มอเตอร์ไร้แปรงถ่านแบบ 3 มิติ: 7 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:02

ฉันออกแบบมอเตอร์นี้โดยใช้ Fusion 360 เพื่อสาธิตในหัวข้อของมอเตอร์ ดังนั้นฉันจึงต้องการสร้างมอเตอร์ที่รวดเร็วแต่สอดคล้องกัน มันแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงชิ้นส่วนต่างๆ ของมอเตอร์ ดังนั้นจึงสามารถใช้เป็นแบบจำลองของหลักการทำงานพื้นฐานที่มีอยู่ในมอเตอร์แบบไร้แปรงถ่านได้

ฉันพบว่าเมื่อจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ด้วย AA มาตรฐาน จะทำงานได้ดีที่สุดกับตลับลูกปืนเพียงอันเดียวเนื่องจากแรงเสียดทานลดลง เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า ตลับลูกปืนด้านบนจะช่วยให้โรเตอร์อยู่ตรงกลางและทำให้โรเตอร์ทำความเร็วได้สูงขึ้น

ฉันขับเคลื่อนมอเตอร์ของฉันโดยใช้แหล่งจ่ายไฟ DC ที่ตั้งไว้ที่ 1-12V และกระแสไฟที่จำกัดไว้ที่ 6A ภาพ 6.0A ที่แสดงบนหน้าจอของพาวเวอร์ซัพพลายไม่ใช่การวัดกระแสไฟ แต่เป็นขีดจำกัดกระแส เนื่องจากความต้านทานที่มีอยู่ในขดลวดมอเตอร์เกจแบบบาง กระแสดึงจริงจึงต่ำกว่าขีดจำกัดที่ตั้งไว้มาก หากคุณต้องการมอเตอร์ที่มีประโยชน์มากขึ้น และมีแรงบิดมากขึ้น คุณสามารถลองใช้ขดลวดเกจที่หนาขึ้นได้

นี่คือลิงค์ไปยังไฟล์สำหรับโครงการนี้:

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

วิธีการทำงาน: เมื่อได้รับพลังงาน ขดลวดจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ผลักหรือดึงแม่เหล็ก เมื่อขดลวดได้รับพลังงานในเวลาที่เหมาะสม แม่เหล็กจะถูกผลักหรือดึง และโรเตอร์จะหมุน ขดลวดถูกตั้งเวลาโดยใช้สวิตช์กก: เมื่อแม่เหล็กตัวหนึ่งอยู่ใกล้กับสวิตช์กก อีกแม่เหล็กหนึ่งอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องที่จะผลักหรือดึงโดยขดลวด ซึ่งจะทำให้โรเตอร์หมุน

อาจดูเหมือนไม่เหมาะสมที่จะเรียกสิ่งนี้ว่ามอเตอร์ไร้แปรงถ่านเนื่องจากสวิตช์กก แต่สวิตช์กกสามารถแทนที่ด้วยเซ็นเซอร์ Hall Effect แบบล็อคและแม้แต่อุปกรณ์ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์บางตัว ในการขับเคลื่อนมอเตอร์โดยไม่มีข้อจำกัดด้านกระแส เซ็นเซอร์นี้ควรเชื่อมต่อกับฐานของทรานซิสเตอร์คู่ดาร์ลิงตัน ฉันเลือกใช้สวิตช์กกเพราะฉันมีอยู่สองสามตัวและไม่ต้องการทำให้มอเตอร์ซับซ้อนเกินไป เนื่องจากฉันกำลังใช้มันเพื่อสาธิตหลักการของมอเตอร์แบบไร้แปรงถ่าน

รายละเอียดชื่อไฟล์:

'โรเตอร์': นี่คือโรเตอร์ที่จะต้องรองรับการพิมพ์

'ฐาน': ฐาน!

