3D gedruckter bürstenloser Motor - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Ich habe diesen Motor mit Fusion 360 für eine Demonstration zum Thema Motoren entworfen, also wollte ich einen schnellen und dennoch stimmigen Motor bauen. Es zeigt deutlich die Teile des Motors, so dass es als Modell für die grundlegenden Arbeitsprinzipien eines bürstenlosen Motors verwendet werden kann.

Ich habe festgestellt, dass der Motor beim Antrieb mit einem Standard-AA aufgrund der geringeren Reibung am besten mit nur einem Lager funktioniert. Bei höherer Spannung hilft das obere Lager, den Rotor zu zentrieren und höhere Drehzahlen zu erreichen.

Ich habe meinen Motor mit einem Gleichstromnetzteil von 1-12 V und einer Strombegrenzung von 6 A betrieben. Die auf dem Bildschirm des Netzteils abgebildeten 6.0A sind kein Maß für die Stromaufnahme, sondern eine Strombegrenzung. Aufgrund des Widerstands in den dünnwandigen Motorwicklungen ist die tatsächliche Stromaufnahme viel niedriger als der eingestellte Grenzwert. Wenn Sie einen nützlicheren Motor mit mehr Drehmoment wünschen, können Sie dickere Wicklungen verwenden.

Hier ist der Link zu den Dateien für dieses Projekt:

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

Wie es funktioniert: Bei Erregung erzeugt die Spule ein Magnetfeld, das einen Magneten drückt oder zieht. Wenn die Spule zum richtigen Zeitpunkt erregt wird, wird der Magnet gedrückt oder gezogen und der Rotor dreht sich. Die Spule wird mit einem Reed-Schalter getaktet: Wenn sich ein Magnet in der Nähe des Reed-Schalters befindet, befindet sich der andere genau an der richtigen Position, um von der Spule gedrückt oder gezogen zu werden, was wiederum den Rotor zum Drehen bringt.

Es mag unangebracht erscheinen, dies wegen des Reed-Schalters als bürstenlosen Motor zu bezeichnen, aber der Reed-Schalter könnte durch einen einrastenden Hall-Effekt-Sensor und sogar eine Steuerelektronik ersetzt werden. Um den Motor ohne Strombegrenzungen anzutreiben, sollte dieser Sensor an die Basis eines Darlington-Transistorpaares angeschlossen werden. Ich habe mich für einen Reedschalter entschieden, weil ich einige in der Nähe hatte und den Motor nicht zu komplizieren wollte, da ich ihn für eine Demo zu den Prinzipien eines bürstenlosen Motors verwendete.

Aufschlüsselung der Dateinamen:

'rotor': Dies ist der Rotor, der zum Drucken Stützen benötigt.

'base': Nun, die Basis!

'sensorMount': Befestigt den Reed-Schalter oder Hall-Effekt-Sensor an der Basis. Dieser Teil benötigt zum Drucken Stützen.

'spool1' und 'spool2': Geben Sie jeweils einen aus; Diese bilden zusammen die Spule, um eine Spule zu bilden.

'switchMount': Dieses optionale Teil geht über den Schalter, um ihn an Ort und Stelle zu halten.

**Der Motor kann auf zwei Arten konfiguriert werden: Mit einer AA- oder einer anderen Niederspannungsquelle funktioniert der Motor gut ohne die obere Lagerhalterung. Tatsächlich benötigt der Motor selbst bei schneller Drehung die obere und untere Lagerhalterung nicht.

'lowerBearingMountONLY': Dies ist die Halterung, die Sie verwenden sollten, wenn Sie nur ein Lager verwenden möchten, um die Reibung zu verringern.

'lowerBearingMount' und 'upperBearingMount': Dies sind die Halterungen, die Sie verwenden sollten, wenn Sie sich für mehr Stabilität und Balance entscheiden, zwei Lager zu verwenden.

* Ich bin nicht verantwortlich für Verletzungen oder Sachschäden, die sich aus der Befolgung dieser Anleitung ergeben können. Die sich drehenden Magnete können bei nicht ordnungsgemäßer Befestigung eine Gefahr für Sie und Ihre Umgebung darstellen.

Lieferungen:

1. 3D-Drucker oder Zugang zu einem 3D-Drucker (kein spezielles magnetisches Filament erforderlich)

2. 2x 12⌀ x 5mm runder Neodym-Magnet

3. Aktivierter Kupferdraht. Ich habe ~26 Gauge verwendet, aber ich schlage vor, mit verschiedenen Messgeräten zu experimentieren, um unterschiedliche Drehmomente und Geschwindigkeiten zu erhalten. Ein dickerer Draht sollte mehr Strom fließen lassen und führt oft zu einem Motor mit mehr Drehmoment und einer höheren Stromaufnahme, aber einem niedrigeren kV-Wert. Dünnerer Draht sollte das Gegenteil der oben genannten Eigenschaften bewirken. Denken Sie daran: Je höher die Drahtstärke, desto dünner der Draht.

