<html>
  <head>
    <meta content="text/html; charset=ISO-8859-1"
      http-equiv="Content-Type">
  </head>
  <body bgcolor="#FFFFFF" text="#000000">
    Hi Collin and List,<br>
       I've owed you more info since the meeting, Collin. But I've been
    mired in a sea of misinformation that would be alternately hilarious
    and sad, so I'll just leave most of that out and report my
    conclusions after poking into this some more. I wanted a little more
    time to be a bit more definitive, but the executive summary starts
    with some very basic details. I realize you know most or all of
    these already by now and include it for the sake of other readers
    who might be interested, but hopefully some of this is going to be
    helpful to you.<br>
        1) Without using back EMF, hall effect sensor signals, or a coil
    and magnet (or maybe some clever communication with spirits of the
    dead as mediators) you can forget about doing much of anything
    reliably, let alone spinning up to and holding a high speed. If
    there was a way to do that I'd have found it by now, having run many
    nested for loops varying a god-awful collection of parameters. <br>
       2) Controller chips for these motors are not designed to start up
    reliably with high loads. They're designed to start up reliably with
    fans or disks or the like attached to the spindles so the power of
    the motor is to do with high speed. So the controller chip approach
    is doomed for low speed and/or high load-medium speed work without
    at least some means of external control allowing special case
    handling of this scenario.<br>
      3) You can't just run X volts DC through the coils without
    significant cleverness: either PWM, current limiting, or kludgy
    dependence on over-temperature shutoff of the motor power source.
    These are 12v (or 5v for the 2.5 inch drives, I think) DC motors
    that are completely dependent on their winding *impedance* to run at
    reasonable current/power levels: stalled, or at very low speed there
    is no "impedance", only the DC coil resistance and they emulate
    tiny, enclosed toaster ovens. I think this aspect might be why some
    folks on the Internet insist these are AC motors.<br>
       My theory is that the vast majority of enthusiasts get one of
    these motors, mess around for a while,  then set it aside after
    initial frustration or determining and being unwilling to implement
    the necessary drive scheme. The small fraction (but no doubt large
    number) of folks using these motors successfully only occasionally
    provide quality information, and not a single source I've found so
    far covers all the critically important bases. The vast majority of
    folks out there are too smart to try to use these things at low
    speed. (In my defense I haven't already been using stepper motors
    'cause I couldn't arrange the mechanical coupling without having a
    setup that is grossly inappropriate for calibrating a magnetometer!
    But I'm rethinking that avenue now!!)<br>
        From a standing start there is no back EMF or Hall effect
    signals, of course, so the controller chip has to use "something" to
    handle this scenario. The chip I'm using has an oscillator that
    sequences through the winding energizing order until it starts
    seeing the back EMF zero crossings. It appears the TI <a
href="http://datasheet.octopart.com/DRV11873PWPR-Texas-Instruments-datasheet-13024530.pdf">DRV11873</a>
    fan controller chip you pointed to uses "sensorless, proprietary
    control" for this. With this chip there is also "lock protection",
    so if something prevents fast enough startup the chip will power off
    the motor and optionally try again later.<br>
      But also, with this TI chip <b>note well</b> that it doesn't
    contain diodes to protect the semiconductor junctions from high back
    EMF potentials. As per page 9 of the datasheet you MUST add external
    schottkey diodes to protect the chip or the magic smoke will escape
    with "high speed motors". But here's the possible "too good to be
    true" aspect of this chip: It's in such a small package that proper
    thermal connection to the metal pad on the bottom of the chip is
    critical. Without that proper connection the chip is likely to
    overheat for your (relatively high speed, presumably 12 volt)
    application. So a custom PCB and good surface mount soldering might
    be a must (also per page 9 of the datasheet). This is relatively
    straight forward, but involves an hour or so of CAD work and about
    two weeks to get the boards and solder paste stencil for a few
    bucks. I or somebody at NCSU can solder a simple "breakout board"
    for this part. An alternative to this might be to bond a heat sink
    to the bottom of the chip and solder it "dead bug style". But those
    are fine pitch pins and this would require professional grade
    soldering skills and be delicate as all get out (but I know a pro
    who might be able to do it for you).  A hybrid alternative might be
    dead bug soldering and fast moving air for cooling. It would be very
    interesting to know from you or your buddies that have the physics
    understanding to say whether blowing enough room temperature air at
    the chip could work. There is pretty decent thermal info in the
    datasheet. <br>
      As for the CCW/CW question, it depends entirely on the control:
    nothing in the motor itself limits it to rotation in one direction.
