DIY børsteløs motor. Børsteløse DC-motorer

Udgivet 04/11/2013

Delt enhed (Inrunner, Outrunner)

En børsteløs jævnstrømsmotor består af en rotor med permanente magneter og en stator med viklinger. Der er to typer motorer: Indløber, hvor rotormagneterne er placeret inde i statoren med viklinger, og Outrunner, hvor magneterne er placeret udenfor og roterer rundt om en stationær stator med viklinger.

Ordning Indløber bruges normalt til højhastighedsmotorer med et lille antal poler. Outrunner om nødvendigt få en motor med højt drejningsmoment med relativt lave omdrejningstal. Strukturelt er Inrunners enklere på grund af det faktum, at en stationær stator kan tjene som hus. Fastgørelsesanordninger kan monteres på den. I tilfældet med Outrunners roterer hele det udvendige. Motoren er fastgjort ved hjælp af en fast akse eller statordele. Ved en hjulmotor udføres monteringen på statorens faste akse, ledningerne føres til statoren gennem den hule akse.

Magneter og stænger

Antallet af poler på rotoren er lige. Formen på de anvendte magneter er normalt rektangulær. Cylindriske magneter bruges sjældnere. De er monteret med skiftende stænger.

Antallet af magneter svarer ikke altid til antallet af poler. Flere magneter kan danne én pol:

I dette tilfælde danner 8 magneter 4 poler. Magneternes størrelse afhænger af motorens geometri og motorens egenskaber. Jo stærkere de anvendte magneter, jo højere drejningsmoment udvikler motoren på akslen.

Magneterne på rotoren er fastgjort ved hjælp af speciel lim. Design med en magnetholder er mindre almindelige. Rotormaterialet kan være magnetisk ledende (stål), ikke-magnetisk ledende (aluminiumslegeringer, plast osv.) eller kombineret.

Vindinger og tænder

Viklingen af ​​en trefaset børsteløs motor er lavet af kobbertråd. Tråden kan være enkeltleder eller bestå af flere isolerede ledninger. Statoren er lavet af flere plader af magnetisk ledende stål foldet sammen.

Antallet af statortænder skal divideres med antallet af faser. de der. for trefaset børsteløs motor antal statortænder skal være deleligt med 3. Antallet af statortænder kan enten være større eller mindre end antallet af poler på rotoren. For eksempel er der motorer med følgende ordninger: 9 tænder/12 magneter; 51 tænder/46 magneter.

Motorer med en 3-tands stator bruges yderst sjældent. Da kun to faser fungerer på et givet tidspunkt (når de tændes af en stjerne), virker magnetiske kræfter ikke jævnt på rotoren over hele omkredsen (se figur).

De kræfter, der virker på rotoren, forsøger at forvrænge den, hvilket fører til øget vibration. For at eliminere denne effekt er statoren lavet med et stort antal tænder, og viklingen er fordelt over tænderne på hele statorens omkreds så jævnt som muligt.

I dette tilfælde ophæver de magnetiske kræfter, der virker på rotoren, hinanden. Der er ingen ubalance.

Muligheder for fordeling af faseviklinger over statortænder

Mulighed for optræk med 9 tænder

Mulighed for vikling med 12 tænder

I ovenstående diagrammer er antallet af tænder valgt således, at det ikke kun deleligt med 3. For eksempel hvornår 36 tænder står for 12 tænder per fase. 12 tænder kan fordeles således:

Den mest foretrukne ordning er 6 grupper af 2 tænder.

Eksisterer motor med 51 tænder på statoren! 17 tænder pr fase. 17 er et primtal, det er fuldstændigt deleligt kun med 1 og sig selv. Hvordan fordeler man viklingen mellem tænderne? Ak, jeg kunne ikke finde eksempler eller teknikker i litteraturen, der ville hjælpe med at løse dette problem. Det viste sig, at viklingen var fordelt som følger:

Lad os overveje et rigtigt viklingskredsløb.

Bemærk, at viklingen har forskellige viklingsretninger på forskellige tænder. Forskellige viklingsretninger er angivet med store og store bogstaver. Du kan læse detaljeret om designet af viklinger i litteraturen, der tilbydes i slutningen af ​​artiklen.

Den klassiske vikling er lavet med en ledning til en fase. De der. alle viklinger på tænderne i en fase er forbundet i serie.

Tændernes viklinger kan også forbindes parallelt.

Der kan også være kombinerede indeslutninger

Parallel og kombineret forbindelse gør det muligt at reducere viklingsinduktansen, hvilket fører til en stigning i statorstrømmen (og dermed effekten) og motorens rotationshastighed.

Elektrisk og reel hastighed

Hvis motorrotoren har to poler, så laver rotoren en hel omdrejning med en hel omdrejning af magnetfeltet på statoren. Med 4 poler kræver drejning af motorakslen en hel omdrejning to omdrejninger af magnetfeltet på statoren. Jo større antal rotorpoler, jo flere elektriske omdrejninger kræves der for at rotere motorakslen pr. omdrejning. For eksempel har vi 42 magneter på rotoren. For at dreje rotoren en omdrejning kræves 42/2 = 21 elektriske omdrejninger. Denne egenskab kan bruges som en slags reduktionsgear. Ved at vælge det nødvendige antal poler kan du få en motor med de ønskede hastighedskarakteristika. Derudover har vi brug for en forståelse af denne proces i fremtiden, når vi vælger controller-parametre.

Positionssensorer

Designet af motorer uden sensorer adskiller sig fra motorer med sensorer kun i fravær af sidstnævnte. Der er ingen andre grundlæggende forskelle. De mest almindelige positionssensorer er dem, der er baseret på Hall-effekten. Sensorerne reagerer på et magnetfelt, de er normalt placeret på statoren, så de påvirkes af rotormagneterne. Vinklen mellem sensorerne skal være 120 grader.

