Чертежи бесколлекторного двигателя своими руками

Конверсия модели с коллекторной в бесколлекторную.

Конверсия модели с коллекторной в бесколлекторную.

Многие задают себе вопрос перед покупкой: “А стоит ли переплачивать дополнительные деньги за покупку бесколлекторной системы?“. Я скажу вам не раздумывая — “Да, стоит!”. Коллекторные и бесколлекторные моторы в корне отличаются по принципу работы. Есть множество статей описывающих принцип действия как коллектора, так и бк. Основные отличия которое вы увидите сразу, это более высокая скорость бесколлекторного мотора против коллекторного, и более высокий КПД. Т.е модель оснащенная современной БК системой позволит вам ездить намного быстрее и дольше. Если у вас уже есть модель с коллекторным мотором, а вы хотите бк – не проблема. В данной статье я опишу процесс переделки на примере Himoto Katana с коллекторной на бесколлекторную систему.

Для установки БК системы вместо штатной коллекторной вам понадобится:

Приемник (т.к в моделях Himoto 1:10 используется 2в1 приемник и регулятор)

При выборе БК системы вы столкнетесь с несколькими параметрами. Первый и самый главный, это Kv мотора (обороты на вольт). Kv показывает сколько оборотов выдает мотор при подводе к нему напряжения в 1B. Т.е если у вас мотор 3000KV, при подключении аккумулятора 7.4В мотор выдаст около 22.000 оборотов. Я не буду навязывать свое мнение какой мотор вам выбрать, я лишь порекомендую использование моторов 3300kv (12 витков) или 3900kv (10 витков) для монстров или трагги. В чем отличие? Мотор с большим kv (меньшим количеством витков) даст больше оборотов, вы получите большую скорость. Мотор с меньшим kv (больше витков) даст больше тяги, но меньше скорости. Если вам хочется разогнать модель до 100км/ч, то вы можете использовать моторы и с большим kv. При этом нагрузка на мотор и узлы модели будут значительно выше. Понадобится дополнительное охлаждение мотора и т.д. Помните об этом.

Еще один нюанс в бк моторах – это наличие сенсора, или его отсутствие. Сенсор обеспечивает более плавную работу двигателя. При этом цена на такие моторы выше. Так же понадобится специальный регулятор скорости, поддерживающий сенсорные моторы.

При выборе регулятора скорости нужно обратить внимание на его рабочее напряжение. Если мотор в пике потребляет 40 ампер, то регулятор лучше брать с запасом, минимум 60 ампер. Для получения полной отдачи бесколлекторной системы желательно приобрести новый LiPo аккумулятор и зарядное устройство.

Перейдем от теории к практике. Для конверсии я использовал Himoto Katana с коллекторным мотором, двигатель Tyrnigy 3300kV, регулятор скорости turnigy TrackStar 60A, приемник Himoto. Так же был установлен более мощный сервопривод.

Осталось упорядочить красиво провода и в бой!

Электродвигатели бесколлекторные: принцип работы, управление бесколлекторными электродвигателями. Бесколлекторный электродвигатель своими руками

Применяются бесколлекторные электродвигатели в медицинской технике, авиамоделировании, трубозапорных приводах нефтепроводов, а также во многих других отраслях. Но у них имеются свои недостатки, особенности, а также преимущества, которые порой играют ключевое значение при проектировании различных устройств. Как бы то ни было, такие электродвигатели занимают относительно малую нишу, если сравнивать их с асинхронными машинами переменного тока.

Особенности электромоторов

Одна из причин, по которой конструкторы проявляют интерес именно к бесколлекторным электродвигателям — это необходимость в высокооборотных моторах с небольшими размерами. Причём у этих двигателей очень точное позиционирование. В конструкции имеется подвижный ротор и неподвижный статор. На роторе находится один постоянный магнит или несколько, расположенных в определённой последовательности. На статоре же находятся катушки, которые создают магнитное поле.

