3D-друкований двигун постійного струму

Я розробив і надрукував на 3D безщітковий
двигун постійного струму (BLDC) і керуючий двигун за допомогою Arduino.
Окрім магнітів, обмотки соленоїда та датчиків Холла, усі компоненти двигуна надруковані за допомогою Makerbot Replicator 2.
На відео показано готовий робочий двигун.
Ця інструкція надається у форматі PDF разом із файлами cad та програмами керування двигуном.
Програма керування двигуном Arduino: використовуйте файл, переглядайте, безкоштовно змінюйте дизайн або робіть із ним усе, що завгодно!
Для цього проекту потрібні 3D-принтери, мікроконтролери arduino та основні електронні інструменти, такі як мультиметр, осцилограф, джерело живлення та електричні компоненти.
Повний список деталей та інструментів, які я використовую.
У таблиці 1 наведено вартість виготовлення двигуна.
Електричні компоненти, такі як резистори та конденсатори, не включені, оскільки вартість є незначною відносно загальної вартості двигуна.
Без урахування мікроконтролерів та батарей Arduino загальна вартість виробництва двигуна становить 27 доларів. 71.
Слід зазначити, що скорочення витрат не є головним пріоритетом. оптимізація може знизити витрати виробництва.
Базуючись на принципі, що двигун має бути простим у використанні та легкодоступними частинами, встановлено специфікації конструкції двигуна постійного струму, які мають забезпечувати якість, подібну до якості багатьох комерційних двигунів постійного струму, невеликих електричних вентиляторів.
Двигун розроблено як 3-фазний 4-
полярний двигун постійного струму з 4-м
магнітом N52 на роторі та 3-дротовим електромагнітом, прикріпленим до статора.
Через підвищену ефективність, зменшено кількість механічних частин і зменшено тертя, обрана безщіточна конструкція.
Магніт N52 обрано за його силу, ціну та легкість доступу.
У розділі \'Керування електродвигуном bldc\' далі буде обговорюватися керування безщітковим двигуном.
У таблиці 2 показано порівняння між двигуном постійного струму та щітковим двигуном.
Соленоїд 8-12
В, керований електричним перемикачем.
Датчик Холла надасть інформацію про місцезнаходження про те, коли ланцюг буде замінено.
Наступні рівняння використовуються для оцінки продуктивності двигуна, таким чином створюючи початкову конструкцію двигуна.
Якщо ви хочете побачити ці рівняння, подивіться на pdf-файл, посилання на який є у вступі, і вони будуть переплутані.
Силу між двома магнітами на певній відстані A можна приблизно визначити за допомогою такого рівняння: F = BmAmBsAs/4g2, де B — щільність магнітного поля на поверхні магніту, а A — площа магніту, g — відстань між двома магнітами.
Bs, магнітне поле соленоїда визначається як: B = NIl, де I — струм, N — кількість упаковок, а l — довжина соленоїда.
У двигуні максимальний крутний момент оцінюється як: t = 2 fr, де r — радіус, а вибір — 25 мм.
У поєднанні з цими рівняннями можна отримати лінійний вираз вихідного крутного моменту, пов’язаного з вхідним струмом даної геометрії соленоїда.
F = 2rbmamasn4g2li константа крутного моменту, необхідна для вибору, становить 40 м-
Нм/А на основі бажаної продуктивності відносно інших доступних двигунів [2].
Електронна схема керування потрібна для керування двигуном BLDC.
Для обертання двигуна BLDC, залежно від положення ротора, обмотка повинна бути включена у визначеному порядку.
Положення ротора визначається за допомогою датчика Холла, вбудованого в статор.
На малюнку 3 показано принципову схему керування двигуном BLDC.
Датчик Холла вбудований у статор із трьома обмотками двигуна, забезпечуючи цифровий вихід, що відповідає Арктиці чи Антарктиці найближче до датчика.
На основі цього цифрового виходу мікроконтролер забезпечує послідовність фаз для драйвера двигуна, таким чином подаючи живлення на відповідну обмотку.
Кожен стовпець послідовності зміни фази має обмотку, що живиться від позитивної напруги, обмотку, що живиться від негативної напруги, і обмотку, що живиться від негативної напруги.
Послідовність зміни фази складається з шести кроків, які співвідносять вихідний сигнал датчика Холла з вихідним сигналом обмотки, яка повинна бути включена.
У таблиці 3 нижче наведено приклад обертання за годинниковою стрілкою.
