo e vários parâmetros de impressão provavelmente produzirão resultados satisfatórios.
O produto final é impresso em plástico PLA transparente, com enchimento de 20% e enchimento de 0,20
mm de altura do piso.
Através de repetidas tentativas, descobriu-se que as peças que são conectadas entre si sem deslizamento, como as conchas superior e inferior, devem ser impressas em 0.
Adicione 25 mm a todos os lados, enquanto as peças para deslizamento livre, como rotores, devem ser impressas em 0,4
mm de espaço ao redor.
O ímã e o sensor de efeito Hall são impressos na parte inferior direita da parte superior da lacuna, projetando o vazio interno direito no lugar certo, pausando a impressão e inserindo o dispositivo, sendo inserido na montagem e, em seguida, continuando a imprimir.
A altura de pausa apropriada é fornecida na Tabela 4 abaixo.
A peça impressa em 3D pode ser removida do Makerbot e montada após a remoção do excesso de plástico da jangada.
Essas peças devem ser montadas suavemente, sem muito esforço.
Solenóide solenóide precisa do último solenóideprocessamento.
Cada solenóide é enrolado cerca de 400 vezes com uma linha magnética de 26gw.
Este processo pode ser acelerado girando o solenóide da broca.
Certifique-se de que cada solenóide esteja embalado na mesma direção para que o solenóide resultante tenha a mesma polaridade.
Assim que o solenóide estiver pronto, eles devem ser encaixados na carcaça na parte superior.
Cola forte pode ser usada aqui para fortalecer a conexão.
Os elementos do circuito devem ser conectados entre si de acordo com o diagrama esquemático a seguir.
O VCC do driver do motor L6234 pode estar entre 7 V e 42 V, mas recomendo ligar o motor sem ser superior a 12 V.
O programa escrito pelo Arduino para controlar a ordem de mudança de fase pode ser encontrado no programa, que é adaptado de acordo com este manual.
A melhoria futura do motor pode ser dividida em quatro categorias;
Otimização mecânica, melhoria de eficiência, melhoria de controle e aplicação.
O primeiro passo em qualquer trabalho futuro deve ser testar a
velocidade do torque e a eficiência do motor atual.
O controle do motor pode ser obtido usando um método de hardware em vez de um método de software, o que reduzirá bastante o custo e a escala da implementação.
Aqui está uma breve descrição de como isso pode ser alcançado.
Existem muitas áreas onde o projeto mecânico do motor pode ser otimizado.
O solenóide pode ser simplesmente inserido no corpo principal do motor.
O tamanho do motor pode ser reduzido significativamente.
O tamanho do ímã de posição pode ser bastante reduzido para reduzir o torque do rotor.
O design do motor pode ser parametrizado e impresso em diversos tamanhos.
A eficiência do motor pode ser otimizada verificando a
característica de velocidade do torque dentro da faixa de tensão aplicada.
Se o motor de impressão 3D totalmente otimizado puder ser parametrizado e impresso em uma variedade de tamanhos e classificações diferentes, a gama de aplicações será muito ampla.
Este é meu caderno evernote com muitos artigos e links que estudei enquanto fazia este projeto.
Fontes importantes[1]
Princípio básico do motor DC -
Padmaraja Yedamale -
Entenda o motor DC