Dette refererer til "elektriske" grader. De der. for en flerpolet motor kan det fysiske arrangement af sensorerne være som følger:

Nogle gange er sensorerne placeret uden for motoren. Her er et eksempel på placeringen af ​​sensorerne. Det var faktisk en sensorløs motor. På en så enkel måde var den udstyret med hallsensorer.

På nogle motorer er sensorerne monteret på en speciel enhed, der gør det muligt at flytte sensorerne inden for visse grænser. Ved at bruge en sådan enhed indstilles timing-vinklen. Men hvis motoren kræver bakgear (rotation i modsat retning), vil et andet sæt sensorer konfigureret til bakgear være påkrævet. Da timingen ikke er kritisk ved start og lave hastigheder, kan du indstille sensorerne til nulpunktet og justere fremføringsvinklen programmæssigt, når motoren begynder at rotere.

Hovedmotorens egenskaber

Hver motor er designet til at opfylde specifikke krav og har følgende hovedegenskaber:

• Driftstilstand som motoren er designet til: langsigtet eller kortsigtet. Lang driftstilstand betyder, at motoren kan køre i timevis. Sådanne motorer er designet på en sådan måde, at varmeoverførslen til miljøet er højere end selve motorens varmeafgivelse. I dette tilfælde vil det ikke varme op. Eksempel: ventilation, rulletrappe eller transportørdrev. Kort sigt - betyder, at motoren vil være tændt i en kort periode, hvor den ikke når at varme op til maksimal temperatur, efterfulgt af en lang periode, hvor motoren har tid til at køle ned. Eksempel: elevatordrev, elektriske barbermaskiner, hårtørrere.
• Motorviklingsmodstand. Motorviklingsmodstand påvirker motorens effektivitet. Jo lavere modstand, jo højere effektivitet. Ved at måle modstanden kan du finde ud af tilstedeværelsen af ​​en interturn kortslutning i viklingen. Motorviklingsmodstanden er tusindedele af en ohm. For at måle det kræves en speciel enhed eller en speciel måleteknik.
• Maksimal driftsspænding. Den maksimale spænding, som statorviklingen kan modstå. Den maksimale spænding er relateret til følgende parameter.
• Maksimal hastighed. Nogle gange angiver de ikke den maksimale hastighed, men Kv – antallet af motoromdrejninger pr. volt uden belastning på akslen. Ved at multiplicere denne indikator med den maksimale spænding opnår vi den maksimale motorhastighed uden belastning på akslen.
• Maksimal strøm. Maksimal tilladt viklingsstrøm. Som regel angives også den tid, hvor motoren kan modstå den specificerede strøm. Den maksimale strømbegrænsning er forbundet med mulig overophedning af viklingen. Derfor vil den faktiske driftstid med maksimal strøm ved lave omgivelsestemperaturer være længere, og i varmt vejr vil motoren brænde tidligere ud.
• Maksimal motoreffekt. Direkte relateret til den forrige parameter. Dette er den maksimale effekt, som motoren kan producere i en kort periode, normalt et par sekunder. Ved drift i lang tid med maksimal effekt er overophedning af motoren og dens svigt uundgåelig.
• Nominel effekt. Den kraft, som motoren kan udvikle i hele den tid, den er tændt.
• Fasefremføringsvinkel (timing). Statorviklingen har en vis induktans, som bremser væksten af ​​strøm i viklingen. Strømmen vil nå sit maksimum efter nogen tid. For at kompensere for denne forsinkelse udføres faseskift med et vist fremskridt. Svarende til tænding i en forbrændingsmotor, hvor tændingstidspunktet er indstillet under hensyntagen til brændstoffets tændingstid.

Du skal også være opmærksom på, at du ved nominel belastning ikke får maksimal hastighed på motorakslen. Kv angivet for en ubelastet motor. Når man driver motoren fra batterier, bør man tage højde for "sag" af forsyningsspændingen under belastning, hvilket igen vil reducere den maksimale motorhastighed.

En af grundene til, at designere viser interesse for børsteløse elektriske motorer, er behovet for højhastighedsmotorer med små dimensioner. Desuden har disse motorer en meget præcis positionering. Designet har en bevægelig rotor og en stationær stator. Rotoren indeholder en permanent magnet eller flere placeret i en bestemt rækkefølge. Statoren indeholder spoler, der skaber et magnetfelt.

Endnu en egenskab skal bemærkes - børsteløse elektriske motorer kan have et anker placeret både indvendigt og udvendigt. Derfor kan de to typer design have specifikke anvendelser inden for forskellige områder. Når ankeret er placeret inde, er det muligt at opnå en meget høj rotationshastighed, så sådanne motorer fungerer meget godt i design af kølesystemer. Hvis der monteres et drev med ekstern rotor, kan der opnås meget præcis positionering samt høj modstand mod overbelastning. Meget ofte bruges sådanne motorer i robotteknologi, medicinsk udstyr og i værktøjsmaskiner med frekvensprogramstyring.

Sådan fungerer motorer

For at drive rotoren på en børsteløs jævnstrømsmotor skal der bruges en speciel mikrocontroller. Den kan ikke køres på samme måde som en synkron eller asynkron maskine. Ved hjælp af en mikrocontroller er det muligt at tænde for motorviklingerne, så retningerne af magnetfeltvektorerne på statoren og armaturet er ortogonale.

Med andre ord, ved hjælp af en driver er det muligt at regulere, hvad der virker på rotoren af ​​en børsteløs motor. For at flytte ankeret er det nødvendigt at udføre korrekt kommutering i statorviklingerne. Desværre er det ikke muligt at give jævn rotationskontrol. Men du kan meget hurtigt øge elmotorens rotor.

