Motor sin escobillas simple y educativo

A veces, no hay sustituto para un modelo de trabajo real con el que aprender a la hora de entender cómo funciona algo. Tome un motor sin escobillas, por ejemplo. Es posible que sepa cómo funcionan en principio, pero ¿qué factores influyen en su funcionamiento y cómo interactúan esos factores? Inspirado en algunas publicaciones recientes de La-Tecnologia sobre motores sin escobillas, [Matt Venn] construyó un motor de pan simple diseñado para que los curiosos exploren estos dispositivos.

Los cuerpos del rotor y del motor están cortados con láser y el rotor está diseñado para admitir múltiples configuraciones magnéticas. Solo hay un solenoide cuya posición con respecto a los imanes del rotor se puede ajustar. Todo el conjunto está montado en el borde de una placa y se puede girar en relación con la placa para variar el ángulo de fase en el que el imán activa el sensor de efecto Hall del circuito de excitación. El circuito de accionamiento, a su vez, puede tener su ganancia y las constantes de tiempo ajustadas para estudiar sus efectos sobre el funcionamiento del motor.

[Matt] proporcionó todos los archivos del proyecto en su repositorio de GitHub y registró una descripción completa del funcionamiento del motor en el video de YouTube debajo de la pausa.

[Matt Venn] ha aparecido en estas páginas varias veces en el pasado. Ya sea su bicicleta de carga casera, el medidor de energía de su casa con cámara web o su generador de código G de medio tono, ¡él es uno para ver! Mientras tanto, aquí está el motor sin escobillas que presentamos en 2015 que lo inspiró.

  • Ashish dice:

    Bonito diseño simple y excelente presentación. Me recuerda a un motor de cambio de caña que hice en un salero ... pero este es mucho más elegante.

    • Paul dice:

      Esto es genial y parece simplemente edificable. Me gustaría usar esto en algunas de mis clases.

  • Jimmy Pop dice:

    Lo que me resulta muy difícil de entender es por qué la gente insiste en producir motores con núcleo de aire. ¿Podríamos poner alguna forma de acero allí, incluso si proviene de un soporte feo?

    • Matt Venn dice:

      Qué quieres decir Hay un perno a través del devanado, ¿me estoy perdiendo algo?

      • Chris dice:

        Sí, le falta el resto del "circuito" magnético para proporcionar una trayectoria fluida desde la parte posterior del solenoide hasta el rotor, y dentro del propio rotor, que es madera contrachapada en lugar de algo parecido a laminados de hierro. No proporcionar un camino mejor que el aire / madera contrachapada para estas grandes distancias debilita enormemente el motor: un motor verdadero mantiene los espacios lo más pequeños posible.

        • DainBramage dice:

          Este es un motor de prueba diseñado para demostrar los principios detrás de los motores BLDC. No está diseñado para ser un motor funcional que proporcione fuerza de rotación para cualquier trabajo. Este es un gran ejemplo de un tutorial que utiliza materiales que están fácilmente disponibles y son fáciles de usar para la mayoría de los aficionados e incluso los niños. Creo que es perfecto como está.
          Si desea un motor de alta eficiencia, no lo construirá usted mismo.

          • BrilaBluJim dice:

            Si desea probar los principios, debe reconocer cuáles son algunos de los principios. En este caso, como dicen los demás, muestra una completa falta de conciencia de los circuitos magnéticos.

            Otra cosa que nunca verá en un motor práctico es un rotor magnético constante con un número impar de polos. Los rotores reales tienen los polos alternando entre N y S, lo que no se puede hacer con un número impar de polos. Tener los polos exactamente en la misma polaridad significa que el devanado siempre viaja en la misma dirección y, por lo tanto, se saturará en poco tiempo, consumiendo corriente limitada solo por la resistencia del alambre del devanado. Probablemente tampoco sea de arranque automático y funcionará igual de feliz en ambos sentidos, lo que ni siquiera es una demostración aproximada de cómo funcionan los motores de CC sin escobillas. Encuentro que empujar la bobina con corrientes alternas requiere un circuito adicional, pero tener incluso un par de polos le daría la opción de actualizar a la unidad bipolar.

