普通無刷電機體積比較大

  今天介紹的是只有PCB般厚度的微型開源無刷電機。作者Carl Bugeja是一位追求微型化的年輕工程師。

這個項目的靈感來自于試圖制造更小更便宜的無人機。 將電機制作到PCB本身將降低任何微型機器人的整體價格，從而使群體機器人變得更加經(jīng)濟實惠。

普通的外轉(zhuǎn)子無刷電動機由定子，轉(zhuǎn)子和通過軸承連接兩者的軸制成。 其定子繞鐵芯纏繞，以旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上的磁鐵。 鐵芯的高磁導(dǎo)率在每個線圈周圍產(chǎn)生強磁場，從而提高了電機的扭矩強度。

  這種電機設(shè)計的獨特之處在于定子印刷在PCB板上。 六個定子磁極是以星形配置的螺旋形軌跡。 雖然與鐵芯定子相比，這些線圈產(chǎn)生的扭矩更小，但電機仍然適用于高速應(yīng)用，額定功率為1瓦。

  它還有一個16毫米直徑，1.7毫米薄的3D打印4極轉(zhuǎn)子。 因此，這種軸向磁通電機的總厚度增加了5毫米（不包括軸），重量為1.5克。

           3D打印的轉(zhuǎn)子，內(nèi)置4個磁鐵

現(xiàn)在，作者更近一步將pcb升級到6層板，通過添加兩個額外的層，可以減少每層的匝數(shù)并使其達到11毫米。 電機總高度為3.6毫米，重量為0.5克。

這個pcb空間利用率極高！ 每個線圈有3個過孔連接中間層。 這些迫使三角形定子磁極更有效地利用磁場區(qū)域。

微型轉(zhuǎn)子設(shè)計有四個壓配合2mm n52磁鐵和一個3mm軸承。 這種新設(shè)計將軸焊接到定子上，因此它是固定的，不隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

作者選擇使用這種設(shè)計是因為有兩件事：

1、找不到足夠小的軸承以適應(yīng)定子的中間位置。

2、不打算用軸。 定制的3D打印轉(zhuǎn)子更有意義。

更進一步，作者還為PCB電機增加了ESC，用來控制電機。

  這是它的原理圖：

它有一個PIC16F1503作為主控制器和一個三重半橋驅(qū)動器STSPIN230，用于控制電機的三相。 該MCU具有較低的計算能力（因為我不再考慮無傳感器控制所需的不多）但是采用3x3mm芯片封裝，價格便宜2美元左右。它們均采用相同的電源供電，以避免使用額外的電源線或板載穩(wěn)壓器，從而進一步降低成本。 我過濾了LC濾波器的數(shù)字電路電源，以減弱電機可能產(chǎn)生的噪音。 它可以在5V至2.6V電源下工作，總共使用220mA電流。

由于pcb電機產(chǎn)生的反電動勢太弱而無法實現(xiàn)無傳感器速度控制器。 所以作者決定使用霍爾傳感器（US1881）用于檢測轉(zhuǎn)子內(nèi)的磁鐵，向微控制器提供反饋，然后實現(xiàn)速度閉環(huán)速度控制器。