«Бесколлекторные двигатели» ЛикБез и проектирование
Принцип работы электрического двигателя:
В основу работы любой электрической машины положено явление электромагнитной индукции. Поэтому если в магнитное поле поместить рамку с током, то на неё подействует сила Ампера, которая создаст вращательный момент. Рамка начнет поворачиваться и остановится в положении отсутствия момента, создаваемого силой Ампера.
Устройство электрического двигателя:
Любой электрический двигатель состоит из неподвижной части — Статора и подвижной части — Ротора. Для того чтобы началось вращение, нужно по очереди менять направление тока. Эту функцию и выполняет Коллектор (щетки).
Бесколлекторный двигатель — это двигатель ПОСТОЯННОГО ТОКА без коллектора, в котором функции коллектора выполняет электроника. (Если у двигателя три провода, это не значит что он работает от трехфазного переменного тока! А работает он от «порций» коротких импульсов постоянного тока, и не хочу вас шокировать, но те же двигатели которые используются в кулерах, тоже бесколлекторные, хоть они и имеют всего два провода питания постоянного тока)
Устройство бесколлекторного двигателя:
Inrunner (произносится как «инраннер»). Двигатель имеет расположенные по внутренней поверхности корпуса обмотки, и вращающийся внутри магнитный ротор.
Outrunner (произносится как «аутраннер»). Двигатель имеет неподвижные обмотки (внутри) вокруг которых вращается корпус с помещенным на его внутреннюю стенку постоянными магнитами. 
Принцип работы:
Для того чтобы бесколлекторный двигатель начал вращаться, напряжение на обмотки двигателя надо подавать синхронно. Синхронизация может быть организованна с использованием внешних датчиков (оптические или датчики холла), так и на основе противоЭДС (бездатчиковый), которая возникает в двигателе при его вращении.
Бездатчиковое управление:
Существуют бесколлекторные двигатели без каких либо датчиков положения. В таких двигателях определение положения ротора выполняется путем измерения ЭДС на свободной фазе. Мы помним, что в каждый момент времени к одной из фаз (А) подключен «+» к другой (В) «-» питания, одна из фаз остается свободной. Вращаясь, двигатель наводит ЭДС (т.е. в следствии закона электромагнитной индукции в катушке образуется индукционный ток) в свободной обмотке. По мере вращения напряжение на свободной фазе (С) изменяется. Измеряя напряжение на свободной фазе, можно определить момент переключения к следующему положению ротора.
Что бы измерить это напряжение изпользуется метод «виртуальной точки». Суть заключается в том, что, зная сопротивление всех обмоток и начальное напряжение, можно виртуально «переложить провод» в место соединения всех обмоток:
Регулятор скорости бесколлекторного двигателя:
Бесколлекторный двигатель без электроники — просто железка, т.к. при отсутствии регулятора, мы не можем просто подключить напряжение на него, чтоб он просто начал нормальное вращение. Регулятор скорости — это довольно сложная система радиокомпонентов, т.к. она должна:
1) Определять начальное положение ротора для запуска электродвигателя
2) Управлять электродвигателем на низких скоростях
3) Разгонять электродвигатель до номинальной (заданной) скорости вращения
4) Поддерживать максимальный момент вращения
Принципиальная схема регулятора скорости (вентильная):
Бесколлекторные двигатели были придуманы на заре появления электричества, однако систему управления к ним никто не мог сделать. И только с развитием электроники: с появлением мощных полупроводниковых транзисторов и микроконтроллеров, бесколлекторные двигатели стали применятся в быту (первое промышленное использование в 60-х годах).
Достоинства и недостатки бесколлекторных двигателей:
Достоинства:
-Частота вращения изменяется в широком диапазоне
-Возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде
-Большая перегрузочная способность по моменту
-Высокие энергетические показатели (КПД более 90 %)
-Большой срок службы, высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов
Недостатки:
-Относительно сложная система управления двигателем
-Высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих материалов в конструкции ротора (магниты, подшипники, валы)
Разобравшись с теорией, перейдем к практике: спроектируем и сделаем двигатель для пилотажной модели МХ-2.
