Bobinas PCB no KiCad: 5 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Projetos Fusion 360 »

Algumas semanas atrás eu tinha feito um display mecânico de 7 segmentos que usa eletroímãs para empurrar os segmentos. O projeto foi tão bem recebido que chegou a ser publicado na Hackspace Magazine! Recebi tantos comentários e sugestões que tive que fazer uma versão melhorada dele. Então, obrigado a todos!

Originalmente, planejei fazer pelo menos 3 ou 4 desses dígitos para exibir algum tipo de informação útil sobre ele. A única coisa que me impediu de fazer isso foram os eletroímãs famintos por energia. Graças a eles, cada dígito atrai cerca de 9A! Isso é muito! Embora fornecer tanta corrente não fosse um problema, mas eu sabia que pode ser muito melhor. Mas então me deparei com o projeto FlexAR de Carl. É basicamente um eletroímã em um PCB flexível. Ele fez alguns projetos incríveis usando isso. Dê uma olhada no trabalho dele! De qualquer forma, isso me fez pensar se eu poderia usar as mesmas bobinas de PCB para empurrar / puxar os segmentos. Isso significa que eu poderia tornar a tela menor e com menos consumo de energia. Portanto, neste Instructable, tentarei fazer algumas variações das bobinas e depois testá-las para ver qual funciona melhor.

Vamos começar!

Etapa 1: O Plano

O plano é projetar um PCB de teste com algumas variações de bobinas. Será um método de tentativa e erro.

Para começar, estou usando o atuador flexível de Carl como referência, que é um PCB de 2 camadas com 35 voltas em cada camada.

Decidi tentar as seguintes combinações:

• 35 voltas - 2 camadas
• 35 voltas - 4 camadas
• 40 voltas - 4 camadas
• 30 voltas - 4 camadas
• 30 voltas - 4 camadas (com um orifício para o núcleo)
• 25 voltas - 4 camadas

Agora vem a parte difícil. Se você já usou o KiCad, deve saber que o KiCad não permite traços curvos de cobre, apenas traços retos! Mas e se unirmos pequenos segmentos retos de forma a criar uma curva? Excelente. Agora continue fazendo isso por alguns dias até que você tenha uma bobina completa !!!

Mas espere, se você olhar para o arquivo PCB, que o KiCad gera, em um editor de texto, você pode ver que cada posição do segmento é armazenada na forma de coordenadas xey junto com algumas outras informações. Quaisquer alterações aqui também serão refletidas no design. Agora, e se pudéssemos inserir todas as posições necessárias para formar uma bobina completa? Graças a Joan Spark, ele escreveu um script Python que, após inserir alguns parâmetros, cospe todas as coordenadas necessárias para formar uma bobina.

Carl, em um de seus vídeos, usou o Circuit Maker da Altium para criar sua bobina PCB, mas eu não estava com vontade de aprender um novo software. Talvez mais tarde.

Etapa 2: Fazendo bobinas no KiCad

Primeiro coloquei um conector no esquema e conectei-o conforme mostrado acima. Este fio se tornará uma bobina no layout do PCB.

Em seguida, você precisa se lembrar do número líquido. O primeiro será a rede 0, o próximo será a rede 1 e assim por diante.

Em seguida, abra o script python usando qualquer IDE adequado.

Escolha a largura do traço que você usará. Depois disso, experimente fazer experiências com os lados, inicie o raio e acompanhe a distância. A distância da trilha deve ser o dobro da largura da trilha. Quanto maior o número de 'lados', mais lisa será a bobina. Lados = 40 funciona melhor para a maioria das bobinas. Esses parâmetros permanecerão os mesmos para todas as bobinas.

Você precisa definir alguns parâmetros como centro, número de voltas, camada de cobre, número líquido e, o mais importante, a direção de rotação (giro). Ao passar de uma camada a outra, a direção deve mudar para manter a direção da corrente. Aqui, spin = -1 representa no sentido horário, enquanto spin = 1 representa no sentido anti-horário. Por exemplo, se a camada de cobre frontal vai no sentido horário, a camada de cobre inferior deve ir no sentido anti-horário.

Execute o script e você verá vários números na janela de saída. Copie e cole tudo no arquivo PCB e salve-o.

Abra o arquivo PCB no KiCad e aí está sua linda bobina.

Por fim, faça as conexões restantes ao conector e pronto!

Etapa 3: Solicitando PCBs

Ao projetar as bobinas, usei traços de cobre com 0,13 mm de espessura para todas as bobinas. Embora o JLCPCB possa fazer uma largura mínima de traço de 0,09 mm para PCB de 4/6 camadas, não achei que fosse chegar muito perto do limite.

Depois de terminar de projetar o PCB, carreguei os arquivos gerber no JLCPCB e encomendei os PCBs.

Clique aqui para baixar os arquivos gerber se desejar experimentá-lo.

Etapa 4: Fazendo segmentos de teste

Eu projetei alguns segmentos de teste de diferentes formas e tamanhos no Fusion 360 e os imprimi em 3D.

Como usei traço de cobre de 0,13 mm para as bobinas, ele pode suportar uma corrente máxima de 0,3A. O eletroímã que usei na primeira construção chega a 1.4A. Claramente, haverá uma redução considerável na força, o que significa que terei que tornar os segmentos mais leves.

Reduzi o segmento e reduzi a espessura da parede, mantendo a forma como antes.

Eu até testei com tamanhos de ímã diferentes.

Etapa 5: Conclusão

Descobri que uma bobina com 4 camadas e 30 voltas em cada camada junto com um ímã de neodímio de 6 x 1,5 mm era suficiente para levantar os segmentos. Estou muito feliz em ver a ideia funcionando.

Então é isso por agora. A seguir, descobrirei a eletrônica para controlar os segmentos. Deixe-me saber sua opinião e sugestões nos comentários abaixo.

Obrigado por seguir até o fim. Espero que todos vocês amem este projeto e aprendam algo novo hoje. Inscreva-se no meu canal no YouTube para mais projetos desse tipo.