CH630759A5 - Antrieb fuer eine magnetspeicherplatte und verfahren zum betrieb dieses antriebes. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den Antrieb für eine Magnet- ser Polstellen 30^ besitzt einen einzelnen Vorsprung 32 und

Speicherplatte und ein Verfahren zu dessen Betrieb als bürsten- diesen zugeordnete Wicklungen 34. Bei dieser speziellen Ausloser Gleichstrommotor. 55 führungsform werden die Wicklungen in drei verschiedenen

Herkömmlich wird als Antrieb für die flexiblen Magnetplat- Phasen erregt, um die einzelnen unterschiedlichen Ausrichtun-ten ein Gleichstrommotor eingesetzt, um eine hohe Bewe- gen zwischen den verschiedenen Vorsprüngen an den Polstei gungstreue der Platte relativ zum Lese/Schreibkopf sicherzu- len und den Zähnen des Rotors 22 zu erzielen. Wie die Fig. 1 stellen. Die Bewegungstreue der flexiblen Magnetplatte führt zeigt, ist an den Rotor 22 ein Sensor 36 angeschlossen mit die Scheibe relativ zum Kopf durch sogenannte Sektoren der 60 einem Photodetektor 38, der optisch auf den Rótor 22 ausge-Platte (siehe z. B. US-PS 3 644 815,3 863 118 und 3 867 723). richtet ist, um die auf dem Rotor 22 angebrachten Kontrollzei-

Im allgemeinen muss der Antrieb für eine flexible Magnet- chen 40 abzutasten.

platte eine Anzahl wichtiger Bedingungen erfüllen. Zunächst Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, dass muss der Antrieb eine konstante oder bestimmte Geschwindig- der Sensor 36 an einen Drehzahlmesser 42 angeschlossen ist, keit der Platte relativ zum Lese/Schreibkopf sicherstellen. Zum 65 der ein tachometrisches Signal erzeugt, welches die Geschwin-zweiten ist es wichtig, dass der Motor relativ geräuschfrei digkeit des Rotors 22 bestimmt. Das Tachometersignal wird arbeitet, d. h. der Motor selbst darf kein elektromagnetisches einer Geschwindigkeitssteuerschaltung 44 zugeführt, die ein Geräusch erzeugen, welches die Datenspeicherung oder das Geschwindigkeitssteuersignal erzeugt, das den Unterschied

zwischen dem tachometrischen Signal und einem Bezugssignal repräsentiert, welches durch eine Bezugsspannungsquelle 46 zur Verfügung gestellt wird, um die den Wicklungen des Schrittmotors durch eine Folgeschaltung 48 zugeführte Spannung zu regeln. Die Einstellung der Spannung, die den Wicklungen entsprechend dem Ausgang der Geschwindigkeitssteuerschaltung 44 zugeführt wird, stellt sicher, dass über einen geschlossenen Regelkreis die Geschwindigkeit des Motors 20 im wesentlichen konstant gehalten wird. Der Sensor 36 ist auch an die Folgeschaltung 48 angeschlossen, um Positionssignale bereitzustellen, die schrittweise die Spannung den Wicklungen des Schrittmotors 20 zuführen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt darin, dass das Tachometersignal von dem Drehzahlmesser 42 einer Anlaufschaltung 50 zugeführt wird. Die Anlaufschaltung vergleicht das Tachometersignal mit einem Bezugssignal, welches durch die Bezugsspannung 46 zur Verfügung gestellt wird, um zu bestimmen, wann die Geschwindigkeit des Rotors einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Die Anlaufschaltung 50 kann Pulse bereitstellen, um die Folgeschaltung 48 zu treiben, damit die Phasenbeziehung zwischen der mechanischen Motorstellung und der elektrischen Erregung geändert wird, bis der Motor die vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht. Nachdem die vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht ist, wird die schrittweise Erregung lediglich durch den Ausgang des Sensors 36 über die Motorfolgeschaltung 48 gesteuert.

Das Anlaufen und Anhalten des Motors wird durch die Zuführung eines entsprechenden Signals an den Drehzahlmesser 42 von der Lese/Schreibsteuerung 52 bewerkstelligt.