    It would just take an alternative set of six coil energizing
    sequences to turn the other way, but the sequence appears to be
    fixed for a given chip for the cases I've seen.<br>
       The 555 seems like a no-brainer for the PWM with this TI chip,
    but IMO you could combine something like an ATTiny and a
    potentiometer easier, with fewer components, and with the capability
    to goose the other chip options and play with the info coming out of
    the chip if that appears interesting later. <br>
      I have a tube of <a
href="http://datasheet.octopart.com/TDF5140AP/C1%2C112-NXP-Semiconductors-datasheet-11806991.pdf">Philips
      TDF5140A</a> chips and would be happy to drop a couple off so you
    can bypass most of the horsing around exercises I've been doing with
    raw FETs and H-bridge chips and at least get to the "seeing this
    thing spin" state very quickly. These plain, 18 pin DIP chips have
    internal schottkey diodes and smart current limiting so you can
    connect a full 12 (or 5) volt supply for a given motor without
    worrying about overheating. The chip itself can run hot, though,
    without a heat sink. I use a 3/4x3/4" square copper heat sink and
    the whole thing seems to stay in the 30-40C range. They cost about
    $2.50 at quantity 10.<br>
      The bottom line is that only the first drive motor I started with
    would turn slowly but reliably (with heavy load) using a series of
    +12 volt pulses on it's windings (i.e. just using FETs, not half
    H-bridges). I just got super-unlucky at the start. The more
    plentiful Western Digital drive motors I've been using since then
    won't cooperate with blind control of their winding voltages. In
    fact they won't cooperate with any combo of bipolar energizings of
    one or two coils, except with the latter (using the typical sequence
    mentioned below) they will turn reliably at a single speed for a
    given load and pulse rate in some cases. But they won't reliably
    start up to that speed: I have to spin the device close to the
    target speed for it to reach equilibrium. And of course I'm talking
    relatively low speeds: I can't spin an 8 ounce assembly of aluminum
    to 1500 RPMs with one finger flick.<br>
      In other words, I've found no way to just do it "blind", as so
    many Internet sources about these motors suggest, except with one
    motor that can't be removed from the disk drive frame, and I have no
    clue about how that motor might differ (if anybody knows, please
    enlighten us!).<br>
      The Philips chip above is designed for three phase motors in a
    "star" winding configuration. I can confirm that with a lightly
    loaded motor it will spin the thing up very quickly and reliably,
    depending only on the values of three caps that govern the start up
    oscillator frequency and the expected min/max target speed and
    electromechanical forces involved. Selecting these capacitor values
    for uncommon situations is the tricky bit and I'm still
    characterizing the limits of that for low speeds.  Page 10 of the
    datasheet shows the coil energizing sequence. If you use this
    sequence and reasonable cap values (the datasheet suggests ones that
    "just work" for me) and an unloaded motor doesn't immediately spin
    up, then the winding connections are wrong. For the motors I'm using
    the four pins are common, winding 1, 2, and 3 in sane order. I
    suspect it would constitute inhumane treatment of engineers for a
    motor to have other than low to high winding connection order (e.g.
    wired "1 3 2"). As many other Internet sources point out, an ohm
    meter will read 2X ohms between a pair of windings and 1X ohms
    between common and one winding and that can be used to determine
    which is common. If there are not four pins, you're on your own. :-)
    No, seriously, apparently "delta" connections are used some times
    and the key there would be three windings forming a triangle and no
    common (i.e. Hall effect or spirits of the dead used in this case).
