PCB Coils στο KiCad: 5 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Έργα Fusion 360 »

Λίγες εβδομάδες πριν είχα δημιουργήσει μια μηχανική οθόνη 7 τμημάτων που χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνήτες για να ωθήσει τα τμήματα. Το έργο είχε τόσο μεγάλη αποδοχή, που δημοσιεύτηκε ακόμη και στο περιοδικό Hackspace! Έλαβα τόσα πολλά σχόλια και προτάσεις που έπρεπε να κάνω μια βελτιωμένη εκδοχή του. Λοιπόν, σας ευχαριστώ, όλους!

Αρχικά είχα προγραμματίσει να φτιάξω τουλάχιστον 3 ή 4 τέτοια ψηφία για να εμφανίσω κάποιου είδους χρήσιμες πληροφορίες σε αυτό. Το μόνο πράγμα που με εμπόδισε να το κάνω ήταν οι δυνατοί ηλεκτρομαγνήτες. Χάρη σε αυτά, κάθε ψηφίο αντλεί περίπου 9Α! Είναι πολύ! Αν και η παροχή τόσο πολύ ρεύματος δεν ήταν πρόβλημα, αλλά ήξερα ότι μπορεί να είναι πολύ καλύτερη. Αλλά τότε συνάντησα το έργο FlexAR του Carl. Είναι βασικά ένας ηλεκτρομαγνήτης σε ένα εύκαμπτο PCB. Έχει κάνει μερικά φοβερά έργα χρησιμοποιώντας αυτό. Δείτε τη δουλειά του! Τέλος πάντων, με έκανε να σκεφτώ αν θα μπορούσα να χρησιμοποιήσω τα ίδια πηνία PCB για να σπρώξω/τραβήξω τα τμήματα. Αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσα να κάνω την οθόνη μικρότερη και λιγότερο ενεργητική. Έτσι σε αυτό το Instructable, θα προσπαθήσω να κάνω μερικές παραλλαγές των πηνίων και στη συνέχεια να τις δοκιμάσω για να δω ποια λειτουργεί καλύτερα.

Ας αρχίσουμε!

Βήμα 1: Το σχέδιο

Το σχέδιο είναι να σχεδιάσουμε ένα δοκιμαστικό PCB με μερικές παραλλαγές πηνίων. Θα είναι μια μέθοδος δοκιμής και σφάλματος.

Αρχικά, χρησιμοποιώ τον εύκαμπτο ενεργοποιητή του Carl ως αναφορά που είναι ένα PCB 2 επιπέδων με 35 στροφές σε κάθε στρώμα.

Αποφάσισα να δοκιμάσω τους παρακάτω συνδυασμούς:

• 35 στροφές - 2 στρώσεις
• 35 στροφές - 4 στρώσεις
• 40 στροφές - 4 στρώσεις
• 30 στροφές - 4 στρώσεις
• 30 στροφές - 4 στρώματα (με μια τρύπα για τον πυρήνα)
• 25 στροφές - 4 στρώματα

Τώρα έρχεται το δύσκολο κομμάτι. Εάν έχετε χρησιμοποιήσει το KiCad, ίσως γνωρίζετε ότι το KiCad δεν επιτρέπει καμπυλωτά ίχνη χαλκού, μόνο ίσια ίχνη! Τι γίνεται όμως αν ενώσουμε μικρά ευθύγραμμα τμήματα με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργεί μια καμπύλη; Μεγάλος. Συνεχίστε να το κάνετε αυτό για μερικές ημέρες μέχρι να έχετε ένα πλήρες πηνίο !!!

Αλλά περιμένετε, εάν κοιτάξετε το αρχείο PCB, το οποίο δημιουργεί το KiCad, σε έναν επεξεργαστή κειμένου, μπορείτε να δείτε ότι η θέση κάθε τμήματος αποθηκεύεται με τη μορφή συντεταγμένων x και y μαζί με κάποιες άλλες πληροφορίες. Τυχόν αλλαγές εδώ θα αντικατοπτρίζονται και στο σχέδιο. Τώρα, τι θα γινόταν αν μπορούσαμε να εισάγουμε όλες τις θέσεις που απαιτούνται για να σχηματίσουμε ένα πλήρες πηνίο; Χάρη στην Joan Spark, έχει γράψει ένα σενάριο Python το οποίο αφού εισαγάγει μερικές παραμέτρους φτύνει όλες τις συντεταγμένες που απαιτούνται για να σχηματίσει ένα πηνίο.

Ο Carl, σε ένα από τα βίντεό του, χρησιμοποίησε το Altium's Circuit Maker για να δημιουργήσει το πηνίο του PCB, αλλά δεν ήθελα να μάθω νέο λογισμικό. Ισως αργότερα.

Βήμα 2: Δημιουργία πηνίων στο KiCad

Πρώτα τοποθέτησα έναν σύνδεσμο στο σχηματικό σχήμα και τον καλωδίωσα όπως φαίνεται παραπάνω. Αυτό το σύρμα θα γίνει ένα πηνίο στη διάταξη PCB.

