इलेक्ट्रिक मोटर कैसे प्रिंट करें

अक्षीय चुंबकीय प्रवाह मोटर विद्युत चुम्बकीय कॉइल के रूप में मुद्रित सर्किट बोर्डों का उपयोग करता है

कार्ल बुगेजा द्वारा Spect.ieee.org से अनुवादित लेख

यह सब इस तथ्य से शुरू हुआ कि मैं एक बहुत छोटा ड्रोन बनाना चाहता था। लेकिन मुझे जल्दी से एहसास हुआ कि एक कारक सीमा एक परियोजना को कम करने और हल्का करने का प्रयास करती है: मोटर्स। यहां तक ​​कि छोटी मोटरें भी अलग-अलग ऑब्जेक्ट्स हैं जिन्हें बाकी इलेक्ट्रॉनिक्स और संरचनात्मक तत्वों से कनेक्ट करने की आवश्यकता होती है। इसलिए मैंने वजन को बचाने के लिए इन तत्वों को मर्ज करने के तरीके के बारे में सोचना शुरू किया।

मैं इस तथ्य से प्रेरित था कि कुछ रेडियो सिस्टम एंटेना का उपयोग करते हैं, जो एक मुद्रित सर्किट बोर्ड पर तांबे की पटरियों हैं। क्या यह पर्याप्त रूप से मजबूत चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए कुछ समान उपयोग करना संभव है जो मोटर को शक्ति दे सकता है? मैंने यह देखने का फैसला किया कि क्या मैं मुद्रित सर्किट बोर्ड पर पटरियों के रूप में बनाए गए विद्युत चुम्बकीय कॉइल का उपयोग करके एक अक्षीय चुंबकीय प्रवाह मोटर बना सकता हूं। अक्षीय चुंबकीय प्रवाह मोटर में, स्टेटर बनाने वाले विद्युत चुम्बकीय कॉयल को रोटर के समानांतर माउंट किया जाता है, जिसे डिस्क के रूप में बनाया जाता है। स्थायी मैग्नेट रोटर डिस्क में निर्मित होते हैं। एसी स्टेटर कॉइल लगाने से रोटर घूमने लगता है।

पहली कठिनाई रोटर को चालू करने में सक्षम पर्याप्त रूप से मजबूत चुंबकीय क्षेत्र को सुनिश्चित करना था। एक सपाट सर्पिल पथ बनाने और इसके माध्यम से वर्तमान पारित करने के लिए यह काफी सरल है, लेकिन मैंने मोटर को 16 मिमी के व्यास तक सीमित कर दिया है, इसलिए मोटर का कुल व्यास सबसे छोटी तैयार मोटरों के बराबर था। 16 मिमी का मतलब था कि सर्पिल केवल 10 क्रांतियां बना सकता है, और रोटर के नीचे डिस्क पर स्थित कुल कॉइल्स 6. हो सकते हैं। पर्याप्त चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने के लिए दस क्रांतियां पर्याप्त नहीं होंगी। हालाँकि, मुद्रित सर्किट बोर्ड इस बात में अच्छे हैं कि आज बहु-स्तरीय बोर्ड बनाना काफी सरल है। चार परतों के कॉइल के एक पैकेट को मुद्रित करने के बाद, मैं प्रति कुंडली पर 40 चक्कर लगाने में कामयाब रहा, जो रोटर को घुमाने के लिए पर्याप्त है।

विकास प्रक्रिया के दौरान, एक अधिक गंभीर समस्या सामने आई। मोटर के रोटेशन को बनाए रखने के लिए, रोटर और स्टेटर के बीच गतिशील रूप से बदलते चुंबकीय क्षेत्र को सिंक्रनाइज़ करना आवश्यक है। एक ठेठ मोटर में, यह वैकल्पिक चालू का उपयोग करके किया जाता है, और सिंक्रनाइज़ेशन स्वाभाविक रूप से प्राप्त होता है, ब्रश की व्यवस्था के लिए धन्यवाद जो विद्युत रूप से स्टेटर और रोटर को जोड़ता है। एक ब्रशलेस मोटर को एक प्रतिक्रिया प्रणाली के साथ नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता होती है।


सर्किट की प्रत्येक परत में कॉइल का एक सेट होता है, और वे एक दूसरे के ऊपर एक दूसरे के साथ जुड़ते हुए और निरंतर पटरियों का निर्माण करते हैं।


