Motore brushless stampato in 3D: 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Ho progettato questo motore utilizzando Fusion 360 per una dimostrazione sul tema dei motori, quindi volevo realizzare un motore veloce ma coerente. Mostra chiaramente le parti del motore, quindi può essere utilizzato come modello dei principi di funzionamento di base presenti in un motore brushless.

Ho scoperto che quando si alimenta il motore con un AA standard, funziona meglio con un solo cuscinetto a causa dell'attrito ridotto. Quando si utilizza una tensione più elevata, il cuscinetto superiore aiuta a centrare il rotore e gli consente di raggiungere velocità più elevate.

Ho alimentato il mio motore utilizzando un alimentatore CC impostato su 1-12V e un limite di corrente di 6A. I 6.0A raffigurati sullo schermo dell'alimentatore non sono una misura dell'assorbimento di corrente, ma piuttosto un limite di corrente. A causa della resistenza presente negli avvolgimenti del motore a basso spessore, l'assorbimento di corrente effettivo è molto inferiore al limite impostato. Se volevi un motore più utile, con più coppia, potresti provare a utilizzare avvolgimenti più spessi.

Ecco il link ai file per questo progetto:

www.dropbox.com/sh/8vebwqiwwc8tzwm/AAAcG_RHluX8c6uigPLOJPYza?dl=0

Come funziona: quando viene eccitata, la bobina crea un campo magnetico che spinge o tira un magnete. Quando la bobina viene eccitata al momento giusto, il magnete viene spinto o tirato e il rotore ruota. La bobina viene temporizzata utilizzando un interruttore reed: quando un magnete è vicino all'interruttore reed, l'altro è nella posizione giusta per essere spinto o tirato dalla bobina, che a sua volta fa girare il rotore.

Potrebbe sembrare improprio chiamarlo un motore brushless a causa dell'interruttore reed, ma l'interruttore reed potrebbe essere sostituito da un sensore ad effetto Hall a scatto e persino da alcuni dispositivi elettronici di controllo. Per pilotare il motore senza limitazioni di corrente, questo sensore dovrebbe essere collegato alla base di una coppia di transistor Darlington. Ho optato per un interruttore reed perché ne avevo alcuni in giro e non volevo complicare eccessivamente il motore, poiché lo stavo usando per una demo sui principi di un motore brushless.

Ripartizione dei nomi dei file:

'rotore': questo è il rotore che avrà bisogno di supporti per la stampa.

'base': Bene, la base!

'sensorMount': Monta l'interruttore reed o il sensore ad effetto hall sulla base. Questa parte richiede supporti per la stampa.

'spool1' e 'spool2': stampa uno di ciascuno; Questi formano collettivamente la bobina per fare una bobina.

'switchMount': questa parte opzionale passa sopra l'interruttore per tenerlo in posizione.

**Il motore può essere configurato in due modi: Con un AA o un'altra sorgente a bassa tensione, il motore funziona bene senza il supporto del cuscinetto superiore. Infatti, anche quando gira velocemente, il motore non ha bisogno del supporto del cuscinetto superiore e inferiore.

'lowerBearingMountONLY': questo è il supporto da utilizzare se si desidera utilizzare un solo cuscinetto per ridurre l'attrito.

'lowerBearingMount' e 'upperBearingMount': questi sono i supporti da utilizzare se si sceglie di utilizzare due cuscinetti per una maggiore stabilità ed equilibrio.

*Non sono responsabile per eventuali lesioni o danni alla proprietà che potrebbero derivare dal seguire questo Instructable. Se non fissati correttamente, i magneti rotanti possono rappresentare un rischio per te e l'ambiente circostante.

Forniture:

1. Stampante 3D o accesso a una stampante 3D (nessun filamento magnetico speciale richiesto)

2. Magnete al neodimio circolare 2x 12⌀ x 5 mm

3. Filo di rame abilitato. Ho usato un calibro ~26, ma suggerisco di sperimentare diversi indicatori per ottenere diverse quantità di coppia e velocità; Un filo più spesso dovrebbe consentire il flusso di più corrente e spesso si traduce in un motore con una coppia maggiore e un assorbimento di corrente maggiore, ma un kV inferiore. Il filo più sottile dovrebbe risultare nell'opposto delle proprietà sopra menzionate. Ricorda: maggiore è il numero di sezione del filo, più sottile è il filo.