Ausser dieser Funktion führt die Lese/Schreibsteuerung 52 auch einen Eingang dem Kopfantrieb 54 zu, der den Kopf 10 in die entsprechende Position auf einer Platte 12 führt. In diesem Zusammenhang leuchtet ein, dass der Kopf 10 radial über die Platte 12 geführt wird, und zu dieser Zugang durch die Öffnung 14 hat. Die Sensorschaltung 36 soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 3A näher erläutert werden, wobei eine lichtemittierende Diode 100 einem Phototransistor 104 zugeordnet ist. Wenn die Kontrollzeichen 40 auf dem Rotor 22 vor der lichtemittierenden Diode 100 und dem Photo transistor 104 vorbeigleiten, fliesst ein Strom durch den Transistor 104, entsprechend der Dunkel/Helländerungen, die durch die Kontrollzeichen 40 hervorgerufen werden. Im einzelnen fliesst der Strom von der +5-Voltspannungsquelle und dem Transistor 104 zu dem Emitter in Abwesenheit der Kontrollzeichen 40. Der gleiche Stromfluss wird bei Anwesenheit eines Kontrollzeichens 40 unterbrochen. Der Strom für die lichtemittierende Diode 100 wird durch eine + 15-Voltspannungsquelle zur Verfügung gestellt, sowie über eine Filterschaltung mit den Widerständen 112 und 114 sowie einem Kondensator 116.

Der Ausgang von dem Transistor 104, der sich entsprechend der Drehung des Rotors 22 ändert, wird dem nicht invertierenden Eingang des Differentialverstärkers 118 zugeführt, der als Komparator arbeitet. Die Rückkopplungs-Kondensator 122, der dem Differentialverstärker 118 zugeordnet ist, schafft die Geräuschfestigkeit für den Verstärker. Der Ausgang des Verstärkers wird über dem Widerstand 126 an eine +5-Volt-spannungsquelle angeschlossen.

Der Ausgang des Verstärkers 118 wird an die Drehzahlmesserschaltung 42 über ein (nicht dargestelltes) Puffertor in der Folgeschaltung 48 angeschlossen. Das Signal von dem Differentialverstärker 118 ist im wesentlichen ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 24 Zyklen bei einer Umdrehung des Rotors 22, entsprechend den 24 Kontrollzeichen 40 auf dem Rotor 22.

Die in Fig. 3A dargestellte Tachometerschaltung 42 besitzt einen einstellbaren, monostabilen Multivibrator 130, der in Reihe mit einem Tiefpassfilter 132 geschaltet ist. Die Durchschnittsspannung des monostabilen Multivibrators, der ausge-

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löst wird, entsprechend dem Rechtecksignalausgang von dem Verstärker 118 ist der Geschwindigkeit des Rotors 22 proportional. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators wird einem Filter 132 zugeführt, um eine Spannung zu erzeugen, die s die Geschwindigkeit des Rotors 22 repräsentiert.

Der gefilterte tachometrische Ausgang der Tachometerschaltung 42 wird dann der Geschwindigkeitssteuerschaltung 44 zugeführt, die unter Bezugnahme auf Fig. 3B nachfolgend näher erläutert werden soll. Die Geschwindigkeitssteuerschal-io tung 44 umfasst einen Differential Verstärker 134, dessen invertierender Eingang an den tachometrischen Ausgang über eine Filterschaltung angeschlossen ist, die einen Widerstand 136 und einen Kondensator 138 umfasst. Ein Widerstand 140 zur Bestimmung der Verstärkung ist parallel zum Kondensator 138 15 auf dem Rückkopplungsweg des Differentialverstärkers 134 geschaltet. Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers 134 ist an eine +5-Voltbezugsspannungsquelle über die Widerstände 142 und 144 sowie 190 und 192 angeschlossen. Die Spannung an der Verbindung der Widerstände 142 und 144 wird der 20 Anlaufschaltung 50 aus später noch zu erläuternden Gründen zugeführt.

