Complete Motor gids voor Robotics (8 / 12 stap)

Stap 8: Borstelloze DC-Motor

Borstelloze DC (BLDC) motoren heten door vele namen: Borstelloze permanente magneet, permanente magneet ac motoren, permanente magneet synchroonmotoren enz. De verwarring ontstaat doordat een borstelloze dc-motor niet direct uit een spanningsbron dc werkt. Echter, zoals we zien zullen, het fundamentele principe van de operatie is vergelijkbaar met een dc-motor.

Een BLDC heeft een rotor met permanente magneten en een stator met wikkelingen. Het is in wezen een gelijkstroommotor binnenste buiten gekeerd. De borstels en de commutator zijn afgeschaft en de windingen zijn aangesloten op de besturingselektronica. De besturingselektronica de functie van de commutator vervangen en energize de juiste liquidatie. Zoals wordt getoond in de animatie, de liquidatie zijn energiek in een patroon dat draait rond de stator. De energiek stator kronkelende leidt de magneet van de rotor en wordt net als de rotor is uitgelijnd met de stator. Er zijn geen vonken, wat een voordeel is van de BLDC motor.

De borstels van een dc-motor hebben verschillende beperkingen; borstel leven, borstel de residu, maximale snelheid en elektrische ruis. BLDC motoren zijn potentieel schoner, sneller, efficiënter, minder luidruchtig en betrouwbaarder. De BLDC motor vereist echter een elektronische controle.

Dan de bouw van een borstelloze DC-motor is zeer vergelijkbaar met de AC-motor, waardoor het een ware synchrone motor, maar een nadeel is dat het is duurder dan een equivalent "brushed" motor ontwerp.

Inrunners vs Outrunners

Er zijn twee soorten RC Borstelloze motoren, inrunners en outrunners.

De permanente magneten van inrunner Borstelloze motoren bevinden zich aan de binnenkant van de elektromagneten. Een outrunner borstelloze motor heeft de permanente magneten aan de buitenkant van de elektromagneten.

Hoe sneller een motor draait, hoe efficiënter is. Inrunner motoren zeer snel en zijn veel efficiënter dan outrunner motoren. Inrunner borstelloze RC motoren vereisen een snelheid verminderen versnellingsbak tussen de motor en de propeller van uw RC vliegtuig.

Het nadeel van een inrunner is de toegevoegde delen die kunnen en mislukken. De tandwielen krijgen ontdaan, en de versnellingsbak assen zijn gemakkelijk gebogen. Ook kan het een belemmering bij het monteren van de versnellingsbak motor combinatie voor uw RC vliegtuig netjes, met name onder een motorkap.

Bediening

De mechanica van een borstelloze motor zijn ongelooflijk eenvoudig. Het enige bewegende deel is de de rotor, waarin de magneten. Waar dingen ingewikkeld geworden, is de volgorde van de energieke windingen orkestreren. De polariteit van elke winding wordt bepaald door de richting van de stroom. De animatie toont een eenvoudig patroon die domeincontrollers zou volgen. Wisselstroom verandert de polariteit, geven elke winding een "push/pull"-effect. De truc is het bijhouden van dit patroon in sync met de snelheid van de rotor. Er zijn twee (gebruikte) manieren die dit kan worden bereikt. Meeste hobby domeincontrollers meet de spanning geproduceerd (achterzijde EMI) op de VN-energiek liquidatie. Deze methode is zeer betrouwbare hoge snelheid ingebruikzijn. Als de motor langzamer draait, de spanning geproduceerd wordt moeilijker te meten en meer fouten worden veroorzaakt. Nieuwere hobby controllers en veel industriële controllers gebruiken Hall-effect sensoren voor het meten van de positie van de magneten direct. Dit is de primaire methode voor het beheersen van de ventilatoren van de computer.

Controle

De controle van de borstelloze DC motoren is heel anders dan de normale geborsteld gelijkstroommotor, in die zin dat dit type van motor inbelmogelijkheden van enig middel om te ontdekken de rotoren hoekige positie (of magnetische Polen) nodig voor de productie van de signalen van de feedback nodig om te controleren de halfgeleider apparaten schakelen. De meest voorkomende positie/paal is de "Hall Effect Sensor", maar sommige motoren ook optische sensoren gebruiken. Met behulp van Hall-effect sensoren, wordt de polariteit van de elektromagneten geactiveerd door de motorische controle station circuits. Dan kan de motor gemakkelijk worden gesynchroniseerd naar een digitale kloksignaal, verstrekken van exacte toerentalregeling. Borstelloze DC motoren kunnen worden geconstrueerd te hebben, een externe permanente magneet rotor en een interne elektromagneet stator of een interne permanente magneet rotor en de stator van een externe elektromagneet.