'sensorMount': ติดตั้งสวิตช์กกหรือเซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์กับฐาน ส่วนนี้ต้องรองรับการพิมพ์

'spool1' และ 'spool2': พิมพ์อย่างละอัน; สิ่งเหล่านี้รวมกันเป็นหลอดเพื่อทำขดลวด

'switchMount': ส่วนเสริมนี้จะข้ามสวิตช์เพื่อยึดเข้าที่

**มอเตอร์สามารถกำหนดค่าได้สองวิธี: ด้วย AA หรือแหล่งจ่ายแรงดันต่ำอื่นๆ มอเตอร์จะทำงานได้ดีโดยไม่ต้องติดตั้งตลับลูกปืนด้านบน อันที่จริงแล้ว แม้ในขณะที่หมุนเร็ว มอเตอร์ก็ไม่ต้องการที่ยึดแบริ่งบนและล่าง

'lowerBearingMountONLY': นี่คือตัวยึดที่คุณควรใช้หากคุณต้องการใช้แบริ่งเพียงอันเดียวเพื่อลดแรงเสียดทาน

'lowerBearingMount' และ 'upperBearingMount': นี่คือแท่นยึดที่คุณควรใช้หากคุณเลือกใช้ตลับลูกปืนสองตัวเพื่อเพิ่มความเสถียรและความสมดุล

* ฉันไม่รับผิดชอบต่อการบาดเจ็บหรือความเสียหายต่อทรัพย์สินที่อาจเกิดจากการทำตามคำแนะนำนี้ หากไม่ยึดอย่างถูกต้อง แม่เหล็กที่หมุนได้อาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อคุณและสภาพแวดล้อมของคุณ

เสบียง:

1. เครื่องพิมพ์ 3 มิติหรือเครื่องพิมพ์ 3 มิติ (ไม่ต้องใช้ไส้แม่เหล็กพิเศษ)

2. แม่เหล็กนีโอไดเมียมทรงกลม 2x12⌀ x 5 มม.

3. เปิดใช้งานลวดทองแดง ฉันใช้เกจประมาณ 26 เกจ แต่ฉันแนะนำให้ทดลองกับเกจที่แตกต่างกันเพื่อรับแรงบิดและความเร็วในปริมาณที่ต่างกัน ลวดที่หนาขึ้นควรยอมให้มีกระแสไหลมากขึ้นและมักจะส่งผลให้มอเตอร์มีแรงบิดมากขึ้นและดึงกระแสไฟสูงขึ้น แต่มี kV ที่ต่ำกว่า ลวดทินเนอร์ควรมีผลตรงกันข้ามกับคุณสมบัติดังกล่าว ข้อควรจำ: ยิ่งหมายเลขเกจลวดสูง ลวดก็จะยิ่งบางลง

4. ~ 14 เกจซิลิโคนลวด

5. 1or2x Ungreased/unsealed 608 ball bearing(s) (ขนาดเดียวกับที่พบใน fidget spinners)

6. สวิตช์กกหรือเซ็นเซอร์โถงธรณีประตู

ขั้นตอนที่ 1: การสร้างคอยล์

กาว 'spool1' และ 'spool2' เข้าด้วยกันเพื่อสร้างหลอด ใช้ลวดทองแดงเคลือบ ทำขดลวดบนแกนม้วนเก็บจนอยู่ใต้ขอบประมาณ 3 มม. เก็บปลายลวดทั้งสองข้างให้ยาวสองสามนิ้วเพื่อใช้ในภายหลัง

ขั้นตอนที่ 2: การประกอบโรเตอร์

กดแม่เหล็กทรงกลมขนาด 12 มม. x 5 มม. ลงในโรเตอร์แล้วใช้กาวปริมาณมาก เมื่อตรวจสอบเพิ่มเติมเกี่ยวกับมอเตอร์ของฉันหลังการระเบิด (ดูวิดีโอแนะนำ) ฉันพบว่าแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางสูงทำให้แม่เหล็กตัวหนึ่งหลุดออกมาและทำให้โรเตอร์ไม่สมดุล การพันเทปพันรอบโรเตอร์เพื่อยึดแม่เหล็กคงไม่ใช่ความคิดที่ดี เมื่อยึดแม่เหล็กแล้ว ให้ทดสอบความพอดีของเพลาของโรเตอร์ในตลับลูกปืน หากพอดีหลวมเกินไป ให้พันเทปพันสายไฟไว้รอบๆ เพลาจนพอดี

หากคุณต้องการปรับสมดุลของโรเตอร์ ฉันขอแนะนำให้ใช้ดินเหนียวจำนวนเล็กน้อยกับด้านที่เบากว่า หรือขัดพลาสติกบางส่วนออกจากด้านที่หนักกว่า

