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电机大家很熟悉了,生活工作中经常会遇到电机,作为最常遇到的动力设备。四轴飞行器常用的是无刷电机。

 


普通无刷电机体积比较大

 

今天介绍的是只有 PCB 般厚度的微型开源无刷电机。作者 Carl Bugeja 是一位追求微型化的年轻工程师。

 

 

这个项目的灵感来自于试图制造更小更便宜的无人机。 将电机制作到 PCB 本身将降低任何微型机器人的整体价格,从而使群体机器人变得更加经济实惠。

 

普通的外转子无刷电动机由定子,转子和通过轴承连接两者的轴制成。 其定子绕铁芯缠绕,以旋转转子上的磁铁。 铁芯的高磁导率在每个线圈周围产生强磁场,从而提高了电机的扭矩强度。

 


这种电机设计的独特之处在于定子印刷在 PCB 板上。 六个定子磁极是以星形配置的螺旋形轨迹。 虽然与铁芯定子相比,这些线圈产生的扭矩更小,但电机仍然适用于高速应用,额定功率为 1 瓦。

 



它还有一个 16 毫米直径,1.7 毫米薄的 3D 打印 4 极转子。 因此,这种轴向磁通电机的总厚度增加了 5 毫米(不包括轴),重量为 1.5 克。

3D 打印的转子,内置 4 个磁铁

 

现在,作者更近一步将 pcb 升级到 6 层板,通过添加两个额外的层,可以减少每层的匝数并使其达到 11 毫米。 电机总高度为 3.6 毫米,重量为 0.5 克。

 

这个 pcb 空间利用率极高! 每个线圈有 3 个过孔连接中间层。 这些迫使三角形定子磁极更有效地利用磁场区域。

 

 

微型转子设计有四个压配合 2mm n52 磁铁和一个 3mm 轴承。 这种新设计将轴焊接到定子上,因此它是固定的,不随转子旋转。

 

作者选择使用这种设计是因为有两件事:
1、找不到足够小的轴承以适应定子的中间位置。
2、不打算用轴。 定制的 3D 打印转子更有意义。

 

更进一步,作者还为 PCB 电机增加了 ESC,用来控制电机。


这是它的原理图:

 

它有一个 PIC16F1503 作为主控制器和一个三重半桥驱动器 STSPIN230,用于控制电机的三相。 该 MCU 具有较低的计算能力(因为我不再考虑无传感器控制所需的不多)但是采用 3x3mm 芯片封装,价格便宜 2 美元左右。它们均采用相同的电源供电,以避免使用额外的电源线或板载稳压器,从而进一步降低成本。 我过滤了 LC 滤波器的数字电路电源,以减弱电机可能产生的噪音。 它可以在 5V 至 2.6V 电源下工作,总共使用 220mA 电流。


由于 pcb 电机产生的反电动势太弱而无法实现无传感器速度控制器。 所以作者决定使用霍尔传感器(US1881)用于检测转子内的磁铁,向微控制器提供反馈,然后实现速度闭环速度控制器。

 

如果你对这个项目感兴趣,想获取完整信息请访问:

https://hackaday.io/project/39494-pcb-motor

 

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