động cơ dc in 3d

Tôi đã thiết kế và in 3D một
động cơ DC (BLDC) không chổi than và động cơ điều khiển bằng Arduino.
Ngoài nam châm, cuộn dây điện từ và cảm biến hiệu ứng Hall, tất cả các bộ phận của động cơ đều được in bằng Makerbot Replicator 2.
Video cho thấy động cơ đã hoạt động hoàn thiện.
Hướng dẫn này được cung cấp dưới dạng pdf cùng với các tệp cad và chương trình điều khiển động cơ.
Chương trình điều khiển động cơ của Arduino: sử dụng tệp, xem xét, thay đổi thiết kế miễn phí hoặc làm bất cứ điều gì bạn muốn với nó!
Dự án này yêu cầu máy in 3D, bộ vi điều khiển arduino và các công cụ điện tử cơ bản như đồng hồ vạn năng, Máy hiện sóng, nguồn điện và các bộ phận điện.
Danh sách đầy đủ các bộ phận và công cụ tôi sử dụng.
Bảng 1 cho thấy chi phí sản xuất động cơ.
Các thành phần điện như điện trở và tụ điện không được bao gồm vì chi phí không đáng kể so với tổng chi phí của động cơ.
Không bao gồm bộ điều khiển vi mô Arduino và pin, tổng chi phí sản xuất động cơ là 27 USD. 71.
Cần chỉ ra rằng giảm chi phí không phải là ưu tiên hàng đầu. tối ưu hóa có thể giảm chi phí sản xuất.
Dựa trên nguyên tắc động cơ phải dễ sử dụng các bộ phận dễ tiếp cận để chế tạo, các thông số kỹ thuật thiết kế của động cơ DC được thiết lập và phải cung cấp loại tương tự như hiệu suất chất lượng của nhiều động cơ DC thương mại, quạt điện nhỏ.
Động cơ được thiết kế là
động cơ DC 3 pha, 4 cực với 4
nam châm N52 trên rôto và cuộn dây điện từ 3 dây gắn vào stato.
Do hiệu suất tăng lên, số lượng bộ phận cơ khí giảm, ma sát giảm nên thiết kế không chổi than được lựa chọn.
Nam châm N52 được chọn vì độ bền, giá thành và khả năng tiếp cận dễ dàng.
Trong phần \'điều khiển động cơ bldc\', điều khiển động cơ không chổi than sẽ được thảo luận thêm.
Bảng 2 cho thấy sự so sánh giữa động cơ DC và Động cơ chổi than.
Điện từ
8-12 V, được điều khiển bằng mạch chuyển mạch điện.
Cảm biến Hall sẽ cung cấp thông tin vị trí khi nào mạch sẽ được hoán đổi.
Các phương trình sau đây được sử dụng để ước tính hiệu suất của động cơ, từ đó tạo ra thiết kế động cơ ban đầu.
Nếu bạn muốn xem các phương trình này, hãy xem bản pdf được liên kết trong phần giới thiệu và chúng sẽ bị rối tung.
Lực giữa hai nam châm ở khoảng cách A nhất định có thể xấp xỉ bằng phương trình sau: F = BmAmBsAs/4g2, trong đó B là mật độ từ trường trên bề mặt nam châm và A là diện tích của nam châm, g là khoảng cách giữa hai nam châm.
Bs, từ trường của cuộn dây điện từ được cho bởi: B = NIl, trong đó I là dòng điện, N là số lượng gói và l là chiều dài của cuộn dây điện từ.
Trong động cơ, mô men xoắn cực đại được ước tính là: t = 2 trong đó r là bán kính và lựa chọn là 25 mm.
Kết hợp với các phương trình này, có thể thu được biểu thức tuyến tính của mômen đầu ra liên quan đến dòng điện đầu vào của một dạng hình học điện từ nhất định.
F = 2rbmamasn4g2li hằng số mô-men xoắn cần thiết để chọn là 40 m-
Nm/A dựa trên hiệu suất mong muốn so với các động cơ hiện có khác [2].
Mạch điều khiển điện tử là cần thiết để điều khiển động cơ của BLDC.
Để quay động cơ BLDC, tùy thuộc vào vị trí của rôto mà cuộn dây phải được cấp nguồn theo thứ tự xác định.
Vị trí rôto được phát hiện bằng cảm biến Hall được gắn trong stato.
Hình 3 thể hiện sơ đồ nguyên lý của sơ đồ điều khiển động cơ BLDC.
Cảm biến Hall được gắn vào stato với ba cuộn dây động cơ, cung cấp đầu ra kỹ thuật số tương ứng với việc Bắc Cực hay Nam Cực gần cảm biến nhất.
Dựa trên đầu ra kỹ thuật số này, bộ điều khiển vi mô cung cấp trình tự pha cho bộ điều khiển động cơ, từ đó cung cấp điện cho cuộn dây tương ứng.
Mỗi cột trình tự thay đổi pha có một cuộn dây được cấp nguồn ở điện áp dương, một cuộn dây được cấp nguồn ở điện áp âm và một cuộn dây được cấp nguồn ở điện áp âm.
Trình tự thay đổi pha bao gồm sáu bước tương quan giữa đầu ra của cảm biến Hall với đầu ra của cuộn dây cần được bật nguồn.
Bảng 3 dưới đây đưa ra một ví dụ về xoay theo chiều kim đồng hồ.
Thiết kế cuối cùng bao gồm 4 phần khác nhau;
Vỏ dưới, rôto, vỏ trên và bộ điện từ như trong Hình 4 bên dưới. Hình 4: (a)
Vỏ dưới (b) Rôto (c ) Đế (d)
Động cơ lắp ráp (e) Cụm trên.