Forskelle mellem børstede og børsteløse motorer

Den største forskel er, at på børsteløse elektriske motorer til modeller er der ingen vikling på rotoren. I tilfælde af kommutatorelektriske motorer er der viklinger på deres rotorer. Men permanente magneter er installeret på den stationære del af motoren. Derudover er der installeret en specialdesignet opsamler på rotoren, hvortil grafitbørster er forbundet. Med deres hjælp tilføres spænding til rotorviklingen. Funktionsprincippet for en børsteløs elmotor er også væsentligt anderledes.

Hvordan fungerer en opsamlermaskine?

For at starte en kommutatormotor skal du påføre spænding til feltviklingen, som er placeret direkte på ankeret. I dette tilfælde dannes et konstant magnetfelt, som interagerer med magneterne på statoren, som et resultat af hvilket ankeret og samleren, der er fastgjort til den, roterer. I dette tilfælde leveres strøm til den næste vikling, og cyklussen gentages.

Rotorens rotationshastighed afhænger direkte af, hvor intenst magnetfeltet er, og sidstnævnte karakteristika afhænger direkte af spændingens størrelse. Derfor er det nødvendigt at ændre forsyningsspændingen for at øge eller mindske omdrejningshastigheden.

For at implementere omvendt, behøver du kun at ændre polariteten af ​​motorforbindelsen. For sådan kontrol behøver du ikke bruge specielle mikrocontrollere; du kan ændre rotationshastigheden ved hjælp af en almindelig variabel modstand.

Funktioner af børsteløse maskiner

Men at styre en børsteløs elektrisk motor er umulig uden brug af specielle controllere. Baseret på dette kan vi konkludere, at motorer af denne type ikke kan bruges som generator. For kontroleffektivitet kan rotorens position overvåges ved hjælp af flere Hall-sensorer. Ved hjælp af sådanne enkle enheder er det muligt at forbedre ydeevnen betydeligt, men prisen på den elektriske motor vil stige flere gange.

Start af børsteløse motorer

Det nytter ikke at lave mikrocontrollere selv; en meget bedre mulighed ville være at købe en færdiglavet, omend en kinesisk. Men du skal overholde følgende anbefalinger, når du vælger:

1. Overhold den maksimalt tilladte strøm. Denne parameter vil helt sikkert være nyttig til forskellige typer drevdrift. Karakteristikken er ofte angivet af fabrikanterne direkte i modelnavnet. Meget sjældent angives værdier, der er karakteristiske for peak modes, hvor mikrocontrolleren ikke kan fungere i lang tid.
2. For kontinuerlig drift er det nødvendigt at tage højde for den maksimale forsyningsspænding.
3. Sørg for at tage højde for modstanden af ​​alle interne kredsløb i mikrocontrolleren.
4. Det er bydende nødvendigt at tage højde for det maksimale antal omdrejninger, der er typisk for driften af ​​denne mikrocontroller. Bemærk venligst, at den ikke vil kunne øge den maksimale hastighed, da begrænsningen er lavet på softwareniveau.
5. Billige modeller af mikrocontrollerenheder har pulser i området 7...8 kHz. Dyre kopier kan omprogrammeres, og denne parameter øges med 2-4 gange.

Prøv at vælge mikrocontrollere i henhold til alle parametre, da de påvirker den effekt, som elmotoren kan udvikle.

Hvordan foregår ledelsen?

Den elektroniske styreenhed gør det muligt at skifte drivviklingerne. For at bestemme koblingsmomentet overvåger føreren rotorens position ved hjælp af en Hall-sensor installeret på drevet.

Hvis der ikke er sådanne enheder, er det nødvendigt at læse den omvendte spænding. Det genereres i statorspoler, der ikke er forbundet på et givet tidspunkt. Controlleren er et hardware- og softwarekompleks; den giver dig mulighed for at overvåge alle ændringer og indstille omskiftningsrækkefølgen så nøjagtigt som muligt.

Trefasede børsteløse motorer

Mange børsteløse elektriske motorer til flymodeller drives af jævnstrøm. Men der er også trefasede enheder, hvori der er installeret omformere. De giver dig mulighed for at lave trefasede impulser fra jævnspænding.

Arbejdet forløber som følger:

1. Spole "A" modtager impulser med en positiv værdi. På spole "B" - med en negativ værdi. Som et resultat af dette vil ankeret begynde at bevæge sig. Sensorer registrerer forskydningen, og der sendes et signal til styreenheden om at udføre næste skift.
2. Spole "A" slukkes, og en positiv impuls sendes til vikling "C". Skiftet af vikling "B" ændres ikke.
3. En positiv impuls sendes til spole "C", og en negativ impuls sendes til "A".
4. Derefter træder parret "A" og "B" i funktion. Positive negative pulsværdier leveres til dem hhv.
5. Så går den positive puls igen til spole "B", og den negative puls til "C".
6. På det sidste trin tændes spolen "A", hvortil der modtages en positiv impuls, og en negativ går til C.

Og derefter gentages hele cyklussen.

Fordele ved brug

Det er svært at lave en børsteløs elektrisk motor med egne hænder, og implementering af mikrocontrollerkontrol er næsten umuligt. Derfor er det bedst at bruge færdige industrielle designs. Men husk at tage højde for de fordele, som drevet får ved brug af børsteløse elektriske motorer:

1. Betydelig længere levetid end opsamlermaskiner.
2. Højt effektivitetsniveau.
3. Effekten er højere end for kommutatormotorer.
4. Rotationshastigheden stiger meget hurtigere.
5. Der dannes ingen gnister under drift, så de kan bruges i miljøer med høj brandfare.
6. Meget enkel betjening af drevet.
7. Under drift er det ikke nødvendigt at bruge yderligere komponenter til køling.

