IEEE SPECTRUM 最近報道了一名工程師的奇思妙想。

 

使用 PCB 繞線作為電磁線圈的軸向磁通電動機

 

電動機印製電路板的每一層都有一組線圈，它們堆疊在一起並互相連接以形成連續的跡線。

一yi開kai始shi隻zhi是shi想xiang做zuo一yi架jia非fei常chang小xiao的de無wu人ren機ji。但dan很hen快kuai意yi識shi到dao，在zai設she計ji中zhong，有you一yi個ge製zhi約yue因yin素su，那na就jiu是shi馬ma達da的de體ti積ji和he重zhong量liang。即ji使shi是shi小xiao電dian動dong機ji也ye仍reng然ran是shi分fen立li的de裝zhuang置zhi
，需xu要yao連lian接jie到dao所suo有you其qi他ta電dian子zi元yuan件jian和he結jie構gou元yuan件jian上shang去qu。所suo以yi開kai始shi想xiang知zhi道dao是shi否fou有you辦ban法fa合he並bing這zhe些xie元yuan件jian並bing減jian輕qing一yi些xie質zhi量liang。

 

我的靈感來自於一些無線電係統如何使用由印製電路板（PCB）上的銅跡線製成的天線。可以使用類似的東西來製造足夠強大的磁場來驅動電動機嗎
？我決定看看是否可以使用由 PCB 跡ji線xian製zhi成cheng的de電dian磁ci線xian圈quan來lai製zhi造zao軸zhou向xiang磁ci通tong電dian動dong機ji。在zai軸zhou向xiang磁ci通tong電dian動dong機ji中zhong，形xing成cheng電dian動dong機ji定ding子zi的de電dian磁ci線xian圈quan平ping行xing於yu圓yuan盤pan形xing轉zhuan子zi安an裝zhuang。永yong磁ci體ti嵌qian入ru轉zhuan子zi的de圓yuan盤pan中zhong。用yong交jiao流liu電dian驅qu動dong定ding子zi線xian圈quan使shi轉zhuan子zi旋xuan轉zhuan。

 

第di一yi個ge挑tiao戰zhan是shi確que保bao我wo能neng夠gou創chuang造zao出chu足zu夠gou的de磁ci通tong量liang來lai轉zhuan動dong轉zhuan子zi。設she計ji一yi個ge扁bian平ping的de螺luo旋xuan線xian圈quan跡ji線xian並bing讓rang電dian流liu流liu過guo它ta是shi很hen簡jian單dan的de

，但dan是shi我wo將jiang我wo的de電dian動dong機ji的de直zhi徑jing限xian製zhi在zai 16 毫米，以使整個電動機的直徑可與最小的成品無刷電動機的相媲美。16 毫米意味著我隻能在轉子圓盤的下麵總共安裝 6 個線圈
，每個螺旋上安裝大約 10 匝。十匝不足以產生足夠大的磁場，但是如今很容易製作出多層的 PCB。通過打印成堆疊的線圈（四層的每一層上都有線圈）

，我可以讓每一線圈獲得 40 匝
，足以轉動一個轉子。

 

suizheshejidexiangqiantuijin，yigegengdadewentichuxianle。weilebaochidiandongjidexuanzhuan，bixushizhuanzihedingzizhijiandongtaibianhuadecichangtongbu。zaiyoujiaoliudianqudongdedianxingdiandongjizhong，youyuqiaojieqidingzihezhuanzidedianshuadepailie
，zhezhongtongbuziranjiuchanshengle。zaiwushuadiandongjizhong，xuyaodeshishixianfankuixitongdekongzhidianlu。

 

左圖：完成的四層印製電路板。中圖：對這些線圈施加脈衝
，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麼強大，但 PCB 更便宜、更輕。

 

zaiwoyiqianzhizaodeyigewushuadiandongjiqudongqizhong，wocelianglezuoweifankuilaikongzhisududefandiandongshi。fandiandongshichanshengdeyuanyinshixuanzhuandediandongjijiuxiangyigexiaofadianji
，zaidingzixianquanzhongchanshengyuyongyuqudongdiandongjidedianyaxiangfandedianya。duifandiandongshijinxingganying，keyitigongyouguanzhuanzixuanzhuanfangshidefankuixinxi，bingrangkongzhidianlushixianquantongbu。danzaiwode PCB 電(dian)動(dong)機(ji)中(zhong)，反(fan)電(dian)動(dong)勢(shi)太(tai)弱(ruo)而(er)無(wu)法(fa)使(shi)用(yong)。為(wei)此(ci)，我(wo)安(an)裝(zhuang)了(le)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，它(ta)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)測(ce)量(liang)磁(ci)場(chang)的(de)變(bian)化(hua)以(yi)測(ce)量(liang)轉(zhuan)子(zi)及(ji)其(qi)永(yong)磁(ci)體(ti)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)上(shang)方(fang)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)速(su)度(du)。隨(sui)後(hou)這(zhe)些(xie)信(xin)息(xi)被(bei)輸(shu)入(ru)到(dao)電(dian)動(dong)機(ji)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)中(zhong)。

 

為了製造轉子本身
，我轉向了 3D 打da印yin。起qi初chu，我wo製zhi作zuo了le一yi個ge轉zhuan子zi，我wo安an裝zhuang在zai一yi個ge單dan獨du的de金jin屬shu軸zhou上shang，但dan後hou來lai我wo開kai始shi將jiang卡ka扣kou軸zhou作zuo為wei轉zhuan子zi的de一yi個ge組zu成cheng部bu分fen進jin行xing打da印yin。這zhe將jiang物wu理li組zu件jian簡jian化hua為wei了le隻zhi有you轉zhuan子zi
、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台電動機。測試表明它能產生 0.9 克ke厘li米mi的de靜jing態tai扭niu矩ju。這zhe不bu足zu以yi滿man足zu我wo最zui初chu的de製zhi造zao一yi個ge集ji成cheng進jin無wu人ren機ji的de電dian動dong機ji的de目mu標biao
，但dan我wo意yi識shi到dao這zhe個ge電dian動dong機ji仍reng然ran可ke以yi用yong來lai推tui動dong小xiao型xing廉lian價jia的de機ji器qi人ren輪lun子zi上shang用yong輪lun子zi沿yan著zhe地di麵mian前qian進jin，所suo以yi我wo堅jian持chi進jin行xing研yan究jiu（電動機通常是機器人身上最昂貴的部件之一）。這一印製電動機可以在 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）。tongguozaidingzixianquandebeimiantianjiatieyangtipianlaibaohanxianquandecichangxian
，wojihukeyishiniujubeizeng。wohaizaiyanjiushejijuyoubutongraozupeizhihegengduodingzixianquandeqitayuanxing。ciwai
，woyizhizainulishiyongxiangtongdejishulaigoujianyige PCB 電動推杆
，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，它使用相同的印製線圈來執行電磁驅動。我的目標是——即使我還不能製造出能飛上天空的小無人機——開始製造具有比現有機器人更小更簡單的機械構造的機器人。

 

 
 

 

 

 

 

本文刊登在 2018 年 9 月期的印刷版 IEEE SPECTRUM 上
，題為“The Printable Motor”。