Am proiectat și imprimat 3D un
motor DC (BLDC) fără perii și un motor de control folosind Arduino.
În plus față de magneți, înfășurarea solenoidului și senzorii cu efect Hall, toate componentele motorului sunt imprimate cu Makerbot Replicator 2.
Videoclipul arată motorul finit.
Acest instructor este furnizat ca pdf împreună cu fișiere cad și programe de control al motorului.
Programul de control al motorului Arduino: utilizați fișierul, revizuiți, schimbați designul gratuit sau faceți ce doriți cu el!
Acest proiect necesită imprimante 3D, microcontrolere arduino și instrumente electronice de bază, cum ar fi multimetru, osciloscop, sursă de alimentare și componente electrice.
Lista completă a pieselor și instrumentelor pe care le folosesc.
Tabelul 1 arată costul de fabricație a motorului.
Componentele electrice precum rezistențele și condensatorii nu sunt incluse deoarece costul este neglijabil în raport cu costul total al motorului.
Excluzând micro-controlerele și bateriile Arduino, costul total de fabricație a motorului este de 27 USD. 71.
Trebuie subliniat că reducerea costurilor nu este prioritatea principală. optimizarea poate reduce costurile de producție.
Pe baza principiului că motorul ar trebui să fie ușor de utilizat piese ușor accesibile pentru a construi, specificațiile de proiectare ale motorului de curent continuu sunt stabilite și ar trebui să ofere un tip similar cu performanța calitativă a multor motoare de curent continuu comerciale, ventilatoare electrice mici.
Motorul este proiectat să fie trifazat, 4-
Polar DC cu 4-
Magnetul N52 pe rotor și solenoidul cu 3 fire atașat la stator.
Datorită eficienței crescute, numărul de piese mecanice este redus, iar frecarea este redusă, este selectat designul fără perii.
Magnetul N52 este ales pentru puterea, prețul și ușurința de acces.
În secțiunea \'control motor bldc\', controlul motorului fără perii va fi discutat în continuare.
Tabelul 2 arată comparația dintre motorul de curent continuu și motorul cu perie.
Solenoid în
8-12 V, controlat de un circuit de comutator electric.
Senzorul Hall va furniza informații despre locație despre când circuitul va fi schimbat.
Următoarele ecuații sunt folosite pentru a estima performanța motorului, creând astfel proiectul inițial al motorului.
Dacă doriți să vedeți aceste ecuații, aruncați o privire la pdf-ul legat în intro și se încurcă.
Forța dintre cei doi magneți la O anumită distanță poate fi aproximativ aproximativă cu următoarea ecuație: F = BmAmBsAs/4g2, unde B este densitatea câmpului magnetic de pe suprafața magnetului și A este aria magnetului, g este distanța dintre doi magneți.
Bs, câmpul magnetic al solenoidului este dat de: B = NIl, unde I este curentul, N este numărul de pachete și l este lungimea solenoidului.
În motor, cuplul maxim este estimat a fi: t = 2, unde r este raza și selecția este de 25 mm.
În combinație cu aceste ecuații, se poate obține o expresie liniară a cuplului de ieșire asociat cu curentul de intrare al unei anumite geometrii de solenoid.
F = 2rbmamasn4g2li constanta de cuplu necesară pentru a selecta este de 40 m-
Nm/A pe baza performanței dorite în raport cu alte motoare disponibile [2].
Circuitul de control electronic este necesar pentru controlul motorului BLDC.
Pentru a roti motorul BLDC, în funcție de poziția rotorului, înfășurarea trebuie pornită în ordinea definită.
Poziția rotorului este detectată folosind senzorul Hall încorporat în stator.
Figura 3 prezintă o diagramă schematică a schemei de control al motorului BLDC.
Senzorul Hall este încorporat în stator cu trei înfășurări ale motorului, oferind o ieșire digitală corespunzătoare dacă Arctica sau Antarctica este cel mai aproape de senzor.
Pe baza acestei ieșiri digitale, microcontrolerul furnizează secvența fazelor pentru driverul motorului, furnizând astfel putere înfășurării corespunzătoare.
Fiecare coloană de secvență de schimbare de fază are o înfășurare alimentată la tensiune pozitivă, o înfășurare alimentată la tensiune negativă și o înfășurare alimentată la tensiune negativă.
Secvența de schimbare a fazei constă din șase pași care corelează ieșirea senzorului Hall cu ieșirea înfășurării care ar trebui să fie pornită.
Tabelul 3 de mai jos oferă un exemplu de rotație în sensul acelor de ceasornic.
Designul final constă din 4 părți diferite;
Carcasa inferioară, rotorul, carcasa superioară și solenoid, așa cum se arată în Figura 4 de mai jos. Figura 4: (a)
Carcasă inferioară (b) Rotor (c) Solenoid (d)
Motor de asamblare (e) Ansamblu de sus.
