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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OBU1. 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 MOTORMotor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:
2、Loading 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 MotorBLDC MotorMagnet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 Sensor,
3、 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Senso
4、r非常困难的薄型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
5、自体的部品数少,其信赖性高. - 价格低廉.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 / 11VR(Variable Reluctance) typePM(Permanent Magnet) typeHB(Hybrid) typeStepping Motor必胜经营! 奋发图强, 进行到底, 马到功成 !LG精密机构部品O
6、BUMotor的驱动原理5 / 11 1. Motor的驱动原理由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 mI是 导体流动的电流 ADC 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OBUMotor的驱动原理6
7、/ 11与Brush Motor的驱动原理同样, 它是把Brush 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Hall Sensor永久磁石(多极着磁)Core(coil)NSNS3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H
8、all Sensor 出力波形按着Switching Logic给Motor Coil(U, V, W)供给电流.Spindle Motor 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OBUMotor的驱动原理7 / 11Hall Sensor出力波形Motor的 Coil端电流123456UICVW612543Hall 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)
9、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OBU8 / 11 MITSUBISHI IC M63020FPSPINDLE MOTOR NT-IT CURVENo(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I limit(A)Current limitCurrent
10、 limitDead zoneCTL-REF(V)GioGioForward torqueReverse torque1. 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,
11、 马到功成 !LG精密机构部品OBU9 / 11Spindle Motor的结构图Clamp PlateT-BushShaftFelt Friction sheetTurn TableBall CoverBall CaseBallCoreDrive MagnetCoilHall SensorThrust StopperRotor YokeThrust PlateBearing HousingPhenol P.C.B.Base P.C.B.Metal Bearing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OBU10 / 11 Spindle Motor的重
12、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 M
13、agnet 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 Magnet 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
14、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, Sign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OBU11 / 11Spindle Motor的重要规格4. Hall Sensor 出
15、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(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
16、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 VVhR1R2H/S Hall Voltage VhVH = (1/d) B Ic