Нужно отметить еще одну особенность — бесколлекторные электродвигатели могут иметь якорь, расположенный как внутри, так и на внешней стороне. Следовательно, два типа конструкции могут иметь определенное применение в различных сферах. При расположении якоря внутри получается добиться очень высокой скорости вращения, поэтому такие моторы очень хорошо работают в конструкциях систем охлаждения. В том случае, если устанавливается привод с внешним расположением ротора, можно добиться очень точного позиционирования, а также высокой устойчивости к перегрузкам. Очень часто такие моторы используются в робототехнике, медицинском оборудовании, в станках с частотным программным управлением.

Как работают моторы

Для того чтобы привести в движение ротор бесколлекторного электродвигателя постоянного тока необходимо использовать специальный микроконтроллер. Его не получится запустить таким же образом, как синхронную или асинхронную машину. При помощи микроконтроллера получается включить обмотки двигателя так, чтобы направление векторов магнитных полей на статоре и якоре были ортогональны.

Другими словами, при помощи драйвера получается регулировать момент вращения, который действует на ротор бесколлекторного двигателя. Чтобы переместить якорь необходимо осуществить правильную коммутацию в обмотках статора. К сожалению, обеспечить плавное управление вращением не получается. Зато можно очень быстро увеличить скорость вращения ротора электродвигателя.

Отличия коллекторных и бесколлекторных двигателей

Основное отличие заключается в том, что на бесколлекторных электродвигателях для моделей отсутствует обмотка на роторе. В случае с коллекторными электромоторами, на их роторах имеются обмотки. А вот постоянные магниты устанавливаются на неподвижной части двигателя. Кроме того, на роторе устанавливается специальной конструкции коллектор, к которому производится подключение графитовых щёток. С их помощью подается напряжение на обмотку ротора. Принцип работы бесколлекторного электродвигателя тоже существенно отличается.

Как работает коллекторная машина

Чтобы произвести запуск коллекторного двигателя, потребуется подать напряжение на обмотку возбуждения, которая расположена непосредственно на якоре. При этом образуется постоянное магнитное поле, которое взаимодействует с магнитами на статоре, в результате чего проворачиваются якорь и коллектор, закрепленный на нём. При этом подается питание на следующую обмотку, происходит повтор цикла.

Скорость вращения ротора зависит напрямую от того, насколько интенсивно магнитное поле, а последняя характеристика зависит напрямую от величины напряжения. Следовательно, чтобы увеличить или уменьшить частоту вращения, необходимо изменить напряжение питания.

Для реализации реверса потребуется только лишь изменить полярность подключения мотора. Для такого управления не нужно использовать специальные микроконтроллеры, изменять частоту вращения можно при помощи обычного переменного резистора.

Особенности бесколлекторных машин

Но вот управление бесколлекторным электродвигателем невозможно без использования специальных контроллеров. Исходя из этого, можно сделать вывод, что в качестве генератора моторы такого типа применяться не могут. Для эффективности управления можно отслеживать положение ротора с помощью нескольких датчиков Холла. При помощи таких несложных устройств получается значительно улучшить характеристики, но стоимость электродвигателя увеличится в несколько раз.

Запуск бесколлекторных моторов

Изготавливать микроконтроллеры самостоятельно нет смысла, намного лучшим вариантом окажется покупка готового, пусть и китайского. Но необходимо придерживаться следующих рекомендаций при выборе:

1. Учитывайте максимально допустимую силу тока. Этот параметр обязательно пригодится для различных видов работы привода. Характеристика часто указывается производителями непосредственно в названии модели. Очень редко указываются значения, характерные для пиковых режимов, в которых микроконтроллер не может работать продолжительное время.
2. Для продолжительной работы необходимо учитывать и максимальную величину напряжения питания.
3. Обязательно учитывайте сопротивление всех внутренних цепей микроконтроллера.
4. Обязательно нужно учитывать максимальное число оборотов, которое характерно для работы этого микроконтроллера. Обратите внимание на то, что он не сможет увеличить максимальную частоту вращения, так как ограничение сделано на уровне программного обеспечения.
5. Дешёвые модели микроконтроллерных устройств имеют частоту генерируемых импульсов в интервале 7. 8 кГц. Дорогие экземпляры можно перепрограммировать, и этот параметр увеличивается в 2-4 раза.

