一、形形色色的無(wú)刷馬達(dá)

提起無(wú)刷馬達(dá)，往往會(huì)讓人對(duì)其產(chǎn)生一種高不可攀的感覺(jué)。因?yàn)樵诖蠹倚哪恐?，最頂?jí)的CD轉(zhuǎn)盤(pán)幾乎都搭配了無(wú)刷馬達(dá)作為機(jī)芯的主軸電機(jī)（Spindle motor），比如CDM3、CDM4Pro、CDM9Pro......作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)高端應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品，比如刻錄機(jī)、高速CDROM/DVDROM甚至硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，也都毫無(wú)例外地選用了無(wú)刷的主軸馬達(dá)。
無(wú)刷馬達(dá)簡(jiǎn)稱(chēng)BLDC，其工作原理與有刷電機(jī)基本相同，都是通過(guò)改變交變磁場(chǎng)來(lái)推動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。所不同的是有刷電機(jī)是通過(guò)電刷和整流子的接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械換相的，而無(wú)刷電機(jī)則需要通過(guò)專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)芯片去實(shí)現(xiàn)電子換相。

（照片上是我收集的一些無(wú)刷馬達(dá)。第一排從左到右分別是：PHILIPS CDM12.6/52、PHILIPS CDM9/Pro、DVD刻錄機(jī)的無(wú)刷主軸馬達(dá)；第二排從左到右分別是：52X CDROM、PS2 PlayStation、頂級(jí)車(chē)載多碟DVD的主軸馬達(dá)。）

無(wú)刷馬達(dá)要實(shí)現(xiàn)電子換相，必須能夠準(zhǔn)確檢測(cè)轉(zhuǎn)子的相位。檢測(cè)相位主要兩種方法：一種是霍爾傳感器法，另一種是反相電動(dòng)勢(shì)法。由于反相電動(dòng)勢(shì)法只在高轉(zhuǎn)速和恒定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下有優(yōu)勢(shì)，所以，在CD機(jī)芯的主軸馬達(dá)領(lǐng)域檢測(cè)相位使用的幾乎都是傳感器法來(lái)。因此，這類(lèi)無(wú)刷馬達(dá)又被稱(chēng)為霍爾馬達(dá)。
有刷主軸馬達(dá)往往采用內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子在中央，線圈繞在轉(zhuǎn)子上；無(wú)刷馬達(dá)一般采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子包圍在定子外面，線圈繞在定子上。
與有刷電機(jī)相比，無(wú)刷馬達(dá)的突出優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)：
1.工作過(guò)程中沒(méi)有機(jī)械觸點(diǎn)摩擦，沒(méi)有電火花，使用壽命大大延長(zhǎng)；
2.相同條件下，扭矩更大，可以使用較重的碟鎮(zhèn)，啟動(dòng)停止快；
3.在調(diào)速方面有明顯優(yōu)勢(shì)，運(yùn)行平穩(wěn)精確而迅速，特別適合于主軸時(shí)鐘再生等精密跟蹤伺服的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)進(jìn)一步降低RF信號(hào)的Jitter有正面的作用；
4.采用專(zhuān)用芯片驅(qū)動(dòng)，可引入有刷電機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的更高級(jí)別的功能，比如反轉(zhuǎn)抑制、快速剎車(chē)等。
當(dāng)然，無(wú)刷電機(jī)也有其固有的缺點(diǎn)。比如在特定的轉(zhuǎn)速范圍容易形成共振，控制驅(qū)動(dòng)方法比較復(fù)雜，這些都需要在應(yīng)用時(shí)通過(guò)采取相應(yīng)措施加以克服。另外，與有刷電機(jī)相比，無(wú)刷馬達(dá)調(diào)速的死點(diǎn)位置和線性區(qū)域也有所不同，加速度曲線也有差異，在具體研發(fā)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)注意匹配相應(yīng)的均衡網(wǎng)絡(luò)。

二、想要揭開(kāi)無(wú)刷電機(jī)神秘的面紗，就要采取一些極端的手段。當(dāng)然，要收獲就會(huì)有犧牲！

首先殘忍地肢解了很多人夢(mèng)中的白馬王子PHILIPS CDM9Pro的主軸馬達(dá)，請(qǐng)看照片：

這是一只采用相對(duì)早期設(shè)計(jì)理念研發(fā)的無(wú)刷馬達(dá)。主要由定子、轉(zhuǎn)子、軸承和外殼三部分組成。
轉(zhuǎn)子是一片圓盤(pán)形永久磁鐵，與主軸固定在一起；定子主要由線路板幾組線圈組成，除線圈電路板下部的軟鐵襯板以外，沒(méi)有鐵心。定子線圈是典型的三相結(jié)構(gòu)，每相兩組線圈，采用星型接法。三個(gè)霍爾傳感器之間呈60度排列；軸承固定在外殼之上使這個(gè)無(wú)刷電機(jī)安裝得以簡(jiǎn)化，軸承采用黃銅作為材料。
部分參數(shù)測(cè)量如下：外殼直徑（32mm）；轉(zhuǎn)子直徑（28mm）；主軸直徑（2.5mm）；總重量（38g）；轉(zhuǎn)子重量（15g）。

