AC motorek z CD-ROM mechaniky.

Mechanika CD-ROM z osobního počítače je vděčným zdrojem stavebních dílů pro stavbu vlastnoručně vyrobeného, třífázového motorku. Stejně jako existuje nepřeberné množství mechanik, existuje i přehršel konstrukčních uspořádání hlavního motorku v mechanice.  Jelikož se otázky, související se stavbou vlastního AC motorku začínají kupit, volím tuto cestu jako jednu z možných odpovědí na otázky, jak a čím. Chtěl bych tímto poděkovat kolegům na diskusním fóru www.mojehobby.cz za podněty a rady při laických dotazech. Tímto se také vzdávám honoráře za tento článek, který by měl sloužit jako hozená rukavice dalším modelářům, kteří mají zajímavé nápady, schopnost je popsat a vysvětlit, nafotit názorné snímky a poskytnout redakci.

Zdroj vhodné suroviny.

Jak se pozná vhodný motorek? Měl by být co největší, běžný průměr je 24 mm, občas se najde průměr 26 mm, pokud narazíme na 29 mm, máme štěstí, větší jsem v použitelném provedení neměl v rukou, ale nevylučuji, že existuje. Pokud má hřídel uloženou v kuličkových ložiskách, je jasné, že máme na stole malý poklad. Jak mi objasnil Honza Bareš, dobré motorky pocházejí z mechanik, které musely udržovat konstantní datový tok, tedy silně proměnné otáčky, podle polohy dat na poloměru CD. Dnešní mechaniky již mohou CD diskem točit konstantní rychlostí a různá rychlost dat je ošetřena elektronikou. Pro rozlišení mechanik je možno se orientovat podle rychlosti čtení uvedené na mechanice. Mohl by odpovídat hodnotě 12-16x. Pro přestavbu jsou vhodné klasické motorky s plechy na statoru (pevné části) s 9 pólovými nástavci a rotorem s vnějším magnetem v plechovém hrnečku.

  Několik vykuchaných motorků z CD-ROM mechanik.

Na obrázku je několik motorků, vhodných na přestavbu. Snímek je kolegy Petr Brňáka, který mne požádal o přestavbu některého z nich pro malý model z Poptronu.

  Další vhodné typy, vlevo průměr 26 mm a vpravo opět 24 mm.

Separace potřebných dílů

Potřebným dílem pro motorek je rotor, ten bude použit bez úprav nebo po úpravě hřídele, či výměně magnetů. Stator je třeba oddělit z nosné desky, převinout, popřípadě upravit uložení hřídele. Pokud disponujete potřebným zařízením, je možno použít nářadí s brusným kotoučkem. U mne většinou zvítězila precizně nasměrovaná hrubá síla.

  Silným tahem oddělené rotory ze statorů.

První motorek na obrázku měl zajištění proti vysunutí zahnutými plíšky, zachycenými na hrdle mosazného náboje. V hrnci rotoru je tvarová podložka dobře vidět. Druhý motorek měl zajištění podložkou uvnitř náboje dole, na hřídeli je zřetelný zápich. Tahejte opatrně, uložení hřídelí je většinou jen slabě zajištěno v prolisovaném otvoru. Také plech je měkký a snadno se ohne.

   Odstranění nosné plechové desky.

  Pohled na oddělené statory z nosných desek a uzavřené náboje ložisek

Při oddělení nosného plechu od náboje je dobré pomocí svěráku ohýbat plech tak, až se mosazné osazení, roznýtované v otvoru plechu strhne a motor sám vypadne (lze i pomoci kleští, plech je opravdu měkký).  Pokud je spodní část náboje ložiska uzavřená nechte jej tak, je to dobré pro uzavření mazacího oleje v ložisku. Mnoho CD mechanik má kluzné uložení s fixací hřídele plechovým kroužkem u vršku náboje. Hřídel je povětšině krátká a je potřeba jí nahradit delší hřídelí. Nejlepší náhradou je hřídelka z rozdělané CD mechaniky, která se používá jako vodící lišta pro snímací hlavu. Na ní však již není vybrání pro zacvaknutí jistícího plíšku. Lze ho povětšinou odstranit s kluzného ložiska a spodní část opatrně vyrtat tak aby hřídelka volně nábojem procházela. Hřídel je pak upravnai na délku takovou, aby motor mohl fungovat jak v tlačném tak i tažném uspořádání a to bez potřeby fixace hřídele. Pro tlačné uspořádání na spodní část náboje nalepuji tak jako ty uhlíkovou trubku a vrtulový unašeč je přidělán na hřídel u kloboučku. V tažném uspořádání  vyříznu z laminátu patřičný kříž s 5ti otvory. 4 z nich slouží pro uchycení motoru na přepážku v letadle, 5tý, prostřední, jím prochází hřídel.

