motor回转原理.ppt

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1、,1999年 09月 07日作 成 者:MOTOR部 刘 真承,LG 精密机构部品OBU,1.Motor的分类2.Motor的驱动原理3.Spindle Motor的结构图4.Spindle Motor的重要规格,目 次,DISK 驱动用 SPINDLE MOTOR,Motor的分类,把电能转换成回转运动能的机械部品.,AC 马达DC 马达,2/11,必胜经营!奋发图强,进行到底,马到功成!,LG精密机构部品OBU,什么叫Motor?,1.Motor的分类,Brush 马达=一般地叫它 DC MOTOR.:利用毛刷(Brush)和整流子(Commutator)进行接触式整流的马达:Loadin

2、g MotorBrushless 马达=BLDC MOTOR:利用传感器(Hall Sensor)进行非接触式整流的马达:Spindle Motor,按整流方式分类,按输入电压分类,其它分类-Stepping Motor-Linear Motor-Servo Motor 等,Motor的分类,Motor的分类,3/11,2.Brush Motor和 Brushless Motor的比较,Brush Motor,BLDC Motor,Magnet,电磁卷线,电磁卷线,Magnet,固定子,回转子,整流方法,Brush与整流子间的机械接触,利用TR的电器性的开关,区分,不必要,Hall Senso

3、r,使用光电子等.,位置检出,-快速地应答 价格低廉-有电器的,机械的 Noise-寿命短.,-半永久地使用可能=轴系问题 效率高 变速制御容易.电器的,机械的 Noise小.-价格高.结构(驱动部包含)复杂.,优点及缺点,Sensorless BLDC Motor:不使用Hall Sensor的 BLDC Motor.,-利用回转子的磁极检出信号使用固定子Coil的 B-EMF信号.-Motor在初期启动时由自身的磁性回路往Coil引加任意的电流使得回转子开始运动,在达到 一定大小以上的B-EMF信号时就会给Coil供给转换电流(自启动回路)-其类型有:由于没有空间,设置Sensor非常困难

4、的薄型Motor和 温度过高引起的使用Hall Sensor较困难的Compressor用 Motor等.,DC Motor和 BLDC Motor的比较,必胜经营!奋发图强,进行到底,马到功成!,LG精密机构部品OBU,什么叫Stepping Motor?1.定义:由一个输入Pulse 信号引起的只回转一定角度的Motor.2.优点-用数字信号可以直接制御open loop,整个系统简单.-可以得到与pulse信号频率相成比例的回转速度,且其速度制御很广泛.-启动,停止,正.逆转,变速容易,其应答性也很好.-角度误差小,而且误差不会遗漏.-由于Motor自体的部品数少,其信赖性高.-价格低廉

5、.3.缺点-有脱组共振的问题.:在低速领域Motor的固有频率和输入的pulse信号的频率相一致时,由其他原因在高速领域也会发生.=会在某一速度领域上震动忽然加大,其Torque也会降低.=会发生逆转,miss step现象.4.Stepping Motor的分类:结构上的分类,Motor的分类,4/11,VR(Variable Reluctance)type,PM(Permanent Magnet)type,HB(Hybrid)type,Stepping Motor,必胜经营!奋发图强,进行到底,马到功成!,LG精密机构部品OBU,Motor的驱动原理,5/11,1.Motor的驱动原理,由

6、永久磁石形成磁力系统,通过Brush和整流子在导体(coil)上产生电流,产生箭头方向所示的Torque,回转子会继续回转,导体(coil)回转180度时由整流子起作用电流会发生反方向流动,左手规则F=BIL N,(1)Brush Motor的驱动原理,Brush是一双或多双构成,Torque(回转力)是 T=r F N m 在这里,r是 回转体的半径 B是 磁束密度 wb/L是 导体的长度 m I是 导体流动的电流 A,DC Motor的驱动原理,必胜经营!奋发图强,进行到底,马到功成!,LG精密机构部品OBU,Motor的驱动原理,6/11,与Brush Motor的驱动原理同样,它是把B

7、rush Motor的回转子Coil固定,使固定定子的永久磁石回转,在结构上Brush Motor以Brush和由整流子引起的相互间电流转换,它是以 永久磁石位置感知用Sensor和Power Device(一般使用 Tr)构成.,(2)Brushless Motor(BLDC Motor)的驱动原理,3个 Hall Sensor可以得出按着两个永久磁石(N,S 极)分类的其电子角为120。的位相差这种特性的正弦波。,Spindle Motor 驱动用 IC是收到Hall Sensor 出力波形按着Switching Logic给Motor Coil(U,V,W)供给电流.,Spindle M