接下來(lái)，再拿PHILIPS CDM12.6/52的主軸馬達(dá)開(kāi)刀，請(qǐng)看圖片：

這個(gè)馬達(dá)采用了目前比較通行的無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)。主要由定子、轉(zhuǎn)子、主軸和外殼三部分組成。
轉(zhuǎn)子是一個(gè)被碗形軟鐵外殼包裹的永久磁體環(huán)，主軸在裝配過(guò)程中與轉(zhuǎn)子固定在一起；定子主要由底座、軟性線路板、霍爾傳感器、幾組線圈和鐵芯組成，每組線圈都繞在鐵心之上。定子線圈也是典型的三相結(jié)構(gòu)，每相三個(gè)繞組，采用星型接法。三個(gè)霍爾傳感器之間呈40度排列；馬達(dá)安裝孔位設(shè)在定子的底座上，轉(zhuǎn)子完全被外面的一個(gè)金屬外殼包裹，因此這個(gè)無(wú)刷電機(jī)可以方便地安裝在原來(lái)有刷電機(jī)的位置上，巧妙地實(shí)現(xiàn)了有刷、無(wú)刷馬達(dá)的兼容安裝。軸承固定于定子內(nèi)部，采用不銹鋼作為材料，內(nèi)部中央設(shè)有油槽。
部分參數(shù)如下：外殼直徑（24mm）；轉(zhuǎn)子直徑（22.5mm）；主軸直徑（2mm）；總重量（25g）；轉(zhuǎn)子重量（9.1g）。

除PHILIPS原裝的無(wú)刷馬達(dá)外，其他目前較為流行的無(wú)刷馬達(dá)大都采用轉(zhuǎn)子外露的方式，即外轉(zhuǎn)子直接暴露在外，沒(méi)有外殼，就如同第一張圖中的另外四只馬達(dá)。
這種方式的無(wú)刷馬達(dá)在安裝時(shí)只能對(duì)定子底盤(pán)進(jìn)行固定，因此沒(méi)有辦法直接與以前的有刷馬達(dá)實(shí)現(xiàn)兼容。至于其他方面，則與上面解剖過(guò)的無(wú)刷馬達(dá)基本類(lèi)似。

三、 無(wú)刷馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)電路
無(wú)刷馬達(dá)通常采用驅(qū)動(dòng)方式有脈寬調(diào)制（PWM）和偽線性（Pseudo-linear）。常用的控制電路也分為專(zhuān)用IC控制器和微處理器控制器。對(duì)于應(yīng)用于主軸伺服領(lǐng)域的小型無(wú)刷馬達(dá)來(lái)說(shuō)，最普遍和最常見(jiàn)的是使用的是由專(zhuān)用IC組成的Pseudo-linear驅(qū)動(dòng)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，東芝的TA7745、TA8493，以及三洋的LB1895等。其中以ROHM公司的驅(qū)動(dòng)芯片應(yīng)用范圍最為廣泛。
下面給出一個(gè)由BA6849專(zhuān)用IC構(gòu)成的無(wú)刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的電路圖：

不同型號(hào)無(wú)刷馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)電路基本是一樣的，只是馬達(dá)的排線有所不同而已。下面是無(wú)刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板成品實(shí)物的照片：

四、 用無(wú)刷馬達(dá)和金屬托盤(pán)升級(jí)PHILIPS CDM9搖臂機(jī)芯
PHILIPS CDM9/44是最常見(jiàn)和應(yīng)用最為廣泛的搖臂機(jī)芯，出廠時(shí)搭配MABUCHI RF-300C-11400 有刷電機(jī)作為主軸電機(jī)。下面討論用PHILIPS 原裝無(wú)刷馬達(dá)升級(jí)CDM9搖臂機(jī)芯的方法：

1.拆下CDM9/44機(jī)芯上的塑料托盤(pán)和RF-300電機(jī)，換上PHILIPS 原裝無(wú)刷主軸馬達(dá)和特種不銹鋼金屬托盤(pán)：

2.將CDM9模組的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，并取下原來(lái)的CDM9機(jī)芯。用沉頭螺絲將兩個(gè)銅柱和相應(yīng)的墊片固定在模組底座上預(yù)留的孔位內(nèi)：

3. 再用兩顆螺絲將無(wú)刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板固定在銅柱之上，并插好排線：

