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研究生:謝凱清
研究生(外文):Kai-Ching Hsieh
論文名稱:應用巨磁阻感測器於偵測直流無刷馬達轉子位置及扭力
論文名稱(外文):Using GMR Sensor to Dectect Rotor Position and Torque of BLDC Motor
指導教授:許仁華許仁華引用關係
口試委員:蔡明祺吳仲卿
口試日期:2013-07-29
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:物理研究所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:124
中文關鍵詞:巨磁阻效應自旋閥電流垂直膜面式電子微影技術直流無刷馬達馬達氣隙磁場馬達轉子位置
外文關鍵詞:GMR EffectSpin ValveCPP(Current Perpendicular to the Plane)E-beam LithographyBLDC MotorMotor Gap Magnetic FieldMotor Rotor Position
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本研究目的之一首先在研究巨磁阻效應,分為電流平行膜面量測式(CIP)與電流垂直膜面量測式(CPP)兩種結構。探討其製作方法、量測與特性。設計出兩種不需使用蝕刻製程的CPP自旋閥的製作方法。利用電子束微影技術多次曝寫顯影的方式蒸鍍出SiO2奈米孔洞並隔離上下電極,以製作出柱形結構之自旋閥。另外,嘗試一種漸層式的曝寫方法以製作出低通道電阻之奈米接觸點,亦可顯示CPP自旋閥的特性,並探討後續樣品製作與量測的改善方向。
透過基礎的巨磁阻樣品製作與實驗,了解電子自旋與巨磁阻效應的關係之後,探討巨磁阻效應於感測器用途上之結構設計與應用類型。利用其方向性感測、高靈敏度、高溫度穩定性的特性優勢,將之應用在馬達磁場量測與分析上。並實際應用市售巨磁阻感測器,取代現有的馬達轉子位置的量測方法,量測永磁馬達轉子與磁阻馬達轉子之位置。並排除轉子極形與定子電流所產生的磁場干擾,解析出更為精細的轉子位置。
利用二維巨磁阻感測器所量取動態馬達槽開口氣隙磁場的資訊,可解析出轉子的極性、磁場大小與位置,及定子電流所產生的磁場大小與方向。據以判讀出交軸電流與直軸磁場的大小,推算出馬達輸出扭力。


One purpose of this paper is to study CIP and CPP GMR sample fabrication and characteristic measurement. For CPP GMR spin valve fabrication, two methods are designed by using e-beam lithography (EBL). These methods are no etching processes. One is making a nano hole by two EBL processes and deposit two SiO2 layers to isolate the upper and lower conductor. Another is using PMMA to be a isolator, and developing a gradient lithography method to make a nano contact.
Another purpose is to study GMR sensor types and applications. A commercial angular GMR sensor is used in a complex 2-D magnetic field of the BLDC motor.
Only one 2-D GMR sensor is needed in dynamic BLDC motor magnetic field measurement to analysis the rotor position, permanent-magnet field and stator q-axis component current at the different time phase and the torque can be calculated.


第一章、緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 磁性與磁阻相關原理 4
1.3.1 磁性發生來源 4
1.3.2 材料磁性的區分 6
1.3.3 鐵磁狀態的能量 7
1.3.4 磁區與磁滯迴線 11
1.3.5 磁阻類型 14
1.3.6 自旋閥結構 17
1.3.7 自旋極化與自旋電流 18
1.3.8 自旋傳輸與翻轉臨界電流 20

第二章 巨磁阻樣品設計與製作 22
2.1 CIP磁阻膜層設計 22
2.2 CPP磁阻絕緣層奈米孔洞設計 25

第三章 巨磁阻樣品改善方式 31
3.1 利用NANO CONTACT製作CPP樣品 31
3.2 利用形狀異向性來增加CPP磁阻 38
3.3 三角脈波式電流驅動電路 40

第四章、巨磁阻樣品之量測方法與設備架設 42
4.1 磁場量測方法與設備 42
4.2 磁場產生線圈與定電流電源供應器 44
4.3 驅動電流產生方式與設備 46
4.4 電壓量測 48
4.5 四點量測探針與樣品載台 49
4.6 量測軟體撰寫 50

第五章 巨磁阻效應之應用探討與選用 52
5.1 巨磁阻效應實用化之電橋電路架構 52
5.2 磁性感測器比較 55
5.3 巨磁組感測器應用型式分類 58
5.4 TLE5009巨磁阻感測器IC特性與討論 68

第六章 巨磁阻感測器應用於馬達控制之裝置方法 73
6.1 TLE5009-E2010巨磁阻感測IC之裝配與校驗 74
6.2 針對各型馬達之選用與拆解 77
6.3 巨磁阻感測器之安裝 79
6.4 感測器調整測試與實驗規劃 82

第七章 直流無刷馬達之有限元素分析 84
7.1 直流無刷馬達轉子磁場分析 85
7.2 定子槽開口與轉子固定鳩尾之磁場分析 88
7.3 電流驅動馬達轉動之磁路分析 90
7.4 轉矩與磁場和電流的關係 99

第八章 裝置巨磁阻感測器於馬達之量測結果與分析 101
8.1 馬達轉子磁場量測與極形分析 101
8.2 磁阻型轉子之極形量測 106
8.3 應用二維巨磁阻感測器之馬達轉向與轉角判讀 111
8.4 應用巨磁阻量於電流驅動下之馬達性能量測 116