Der Ausgang von dem Differentialverstärker 134, der sich verändert, entsprechend der Abweichung des Motors, von der vorbestimmten Bezugsgeschwindigkeit, entsprechend der 25 Bezugsspannung, wird einer Darlington-Schaltung 146 mit dem Transistor 150 zugeführt, um die Spannung zu steuern, die an die Wicklungen 34 (341,342 und 34î) gelegt wird. Ein Transistor 148 und die Widerstände 152 und 154 begrenzen den Motorstrom während des Anlaufens. Der Kondensator 156 ist vorge-30 sehen, um eine Hochfrequenzschwingung in dem Ausgang von der Geschwindigkeitssteuerschaltung 44 zu verhindern.

Es leuchtet dementsprechend ein, dass die Geschwindigkeitssteuerschaltung 44 eine Ausgangsspannung für die Wicklungen 34 zur Verfügung stellt, die gesteuert wird, entspre-35 chend der Geschwindigkeit des Rotors. Dementsprechend wird der Motor 20 gemäss der Erfindung als bürstenloser Gleichstrommotor betrieben. Die Wicklungen 34 des Motors 20 werden jedoch stufenweise erregt, entsprechend den herkömmlichen Schrittmotoren, was nachfolgend unter Bezug-40 nähme auf die Folgeschaltung 48, die in Fig. 3B dargestellt ist, noch näher erläutert werden soll.

Wie bereits zuvor angedeutet, umfasst die Geschwindigkeitssteuerschaltung 48 eine Puffereigenschaft, die bereitgestellt wird, durch einen Verstärker 158 mit einem Ausgang 45 geringer Impedanz, in der Form eines exklusiven NOR-Gliedes 158. Das gepufferte Rechtecksignal von der Tachometerschaltung 42 wird dann dem Takteingang eines ersten Flip-Flop 160, ebenso wie dem Takteingang eines zweiten Flip-Flop 162 zugeführt. Der Ausgang von dem Tor 158 ist durch die Wellenform so a in Fig. 4 dargestellt.

Da zu der Zeit ti der Dateneingang des Flip-Flop 160, wie durch die Wellenform d in Fig. 4 dargestellt, niedrig ist, während der Dateneingang des Flip-Flop 162 hoch ist, wie dies durch die Wellenform c gezeigt ist, geht der Q-Ausgang des 55 Flip-Flop 162 auf ein hohes Niveau bei der nächsten positiven Umschaltung der Wellenform a, wie durch die Wellenform d der Fig. 4 dargestellt. Zur Zeit t2, die der Vorderflanke des nächsten Impulses vom dem Tor 158 entspricht, ist der Dateneingang des Flip-Flop 160 hoch, wie durch die Wellenform d dar-60 gestellt ist, so dass der Q-Ausgang des Flip-Flop 160 auf ein hohes Niveau geht, wie die Wellenform b zeigt. Schliesslich gehen zur Zeit t3, die dem nächsten Impuls von dem Tor 158 entspricht, beide Eingänge zu dem exklusiven NOR-Glied 164 auf ein niedriges Niveau, so dass ein hoher Ausgang erzeugt 65 wird, wie dies durch die Wellenform c der Fig. 4 dargestellt ist.

Aus den Wellenformen a bis d der Fig. 4 wird deutlich, dass aufeinanderfolgende Phasensteuersignale erzeugt werden und verfügbar sind, um schrittweise die Wicklungen 34 zu erregen.

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Diese Phasensteuersignale werden über die Widerstände 166, 168 und 170 den Basisklemmen der Transistoren 172,174 bzw. 176 zugeführt. Die Kollektoren der Transistoren 172,174 und 176 werden an die Wicklungen 34i, 342 und 343 und eine + 15-Voltspannungsquelle über die Klemmdioden 178,180 und 5 182 angeschlossen. Die Kondensatoren 184,186 und 188 an der Basis der Kollektorschaltungen der Transistoren 172,174 und 176 dienen zur Geräuschverminderung.