    I've seen references to motors with two windings, but don't know how
    they would work and wonder if they're just noise.<br>
      And I knew almost zero about brushless DC motors just a few weeks
    ago, so take all this with a lump of salt. And finally, here's the
    most useful page I've seen (found by Erik Auschhaug). The three
    links at the bottom should not be missed, but watch out for the fact
    that these were written years ago, contain proprietary (and possibly
    obsolete) tech references, etc. But the "Sensorless Startup"
    paragraph in page 2 of the first Agile paper makes clear the
    subtleties involved with that. And the second Agile paper goes into
    even more detail about what's really going on at low speeds. (The
    Freescale link no longer works, but suggests that TI and Philips/NXP
    are not the only vendors making these chips)<br>
     <br>
       <a href="http://bldc.wikidot.com/p-esc-motor">http://bldc.wikidot.com/p-esc-motor</a><br>
    <br>
    Here's a picture of my setup using the "motor in plywood" mount Erik
    made. This picture file is about 200kb, so I couldn't inline it or
    it would exceed the 100kb per message limit for postings to this
    list and block on moderation.<br>
    <br>
      <a
href="http://triembed.org/blog/wp-content/uploads/2014/07/turntable3.jpg">http://triembed.org/blog/wp-content/uploads/2014/07/turntable3.jpg</a><br>
    <br>
    If anybody is interested in access to the web site to upload stuff
    like this just drop me a line.<br>
    <br>
    One more, possibly important detail about that Philips chip:<br>
    <br>
    Digikey is discontinuing this chip and when their stock is exhausted
    or we reach September 30th they won't be for sale from them anymore.
    I suspect that relatively speaking these chips are so outdated the
    insides are gray. Also, if you just look up the part number Digikey
    will claim zero available. You have to use their part number
    568-5788-5-ND to find them.<br>
    <br>
    -Pete<br>
    (PS your Google address is now an alias for the ones you subscribed
    to the list last week and your postings using this address should go
    through from now on without waiting for moderation: no need to
    subscribe it too.)<br>
    <br>
    <br>
    <div class="moz-cite-prefix">On 07/23/2014 09:45 PM, Collin Ladd
      wrote:<br>
    </div>
    <blockquote
cite="mid:CAEyb0Jg6KSMkZq313GBtgy-FDs0g3neaiNCirRSm2=iZgjoN0w@mail.gmail.com"
      type="cite">
      <div dir="ltr">Hey guys, 
        <div><br>
        </div>
        <div>I was asking around at the last meeting about getting good
          RPM performance out of a salvaged hard drive motor. I had to
          do some shopping around for the lab, and I thought this might
          be of interest to anyone with old hard drive motors sitting
          around.</div>
        <div><br>
        </div>
        <div> <a moz-do-not-send="true"
            href="http://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv11873.pdf"
            target="_blank">This IC </a>sounds almost too good to be
          true for me, but for about 2 bucks you get back EMF sensing
          speed control, lock sensing and a handful of other features.
          The best part is the low parts count required--just a few caps
          and resistors. It takes a PWM input and is pretty
          microcontroller friendly. I will probably just use a 555.</div>
        <div><br>
        </div>
        <div>1.5 A cont isn't going to spin up anything huge, but TI has
          a family of higher power ones... I think (haven't had time to
          look around). <a moz-do-not-send="true"
            href="%A0http://www.ti.com/product/DRV11873/compare"> http://www.ti.com/product/DRV11873/compare</a> <<
          probably can find one here.</div>
        <div><br>
        </div>
        <div>Depending on when I make our order, and how many I ruin
          during prototyping, I might have a few extra to hand out at
          the next meeting. </div>
        <div><br>
        </div>
        <div>I read that HDD spindles are made to spin CCW only. Any
          truth to that?  </div>
        <div><br>
        </div>
        <div>--Collin, the liquid metals guy</div>
      </div>
      <br>
      <fieldset class="mimeAttachmentHeader"></fieldset>
      <br>
      <pre wrap="">_______________________________________________
Triangle, NC Embedded Computing mailing list
<a class="moz-txt-link-abbreviated" href="mailto:TriEmbed@triembed.org">TriEmbed@triembed.org</a>
<a class="moz-txt-link-freetext" href="http://mail.triembed.org/mailman/listinfo/triembed_triembed.org">http://mail.triembed.org/mailman/listinfo/triembed_triembed.org</a>
TriEmbed web site: <a class="moz-txt-link-freetext" href="http://TriEmbed.org">http://TriEmbed.org</a>
</pre>
    </blockquote>
    <br>
  </body>
</html>