第九章 結論 121

參考文獻 123


[1] J. C. Slonczewski, J. Magn. Magn. Mater. 159, L1 (1996).
[2] L. Berger, Phys. Rev. B54, 9353 (1996).
[3] M. Tsoi et al., Phys. Rev. Lett. 80, 4281 (1998).
[4] E.B. Myers et al., Science 285, 867 (1999).
[5] Ya. B. Bazaliy et al., Phys. Rev. B57, R3213 (1998).
[6] A. Brataas et al., Phys. Rev. Lett. 84, 2481 (2000).
[7] X. Waintal et al., Phys. Rev. B62, 12,317 (2000).
[8] C. Heide et al., Phys. Rev. B63, 064424 (2001)
[9] A.A. Kovalev et al., Phys. Rev. B66, 224424 (2002).
[10] Y. Tserkovnyak et al., Phys. Rev. B66, 224403 (2002).
[11] M.D. Stiles and A. Zangwill, J. Appl. Phys. 91, 6812 (2002).
[12] S. Zhang et al., Phys. Rev. Lett. 88, 236601 (2002).
[13] K. Xia et al., Phys. Rev. B65, 220401(R) (2002).
[14] A. Shpiro et al., Phys. Rev. B67, 1004430 (2003).
[15] O. Ozatay et al., Appl. Phys. Lett. 88, 202502 (2006).
[16] Y. Ji, C.L. Chien, and M.D. Stiles, Phys. Rev. Lett. 90, 106601 (2003).
[17] F.J. Albert et al. Appl. Phys. Lett. 77, 3809 (2000).
[18] W.H. Rippard, M.R. Pufall, and T.J. Silva, Appl. Phys. Lett. 82, 1260 (2003).
[19] J.-E. Wegrowe et al., Europhys. Lett. 45, 626 (1999)
[20] J.A. Katine et al., Phys. Rev. Lett. 84, 3149 (2000).
[21] J. Grollier et al., Appl. Phys. Lett 78, 3663 (2001)
[22] F.B. Mancoff and S.E. Russek, IEEE Trans. Magn. 38, 2853 (2002).
[23] J.Z. Sun et al., Appl. Phys. Lett. 81, 2202 (2002).
[24] E.B. Myers et al., Phys. Rev. Lett. 89, 196801 (2002).
[25] F.J. Albert et al., Phys. Rev. Lett. 89, 226802 (2002).
[26] M.R. Pufall et al., Appl. Phys. Lett. 83, 323 (2003).
[27] B. Oezyilmaz et al., Phys. Rev. Lett. 91, 067203 (2003).
[28] S. Urazhdin et al., Appl. Phys. Lett. 83, 114 (2003).
[29] S.I. Kiselev et al., Nature 425, 380 (2003).
[30] S. Urazhdin et al., Phys. Rev. Lett. 91, 146803 (2003).
[31] Jun H. Kong, et al., Journal of the Korean Physical Society, Vol. 46, No. 4, April 2005, pp. 931-936.
[32] J.Z. Sun, IBM J. RES. & DEV. 50, 81(2006)
[33] H. P. Wijn et al., Magnetic Properties of Metals, Springer, Berlin 1991.
[34] M. A. M. Gijs et al., Appl. Phys. Lett. 63, 111 (1993)
[35] J. Velev, A. Bandyopadhyay, K. Nagasaka, T. Zhao, H. Fujiwara, W. H. Butler , Calculation of GMR-Effect in Confined Current Path (CCP)-CPP Spin Valves.
[36] K. Yagami et al., Appl. Phys. Lett. 85, No.23 (2004).
[37] G. P. Cameron et al., IEEE Trans. Magn. 43, 1934(2007)
[38]Jiang Xiao, A. Zangwill, Macrospin Models of Spin Transfer Dynamics, Phys. Rev. B 72, 014446(2005)
[39] Mathias Getzlaff, Fundamentals of Magnetism, Springer.
[40] GMR Sensor Catalog, NVE Corporation.
[41] Application Notes for GMR Sensors, NVE Corporation.
[42] GMR Sensors Data Book,NVE Corporation, Apr. 2003
[43] J.M. Daughton, GMR Applications, JMMM 192(1999), pp.334-342.
[44] GMR Sensors in Aautomotive Application, BOSCH, Feb. 2005.
[45] GMR-Based Angular Sensor TLE5009 Data Sheet, Infineon, Apr. 2012.
[46] Sensor Solutions for Automotive and Industrial Applications, Infineon, Oct. 2012.
[47]郭政宜,直流電影響微米自旋閥元件翻轉行為之研究,國立彰化師範大學博士論文,2012年6月。
[48]蔡明祺,三維數控磁場量測系統之研究與迴授制應用,國科會研究計畫成果報告,2006年7月。
[49]孫清華,最新無刷直流馬達,全華圖書,2002年2月。
[50]廖福奕編譯,小型馬達技術,全華圖書,2003年。
[51]彭兆仲,永磁直流馬達性能指標穩態分析,馬達科技研究中心第130期,2005年7月。
[52] Dal Y. Onm, Dynamic Model of PM Synchronous Motors, Drivetech, Inc., Blacksburg, Virginia.
[53] W. Z. Hsien , Master thesis, Department of Physics, National Changhua University of Education , 2001.
[54] R. J. Soulen Jr. et al., SCIENCE Vol. 282, Oct.1998, p. 85.


QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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