无人机马达太重,大牛做了个pcb电动机有影响吗（无人机用电机马达）

电机PCB 的每一层都有一组线圈堆叠在一起并相互连接以形成连续的走线。

我本来只是想制作一架非常小的无人机。但我很快意识到我的设计有一个限制，那就是电机的尺寸和重量。即使小型电动机仍然是分立设备，需要连接到所有其他电子和结构部件。所以我开始想知道是否有一种方法可以合并这些组件并减少一些质量。

我的灵感来自于一些无线电系统如何使用由印刷电路板(PCB) 上的铜迹线制成的天线。我可以使用类似的东西来产生足够强的磁场来驱动电机吗？我决定看看是否可以使用由PCB 迹线制成的螺线管线圈制作轴向磁通电机。在轴向磁通电机中，形成电机定子的电磁线圈平行于盘形转子安装。永磁体嵌入转子盘中。利用交流电驱动定子线圈，使转子旋转。

第一个挑战是确保我能够产生足够的磁通量来转动转子。设计一个扁平的螺旋线圈迹线并让电流流过它是很简单的，但我将电机的直径限制为16 毫米，以使电机的整体直径与最小的现成无刷电机的直径相当。 16 毫米意味着我只能在转子盘的下侧安装总共6 个线圈，每个螺旋大约有10 匝。十匝不足以产生足够大的磁场，但现在很容易制作多层PCB。通过堆叠打印线圈（四层中每一层都有线圈），我能够使每个线圈旋转40 匝，足以转动转子。

随着设计的推进，更大的问题出现了。为了保持电机旋转，转子和定子之间动态变化的磁场必须同步。在由交流电驱动的典型电动机中，由于桥接定子和转子的电刷的布置，这种同步自然发生。在无刷电机中，需要一个控制电路来实现反馈系统。

左：已完成的四层印刷电路板。

中：对这些线圈施加脉冲可驱动嵌入永磁体的3D 打印转子。

右：虽然不如传统无刷电机强大，但PCB 更便宜、更轻。

在我之前构建的无刷电机驱动器中，我测量了反电动势作为控制速度的反馈。产生反电动势是因为旋转电动机就像小型发电机一样，在定子线圈中产生与驱动电动机的电压相反的电压。感测反电动势可提供有关转子旋转方式的反馈，并允许控制电路同步线圈。但在我的PCB 电机中，反电动势太弱，无法使用。为此，我安装了一个霍尔效应传感器，它直接测量磁场的变化，以测量转子及其永磁体在传感器上方旋转的速度。然后将该信息输入电机控制电路。

为了制造转子本身，我转向3D 打印。最初，我制作了一个安装在单独的金属轴上的转子，但后来我开始将卡扣轴打印为转子的一个组成部分。这将物理组件减少为仅转子、四个永磁体、一个轴承以及提供线圈和结构支撑的PCB。

我很快就得到了我的第一台电动机。测试表明它可以产生0.9gcm的静扭矩。这对于我最初的目标是建造一个集成到无人机中的电动机来说还不够，但我意识到该电动机仍然可以用来推动一个小型、廉价的带轮子的机器人沿着地面行驶，所以我坚持了这项研究（电动机通常是机器人最昂贵的部件之一）。印刷电机可以在3.5 至7 伏电压下运行，但在更高电压下会显着升温。在5 V 电压下，其工作温度为70C，仍处于可控范围内。它消耗大约250 mA 的电流。

目前我一直在尝试增加电机的扭矩。通过在定子线圈的背面添加铁氧体片以容纳线圈的磁力线，我几乎可以使扭矩增加一倍。我还在考虑设计具有不同绕组配置和更多定子线圈的其他原型。此外，我一直致力于使用相同的技术来构建PCB 电动执行器，驱动3D 打印滑块跨过一排12 个线圈。另外，我正在测试一个柔性PCB 原型，它使用相同的印刷线圈来执行电磁驱动。我的目标是——即使我还造不出可以在天上飞的小型无人机，——开始建造比现有机器人更小、机械结构更简单的机器人。

审稿人：李茜