3D tulostettu BLDC moottori – Suunnittelu
3D Tulostettu BLDC moottori ja sen kehitys. Moottorin suunnittelu toteutettiin Autodesk Fusion 360 -Ohjelmistolla. Moottorin konfiguraatioksi valittiin 36N/42P, 36 käämiä ja 42 magneettia. Hiiliharjattoman moottorin tapauksessa tämä tarkoittaa 12 * käämiparia / vaihe ja 21 magneettiparia.
Poikkileikkaus kuva Fusion 360 ohjelmasta. Moottorin pohjaan asetettiin enkooderi, joka antaa roottorin tarkan asennon. Enkooderia käytettiin ABN kytkennällä, tarkoittaen A/B pulssit asennot inkrementaalisesti ja N pulssi indeksinä. Projektissa käytetty enkooderi oli 14 bittinen, antaen 16 384 askelta yhden kierroksen aikana.
BLDC moottori käämintä
Moottori käämittiin Y konfiguraatiolla ja 2-layer muotoon. Moottorin käämimisessä käytettiin 0.5mm kuparilankaa ja 15 kierrosta / käämi. Testien mukaan moottoria pystyi ajamaan hetkellisesti noin 5A vaihevirralla ilman ylikuumentumista.
BLDC moottorin kasaaminen
Staattorin kääminnän jälkeen koitti moottorin kasaaminen, staattorin käämintä epäonnistui muutaman kerran, laskuvirheiden takia ja väärän kääminnän takia. Staattorin käämintä on aikaa vievää ja vaatii tarkkaa keskittymistä. Lopulta staattori kuitenkin saatiin käämittyä oikein.
3D tulostetun BLDC moottorin testaus ja pyörittäminen
Moottoria ohjattiin Trinamicin valmistamalla TMC4671 kehitysalustalla, alusta tukee FOC ohjausta ja enkooderia. Videolta huomataan että moottori pyörii todella tasaisesti jopa hiljaisella nopeudella.
3D tulostettu BLDC moottori – Jatkokehitys
Moottoriin on tarkoitus tehdä uusi roottori pienemmällä ilmaraolla, nykyisen version ilmarako on 2 millimetriä, joka on todella paljon. Useissa kaupallisissa BLDC moottoreissa ilmarako on vain 0.5 – 1.0 millimetriä. Suuri ilmarako vähentää magneettien tehoa, laskien moottorin tehoa ja hyötysuhdetta.
Moottoriin on tilattu metallinen staattori, joka on valmistettu 0.2 millimetrin magneettiteräksestä. Metallinen staattori lisää huomattavasti moottorin induktanssia ja antaa mahdollisuuden huomattavasti suuremmalle teholle. Nykinen moottori vastaa ”Air-Core” moottoria, koska nykyinen staattori on valmistettu muovista 3D-tulostamalla.
Useamman eri kääminnän testaaminen, nykyinen moottori oli käämitty 15 kierrosta / käämi. Nykyisestä moottorista mitattiin KV arvoksi noin 440. Tavoitteena olisi tehdä moottorista noin 60KV, vastaten moottorin kierrosnopeutta -> 60 kierrosta / Volttia kohden.