Blandt ulemperne kan vi fremhæve de meget høje omkostninger, hvis vi også tager prisen på controlleren i betragtning. Det vil ikke være muligt at tænde en sådan elektrisk motor selv kortvarigt for at kontrollere dens funktionalitet. Derudover er reparation af sådanne motorer meget vanskeligere på grund af deres designfunktioner.

I denne artikel vil vi gerne tale om, hvordan vi skabte en elektrisk motor fra bunden: fra idéen og den første prototype til en fuldgyldig motor, der har bestået alle test. Hvis du finder denne artikel interessant, vil vi separat fortælle dig mere detaljeret om de faser af vores arbejde, der interesserede dig mest.

På billedet fra venstre mod højre: rotor, stator, delvis motorsamling, motorsamling

Introduktion

Elektriske motorer dukkede op for mere end 150 år siden, men i løbet af denne tid har deres design ikke undergået nogen væsentlige ændringer: en roterende rotor, kobberstatorviklinger, lejer. Gennem årene har der kun været en reduktion i vægten af ​​elektriske motorer, en stigning i effektiviteten og også i nøjagtigheden af ​​hastighedskontrol.

I dag er det, takket være udviklingen af ​​moderne elektronik og fremkomsten af ​​kraftige magneter baseret på sjældne jordarters metaller, muligt at skabe mere kraftfulde og samtidig kompakte og lette "Brushless" elektriske motorer end nogensinde før. På samme tid er de på grund af deres enkle design de mest pålidelige elektriske motorer, der nogensinde er skabt. Oprettelsen af ​​en sådan motor vil blive diskuteret i denne artikel.

Beskrivelse af motoren

"Børsteløse motorer" har ikke "børster" -elementet, som er kendt for alle fra adskillelse af elværktøj, hvis rolle er at overføre strøm til viklingen af ​​den roterende rotor. I børsteløse motorer tilføres strøm til viklingerne på en ikke-bevægelig stator, som ved at skabe et magnetfelt skiftevis ved sine individuelle poler spinder rotoren, hvorpå magneterne er fastgjort.

Den første sådan motor blev printet af os på en 3D-printer som et eksperiment. I stedet for specialplader af elektrisk stål brugte vi almindelig plast til rotorhuset og statorkernen, hvorpå kobberspolen var viklet. Neodymmagneter med rektangulært tværsnit blev fastgjort til rotoren. Naturligvis var en sådan motor ikke i stand til at levere maksimal effekt. Dette var dog nok til at motoren snurrede op til 20k rpm, hvorefter plastikken ikke kunne holde til det og motorrotoren blev revet fra hinanden, og magneterne blev spredt rundt. Dette eksperiment inspirerede os til at skabe en fuldgyldig motor.

Flere første prototyper

Efter at have lært udtalelsen fra fans af radiostyrede modeller, som en opgave, valgte vi en motor til racerbiler i størrelsen "540", som den mest populære. Denne motor har dimensioner på 54 mm i længden og 36 mm i diameter.

Vi lavede rotoren til den nye motor af en enkelt neodymmagnet i form af en cylinder. Magneten blev limet med epoxy på en aksel bearbejdet af værktøjsstål i et pilotproduktionsanlæg.

Vi laserskærer statoren fra et sæt transformatorstålplader 0,5 mm tykke. Hver plade blev derefter forsigtigt belagt med lak og derefter blev den færdige stator limet sammen fra omkring 50 plader. Pladerne blev belagt med lak for at undgå kortslutninger mellem dem og for at eliminere energitab på grund af Foucault-strømme, der kunne opstå i statoren.

Motorhuset var lavet af to aluminiumsdele i form af en beholder. Statoren passer tæt ind i aluminiumshuset og passer godt til væggene. Dette design sikrer god motorkøling.

Præstationsmåling

For at opnå maksimal ydeevne af dine designs, er det nødvendigt at udføre tilstrækkelig evaluering og nøjagtig måling af ydeevne. Til dette formål har vi designet og monteret en speciel dyno.

Hovedelementet i stativet er en tung belastning i form af en puck. Under målinger roterer motoren den givne belastning, og motorens udgangseffekt og drejningsmoment beregnes ud fra vinkelhastigheden og accelerationen.

For at måle lastens rotationshastighed bruges et par magneter på akslen og en A3144 magnetisk digital sensor baseret på Hall-effekten. Selvfølgelig ville det være muligt at måle omdrejninger ved impulser direkte fra motorviklingerne, da denne motor er synkron. Muligheden med en sensor er dog mere pålidelig, og den vil fungere selv ved meget lave hastigheder, hvor pulserne vil være ulæselige.

Ud over omdrejninger er vores stand i stand til at måle flere andre vigtige parametre:

• forsyningsstrøm (op til 30A) ved hjælp af en strømsensor baseret på halleffekten ACS712;
• forsyningsspænding. Målt direkte gennem mikrocontrollerens ADC gennem en spændingsdeler;
• temperatur inde/uden for motoren. Temperaturen måles ved hjælp af en termisk halvledermodstand;

For at indsamle alle parametre fra sensorerne og overføre dem til computeren, bruges en AVR mega-serie mikrocontroller på Arduino nano-kortet. Mikrocontrolleren kommunikerer med computeren via en COM-port. For at behandle aflæsningerne blev der skrevet et særligt program, der registrerer, sætter gennemsnit og viser måleresultaterne.

Som et resultat er vores stand til enhver tid i stand til at måle følgende motoregenskaber:

• nuværende forbrug;
• forbrugt spænding;
• strømforbrug;
• udgangseffekt;
• aksel omdrejninger;
• øjeblik på akslen;
• strøm tabt til varme;
• temperatur inde i motoren.

Video, der demonstrerer standens arbejde:

Test resultater

For at kontrollere standerens ydeevne testede vi den først på en konventionel R540-6022 kommutatormotor. En hel del parametre er kendt for denne motor, men dette var nok til at evaluere måleresultaterne, som viste sig at være ret tæt på fabrikkens.