  Rozložený motorek, rotor, ložiska, stator bez původního vynutí.

Způsob rozebírání je závislý na provedení motorku v té, které mechanice. Je na šikovnosti a invenci každého zvlášť, jak si poradí. Důležité jsou dvě části, stator, tedy svazek plechů s vinutím a uložením hřídele a rotor, což je plechový hrnec s magnetem a hřídelí. Zobrazený motorek pochází údajně z mechaniky firmy Toshiba, kolem roku 1996.

Elektrické úpravy

Pokud je v rotoru feritový prstenec, je tento přímo použitelný pro nový motor. Pokud je magnetický obvod vyroben z plastoferitu, je celkem k ničemu. Poznáte to snadno. Feritový magnet při pokusu u vryp nehtem odolá a povolí nehet. Plastoferit se poddá a vyrobíte vryp. Pomocí fénu nebo horkovzdušné pistole stačí hrnec nahřát a plastoferit se dá snadno vyrýpnout ven šroubovákem.Původní vynutí je nepoužitelně tenkým drátem, odmotáme jej. Pro nové navíjení je vhodné upevnit statorové plechy a s nábojem ložisek do vhodného držáku, zatím se podařilo všechny motorky nasunout na uhlíkovou trubku.

  Způsob spojení cívek v motoru. Z - začátek, K - konec vinutí

Jedním vodičem - vinutím, je vodič namotaný na tři pólové nástavce. Toto vinutí má začátek a konec. Konec vinutí, které bude sloužit k připojení k regulátoru je dobré na konci smotat do dvojitého vedení a tak jej zesílit. Tedy kousek vodiče, cca 20 mm, uhnout zpět a stočit navzájem.

  Stator připravený k navíjení.

Malé motorky jsem převíjel jedním drátem 0,4 mm, zobrazený na obrázku s průměrem 29 mm, byl převinut drátem zdvojeným, tedy 2x0,4 mm. Pokusně je vhodné omotat jeden pól a znovu odmotat, zjistíte tak potřebnou délku pro jednu cívku. Navíjet budeme postupně jedním vodičem tři pólové nástavce. Stačí většinou 1500 mm celkové délky i s přídavkem. Jeden konec můžeme předem pocínovat, laky jsou odolné teplotě do 350°C, větší teplota izolaci odstraní a cín přilne. Tento konec zajistěte lepící páskou na držák. a můžeme motat. Motáme zvoleným směrem (nezáleží na smyslu, ale u všech stejně). Počet závitů je určen předpokládaným pracovním napětím. Pro napětí cca 7,2V stačí kolem 20z 0,4 mm. Pro předpokládané napětí 9,6 (3 články LiOn, LiPol) zvětšíme počet závitů na 25-30z.

  Způsob vinutí jednoho vodiče na 3 pólové nástavce.

    Jiné schéma zapojení hvězda - trojúhelník

  První vodič je na svém místě. Začátek i konec je fixován zvlášť.

Na obrázku je stator s prvním vodičem na jednotlivých pólech. Stator je devíti-pólový, takže namotáváme na každý třetí pól. Konec si opět zajistíme na držadle, aby se nepletl při dalším navíjení. Opět si připravíme potřebnou délku, jeden konec pocínovat a opět přilepit papírovou lepící páskou k prvnímu začátku. Znovu stejným smyslem, jako předchozí cívky namotáme další trojici. Poslední tři pólové nástavce obsloužíme stejně jako předchozí dva.

  Vodič je na všech pólových nástavcích, konce spojeny k sobě..

Na snímku je vedení spojeno na začátku, jde o zapojení do hvězdy. Společný spoj je nezapojen. Pokud stejný počet závitů a použitý průměr drátu spojíme do trojúhelníku, vzroste proud a hrozí nebezpečí přesycení jádra statoru a místo motoru máme topné těleso. Obecně platí, že méně závitů znamená více otáček a vetší proud při malém napětí. Více závitů znamená menší proud, při vyšším napětí a větší kroutící moment. Motor získává "převodovku". Z mého pohledu je lepší větší napětí a menší proud, klesají tepelné ztráty. Stator je hotov. Konce cívek můžeme pocínovat a jsou připraveny k připojení k regulátoru.

  Kompletně přemotaný motor.

  Malý CD motorek průměru 24 mm s konektorem, vrtulkou a kouskem uhlíkové trubky.

