Navrhol som a 3D vytlačil bezkartáčový jednosmerný (BLDC)
motor a riadiaci motor pomocou Arduina.
Okrem magnetov, solenoidového vinutia a snímačov Hallovho efektu sú všetky komponenty motora vytlačené pomocou Makerbot Replicator 2.
Video ukazuje hotový pracovný motor.
Tento návod je poskytovaný ako pdf spolu so súbormi CAD a programami na ovládanie motora.
Program na ovládanie motora Arduino: použite súbor, skontrolujte, zmeňte dizajn zadarmo alebo si s ním robte, čo chcete!
Tento projekt vyžaduje 3D tlačiarne, mikrokontroléry arduino a základné elektronické nástroje ako multimeter, osciloskop, napájací zdroj a elektrické komponenty.
Kompletný zoznam dielov a nástrojov, ktoré používam.
Tabuľka 1 ukazuje náklady na výrobu motora.
Elektrické komponenty, ako sú odpory a kondenzátory, nie sú zahrnuté, pretože náklady sú zanedbateľné v porovnaní s celkovými nákladmi motora.
S výnimkou mikrokontrolérov a batérií Arduino sú celkové náklady na výrobu motora 27 USD. 71.
Treba zdôrazniť, že zníženie nákladov nie je najvyššou prioritou. optimalizácia môže znížiť výrobné náklady.
Na základe princípu, že motor by mal byť ľahko použiteľné a ľahko dostupné časti na konštrukciu, sú stanovené konštrukčné špecifikácie jednosmerného motora a mali by poskytovať druh podobný kvalitnému výkonu mnohých komerčných jednosmerných motorov, malých elektrických ventilátorov.
Motor je navrhnutý ako 3-fázový, 4-
polárny jednosmerný motor so 4-
magnetom N52 na rotore a 3-vodičovým vinutým solenoidom pripojeným k statoru.
Kvôli zvýšenej účinnosti sa zníži počet mechanických častí a zníži sa trenie, zvolí sa bezkartáčový dizajn.
Magnet N52 je vybraný pre svoju silu, cenu a ľahký prístup.
V časti \'riadenie motora bldc\' sa bude ďalej diskutovať o ovládaní bezkefkového motora.
Tabuľka 2 ukazuje porovnanie medzi jednosmerným motorom a motorom kefy.
Solenoid na
8-12 V, ovládaný elektrickým spínacím obvodom.
Hallov senzor poskytne informácie o polohe o tom, kedy bude obvod vymenený.
Nasledujúce rovnice sa používajú na odhad výkonu motora, čím sa vytvorí počiatočný návrh motora.
Ak chcete vidieť tieto rovnice, pozrite sa na pdf prepojený v úvode a budú zmätené.
Sila medzi dvoma magnetmi v určitej vzdialenosti môže byť približne aproximovaná pomocou nasledujúcej rovnice: F = BmAmBsAs/4g2, kde B je hustota magnetického poľa na povrchu magnetu a A je plocha magnetu, g je vzdialenosť medzi dvoma magnetmi.
Bs, magnetické pole solenoidu je dané: B = NIl, kde I je prúd, N je počet balení a l je dĺžka solenoidu.
V motore sa maximálny krútiaci moment odhaduje na: t = 2, kde r je polomer a výber je 25 mm.
V kombinácii s týmito rovnicami možno získať lineárne vyjadrenie výstupného krútiaceho momentu spojeného so vstupným prúdom danej geometrie elektromagnetu.
F = 2rbmamasn4g2li konštanta krútiaceho momentu potrebná na výber je 40 m-
Nm/A na základe požadovaného výkonu v porovnaní s inými dostupnými motormi [2].
Elektronický riadiaci obvod je potrebný na riadenie motora BLDC.
Na otáčanie motora BLDC v závislosti od polohy rotora musí byť vinutie zapnuté v definovanom poradí.
Poloha rotora sa zisťuje pomocou Hallovho snímača zabudovaného v statore.
Obrázok 3 zobrazuje schematický diagram schémy riadenia motora BLDC.
Hallov senzor je zabudovaný v statore s tromi vinutiami motora, ktoré poskytujú digitálny výstup zodpovedajúci tomu, či je k senzoru najbližšie Arktída alebo Antarktída.
Na základe tohto digitálneho výstupu poskytuje mikrokontrolér sled fáz pre budič motora, čím dodáva energiu do zodpovedajúceho vinutia.
Každý stĺpec sekvencie zmeny fázy má vinutie napájané kladným napätím, vinutie napájané záporným napätím a vinutie napájané záporným napätím.
Sekvencia zmeny fázy pozostáva zo šiestich krokov, ktoré korelujú výstup Hallovho senzora s výstupom vinutia, ktoré by malo byť napájané.
Tabuľka 3 nižšie uvádza príklad otáčania v smere hodinových ručičiek.