            Malentendidos simples (pero profundos) como estos son la razón por la que tantas personas se desaniman de aprender sobre electricidad, magnetismo y electrónica. Ven algo así, intentan copiarlo ellos mismos, terminan con algo que apenas funciona o no funciona en absoluto, y concluyen que simplemente no tienen éxito.

            Además, su implicación de que usted mismo no puede construir un motor de alta eficiencia es completamente contraria al espíritu de piratería. ¿Qué estás haciendo aquí?

          • BrilaBluJim dice:

            Vaya, omita la parte de saturación. Veo que está usando un circuito de control con un ancho de pulso ajustable que previene efectivamente la saturación.

          • DainBramage dice:

            @[BrightBlueJim]: ¿Qué estoy haciendo aquí? Estoy tratando de aprender algo. ¿Usted insinúa que porque no tengo acceso a un taller de máquinas CNC y una educación avanzada en electromagnetismo, no se me permite estar aquí? Joder, superate a ti mismo ya.
            ¿Alguna vez eres un niño? Me hubiera encantado algo así cuando era niño y trataba de entender los conceptos básicos de la electricidad y el magnetismo.

            Mi educación de adulta fue en los oficios. Puedo cablear máquinas de producción y cables en un inodoro. Puedo arreglar sistemas de iluminación comercial y retocar pintura de paredes. Puedo arreglar un sistema de refrigeración que funciona mal y arreglar un techo con goteras. Estoy jubilado y ya no tengo las herramientas ni los materiales para hacer estas cosas, pero aún tengo los conocimientos adquiridos en mi carrera. No fui educado como EE ni como ningún ingeniero, ¿eso me hace demasiado estúpido para estar aquí? ¿Me descalifica para salir en la-tecnologia.com? ¿O se me permite quedarme? ¿Supongo que necesito tu permiso ahora?

            No renuncio a mi opinión sobre esto: creo que es un excelente dispositivo educativo que ilustra perfectamente los conceptos básicos del funcionamiento de motores BLDC, sin profundizar en la compleja teoría magnética. La cuestión era aprender lo básico, no la teoría avanzada.

          • BrilaBluJim dice:

            No, lo que estaba preguntando era qué estás haciendo aquí si no crees que las cosas "pirateadas" pueden funcionar como las "reales".

          • Dave dice:

            Estoy de acuerdo con DainBramage en esto. Es una excelente ilustración y demostración del funcionamiento de BLDC. Y este dispositivo simple se puede escalar y mejorar fácilmente por su creador y otros.

          • Jimmy Pop dice:

            BrightBlueJim exageró y se sintió un poco ofendido.

            Entiendo que cortar madera contrachapada y enrollar un carrete es fácil, pero hacer un núcleo ferromagnético puede ser más difícil. Pero también es cierto que existe un malentendido sobre enrollar el bobinado alrededor de una varilla diminuta y no llenar el circuito magnético con más acero.

            Me gusta el proyecto, pero aquí han aparecido bastantes proyectos similares y ninguno de ellos tenía un núcleo. Me preguntaba si es hora de empezar a producir mejores motores. Creo que podría ser posible: uno podría hacer un molde con madera contrachapada o impresión 3d y llenarlo con una mezcla de limas de epoxi y acero ... todavía tendría muchas grietas de aire por todas partes, pero sería aún mejor y lo haría envíe "el mensaje correcto" sobre los núcleos.

          • BrilaBluJim dice:

            No me rendiré en esto tampoco. Si me siento ofendido es sólo porque me ofendo cuando la gente presenta proyectos “educativos” que ignoran los principios en cuestión.

            Einstein dijo: "Difícilmente se puede negar que el objeto supremo de toda teoría es hacer que los elementos básicos irreductibles sean tan simples y tan pocos como sea posible sin tener que transmitir la representación adecuada de los datos de un experto", a menudo parafraseado como "todo debe hacerse lo más simple posible "simple, pero no más simple".

            Este tipo de proyectos cometen el pecado de ignorar principios básicos por una sencillez que no beneficia a nadie.