Toate piesele sunt afișate în direcția în care sunt imprimate.
Carcasa inferioară, așa cum se arată în Figura 4 (a)
Capacul inferior al motorului.
Rotorul, așa cum se arată în Figura 4 (b)
, conține 8 magneți, 4 pentru acționarea motorului și 4 pentru furnizarea datelor de poziție senzorului Hall.
După cum se arată în figura 4, rotorul alunecă spre carcasa inferioară a stilului de rulment de alunecare (d).
Carcasa din partea de sus, așa cum se arată în Figura 4 (e)
, Montată pe rotor și conectată la partea de jos pentru a închide motorul.
Carcasa superioară conține 3 senzori de poziție hall, precum și o decupare triunghiulară care permite tubului șurub să se fixeze în carcasă.
Solenoid, așa cum se arată în Figura 4 (c)
, plasați triunghiuri în centrul acestora pentru a le permite să se alinieze cu găurile din carcasa superioară, care ele însele se aliniază vertical cu magnetul rotorului.
Toate piesele descrise mai devreme sunt tipărite pe Makerbot Replicator 2.
Părțile pot fi imprimate în același timp, iar diferiți parametri de imprimare sunt susceptibili de a produce rezultate satisfăcătoare.
Produsul final este imprimat în plastic PLA transparent, cu o cantitate de umplere de 20% și o cantitate de umplere de 0,
20 mm înălțimea podelei.
Prin încercări repetate, s-a descoperit că piesele care sunt conectate între ele fără alunecare, cum ar fi carcasele de sus și de jos, ar trebui să fie imprimate la 0.
Adăugați 25 mm pe toate părțile, în timp ce părțile pentru alunecare liberă, cum ar fi rotoarele, ar trebui să fie imprimate la
un spațiu de 0,4 mm în jur.
Magnetul și senzorul cu efect Hall se imprimă în partea de jos din dreapta a părții superioare a golului prin proiectarea golului intern corect în locul potrivit, întrerupeți imprimarea și introduceți dispozitivul, fiți introduși în ansamblu și apoi continuați imprimarea.
Înălțimea de pauză corespunzătoare este dată în Tabelul 4 de mai jos.
Piesa de imprimare 3D poate fi scoasă din Makerbot și poate fi asamblată împreună după îndepărtarea excesului de plastic din plută.
Aceste părți ar trebui asamblate fără probleme, fără prea mult efort.
Solenoidul solenoid necesită ultima procesare a solenoidului.
Fiecare solenoid este înfășurat de aproximativ 400 de ori cu o linie de magnet de 26 gw.
Acest proces poate fi accelerat prin rotirea solenoidului pe burghiu.
Asigurați-vă că fiecare solenoid este împachetat în aceeași direcție, astfel încât solenoidul rezultat să aibă aceeași polaritate.
Odată ce solenoidul este gata, acestea ar trebui să fie prinse în carcasă din partea de sus.
Adeziv puternic poate fi folosit aici pentru a consolida conexiunea.
Elementele circuitului trebuie conectate între ele în conformitate cu următoarea diagramă schematică.
VCC-ul driverului de motor L6234 poate fi oriunde de la 7 v la 42 V, dar recomand să ruleze motorul fără a fi mai mare de 12 V.
Programul scris de Arduino pentru a controla ordinea schimbării fazei poate fi găsit în program, care este adaptat conform acestui manual.
Îmbunătățirea viitoare a motorului poate fi împărțită în patru categorii;
Optimizare mecanică, îmbunătățire a eficienței, îmbunătățire a controlului și aplicare.
Primul pas în orice lucrare viitoare ar trebui să fie testarea cuplului
Viteza și eficiența motorului actual.
Controlul motorului poate fi realizat folosind o metodă hardware mai degrabă decât o metodă software, ceea ce va reduce foarte mult costul și amploarea implementării.
Iată o scurtă descriere a modului în care se poate realiza acest lucru -
Există multe domenii în care designul mecanic al motorului poate fi optimizat.
Solenoidul poate fi introdus simplu în corpul principal al motorului.
Dimensiunea motorului poate fi redusă semnificativ.
Mărimea magnetului de poziție poate fi redusă foarte mult pentru a reduce cuplul rotorului.
Designul motorului poate fi parametrizat și imprimat într-o varietate de dimensiuni diferite.
Eficiența motorului poate fi optimizată prin verificarea
caracteristicii vitezei cuplului în domeniul tensiunii aplicate.
Dacă motorul de imprimare 3D complet optimizat poate fi parametrizat și imprimat într-o varietate de dimensiuni și evaluări diferite, domeniul de aplicare va fi foarte larg.
Acesta este caietul meu evernote cu o mulțime de articole și link-uri pe care le-am studiat în timpul acestui proiect.
Surse importante[1]
Principiul de bază al motorului DC-
Padmaraja Yedamale-
Înțelegeți motorul DC
