用PHILIPS 无刷马达 和金属托盘 升级CDM9摇臂机芯转盘 （CDM9换无刷电机）

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一、 形形色色的无刷马达



提起无刷马达，往往会令人对其产生一种高高在上和高不可攀的感觉。因为在大家心目中，最顶级的CD转盘几乎都搭配了无刷马达作为机芯的主轴电机(Spindle motor)，比如CDM3、CDM4Pro、CDM9Pro，当然也包括一些日系的高级机芯。无独有偶，作为数据存储高端应用领域的产品，比如刻录机、高速CDROM/DVDROM甚至硬盘驱动器，也都毫无例外地选用了无刷的主轴马达。

其实，在科技高度发达的今天，无刷马达早已经失去了其神秘的色彩。昔日王侯堂前燕，飞入寻常百姓家，将不会再是梦想。

无刷马达简称BLDC，其工作原理与有刷电机基本相同，都是通过改变交变磁场来推动电机旋转。所不同的是有刷电机是通过电刷和整流子的接触来实现机械换相的、而无刷电机则需要通过专用的驱动芯片去实现电子换相。

无刷马达要实现电子换相，还必须能够准确检测转子的相位。检测相位主要两种方法，一种是霍尔传感器法，另一重是反相电动势法。由于反相电动势法只在高转速和恒定转速状态下有优势，所以，在CD机芯的主轴马达领域检测相位使用的几乎都是传感器法来。因此，这类无刷马达又被称为霍尔马达。

有刷主轴马达往往采用内转子结构，转子在中央，线圈绕在转子上；无刷马达一般采用外转子结构，转子包围在定子外面，线圈绕在定子上。

与有刷电机相比，无刷马达的突出优点主要有以下几个：
1、 工作过程中没有机械触点摩擦，没有电火花，使用寿命大大延长。无刷马达的使用寿命仅取决于轴承的寿命和霍尔元件的寿命；
2、 相同条件下，扭矩更大，可以使用较重的碟镇，启动停止快；
3、 在调速方面有明显优势，运行平稳精确而迅速，特别适合于主轴时钟再生等精密跟踪伺服的应用领域，对进一步降低RF信号的Jitter有正面的作用；
4、 由于采用专用芯片驱动，可引入有刷电机无法实现的更高级别的功能，比如反转抑制、快速刹车等。

当然，无刷电机也有些固有的缺点。比如在特定的转速范围容易形成共振，控制驱动方法比较复杂等，这些都需要在应用时通过采取相应措施加以克服。另外，与有刷电机相比，无刷马达调速的死点位置和线性区域也有所不同，加速度曲线也有差异，在具体研发产品时应注意匹配相应的均衡网络。

照片上是我收集的一些无刷马达，供大家参考。第一排从左到右分别是：PHILIPS CDM12.6/52、PHILIPS CDM9/Pro、DVD刻录机的无刷主轴马达；第二排从左到右分别是：52X CDROM、PS2 PlayStation、顶级车载多碟DVD的主轴马达。

二、 揭开无刷电机BLDC神秘的面纱

想要揭开无刷电机神秘的面纱，就要采取一些极端的手段。当然，要奋斗就会有牺牲吗！
首先残忍地肢解了很多人梦中的白马王子PHILIPS CDM9Pro的主轴马达，请看照片：


这是一只采用相对早期设计理念研发的无刷马达。主要由定子、转子、轴承和外壳三部分组成。
转子是一片圆盘形永久磁铁，与主轴固定在一起；定子主要由线路板几组线圈组成，除线圈电路板下部的软铁衬板以外，没有铁心。定子线圈是典型的三相结构，每相两组线圈，采用星型接法。三个霍尔传感器之间呈60度排列；轴承固定在外壳之上使这个无刷电机安装得以简化，轴承采用黄铜作为材料。
部分参数测量如下：
外壳直径：32毫米；
转子直径：28毫米；
主轴直径：2.5毫米；
总重量：38克；
转子重量：15克；