Der Ausgang der Anlaufschaltung 50, wie in Fig. 4 dargestellt, wird ausserdem an einen Eingang des Tores 158 ange- 10 schlössen. Dieser Eingang in der Form von Impulsen mit der Geschwindigkeit von etwa ein Impuls pro Sekunde, ist in der Lage, die Phasenbeziehung zwischen der Rotorstellung und der elektrischen Erregung zu ändern (d. h., er verstellt oder ändert die Erregungsfolge), bevor der Motor20eine vorbestimmte 15 Bezugsgeschwindigkeit erreicht hat, die nachfolgend als v bezeichnet werden soll, wobei v der Bezugsspannung proportional ist, die erzeugt wird durch die Bezugsspannungsschaltung 46 und dividiert durch eine Spannungsteilerschaltung mit den Widerständen 190 und 192, wie in Fig. 3B gezeigt ist. Die 20 Spannung an der Verbindung der Widerstände 190 und 192 wird mit dem gefilterten tachometrischen Ausgang von der Tachometerschaltung 42 durch einen Betriebsverstärker 194 verglichen. Eine Oszillatorschaltung 196 ist an dem Ausgang des Betriebsverstärkers 194 angeschlossen. Wenn der Ausgang 25 des Verstärkers 194 eine hohes Niveau besitzt, vermag die Oszillatorschaltung 196 zu schwingen, und eine Reihe von Ausgangsimpulsen zu erzeugen, die an einen Eingang des exklusiven NOR-Gliedes 158 angelegt werden. Wenn das gefilterte tachometrische Signal hinreichend positiv wird, wenn es an den 3" nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 194 angelegt wird, sinkt das Ausgangsniveau des Verstärkers 194 ab, um die Schwingungen der Oszillatorschaltung zu beenden.

Die Oszillatorschaltung 196 der Anlaufschaltung 50 umfasst einen Zeitkondensator 198, der an die invertierende Klemme 35

eines Betriebsverstärkers 200 angeschlossen ist, der als Vergleicher in der Oszillatorschaltung 196 arbeitet. Ein Rückkopplungswiderstand 202 ist zwischen dem Ausgang und der nicht invertierenden Klemme angeschlossen, die durch einen Widerstand 204 geerdet und über einen Widerstand 206 an eine +5-Voltspannungsquelle angeschlossen ist. Der Kondensator 198 wird über einen Ladewiderstand 208 aufgeladen und über eine Diode 210, die mit einem Widerstand 212 in Reihe geschaltet ist, entladen. Ein Schleppwiderstand 214 ist zwischen den Ausgang des Verstärkers 200 und eine +5-Voltspannungsquelle gelegt.

Ein Teil der Lese/Schreibsteuerschaltung 52 ist ebenfalls in Fig. 3A dargestellt. Im einzelnen ist ein Betriebsverstärker 216 vorgesehen für die Ein- Aussteuerung des Motors 20. Der Verstärker 216 besitzt eine invertierende Klemme, die zwischen dem Widerstand 114 und der lichtemittierenden Diode 100 angeschlossen ist, zur Darstellung einer Bezugsspannung. Der nicht invertierende Eingang ist an einen Steuereingang angeschlossen, der einen hohen Ausgang erzeugt, und den Drehzahlmesser abschaltet, wenn der invertierende Eingang ein hohes Niveau annimmt. Der Ausgang des Verstärkers 216 ist an den Tiefpassfilter 132 über eine Diode 218 angeschlossen.

Bei der vorangehenden Beschreibung wird der Phasenschrittmotor definiert als ein Motor mit einem magnetischen Aufbau, der in der Lage ist, in einzelnen Schritten fortzuschreiten. Es leuchtet jedoch ein, dass der beschriebene Motor nicht als Schrittmotor betrieben wird, sondern als ein bürstenloser Gleichstrommotor.

Obwohl ein spezieller Schrittmotor beschrieben worden ist, leuchtet ein, dass eine unterschiedliche Anzahl von Phasen, Polstellen, Wicklungen oder Vorsprüngen oder Zähnen vorgesehen sein können, wie dies bei Schrittmotoren üblich ist. In diesem Zusammenhang wird auf die Veröffentlichung «Theory and Application of Step Motors», herausgegeben von Benjamin Kuo, West Publishing Co., 1974, verwiesen.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

630759 2 PATENTANSPRÜCHE Lesen und Schreiben der gespeicherten Daten stört. Drittens

1. Antrieb für eine Magnetspeicherplatte, gekennzeichnet ist es erstrebenswert, dass sich der Antrieb durch niedrige Her-durch einen Rotationsschrittmotor (20) mit variabler Reluk- stellungskosten und eine lange Lebensdauer auszeichnet.

