Jak zbudować miniaturowy silnik z płytki PCB?

Jak zbudować miniaturowy silnik z płytki PCB?

Silniki elektryczne łączą precyzyjną mechanikę z elektroniką. Okazuje się, że niektóre elementy mechaniczne można z powodzeniem zastąpić odpowiednimi płytkami drukowanymi.

Pewien młody konstruktor opracował małe silniki, które działają dzięki uzwojeniu wykonanemu ze ścieżek na PCB!

Carl Bugeja, 23-letni elektronik, udokumentował swoje próby stworzenia miniaturowych silników BLDC. Nie byłoby to aż tak ciekawe, gdyby nie fakt, że silniki składają się głównie z płytek drukowanych. Po wielu próbach konstruktorowi udało się wyeliminować konieczność tworzenia klasycznego uzwojenia. Zastąpiono je PCB - silnik działa dzięki specjalnemu ułożeniu ścieżek oraz przelotek.

Jeden z pierwszych działających prototypów składał się z 4-warstwowej płytki drukowanej, na której umieszczone zostały odpowiednie uzwojenia. Cała konstrukcja była bardzo mała (16x17x5 mm), ale działała zaskakująco dobrze. Pracujący silnik widoczny jest na poniższej prezentacji:

Dalsze eksperymenty pozwoliły na opracowanie bardziej optymalnej wersji wirnika oraz wydajniejszej metody sterowania. Dzięki temu możliwa była budowa napędu, którego parametry pozwalały na realne wykorzystanie takiej konstrukcji w praktycznych zastosowaniach. 

Projektant poszedł o krok dalej, bo zdecydował się na integrację sterownika silnika BLDC na płytce pełniącej jednocześnie funkcję stojana. Chyba największym osiągnięciem było tutaj zmieszczenie tego wszystkiego na powierzchni 30x16 mm (sam silnik ma średnicę zaledwie 16 mm). W tym celu autor wykorzystał najmniejszą dostępną obudowę mikrokontrolera (QFN, 3x3 mm) oraz użył elementów dyskretnych w obudowie 0201 (ledwo widocznych gołym okiem).

Silnik BLDC i kontroler ESC na jednej płytce PCB

Generowana przez silnik siła przeciwelektromotoryczna jest zbyt słaba na sterowanie bez użycia czujników, autor zdecydował się więc na użycie sprzężenia zwrotnego z wykorzystaniem czujnika Halla w pętli sterowania prędkościowego. Więcej informacji na temat działania tej wersji silnika:

Jeszcze mniejszy silnik z PCB?

Wydawałoby się, że opisywany tutaj silnik jest już naprawdę mały. Młody konstruktor postanowił jednak, że stworzy jeszcze mniejszą wersję napędu. Tak powstał silnik, który mieści się na czubku palca.

Taka miniaturyzacja była możliwa dzięki wykorzystaniu płytki drukowanej składającej się z 6 warstw. Najnowsza wersja silnika mierzy jedynie 11 mm średnicy i 3,6 mm wysokości, a całość waży 0,5 g. W tej wersji napędu wirnik został wyposażony w niewielkie magnesowe krążki i 3-milimetrowe łożysko. Oś silnika została przylutowana bezpośrednio do stojana.

Dokładny opis każdego etapu budowy projektu i wszystkie materiały (wliczając nawet pliki GERBER) zostały udostępnione na Hackaday.io, gdzie autor prowadził dokładną relację z budowy projektu. Nic nie stoi więc na przeszkodzie, by samemu zbudować podobne urządzenie. Koniecznie dajcie znać, jeśli zdecydujecie się podjąć to wyzwanie!

Miniaturowe roboty kroczące z napędami liniowymi DIY
Miniaturowe roboty kroczące z napędami liniowymi DIY

Większość robotów kroczących napędzana jest za pomocą serwomechanizmów. Autor opisywanych… Czytaj dalej »

Źródło: [1], [2]

bldc, gerber, hall, PCB, silnik, silniki