接下来，再拿PHILIPS CDM12.6/52的主轴马达开刀，请看图片：


这个马达采用了目前比较通行的无刷电机结构。主要由定子、转子、主轴和外壳三部分组成。
转子是一个被碗形软铁外壳包裹的永久磁体环，主轴在装配过程中与转子固定在一起；定子主要由底座、软性线路板、霍尔传感器、几组线圈和铁芯组成，每组线圈都绕在铁心之上。定子线圈也是典型的三相结构，每相三个绕组，采用星型接法。三个霍尔传感器之间呈40度排列；马达安装孔位设在定子的底座上，转子完全被外面的一个金属外壳包裹，因此这个无刷电机可以方便地安装在原来有刷电机的位置上，巧妙地实现了有刷、无刷马达的兼容安装。轴承固定于定子内部，采用不锈钢作为材料，内部中央设有油槽。
部分参数如下：
外壳直径：24毫米；
转子直径：22.5毫米；
主轴直径：2毫米；
总重量：25克；
转子重量：9.1克；

除PHILIPS原装的无刷马达外，其他目前较为通用和流行的无刷马达大都采用转子外露的方式，即外转子直接暴露在外，没有外壳，就如同第一张图中的另外四只马达。这种方式的无刷马达在安装时只能对定子底盘进行固定，因此没有办法直接与以前的有刷马达实现兼容。至于其他方面，则与上面解剖过的无刷马达基本雷同。

三、 无刷马达的驱动电路

无刷马达通常采用驱动方式有脉宽调制（PWM）和伪线性（Pseudo-linear）等几种；而常用的控制电路也分为专用IC控制器和微处理器控制器等多种。对于应用于主轴伺服领域的小型无刷马达来说，最普遍和最常见的是使用的是由专用IC组成的Pseudo-linear驱动控制器。
常用的控制芯片主要有ROHM的BA68xx系列，包括BA6840、BA6849、BA6959、BA6868等多种型号；东芝的TA7745、TA8493；以及三洋的LB1895等。其中以ROHM公司的驱动芯片应用范围最为广泛。
下面给出一个由BA6849专用IC构成的无刷马达驱动器的电路图。不同型号无刷马达的驱动电路基本是一样的，只是马达的排线有所不同而已。


下面是无刷马达驱动板成品实物的照片。


四、 用无刷马达和金属托盘升级PHILIPS CDM9摇臂机芯

PHILIPS CDM9/44是最常见和应用最为广泛的摇臂机芯，出厂时搭配MABUCHI RF-300C-11400 有刷电机作为主轴电机。下面讨论用PHILIPS 原装无刷马达升级CDM9摇臂机芯的方法。

1、 拆下CDM9/44机芯上的塑料托盘和RF-300电机，换上PHILIPS 原装无刷主轴马达和特种不锈钢金属托盘；





2、 将CDM9模组的机械结构进行分解，并取下原来的CDM9机芯。用沉头螺丝将两个铜柱和相应的垫片固定在模组底座上预留的孔位内；


3、 再用两颗螺丝将无刷马达驱动板固定在铜柱之上，并插好排线；


4、 将升级无刷马达后的CDM9机芯装入底座，并用四颗螺丝固定回原来的位置；


5、 将无刷马达的排线插入驱动板的扁平电缆插座J2内。注意，先将自锁插座J2的活动销子向外拉并向上翘，将无刷马达的电缆完全插入到插座的底部并对齐，最后将销子向下放平，并向内推动锁紧。过长的那部分马达排线请弯曲并折入驱动板和底座之间的空隙内；然后将避震弹簧和上盖装好；


6、 将5芯排线插座焊接在CDM9模组主板上预留的J1 （TURNTABLE）的位置上。将无刷马达驱动器引出的两芯排线插头插在主板 J3 （SPINDLE MOTOR）里面。将CDM9光头排线像以前一样插在主板J10 （CDM9 CABLE）里上并且锁紧。将CDM9模组主板装回原位，并用四颗螺丝固定好。（请注意，安装主板时请避免把传感器的发射接收管弄歪，必须保持垂直，否则检测碟片将出现故障。）最后，将驱动板上引出的五芯插头（上面只有一对线）插入刚焊接到主板上的J1 （TURNTABLE）插座内；


现在，终于大功告成了！CDM9模组的无刷马达和金属托盘已经升级完毕。

将升级过后的CDM9模组装回转盘，打开电源，就可以欣赏和体会由无刷马达CDM9机芯发出的美妙的声音了。

需要注意的是，在无刷电机驱动板上的J5插座内设有跳线。跳在1-2，也就是标记H的位置（出厂时的默认设置）时，无刷电机的启动停止速度较快；跳在2-3，也就是标记L的位置时，无刷电机的调速精度更高。跳在不同位置，声音略有不同。具体跳在什么位置最后可以由用户根据喜好来决定。建议使用型号为CDS8C的无刷电机时，跳在H位置上；对于型号为CDS8A的无刷电机，建议跳在L位置上。