Список материалов и оборудования:
1) Проволока (взятая из старых трансформаторов)
2) Магниты (купленные в интернете)
3) Статор (барашек)
4) Вал
5) Подшипники
6) Дюралюминий
7) Термоусадка
8) Доспуп к неограниченному техническому хламу
9) Доступ к инструментам
10) Прямые руки 🙂
Ход работы:
1) С самого начала решаем:
Для чего делаем двигатель?
На что он должен быть рассчитан?
В чем мы ограничены?
В моем случае: я делаю двигатель для самолета, значит пускай он будет внешнего вращения; рассчитан он должен на то, что он должен выдать 1400 грамм тяги при трех-баночном аккумуляторе; ограничен я в весе и в размере. Однако с чего же начать? Ответ на этот вопрос прост: с самой трудной детали, т.е. с такой детали, которую легче просто найти, а все остальное подгонять под неё. Я так и поступил. После многих неудачных попыток сделать статор из листовой мягкой стали, мне стало понятно, что лучше найти её. Нашел я её в старой видеоголовке от видеорекоудора.
2) Обмотка трехфазного бесколлекторного двигателя выполняется изолированным медным проводом, от сечения которого зависит значение силы тока, а значит и мощность двигателя. Незабываем что, чем толще проволока, тем больше оборотов, но слабее крутящий момент. Подбор сечения:
1А — 0.05мм; 15А — 0.33мм; 40А — 0.7мм
3А — 0.11мм; 20А — 0.4мм; 50А — 0.8мм
10А — 0.25мм; 30А — 0.55мм; 60А — 0.95мм 
3) Начинаем наматывать на полюса проволоку. Чем больше витков (13) намотано на зуб, тем большее магнитное поле. Чем сильнее поле, тем больший крутящий момент и меньшее количество оборотов. Для получения высоких оборотов, необходимо мотать меньшее количество витков. Но вместе с этим падает и крутящий момент. Для компенсации момента, обычно на мотор подают более высокое напряжение. 
4) Дальше выбираем способ соединения обмотки: звездой или треугольником. Соединение звездой дает больший крутящий момент, но меньшее количество оборотов, чем соединение треугольником в 1.73 раз. (впоследствии было выбрано соединение треугольник) 
5) Выбираем магниты. Количество полюсов на роторе должно быть четным (14). Форма применяемых магнитов обычно прямоугольная. Размер магнитов зависит от геометрии двигателя и характеристик мотора. Чем сильнее применяемые магниты, тем выше момент силы, развиваемый двигателем на валу. Также чем больше количество полюсов, тем больше момент, но меньше оборотов. Магниты на роторе закрепляются с помощью специального термоклея. 
Испытания данного двигателя я проводил на созданной мной витномоторной установке, которая позволяет измерить тягу, мощность и обороты двигателя.
Чтобы увидеть отличия соединений «звезда» и «треугольник» я соединял по разному обмотки:
В итоге получился двигатель соответствующий характеристикам самолета, масса которого 1400 грамм. 
Характеристики полученного двигателя:
Потребляемый ток: 34.1А
Ток холостого хода: 2.1А
Сопротивление обмоток: 0.02 Ом
Количество полюсов: 14
Обороты: 8400 об/мин
Видеоотчет испытания двигателя на самолете. Мягкой посадки 😀
Расчет КПД двигателя:
Очень хороший показатель. Хотя можно было еще выше добиться. 
Выводы:
1) У бесколлекторных двигателей высокая эффективность и КПД
2) Бесколлекторные двигатели компактны
3) Бесколлекторные двигатели можно использовать во взрывоопасных средах
4) Соединение звездой дает больший крутящий момент, но меньшее количество оборотов в 1.73 раза, чем соединение треугольником.
Таким образом, изготовить собственный бесколлекторный мотор для пилотажной модели самолета- задача выполнимая
Если у вас есть вопросы или вам что-то не понятно, задавайте мне вопросы в комметариях этой статьи. Удачи всем)
Источник
Вдохновили ролики о самодельных моторах. Решился и сделал такой с нуля
Приветствую тебя, уважаемый читатель.