Så blev vores motor testet. Naturligvis var han i stand til at vise bedre effektivitet (65% mod 45%) og samtidig større drejningsmoment (1200 versus 250 g pr. cm) end en konventionel motor. Temperaturmålinger gav også ret gode resultater, under test blev motoren ikke opvarmet over 80 grader.

Men i øjeblikket er målingerne endnu ikke endelige. Vi var ikke i stand til at måle motoren over dens fulde rpm-område på grund af strømforsyningsbegrænsninger. Vi skal også sammenligne vores motor med lignende motorer fra konkurrenter og teste den "i kamp", sætte den på en radiostyret racerbil og præstere i konkurrencer.

Dette er en type AC-elektrisk motor, hvor kommutator-børstesamlingen er erstattet af en berøringsfri halvlederkontakt styret af en rotorpositionssensor. Nogle gange kan du støde på følgende forkortelse: BLDC - børsteløs jævnstrømsmotor. For nemheds skyld vil jeg kalde det en børsteløs motor eller blot BC.

Børsteløse motorer er ret populære på grund af deres specificitet: der er ingen forbrugsstoffer såsom børster, ingen kulstof-/metalstøv inde fra friktion, ingen gnister (og dette er et enormt område for eksplosions- og brandsikre drev/pumper). De bruges lige fra ventilatorer og pumper til højpræcisionsdrev.
Hovedanvendelse inden for modellering og amatørkonstruktion: motorer til radiostyrede modeller.

Den generelle betydning af disse motorer er tre faser og tre viklinger (eller flere viklinger forbundet i tre grupper), som styres af et signal i form af en sinusoid eller en omtrentlig sinusoid for hver af faserne, men med et vist skift. Figuren viser en simpel illustration af driften af ​​en trefaset motor.

Følgelig er et af de specifikke aspekter ved styring af BC-motorer brugen af ​​en speciel controller-driver, som giver dig mulighed for at regulere strøm- og spændingsimpulser for hver fase på motorviklingerne, hvilket i sidste ende giver stabil drift over et bredt spændingsområde. Det er de såkaldte ESC-controllere.

BC-motorer til fjernbetjeningsudstyr kommer i forskellige størrelser og designs. Nogle af de mest kraftfulde er serierne 22 mm, 36 mm og 40/42 mm. Designet kommer de med en ekstern rotor og en intern (Outrunner, Inrunner). Motorer med en ekstern rotor har faktisk ikke et statisk hus (kappe) og er lette. Som regel bruges de i flymodeller, quadcoptere mv.
Motorer med ekstern stator er lettere at forsegle. Lignende bruges til RC-modeller, der er udsat for ydre påvirkninger såsom snavs, støv, fugt: buggies, monstre, crawlere, vand RC-modeller).
For eksempel kan en motor af typen 3660 nemt installeres i en fjerntliggende modelbil, såsom en buggy eller et monster, og få en masse sjov.

Jeg vil også bemærke det forskellige layout af selve statoren: 3660 motorer har 12 spoler forbundet i tre grupper.
Dette giver dig mulighed for at opnå et højt moment på akslen. Det ser sådan ud.


Spolerne er forbundet sådan


Hvis du skiller motoren ad og fjerner rotoren, kan du se statorspolerne.
Her er, hvad der er inde i 3660-serien


flere billeder

Amatørbrug af sådanne motorer med højt drejningsmoment er i hjemmelavede designs, der kræver en lille, kraftfuld højhastighedsmotor. Disse kan være blæsere af turbinetypen, spindler af amatørværktøjsmaskiner osv.

Så med henblik på installation i en amatørmaskine til boring og gravering blev et sæt børsteløs motor taget sammen med en ESC-controller
GoolRC 3660 3800KV børsteløs motor med ESC 60A Metal Gear Servo 9,0 kg sæt


Fordelen ved sættet var et 9 kg servodrev, hvilket er meget praktisk til hjemmelavede produkter.

De generelle krav ved valg af motor var som følger:
- Antallet af omdrejninger/volt er mindst 2000, da det var planlagt at bruge det med lavspændingskilder (7,4...12V).
- Skaftdiameter 5 mm. Jeg overvejede muligheder med en 3.175 mm aksel (dette er en serie med 24 diameter BC-motorer, for eksempel 2435), men så skulle jeg købe en ny ER11 patron. Der er endnu kraftigere muligheder, for eksempel 4275 eller 4076 motorer med 5 mm aksel, men de er tilsvarende dyrere.

Karakteristika for GoolRC 3660 børsteløs motor:
Model: GoolRC 3660
Effekt: 1200W
Driftsspænding: op til 13V
Strømgrænse: 92A
Omdrejninger pr. volt (RPM/Volt): 3800KV
Maksimal hastighed: op til 50000
Urkasse diameter: 36mm
Kasselængde: 60 mm
Skaftlængde: 17mm
Skaftdiameter: 5mm
Sætskrue størrelse: 6 stk * M3 (korte, jeg brugte M3 * 6)
Forbindelser: 4 mm guldbelagt bananhan
Beskyttelse: mod støv og fugt

ESC controller egenskaber:
Model: GoolRC ESC 60A
Kontinuerlig strøm: 60A
Spidsstrøm: 320A
Anvendelige batterier: 2-3S Li-Po / 4-9S Ni-Mh Ni-Cd
BEC: 5,8V/3A
Stik (Indgang): T-stik han
Stik (udgang): 4 mm guldbelagte bananer hun
Dimensioner: 50 x 35 x 34 mm (ekskl. kabellængde)
Beskyttelse: mod støv og fugt

