Motor sin escobillas impreso en 3D: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Diseñé este motor usando Fusion 360 para una demostración sobre el tema de los motores, así que quería hacer un motor rápido pero coherente. Muestra claramente las partes del motor, por lo que se puede utilizar como modelo de los principios básicos de funcionamiento presentes en un motor sin escobillas.

Descubrí que cuando se alimenta el motor con un AA estándar, funciona mejor con un solo rodamiento debido a la disminución de la fricción. Cuando se usa un voltaje más alto, el cojinete superior ayuda a centrar el rotor y le permite alcanzar velocidades más altas.

Encendí mi motor usando una fuente de alimentación de CC configurada en 1-12 V y un límite de corriente de 6 A. El 6.0A que se muestra en la pantalla de la fuente de alimentación no es una medida del consumo de corriente, sino más bien un límite de corriente. Debido a la resistencia presente en los devanados del motor de calibre delgado, el consumo de corriente real es mucho menor que el límite establecido. Si quisiera un motor más útil, con más torque, podría intentar usar bobinados de calibre más grueso.

Aquí está el enlace a los archivos de este proyecto:

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

Cómo funciona: cuando se activa, la bobina crea un campo magnético que empuja o tira de un imán. Cuando la bobina se energiza en el momento justo, el imán se empuja o tira y el rotor gira. La bobina se cronometra mediante el uso de un interruptor de láminas: cuando un imán está cerca del interruptor de láminas, el otro está en la posición correcta para ser empujado o tirado por la bobina, lo que a su vez hace que el rotor gire.

Puede parecer incorrecto llamar a esto un motor sin escobillas debido al interruptor de láminas, pero el interruptor de láminas podría ser reemplazado por un sensor de efecto Hall de enganche e incluso algunos componentes electrónicos de control. Para impulsar el motor sin limitaciones de corriente, este sensor debe conectarse a la base de un par de transistores Darlington. Opté por un interruptor de láminas porque tenía algunos y no quería complicar demasiado el motor, ya que lo estaba usando para una demostración sobre los principios de un motor sin escobillas.

Desglose de nombres de archivos:

'rotor': Este es el rotor que necesitará soportes para imprimir.

'base': Bueno, ¡la base!

'sensorMount': monta el interruptor de lengüeta o el sensor de efecto Hall en la base. Esta parte requiere soportes para imprimir.

'spool1' y 'spool2': Imprime uno de cada uno; Estos forman colectivamente el carrete para hacer una bobina.

'switchMount': esta parte opcional pasa por encima del interruptor para mantenerlo en su lugar.

** El motor se puede configurar de dos formas: con un AA u otra fuente de bajo voltaje, el motor funciona bien sin el soporte del cojinete superior. De hecho, incluso cuando gira rápidamente, el motor no necesita el soporte del rodamiento superior e inferior.

'lowerBearingMountONLY': este es el soporte que debe usar si solo desea usar un rodamiento para disminuir la fricción.

'lowerBearingMount' y 'upperBearingMount': estos son los soportes que debe utilizar si elige utilizar dos cojinetes para aumentar la estabilidad y el equilibrio.

* No soy responsable de ninguna lesión o daño a la propiedad que pueda resultar de seguir este Instructable. Si no se asegura correctamente, los imanes giratorios pueden representar un riesgo para usted y sus alrededores.

Suministros:

1. Impresora 3D o acceso a una impresora 3D (no se requiere filamento magnético especial)

2. 2 imanes de neodimio circular de 12⌀ x 5 mm

3. Alambre de cobre habilitado. Usé calibre ~ 26, pero sugiero experimentar con diferentes calibres para obtener diferentes cantidades de torque y velocidad; Un cable más grueso debería permitir que fluya más corriente y, a menudo, da como resultado un motor con más par y un consumo de corriente más alto, pero un kV más bajo. Un alambre más delgado debería resultar en lo opuesto a las propiedades antes mencionadas. Recuerde: cuanto mayor sea el número de calibre del cable, más delgado será el cable.