Στη συνέχεια, πρέπει να θυμάστε τον καθαρό αριθμό. Το πρώτο θα είναι καθαρό 0, το επόμενο θα είναι καθαρό 1 και ούτω καθεξής.

Στη συνέχεια, ανοίξτε το σενάριο python χρησιμοποιώντας οποιοδήποτε κατάλληλο IDE.

Επιλέξτε το πλάτος ίχνους που θα χρησιμοποιήσετε. Μετά από αυτό, δοκιμάστε να πειραματιστείτε με πλευρές, ξεκινήστε την ακτίνα και παρακολουθήστε την απόσταση. Η απόσταση της διαδρομής πρέπει να είναι διπλάσια από το πλάτος της διαδρομής. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των «πλευρών», τόσο πιο λείο θα είναι το πηνίο. Πλευρές = 40 λειτουργεί καλύτερα για τα περισσότερα πηνία. Αυτές οι παράμετροι θα παραμείνουν οι ίδιες για όλα τα πηνία.

Πρέπει να ορίσετε μερικές παραμέτρους όπως το κέντρο, τον αριθμό στροφών, το στρώμα χαλκού, τον καθαρό αριθμό και το πιο σημαντικό, την κατεύθυνση περιστροφής (περιστροφή). Κατά τη μετάβαση από το ένα στρώμα στο άλλο, η κατεύθυνση πρέπει να αλλάξει για να διατηρηθεί η κατεύθυνση του ρεύματος ίδια. Εδώ, το spin = -1 αντιπροσωπεύει δεξιόστροφα ενώ το spin = 1 αντιπροσωπεύει αριστερόστροφα. Για παράδειγμα, εάν το μπροστινό στρώμα χαλκού πηγαίνει δεξιόστροφα, τότε το κάτω στρώμα χαλκού πρέπει να πηγαίνει αριστερόστροφα.

Εκτελέστε το σενάριο και θα εμφανιστούν πολλοί αριθμοί στο παράθυρο εξόδου. Αντιγράψτε και επικολλήστε τα πάντα στο αρχείο PCB και αποθηκεύστε το.

Ανοίξτε το αρχείο PCB στο KiCad και υπάρχει το όμορφο πηνίο σας.

Τέλος, κάντε τις υπόλοιπες συνδέσεις στη σύνδεση και τελειώσατε!

Βήμα 3: Παραγγελία PCB

Κατά το σχεδιασμό πηνίων, χρησιμοποίησα ίχνος χαλκού πάχους 0,13 mm για όλα τα πηνία. Αν και το JLCPCB μπορεί να κάνει ελάχιστο πλάτος ίχνους 0,09 mm για 4/6 στρώματα PCB, δεν ένιωσα να το πιέζω πολύ κοντά στο όριο.

Αφού τελείωσα το σχεδιασμό του PCB, ανέβασα τα αρχεία gerber στο JLCPCB και παρήγγειλα τα PCB.

Κάντε κλικ εδώ για να κατεβάσετε τα αρχεία gerber εάν θέλετε να το δοκιμάσετε.

Βήμα 4: Δημιουργία τμημάτων δοκιμής

Σχεδίασα μερικά τμήματα δοκιμής διαφορετικών σχημάτων και μεγεθών στο Fusion 360 και τα εκτύπωσα σε 3D.

Δεδομένου ότι έχω χρησιμοποιήσει ίχνος χαλκού 0,13 mm για τα πηνία, μπορεί να χειριστεί ένα μέγιστο ρεύμα 0,3Α. Ο ηλεκτρομαγνήτης που είχα χρησιμοποιήσει στην πρώτη κατασκευή ανέρχεται σε 1,4Α. Σαφώς, θα υπάρξει σημαντική μείωση της δύναμης, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να κάνω τα τμήματα ελαφριά σε βάρος.

Μείωσα το τμήμα και μείωσα το πάχος του τοίχου, διατηρώντας το σχήμα το ίδιο όπως πριν.

Το δοκίμασα ακόμη και με διαφορετικά μεγέθη μαγνήτη.

Βήμα 5: Συμπέρασμα

Διαπίστωσα ότι ένα πηνίο με 4 στρώσεις και 30 στροφές σε κάθε στρώση μαζί με μαγνήτη νεοδυμίου 6 x 1,5 mm ήταν αρκετό για να ανυψώσει τα τμήματα. Είμαι πολύ χαρούμενος που βλέπω την ιδέα να λειτουργεί.

Αυτό είναι προς το παρόν. Στη συνέχεια, θα βρω τα ηλεκτρονικά για τον έλεγχο των τμημάτων. Πείτε μου τις σκέψεις και τις προτάσεις σας στα παρακάτω σχόλια.

Σας ευχαριστώ που μείνετε στο τέλος. Ελπίζω ότι όλοι αγαπήσατε αυτό το έργο και μάθατε κάτι νέο σήμερα. Εγγραφείτε στο κανάλι μου στο YouTube για περισσότερα τέτοια έργα.