Пример ремонта модуля главного привода копира.

Пример ремонта модуля главного привода копира.

       Прежде чем приступить к описанию процесса диагностики сигналов схем управления и самого двигателя, рассмотрим конструкцию двигателя и принципы работы его схемы управления. Профессиональный ремонт предполагает, что специалист знает принципы построения и работы объекта ремонта. 
                Главный двигатель нашего аппарата выполнен в составе приводного модуля с соответствующим редуктором. Модуль фиксируется на корпусе копира в специально отведенном месте несколькими винтами. Зубчатый ротор двигателя вращает (через соответствующие передаточные числа редуктора) две шестерни, одна из них приводит в движение картридж драм-юнита, вторая - валы узла закрепления тонера и ролики протяжки бумаги. Сигналы управления и питания модуля приходят на плату управления двигателем со стороны основной платы управления копира, на разъем, обозначенный как CN1 . 
                Двигатель, используемый в данном копировальном аппарате, относится к типу безколлекторных двигателей постоянного тока (или, иначе говоря, к шпиндельным двигателям), управление которым осуществляется с помощью специальной микросхемы (драйвер двигателя). 
                Конструктивно двигатель состоит из статора с определенным количеством обмоток и ротора с постоянным многополюсным кольцевым магнитом. В нашем случае в целях уменьшения шага и снижения пульсаций вращающего момента количество обмоток увеличено до 9, т.е. одна фаза имеет три обмотки (см. рис. 1).

Рис. 1. Конструкция главного двигателя копировального аппарата.

                Ротор двигателя расположен снаружи и имеет постоянный кольцевой многополюсный магнит, а на статоре расположены обмотки, которые зафиксированы на плате (данную конструкцию двигателя называют "обращенной"). Чтобы вызвать вращение ротора, необходимо пропустить ток через обмотки статора в определенной последовательности. Питание обмоток статора осуществляется таким образом, что между намагничивающей силой (создаваемой статором) и магнитным потоком сохранялось смещение на определенный угол, т.е. создается вращающееся магнитное поле, воздействующее на постоянные магниты ротора. В результате, ротор, состоящий из кольцевого многополюсного постоянного магнита, начинает перемещаться вслед за магнитным полем статора и вращаться. Вращение ротора может продолжаться только в результате переключения обмоток статора. Причем при переключении должны выполняться два условия, согласно которым обмотки статора должны переключаться в определенный момент и с заданной последовательностью. Положение ротора при этом определяется с помощью датчиков положения, в качестве которых используются три датчика Холла. На выходе каждого из этих датчиков формируются дифференциальные сигналы, которые показывают силу и направление магнитного потока в том месте, где установлен датчик. Когда ротор вращается, сигналы от датчиков Холла представляют собой синусоидальные напряжения. На основе анализа сигналов от датчиков Холла, микросхема - драйвер двигателя подключает ту или иную фазу статора.
                Сила магнитного поля определяет мощность и скорость двигателя. Изменением силы тока через обмотки можно добиться изменения частоты вращения и вращающего момента двигателя. Наиболее типичный способ регулировки силы тока - это управление средним значением тока через обмотки, что выполняется путем импульсной модуляции напряжения питания обмоток за счет задания длительностей подачи и снятия напряжения питания. Таким образом, чтобы добиться требуемого среднего значения напряжения и, как следствие, среднего тока. Скорость, как правило, задается двумя способами: опорным импульсным сигналом или регулировкой тока протекающего через обмотки двигателя. Принципиальная схема платы двигателя представлена на рис. 2. 
                Со стороны основной платы управления на модуль двигателя подаются сигналы управления, которые можно видеть на разъеме CN1. С помощью этих сигналов и обеспечивается управление двигателем. Номера контактов разъема, их обозначение, а также функциональное назначение представлены в таблице 1.
                Скорость вращения двигателя определяется датчиком скорости индуктивного типа, обмотки которого выполнены в виде печатного монтажа (под магнитом ротора на печатной плате вытравлены меандровые дорожки проводника, образующие катушку индуктивности, в которой наводится ЭДС при вращении постоянного кольцевого магнита ротора).

Рис. 2. Принципиальная схема платы управления главного двигателя копировального аппарата.

 
Фазы двигателя на схеме обозначены W1, W2, W3, каждой фазе соответствует две обмотки на статоре двигателя. Положение ротора отслеживается тремя датчиками Холла, которые обозначены на принципиальной схеме HI, H2, НЗ. Управление обмотками выполняется выходным каскадом, реализованным в составе управляющей микросхемы. Формирование управляющих сигналов для двигателя, а также контроль тока в обмотках и управление ими осуществляется (как мы уже отметили) через специализированную микросхему (драйвер) LB1920. Микросхема LB1920 (см. рис. 3) предназначена для управления 3-фазным бесколлекторным двигателем. К ее особенностям можно отнести следующее:
- широкий диапазон рабочих напряжений: 9 - 30 В;
- возможность работы с токами, величиной до 3.1А;
- наличие встроенной защиты от превышения тока;
- наличие встроенной схемы контроля датчиков Холла;
- наличие цифровой регулировки скорости;
- наличие вывода внешней блокировки (S/S);
- наличие встроенной защиты от перегрева кристалла микросхемы.

Таблица 1. Назначение сигналов разъема CN1

Рис. 3. Цоколевка управляющей микросхемы

Внутренняя структура микросхемы LB1920 и распределение сигналов по контактам микросхемы показаны на рис. 4. Назначение контактов микросхемы, входные и выходные сигналы описаны в таблице 2.