4. ~ alambre de silicona de calibre 14

5. 1 o 2 rodamientos de bolas 608 sin engrasar / sin sellar (del mismo tamaño que se encuentran en los hilanderos)

6. Interruptor de láminas o sensor de pasillo de umbral

Paso 1: hacer la bobina

Pegue el 'spool1' y el 'spool2' juntos para crear un carrete. Con el alambre de cobre esmaltado, haga una bobina en el carrete hasta que esté ~ 3 mm por debajo de los bordes. Mantenga los dos extremos del cable unos centímetros de largo para usarlos más adelante.

Paso 2: Montaje del rotor

Presione los imanes circulares de 12 mm⌀ por 5 mm en el rotor y use grandes cantidades de pegamento. Tras una inspección más profunda de mi motor después de la explosión (ver el video de introducción), descubrí que las altas fuerzas centrífugas hicieron que un imán saliera volando y desequilibrara el rotor. Envolver cinta aislante alrededor del rotor para asegurar los imanes no sería una mala idea. Una vez asegurados los imanes, pruebe el ajuste de los ejes del rotor en los cojinetes. Si el ajuste es demasiado flojo, envuelva con cinta aislante alrededor de los ejes hasta que quede ceñido.

Si necesita equilibrar el rotor, sugeriría agregar pequeñas cantidades de arcilla al lado más ligero o lijar un poco de plástico del lado más pesado.

Paso 3: montaje del interruptor

El 'switchMount' simplemente rodea la parte superior del interruptor y se fija con pegamento. El interruptor es opcional pero útil.

Paso 4: Montaje de la bobina

Desliza la bobina en las dos ranuras de la base y asegúrala con pegamento. La orientación no importa, ya que podemos cambiar la polaridad cuando lo cableamos.

Paso 5: Montaje del rotor

Pruebe el ajuste de los rodamientos 608 en el 'lowerBearingMount'. Si está demasiado suelto, envuélvalo con cinta adhesiva hasta que quede ajustado.

El 'lowerBearingMount' o 'lowerBearingMountONLY' debe pegarse 4 mm a la derecha de la bobina (desde la perspectiva de mirar hacia el interruptor). El lado de la parte que se imprimió mirando hacia la cama de impresión debe pegarse tocando la base. Asegúrese de usar adhesivo de alta resistencia ya que el mío se deshizo cuando lo pegué sin apretar (vea el video en la introducción).

Si aún no lo ha hecho, presione el rodamiento en su soporte y luego presione el rotor en el rodamiento:

Si está utilizando un rodamiento, presione el lado del rotor que miraba hacia arriba durante la impresión en el rodamiento (voltéelo) como se muestra arriba

Si está utilizando dos cojinetes, presione el segundo cojinete en el 'upperBearingMount' y péguelo en el 'lowerBearingMount'. Asegúrese de hacer esto DESPUÉS de haber instalado el rotor con el lado hacia abajo durante la impresión, hacia abajo (no lo voltee).

Paso 6: Montaje del sensor

Puede utilizar un sensor de efecto hall de umbral que se enciende cuando hay un imán cerca o un interruptor de lengüeta. Usé un interruptor de lengüeta porque tenía algunos, pero un sensor de efecto Hall también debería funcionar (posiblemente requiera un transistor).

Pegué el interruptor de lengüeta al 'sensorMount' y pegué el soporte 45 ° a la bobina. Si desea adelantar la sincronización para optimizar el rendimiento del motor en una dirección particular, puede hacerlo haciendo que la posición del sensor sea ligeramente mayor o menor a 45 °. Debe estar separado del rotor lo suficiente para permitir espacio para los imanes. Vea las imágenes de arriba.

Paso 7: ¡Conéctelo

Interruptor de láminas: conecte un cable de la bobina al cable negro del interruptor y luego conecte el otro cable de la bobina a la parte superior del interruptor de láminas. A continuación, conecte la parte inferior del interruptor de láminas a un cable de 12 AWG que irá a su fuente de alimentación. El cable rojo del interruptor también irá a su fuente de alimentación.

La polaridad no importa ya que el motor simplemente girará en la dirección opuesta si se invierte la polaridad.

En su lugar, podría usar un sensor de pasillo y Arduino para impulsar el motor en lugar de usar un interruptor de lengüeta, pero tenía algunos interruptores de lengüeta por ahí y no quería complicar demasiado el motor ya que lo estaba usando para una demostración.