Τρισδιάστατη εκτύπωση κινητήρα χωρίς ψήκτρες: 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Σχεδίασα αυτόν τον κινητήρα χρησιμοποιώντας το Fusion 360 για μια επίδειξη στο θέμα των κινητήρων, έτσι ήθελα να φτιάξω έναν γρήγορο αλλά συνεκτικό κινητήρα. Δείχνει καθαρά τα μέρη του κινητήρα, έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μοντέλο των βασικών αρχών εργασίας που υπάρχουν σε έναν κινητήρα χωρίς ψήκτρες.

Διαπίστωσα ότι όταν τροφοδοτείτε τον κινητήρα με ένα τυπικό ΑΑ, λειτουργεί καλύτερα με μόνο ένα ρουλεμάν, λόγω της μειωμένης τριβής. Όταν χρησιμοποιείτε υψηλότερη τάση, το επάνω ρουλεμάν βοηθά στο κέντρο του ρότορα και του επιτρέπει να φτάσει σε υψηλότερες ταχύτητες.

Τροφοδοτούσα τον κινητήρα μου χρησιμοποιώντας τροφοδοτικό DC ρυθμισμένο σε 1-12V και όριο ρεύματος 6Α. Το 6,0Α που απεικονίζεται στην οθόνη του τροφοδοτικού δεν είναι ένα μέτρο της τρέχουσας κλήρωσης, αλλά μάλλον ένα όριο ρεύματος. Λόγω της αντίστασης που υπάρχει στις λεπτές περιελίξεις του κινητήρα, η πραγματική ροή ρεύματος είναι πολύ χαμηλότερη από το καθορισμένο όριο. Αν θέλετε έναν πιο χρήσιμο κινητήρα, με περισσότερη ροπή, μπορείτε να δοκιμάσετε να χρησιμοποιήσετε παχύτερες περιελίξεις.

Ακολουθεί ο σύνδεσμος για τα αρχεία για αυτό το έργο:

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

Πώς λειτουργεί: Όταν ενεργοποιείται, το πηνίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που ωθεί ή τραβά έναν μαγνήτη. Όταν το πηνίο ενεργοποιείται την κατάλληλη στιγμή, ο μαγνήτης ωθείται ή τραβιέται και ο ρότορας περιστρέφεται. Το πηνίο χρονομετρείται χρησιμοποιώντας έναν διακόπτη καλαμιού: Όταν ο ένας μαγνήτης βρίσκεται κοντά στον διακόπτη καλαμιών, ο άλλος βρίσκεται ακριβώς στη σωστή θέση για να ωθηθεί ή να τραβηχτεί από το πηνίο, πράγμα που με τη σειρά του προκαλεί την περιστροφή του ρότορα.

Μπορεί να φαίνεται ακατάλληλο να ονομάζεται αυτό μοτέρ χωρίς ψήκτρες λόγω του διακόπτη καλαμιού, αλλά ο διακόπτης καλαμιών θα μπορούσε να αντικατασταθεί από έναν αισθητήρα Hall Effect ασφάλισης και ακόμη και κάποια ηλεκτρονικά στοιχεία ελέγχου. Για να οδηγήσετε τον κινητήρα χωρίς περιορισμούς ρεύματος, αυτός ο αισθητήρας πρέπει να συνδεθεί στη βάση ενός ζεύγους τρανζίστορ Darlington. Επέλεξα έναν διακόπτη καλαμιών επειδή είχα μερικούς γύρω και δεν ήθελα να περιπλέξω υπερβολικά τον κινητήρα, καθώς τον χρησιμοποιούσα για μια επίδειξη στις αρχές ενός κινητήρα χωρίς ψήκτρες.

Ανάλυση ονομάτων αρχείων:

'rotor': Αυτός είναι ο ρότορας που θα χρειαστεί υποστηρίγματα για εκτύπωση.

'βάση': Λοιπόν, η βάση!

'sensorMount': Τοποθετεί τον διακόπτη καλαμιών ή τον αισθητήρα εφέ αίθουσας στη βάση. Αυτό το μέρος απαιτεί υποστήριξη για εκτύπωση.

'spool1' και 'spool2': Εκτυπώστε ένα από το καθένα. Αυτά σχηματίζουν συλλογικά το καρούλι για να δημιουργήσουν ένα πηνίο.

'switchMount': Αυτό το προαιρετικό μέρος περνάει από το διακόπτη για να το κρατήσει στη θέση του.

