PCB-spoelen in KiCad - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Fusion 360-projecten »

Een paar weken geleden had ik een mechanisch 7-segments display gemaakt dat elektromagneten gebruikt om de segmenten te duwen. Het project werd zo goed ontvangen, dat het zelfs werd gepubliceerd in Hackspace Magazine! Ik kreeg zoveel opmerkingen en suggesties dat ik er een verbeterde versie van moest maken. Dus, bedankt allemaal!

Oorspronkelijk was ik van plan om minstens 3 of 4 van dergelijke cijfers te maken om er een soort van nuttige informatie op weer te geven. Het enige dat me ervan weerhield om het te doen, waren de op energie beluste elektromagneten. Dankzij hen trekt elk cijfer ongeveer 9A! Dat is een hoop! Hoewel het leveren van zoveel stroom geen probleem was, maar ik wist dat het een stuk beter kan. Maar toen kwam ik Carls FlexAR-project tegen. Het is eigenlijk een elektromagneet op een flexibele PCB. Hij heeft er geweldige projecten mee gemaakt. Check zijn werk! Hoe dan ook, het zette me aan het denken of ik dezelfde PCB-spoelen zou kunnen gebruiken om de segmenten te duwen / trekken. Dit betekent dat ik het scherm kleiner en minder energieverslindend kon maken. Dus in deze Instructable zal ik proberen een paar variaties van de spoelen te maken en ze vervolgens testen om te zien welke het beste werkt.

Laten we beginnen!

Stap 1: Het plan

Het plan is om een testprint te ontwerpen met enkele variaties van spoelen. Het zal een trial-and-error-methode zijn.

Om te beginnen gebruik ik de flexibele actuator van Carl als referentie, een 2-laags PCB met 35 windingen op elke laag.

Ik besloot de volgende combinaties te proberen:

• 35 beurten - 2 lagen
• 35 beurten - 4 lagen
• 40 beurten - 4 lagen
• 30 beurten - 4 lagen
• 30 beurten - 4 lagen (met een gat voor de kern)
• 25 beurten - 4 lagen

Nu komt het moeilijke deel. Als je KiCad hebt gebruikt, weet je misschien dat KiCad geen gebogen kopersporen toestaat, alleen rechte sporen! Maar wat als we kleine rechte segmenten zo verbinden dat er een curve ontstaat? Super goed. Blijf dit nu een paar dagen doen totdat je een volledige spoel hebt!!!

Maar wacht, als je naar het PCB-bestand kijkt, dat KiCad genereert, in een teksteditor, kun je zien dat de positie van elk segment wordt opgeslagen in de vorm van x- en y-coördinaten, samen met wat andere informatie. Eventuele wijzigingen hier worden ook weerspiegeld in het ontwerp. Wat als we nu alle posities zouden kunnen invoeren die nodig zijn om een complete spoel te vormen? Dankzij Joan Spark heeft hij een Python-script geschreven dat na het invoeren van een paar parameters alle coördinaten uitspuugt die nodig zijn om een spoel te vormen.

Carl heeft in een van zijn video's Altium's Circuit Maker gebruikt om zijn PCB-spoel te maken, maar ik had geen zin om nieuwe software te leren. Misschien later.

Stap 2: Coils maken in KiCad

Eerst heb ik een connector op het schema geplaatst en bedraad zoals hierboven weergegeven. Deze draad wordt een spoel in de PCB-lay-out.

Vervolgens moet u het netnummer onthouden. De eerste is netto 0, de volgende is netto 1, enzovoort.

Open vervolgens het python-script met een geschikte IDE.

Kies de spoorbreedte die u gaat gebruiken. Probeer daarna te experimenteren met zijkanten, startradius en spoorafstand. De spoorafstand moet het dubbele zijn van de spoorbreedte. Hoe groter het aantal 'zijden', hoe gladder de spoel zal zijn. Sides = 40 werkt het beste voor de meeste spoelen. Deze parameters blijven hetzelfde voor alle spoelen.

U moet een paar parameters instellen, zoals het midden, het aantal windingen, de koperlaag, het netnummer en vooral de draairichting (spin). Terwijl je van de ene laag naar de andere gaat, moet de richting veranderen om de richting van de stroom hetzelfde te houden. Hier staat spin = -1 voor met de klok mee, terwijl spin = 1 staat voor tegen de klok in. Als de voorste koperlaag bijvoorbeeld met de klok mee gaat, moet de onderste koperlaag tegen de klok in gaan.

Voer het script uit en u krijgt veel getallen te zien in het uitvoervenster. Kopieer en plak alles in het PCB-bestand en sla het op.

Open het PCB-bestand in KiCad en daar is je prachtige spoel.

Maak ten slotte de resterende verbindingen met de connector en u bent klaar!

Stap 3: PCB's bestellen

Bij het ontwerpen van spoelen heb ik voor alle spoelen 0,13 mm dik koperspoor gebruikt. Hoewel JLCPCB een minimale spoorbreedte van 0,09 mm kan maken voor PCB's met 4/6 lagen, voelde ik me niet te dicht bij de limiet.

Nadat ik klaar was met het ontwerpen van de PCB, heb ik de gerber-bestanden geüpload naar JLCPCB en de PCB's besteld.

Klik hier om de gerber-bestanden te downloaden als u het wilt uitproberen.

Stap 4: Testsegmenten maken

Ik ontwierp een paar testsegmenten van verschillende vormen en maten in Fusion 360 en drukte ze in 3D.

Aangezien ik voor de spoelen 0,13 mm koperspoor heb gebruikt, kan deze een maximale stroomsterkte van 0,3A aan. De elektromagneet die ik in de eerste build had gebruikt, trekt tot 1.4A. Het is duidelijk dat er een aanzienlijke vermindering van de kracht zal zijn, wat betekent dat ik de segmenten licht in gewicht moet maken.

Ik verkleinde het segment en verminderde de wanddikte, waarbij de vorm hetzelfde bleef als voorheen.

Ik heb het zelfs getest met verschillende magneetformaten.

Stap 5: Conclusie

Ik ontdekte dat een spoel met 4 lagen en 30 windingen op elke laag samen met een neodymiummagneet van 6 x 1,5 mm voldoende was om de segmenten op te tillen. Ik ben erg blij om te zien dat het idee werkt.

Dus dat was het voor nu. Vervolgens ga ik de elektronica uitzoeken voor het aansturen van de segmenten. Laat me je mening en suggesties weten in de reacties hieronder.

Bedankt voor het vasthouden aan het einde. Ik hoop dat jullie allemaal van dit project houden en vandaag iets nieuws hebben geleerd. Abonneer je op mijn YouTube-kanaal voor meer van dergelijke projecten.