Un medidor de par

Es un medidor de par, para probar los motores de los que no tenemos características. Usa un freno electromagnético de de corrientes de Foucault para un funcionamiento ajustable sin desgastes.

Esta es la primera fotografía de la estructura montada. Los perfiles taladrados son de un antiguo rack de 19 pulgadas. Las chapas negras de los extremos son de aluminio de un radiador. Los cacharros redondos atornillados a los extremos son bujes de cabezales de vídeo.

Estructura

Este es el apunte a lápiz de lo que quería hacer. Desgraciadamente al utilizar todo de reciclaje no se puede hacer un plano “serio”, hay que amoldarlo a los materiales que se van encontrando.

Borrador del plano

Para medir el par con precisión usaremos el principio de reacción. La fuerza (par) que transmite el motor a través del eje es igual, pero de sentido contrario, al que transmite el motor al soporte a través del estator. Por ejemplo si yo empujo un coche de 700Kg transmitiré esos 700Kg al suelo. Mediré la misma fuerza en las manos que en los pies. Es más fácil medir la fuerza en el estator del motor, que no gira, que en el rotor que está en movimiento. Para frenar el eje del motor, y ver que fuerza hace contra el freno, usaremos un freno electromagnético de corrientes de Foucault. Este freno es muy suave, sin saltos, fácil de regular y sin desgaste. Está construido con imanes permanentes, de neodimio, de dos discos duros y discos de aluminio también de discos duros.

Medidor

Ya tengo montados los imanes y el balancín con sus brazos, preparado el acoplamiento a los discos y una montura para un motor…

1- Imanes permanentes de neodimio. Son de un disco duro. Están fijados a un disco de aluminio fijo al chasis.
2- Buje del rotor. Es el de un cabezal de vídeo. Tiene que alinearse muy bien con el buje del estátor.
3- Soporte del estator. Sujeta el motor en pruebas. Esta sujeto al chasis mediante otros rodamientos para que pueda moverse
libremente. Lo que vamos a medir es la fuerza que ejerce este soporte.
4- Buje del estator, alineado con el del rotor. Permite que se mueva el estator y así medir su fuerza.
5- Discos de aluminio de freno. En este disco inducen las corrientes de Foucault los imanes, produciendo el par de frenada. Esta unido al eje del rotor del rotor en pruebas.
6- Acoplamiento del freno al rotor del motor. Realmente quería usar un portabrocas, pero es difícil de acoplar al eje del freno. Con un portabrocas basta con apretarlo sobre el eje del motor para tenerlo centrado.

En esta imagen el motor ya montado (sujeto con una brida) y los aparatos de medida para hacer una prueba.

Pruebas

1- Disco de freno. Finalmente solo he usado uno, para que tenga menos masa y menos rozamiento con el aire.
2- Imanes del freno. Regulando la distancia del disco 1 a los imanes se varía el par de frenada.
3- Brazo de medida. Tiene 10 cm desde el eje del motor hasta la parte que apoya en la báscula. Lo que marque la báscula serán Kgf*10cm (kilogramos-fuerza por 10 centímetros). Habrá que convertirlo a gf*cm ó Nm.
4- Bascula. Medirá la fuerza que transmite el brazo, que es la reacción del motor, que es igual al par de giro del eje.
5- Tester actuando como cuentarrevoluciones unido al detector 7.
6- Tester actuando como amperímetro para ver el consumo del motor.
7- Detector del cuentarrevoluciones. Es el usado en “cuentarrevoluciones sencillo”.
8- Fuente de alimentación. Necesitamos 5V para el cuentarrevoluciones y 0 a 24V para el motor en pruebas.

Mas pruebas

En la foto el motor ejerce un par de 36 g*10cm a 59,72 RPS (3583 RPM) que equivale a 35,3 mili Nm y el consumo es de 0,709 A, alimentado a 24V. El motor es un C2162-60006 de una impresora HP 690C que el vacío consume 0,08 A y gira a 3840 RPM.

Un motor RS555HS que es igual (lo llevan otros modelos de HP y en las medidas me ha dado muy similar) proporciona 34,8 mNm a 3610 RPM consumiendo 1,48A, según datos del fabricante.

Resultados y conclusiones:

– En las medidas realizadas de motores con datasheets conocidos los resultados han sido similares a los que proporciona el fabricante por lo que puede decirse que el medidor trabaja correctamente.
– Acoplar el eje del motor al freno puede ser muy complicado. Hay que conseguir un buen centrado para que no haya vibraciones y la medida sea buena. Usando un portabrocas solidario al freno y que apriete sobre el eje del motor se solucionaría el problema. El centrado y la sujeción serían inmediatos.
– El chasis construido es poco rígido y muy pequeño (con las chapas de aluminio que tenía es lo mejor que pude hacer). Seria conveniente hacer otro mejor, bajo plano, con materiales comerciales.
– Es un poco complicado realizar las medidas con los 3 aparatos de medida, tomando valores en una tabla. Casi quemo un motor al hacerlo girar a 200 RPM (me daba 99 mNm de par) durante demasiado tiempo mientras tomaba notas. Falta la parte electrónica: una fuente variable de 0-30V 3A, un amperímetro, un cuentarrevoluciones, una báscula y un servo para aproximar el disco a los imanes (regular la frenada) todo ello conectado a un procesador con una pantalla LCD y un teclado para seleccionar el test a realizar y una salida serie de los datos medidos para realizar las curvas con un PC.
– El disco de 5 y 1/4 pulgadas frena demasiado para motores pequeños. Incluso alejado de los imanes, por el rozamiento con el aire, ya proporciona algunos mNm de par resistente. Para motores pequeños habría que usar un disco de 3 y 1/2 pulgadas.
– La solución de los bujes de cabeza de vídeo ha resultado estupenda. Son tan suaves que no crean un par resistente apreciable, con lo que no interfieren en la medida. Dentro contienen 2 rodamientos R1560ZZ, podrían utilizarse sueltos en otro modelo que no use partes recicladas.

En esta foto detalle del invento.

Medidor terminado

Puede apreciarse el brazo de medida, que es una varilla roscada para dejar el palpador que presiona sobre la báscula a 10 cm. El acoplamiento del eje del motor al freno, de latón, es un desastre de regular. La idea buena es la del portabrocas. Pueden verse los bujes de cabeza de vídeo y los imanes de disco duro frente al disco de freno.

NO recomiendo a nadie que construya este modelo. Es solo un experimento. La idea SI es muy buena, pero habría que hacer un buen plano y utilizar materiales comerciales. Este diseño está muy condicionado por el uso de materiales reciclados, es un verdadero Frankenstein, pero funciona muy bien y demuestra la viabilidad de la idea.