Servo egenskaber:
Driftsspænding: 6,0V-7,2V
Svinghastighed (6,0V): 0,16sek/60° uden belastning
Svinghastighed (7,2V): 0,14sek/60° uden belastning
Holdemoment (6,0V): 9,0kg.cm
Holdemoment (7,2V): 10,0kg.cm
Dimensioner: 55 x 20 x 38 mm (L * B * H)

Sættets parametre:
Pakkestørrelse: 10,5 x 8 x 6 cm
Pakkevægt: 390 g
Mærkeemballage med GoolRC logo

Indstil indhold:
1 * GoolRC 3660 3800KV Motor
1 * GoolRC 60A ESC
1 * GoolRC 9KG Servo
1 * Informationsblad


Dimensioner for reference og udseende af GoolRC 3660 motor med highlights

Nu et par ord om selve pakken.
Pakken ankom i form af en lille postpakke med en kasse indeni


Leveret af en alternativ posttjeneste, ikke Russian Post, hvilket er, hvad konnossementet siger


Pakken indeholder en mærkevare GoolRC-boks


Indvendigt er der et sæt børsteløs motor størrelse 3660 (36x60 mm), en ESC-controller til den og en servo med sættet


Lad os nu se på hele sættet efter individuelle komponenter. Lad os starte med det vigtigste - motoren.

GoolRC BC-motoren er en aluminiumscylinder, målene 36 x 60 mm. På den ene side er der tre tykke tråde i en silikonefletning med “bananer”, på den anden side er der et 5 mm skaft. Rotoren er monteret på rullelejer på begge sider. Der er en modelmærkning på kabinettet


Endnu et foto. Yderjakken er fast, dvs. Inrunner motor type.


Mærker på kroppen


Lejet er synligt fra bagenden


Hævdes at være stænk- og fugtafvisende
Tre tykke, korte ledninger kommer ud for at forbinde faserne: u v w. Hvis du leder efter terminaler til tilslutning, er det 4 mm bananer


Trådene er varmekrympelige i forskellige farver: gul, orange og blå


Motormål: Akseldiameter og længde er de samme som angivet: Aksel 5x17 mm




Motorhusmål 36x60 mm




Sammenligning med børstet 775 motor


Sammenligning med en 300W brugt spindel (og en pris på omkring $100). Lad mig minde dig om, at GoolRC 3660 har en angivet spidseffekt på 1200W. Selvom du bruger en tredjedel af strømmen, er det stadig billigere og mere end denne spindel


Sammenligning med andre modelmotorer


For korrekt drift af motoren skal du bruge en speciel ESC-controller (som er inkluderet i sættet)

ESC-controlleren er et motordriverkort med en signalomformer og kraftige kontakter. På simple modeller bruges varmekrympe i stedet for et hus, på kraftige modeller bruges et hus med radiator og aktiv køling.


Billedet viser GoolRC ESC 60A-controlleren sammenlignet med dens "yngre" bror ESC 20A


Bemærk venligst: der er en tænd/sluk-knap på et stykke ledning, der kan indbygges i enhedens/legetøjets krop


Der er et komplet sæt stik: T-indgangsstik, 4 mm bananstik, 3-benet styresignalindgang


Power bananer 4 mm - fatninger, er mærket på samme måde efter farve: gul, orange og blå. Når du forbinder, kan du kun blande det med vilje


Indgangs T-stik. På samme måde kan du vende polariteten, hvis du er meget stærk)))))


Der er en markering på sagen med navn og egenskaber, hvilket er meget praktisk


Køling er aktiv, virker og reguleres automatisk.

For at vurdere dimensionerne har jeg vedhæftet en PCB ruller

Sættet indeholder også en 9 kg GoolRC servo.


Plus, som for enhver anden servo, inkluderer sættet et sæt håndtag (dobbelt, kryds, stjerne, hjul) og monteringsudstyr (jeg kunne godt lide, at der er afstandsstykker lavet af messing)


Makrofoto af en servoaksel


Forsøger at sikre et krydsformet håndtag til fotografering


Det er faktisk interessant at tjekke de angivne specifikationer - det er et metalsæt gear indeni. Lad os skille servoen ad. Kroppen sidder på tætningsmasse i en cirkel, og der er masser af smøring indeni. Gearene er i sandhed metal.


Foto af servokontroltavle

Hvorfor alt dette blev startet: for at prøve BC-motoren som en bore-/graveringsmaskine. Alligevel er den angivne spidseffekt 1200W.
Jeg valgte et borepresseprojekt til klargøring af PCB på . Der er mange projekter derude for at lave en belysningsbordvæv. Typisk er alle disse projekter små og designet til at rumme en lille jævnstrømsmotor.


Jeg valgte en af ​​dem og ændrede monteringen med hensyn til monteringer til 3660-motoren (den originale motor var mindre og havde forskellige monteringsstørrelser)

Jeg giver en tegning af sæder og dimensioner på 3660-motoren


Originalen har en svagere motor. Her er en skitse af fastgørelsen (6 huller til M3x6)


Skærmbillede fra et program til udskrivning til en printer


Samtidig printede jeg også en klemme til montering ovenpå


3660 motor med ER11 spændepatron installeret




For at tilslutte og kontrollere motoren BC, skal du samle følgende kredsløb: strømforsyning, servotester eller styrekort, ESC-motorstyring, motor.
Jeg bruger den enkleste servo tester, den giver også det ønskede signal. Den kan bruges til at tænde og justere motorhastigheden


Hvis det ønskes, kan du tilslutte en mikrocontroller (Arduino osv.). Jeg leverer et diagram fra internettet med tilslutning af en outrunner og en 30A controller. At finde skitser er ikke et problem.


Vi forbinder alt efter farve.