Konečný dizajn pozostáva zo 4 rôznych častí;
Spodný kryt, rotor, horný kryt a solenoid, ako je znázornené na obrázku 4 nižšie. Obrázok 4: (a)
Spodný kryt (b) Rotor (c ) Solenoid (d)
Motor zostavy (e) Horná zostava.
Všetky časti sú zobrazené v smere, v akom sú vytlačené.
Spodný kryt, ako je znázornené na obrázku 4 (a)
Spodný kryt motora.
Rotor, ako je znázornený na obrázku 4 (b)
, obsahuje 8 magnetov, 4 na pohon motora a 4 na poskytovanie údajov o polohe Hallovmu senzoru.
Ako je znázornené na obrázku 4, rotor sa posúva na spodný plášť typu klzného ložiska (d).
Plášť v hornej časti, ako je znázornené na obrázku 4 (e)
, namontovaný na rotore a pripojený k spodnej časti na zatvorenie motora.
Horné puzdro obsahuje 3 hallové snímače polohy, ako aj trojuholníkový výrez, ktorý umožňuje zacvaknutie skrutkovacej rúrky do puzdra.
Solenoid, ako je znázornené na obrázku 4 (c)
, umiestnite do stredu trojuholníky, aby sa mohli zarovnať s otvormi v hornom kryte, ktoré sú vertikálne zarovnané s magnetom rotora.
Všetky časti opísané vyššie sú vytlačené na Makerbot Replicator 2.
Časti je možné tlačiť súčasne a rôzne parametre tlače pravdepodobne poskytnú uspokojivé výsledky.
Finálny produkt je vytlačený v priehľadnom PLA plastu, s množstvom náplne 20% a množstvom náplne 0,20
mm výšky podlahy.
Opakovanými skúškami sa zistilo, že časti, ktoré sú spolu spojené bez kĺzania, ako napríklad horný a spodný plášť, by mali byť vytlačené na 0.
Pridajte 25 mm na všetky strany, zatiaľ čo časti na voľné posúvanie, ako sú rotory, by mali byť vytlačené s
priestorom 0,4 mm.
Magnet a snímač Hallovho efektu vytlačia do pravého spodku hornej časti medzery tak, že navrhnú pravú vnútornú medzeru na správnom mieste, pozastavíte tlač a vložte zariadenie, vložíte ho do zostavy a potom pokračujete v tlači.
Príslušná výška pauzy je uvedená v tabuľke 4 nižšie.
3D výtlačok je možné z Makerbot vybrať a po odstránení prebytočného plastu z raftu ho zložiť.
Tieto časti by sa mali dať dohromady hladko bez veľkého úsilia.
Solenoid solenoidu potrebuje posledné spracovanie solenoidu.
Každý solenoid je obalený asi 400-krát 26gw magnetickým vedením.
Tento proces je možné urýchliť otáčaním elektromagnetu na vrtáku.
Uistite sa, že každý solenoid je zabalený v rovnakom smere, aby výsledný solenoid mal rovnakú polaritu.
Keď je solenoid pripravený, mali by byť zacvaknuté do puzdra v hornej časti.
Tu je možné použiť silné lepidlo na spevnenie spojenia.
Prvky obvodu by mali byť navzájom spojené podľa nasledujúcej schémy.
VCC ovládača motora L6234 môže byť kdekoľvek od 7 v do 42 V, ale odporúčam spustiť motor bez toho, aby bol vyšší ako 12ish V.
Program napísaný Arduinom na ovládanie poradia zmeny fázy nájdete v programe, ktorý je prispôsobený podľa tohto návodu.
Budúce vylepšenie motora možno rozdeliť do štyroch kategórií;
Mechanická optimalizácia, zlepšenie účinnosti, zlepšenie riadenia a aplikácie.
Prvým krokom v akejkoľvek budúcej práci by malo byť testovanie
rýchlosti krútiaceho momentu a účinnosti súčasného motora.
Riadenie motora je možné dosiahnuť skôr hardvérovou ako softvérovou metódou, čo výrazne zníži náklady a rozsah implementácie.
Tu je stručný popis toho, ako sa to dá dosiahnuť –
Existuje mnoho oblastí, v ktorých je možné optimalizovať mechanickú konštrukciu motora.
Solenoid možno jednoducho vložiť do hlavného telesa motora.
Veľkosť motora sa dá výrazne zmenšiť.
Veľkosť polohového magnetu sa môže výrazne zmenšiť, aby sa znížil krútiaci moment rotora.
Dizajn motora môže byť parametrizovaný a vytlačený v rôznych veľkostiach.
Účinnosť motora je možné optimalizovať kontrolou
charakteristiky krútiaceho momentu Speed v rozsahu aplikovaného napätia.
Ak je možné plne optimalizovaný motor 3D tlače parametrizovať a tlačiť v rôznych veľkostiach a hodnoteniach, rozsah použitia bude veľmi široký.
Toto je môj evernote zápisník s množstvom článkov a odkazov, ktoré som študoval počas tohto projektu.
Dôležité zdroje[1]
Základný princíp jednosmerného motora-
Padmaraja Yedamale-
Pochop jednosmerný motor