4. Filo in silicone calibro 14

5. 1 o 2 cuscinetti a sfera 608 sgrassati/non sigillati (stesse dimensioni di quelle degli spinner Fidget)

6. Interruttore reed o sensore di soglia hall

Passaggio 1: fare la bobina

Incolla insieme "spool1" e "spool2" per creare una bobina. Usando il filo di rame smaltato, fai una bobina sulla bobina finché non si trova a ~ 3 mm sotto i bordi. Tieni le due estremità del filo lunghe qualche centimetro per un uso successivo.

Passaggio 2: assemblaggio del rotore

Premere i magneti circolari da 12 mm⌀ per 5 mm nel rotore e utilizzare abbondanti quantità di colla. Dopo un'ulteriore ispezione del mio motore dopo l'esplosione (vedi il video introduttivo), ho scoperto che le elevate forze centrifughe hanno causato il volo di un magnete e squilibrato il rotore. Avvolgere del nastro isolante attorno al rotore per fissare i magneti non sarebbe una cattiva idea. Una volta fissati i magneti, testare l'adattamento degli alberi del rotore nei cuscinetti. Se la misura è troppo lenta, avvolgere del nastro isolante attorno agli alberi finché la misura non è aderente.

Se hai bisogno di bilanciare il rotore, suggerirei di aggiungere piccole quantità di argilla sul lato più leggero o di levigare via un po' di plastica dal lato più pesante.

Passaggio 3: montaggio dell'interruttore

Il 'switchMount' gira semplicemente intorno alla parte superiore dell'interruttore ed è fissato con la colla. L'interruttore è opzionale ma utile.

Passaggio 4: montaggio della bobina

Infilare la bobina nelle due fessure della base e fissarla con la colla. L'orientamento non ha importanza, poiché possiamo cambiare la polarità quando lo colleghiamo.

Passaggio 5: montaggio del rotore

Prova l'adattamento dei cuscinetti 608 nel 'lower BearingMount'. Se è troppo largo, avvolgilo con del nastro adesivo finché non è aderente.

Il 'lowerBearingMount' o 'lowerBearingMountONLY' deve essere incollato a 4 mm a destra della bobina (dal punto di vista dell'interruttore). Il lato della parte che è stato stampato rivolto verso il piano di stampa deve essere incollato toccando la base. Assicurati di usare un adesivo ad alta resistenza poiché il mio si è staccato quando l'ho incollato liberamente (guarda il video nell'introduzione).

Se non lo hai già fatto, premi il cuscinetto nel suo supporto e poi premi il rotore nel cuscinetto:

Se si utilizza un cuscinetto, premere il lato del rotore rivolto verso l'alto durante la stampa nel cuscinetto (capovolgerlo) come mostrato sopra

Se si utilizzano due cuscinetti, premere il secondo cuscinetto nel "supporto cuscinetto superiore" e incollarlo al "supporto cuscinetto inferiore". Assicurati di farlo DOPO aver installato il rotore con il lato rivolto verso il basso durante la stampa, verso il basso (non capovolgerlo).

Passaggio 6: montaggio del sensore

È possibile utilizzare un sensore a effetto hall di soglia che si accende quando un magnete è vicino o un interruttore reed. Ho usato un interruttore reed perché ne avevo alcuni, ma dovrebbe funzionare anche un sensore ad effetto hall (possibilmente richiedendo un transistor).

Ho fissato l'interruttore reed al "sensorMount" e ho incollato il supporto a 45° alla bobina. Se vuoi anticipare i tempi per ottimizzare le prestazioni del motore in una particolare direzione, puoi farlo rendendo la posizione del sensore leggermente maggiore o minore di 45°. Dovrebbe essere distanziato dal rotore quanto basta per lasciare spazio ai magneti. Vedi le immagini sopra.

Passaggio 7: cablaggio

Interruttore reed: collegare un filo dalla bobina al filo nero dell'interruttore, quindi collegare l'altro filo dalla bobina alla parte superiore dell'interruttore reed. Quindi, collega la parte inferiore dell'interruttore reed a un filo da 12 AWG che andrà alla fonte di alimentazione. Il filo rosso dall'interruttore andrà anche alla tua fonte di alimentazione.

La polarità non ha importanza poiché il motore girerà semplicemente nella direzione opposta se la polarità viene invertita.

Potresti invece usare un sensore Hall e Arduino per guidare il motore piuttosto che usare un interruttore reed, ma avevo alcuni interruttori reed in giro e non volevo complicare eccessivamente il motore mentre lo stavo usando per una demo.