41、高性能多边形扫描仪的电机与控制器解析

高性能多边形扫描仪的电机与控制器解析

1. 早期电机选择与发展

在早期的多边形扫描仪中，交流磁滞同步电机是高速应用的自然选择。其具有结构简单、运行可靠且无需维护等关键优势。由于长期轴速由励磁频率精确决定，在低成本系统中无需速度控制系统就能产生可接受的结果。然而，随着扫描仪速度控制要求变得更为严格，为控制这种电机的短期速度变化或“摆动”，增加了如光学编码器等反馈装置。控制复杂度的增加为直流无刷电机进入精密扫描应用领域铺平了道路。

2. 直流无刷电机特性

直流无刷电机适用于从接近零到高达 80,000 rpm 的速度范围。它与有刷换向类型电机具有相同特性，可用于相同应用。因其具有近乎理想的线性控制特性，即电机产生的扭矩与施加的电流成正比，所以也适用于速度和位置伺服应用。

消除电刷和换向器减少了电磁干扰，提高了运行速度和可靠性，且无电刷磨损产生的碎屑。换向开关功能通过使用磁性或光学转子位置传感器来控制电子换向逻辑开关序列实现。在实际运行中，直流电流施加到定子绕组，产生磁场吸引转子的永久磁铁，使转子旋转。当转子磁场与定子场对齐时，场电流切换，从而使定子场旋转，转子磁铁随之转动。

转子会持续加速，直到电机输出扭矩等于负载扭矩。在无负载条件下，电机速度会增加，直到反电动势（BEMF）产生的电压等于定子电源电压减去直流绕组电阻压降。此时，转子速度达到由 BEMF 电机常数决定的平衡水平。

开环速度稳定性和调节在受控电源和温度条件下通常为 1% - 5%，因此该设备通常采用闭环反馈控制。在闭环运行模式下，特别是在锁相环配置中，可实现 1 ppm 的短期速度稳定性。但从长期来看，速度稳定性和准确性仅取决于参考源，在锁相环速度控制系统中使用的石英晶