Model stejnosměrného komutátorového motoru

DDM Symfonie Poděbrady
Projekt, připravený pro účastníky kroužků Elektronika pro distanční formu vzdělávání propojil získáné znalostí a dovedností v práci s 3D tiskem se znalostmi z elektroniky a mechaniky.
Hard
Medium-term
10–14 yrs
Verified by Prusa Team
Suitable printers: Prusa MINI / MINI+Prusa MK3/S/S+
0
6
0
179
updated December 30, 2021

Summary

PDF
Projekt, připravený pro účastníky kroužků Elektronika pro distanční formu vzdělávání propojil získáné znalostí a dovedností v práci s 3D tiskem se znalostmi z elektroniky a mechaniky.

The focus of the target group

Účastníci kroužků elektronika jsou děti od 6 do 15 let. Nejmladším účastníkům jsou podporou jejich rodiče, kteří se zájmem pracují s nimi. Do procesu zapojujeme všechny účastníky stejným dílem, individuálně řešíme jejich podporu dle jejich schopností a dovedností. 

Necessary knowledge and skills

Vzhledem k tomu, že kroužek probíhal distančně a lektoři se s účastníky pravidelně v daném čase kroužku setkávali, nebylo těžké v on-line prostředí s připraveným výukovými materiály pracovat. 

Účastníci umí pájet, navinout cívku rotoru, číst jednoduché technické výkresy a elektrická schémata, ovládat základní měřicí přístroje (laboratorní zdroj, multimetr).

Project objectives

  • seznámení s 3D tiskem
  • získání praktických zkušeností s 3D tiskem
  • rozvoj technického myšlení
  • rozvoj manuálních technických dovedností 

Provést účastníky seznámením s 3D tiskem. Účastníci si následně vymodelují dle pokynů video návodu v programu Autodesk Fusion 360 DC elektromotor. Seznámí se s postupem jeho vyexportování do formátu, potřebného pro tisk na tiskárně Original Prusa i3 MK3S. Vytisknuté součástky zkompletují a vyzkouší si funkčnost stejnosměrného elektromotoru.

Následně lektor objasní základy elektromagnetismu (magnetickou indukci, Lorenzovu sílu a moment síly).

Motor lze využít pro další činnost, jeho praktické využití například – jako pohon 3D tištěného autíčka nebo ventilátoru. 

Required equipment

Hardware 

  • PC s kamerou a reproduktorem, tiskárna Original Prusa i3 MK3S

Software

  • program Autodesk Fusion 360, program Prusa Slicer

Nástroje

  • šroubovák, pinzeta, pájka, štípací kleště

Součástky 

  • kalafuna, cín, 2 šroubky M3, 2 matičky M3, 2 pájecí očka
  • kousek silnějšího drátu (průřez 2,5 mm2) – bude z něho osička pro rotor
  • kousek slabšího drátu (průřez 1,5 mm2) – z něho vytvoříme 2 kontakty pro komutátor
  • smirkový papír na očištění izolace z drátu na cívku 
  • 2 drátky na připojení baterie
  • 2 neodymové magnety- poměrně silné, pozor na prsty 
  • 4,5V baterie - 1 až 2 kusy

Odkaz _ Postup instalace programu Autodesk Fusion 360

Odkaz_Postup práce v Autodesk Fusion 360 a exportování do formátu .stl

  • Model hrací kostky
  • Model motoru

Část 1 - rotor

Část 2 - stator

Část 3 - vše spojené do jednoho bloku

Postup vygenerování souboru .gcode v programu Prusa Slicer – ukázka a odkaz na stažení programu

Postup práce při kompletování motoru, video – odkaz na youtube a Word dokument

Videa a fotografie z průběhu projektu.