अंतिम चार-परत मुद्रित सर्किट बोर्ड


इन कॉइल के दालों को 3 डी प्रिंटर पर मुद्रित रोटर को घुमाते हैं, जिसमें स्थायी मैग्नेट बनाए जाते हैं


प्रणाली पारंपरिक ब्रशलेस मोटर की तरह शक्तिशाली नहीं है, लेकिन मुद्रित सर्किट बोर्ड सस्ते और आसान हैं।

मेरे द्वारा बनाए गए इंजन के पिछले मॉडल में, मैंने गति नियंत्रण के लिए फीडबैक के रूप में काउंटर-ईएमएफ का उपयोग किया था। एंटी-ईएमएफ को इस तथ्य के कारण प्राप्त किया जाता है कि घूर्णन मोटर जनरेटर के रूप में काम करता है, स्टेटर कॉइल में वोल्टेज बनाता है, जो मोटर को घूमने वाले वोल्टेज का प्रतिकार करता है। काउंटर-ईएमएफ के बारे में जानकारी मोटर के रोटेशन को इंगित करने वाली प्रतिक्रिया प्रदान करती है और नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स को कॉइल को सिंक्रनाइज़ करने की अनुमति देती है। लेकिन मेरी पीसीबी मोटर में, एंटी-ईएमएफ का उपयोग करने के लिए बहुत कमजोर था। इसलिए, मैंने इस पर एक हॉल सेंसर लगाया, सीधे चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन को मापने के लिए, यह मापने के लिए कि सेंसर के ऊपर रोटर और उसके स्थायी मैग्नेट कितनी जल्दी घूमते हैं। यह जानकारी मोटर को नियंत्रित करने वाले इलेक्ट्रॉनिक्स में जाती है।

रोटर के निर्माण के लिए, मैंने 3 डी प्रिंटिंग की ओर रुख किया। प्रारंभ में, मैंने एक रोटर बनाया, जो एक अलग धातु की छड़ पर लगाया गया था, लेकिन फिर मैंने रोटर के अभिन्न अंग के रूप में रॉड को प्रिंट करना शुरू कर दिया। इससे रोटर में भौतिक घटकों की संख्या कम हो गई, चार स्थायी मैग्नेट, एक असर और एक मुद्रित सर्किट बोर्ड, जो कॉइल और संरचनात्मक ताकत दोनों प्रदान करते हैं।

जल्द ही, मेरी पहली मोटर पहले से ही चल रही थी। परीक्षणों से पता चला है कि यह स्थिर रूप से 0.9 ग्राम * सेमी का एक स्थिर टॉर्क प्रदान करता है। यह क्षण ड्रोन के लिए एक एकीकृत मोटर बनाने की मेरी प्रारंभिक योजना को लागू करने के लिए पर्याप्त नहीं था, लेकिन मैंने सोचा कि इस तरह की मोटर अभी भी जमीन पर पहियों पर घूमने वाले छोटे और सस्ते रोबोटों के लिए एक इंजन के रूप में इस्तेमाल की जा सकती है, इसलिए मैंने अनुसंधान जारी रखा (आमतौर पर मोटर्स निकला रोबोट के सबसे महंगे हिस्से)। एक मुद्रित मोटर 3.5 से 7 वी तक वोल्टेज के साथ काम कर सकती है, हालांकि उच्च वोल्टेज पर यह काफी गरम होता है। 5 V पर, इसका ऑपरेटिंग तापमान 70 ° C है, जो काफी स्वीकार्य है। इसमें लगभग 250 mA की खपत होती है।

फिलहाल, मैं टॉर्क बढ़ाने पर ध्यान दे रहा हूं। मैंने चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को सीमित करने के लिए स्टेटर कॉइल के पीछे फेराइट शीट को जोड़कर इसे लगभग दोगुना करने में कामयाब रहा। मैं अन्य घुमावदार प्रणालियों के साथ मोटर्स के अन्य प्रोटोटाइप की भी योजना बनाता हूं। इसके अलावा, मैं 12 कॉइल्स की श्रृंखला में एक मुद्रित स्लाइडर को स्थानांतरित करने में सक्षम रैखिक ड्राइव बनाने के लिए समान तकनीकों का उपयोग करने पर काम कर रहा हूं। मैं एक ही कुंडल का उपयोग करके लचीले मुद्रित सर्किट बोर्ड के एक प्रोटोटाइप का भी परीक्षण करता हूं। मेरा लक्ष्य आज उपलब्ध छोटे और सस्ते तंत्रों का उपयोग करके नए रोबोटों का निर्माण शुरू करना है।