4.將升級(jí)無(wú)刷馬達(dá)后的CDM9機(jī)芯裝入底座，并用四顆螺絲固定回原來(lái)的位置：

6.將5芯排線插座焊接在CDM9模組主板上預(yù)留的J1 （TURNTABLE）的位置上。將無(wú)刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器引出的兩芯排線插頭插在主板 J3 （SPINDLE MOTOR）里面。將CDM9光頭排線像以前一樣插在主板J10 （CDM9 CABLE）里上并且鎖緊。將CDM9模組主板裝回原位，并用四顆螺絲固定好。（注意，安裝主板時(shí)請(qǐng)避免把傳感器的發(fā)射接收管弄歪，必須保持垂直，否則檢測(cè)碟片將出現(xiàn)故障。）最后，將驅(qū)動(dòng)板上引出的五芯插頭（上面只有一對(duì)線）插入剛焊接到主板上的J1 （TURNTABLE）插座內(nèi)。

終于大功告成了！CDM9模組的無(wú)刷馬達(dá)和金屬托盤(pán)已經(jīng)升級(jí)完畢。
將升級(jí)過(guò)后的CDM9模組裝回轉(zhuǎn)盤(pán)，打開(kāi)電源，就可以欣賞由無(wú)刷馬達(dá)CDM9機(jī)芯發(fā)出的美妙的聲音了。
需要注意的是，在無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)板上的J5插座內(nèi)設(shè)有跳線。跳在1-2，也就是標(biāo)記H的位置時(shí)，無(wú)刷電機(jī)的啟動(dòng)停止速度較快；跳在2-3，也就是標(biāo)記L的位置時(shí)，無(wú)刷電機(jī)的調(diào)速精度更高。跳在不同位置，聲音略有不同。具體跳在什么位置最后可以由用戶(hù)根據(jù)喜好來(lái)決定。建議使用型號(hào)為CDS8C的無(wú)刷電機(jī)時(shí)，跳在H位置上；對(duì)于型號(hào)為CDS8A的無(wú)刷電機(jī)，建議跳在L位置上。

五、 CDM9搖臂機(jī)芯升級(jí)后的聲音走向
如果使用CDM9轉(zhuǎn)盤(pán)以欣賞人聲為主，則完全沒(méi)有必要升級(jí)無(wú)刷馬達(dá)，因?yàn)閷?duì)于演繹人聲來(lái)說(shuō)，原配的RF-300有刷馬達(dá)的聲音已經(jīng)相當(dāng)討好；但對(duì)于需要欣賞交響、古典和其他大場(chǎng)面大動(dòng)態(tài)音樂(lè)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，升級(jí)無(wú)刷馬達(dá)一定會(huì)帶來(lái)驚喜。
與原來(lái)的CDM9機(jī)芯相比，個(gè)人感覺(jué)升級(jí)無(wú)刷電機(jī)后的CDM9聲音改變主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
1. 聲音的動(dòng)態(tài)范圍明顯擴(kuò)大，弱音細(xì)節(jié)表現(xiàn)得淋漓盡致而強(qiáng)音又拉得上去不會(huì)撕裂；2. 聲場(chǎng)演繹得更加徹底，縱深和寬度都明顯開(kāi)闊而清晰；3. 各個(gè)頻段的聲音化得都更開(kāi)，通透度明顯改善，同時(shí)背景更加黑暗；4. 兩端延伸更寬，尤其是低頻，不僅更沉得下去，而且出來(lái)的并不是量多而是質(zhì)好；5. 聲音密度加大、口形變小，聲音線條略顯硬朗清晰。
當(dāng)然，聽(tīng)感是很主觀的東西，個(gè)人的聽(tīng)感并不能代表其他人的感受。每個(gè)人都有自己的聽(tīng)音取向和喜好，因此在聽(tīng)音過(guò)程中也不可避免地帶有偏愛(ài)和偏見(jiàn)，所以，請(qǐng)用辯證的眼光去看待任何對(duì)聽(tīng)感的描述，并且請(qǐng)完全相信自己獨(dú)立的聽(tīng)覺(jué)感受。
最后需要提醒的是，主軸馬達(dá)對(duì)CD轉(zhuǎn)盤(pán)的聲音影響還是比較明顯的，不僅有刷無(wú)刷有很大的區(qū)別，就連上面提到的兩個(gè)不同型號(hào)的PHILIPS原裝無(wú)刷馬達(dá)的聲音都各有特點(diǎn)。主軸馬達(dá)對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)的聲音到底有多大影響和到底如何影響，關(guān)于這一點(diǎn)，還需要每個(gè)人在燒機(jī)的過(guò)程中慢慢地去體會(huì)了。

最后再附上幾張PCB設(shè)計(jì)圖紙吧！