            Ejemplo: en el video, el fabricante ajusta un tornillo para cambiar el espacio entre el electroimán y el rotor, observando que si el espacio es demasiado pequeño, el rotor solo se bloquea en una posición, lo que implica que hay un espacio óptimo. Pero, de hecho, si un motor está diseñado para que los polos de campo atraigan y repelan los polos del rotor, como se hace en todos los motores correctamente diseñados, el espacio mínimo está limitado solo por los aspectos mecánicos para que el rotor no choque con el estator . . Su motor se congela cuando el espacio es demasiado pequeño, solo porque empuja el devanado de campo solo en una dirección, por lo que los polos solo se atraen. Entonces, si el polo de campo está demasiado cerca del rotor, simplemente se pega allí porque la atracción entre el polo de campo es mayor que el impulso en el rotor, por lo que ya no irá al siguiente polo del rotor.

            Entonces, el resultado de esta demostración demasiado simplificada de un motor continuo sin escobillas es un modelo demasiado intrusivo y que apenas funciona.

            No, no creo que sea necesario tener máquinas herramienta CNC para piratear de forma eficaz. De hecho, el creador de este proyecto obviamente tiene acceso a un costoso cuchillo láser y, sin embargo, se las arregla para hacerlo mal. He visto ejemplos más simples de motores FUNCIONALES que no necesitaban un cortador láser y no tenían que iniciarse manualmente.

          • Martín dice:

            @Blublua Jim:
            Veo la falta de un núcleo de acero como un defecto menor. Incluso hay motores de CC comerciales "no ferrosos" con un núcleo muy reducido para reducir la inercia. Esto solo reduce la eficiencia y el par, lo que es adecuado para un demostrador del principio.

            Pero la falta de accionamiento bipolar e incluso el número de imanes viola el principio básico de los motores de CC. Esto parece ser una mezcla cruda de una CC sin escobillas y un motor reacio variable. En este último caso, los imanes podrían sustituirse por simples piezas de hierro.

          • BrilaBluJim dice:

            Los motores "sin núcleo" no son realmente sin núcleo. El rotor está libre de bobinado, similar al bobinado en un núcleo de altavoz, pero los polos de campo rodean el centro, de nuevo similar a un altavoz. (Piense en un altavoz como un motor de CC lineal "sin corazón".) Por lo tanto, el rotor tiene una inercia muy baja, pero aún tiene un espacio de aire muy estrecho. Nadie produce motores con grandes espacios de aire, simplemente no funcionan.

            Si cometo un error, muéstreme un enlace a un motor excepcional.

          • Dan # 9445376854 dice:

            Durante el tiempo que estuvieron discutiendo este tema, podrían producir y compartir su propio video “perfecto” sobre él. ¿Quizás necesitas colaborar en algo?

          • BrilaBluJim dice:

            Martin: Aquí está el motor despiadado de Maxon: http://eetweb.com/motors-drives/coreless-article01.jpg. Espero que aparezca la imagen; si no, simplemente cópielo / péguelo en un navegador. La parte naranja es el devanado del rotor, la verde en el centro es el campo magnético constante y la ruta de retorno magnético es el contenedor de acero. Este es un motor de escobillas conmutadas; No he visto ningún motor despiadado y sin escobillas. El artículo completo está aquí: http://powerelectronics.com/motion-systems/efficiency-coreless-servomotors

        • Matt Venn dice:

          Bueno, proporcioné las piezas para cambiar el número de imanes, eso es parte del experimento. Este rotor puede hacer 2, pero con el rotor de 4 lados es fácil de hacer ... 4. Pero me refiero a lo tuyo sobre el circuito magnético. Esto fue tanto para mí para aprender como para otros, así que gracias por sus comentarios.

  • Ricardo dice:

    Bueno, ahora sé cómo funcionan estos motores. Gracias 🙂

    • Matt Venn dice:

      ¡Los controladores de motor sin escobillas en drones pueden operar donde el rotor mide la corriente inducida en los devanados!

      • Dan # 9445376854 dice:

        Creo que mi lavadora usa un método similar para medir la masa de la ropa cuando calculo cuánta agua usar en su modo automático "confuso". Da la vuelta a la tina y luego intenta detenerla, la energía necesaria que luego usó para calcular cuántas prendas hay en la tina.

