Bobine PCB in KiCad: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Progetti Fusion 360 »

Qualche settimana fa avevo realizzato un display meccanico a 7 segmenti che utilizza elettromagneti per spingere i segmenti. Il progetto è stato accolto così bene che è stato persino pubblicato su Hackspace Magazine! Ho ricevuto così tanti commenti e suggerimenti che ho dovuto farne una versione migliorata. Quindi, grazie a tutti!

Inizialmente avevo pianificato di fare almeno 3 o 4 di queste cifre per visualizzare qualche tipo di informazione utile su di esso. L'unica cosa che mi ha impedito di farlo sono stati gli elettromagneti assetati di potere. Grazie a loro, ogni cifra disegna circa 9A! Questo è molto! Anche se fornire così tanta corrente non era un problema, sapevo che poteva essere molto meglio. Ma poi mi sono imbattuto nel progetto FlexAR di Carl. È fondamentalmente un elettromagnete su un PCB flessibile. Ha realizzato alcuni progetti fantastici usandolo. Dai un'occhiata al suo lavoro! Ad ogni modo, mi ha fatto pensare se potevo usare le stesse bobine PCB per spingere/tirare i segmenti. Ciò significa che potrei rendere il display più piccolo e meno affamato di energia. Quindi in questo Instructable, proverò a fare alcune variazioni delle bobine e poi le proverò per vedere quale funziona meglio.

Iniziamo!

Passaggio 1: il piano

Il piano è progettare un PCB di prova con alcune varianti di bobine. Sarà un metodo per tentativi ed errori.

Per cominciare, sto usando l'attuatore flessibile di Carl come riferimento, che è un PCB a 2 strati con 35 spire su ogni strato.

Ho deciso di provare le seguenti combinazioni:

• 35 giri - 2 strati
• 35 giri - 4 strati
• 40 giri - 4 strati
• 30 giri - 4 strati
• 30 giri - 4 strati (con un foro per il nocciolo)
• 25 giri - 4 strati

Ora arriva la parte difficile. Se hai usato KiCad, potresti sapere che KiCad non consente tracce di rame curve, solo tracce diritte! Ma cosa succede se uniamo piccoli segmenti dritti in modo tale da creare una curva? Grande. Ora continua a farlo per alcuni giorni finché non hai una bobina completa!!!

Ma aspetta, se guardi il file PCB, che KiCad genera, in un editor di testo, puoi vedere che la posizione di ogni segmento è memorizzata sotto forma di coordinate x e y insieme ad alcune altre informazioni. Eventuali modifiche qui si rifletteranno anche nel design. Ora, e se potessimo inserire tutte le posizioni necessarie per formare una bobina completa? Grazie a Joan Spark ha scritto uno script Python che dopo aver inserito alcuni parametri sputa fuori tutte le coordinate necessarie per formare una bobina.

Carl, in uno dei suoi video, ha utilizzato Circuit Maker di Altium per creare la sua bobina PCB, ma non avevo voglia di imparare un nuovo software. Forse più tardi.

Passaggio 2: creare bobine in KiCad

Per prima cosa ho posizionato un connettore sullo schema e l'ho collegato come mostrato sopra. Questo filo diventerà una bobina nel layout del PCB.

Successivamente, è necessario ricordare il numero netto. Il primo sarà net 0, il successivo sarà net 1 e così via.

Quindi, apri lo script Python utilizzando qualsiasi IDE adatto.

Scegli la larghezza della traccia che utilizzerai. Successivamente, prova a sperimentare con i lati, inizia il raggio e traccia la distanza. La distanza della carreggiata dovrebbe essere il doppio della larghezza della carreggiata. Maggiore è il numero di "lati", più liscia sarà la bobina. Lati = 40 funziona meglio per la maggior parte delle bobine. Questi parametri rimarranno gli stessi per tutte le bobine.

È necessario impostare alcuni parametri come centro, numero di giri, strato di rame, numero netto e, soprattutto, la direzione di rotazione (spin). Passando da uno strato all'altro, la direzione deve cambiare per mantenere la stessa direzione della corrente. Qui, spin = -1 rappresenta in senso orario mentre spin = 1 rappresenta in senso antiorario. Ad esempio, se lo strato di rame anteriore va in senso orario, lo strato di rame inferiore deve andare in senso antiorario.

Esegui lo script e ti verranno presentati molti numeri nella finestra di output. Copia e incolla tutto nel file PCB e salvalo.

Apri il file PCB in KiCad ed ecco la tua bellissima bobina.

Infine, effettua le restanti connessioni al connettore e il gioco è fatto!

Passaggio 3: ordinazione dei PCB

Durante la progettazione delle bobine, ho utilizzato una traccia di rame spessa 0,13 mm per tutte le bobine. Sebbene JLCPCB possa eseguire una larghezza di traccia minima di 0,09 mm per PCB a 4/6 strati, non mi sentivo di spingerlo troppo vicino al limite.

Dopo aver finito di progettare il PCB, ho caricato i file gerber su JLCPCB e ho ordinato i PCB.

Clicca qui per scaricare i file gerber se desideri provarlo.

Passaggio 4: creazione di segmenti di prova

Ho progettato alcuni segmenti di prova di diverse forme e dimensioni in Fusion 360 e li ho stampati in 3D.

Poiché ho usato una traccia di rame da 0,13 mm per le bobine, può gestire una corrente massima di 0,3 A. L'elettromagnete che avevo usato nella prima build assorbe fino a 1.4A. Chiaramente, ci sarà una notevole riduzione della forza, il che significa che devo alleggerire i segmenti.

Ho ridimensionato il segmento e ridotto lo spessore della parete, mantenendo la forma come prima.

L'ho anche testato con magneti di diverse dimensioni.

Passaggio 5: conclusione

Ho scoperto che una bobina con 4 strati e 30 spire su ogni strato insieme a un magnete al neodimio da 6 x 1,5 mm era sufficiente per sollevare i segmenti. Sono molto felice di vedere che l'idea funziona.

Quindi per ora è tutto. Successivamente, scoprirò l'elettronica per il controllo dei segmenti. Fatemi sapere i vostri pensieri e suggerimenti nei commenti qui sotto.

Grazie per essere rimasto fedele alla fine. Spero che tutti voi amiate questo progetto e che oggi abbiate imparato qualcosa di nuovo. Iscriviti al mio canale YouTube per altri progetti simili.