3D modeling

Project time schedule

Příprava projektu lektory

Výběr tématu, přípravné práce a postup modelování 3D motoru – práce lektora (mimo času tisku) 4 hodiny

Videa – instalace programu Autodesk Fusion 360 – 15 min

Video postupu modelování statoru a rotoru – 1 hodina

Video postupu sestavení motoru 1 hodina

Plán postupu práce s účastníky 1 hodina

Práce s účastníky

Seznámení s projektem

Modelování 3 hodiny

Tisk jednotlivých částí 2 hodiny 50 min

Příprava dalších součástek potřebných k finalizaci modelu motoru - 30 minut

Finalizace dle videa 1 hodina

Úprava a doplnění plánu práce s účastníky na základě proběhlých lekcí - 1,5 hodiny

 

Workflow

1. lekce - úvodní motivační setkání projektu

- využití Youtube ukázky funkčního modelu motoru – 3 minuty

https://www.youtube.com/watch?v=rCdVc9PwWok

- výklad historie, fungování komutátorového motoru

DC elektromotor pohání množství zařízení více než 100 let. Na téměř stejném principu fungují i krokové motory v 3D tiskárně Průša.

Stejnosměrný motor je v elektrotechnice točivý elektrický stroj na stejnosměrný proud, který může pracovat v režimu elektromotor nebo generátor (dynamo). Napájení rotoru je realizováno přes komutátor, který přepíná vinutí rotoru. Některé novější konstrukce nahrazují mechanický komutátor elektronickým obvodem. Malé stejnosměrné motory jsou používány v mnoha nástrojích, hračkách a běžných spotřebičích. V současnosti jsou využívány především u ručního nářadí, kde díky poměrně vysokým pracovním otáčkám vychází pohon malý a lehký. Pro pohon dopravních prostředků závislé i nezávislé trakce jsou komutátorové motory nahrazovány asynchronními a nejnověji synchronními.

Stejnosměrný motor se skládá z rotoru (upevněn na hřídeli) a statoru (pevná část elektromotoru). Jeden z nich (rotor/stator) musí být vždy elektromagnet, druhý může být buď také elektromagnet nebo permanentní magnet. Kotvou je označován elektromagnet, na kterém dochází k přepólování napájení jeho vinutí (buď pomocí komutátoru nebo řídícím elektronickým obvodem). Kotva může být na statoru i na rotoru (podle konstrukce motoru).

Magnetické toky na sebe silově působí. Stejné póly se odpuzují a opačné přitahují. Tím vzniká točivý moment. Pokud by při pootočení nedošlo k přepnutí vinutí kotvy (komutaci), došlo by k zastavení. 

- seznámení se s jednotlivými kroky postupu tvorby modelu motoru

- ukázka lektory vytvořeného a připraveného modelu

- provedení video návodem instalace Programu Autodesk Fusion 360 – společná práce

2. – 6.  lekce – instalace programu Autodesk Fusion 360. Práce v tomto programu a exportování do formátu .stl 

- individuální instalace, lektoři jsou on-line přítomní a asistují v případě nejasností, problémů či komplikací

- odkaz na instruktážní video instalace programu

https://www.youtube.com/watch?v=rn85oG0DIOw&ab_channel=Craftincz

- odkaz na stažení programu:

https://www.autodesk.com/products/fusion-360/personal

- odkaz na instruktážní video na hrací kostku

- lze využít buď na prvotní seznámení nebo jako doplňující aktivita, pro ty, kteří již mají hotovo a čekají na ostatní

https://www.youtube.com/watch?v=EsyQCf-l75U&ab_channel=DDMSymfoniePod%C4%9Bbrady

- odkazy na instruktážní videa na modelování 3D motoru

část 1 – návod na modelování rotoru

https://www.youtube.com/watch?v=DXk5eHgKGbs&ab_channel=DDMSymfoniePod%C4%9Bbrady

 

část 2 – návod na modelování Statoru

https://www.youtube.com/watch?v=fy9mjkDtalE&ab_channel=DDMSymfoniePod%C4%9Bbrady

 

 

 

část 3 - vše spojené do jednoho bloku

 

https://www.youtube.com/watch?v=EsyQCf-l75U&ab_channel=DDMSymfoniePod%C4%9Bbrady

Účastníci postupně zasílali své hotové modely ve formátu .stl k následnému tisku na 3D tiskárně.

