Motor sem escova impresso em 3D: 7 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Eu projetei este motor usando o Fusion 360 para uma demonstração no tópico de motores, então eu queria fazer um motor rápido, mas coerente. Ele mostra claramente as partes do motor, para que possa ser usado como um modelo dos princípios básicos de funcionamento presentes em um motor sem escovas.

Descobri que, ao alimentar o motor com um AA padrão, ele funciona melhor com apenas um rolamento devido ao atrito reduzido. Ao usar uma tensão mais alta, o rolamento superior ajuda a centralizar o rotor e permite que ele alcance velocidades mais altas.

Liguei meu motor usando uma fonte de alimentação DC configurada para 1-12V e um limite de corrente de 6A. O 6.0A mostrado na tela da fonte de alimentação não é uma medida do consumo de corrente, mas sim um limite de corrente. Por causa da resistência presente nos enrolamentos do motor de bitola fina, o consumo de corrente real é muito menor do que o limite definido. Se você quiser um motor mais útil, com mais torque, pode tentar usar enrolamentos de bitola mais grossos.

Aqui está o link para os arquivos deste projeto:

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

Como funciona: quando energizada, a bobina cria um campo magnético que empurra ou puxa um ímã. Quando a bobina é energizada no momento certo, o ímã é empurrado ou puxado e o rotor gira. A bobina é cronometrada usando uma chave de palheta: quando um ímã está perto da chave de palheta, o outro está na posição certa para ser empurrado ou puxado pela bobina, o que faz com que o rotor gire.

Pode parecer impróprio chamar isso de motor brushless por causa da chave reed, mas a chave reed poderia ser substituída por um sensor de efeito Hall com trava e até mesmo alguns componentes eletrônicos de controle. Para acionar o motor sem limitações de corrente, este sensor deve se conectar à base de um par Darlington de transistores. Optei por um interruptor de palheta porque tinha alguns e não queria complicar demais o motor, já que o estava usando para uma demonstração dos princípios de um motor sem escovas.

Divisão de nomes de arquivo:

'rotor': Este é o rotor que precisará de suportes para imprimir.

'base': Bem, a base!

'sensorMount': Monta o interruptor reed ou sensor de efeito Hall na base. Esta parte requer suporte para impressão.

'spool1' e 'spool2': Imprima um de cada; Estes formam coletivamente o carretel para fazer uma bobina.

'switchMount': Esta parte opcional passa por cima do interruptor para mantê-lo no lugar.

** O motor pode ser configurado de duas maneiras: Com um AA ou outra fonte de baixa tensão, o motor funciona bem sem a montagem do rolamento superior. Na verdade, mesmo ao girar rapidamente, o motor não precisa da montagem do rolamento superior e inferior.

'lowerBearingMountONLY': Esta é a montagem que você deve usar se quiser usar apenas um rolamento para diminuir o atrito.

'lowerBearingMount' e 'upperBearingMount': Estas são as montagens que você deve usar se escolher usar dois rolamentos para maior estabilidade e equilíbrio.

* Não sou responsável por quaisquer ferimentos ou danos à propriedade que possam resultar do cumprimento deste Instructable. Se não forem protegidos adequadamente, os ímãs girando podem representar um risco para você e seus arredores.

Suprimentos:

1. Impressora 3D ou acesso a uma impressora 3D (nenhum filamento magnético especial necessário)

2. 2x ímã de neodímio circular de 12⌀ x 5 mm

3. Fio de cobre ativado. Usei medidor ~ 26, mas sugiro experimentar diferentes medidores para obter diferentes quantidades de torque e velocidade; Um fio mais espesso deve permitir que mais corrente flua e geralmente resulta em um motor com mais torque e um consumo de corrente mais alto, mas um kV mais baixo. Um fio mais fino deve resultar no oposto das propriedades mencionadas acima. Lembre-se: quanto maior for o número da bitola do fio, mais fino será o fio.