Рис. 4. Внутренняя структурная схема драйвера главного двигателя LB1920

Таблица 2. Назначение сигналов управляющей микросхемы LB1920

                Итак, после ознакомления с конструкцией и схемотехникой исследуемого модуля приступили к его диагностике и поиску неисправности. 

                Изначально была проведена проверка наличия напряжений питания модуля. При включении копировального аппарата и активизации процесса копирования мы проконтролировали наличие напряжения +24В на контакте 1 разъема CN1 (в результате проверки убедились в наличии +24 В, и в том, что при выполнении копирования "просадки" этого напряжения также не наблюдалось). Далее была проведена проверка управляющего сигнала S/S (Старт/Стоп), высокий уровень (+5В) которого разрешает работу двигателя, т.е. его вращение. С нажатием клавиши, запускающей процесс копирования, сигнал S/S также присутствовал, следовательно, электронные схемы со стороны цепей управления работают правильно. Дальнейшая проверка была направлена на диагностику сигнала LOCK, который при достижении двигателем заданной скорости должен установиться в логический "низкий уровень" (именно по наличию или отсутствию этого сигнала управляющая электроника и проверяет работоспособность модуля главного привода). Так как каждый раз при активизации процесса копирования выдавалась ошибка модуля привода и вращения двигателя не наблюдалось, то, как и ожидалось, при проверке осциллографом сигнала на контакте 3 разъема CN1 управляющего сигнала обнаружено не было (о чем свидетельствовал высокий уровень этого сигнала). Результаты первичной диагностики позволили высказать обоснованное предположение, что неисправность в микросхеме драйвере или в самом двигателе. 
                Следующий этап диагностики был направлен на проверку микросхемы управления двигателем. Первоначально была произведена проверка напряжений питания микросхемы (U1) после включения копира. Все необходимые напряжения присутствовали и были в "норме" (напряжения на контактах: 1 - (+5В), 2 - (+7В), 14 - (+24В), 3 - (+24В)). Затем была произведена проверка сигнала S/S на 13 выводе микросхемы - при инициирования процесса копирования сигнал менял свой уровень с высокого на низкий, что свидетельствовало о работоспособности транзистора Q1 и его цепей обвязки. 
                В дальнейшем была проведена проверка наличия опорного синусоидального напряжения (на выводе 21 U1), которое формируется кварцевым резонатором Y101 - оно также наблюдалось и соответствовало норме). С целью проверки датчиков Холла и индуктивного датчика скорости вращения ротора при включенном копире был провернут ротор двигателя вручную, одновременно производилось измерение сигналов на соответствующих входах микросхемы (контакты 20,19,18,17,16,15,5,6). На входах от датчиков Холла наблюдались синусоидальные сигналы очень малой амплитуды, на входе 5 от датчика скорости - синусоидальный сигнал, а на 6 выводе - прямоугольные сигналы. Все эти сигналы свидетельствовали об исправности цепей обвязки. 
                Дальнейший ход поиска неисправности было решено направить на проверку выходного силового каскада схем управления обмотками двигателя и на проверку их самих. С целью получения объективных данных обмотки двигателя были отключены от выводов микросхемы, для чего были выпаяны джамперы на плате управления главным приводом. "Прозвонка" выводов 8,9,10 между собой в различных направлениях показала наличие высоких сопротивлений, при чем разброс значений для всех фаз был незначительным, что также свидетельствовало об исправности силового выходного каскада. 
                Но дальнейшая "прозвонка" самих обмоток двигателя выявила обрыв одной из них. Для локализации неисправного "объекта", выявления причины и местонахождения обрыва, было принято решение разобрать модуль двигателя. Модуль привода вместе с редуктором был предварительно снят с копировального аппарата (см. рис. 5 и 6).

 Рис. 5. Вид модуля привода со стороны                              Рис. 6. Вид модуля привода со стороны 

           самого двигателя.                                                                платы управления и редуктора.

Для доступа к обмоткам двигателя потребовалось снятие его ротора, что повлекло за собой разборку и снятие редуктора (см. рис. 7 и 8). Разборка никаких особых затруднений не вызвала, за исключением процесса снятия стопорной шайбы оси ротора.

 Рис. 7. Разборка редуктора модуля главного                                  Рис. 8. Плата управления со  снятым ротором привода.                                                                           двигателя.

                После извлечения ротора и визуального осмотра состояния обмоток статора в месте пайки провода одной из обмоток был обнаружен его разрыв (см. рис. 9), который, по всей вероятности, появился в результате вибрации статора с обмотками (это явление достаточно редкое, но в нашем случае оно и было основной причиной появления неисправности, из-за которой двигатель не работал).

Рис. 9. Место пайки провода обмотки и место разрыва.

                Диагностика состояния подшипников ротора (а их там два) выявила дефект в одном из них, - подшипник проворачивался с трудом, а в некотором положении вращение его было просто невозможным. Дальнейший ремонт модуля главного двигателя заключался в замене дефектного подшипника и припаиванию к контакту провода одной из обмоток статора. 

                В заключение необходимо отметить, что рассмотренная последовательность поиска неисправности, а также методика диагностирования и тестирования двигателя и микросхемы драйвера вполне могут быть использованы для проверки шпиндельных двигателей и схем управления самых различных печатающих устройств. А учитывая тенденцию производителей применять шпиндельные двигателя во многих узлах устройств (для протяжки бумаги, в приводах узлов фиксации тонера, в блоках лазер-сканер и т.д.) мы надеемся, что данный материал будет полезен ремонтному и обслуживающему персоналу.