  • Scott_Tx dice:

    un movimiento en falso con ese ventilador y perderás algunos dedos

  • Miguel dice:

    BrightBlueJim: no tienes que rendirte, solo cambia tu tono. No se trata de un grupo de ingenieros de la NASA que intentan culpar por qué el transbordador explotó.

    Si bien claramente tiene una gran perspectiva para agregar a este proyecto, su tono (así como un grupo central de otros en otras publicaciones) es tanto o incluso más dañino (que solo usar un núcleo aéreo en este proyecto) para el aprendizaje general . El medio ambiente aquí en La-Tecnologia y a largo plazo limita a las personas que establecen otros proyectos Y / A entrar en ingeniería.

    Su tono implica que Matt dijo que nunca incorporaría un núcleo de hierro o que sintió que su proyecto era mejor. Bájese de su aterrador caballo y contribuya con comentarios POSITIVOS sin el tono arrogante. Parece que necesita usar esta publicación como un medio para demostrar su experiencia al mundo en lugar de usarla para ayudar a otros como yo que no tienen idea de cómo funciona BLDC.

    Nada impide que la próxima generación de este proyecto incorpore sus sugerencias Y SERÍA UNA GRAN LECCIÓN QUE MOSTRARÁ EL PROGRESO DEL PROYECTO Y LOS PRINCIPIOS.

    Gran proyecto Matt, vea el próximo progreso de este proyecto que aún podría realizarse en el aula sin un taller de máquinas o herramientas, si es posible.

    Gracias

  • BrilaBluJim dice:

    Gracias por su comprensión atenta y útil. ¿Verás? - SO suena arrogante.

    Si mi tono "implica" algo, entonces no estaba claro. Este proyecto no es educativo. Es CONTRA-educativo porque utiliza un completo malentendido del electromagnetismo para enseñar acerca de los motores electromagnéticos. No tengo idea de lo que Matt pretende hacer en el futuro, pero si quiere contribuir a la comprensión general del electromagnetismo, no le vendría mal aprender conceptos como la permeabilidad y el flujo magnético. Estos no son tan difíciles. Pero Matt no es de mi incumbencia. Matt no anuncia su proyecto como tutorial. Si quiere meterse con bobinas e imanes, no me cuesta nada. Me preocupo por La-Tecnologia y especialmente por Jenny List, quien anuncia esto como "simple y educativo", y con algunos comentaristas también canta sus alabanzas, guiando a las personas que están tratando de aprender algo por un camino sin salida.

    Otros dos comentaristas antes que yo señalaron el principal defecto del diseño. Matt ni siquiera sabía cuál era el problema, y ​​DainBramage lo llamó un "gran ejemplo de tutorial". Dos veces.

    Bueno, NO es un gran ejemplo, y cuanto más fuerte uno trate de afirmar, más fuerte contaré los hechos.

    No pretendo tener una experiencia extraordinaria en el tema. No hace falta un alto grado de electromagnetismo para comprender que un flujo magnético atraviesa el hierro cien veces mejor que el aire y lo hace en circuitos o circuitos cerrados. Esta no es una teoría esotérica y avanzada, es la base fundamental de ella. La permeabilidad es tan fundamental para el magnetismo como la resistencia a la corriente eléctrica. Así que lo diré de nuevo: publicitar este proyecto como una herramienta educativa es engañoso.

    No creo que comprenda el daño que causan proyectos tan mal concebidos. No solo pasan por alto los principios básicos, sino que llevan a conclusiones contrarias a los principios básicos (como la conclusión falsa del espacio de aire). Una vez mal aprendidos, estos son muy difíciles de desaprender, especialmente cuando se refuerzan con una demostración que apenas funciona. De hecho, Matt dice que esto se inspiró en un proyecto de un motor paso a paso impreso en 3D que vio en La-Tecnologia, uno que también carecía de una ruta de retorno magnética. La desinformación se sostiene por sí sola.

    Creo que mi tono es el adecuado para la situación.