В этой статье я расскажу, как сделал самодельный бесщеточный мотор полностью с нуля в домашних условиях. Кому интересно, усаживайтесь поудобнее и начинаем.
На сборку двигателя своими руками меня подтолкнул не один десяток роликов с зарубежных каналов, там люди собирали электромоторы из того, что было и они хорошо работали и запускались с первого раза.
Вот и мне после просмотра данных роликов захотелось собрать что-то свое, что заработает и это можно будет применить в своих самоделках.
Нашел я у себя трансформатор от микшера, также заказал 50 штук неодимовых магнитов из Китая и контроллер для управления двигателем.
Диаметр тора от моего трансформатора равен 62 мм, по ним я сделал чертеж в компасе для ротора.
Из металлического листа вырезал круг диаметром 62 мм, таких же размеров сделал круг из фанеры, толщиной 3 мм.
На металлическом диске сделал разметку для центров магнитов, все работы проводил при помощи циркуля и транспортира.
Из фанеры я вырезал диск диаметром 37,65 мм, он будет держать магниты на одинаковом расстоянии от вала.
Далее я из фанеры выпилил кольцо с внутренним диаметром 62 мм, который затем приклеил на ротор с помощью эпоксидной смолы. (Магниты устанавливал чередуя полюса, для этого взял один из магнитов и проверял, притягивается ли магнит или отталкивается и так расставил все 12 штук поочередно — притягивается, отталкивается).
После высыхания эпоксидки я слегка отшлифовал поверхность, убрав наплывы.
Затем я принялся за изготовление статора из тора трансформатора. Сделал на скорую руку станок из точила и проделал пропилы в торе, постепенно измеряя зазор штангенциркулем, в идеале он должен быть одинаковым.
В итоге получился такой тор, процесс пропиливания пазов занял много времени, около 6 часов за станком.
После того, как пропилы готовы, я взял лак для ногтей у своей сестры ( с ее разрешения) и покрасил зазоры, чтобы защитить обмотку от случайного КЗ.
Одного лака для защиты недостаточно, я взял обычный лист А4 и нарезал из него полосок, ими обклеил каждый зуб статора.
Для того, чтобы ротор вращался, необходимо сделать крепление для подшипника. Я взял алюминиевый диск, сделал в нем отверстия и проточил их напильником, затем примотал его к статору на капроновую нитку и промазал лаком. (Листайте галерею 🢠 🢡 ).
Теперь статор готов для того, чтобы сделать на нем обмотку. В своих закромах нашел проволоку диаметром 0,5 мм, ее и использовал для намотки. Количество витков на каждом зубе вмещал максимально возможно, получилось ровно 50, обмотку мотать нужно в одном направлении и с одинаковым количеством витков.
Обмотки подключил звездой, то есть соединил концы каждой фазы друг с другом, а оставшиеся три вывода подключаются к контроллеру.
Когда я полностью сделал обмотку, я приступил к изготовлению ручки из пластиковой трубы, в которой будет находится еще один подшипник, он уменьшит перекосы и придаст жесткость конструкции.
Для выставления расстояния между ротором и статором я использовал обычную металлическую трубку, которую стачивал до тех пор, пока не получится минимально возможного зазора. (Чем меньше зазор, тем выше крутящий момент, но ниже обороты).
В ходе испытаний были небольшие доработки и я заменил пластиковую ручку на металлическую с алюминиевым переходником. Также установил трехкулачковый патрон на вал.
В итоге создания самодельного двигателя по ходу процесса у меня получилась практически готовая бормашинка, осталось только отцентровать трехкулачковый патрон и сделать защитный кохуж на ротор двигателя.
Также прикладываю видео работы данного мотора.
Кому понравилась статья про сборку мотора, пишите в комментариях свои доработки, пожелания, а также ставьте лайк и подписывайтесь на канал.
Благодарю за дочитывание и всем добра.
Источник