Wie funktioniert ein PCB-Motor?

Ein PCB-Motor ist eine innovative Lösung, die die Mechanik des Motors in die elektronischen Komponenten integriert und dabei die PCB selbst als Struktur des Motors nutzt.

Was ist ein PCB-Motor?

Ein PCB-Motor ist ein einzigartiger Motortyp, der die Kupferspuren auf einer Leiterplatte (PCB) nutzt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das den Motor antreibt. Dieses Konzept ist davon inspiriert, wie Funksysteme PCB-Spuren als Antennen verwenden. Dasselbe Prinzip wird angewendet, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das stark genug ist, um einen Rotor zu drehen. Dieser Motortyp ist als bürstenloser Axialflussmotor bekannt, bei dem der PCB-Stator und der Rotor parallel ausgerichtet sind.

Entwurf und Aufbau eines PCB-Motors
Der erste Schritt bei der Entwicklung eines PCB-Motors ist die Entwicklung der PCB-Statorspulen. Bei herkömmlichen Motoren bestehen diese Spulen häufig aus Draht, der zu dichten, dreidimensionalen Formen gewickelt ist. Bei einem PCB-Motor werden die Spulen stattdessen als flache Spiralbahnen hergestellt, die auf die Schichten einer PCB gedruckt werden.

Eine der Herausforderungen dieser Planarmotoren besteht darin, genügend Windungen in den kleinen verfügbaren Raum zu bringen, um einen ausreichenden magnetischen Fluss zu erzeugen. Diese Spulen müssen in einer Stern- oder Dreieckkonfiguration verbunden werden, um ein dreiphasiges System zu erzeugen. In unserem 6-schlitzigen, sternkonfigurierten MotorCell- Design konnten wir die Spulen auf vier Schichten stapeln und zwei zusätzliche Schichten für den Controller nutzen, um das erforderliche Magnetfeld zum Drehen des Rotors zu erzeugen.

Im Laufe der Jahre haben wir auch gelernt, dass das Design des Rotors entscheidend für die Verbesserung der Motoreffizienz ist. Es ist wichtig, hochwertige Keramikkugellager zu verwenden und die Lager präzise auszurichten, um die optimale mechanische Lösung zu erreichen. Dies erfordert normalerweise Spezialwerkzeuge, daher bieten wir den Rotor der MotorCell auch einzeln an, sodass Sie ihn problemlos in Ihre benutzerdefinierte Leiterplatte integrieren können.

Synchronisierung im PCB-Motor erreichen
Einer der wichtigsten Aspekte beim Antrieb eines bürstenlosen Motors ist die Sicherstellung, dass der Rotor mit dem elektromagnetischen Feld des Stators synchronisiert bleibt. Bei herkömmlichen Motoren mit Bürsten wird die Synchronisation mechanisch durch die Bürsten selbst gesteuert. Bei einem dreiphasigen bürstenlosen Motor wie einem PCB-Motor ist jedoch eine sensorische Rückmeldung erforderlich, damit der Motor reibungslos läuft.

Die Gegen-EMK wird normalerweise als Rückkopplung verwendet, um die Motordrehzahl zu steuern. Die Gegen-EMK ist die Spannung, die vom rotierenden Motor selbst erzeugt wird und die gemessen werden kann, um die Rotordrehzahl zu bestimmen. Diese Informationen werden dann in die Steuerelektronik des Motors eingespeist und stellen sicher, dass die Statorspulen synchron mit der Rotorbewegung angetrieben werden. Bei der MotorCell wird all dies direkt vom integrierten Chip gehandhabt, was den Prozess vereinfacht.