** Ο κινητήρας μπορεί να διαμορφωθεί με δύο τρόπους: Με ΑΑ ή άλλη πηγή χαμηλής τάσης, ο κινητήρας λειτουργεί καλά χωρίς την άνω βάση στήριξης ρουλεμάν. Στην πραγματικότητα, ακόμη και όταν περιστρέφεται γρήγορα, ο κινητήρας δεν χρειάζεται την άνω και κάτω βάση στήριξης ρουλεμάν.

'lowerBearingMountONLY': Αυτή είναι η βάση που πρέπει να χρησιμοποιήσετε εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε μόνο ένα ρουλεμάν για μειωμένη τριβή.

'lowerBearingMount' και 'aboveBearingMount': Αυτές είναι οι βάσεις που πρέπει να χρησιμοποιήσετε εάν επιλέξετε να χρησιμοποιήσετε δύο έδρανα για αυξημένη σταθερότητα και ισορροπία.

*Δεν είμαι υπεύθυνος για τυχόν τραυματισμούς ή ζημιές σε περιουσίες που μπορεί να προκύψουν από την τήρηση αυτού του Οδηγού. Εάν δεν έχουν ασφαλιστεί σωστά, οι περιστρεφόμενοι μαγνήτες ενδέχεται να αποτελέσουν κίνδυνο για εσάς και το περιβάλλον σας.

Προμήθειες:

1. Τρισδιάστατος εκτυπωτής ή πρόσβαση σε εκτυπωτή 3D (δεν απαιτείται ειδικό μαγνητικό νήμα)

2. Κυκλικός μαγνήτης νεοδυμίου 2x 12⌀ x 5mm

3. Ενεργοποιημένο σύρμα χαλκού. Χρησιμοποίησα μετρητή ~ 26, αλλά προτείνω να πειραματιστώ με διαφορετικούς μετρητές για να αποκτήσω διαφορετικές ποσότητες ροπής και ταχύτητας. Το παχύτερο σύρμα πρέπει να επιτρέπει τη ροή περισσότερου ρεύματος και συχνά οδηγεί σε κινητήρα με περισσότερη ροπή και υψηλότερη ροή ρεύματος, αλλά χαμηλότερο kV. Το λεπτότερο σύρμα πρέπει να έχει το αντίθετο από τις προαναφερθείσες ιδιότητες. Θυμηθείτε: Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός μετρητή σύρματος, τόσο λεπτότερο είναι το σύρμα.

4. Σύρμα σιλικόνης 14 a μετρητή

5. 1or2x Μη λιπαντικό/ στεγανοποιημένο 608 ρουλεμάν (ες) (ίδιο μέγεθος με αυτό που βρέθηκε στα fidget spinners)

6. Διακόπτης καλαμιών ή αισθητήρας κατωφλιού

Βήμα 1: Κάνοντας το πηνίο

Κολλήστε τα 'spool1' και 'spool2' μαζί για να δημιουργήσετε ένα καρούλι. Χρησιμοποιώντας το εμαγιέ σύρμα χαλκού, κάντε ένα πηνίο στο καρούλι μέχρι να είναι ~ 3mm κάτω από τις άκρες. Κρατήστε τα δύο άκρα του σύρματος λίγα εκατοστά μακριά για μεταγενέστερη χρήση.

Βήμα 2: Συναρμολόγηση του ρότορα

Πιέστε τους κυκλικούς μαγνήτες 12mm⌀ κατά 5mm στο ρότορα και χρησιμοποιήστε άφθονες ποσότητες κόλλας. Κατά την περαιτέρω επιθεώρηση του κινητήρα μου μετά την έκρηξη (δείτε το εισαγωγικό βίντεο), διαπίστωσα ότι οι υψηλές φυγόκεντρες δυνάμεις προκάλεσαν την απομάκρυνση ενός μαγνήτη και ανισορροπία του ρότορα. Το να τυλίξετε ηλεκτρική ταινία γύρω από τον ρότορα για να ασφαλίσετε τους μαγνήτες δεν θα ήταν κακή ιδέα. Μόλις ασφαλίσετε τους μαγνήτες, δοκιμάστε την προσαρμογή των αξόνων του ρότορα στα ρουλεμάν. Εάν η προσαρμογή είναι πολύ χαλαρή, τυλίξτε ηλεκτρική ταινία γύρω από τους άξονες μέχρι να προσαρμοστεί η εφαρμογή.

Εάν πρέπει να εξισορροπήσετε τον ρότορα, θα σας πρότεινα να προσθέσετε μικρές ποσότητες πηλού στην ελαφρύτερη πλευρά ή να τρίψετε λίγο πλαστικό από τη βαρύτερη πλευρά.

Βήμα 3: Τοποθέτηση του διακόπτη

Το 'switchMount' περνά απλώς στο επάνω μέρος του διακόπτη και ασφαλίζεται με κόλλα. Ο διακόπτης είναι προαιρετικός αλλά χρήσιμος.