In figuur 4 (A), is de groene kronkelende gelabelde "001" energiek als de Noordpool en de blauwe liquidatie aangeduid als "010" is energiek als de Zuidpool. Vanwege deze excitatie, de Zuidpool van de rotor wordt met de groene wikkelen en de Noordpool uitgelijnd met de rode wikkelen met het label "100". Om de rotor, de "RED" en "Blauw" windingen zijn energiek in de richting die wordt weergegeven in figuur 4. Hierdoor zouden de rode wikkelen tot de Noordpool en de blauwe wikkelen om de Zuidpool. Koppel deze omkering van het magnetisch veld in de stator produceert vanwege de ontwikkeling van repulsion (rode liquidatie – Noord-Noord uitlijning) en attractie krachten (blauwe liquidatie – Noord-Zuid-uitlijning), die de rotor beweegt in de richting van de klok.

Toerentalregeling

Borstelloze dc-motor zijn eigenlijk drie fasen wisselstroommotoren. Controle van de snelheid een elektronische wordt controle of ESC gebruikt. Brushless ESC systemen maken in principe een tri-fase AC vermogen van beperkte spanning van een onboard DC ingangsvermogen, Borstelloze motoren uitvoeren door het sturen van een reeks van AC signalen gegenereerd op basis van het ESC de circuits, met een zeer lage impedantie voor rotatie. Borstelloze motoren, outrunners of inrunners afhankelijk van hun fysieke configuratie, anders genoemd zijn vanwege hun efficiëntie, de macht, de levensduur en het lichte gewicht in vergelijking met traditionele geborsteld motoren zeer populair met "electroflight" radio-control aeromodeling hobbyisten geworden. Borstelloze AC motor controllers zijn echter veel ingewikkelder dan geborsteld motor controllers.

De juiste fase varieert met de motor rotatie, die moet rekening worden gehouden door het ESC: meestal terug EMF van de motor wordt gebruikt voor het detecteren van deze rotatie, maar variaties bestaan die gebruikmaken van magnetische (Hall-Effect) of optische detectoren. Computer-programmeerbare snelheidscontrole hebben over het algemeen gebruiker opgegeven opties waarmee instellen van limieten voor laagspanning cut-off, timing, acceleratie, remmen en draairichting. Omkeren van de richting van de motor kan ook worden bewerkstelligd door twee van de drie leads van het ESC de motor over te schakelen.

Stroombereik van ESC
Een ESC zal hebben een limiet van de macht. Voor het afhandelen van meer macht, het ESC moet worden groter, zwaarder, en duurder. Het is belangrijk om te weten van de piekstroom, die uw motor gaat trekken bij volgas. Hiermee bepaalt u de huidige beoordeling u moet zoeken in een ESC. Kies altijd een ESC met een actueel cijfer die hoger is dan wat je nodig hebt. Als de motor trekken 12A gaat, is een 25A-rated ESC een veel betere keuze dan een 10A-gewaardeerd. Het ESC 10A zal waarschijnlijk oververhit raken en koken, zelfs als je alleen op halve toeren vliegt. SER's zijn relatief licht en onderhouden van grote wederverkoopwaarde, dus dit is een item in uw macht systeem waar beknibbelen is niet de moeite waard. Het kiezen van het juiste type en het identificeren van de minimale stroombereik zijn de twee grote stappen. De volgende keuzen zijn afhankelijk van uw voorkeuren.

Spanning

Alle sociaal-economische raden hebben spanningsgrenzen. Sommige hebben zelfs meer dan één! Wat is uw batterijspanning? Kies een ESC die is ontworpen om te werken met een gelijke of hogere spanning. Sommige SER's zijn ontworpen voor lage spanningen (onder 13V), sommige voor middellange spanningen (onder 25V) en een aantal voor hoge spanningen (boven 25V). U moet niet een batterij hoog voltage verbinden met een laag voltage ESC, maar het is ook verspilling te gebruiken van een hoogspanning ESC met een laag voltage-batterij.

Voordelen

Voordelen van de borstelloze DC Motor ten opzichte van zijn "geborsteld" neef is hogere rendementen, hoge betrouwbaarheid, lage elektrische ruis, goede snelheidsregeling en nog belangrijker, geen borstels of commutator te slijten produceren een veel hogere snelheid. Hun nadeel is echter dat ze duurder en ingewikkelder te controleren zijn.

Controle van de Arduino

Borstelloze motoren ontworpen voor autonome en externe controle vliegtuigen en voertuigen meestal vereist een afzonderlijke controller. Dit zijn meestal van het type sensorlose en gebruik standaard servo Typ gepulseerde signalen voor de controle van de snelheid.