Snímek ukazuje stator po navinutí všech tří vodičů na statorové plechy. Začátky jsou pro názornost jednoduchým vodičem, zakončeným pocínovaným zesílením. Konce vinutí jsou dvojitým vodičem. Pro napojení na regulátor bude použita lámací přímá konektorová lišta s pěti kontakty, kde je každý druhý vyjmut. Společný spoj vinutí (hvězda) je zkrácen a ponechán bokem od ostatních vývodů. Bude ho krýt smršťovací bužírka. Cívky ničím nezaléváme ani nelakujeme, jednak se tím zhoršuje chlazení, jednak je motorek v případě potřeby převinutí již poněkud ztracen. Pouze po namotání všech cívek položím stator čelem na stůl a opatrným tlakem toto čelo srovnám. Vodiče do sebe zapadnou a nepřekáží rotorovému plechu.

Mechanické úpravy

Co s rotorem? Pokud je bez magnetu, je vhodné čelo rotorového hrnce proříznout za účelem vytvoření cesty pro chladící vzduch. Tenký plech není příliš vhodný pro práci s vrtákem, takže jsem zvolil broušení. Dva otvory se dají lépe udělat stejně, než větší počet, takže raději dva a větší. Jehlový pilník dokončí načaté otvory. Chlazení je velmi důležité, bez něj by motorek dlouho nepřežil.

  Předbroušený otvor a otvor dokončený v rotoru.

  Hotový rotor bez magnetů.

  Velikost chladících otvorů na budoucím motorku.

  Otvory v rotou pr. 24 mm,  s magnetem.

Pokud chladící otvory vyrábíme v rotou s magnety, piliny odstraníme lepící páskou. Její postupné a opakované vlepování vychytá pilina dočista. Pokud bude stator vybavovat novými magnety, je otázkou, jak je umístit do hrnce a jak je rovnoměrně a bez ztráty nervů vlepit. Problém jsem řešil sice pracně, zato s uspokojivým výsledkem. Pokud má stator devět pólových nástavců, je počet potřebných magnetů 12. Malé neodymové magnety 3x3x1,5 mm se dají koupit, pokud minimální objednávka činí 500,- Kč u firmy ABC magnety. Pro jejich rovnoměrné rozmístění jsem namotal papírovou lepící pásku do prstence s vnějším průměrem o desetinu menším než je vnitřní průměr rotorového hrnce. Na obvodu byl poté nalepen pásek papíru s přesně natištěnou roztečí čtverečků dle magnetů.

  Papírový prstenec s rozmístěním magnetů.

Prstenec s vyříznutými okénky na jednotlivé magnety, je vložen do rototu a vše je připraveno k vlepování magnetů. Pár dobrých rad: Označte si magnety fixkou na stejném pólu. Pokud jsou magnety ve sloupečku na sobě, znamená to, že je na konci sloupce vždy stejný pól. Takže jeden po druhém označte lihovým popisovačem. Do rotou budeme při lepení vkládat magnety tak, aby se střídal na povrchu jeden a druhý pól.

  Proříznutí okének pro magnety na papírovém prstenci podle předlohy.

  Prstenec v hrnci, magnety připraveny k označení.

Další dobrou radou je lepit magnety epoxidem,s alespoň 20 minutovou dobou vytvrzení. Je dobré nepracovat pod tlakem času. Já si rozdělal 12 minutové epoxi a v polovině práce zazvonil telefon... :-(

  Hotovo, magnety na svých místech. Rotor je hotov!

Po sestavení motoru připevníme vrtulku pomocí vhodného unašeče a připojíme dostatečně dimenzovaný regulátor. Čeká nás měření vyrobeného motoru. Budeme měřit spotřebu proudu a otáčky. Z těchto údajů vyplyne, zda je motor použitelný nebo zda budeme nuceni převíjet.

  Způsob osazení magnetů v rotoru u devítipólové kotvy statoru.

Připevnění vrtule

Pro upevnění potřebné vrtulky je potřeba si ujasnit, jakou vrtulku použijeme, jaký má středový otvor a kolik toho unašeč bude muset v provozu snášet. Nejmenší motorky jsem nejprve řešil pomocí starých přístrojových knoflíků s vnitřní kleštinou pro průměr 4 mm. V prodejnách Tesla před rokem 89 jiné nebyly.

    Přístrojový knoflík a jeho využití pro uchycení vrtulky GWS.

      Jiný způsob uchycení.

Jeden z motorků měl rotor zakončený mosazným nábojem s otvorem. Pomocí kousku kulatiny 3 mm v průměru, s vyříznutým závitem je tento kousek přiletován do náboje. Pro vrtulky GWS  s tvarovým otvorem pro matičku je to ideální způsob uchycení.

  Klasický unašeč MP Jet pro průměr 3 mm. Vhodné pro větší motorky.