8、otor 驱动用 IC(M63020FP:V3用 IC),BLDC Motor的驱动原理,必胜经营!奋发图强,进行到底,马到功成!,LG精密机构部品OBU,Motor的驱动原理,7/11,Hall Sensor 出力=Magnet N极:High,Magnet的 S极:LowMagnet的两个极加上6号Switching开始.6 极着磁(V2,V3 等)的Motor回转一次时Switching回数:18 12极着磁(D2,N1 等)的Motor 回转一次时Switching回数:36,BLDC Motor的驱动原理,必胜经营!奋发图强,进行到底,马到功成!,LG精密机构部品OBU,8/11,M

9、ITSUBISHI IC M63020FP,SPINDLE MOTOR NT-IT CURVE,No(rpm.),Is(mA),Ts(gfcm),Y 负荷点,B rpm.,A mA,X 负荷点,C rpm.,A(rpm.),B mA,C mA,一般特性,C rpm.制御时特性,Motor的驱动原理,1.I limit(Current Limit)=0.5/Rs A2.Gio(Current Gain)=R1/(R1+R2)Rs A/V3.Motor的效率=1.027(N T)/(V I)10%,-3,对于Spindle Motor在倍速增加时,要增加马达的回转数及Torque,Motor的效率

10、由其结构就可以决定，电流增加是必然的.=Rs 阻抗值设定是重要的。,Motor 制御及 NT-IT CURVE,必胜经营!奋发图强,进行到底,马到功成!,LG精密机构部品OBU,9/11,Spindle Motor的结构图,结构图及部品名,必胜经营!奋发图强,进行到底,马到功成!,LG精密机构部品OBU,10/11,Spindle Motor的重要规格,1.负荷回转数/电流:按着CD-ROM Set的倍速其回转数已经决定,按着使用IC的Output Current和 Power dissipation 规格及 Set 内部温度决定其电流.:随着CD-ROM Set的高倍速化，要增加其电流是不可

11、能的，所以要求选定 高倍速用IC及设计放热系统才可达到目的.=主要采用 PWM 驱动方式的IC.2.Thrust 吸引力:Disk驱动时为了防止由Rotor部(回转部)负伤引起的噪音,振动为目的.=特别,Vertical 驱动时:包含在回转部上的Drive Magnet 拉动固定位置上的Core的力度,增加高Grade的 Magnet 材质和增加 D/Magnet和 Core 间磁性 Unbalance，可提高其 Thrust 吸引力.3.Cogging torque:不给Motor输入电流回转时,D/Magnet 和 Core的相互磁性吸引力的变化.:Cogging 的频率指的是 Magne

12、t 的极数和 Core Pole 数的最小公倍数.=12 极着磁 9 Poles:Motor 回转时 基本频率的 36 倍的成分.:给马达的正速性及制御产生恶劣的影响,也是马达发生振动的原因之一.=光Disk用 Spindle Motor的情况，不会受到 Wow/Flutter的很大影响,Disk自体的大inertia引起的Motor自体振动被忽略，因此C/Torque的重要性不是很强.:Cogging Torque的阻感是 使Magnet和Core间的空极磁束密度的正弦波化及增加Cogging频率可以达到目的.=给Core形成辅助slot 及 与Magnet间的Un-even gap设计,S

13、ign波的着磁,Skew 着磁等.:Thrust 吸引力增加引起的磁性Cogging Torque的增加及噪音的增加是可能发生的.,重要规格,必胜经营!奋发图强,进行到底,马到功成!,LG精密机构部品OBU,11/11,Spindle Motor的重要规格,4.Hall Sensor 出力:是由Motor的驱动用IC的规格而决定.=Spindle Motor的驱动用IC的情况是 50 60 mV 范围.=由Hall Bias的阻抗不同其出力值的差异也大，所以选好适当的值很关键.:为防止由温度上升引起的Hall Sensor 减小，管理要在 150 mV 以上(100 使用时).5.噪音，振动(

14、1)异常噪音:主要由回转子和固定子的Touch引起的。1)Switching Noise:在IC的 Switching时多发,可用Switching 频率确认.=12 极着磁,9 Poles的情况时与Cogging频率同样的频率.:Coil上有 附着,Tr的 Switching Time 缓和(正弦波驱动方式)及 Hall Sensor的 正确位置等有必要.:为提高Thrust 吸引力 在增加 Unbalance 时，噪音也增加.2)Torque Ripple 引起的 Noise:Cogging Torque 等引起的 Torque 变动引起的噪音 S/Motor的情况其影响是很小的。6.寿命:虽然BLDC Motor的寿命不是永久的,但在使用Metal Bearing 时 轴系的磨损时间为寿命时间.:随着高倍速化,Metal Bearing的材质要用铜,Shaft的硬度要求在700 Hrc 以上.:温度上升 10 时,寿命会缩减，所以散热设计很重要.:Metal Bearing 内部的异物对寿命的影响是致命的.,5 V,Hall Voltage VhVH=(1/d)B Ic RH在这里,RH=Hall常数 m c d=半导体 自身厚度 m B=磁束密度 T Ic=电流 A,3,-1,重要规格,必胜经营!奋发图强,进行到底,马到功成!,LG精密机构部品OBU,