Beheersing van BLDC motor is zeer eenvoudig. De meeste van de SER's moeten een frequentie van 50Hz dat wil zeggen een cyclus van 20 ms en de snelheid is afhankelijk van het pulserend sproeien u bieden. 1ms zal de snelheid tot minimum verminderen of zelfs stoppen (het afhangen van de ESC-model) terwijl een 2ms pulse draait de motor op de volle snelheid. De waarden tussen hen geven u een variatie in snelheid.

SER's hoeft meestal een spanning hoger dan degene die worden geboden door de Arduino van zijn 5V pin: over het algemeen hoeft ze 2 LiPo cellen (rond 8V). Aangesloten rechtstreeks aan het ESC en niet via de Arduino, die zal worden aangedreven door het BEC circuit van het ESC om te bereiken dat alle het circuit moet worden gevoed vanuit een externe voeding. Te maken dat gebeuren is het genoeg om de rode en de zwarte van de controle-aansluiting verbinden met de 5V en de GDN van de Arduino board.

De rest van het circuit is vrij eenvoudig: uit 9 pin van de Arduino hebben we het signaal voor het ESC, en in pin 0, komt de spanning van de potentiometer lezen in.

ESC moet soms kalibratie en op het gebied van sociaal-economische raden, kalibratie betekent de max en min snelheden van instellen
de motor met betrekking tot de max en min breedte van het PWM-signaal dat is verzonden door de Arduino. Het PWM-signaal gelezen door het ESC is het hetzelfde type als een servo-signaal, wat betekent dat de Servo-bibliotheek van Adruino kan worden gebruikt voor het kalibreren en controleren van de SER's. Het ESC stelt de snelheid van de motor afhankelijk van de verhouding van hoge naar lage signalen. Kalibratie houdt programmering van het ESC te begrijpen van de golven van de PWM overeenkomt met de stop en maximale snelheden van de motor.

Het standaard signaalbereik voor de meeste servomotoren en sociaal-economische raden is een hoog signaal breedte tussen 1000 en 2000 microseconden herhaling gedurende 20 milliseconden (uitgaande van een PWM-signaal van 50hz). Voor de quad copter, echter willen wij het bereik moet zo breed mogelijk te voorzien in meer incrementele controle van de motor. Te dien einde gekalibreerd we de SER's om te lezen van de breedte van een signaal van 700 tot 2000 microseconden met 700 worden de stop-snelheid en 2000 wordt de max snelheid. Sommige ESC kon niet lezen dat een signaal lager dan 700 microseconden.

Kalibreren van de SER's is heel simpel. Voer de programmeermodus te activeren, wordt het maximale servo-signaal (2000 microseconden) verzonden naar het ESC, het ESC wordt aangedreven op en wacht twee seconden, dan het minimale servo-signaal wordt verzonden (700 microseconden). Zodra het ESC straalt een reeks bevestiging pieptonen (speciale golf-signalen aan de motor te stoten piepen geluiden), het ESC is gekalibreerd (check de ESC bepaald gegevensblad voor meer informatie).

 // For calibrating you may use the following code snipet #include <Servo.h> #define MAX_SIGNAL 2000 #define MIN_SIGNAL 700 #define MOTOR_PIN 9 Servo motor; void setup() { Serial.begin(9600); Serial.println("Program begin..."); Serial.println("This program will calibrate the ESC."); motor.attach(MOTOR_PIN); Serial.println("Now writing maximum output."); Serial.println("Turn on power source, then wait 2 seconds and press any key."); motor.writeMicroseconds(MAX_SIGNAL); // Wait for input while (!Serial.available()); Serial.read(); // Send min output Serial.println("Sending minimum output"); motor.writeMicroseconds(MIN_SIGNAL); } void loop() { } // For controlling you may use the following code #include <Servo.h> // include servo library Servo esc; int throttlePin = 0; void setup() { esc.attach(9); } void loop() { int throttle = analogRead(throttlePin); // read from pot throttle = map(throttle, 0, 1023, 0, 179); esc.write(throttle); // throttle value define the speed of esc } 

Het duurt slechts de lezing van het "gaspedaal", wijst het vanaf 0-1023 aan 0-179 (analoge servo "mate" lezen) en stuurt het naar het ESC via de Servo-bibliotheek. Zelfs in zijn extreme eenvoud dit schets het erg handig wanneer u wilt kalibreren van een nieuwe ESC om te werken met de Servo-bibliotheek voor de Arduino.

Toepassingen:

• Multicopters
• Drones
• Radio Control voertuigen
• Harde schijven
• Fans
• Industriële Servos
• Hybride voertuigen
• High-End motorreductoren

Voordelen:

• Rustig
• Efficiënte

Beperkingen: Sommige soorten Borstelloze motoren vereisen een afzonderlijke controller voor bewerking.

Ga naar https://www.sparkfun.com/categories/245 voor borstelloze DC-motor