В этой статье мы хотели бы рассказать о том, как мы создавали электродвигатель с нуля: от идеи и первого прототипа до полноценного двигателя, прошедшего все испытания.
Если эта статья покажется вам интересной, мы отдельно расскажем вам более подробно об этапах нашей работы, которые вас больше всего заинтересовали.
На рисунке слева направо: ротор, статор, частичная сборка двигателя, сборка двигателя.
Введение
Электродвигатели появились более 150 лет назад, но за это время их конструкция не претерпела существенных изменений: вращающийся ротор, медные обмотки статора, подшипники.С годами произошло только снижение веса электродвигателей, рост КПД, а также точности регулирования скорости.
Сегодня, благодаря развитию современной электроники и появлению мощных магнитов на основе редкоземельных металлов, возможно создание более мощных и в то же время компактных и легких магнитов, чем когда-либо прежде.
Бесщеточный электродвигатели.
При этом благодаря простоте конструкции они являются самыми надежными электродвигателями, когда-либо созданными.
О создании такого мотора и пойдет речь в этой статье.
Описание двигателя
«Бесщеточные двигатели» не имеют знакомого каждому по разборке электроинструмента элемента «Щётки», роль которого заключается в передаче тока на обмотку вращающегося ротора.В бесщеточных двигателях ток подается на обмотки неподвижного статора, который, создавая магнитное поле поочередно на отдельных своих полюсах, раскручивает ротор, на котором закреплены магниты.
Первый такой мотор мы в качестве эксперимента напечатали на 3D-принтере.
Вместо специальных пластин из электротехнической стали мы использовали обычный пластик для корпуса ротора и сердечника статора, на который была намотана медная катушка.
К ротору крепились неодимовые магниты прямоугольного сечения.
Естественно, такой мотор не был способен выдавать максимальную мощность.
Однако этого было достаточно, чтобы мотор раскрутился до 20к об/мин, после чего пластик не выдержал и ротор мотора разорвался, а магниты разлетелись вокруг.
Этот эксперимент вдохновил нас на создание полноценного мотора.
Несколько первых прототипов https://youtu.be/HGMBMcmXRDo https://youtu.be/6RlivrFDIns https://youtu.be/wNrLesz_53o Узнав мнение любителей радиоуправляемых моделей, в качестве задачи мы выбрали мотор для гоночных машин типоразмера «540», как наиболее популярный.
Этот двигатель имеет размеры 54 мм в длину и 36 мм в диаметре.
Ротор Мы сделали новый двигатель из одного неодимового магнита цилиндрической формы.
Магнит был приклеен эпоксидной смолой на вал, выточенный из инструментальной стали на опытном производстве.
Статор Мы вырезаем его лазером из набора пластин трансформаторной стали толщиной 0,5 мм.
Затем каждую пластину тщательно покрывали лаком, а затем примерно из 50 пластин склеивали готовый статор.
Пластины были покрыты лаком, чтобы избежать коротких замыканий между ними и исключить потери энергии из-за токов Фуко, которые могли возникнуть в статоре.
Корпус мотора был изготовлен из двух алюминиевых деталей в форме контейнера.
Статор плотно входит в алюминиевый корпус и хорошо прилегает к стенкам.
Такая конструкция обеспечивает хорошее охлаждение двигателя.
Измерение характеристик
Чтобы добиться максимальной производительности ваших проектов, необходимо провести адекватную оценку и точное измерение производительности.
Для этого мы спроектировали и собрали специальный стенд. 
Основной элемент стойки – тяжелый груз в виде шайбы.
Во время измерений двигатель вращает заданную нагрузку, а выходная мощность и крутящий момент двигателя рассчитываются на основе угловой скорости и ускорения.
Для измерения скорости вращения нагрузки используется пара магнитов на валу и магнитный цифровой датчик А3144, работающий на эффекте Холла.
Конечно, можно было бы измерять обороты по импульсам непосредственно с обмоток двигателя, так как этот двигатель синхронный.
Однако вариант с датчиком более надежен и будет работать даже на очень низких скоростях, на которых импульсы будут нечитаемыми.
Помимо оборотов наш стенд способен измерять еще несколько важных параметров:
- подавать ток (до 30А) с помощью датчика тока на эффекте Холла ACS712;
- напряжение питания.
Измеряется напрямую через АЦП микроконтроллера, через делитель напряжения;
- температура внутри/снаружи двигателя.
Температура измеряется с помощью термосопротивления полупроводника;
В результате наш стенд способен в любой момент измерить следующие характеристики двигателя:
- Потребляемый ток;
- потребляемое напряжение;
- энергопотребление;
- выходная мощность;
- обороты вала;
- момент на валу;
- эффективность;
- мощность теряется в тепло;
- температура внутри двигателя.
Результаты теста
Для проверки работоспособности стенда мы сначала протестировали его на обычном коллекторном двигателе Р540-6022. По этому мотору известно довольно много параметров, но этого оказалось достаточно, чтобы оценить результаты измерений, которые оказались достаточно близкими к заводским.Затем наш мотор был испытан.
Естественно, он смог показать лучший КПД (65% против 45%) и при этом больший крутящий момент (1200 против 250 г/см), чем обычный мотор.
Измерения температуры также дали довольно хорошие результаты; во время испытаний мотор не нагревался выше 80 градусов.
Но на данный момент измерения еще не окончательные.
Мы не смогли измерить двигатель во всем диапазоне оборотов из-за ограничений источника питания.
Нам также предстоит сравнить наш мотор с аналогичными моторами конкурентов и испытать его «в бою», поставив на гоночную радиоуправляемую машину и выступив на соревнованиях.
Теги: #Сделай сам или Сделай сам #электродвигатель #RC #мотор #BLDC #dyno
-
Лексема
19 Oct, 24 -
Работа В Сингапуре
19 Oct, 24 -
Корректная Работа С Потоками В Qt
19 Oct, 24 -
По Вопросу Документации
19 Oct, 24 -
Использование Amarok В Windows
19 Oct, 24 -
Стивен Спилберг Увлекается Видеоиграми
19 Oct, 24
