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使用由PCB跡線制成的電磁線圈來制造軸向磁通電動機
2019-03-05

完成的四層印制電路板。中圖:對這些線圈施加脈沖,驅動3D打印出來的帶有嵌入式永磁體的轉子。右圖:雖然沒有傳統的無刷電動機那么強大,但PCB更便宜、更輕。

在我以前制造的一個無刷電動機驅動器中,我測量了作為反饋來控制速度的反電動勢。反電動勢產生的原因是旋轉的電動機就像一個小發電機,在定子線圈中產生與用于驅動電動機的電壓相反的電壓。對反電動勢進行感應,可以提供有關轉子旋轉方式的反饋信息,并讓控制電路使線圈同步。但在我的PCB電動機中,反電動勢太弱而無法使用。為此,我安裝了霍爾效應傳感器,它可以直接測量磁場的變化以測量轉子及其永磁體在傳感器上方旋轉的速度。隨后這些信息被輸入到電動機控制電路中。

為了制造轉子本身,我轉向了3D打印。起初,我制作了一個轉子,我安裝在一個單獨的金屬軸上,但后來我開始將卡扣軸作為轉子的一個組成部分進行打印。這將物理組件簡化為了只有轉子、四個永磁體、一個軸承以及提供線圈和結構支撐的PCB。

我很快就得到了我的第一臺電動機。測試表明它能產生0.9克厘米的靜態扭矩。這不足以滿足我初的制造一個集成進無人機的電動機的目標,但我意識到這個電動機仍然可以用來推動小型廉價的機器人輪子上用輪子沿著地面前進,所以我堅持進行研究(電動機通常是機器人身上昂貴的部件之一)。這一印制電動機可以在3.5到7伏的電壓下工作,盡管它在較高的電壓下會明顯升溫。在5 V時,其工作溫度為70°C,這仍然是可控的。它吸收大約250毫安電流。

目前,我一直在努力增加電動機的扭矩(你可以關注我在Hackaday上持續發布的研究進展信息https://hackaday.io/project/39494-pcb-motor)。通過在定子線圈的背面添加鐵氧體片來包含線圈的磁場線,我幾乎可以使扭矩倍增。我還在研究設計具有不同繞組配置和更多定子線圈的其他原型。此外,我一直在努力使用相同的技術來構建一個PCB電動推桿,它可以驅動一個3d打印出來的滑塊在一排12個線圈上滑動。而且,我正在測試一個柔性PCB原型,它使用相同的印制線圈來執行電磁驅動。我的目標是——即使我還不能制造出能飛上天空的小無人機——開始制造具有比現有機器人更小更簡單的機械構造的機器人。


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