motor驱动原理.ppt

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 SpindleMotor的结构图4 SpindleMotor的重要规格 目次 DISK驱动用SPINDLEMOTOR 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DCMOTOR 利用毛刷 Brush 和整流子 Commutator 进行接触式整流的马达 LoadingMotorBrushless马达 BLDCMOTOR 利用传感器 HallSensor 进行非接触式整流的马达 SpindleMotor 按整流方式分类 按输入电压分类 其它分类 SteppingMotor LinearMotor ServoMotor等 Motor的分类 Motor的分类 3 11 2 BrushMotor和BrushlessMotor的比较 BrushMotor BLDCMotor 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 HallSensor 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 SensorlessBLDCMotor 不使用HallSensor的BLDCMotor 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非常困难的薄型Motor和温度过高引起的使用HallSensor较困难的Compressor用Motor等 DCMotor和BLDCMotor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SteppingMotor 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openloop 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 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 missstep现象 4 SteppingMotor的分类 结构上的分类 Motor的分类 4 11 VR VariableReluctance type PM PermanentMagnet type HB Hybrid type SteppingMotor 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 BrushMotor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 DCMotor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BrushMotor的驱动原理同样 它是把BrushMotor的回转子Coil固定 使固定定子的永久磁石回转 在结构上BrushMotor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PowerDevice 一般使用Tr 构成 2 BrushlessMotor BLDCMotor 的驱动原理 3个HallSensor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 SpindleMotor驱动用IC是收到HallSensor出力波形按着SwitchingLogic给Motor Coil U V W 供给电流 SpindleMotor驱动用IC M63020FP V3用IC BLDCMotor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 HallSensor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 BLDCMotor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 MITSUBISHIICM63020FP SPINDLEMOTOR NT ITCURVE No rpm Is mA Ts gf cm Y负荷点 Brpm A mA X负荷点 Crpm A rpm B mA C mA 一般特性 Crpm 制御时特性 Motor的驱动原理 1 Ilimit CurrentLimit 0 5 Rs A 2 Gio CurrentGain R1 R1 R2 Rs A V 3 Motor的效率 1 027 N T V I 10 3 对于SpindleMotor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 ITCURVE 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 SpindleMotor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 SpindleMotor的重要规格 1 负荷回转数 电流 按着CD ROMSet的倍速其回转数已经决定 按着使用IC的OutputCurrent和Powerdissipation规格及Set内部温度决定其电流 随着CD ROMSet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DriveMagnet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 Coggingtorque 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CorePole数的最小公倍数 12极着磁9Poles 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SpindleMotor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 CoggingTorque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 evengap设计 Sign波的着磁 Skew着磁等 Thrust吸引力增加引起的磁性CoggingTorque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 SpindleMotor的重要规格 4 HallSensor出力 是由Motor的驱动用IC的规格而决定 SpindleMotor的驱动用IC的情况是50 60mV范围 由HallBias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HallSensor减小 管理要在150mV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 SwitchingNoise 在IC的Switching时多发 可用Switching频率确认 12极着磁 9Poles的情况时与Cogging频率同样的频率 Coil上有附着 Tr的SwitchingTime缓和 正弦波驱动方式 及HallSensor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 TorqueRipple引起的Noise CoggingTorque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BLDCMotor的寿命不是永久的 但在使用MetalBearing时轴系的磨损时间为寿命时间 随着高倍速化