用于磁盘驱动器主轴电机的三相四级霍尔位置传感器的研制.pdfVIP

维普资讯 电子计算机外部设备 1990年第 2期 用于磁盘驱动器主轴电机的 三相四级霍尔位置传感器的研制 上海交通太学 陈文元 施文康 提要 ：磁盘机用直流无刷主轴 电机广泛应用霍尔元件作为其转 角位置传患器 。 本文介绍 j这种传惑器 的基本 作原理及研究情况。由于全部采用国产材料 ，因 此对直流 无刷 电机 的开发生产，也具有广阔的市场前案。 一 ， 曩谜 众所周知．在硬盘驱动器中一般都使用直流无刷电机来驱动磁盘，它兼具一般直流电 动机的动态高速性和同步 电机的稳速高精度。图 l是它的基本原理框 图。 电动机本体 由多相 电枢绕组定子和一定极 对数的永磁体转子组成。各相绕组分别与电子 换向线路中相应的功率开关元件相连接。根据 转手位置传感器检测出来的转子位置，功率开 关元件在电子换向线路的控制下按照一定的规 图l 具有直流电动机特性的直流无副电机 律导通或截止。这样，电枢绕组随着转子位置 原理框图 的变化而按一定次序换流，并产生跳跃式的旋转磁场 使永磁体转子跟着旋转起来。它与 普通直流电机相fc』，具有效率高、起动转矩大，动态特性优 良等特点，更具有没有换向火 花，不产生无线电干扰，可靠性高，寿命 长，噪声小，维护简单等优点。这类 电机 实质上是一个 “具有直流电动机特性的闭 环控制系统”。 用于直流无刷 电机的转角位置传感器 包括 电磁式、光 电式和磁敏式三种。 常用的磁敏式位置传感器韵磁敏元件 有霍尔元件、磁敏电阻及磁敏二极管等类 型。 图2 直流无刷电动机结构示意圈 图2为直流无刷 电动机结构示意图。图巾，1一轴承．2一机壳，3一主定子，4一主转 子，5一气隙，6一跟踪转子，7一跟踪定子。 =，一尔位置传艟器 霍尔位置传惑器用来检测电机定子和转子的相对转角位置，它由二部分组成，分别代 ·47 维普资讯 表定子和转子。由～组(若干)霍尔元件和导磁体与定子相刘静止地固定在壳体上来代表定 子，而与转子固定在一起，并能反映转子磁钢极性的永磁片作为转子的代表。根据霍尔原 理，当转子上的永磁片所产生的磁场作用予霍尔片表面的垂直轴线 zz方 向上．沿霍尔片 XX，方 向通以电流．则在轴线YY，的方 向产生霍尔电势，霍尔电势经过适当处理后．可以 控制 电机定子的各相绕组电流的谴断，借 以产生旋转磁场，使永磁体转子转动。霍尔效应 原理 图见图3。 兰、兰相四极■尔位置传感墨的研制 下面介绍我们 自行设计、自行研制的用于S／TU—D170，5．25英寸磁盘驱动器的直流无 刷电机。它的定子绕组为三相，转子磁钢为四极，因此要求位置传惑器能反映三相四极。 这里代表定子的元件是三个集成锁键型霍尔芯片，用四极磁性塑片代表转子。 1． 集成锁键型霍尔芯片 UGN3075霍尔传惑器是一种 “锁键型”开关．其电原理框图如图4所示。当对器件施 加的磁场 (100~300高斯)超过工作点时．输出导通，磁场撒消后．输出保持不变，必须对 器件施加反向磁场，且低于关态阀值时，电路状态才翻转。器件由稳压电路、霍尔电势发 生器、双施密特触发器及 OC输出极集成，具有工作电压范围宽，性能稳定．外部电路简 单等特点。这里Ycc通常为4．5~25V，根据磁盘驱动器的特点，一般可选用5V。 图3 霍尔效应原理图 图4 UGN3o75电原理框图 三个霍尔片安装的间距角 与电机的相数N和极数P之间有一定的关系 = ： 对于三相四极的本例． =30。，因始三个霍尔芯片互成3O。，粘结在纯铁制成