Бесщеточный двигатель, напечатанный на 3D-принтере: 7 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

Я разработал этот двигатель, используя Fusion 360, для демонстрации на тему двигателей, поэтому я хотел сделать быстрый, но согласованный двигатель. На нем четко показаны части двигателя, поэтому его можно использовать в качестве модели основных принципов работы бесщеточного двигателя.

Я обнаружил, что при питании двигателя от стандартного AA он лучше всего работает только с одним подшипником из-за уменьшения трения. При использовании более высокого напряжения верхний подшипник помогает центрировать ротор и позволяет ему развивать более высокие скорости.

Я запитал свой двигатель от источника постоянного тока, установленного на 1–12 В и предельного тока 6 А. Значение 6,0 А, отображаемое на экране блока питания, не является показателем потребляемого тока, а, скорее, является пределом тока. Из-за сопротивления, присутствующего в обмотках двигателя тонкого калибра, фактическое потребление тока намного ниже установленного предела. Если вам нужен более полезный двигатель с большим крутящим моментом, вы можете попробовать использовать более толстые обмотки.

Вот ссылка на файлы этого проекта:

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

Как это работает: под напряжением катушка создает магнитное поле, которое толкает или притягивает магнит. Когда на катушку подается питание в нужное время, магнит толкается или тянется, и ротор вращается. Катушка синхронизируется с помощью геркона: когда один магнит находится рядом с герконом, другой находится как раз в правильном положении, чтобы катушка толкала или тянула, что, в свою очередь, заставляет ротор вращаться.

Может показаться неправильным называть его бесщеточным двигателем из-за геркона, но герконовый переключатель можно заменить фиксирующим датчиком Холла и даже некоторой управляющей электроникой. Чтобы двигатель мог работать без ограничений по току, этот датчик должен подключаться к базе транзисторов Дарлингтона. Я выбрал геркон, потому что у меня было несколько, и я не хотел чрезмерно усложнять двигатель, так как использовал его для демонстрации принципов бесщеточного двигателя.

Разбивка имен файлов:

«ротор»: это ротор, которому потребуются опоры для печати.

'base': Ну, база!

'SensorMount': Устанавливает геркон или датчик Холла на основание. Эта часть требует поддержки для печати.

'spool1' и 'spool2': выведите по одной каждой; Все вместе они образуют катушку, чтобы сделать катушку.

'switchMount': эта дополнительная деталь проходит над переключателем, чтобы удерживать его на месте.

** Двигатель может быть сконфигурирован двумя способами: с AA или другим источником низкого напряжения двигатель хорошо работает без верхней опоры подшипника. Фактически, даже при быстром вращении двигателю не нужны верхняя и нижняя опора подшипника.

«lowerBearingMountONLY»: это крепление, которое вам следует использовать, если вы хотите использовать только один подшипник для уменьшения трения.

«lowerBearingMount» и «upperBearingMount»: это крепления, которые следует использовать, если вы решите использовать два подшипника для повышения устойчивости и баланса.

* Я не несу ответственности за любые травмы или материальный ущерб, которые могут возникнуть в результате следования данной Инструкции. Если вращающиеся магниты не закреплены должным образом, они могут представлять опасность для вас и вашего окружения.

Запасы:

1. 3D-принтер или доступ к 3D-принтеру (специальная магнитная нить не требуется).

2. 2 круглых неодимовых магнита 12⌀ x 5 мм.

3. Включен медный провод. Я использовал калибр ~ 26, но я предлагаю поэкспериментировать с разными калибрами, чтобы получить разное количество крутящего момента и скорости; Более толстый провод должен пропускать больший ток и часто приводит к двигателю с большим крутящим моментом и более высоким потребляемым током, но более низким кВ. Более тонкая проволока должна иметь противоположные вышеупомянутые свойства. Помните: чем выше номер калибра проволоки, тем тоньше проволока.