Старайтесь подбирать микроконтроллеры по всем параметрам, так как они влияют на мощность, которую может развить электродвигатель.

Как осуществляется управление

Электронный блок управления позволяет провести коммутацию обмоток привода. Для определения момента переключения при помощи драйвера отслеживается положение ротора по датчику Холла, установленном на приводе.

В том случае, если нет таких устройств, необходимо считывать обратное напряжение. Оно генерируется в катушках статора, не подключенных на данный момент времени. Контроллер — это аппаратно-программный комплекс, он позволяет отслеживать все изменения и максимально точно задавать порядок коммутации.

Трехфазные бесколлекторные электродвигатели

Очень много бесколлекторных электродвигателей для авиамоделей выполняется под питание постоянным током. Но существуют и трехфазные экземпляры, в которых устанавливаются преобразователи. Они позволяют из постоянного напряжения сделать трехфазные импульсы.

Работа происходит следующим образом:

1. На катушку «А» поступают импульсы с положительным значением. На катушку «В» — с отрицательным значением. В результате этого якорь начнет двигаться. Датчики фиксируют смещение и подаётся сигнал на контроллер для осуществления следующей коммутации.
2. Происходит отключение катушки «А», при этом импульс положительного значения поступает на обмотку «С». Коммутация обмотки «В» не претерпевает изменений.
3. На катушку «С» попадается положительный импульс, а отрицательный поступает на «А».
4. Затем вступает в работу пара «А» и «В». На них и подаются положительные отрицательные значения импульсов соответственно.
5. Затем положительный импульс опять поступает на катушку «В», а отрицательный на «С».
6. На последнем этапе происходит включение катушки «А», на которую поступает положительный импульс, и отрицательный идет к С.

И после этого происходит повтор всего цикла.

Преимущества использования

Изготовить своими руками бесколлекторный электродвигатель сложно, а реализовать микроконтроллерное управление практически невозможно. Поэтому лучше всего использовать готовые промышленные образцы. Но обязательно учитывайте достоинства, которые получает привод при использовании бесколлекторных электродвигателей:

1. Существенно больший ресурс, нежели у коллекторных машин.
2. Высокий уровень КПД.
3. Мощность выше, нежели у коллекторных моторов.
4. Скорость вращения набирается намного быстрее.
5. Во время работы не образуются искры, поэтому их можно использовать в условиях с высокой пожарной опасностью.
6. Очень простая эксплуатация привода.
7. При работе не нужно использовать дополнительные компоненты для охлаждения.

Среди недостатков можно выделить очень высокую стоимость, если учитывать еще и цену контроллера. Даже кратковременно включить для проверки работоспособности такой электродвигатель не получится. Кроме того, ремонтировать такие моторы намного сложнее из-за их особенностей конструкции.

Как изготовить электродвигатель своими руками — пошаговое описание как спроектировать и собрать простейший электромотор (120 фото и видео)

Электродвигатель — это сложное устройство, которое в 21 веке приносит большую пользу людям и используется повсеместно. Например, такие двигатели применяют на разных производствах, также они есть в каждом автомобиле и присутствуют во многих электронных игрушках для детей.

Их главный плюс заключается в том, что использовать его можно как для вращения, которое преобразуется в механическое движение, так и наоборот. Поэтому во многих европейских странах давно используются ветряные генераторы для получения электричества.

В этой статье мы поделимся с вами как можно изготовить простой прототип современного двигателя, а также расскажем как осуществляется обмотка якоря электродвигателя.

Краткое содержимое статьи:

Простой электрический моторчик

Асинхронный электродвигатель своими руками создать довольно сложно, так как это точная и идеальная конструкция. Катушки с поволокой должны в нем располагаться под уклоном в 120 градусов, так как особенность провоцирует вращение ротора.