ขั้นตอนที่ 3: ติดตั้งสวิตช์

'switchMount' เพียงแค่ไปรอบ ๆ ด้านบนของสวิตช์และยึดด้วยกาว สวิตช์เป็นตัวเลือก แต่มีประโยชน์

ขั้นตอนที่ 4: ติดตั้งคอยล์

เลื่อนขดลวดเข้าไปในสองช่องในฐานและยึดด้วยกาว การวางแนวไม่สำคัญ เนื่องจากเราสามารถเปลี่ยนขั้วได้เมื่อเราต่อสาย

ขั้นตอนที่ 5: การติดตั้งโรเตอร์

ทดสอบความพอดีของตลับลูกปืน 608 ใน 'lowerBearingMount' ถ้ามันหลวมเกินไป ให้พันเทปพันรอบจนแน่น

'lowerBearingMount' หรือ 'lowerBearingMountONLY' ควรติดกาว 4 มม. ทางด้านขวาของคอยล์ (จากมุมมองของหันหน้าไปทางสวิตช์) ด้านของชิ้นส่วนที่พิมพ์โดยหันไปทางแท่นพิมพ์ควรติดกาวติดกับฐาน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ใช้กาวที่มีความแข็งแรงสูงเนื่องจากของฉันจะหลุดออกจากกันเมื่อฉันติดกาวอย่างหลวม ๆ (ดูวิดีโอในบทนำ)

หากคุณยังไม่ได้ดำเนินการดังกล่าว ให้กดตลับลูกปืนเข้าไปในฐานติดตั้ง จากนั้นกดโรเตอร์เข้าไปในตลับลูกปืน:

หากคุณใช้ตลับลูกปืนตัวเดียว ให้กดด้านข้างของโรเตอร์ที่หงายขึ้นระหว่างการพิมพ์ลงในตลับลูกปืน (พลิกกลับด้าน) ดังที่แสดงไว้ด้านบน

หากคุณกำลังใช้ตลับลูกปืนสองตัว ให้กดตลับลูกปืนตัวที่สองเข้าไปใน 'upperBearingMount' และกาวไปที่ 'lowerBearingMount' ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ทำเช่นนี้หลังจากที่คุณได้ติดตั้งโรเตอร์โดยให้ด้านที่คว่ำลงระหว่างการพิมพ์ คว่ำลง (อย่าพลิกกลับด้าน)

ขั้นตอนที่ 6: การติดตั้งเซนเซอร์

คุณสามารถใช้เซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ธรณีประตูที่เปิดขึ้นเมื่อแม่เหล็กอยู่ใกล้หรือสวิตช์กก ฉันใช้สวิตช์กกเพราะฉันมีเพียงไม่กี่ตัว แต่เซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์ก็ควรใช้งานได้ (อาจต้องใช้ทรานซิสเตอร์)

ฉันติดเทปสวิตช์กกไปที่ 'sensorMount' และติดกาวที่เมาท์ 45 °กับคอยล์ หากคุณต้องการเร่งเวลาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง คุณสามารถทำได้โดยทำให้ตำแหน่งของเซ็นเซอร์สูงขึ้นหรือน้อยกว่า 45° เล็กน้อย ควรเว้นระยะห่างจากโรเตอร์ให้เพียงพอเพื่อให้มีช่องว่างสำหรับแม่เหล็ก ดูภาพด้านบน

ขั้นตอนที่ 7: การเดินสายไฟ

Reed Switch: ต่อสายหนึ่งเส้นจากขดลวดเข้ากับสายสีดำจากสวิตช์ จากนั้นต่อสายอีกเส้นจากขดลวดไปที่ด้านบนของสวิตช์กก จากนั้นต่อสายด้านล่างของสวิตช์กกกับสาย 12 AWG ที่จะไปยังแหล่งพลังงานของคุณ สายสีแดงจากสวิตช์จะไปที่แหล่งพลังงานของคุณด้วย

ขั้วไม่สำคัญเพราะมอเตอร์จะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามหากขั้วกลับด้าน

คุณสามารถใช้เซ็นเซอร์ฮอลล์และ Arduino เพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์แทนการใช้สวิตช์กก แต่ฉันมีสวิตช์กกสองสามตัววางอยู่รอบ ๆ และไม่ต้องการทำให้มอเตอร์ซับซ้อนเกินไปในขณะที่ฉันใช้เพื่อสาธิต