7. lekce 

Ukázka vygenerování souboru .gcode v programu Prusa Slicer.

Poskytnutí odkazu 

https://www.prusa3d.cz/prusaslicer/

Všichni zúčastnění byli seznámeni se základním fungováním programu Prusa Slicer a konečný export do formátu .gcode probíhal pod dohledem lektorů. 

S dětmi probíhala další diskuze o exportování během individuálních konzultací.

8. lekce

Ukázka práce 3D tiskárny

Výklad 3D tiskárna

Výklad 3D tisk

odkazy: www.prusa3d.cz/stories

Postupně byl zadáván tisk částí motoru jednotlivých účastníků.

Každý z účastníků pak dostal svůj vlastní výtisk obou částí motoru.

9. – 10. lekce

Kompletace jednotlivých částí motoru

Vyzvednutí balíčku připraveného lektorem pro každého účastníka.

Video – odkaz na Youtube: 

https://www.youtube.com/watch?v=csIg1U1WVVk&ab_channel=DDMSymfoniePod%C4%9Bbrady

Sestavení motoru, příloha v PDf

11. lekce Závěr - zpětná vazba shrnutí diskuse s účastníky

Zhodnocení distanční realizace projektu: 

Přesto, že se projektu zúčastnila nakonec většina členů kroužků, nebyli však však všichni. Hlavně u skupiny mladších začátečníků se ukázala velmi důležitá podpora ze strany rodičů. Lektoři tak v konečném efektu měli více času se věnovat zúčastněným dětem.

Co bylo pro účastníky nejtěžší:

Při sestavování motoru působilo nejvíce potíží správné nastavení kontaktů komutátoru. Ty musí mít dostatečný přítlak pro spolehlivý kontakt, ale ne tak velký, aby příliš brzdil rotor.

Co bylo snadné:

Pro lektory bylo snadné vymyslet prvotní myšlenku. Cesta k realizaci fungujícího prototypu, který by byl snadný na sestavení si ale vyžádala asi 8 iterací.

Zhodnocení celého projektu:

Projekt se u dětí setkal s pozitivním ohlasem. Nikdo ze zúčastněných se nenechal odradit prvotním neúspěchem a při individuálních konzultacích se podařilo zprovoznit všechny vyrobené motory.

Plán na pokračování – další možné využití funkčního modelu:

Po vylepšení komutátoru, zejména zjednodušení jeho nastavení a zvýšení trvanlivosti, by se dal elektromotor využít jako pohon malého a lehkého 3D vytištěného vozítka. Případně jako pohon ventilátoru.

Zhodnocení lektory:

Realizace nás od začátku bavila a s nadšením jsme během pár dní vyrobili funkční prototyp, se kterým jsme byli spokojeni. Při natáčení instruktážního videa jsme měli obavy, aby všichni zvládli choulostivý proces sestavení komutátoru. Všichni, kteří měli zájem a chuť, si s tím ale nakonec poradili. Pár účastníků se inspirovalo a začalo používat i jiný 3D modelovací software k tvorbě vlastních projektů.

Zhodnocení organizací:

Zkušenosti s 3D tiskem nám přinesly nové možnosti do další činnosti kroužku. Vnímáme to jako další příležitost vnést do naší činnosti moderní technologie a držet tak s vývojem nových technologií krok.

Tento projekt považujeme za velmi přínosný nejen pro děti a lektory technických kroužků, ale i pro všechny ostatní lektory, kteří mají přímou možnost se s 3D tiskem přímo seznámit. Což rozšiřuje možnosti aktivit jednotlivých kroužků a nabídku celého Domu dětí a mládeže.

Authors

Mgr. Jan Polák a Jakub Karbulka, vedoucí kroužků Elektronika při Domu dětí a mládže Symfonie Poděbrady, Za Nádražím 56

Model origin

The author hasn't provided the model origin yet.

License