Остаточний дизайн складається з 4 різних частин;
Нижній корпус, ротор, верхній корпус і соленоїд, як показано на малюнку 4 нижче. Рисунок 4: (a)
Нижня частина корпусу (b) Ротор (c ) Соленоїд (d)
Збірний двигун (e) Верхній вузол.
Усі частини відображаються в тому напрямку, у якому вони надруковані.
Нижній корпус, як показано на малюнку 4 (a)
Нижня кришка двигуна.
Ротор, як показано на малюнку 4 (b)
, містить 8 магнітів, 4 для приводу двигуна та 4 для надання даних про положення датчику Холла.
Як показано на малюнку 4, ротор ковзає до нижньої оболонки підшипника ковзання (d).
Оболонка вгорі, як показано на малюнку 4 (e)
, встановлена ​​на роторі та з’єднана з нижньою частиною для закриття двигуна.
Верхній корпус містить 3 датчики положення Холла, а також трикутний виріз, який дозволяє гвинтовій трубці зафіксуватися в корпусі.
Соленоїд, як показано на малюнку 4 (c)
. Помістіть трикутники в центрі, щоб дозволити їм вирівняти отвори у верхній частині корпусу, які самі вирівнюються вертикально з магнітом ротора.
Усі частини, описані раніше, друкуються на Makerbot Replicator 2.
Частини можна друкувати одночасно, і різні параметри друку, ймовірно, дадуть задовільні результати.
Кінцевий продукт друкується на прозорому PLA пластику з об’ємом заповнення 20% і висотою заповнення 0,20
мм.
Під час повторних випробувань було виявлено, що частини, які з’єднані разом без ковзання, наприклад верхня та нижня оболонки, повинні бути надруковані на 0.
Додайте 25 мм до всіх сторін, тоді як частини для вільного ковзання, такі як ротори, повинні бути надруковані на 0,4
мм простору навколо.
Магніт і датчик ефекту Холла друкують у правій нижній частині верхньої частини зазору, проектуючи праву внутрішню порожнечу в потрібному місці, призупиняючи друк і вставляючи пристрій, вставляючи його в вузол, а потім продовжуючи друк.
Відповідна висота паузи наведена в таблиці 4 нижче.
Фрагмент 3D-друку можна зняти з Makerbot і зібрати разом після видалення зайвого пластику з плоту.
Ці деталі слід з’єднати гладко, без особливих зусиль.
Соленоїд Соленоїд потребує останньої обробки соленоїда.
Кожен соленоїд обертається приблизно 400 разів магнітною лінією 26 гВт.
Цей процес можна прискорити, повернувши соленоїд на свердлі.
Переконайтеся, що кожен соленоїд упакований в одному напрямку, щоб отриманий соленоїд мав однакову полярність.
Після того, як соленоїд буде готовий, їх слід зафіксувати в корпусі зверху.
Для посилення з’єднання тут можна використовувати міцний клей.
Елементи схеми повинні бути з'єднані між собою відповідно до наступної принципової схеми.
VCC драйвера двигуна L6234 може бути від 7 В до 42 В, але я рекомендую запускати двигун, не перевищуючи 12 В.
Програму, написану Arduino для керування порядком зміни фази, можна знайти в програмі, яка адаптована відповідно до цього посібника.
Майбутнє вдосконалення двигуна можна розділити на чотири категорії;
Механічна оптимізація, підвищення ефективності, покращення управління та застосування.
Першим кроком у будь-якій майбутній роботі має бути перевірка
швидкості крутного моменту та ефективності поточного двигуна.
Керування двигуном може бути досягнуто за допомогою апаратного методу, а не програмного, що значно зменшить вартість і масштаб реалізації.
Ось короткий опис того, як цього можна досягти.
Є багато областей, де можна оптимізувати механічну конструкцію двигуна.
Соленоїд можна просто вставити в основний корпус двигуна.
Розмір двигуна можна значно зменшити.
Розмір позиційного магніту можна значно зменшити, щоб зменшити крутний момент ротора.
Конструкція двигуна може бути параметризована та надрукована в різних розмірах.
Ефективність двигуна можна оптимізувати, перевіряючи
характеристику швидкості крутного моменту в діапазоні прикладеної напруги.
Якщо повністю оптимізований двигун 3D-друку можна налаштувати та надрукувати в різних розмірах і номінальних параметрах, діапазон застосування буде дуже широким.
Це мій блокнот Evernote із великою кількістю статей і посилань, які я вивчав під час виконання цього проекту.
Важливі джерела[1]
Основний принцип двигуна постійного струму -
Падмараджа Єдамале -
Зрозумійте двигун постійного струму