4. ~14 Gauge Silikondraht

5. 1 oder 2x ungefettete/ ungedichtete 608 Kugellager (gleiche Größe wie bei Fidget Spinnern)

6. Reedschalter oder Schwellen-Hallsensor

Schritt 1: Herstellen der Spule

Kleben Sie 'spool1' und 'spool2' zusammen, um eine Spule zu erstellen. Machen Sie mit dem emaillierten Kupferdraht eine Spule auf der Spule, bis sie ~ 3 mm unter den Kanten ist. Halten Sie die beiden Enden des Drahtes für den späteren Gebrauch ein paar Zentimeter lang.

Schritt 2: Zusammenbau des Rotors

Drücken Sie die 12 mm x 5 mm runden Magnete in den Rotor und verwenden Sie reichlich Klebstoff. Bei einer weiteren Inspektion meines Motors nach der Explosion (siehe Intro-Video) stellte ich fest, dass die hohen Fliehkräfte dazu führten, dass ein Magnet wegflog und den Rotor unwuchtig machte. Das Wickeln von Isolierband um den Rotor, um die Magnete zu sichern, wäre keine schlechte Idee. Prüfen Sie nach dem Befestigen der Magnete den Sitz der Rotorwellen in den Lagern. Wenn die Passung zu locker ist, wickeln Sie Isolierband um die Wellen, bis die Passung fest sitzt.

Wenn Sie den Rotor auswuchten müssen, würde ich vorschlagen, der leichteren Seite kleine Mengen Ton hinzuzufügen oder etwas Plastik von der schwereren Seite abzuschleifen.

Schritt 3: Montage des Schalters

Der 'switchMount' geht einfach um die Oberseite des Schalters und wird mit Kleber befestigt. Der Schalter ist optional, aber nützlich.

Schritt 4: Montage der Spule

Schieben Sie die Spule in die beiden Schlitze in der Basis und befestigen Sie sie mit Klebstoff. Die Ausrichtung spielt keine Rolle, da wir beim Verdrahten die Polarität ändern können.

Schritt 5: Montage des Rotors

Testen Sie den Sitz der 608 Lager im 'lowerBearingMount'. Wenn es zu locker ist, wickeln Sie etwas Klebeband darum, bis es fest sitzt.

Der 'lowerBearingMount' oder 'lowerBearingMountONLY' sollte 4mm rechts von der Spule (aus der Perspektive des Schalters) geklebt werden. Die Seite des bedruckten Teils, die dem Druckbett zugewandt ist, sollte die Basis berühren. Stellen Sie sicher, dass Sie einen hochfesten Klebstoff verwenden, da meiner beim lockeren Kleben auseinander flog (siehe Video im Intro).

Drücken Sie, falls noch nicht geschehen, das Lager in seine Aufnahme und drücken Sie dann den Rotor in das Lager:

Wenn Sie ein Lager verwenden, drücken Sie die Seite des Rotors, die während des Druckens nach oben zeigt, in das Lager (umdrehen) wie oben gezeigt

Wenn Sie zwei Lager verwenden, drücken Sie das zweite Lager in die 'upperBearingMount' und kleben Sie es auf die 'lowerBearingMount'. Stellen Sie sicher, dass Sie dies tun, NACHDEM Sie den Rotor mit der Seite, die während des Druckens nach unten weist, nach unten installiert haben (nicht umdrehen).

Schritt 6: Montage des Sensors

Sie können einen Schwellenwert-Hall-Effekt-Sensor verwenden, der sich einschaltet, wenn sich ein Magnet in der Nähe oder ein Reed-Schalter befindet. Ich habe einen Reedschalter verwendet, weil ich einige hatte, aber ein Hall-Effekt-Sensor sollte auch funktionieren (möglicherweise einen Transistor erfordern).

Ich habe den Reedschalter auf den 'sensorMount' geklebt und die Halterung 45° auf die Spule geklebt. Wenn Sie das Timing vorziehen möchten, um die Motorleistung in eine bestimmte Richtung zu optimieren, können Sie die Position des Sensors etwas größer oder kleiner als 45° einstellen. Es sollte gerade genug vom Rotor entfernt sein, um Platz für die Magnete zu lassen. Siehe die obigen Bilder.

Schritt 7: Verdrahten

Reed-Schalter: Verbinden Sie einen Draht von der Spule mit dem schwarzen Draht vom Schalter und befestigen Sie dann den anderen Draht von der Spule an der Oberseite des Reed-Schalters. Als nächstes verdrahten Sie die Unterseite des Reedschalters mit einem 12 AWG-Kabel, das zu Ihrer Stromquelle führt. Das rote Kabel vom Schalter geht auch zu Ihrer Stromquelle.

Die Polarität spielt keine Rolle, da sich der Motor bei umgekehrter Polarität einfach in die entgegengesetzte Richtung dreht.

Sie könnten stattdessen einen Hall-Sensor und Arduino verwenden, um den Motor anzutreiben, anstatt einen Reed-Schalter zu verwenden, aber ich hatte ein paar Reed-Schalter herumliegen und wollte den Motor nicht überkomplizieren, da ich ihn für eine Demo verwendete.