4. Силиконовый провод ~ 14 калибра

5. 1 или 2x несмазанный / негерметичный шарикоподшипник (и) 608 (такого же размера, как у спиннеров Fidget)

6. Геркон или пороговый датчик холла.

Шаг 1: Изготовление катушки

Склейте «катушку 1» и «катушку 2» вместе, чтобы получилась катушка. С помощью эмалированной медной проволоки намотайте катушку так, чтобы она оказалась на ~ 3 мм ниже краев. Оставьте два конца проволоки длиной несколько дюймов для дальнейшего использования.

Шаг 2: Сборка ротора

Вдавите круглые магниты 12 мм на 5 мм в ротор и смажьте большим количеством клея. При дальнейшем осмотре моего двигателя после взрыва (см. Вступительное видео) я обнаружил, что высокие центробежные силы вызвали отрыв одного магнита и разбалансировку ротора. Было бы неплохо обернуть ротор изолентой, чтобы закрепить магниты. После закрепления магнитов проверьте посадку валов ротора в подшипниках. Если посадка слишком свободная, оберните оси изолентой до плотной посадки.

Если вам нужно сбалансировать ротор, я бы посоветовал добавить небольшое количество глины с более легкой стороны или отшлифовать пластик с более тяжелой стороны.

Шаг 3: Установка коммутатора

«SwitchMount» просто обходит верхнюю часть переключателя и фиксируется с помощью клея. Переключатель необязательный, но полезный.

Шаг 4: Установка катушки

Вставьте катушку в два паза в основании и закрепите клеем. Ориентация не имеет значения, так как мы можем изменить полярность при подключении.

Шаг 5: Установка ротора

Проверьте установку подшипников 608 в опоре «lowerBearingMount». Если он слишком рыхлый, оберните его лентой до плотного прилегания.

«LowerBearingMount» или «lowerBearingMountONLY» следует приклеить на 4 мм справа от катушки (со стороны переключателя). Сторона распечатанной детали, обращенная к печатному столу, должна быть приклеена к основанию. Обязательно используйте высокопрочный клей, так как мой разлетелся, когда я слабо приклеил его (см. Видео во вступлении).

Если вы еще не сделали этого, запрессуйте подшипник в его крепление, а затем вдавите ротор в подшипник:

Если вы используете один подшипник, нажмите на подшипник той стороной ротора, которая обращена вверх во время печати (переверните), как показано выше.

Если вы используете два подшипника, вдавите второй подшипник в «upperBearingMount» и приклейте его к «lowerBearingMount». Обязательно сделайте это ПОСЛЕ того, как вы установили ротор стороной, обращенной вниз во время печати, вниз (не переворачивайте его).

Шаг 6: Установка датчика

Вы можете использовать пороговый датчик Холла, который включается, когда рядом находится магнит, или герконовый переключатель. Я использовал геркон, потому что у меня их было несколько, но датчик Холла тоже должен работать (возможно, потребуется транзистор).

Я приклеил герконовый переключатель к «сенсорному креплению» и приклеил крепление под углом 45 ° к катушке. Если вы хотите увеличить время для оптимизации работы двигателя в определенном направлении, вы можете сделать это, установив положение датчика немного больше или меньше 45 °. Он должен располагаться на достаточном расстоянии от ротора, чтобы оставался зазор для магнитов. См. Изображения выше.

Шаг 7: Подключите

Геркон: подключите один провод от катушки к черному проводу от переключателя, а затем прикрепите другой провод от катушки к верхней части язычкового переключателя. Затем подключите нижнюю часть язычкового переключателя к проводу 12 AWG, который подойдет к источнику питания. Красный провод от переключателя также пойдет к вашему источнику питания.

Полярность не имеет значения, поскольку двигатель просто вращается в противоположном направлении, если полярность поменять местами.

Вместо этого вы могли бы использовать датчик Холла и Arduino для управления двигателем, а не герконовый переключатель, но у меня было несколько герконов, и я не хотел чрезмерно усложнять двигатель, поскольку я использовал его для демонстрации.