Tất cả các phần được hiển thị theo hướng chúng được in.
Vỏ phía dưới, như trong Hình 4 (a)
Nắp phía dưới của động cơ.
Rôto, như trong Hình 4 (b)
, Chứa 8 nam châm, 4 để dẫn động động cơ và 4 để cung cấp dữ liệu vị trí cho cảm biến Hall.
Như thể hiện trên hình 4, rôto trượt xuống vỏ dưới của kiểu ổ trục trượt (d).
Vỏ ở phía trên, như trong Hình 4 (e)
, Được gắn trên rôto và nối với phía dưới để đóng động cơ.
Vỏ trên cùng chứa 3 cảm biến vị trí hội trường cũng như một đường cắt hình tam giác cho phép ống vít gắn vào vỏ.
Điện từ như trong Hình 4 (c)
, Đặt các hình tam giác vào giữa chúng để cho phép chúng thẳng hàng với các lỗ ở vỏ trên, chúng thẳng hàng theo chiều dọc với nam châm rôto.
Tất cả các phần được mô tả trước đó đều được in trên Makerbot Replicator 2.
Các phần có thể được in cùng lúc và các thông số in khác nhau có thể mang lại kết quả như ý.
Sản phẩm cuối cùng được in bằng nhựa PLA trong suốt, tỷ lệ lấp đầy là 20% và tỷ lệ lấp đầy là 0,20mm
chiều cao sàn.
Qua thử nghiệm lặp đi lặp lại, người ta nhận thấy rằng các bộ phận được kết nối với nhau mà không trượt, chẳng hạn như vỏ trên và vỏ dưới, nên được in ở mức 0.
Thêm 25mm vào tất cả các cạnh, trong khi các bộ phận trượt tự do, chẳng hạn như rôto, nên được in ở
khoảng cách 0,4mm xung quanh.
Nam châm và cảm biến hiệu ứng Hall in đến đáy bên phải của đỉnh khe hở bằng cách thiết kế khoảng trống bên trong bên phải vào đúng vị trí, tạm dừng in và lắp thiết bị vào, lắp vào cụm rồi tiếp tục in.
Độ cao tạm dừng thích hợp được cho trong Bảng 4 dưới đây.
Mảnh in 3D có thể được lấy ra khỏi Makerbot và có thể được lắp ráp lại với nhau sau khi loại bỏ phần nhựa thừa ra khỏi bè.
Những bộ phận này nên được lắp ráp với nhau một cách trơn tru mà không cần tốn nhiều công sức.
Điện từ điện từ cần xử lý điện từ cuối cùng.
Mỗi cuộn dây điện từ được quấn khoảng 400 lần bằng một dây nam châm 26gw.
Quá trình này có thể được tăng tốc bằng cách xoay bộ điện từ trên mũi khoan.
Đảm bảo rằng mỗi cuộn dây điện từ được đóng gói theo cùng một hướng để cuộn dây điện từ thu được có cùng cực.
Sau khi bộ điện từ đã sẵn sàng, chúng sẽ được gắn vào phần vỏ ở phía trên.
Keo mạnh có thể được sử dụng ở đây để tăng cường kết nối.
Các phần tử mạch phải được kết nối với nhau theo sơ đồ sau.
VCC của trình điều khiển động cơ L6234 có thể ở bất kỳ đâu từ 7 v đến 42 V, nhưng tôi khuyên bạn nên chạy động cơ mà không cao hơn 12ish V.
Bạn có thể tìm thấy chương trình do Arduino viết để điều khiển thứ tự thay đổi pha trong chương trình, được điều chỉnh theo hướng dẫn này.
Sự cải tiến của động cơ trong tương lai có thể được chia thành bốn loại;
Tối ưu hóa cơ học, cải tiến hiệu quả, cải tiến điều khiển và ứng dụng.
Bước đầu tiên trong bất kỳ công việc nào trong tương lai là kiểm tra
tốc độ mô-men xoắn và hiệu suất của động cơ hiện tại.
Việc điều khiển động cơ có thể đạt được bằng phương pháp phần cứng thay vì phương pháp phần mềm, điều này sẽ giúp giảm đáng kể chi phí và quy mô thực hiện.
Dưới đây là mô tả ngắn gọn về cách đạt được điều này -
Có nhiều lĩnh vực mà thiết kế cơ khí của động cơ có thể được tối ưu hóa.
Bộ điện từ có thể được lắp vào thân chính của động cơ một cách đơn giản.
Kích thước của động cơ có thể giảm đáng kể.
Kích thước của nam châm định vị có thể giảm đáng kể để giảm mô-men xoắn của rôto.
Thiết kế động cơ có thể được tham số hóa và in ở nhiều kích cỡ khác nhau.
Hiệu suất của động cơ có thể được tối ưu hóa bằng cách kiểm tra
đặc tính tốc độ mô-men xoắn trong phạm vi điện áp áp dụng.
Nếu động cơ in 3D được tối ưu hóa hoàn toàn có thể được tham số hóa và in ở nhiều kích cỡ và xếp hạng khác nhau thì phạm vi ứng dụng sẽ rất rộng.
Đây là cuốn sổ ghi chép evernote của tôi với rất nhiều bài viết và đường link tôi đã nghiên cứu khi thực hiện dự án này.
Nguồn quan trọng[1]
Nguyên lý cơ bản của động cơ DC-
Padmaraja Yedamale-
Tìm hiểu động cơ DC