В домашних условиях создать подобное не каждому под силу, именно поэтому мы расскажем вам об интересном способе изготовления простого электрического двигателя.

На простом прототипе мотора можно будет наглядно разобраться по какому принципу работают двигатели, и конечно мы не забыли фото самодельного электродвигателя.

Подготавливаем все необходимое

Для того чтобы изготовить электрический двигатель нам понадобится следующее:

• Небольшой магнит, желательно неодимовый.
• Изоляционная лента.
• 1 батарейка 1.5 Вольта.
• 2 булавки.
• Медная проволока диаметром 0.5 миллиметра.
• Медная проволока диаметром 1 миллиметр.
• Термоклей.
• Небольшой отрезок фанеры (10 на 10 см будет достаточно).
• Крышка от пластиковой бутылки.
• Канцелярский нож.

Намотка катушки

Возьмите проволоку (0.5 мм) и пробку от бутылки, проделайте сбоку крышки надрез глубиной 2 миллиметра. С усилием необходимо втиснуть в сделанный прорез проволоку для надежной фиксации.

Сложно ли сделать своими руками электродвигатель?

Чтобы понять, как сделать своими руками электродвигатель, нужно вспомнить, как он устроен и как работает.

Если следовать инструкции шаг за шагом, не столь сложно электродвигатель сделать самому. Мотор послужит для ваших проектов.

Затраты на изготовление электродвигателя будут минимальными, поскольку сделать своими руками электродвигатель можно из подручных средств.

Материалы

Прежде всего, запастись нужно необходимыми материалами:

• болтами;
• спицей велосипедной;
• гайками;
• изолентой;
• проволокой медной;
• пластиной металлической;
• супер- и термоклеем;
• фанерой;
• шайбами.

Не обойтись и без таких инструментов:

• электродрели;
• ножа канцелярского;
• плоскогубцев;
• станка шлифовального;
• молотка;
• ножниц;
• паяльника;
• пинцета;
• шила.

Процесс изготовления

Начинать работу по изготовлению электродвигателя своими руками нужно с изготовления пяти пластин, в которых позже нужно просверлить отверстие по центру при помощи электродрели и надеть на ось — спицу велосипедную.

Плотно прижав пластины друг к другу, следует их концы зафиксировать изолентой, обрезав излишки канцелярским ножом. Если оси оказались неровными, их нужно заточить.

При прохождении через катушку электротока, последняя создает магнитное поле вокруг себя, которое не отличается от поля обычного магнита, но исчезает, когда ток отключают. Свойство это, можно использовать, чтобы металлические предметы притягивать и отпускать, включая и выключая ток.

В качестве эксперимента можно сделать цепь, состоящую из кнопки и электромагнита, который включать и отключать поможет эта кнопка.

Цепь питается от блока питания компьютера 12В. Если ось с пластинами установить рядом с электромагнитом и включить ток, то они будут притягиваться и одной из сторон поворачиваться к электромагниту.

Рекомендуем:

• Тяговый электродвигатель для электромобиля
• Двигатель постоянного тока: принцип работы, как устроен, основные отличия
• Схема подключения электродвигателя стиральной машины

Если ток сначала включить, а выключить его в момент, когда пластины максимально близко подошли к электромагниту, то они его пролетят по инерции, совершив оборот.

Если момент угадывать постоянно, и включать ток, они будут вращаться. Для того, чтобы сделать это в нужный момент, необходим прерыватель тока.

Изготовления прерывателя тока

Снова понадобится небольшая пластина, закрепить которую нужно на оси, прижав плоскогубцами, чтобы крепление было надежным. Как это должно выглядеть, понять поможет видео:

Видео: Как сделать электродвигатель

Далее, чтобы сделать электродвигатель своими руками нужно изготовить из нелакированной медной проволоки пружинящего контакта.

Один из контактов подключают к металлической пластине, а сверху на нее устанавливают ось. Поскольку ось, пластина и прерыватель металлические, то по ним будет идти ток. Дотрагиваясь контактом прерывателя, цепь можно замыкать и размыкать, что позволит электромагнит подключать в нужный момент и отключать.