Βήμα 4: Τοποθέτηση του πηνίου

Σύρετε το πηνίο στις δύο σχισμές στη βάση και στερεώστε το με κόλλα. Ο προσανατολισμός δεν έχει σημασία, καθώς μπορούμε να αλλάξουμε την πολικότητα όταν την συνδέουμε.

Βήμα 5: Τοποθέτηση του ρότορα

Δοκιμάστε την προσαρμογή των ρουλεμάν 608 στο 'lowerBearingMount'. Εάν είναι πολύ χαλαρό, τυλίξτε λίγη ταινία γύρω του μέχρι να είναι άνετο.

Το «lowBearingMount» ή το «lowerBearingMountONLY» πρέπει να είναι κολλημένο 4mm δεξιά από το πηνίο (από την άποψη της όψης προς το διακόπτη). Η πλευρά του τμήματος που εκτυπώθηκε στραμμένη προς το κρεβάτι εκτύπωσης πρέπει να είναι κολλημένη αγγίζοντας τη βάση. Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε κόλλα υψηλής αντοχής καθώς το δικό μου διαλύθηκε όταν το κόλλησα χαλαρά (δείτε το βίντεο στην εισαγωγή).

Εάν δεν το έχετε κάνει ήδη, πιέστε το ρουλεμάν στη βάση του και στη συνέχεια πιέστε το ρότορα στο ρουλεμάν:

Εάν χρησιμοποιείτε ένα ρουλεμάν πιέστε την πλευρά του ρότορα που κοιτάζει προς τα πάνω κατά την εκτύπωση στο ρουλεμάν (αναποδογυρίστε το) όπως φαίνεται παραπάνω

Εάν χρησιμοποιείτε δύο ρουλεμάν πιέστε το δεύτερο ρουλεμάν στο 'aboveBearingMount' και κολλήστε το στο 'lowerBearingMount'. Βεβαιωθείτε ότι το κάνετε αυτό ΑΦΟΥ έχετε εγκαταστήσει τον ρότορα με την πλευρά του προς τα κάτω κατά την εκτύπωση, προς τα κάτω (μην το αναποδογυρίσετε).

Βήμα 6: Τοποθέτηση του αισθητήρα

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν αισθητήρα εφέ κατωφλίου που ενεργοποιείται όταν ο μαγνήτης είναι κοντά ή ένας διακόπτης καλαμιού. Χρησιμοποίησα έναν διακόπτη καλαμιών επειδή είχα μερικούς, αλλά θα πρέπει επίσης να λειτουργεί ένας αισθητήρας εφέ αίθουσας (πιθανώς απαιτεί τρανζίστορ).

Τοποθέτησα τον διακόπτη καλαμιών στο "sensorMount" και κόλλησα τη βάση 45 ° στο πηνίο. Εάν θέλετε να προωθήσετε το χρονισμό για να βελτιστοποιήσετε την απόδοση του κινητήρα προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, μπορείτε να το κάνετε κάνοντας τη θέση του αισθητήρα ελαφρώς μεγαλύτερη ή μικρότερη από 45 °. Θα πρέπει να απέχει αρκετά από τον ρότορα για να επιτρέψει την απόσταση των μαγνητών. Δείτε τις παραπάνω εικόνες.

Βήμα 7: Καλωδίωση

Διακόπτης καλαμιού: Συνδέστε το ένα καλώδιο από το πηνίο στο μαύρο καλώδιο από το διακόπτη και, στη συνέχεια, συνδέστε το άλλο καλώδιο από το πηνίο στο πάνω μέρος του διακόπτη καλαμιών. Στη συνέχεια, συνδέστε το κάτω μέρος του διακόπτη καλαμιών σε ένα καλώδιο 12 AWG που θα πηγαίνει στην πηγή τροφοδοσίας σας. Το κόκκινο καλώδιο από τον διακόπτη θα μεταβεί επίσης στην πηγή τροφοδοσίας σας.

Η πολικότητα δεν έχει σημασία καθώς ο κινητήρας απλά θα περιστρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση εάν η πολικότητα αντιστραφεί.

Θα μπορούσατε αντ 'αυτού να χρησιμοποιήσετε έναν αισθητήρα αίθουσας και το Arduino για να οδηγήσετε τον κινητήρα αντί να χρησιμοποιήσετε έναν διακόπτη καλαμιών, αλλά είχα μερικούς διακόπτες καλαμιών και δεν ήθελα να περιπλέξω υπερβολικά τον κινητήρα καθώς τον χρησιμοποιούσα για επίδειξη.