五、 CDM9摇臂机芯升级无刷电机后的声音走向

如果用户使用CDM9转盘以欣赏人声为主，则完全没有必要升级无刷马达，因为对于演绎人声来说，原配的RF-300有刷马达的声音已经相当讨好；但对于需要欣赏交响、古典和其他大场面大动态音乐的用户来说，升级无刷马达一定会带来惊喜。

与原来的CDM9机芯相比，个人感觉升级无刷电机后的CDM9声音改变主要表现在如下几个方面：
1、 声音的动态范围明显扩大，弱音细节表现得淋漓尽致而强音又拉得上去不会撕裂；
2、 声场演绎得更加彻底，纵深和宽度都明显开阔而清晰；
3、 各个频段的声音化得都更开，通透度明显改善，同时背景更加黑暗；
4、 两端延伸更宽，尤其是低频，不仅更沉得下去，而且出来的并不是量多而是质好；
5、 声音密度加大、口形变小，声音线条略显硬朗清晰。

总之，个人认为，升级无刷马达后，CDM9的声音的走向确实倾斜向了一种很‘无刷’的声音。哈哈，在这里跟大家开个玩笑，谁知道什么是很‘无刷’的声音呢？

当然，听感是很主观的东西，个人的听感并不能代表其他人的感受。每个人都有自己的听音取向和喜好，因此在听音过程中也不可避免地带有偏爱和偏见，所以，请用辩证的眼光去看待任何对听感的描述，并且请完全相信自己独立的听觉感受。

最后需要提醒的是，主轴马达对CD转盘的声音影响还是比较明显的，不仅有刷无刷有很大的区别，就连上面提到的两个不同型号的PHILIPS原装无刷马达的声音都各有特点。主轴马达对转盘的声音到底有多大影响和到底如何影响，关于这一点，还需要每个人在烧机的过程中慢慢地去体会了。


附件：PCB设计图纸（GERBER格式）

蓝醉

新手也看不懂你的宝贝，赞一个，再羡慕一下你的摄影技术

jjjjjj1

原帖由 蓝醉 于 2008-1-23 01:00 发表
新手也看不懂你的宝贝，赞一个，再羡慕一下你的摄影技术

新手老手都一样，只要开始了，什么都会懂。发烧和摄影也都一样

syhkiss

加精～～～～

不错的赞一个

arbore

恭喜老兄的DD又升级了！

gaicsrss

好东西！一直关注LZ的贴，每贴必出精品。

hl8999696

ding

giao

学习

heyj

强！

AKMY5

那个无刷的板子不知是你买的成品还是你自己开板做的,能不能公开一下技术细节或者来源呢?

只爱石机

有没成品出售？？

jjjjjj1

原帖由 AKMY5 于 2008-1-23 10:25 发表


那个无刷的板子不知是你买的成品还是你自己开板做的,能不能公开一下技术细节或者来源呢?

是自己开发的

wongkm33

最好采用自带碟托那种无刷电机！

AKMY5

原帖由 jjjjjj1 于 2008-1-23 10:38 发表


是自己开发的

老兄那公开一下技术细节吧...
包括你自己的应用图纸和印刷图,可以吗?
按照PDF文档资料上的图在配接上还要费点脑

jjjjjj1

原帖由 wongkm33 于 2008-1-23 11:24 发表
最好采用自带碟托那种无刷电机！

三星的那种带ABS托盘的无刷马达不错。可惜不能直接装配在CDM9的机芯上。只有等以后重新雕刻CDM9的金属架子后才能享用了。那样估计又要费米了。

吻子

原帖由 AKMY5 于 2008-1-23 11:35 发表



老兄那公开一下技术细节吧...
包括你自己的应用图纸和印刷图,可以吗?
按照PDF文档资料上的图在配接上还要费点脑

dancefans

牛B

飞翔之音

跟ＣＤＭ９ＩＮＤ比起来有没有什么区别？
能杀翻吗＞？

绅士宝dac

jjjjjj1 兄你好!
好久不没见,又有新东西了 ,看来和你拿的CDM9摸组又要升级了,还有无刷电机吗,搞两个非利蒲原装的来试试.

沙冰