Kilden viser, at controllerens tomgangsstrøm er lille (0,26A)


Nu boremaskinen.
Vi samler alt og fastgør det til stativet




For at tjekke, samler jeg det uden huset, så vil jeg printe huset, hvor du kan installere en standardafbryder, en servo-testerknap


En anden anvendelse af en lignende 3660 BC motor er som spindel til maskiner til boring og fræsning af printkort






Jeg afslutter anmeldelsen af ​​selve maskinen lidt senere. Det vil være interessant at tjekke PCB-gravering ved hjælp af GoolRC 3660

Konklusion

Motoren er af høj kvalitet, kraftfuld, med masser af drejningsmoment, velegnet til amatørformål.
Tiden vil vise nøjagtigt overlevelsesevnen af ​​lejer under lateral kraft under fræsning/gravering.
Der er absolut fordele ved at bruge modelmotorer til amatørformål, såvel som den nemme betjening og montering af strukturer på dem sammenlignet med CNC-spindler, som er dyrere og kræver specielt udstyr (strømforsyninger med hastighedskontrol, drivere, køling osv. .).

Jeg brugte en kupon ved bestilling UDSALG15 med 5% rabat på alle butiksprodukter.

Tak for din opmærksomhed!

Jeg planlægger at købe +61 Tilføj til favoritter Jeg kunne godt lide anmeldelsen +92 +156

Motorer bruges inden for mange teknologiområder. For at motorrotoren kan rotere, skal der være et roterende magnetfelt til stede. I konventionelle DC-motorer udføres denne rotation mekanisk ved hjælp af børster, der glider langs en kommutator. I dette tilfælde opstår der gnistdannelse, og desuden kræver sådanne motorer konstant vedligeholdelse på grund af friktion og slid på børsterne.

Takket være udviklingen af ​​teknologien er det blevet muligt at generere et roterende magnetfelt elektronisk, som blev inkorporeret i børsteløse jævnstrømsmotorer (BLDC).

Enhed og funktionsprincip

Hovedelementerne i BDPT er:

• rotor, hvorpå permanente magneter er monteret;
• stator, hvorpå viklingerne er installeret;
• elektronisk controller.

Ved design kan en sådan motor være af to typer:

med intern rotorarrangement (indløber)

med ekstern rotorarrangement (udløber)

I det første tilfælde roterer rotoren inde i statoren, og i det andet roterer rotoren rundt om statoren.

Inrunner type motor bruges, når det er nødvendigt at opnå høje omdrejningshastigheder. Denne motor har et enklere standarddesign, der tillader brug af en fast stator til at montere motoren.

Outrunner type motor Velegnet til at opnå højt drejningsmoment ved lave hastigheder. I dette tilfælde er motoren monteret ved hjælp af en fast akse.

Inrunner type motor- høj hastighed, lavt drejningsmoment. Outrunner type motor- lav hastighed, højt drejningsmoment.

Antallet af poler i en BLDC kan være forskelligt. Ud fra antallet af poler kan man bedømme nogle karakteristika ved motoren. For eksempel har en motor med en rotor med 2 poler et højere antal omdrejninger og lavt drejningsmoment. Motorer med et øget antal poler har mere moment, men færre omdrejninger. Ved at ændre antallet af rotorpoler kan du ændre motorhastigheden. Ved at ændre motordesignet kan producenten således vælge de nødvendige motorparametre med hensyn til drejningsmoment og hastighed.

BDPT kontrol

Hastighedsregulator, udseende

Bruges til at styre en børsteløs motor speciel controller - motorakselhastighedsregulator jævnstrøm. Dens opgave er at generere og levere den nødvendige spænding til den ønskede vikling på det rigtige tidspunkt. Regulatoren til enheder, der drives af et 220 V-netværk, bruger oftest et inverterkredsløb, hvor strøm med en frekvens på 50 Hz konverteres først til jævnstrøm og derefter til signaler med pulsbreddemodulation (PWM). For at levere forsyningsspænding til statorviklingerne bruges kraftige elektroniske kontakter på bipolære transistorer eller andre strømelementer.

Motorens effekt og hastighed justeres ved at ændre impulsernes driftscyklus og følgelig ved den effektive værdi af den spænding, der leveres til motorens statorviklinger.

Skematisk diagram af hastighedsregulatoren. K1-K6 - nøgler D1-D3 - rotorpositionssensorer (Hall-sensorer)

Et vigtigt spørgsmål er rettidig tilslutning af elektroniske nøgler til hver vikling. For at sikre dette regulatoren skal bestemme rotorens position og dens hastighed. For at få sådan information kan der bruges optiske eller magnetiske sensorer (f.eks. Hall sensorer), samt omvendte magnetiske felter.

Mere almindelig brug Hall sensorer, hvilken reagere på tilstedeværelsen af ​​et magnetfelt. Sensorerne er placeret på statoren på en sådan måde, at de påvirkes af rotorens magnetfelt. I nogle tilfælde er sensorer installeret i enheder, der giver dig mulighed for at ændre sensorernes position og i overensstemmelse hermed justere timingen.

Rotorhastighedsregulatorerne er meget følsomme over for styrken af ​​strømmen, der passerer gennem den. Hvis du vælger et genopladeligt batteri med en højere strømudgang, vil regulatoren brænde ud! Vælg den rigtige kombination af egenskaber!

Fordele og ulemper

Sammenlignet med konventionelle BLDC-motorer har de følgende fordele:

• høj effektivitet;
• Høj ydeevne;
• mulighed for at ændre omdrejningshastigheden;
• ingen gnistrende børster;
• små lyde, både i lyd- og højfrekvensområdet;
• pålidelighed;
• evne til at modstå drejningsmomentoverbelastninger;
• fremragende forhold mellem dimensioner og effekt.

Den børsteløse motor er yderst effektiv. Det kan nå 93-95%.

