PCB電動(dòng)機(jī)是如何制成的？

電動(dòng)機(jī)印制電路板的每一層都有一組線圈，它們堆疊在一起并互相連接以形成連續(xù)的跡線。

左圖：完成的四層印制電路板。

中圖：對(duì)這些線圈施加脈沖，驅(qū)動(dòng)3D打印出來的帶有嵌入式永磁體的轉(zhuǎn)子。

右圖：雖然沒有傳統(tǒng)的無刷電動(dòng)機(jī)那么強(qiáng)大，但PCB更便宜、更輕。

在我以前制造的一個(gè)無刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，我測量了作為反饋來控制速度的反電動(dòng)勢。反電動(dòng)勢產(chǎn)生的原因是旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)就像一個(gè)小發(fā)電機(jī)，在定子線圈中產(chǎn)生與用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電壓相反的電壓。對(duì)反電動(dòng)勢進(jìn)行感應(yīng)，可以提供有關(guān)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)中，反電動(dòng)勢太弱而無法使用。為此，我安裝了霍爾效應(yīng)傳感器，它可以直接測量磁場的變化以測量轉(zhuǎn)子及其永磁體在傳感器上方旋轉(zhuǎn)的速度。隨后這些信息被輸入到電動(dòng)機(jī)控制電路中。

為了制造轉(zhuǎn)子本身，我轉(zhuǎn)向了3D打印。起初，我制作了一個(gè)轉(zhuǎn)子，我安裝在一個(gè)單獨(dú)的金屬軸上，但后來我開始將卡扣軸作為轉(zhuǎn)子的一個(gè)組成部分進(jìn)行打印。這將物理組件簡化為了只有轉(zhuǎn)子、四個(gè)永磁體、一個(gè)軸承以及提供線圈和結(jié)構(gòu)支撐的PCB。我很快就得到了我的第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。測試表明它能產(chǎn)生0.9克厘米的靜態(tài)扭矩。這不足以滿足我最初的制造一個(gè)集成進(jìn)無人機(jī)的電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)，但我意識(shí)到這個(gè)電動(dòng)機(jī)仍然可以用來推動(dòng)小型廉價(jià)的機(jī)器人輪子上用輪子沿著地面前進(jìn)，所以我堅(jiān)持進(jìn)行研究（電動(dòng)機(jī)通常是機(jī)器人身上最昂貴的部件之一）。

這一印制電動(dòng)機(jī)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(huì)明顯升溫。在5 V時(shí)，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(dòng)機(jī)的扭矩（你可以關(guān)注我在Hackaday上持續(xù)發(fā)布的研究進(jìn)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?guī)缀蹩梢允古ぞ乇对?。我還在研究設(shè)計(jì)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(shù)來構(gòu)建一個(gè)PCB電動(dòng)推桿，它可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)3d打印出來的滑塊在一排12個(gè)線圈上滑動(dòng)。而且，我正在測試一個(gè)柔性PCB原型，它使用相同的印制線圈來執(zhí)行電磁驅(qū)動(dòng)。我的目標(biāo)是——即使我還不能制造出能飛上天空的小無人機(jī)——開始制造具有比現(xiàn)有機(jī)器人更小更簡單的機(jī)械構(gòu)造的機(jī)器人。本文將刊登在2018年9月期的印刷版IEEE SPECTRUM上，題為“The Printable Motor”。