Получившаяся вращающаяся конструкция, сделанная своими руками, называется в электродвигателях постоянного тока якорем, а взаимодействующий с якорем неподвижный электромагнит – индуктором.

Якорь в двигателях переменного тока называется ротором, а индуктор – статором. Названия порой путают, но это неправильно.

Изготовления рамки

Ее сделать нужно, чтобы конструкцию электродвигателя не держать руками. Материал для изготовления основания – фанера.

Индуктор своими руками

В фанере сделаем два отверстия под болт М6 длиной 25 мм, на которых разместим позже катушки электродвигателя. На болты накрутим гайки и вырежем три детали для соединения болтов (опоры).

У опор две функции: на них опираться будет ось якоря электродвигателя, сделанного своими руками, вторая — они будут служить магнитопроводом, который соединит болты. Под них нужно сделать отверстия (на глаз, поскольку особой точности это не требует). Пластины соединяют вместе и ставят снизу, прижимая болтами. Надев на болты катушки получаем некий подковообразный магнит.

Для закрепления в вертикальном положении якоря электродвигателя, нужно сделать рамку из листового металла (скоба). В ней сверлим три отверстия: одно по диаметру оси и два по бокам под шурупы (для крепления).

Изготовление катушек

Чтобы сделать их, потребуется полоска из картона и тонкой бумаги (см. размеры на чертеже). Вынув болт из основания, наматываем на него толстую полоску в 4-5 слоев, зафиксировав 2 слоями изоленты. Держится полоска достаточно плотно. Аккуратно снимаем ее, чтобы намотать проволоку.

После того, как проволока намотана, достанем пинцетом бумагу изнутри, обрезаем лишние слои, чтобы на болт катушка одевалась легко. Отрезаем у катушки лишнее с учетом того, что сверху и снизу еще будут щечки, необходимые для того, чтобы при эксплуатации электродвигателя не сползала проволока. Таким же образом делаем своими руками вторую катушку и переходит к изготовлению щечек.

Как сделать своими руками щечки?

Толстую бумагу кладем на гайку, а болтом сверху пробиваем отверстие. Сделать это легко. Надев затем бумагу на болт, сверху ставим шайбу и вырезаем, предварительно обведя ее карандашом. Получается она по форме аналогичной шайбе.

Всего нужно таких деталей сделать 4 шт., чтобы установить на болт сверху и снизу. На верхнюю щечку накручиваем гайку, подложив металлическую шайбу и фиксируем обе щечки термоклеем. Каркас, который сделан своими руками, готов.

Теперь осталось намотать на него проволоку (500 витков) лакированную диаметром 0,2 мм. Начало и конец проволоки скручиваем, чтобы не разматывалась. Раскрутив гайку, удалям болт – остается красивая маленькая катушка.

Концы проволоки освобождаем от лака, используя канцелярский нож, лудим, устанавливаем на болт. То же самое сделать нужно со второй катушкой.

Чтобы на оси пластины и прерыватель тока не прокручивались, их рекомендуется приклеить суперклеем.

Теперь последовательно соединим катушки, чтобы проверить работу электродвигателя. Плюс подключаем на начало обмотки (со стороны шляпки болта). При помощи скользящего контакта находим положение, в котором электродвигатель работает максимально эффективно.

Контакты такие называют в электродвигателях щетками. Чтобы последние не держать руками, нужны щеткодержатели, которые приклеиваются на суперклей, смазав маслом места трения оси.

Соединив катушки параллельно, увеличим ток (поскольку катушки обладают сопротивлением), следовательно, возрастет мощность электродвигателя. То есть, представить катушки можно как сопротивления.

А при их параллельном соединении их, суммарное сопротивление уменьшается, значит, возрастает ток. При соединении последовательном, все происходит с точностью до наоборот.

А, раз увеличивается ток через катушку, то и магнитное поле больше, а якорь электродвигателя сильнее притягивается к электромагниту.

Видео: Электродвигатель за несколько минут