Den høje pålidelighed af den mekaniske del af BD'en forklares af, at den bruger kuglelejer, og der er ingen børster. Afmagnetisering af permanente magneter sker ret langsomt, især hvis de er lavet ved hjælp af sjældne jordarters elementer. Når den bruges i en strømbeskyttelsescontroller, er denne enheds levetid ret lang. Rent faktisk Levetiden for BLDC-motoren kan bestemmes af kuglelejernes levetid.

Ulemperne ved BLDC er kompleksiteten af ​​kontrolsystemet og høje omkostninger.

Ansøgning

Anvendelsesområderne for BDTP er som følger:

• skabelse af modeller;
• medicin;
• bil industrien;
• Olie- og gasindustrien;
• Hårde hvidevarer;
• militært udstyr.

Brug Database for flymodeller giver en væsentlig fordel i kraft og størrelse. En sammenligning af en konventionel kommutatormotor af Speed-400-typen og en Astro Flight 020 BDTP af samme klasse viser, at den første type motor har en virkningsgrad på 40-60%. Effektiviteten af ​​den anden motor under de samme forhold kan nå 95%. Brugen af ​​en database gør det således muligt at øge effekten af ​​modellens powerdel eller dens flyvetid med næsten 2 gange.

På grund af lav støj og ingen opvarmning under drift, er BLDC'er meget brugt i medicin, især i tandpleje.

I biler bruges sådanne motorer i rudehejse, elektriske vinduesviskere, lygtevasker og elektrisk sædeløft-betjening.

Ingen kommutator eller børste gnister tillader brug af databaser som elementer i låseanordninger i olie- og gasindustrien.

Som eksempel på brugen af ​​BD i husholdningsapparater kan vi notere vaskemaskinen med direkte tromletræk fra LG. Dette firma bruger en Outrunner type RDU. Der er 12 magneter på motorrotoren, og 36 induktorer på statoren, som er viklet med en ledning med en diameter på 1 mm på kerner lavet af magnetisk ledende stål. Spolerne er forbundet i serie, 12 stykker pr. fase. Modstanden for hver fase er 12 ohm. En Hall-sensor bruges som rotorpositionssensor. Motorrotoren er fastgjort til vaskemaskinens kar.

Denne motor er meget brugt i harddiske til computere, hvilket gør dem kompakte, i cd- og dvd-drev og kølesystemer til mikro-elektroniske enheder med mere.

Sammen med små og mellemstore BD'er bliver store BLDC-motorer i stigende grad brugt i tunge, marine- og militærindustrier.

Databaser med høj effekt er udviklet til den amerikanske flåde. For eksempel har Powertec udviklet en 220 kW BDHP med en hastighed på 2000 rpm. Motorens drejningsmoment når 1080 Nm.

Ud over disse områder bruges DB'er i projekter af værktøjsmaskiner, presser, plastbearbejdningslinjer samt i vindenergi og brug af tidevandsbølgeenergi.

Egenskaber

Hovedmotorens egenskaber:

• nominel effekt;
• maksimal effekt;
• maksimal strøm;
• maksimal driftsspænding;
• maksimal hastighed(eller Kv-koefficient);
• viklingsmodstand;
• fremadgående vinkel;
• driftstilstand;
• overordnede dimensioner og vægtegenskaber motor.

Hovedindikatoren for en motor er dens nominelle effekt, det vil sige den effekt, der genereres af motoren over en lang driftsperiode.

Maksimal effekt- det er den kraft, som motoren kan levere i en kort periode uden at gå i stykker. For eksempel, for Astro Flight 020 børsteløs motor nævnt ovenfor, er den 250 W.

Maksimal strøm. For Astro Flight 020 er det 25 A.

Maksimal driftsspænding– spænding, som motorviklingerne kan modstå. For Astro Flight 020 er driftsspændingsområdet indstillet fra 6 til 12 V.

Maksimal motorhastighed. Nogle gange angiver passet Kv-koefficienten - antallet af motoromdrejninger pr. volt. For Astro Flight 020 Kv= 2567 r/V. I dette tilfælde kan den maksimale hastighed bestemmes ved at gange denne koefficient med den maksimale driftsspænding.

Som regel viklingsmodstand for motorer er tiendedele eller tusindedele af en ohm. For Astro Flight 020 R= 0,07 Ohm. Denne modstand påvirker effektiviteten af ​​BLDC-motoren.

Fremadgående vinkel repræsenterer fremrykningen af ​​skiftespændinger på viklingerne. Det er forbundet med den induktive karakter af viklingsmodstanden.

Driftstilstanden kan være langsigtet eller kortsigtet. I langtidstilstand kan motoren køre i lang tid. Samtidig spredes varmen, der genereres af den, fuldstændigt, og den overophedes ikke. Motorer fungerer i denne tilstand, for eksempel i ventilatorer, transportører eller rulletrapper. Korttidstilstand bruges til enheder såsom en elevator, en elektrisk barbermaskine. I disse tilfælde kører motoren i kort tid og køler derefter ned i lang tid.

Motordatabladet viser dens dimensioner og vægt. Derudover er for eksempel for motorer beregnet til modelfly angivet landingsdimensioner og akseldiameter. Især er følgende egenskaber givet for Astro Flight 020-motoren:

• længde er 1,75";
• diameter er 0,98";
• akseldiameter er 1/8”;
• vægt er 2,5 ounce.

Konklusioner:

1. I modellering, i forskellige tekniske produkter, i industri og i forsvarsteknologi anvendes BLDC'er, hvor et roterende magnetfelt genereres af et elektronisk kredsløb.
2. Ved design kan BLDC-motorer have et internt (inrunner) eller et eksternt (outrunner) rotorarrangement.
3. Sammenlignet med andre BLDC-motorer har de en række fordele, de vigtigste er fraværet af børster og gnister, høj effektivitet og høj pålidelighed.