    • Jim dice:

      Debo decir que tiene razón y es difícil ignorar su validez. Me tomó mucho tiempo envolver mi cabeza alrededor de él con una presión electrónica contra los agujeros. Principalmente porque + es positivo y - es negativo y eso es tan simple que engañé mi concepto de cómo funciona un componente electrónico. Me encargué de comenzar a comprender siempre el tipo P y el tipo N debido a este tipo exacto de simplificación cuando me familiaricé con la electricidad por primera vez. Así que buen punto este malentendido ... Qué PITA para deshacer.
      ¿Alguien recuerda los "bichos del azúcar"? Recuerdo vívidamente las ilustraciones de bichos feos con martillos y palas destrozando dientes en primer grado. Caminando a casa después de la escuela preguntándose cómo diablos llegaron esos chicos completamente perplejos. El próximo año 2º grado se explicó que en realidad no hay bichos, pero es el azúcar y se “come” los dientes ... ¿Comer, verdad? Perplejo de nuevo, es confuso hasta que llego a los comentarios de la-tecnologia sobre la droga directa jaja ¡Gracias comentaristas!

    • Peligro dice:

      Me pregunto por qué traería los motores centrales de Maxon (que conozco tan bien) a una discusión sobre lo que obviamente es un diseño sin escobillas. Los motores de cepillado casi generalmente usan núcleos extraños, que fue una de sus primeras quejas, mientras que los diseños sin escobillas usan pares.
      El diseño de Matt está lejos de ser perfecto, pero incluso sin el cuchillo láser sería fácil de construir y experimentar.
      Necesitamos más jóvenes que prueben este tipo de cosas en lugar de freír sus cerebros con videojuegos.

      • BrilaBluJim dice:

        Primero, traje motores Maxon porque Martin produjo motores "sin núcleo" como un supuesto ejemplo de motores que usan un núcleo de aire, y este fue el primer ejemplo de uno que encontré, y no pude encontrar ningún ejemplo ilustrado de inercia muy baja. motor sin escobillas. Si bien es posible tener un motor sin escobillas estacionario (utilizando imanes permanentes delgados dispuestos en un cilindro para el rotor, por ejemplo), estos tienen circuitos magnéticos completos.

        En segundo lugar, existe una idea errónea común sobre la cantidad de polos en los rotores de motores cepillados. Si los mira, generalmente verá tres o cinco bobinas físicas en un núcleo de hierro laminado, lo que lleva a la conclusión de que hay tres o cinco polos. De hecho, incluso se venden como motores de “tres polos” o “cinco polos”. Pero magnéticamente, solo hay dos polos. Si dibuja una línea a través de las escobillas, el interruptor proporciona todos los devanados en un lado de la línea con corriente fluyendo en una dirección y todos los del otro lado en la dirección opuesta. Entonces, el rotor tiene solo dos polos magnéticos en total: el norte en un lado del interruptor y el sur en el otro. La razón por la que se utilizan números impares de polos físicos es que solo un cepillo cruza un espacio a la vez, lo que acortaría efectivamente algunos de los devanados. Qué estaría mal. También hay rotores de 4 polos y probablemente números más altos; estos se distinguen por el ángulo entre los cepillos. Un rotor de 4 polos tiene sus cepillos a 90 grados entre sí, por ejemplo.

        En tercer lugar, me rindo. Perdí mucho tiempo y frustración tratando de explicar algunos malentendidos muy comunes. Tal vez mi "tono" funcionó en contra de mi objetivo, pero soy un viejo pedo y no me cago en dar masajes a la gente. Si la gente aquí quiere malinterpretar aún más cómo funcionan los motores, que así sea. Dejaré que sea desde aquí.

        • Peligro dice:

          También soy un "viejo pedo" que usa motores cepillados, escalonados, de servicio, síncronos alternos, akdc, etc. regularmente y tiene muchas patentes rentables sobre dispositivos que usan los mismos.