Výborným nápadem přispěl kolega Tomáš Ciniburk. Jeho způsob uchycení vrtulky vychází opět z tvarového otvoru v náboji vrtulky GWS, ale tentokrát použil spodní část náboje. Matička je připevněna na plech rotoru a vrtulka se na něj jen nasune, proti vysunutí ji brání Quick Lock podložka. Ta odolá tahu až 25N, to by mohlo pro SlowFly modely stačit. Nevýhodou tohoto řešení je nezbytnost výměny hřídele v rotoru. Díky snadné dostupnosti, stejná ocelová hřídel je použita v mechanice pro vedení vozíku s optikou laseru, je to však komplikace jen malá.

    Matička jako tvarový spoj a pojistná podložka proti vysunutí.

Dosažené výsledky

Prvním dosaženým výsledkem je uspokojení z vlastního technického výtvoru. Ačkoli se nejedná i HiEnd výrobek, jsou jeho parametry více než uspokojivé. Pohon lze vyladit na použité zdroje a potřebnou letovou rychlost. Menší vrtule s větším počtem otáček (méně závitů) pro rychlé modely, větší vrtule s menším počtem otáček (větší počty závitů) pro halové pomalolety.

  Motorek s vrtulkou a regulátorem, celková hmotnost 32 g.

Pro posouzení, zda je přestavba účelná, nebo zda je dokonce vhodné vynaložit prostředky na stavebnici takového motorku, jsem provedl několik informativních měření, které mohou úvahy vhodně nasměrovat. Měření bylo provedeno třech typech motorků, které se lišily svým vnějším průměrem rotoru. Motory č.1 a č.2 jsou s vnějším průměrem rotoru 24 mm, feritový původní magnet. Stejný magnet má také střední motorek s průměrem 26,5 mm. Poslední, největší motor, má průměr 28,5 mm s neodymovými magnety. Napájecí napětí bylo stanoveno na 7,4 V, pro snadnou dostupnost v podobě 2 článků LiPol nebo LiOn, popřípadě 6 čl. NiCd (NiMh). Motorky byly postupně osazeny vrtulemi GWS s rovným listem tzv. typ hyperdrive. Malé motorky se stejným průměrem se lišily počtem závitů na jeden pól. První motor má 20 závitů 0,4 mm CuL, druhý 25 závitů 0,4 mm CuL. Střední motor má 22 závitů stejným drátem a poslední, největší má 21 závitů dvojitým drátem 0,4mm CuL.

Z tabulky je zřejmé, že by se větší počet závitů u motorku č. 2 by se dal použít i větší počet článků, tedy větší napětí. Motorky se zahřívají jen velmi málo a pracují tak odhadem s poměrně vysokou účinností. Celá sestava motor, unašeč, vrtulka a regulátor JES 04-3P má hmotnost 32g. Nejlepší poměr hmotnost/statický tah je 1:4,5.

Motor č. 4 je v rotoru osazen vždy dvojicí magnetů na rozdíl od obrázků výše. Malá "hustota" magnetů na obvodu rotoru nedovolovala motor provozovat do maximálních otáček. Po vlepení vždy dvou magnetů vedle sebe se běh stal bezproblémový. Celková hmotnost sestavy s největším motorkem je 42g. Poměr hmotnosti ku statickému tahu zde vychází 1:5, to není špatné. Naměřené hodnoty berte prosím jako orientační, zatížené chybou, danou rychlostí, ve které bylo měření prováděno. Berte jej proto, prosím, jako orientační.

Pro snadnější manipulaci s motorkem a regulátorem jsou vývody připojeny na přímý kontakt z lámací lišty. Regulátor má konce fázových vodičů zakončeny servokonektory v smršťovací bužírce. Lze tak přenášet bez obav až 6A proudu.

  Měřící stav. 

Pro nejmenší motorky o vnějším průměru 24-29 mm, je ověřeným regulátorem nejlehčí JES 04-3P.  Motorek spolu s unašečem, vrtulkou GWS 7/3,5 a regulátorem má hmotnost 32 g. Tah motorku s napájením 8,4 V při proudu 3,6A je 150 g. Motorek má původní feritový magnet, na každém pólu je navinuto 20 závitů lakovaným Cu vodičem průměru 0,4 mm. Zapojení jednotlivých vinutí je do hvězdy, tedy všechna konce vinutí spojeny k sobě. K regulátoru jsou připojeny začátky jednotlivých vinutí. Poměr tahu k hmotnosti pohonného kompletu (nejen samotného motorku) je 4,7:1. To je v oboru elektrických pohonů celkem dobrá hodnota.

Popis dalším motorků a jejich provedení a výkony budou následovat..

Pro RCm kolektiv autorů a Petr Sysala.

www.sysala.cz