4. Fio de silicone de calibre ~ 14

5. 1 ou 2x rolamento (s) de esfera 608 sem graxa / sem vedação (mesmo tamanho que o encontrado nos spinners de fidget)

6. Interruptor de palheta ou sensor de limiar hall

Etapa 1: fazendo a bobina

Cole o 'spool1' e 'spool2' juntos para criar um carretel. Usando o fio de cobre esmaltado, faça uma bobina no carretel até que esteja ~ 3 mm abaixo das bordas. Mantenha as duas pontas do fio com alguns centímetros de comprimento para uso posterior.

Etapa 2: Montagem do Rotor

Pressione os ímãs circulares de 12 mm x 5 mm no rotor e use grandes quantidades de cola. Após uma inspeção mais aprofundada do meu motor pós-explosão (veja o vídeo de introdução), descobri que as altas forças centrífugas fizeram com que um ímã voasse e desequilibrou o rotor. Enrolar fita isolante ao redor do rotor para proteger os ímãs não seria uma má ideia. Depois de prender os ímãs, teste o encaixe dos eixos do rotor nos mancais. Se o ajuste estiver muito frouxo, enrole fita isolante ao redor dos eixos até que esteja firme.

Se você precisar equilibrar o rotor, sugiro adicionar pequenas quantidades de argila no lado mais leve ou lixar um pouco de plástico no lado mais pesado.

Etapa 3: Montagem do switch

O 'switchMount' simplesmente envolve a parte superior do switch e é preso com cola. A opção é opcional, mas útil.

Etapa 4: montagem da bobina

Deslize a bobina nas duas ranhuras da base e prenda com cola. A orientação não importa, pois podemos mudar a polaridade quando o conectamos.

Etapa 5: Montagem do Rotor

Teste o encaixe dos rolamentos 608 no 'lowerBearingMount'. Se estiver muito solto, enrole um pouco de fita em volta dele até que esteja firme.

O 'lowerBearingMount' ou 'lowerBearingMountONLY' deve ser colado 4 mm à direita da bobina (da perspectiva de estar de frente para o interruptor). O lado da peça impressa voltado para a base de impressão deve ser colado tocando a base. Certifique-se de usar adesivo de alta resistência, pois o meu se separou quando o colei frouxamente (veja o vídeo na introdução).

Se você ainda não fez isso, pressione o rolamento em seu suporte e, em seguida, pressione o rotor no rolamento:

Se você estiver usando um rolamento, pressione o lado do rotor voltado para cima durante a impressão no rolamento (vire-o) como mostrado acima

Se você estiver usando dois rolamentos, pressione o segundo rolamento em 'upperBearingMount' e cole-o em 'lowerBearingMount'. Certifique-se de fazer isso DEPOIS de instalar o rotor com o lado voltado para baixo durante a impressão (não vire-o).

Etapa 6: montagem do sensor

Você pode usar um sensor de efeito hall de limiar que liga quando um ímã está próximo ou uma chave de palheta. Usei uma chave de palheta porque tinha algumas, mas um sensor de efeito Hall também deve funcionar (possivelmente exigindo um transistor).

Prendi a chave de palheta no 'sensorMount' e colei o suporte 45 ° na bobina. Se quiser avançar o tempo para otimizar o desempenho do motor em uma direção específica, você pode fazer isso tornando a posição do sensor um pouco maior ou menor que 45 °. Deve ser afastado do rotor apenas o suficiente para permitir a folga para os ímãs. Veja as imagens acima.

Etapa 7: Fiação

Chave de palheta: conecte um fio da bobina ao fio preto da chave e, em seguida, conecte o outro fio da bobina ao topo da chave de palheta. Em seguida, conecte a parte inferior do interruptor reed a um fio 12 AWG que irá para sua fonte de alimentação. O fio vermelho do switch também irá para sua fonte de alimentação.

A polaridade não importa, pois o motor simplesmente girará na direção oposta se a polaridade for invertida.

Em vez disso, você poderia usar um sensor Hall e Arduino para acionar o motor em vez de usar um interruptor reed, mas eu tinha alguns interruptores reed por aí e não queria complicar demais o motor enquanto o estava usando para uma demonstração.