          Si hizo sugerencias constructivas, es posible que no haya sufrido la "frustración" que asumió. Como es posible reemplazar una bobina de núcleo con la unidad de solenoide, el espacio de aire podría minimizarse hasta los límites de las técnicas de construcción. En caso contrario, engranaje magnético constante al núcleo de hierro más cercano. O tal vez usando múltiples bobinas cronometradas por un microprocesador (posiblemente un Arduino) y llenando las seis ranuras con permagnets para que funcionen como pares.

          Todo lo que motiva a las personas a descubrir cosas es un complemento. La crítica sin explicación es inútil.

          • BrilaBluJim dice:

            Creo que he ofrecido muchas críticas constructivas. Dije lo que necesita, en lugar de simplemente "esto apesta". Dije que necesita un circuito magnético completo. Dije que necesita un número par de polos de rotor con polaridad alterna. Dije que el creador necesita leer sobre permeabilidad y fluidez. No fue dicho con esas palabras, pero si no puedes extraer esa información de lo que escribí, estás desesperado. Claro, no me gustó, pero porque todo el mundo se enamoró de sí mismo y dijo que era un gran proyecto que enfermaba mi cuerpo.

            Tampoco estoy convencido de que seas un viejo pedo. Ahora deja mi pasto.

  • Jaime dice:

    Me gustan estos divertidos proyectos educativos en La-Tecnologia. Esto me recordó a esos modelos de exhibición de automóviles que verías en las clases de física de la escuela secundaria, pero para un público más avanzado.
    http://www.eduys.com/physics-teaching-equipment/527.html
    Gran proyecto, me gusta.

  • Wilbertofdelaware dice:

    Muy buen post. Es aún más difícil hacerlo funcionar con una barra.

  • Peligro dice:

    La belleza de un proyecto de este tipo es que puede ver exactamente lo que está sucediendo con la construcción. A diferencia de comprar un sistema de motor cerrado y confiar en las especificaciones, cuando lo haga, sucederá. ¡Alimentar algo como esto con un polo y una electrónica mínima es toda una hazaña!

    El diseño de motor que más se parece a este es un motor paso a paso magnético constante. El uso de un núcleo centrado en hierro en la bobina impide el funcionamiento del motor. El motor se “dentros” al polo de hierro más cercano hasta que la corriente (y el campo magnético asociado) supere la atracción magnética del imán en la armadura del hierro en el núcleo. Si intenta girar el inducido de un motor de CC barato, puede sentir este efecto como resistencia a la rotación y notará un punto en el que se necesita más fuerza para mover el inducido. Un motor de CC sin corazón no muestra este efecto. Si cambias el tuyo solenoide inalámbrico contra bobina sin corazón, eliminará la necesidad de mover la bobina hacia adentro. En otros comentarios se hicieron muchos circuitos magnéticos. Un imán constante es un circuito completo. Así es una bobina de cobre vivaz.

    Para controlar el ángulo de rotación (para que no tenga que iniciarlo manualmente) necesita más postes (bobinados). Tres sería el mínimo. Cuatro sería el mínimo si quisieras control bipolar.

    El circuito podría ser controlado por sensores de efecto Hall, pero se debe realizar un control muy cuidadoso de la carga y la entrada de energía y el ángulo de rotación debe determinarse mecánicamente. Me preocuparía por la armadura de madera porque algunas de mis unidades pueden superar las 20000 rpm, lo que destruiría la armadura de madera.

    La mejor manera de controlar una unidad de este tipo es usar un microprocesador (arduino es mi favorito) con Hbridge y puede especificar las rpm que desee.

    Por cierto, a diferencia de otro cartel, nací en 1951 y califico como un “pedo viejo”.

    • BrilaBluJim dice:

      Guau. Ni siquiera puedo comenzar a describir toda la información errónea en esto. "Ni siquiera está mal".

  • hewa dice:

    ... ¿Cuál es el valor de todas las partes en ese dibujo debajo del video y le pido que se asegure de volver a conectar el polo negativo y positivo si no está mal dibujado?
    https://dl.dropboxusercontent.com/u/2.

  • Yuba Raj Shrestha dice:

    Hola, esta es una vista original de que soy nepalí.

    • Sudip Shrestha dice:

      Sar quiero un circuito de control, ¡waachet pliz!

Victoria Prieto
Victoria Prieto

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