tanz, dessen Stator (30) eine Mehrzahl von Polstellen (30t_6) Schliesslich soll der Antrieb einen kompakten Aufbau besitzen, aufweist, an welchen Wicklungen (34) vorgesehen sind, einen 5 In diesem Zusammenhang soll noch erwähnt werden, dass flexi-Lese/Schreibkopf (10) zur Aufnahme und Wiedergabe von ble Magnetplatten eine Vielzahl von Anwendungsbereichen

Daten von der bzw. auf die Platte (12), eine Ankopplung eines besitzen, bei welchen es auf den Raumbedarf wesentlich Rotors (22) an die Magnetspeicherplatte (12), eine Anordnung ankommt. Als ein solcher Anwendungsbereich gilt beispiels-(36,38,40) zur Abtastung der Stellung des Rotors (22), einen weise eine Schreibmaschine mit einem elektronischen Spei-Drehzahlmesser (42), der an dem Sensor (36) angeschlossen ist io eher.

zur Erzeugung eines Signals, das die Drehgeschwindigkeit des Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe

Rotors (22) repräsentiert, eine Steuerschaltung (44) mit einer zugrunde, ein Antriebssystem zu schaffen, welches eine hinrei-Bezugsspannungsquelle (46), die an den Drehzahlmesser (42) chend konstante Geschwindigkeit gewährleistet, wie sie für angeschlossen ist, zur Erzeugung einer Spannung, die sich mit' den Antrieb einer Datenspeicherplatte erforderlich ist. Dabei der Drehgeschwindigkeit des Motors (20) ändert, sowie eine is soll der Motor hinsichtlich seines Aufbaues und Betriebsverfah-Folgeschaltung (48), die an die Steuerschaltung (44) angeschlos- rens hinreichend kompakt sein, so dass er auch dort als Antrieb sen ist, zur schrittweisen Anlegung einer Spannung an die von Datenspeicherplatten dienen kann, wo nur ein geringer

Wicklungen (34) zu deren schrittweiser Erregung. Raum zur Verfügung steht.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Ausserdem soll der Antrieb eine lange Lebensdauer besit-die Steuerschaltung (44) eine Anordnung zur Vergleichung des 20 zen und sich durch geringe Herstellungskosten auszeichnen. Drehzahlmessersignals mit einem Bezugswert und zur Erzeu- Schliesslich soll der Antrieb auch mit einem geringen Geräusch gung eines Stromes umfasst, der entsprechend dem Vergleich verbunden sein, um eine Datenübertragung nicht zu stören, die Differenz zwischen dem Drehzahlmessersignal und dem Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ergibt sich Bezugssignal verringert. aus den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und

3. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 25 6.

eine Anlaufschaltung (50) vorgesehen ist, die mit dem Sensor Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen

(36) und dem Motorantrieb in Verbindung steht, zur Zuführung nachfolgend anhand einer Ausführungsform der Erfindung eines Eingangssignals zu dem Motorantrieb zur Änderung der unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher Phasenlage zwischen der mechanischen Motorstellung und der erläutert werden. Dabei zeigt im einzelnen:

elektrischen Erregung des Motors (20) bis zur Erreichung einer 30 Fig. 1 ein Blockschaltbild gemäss einer bevorzugten Aus-vorbestimmten Geschwindigkeit. führungsform der Erfindung,

4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 dargestell-die Anlaufschaltung (50) eine Oszillatorschaltung (196) umfasst. ten Schrittmotors,

5. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Fig. 3A eine detaillierte schematische Darstellung einzelner zur Führung des Lese/Schreibkopfes (10) über den Magnetspei- 35 Komponenten der in Fig. 1 gezeigten Blöcke,

eher (12) ein Kopfantrieb (54) vorgesehen ist. Fig. 3B eine detaillierte schematische Darstellung anderer

6. Verfahren zum Betrieb des Antriebes nach Anspruch 1, Bestandteile der verschiedenen in Fig. 1 dargestellten Blöcke dadurch gekennzeichnet, dass man die Drehstellung des Rotors und abtastet, ein Rückkopplungssignal erzeugt, das die Geschwin- Fig. 4 eine Darstellung verschiedener Wellenformen zur digkeit des Rotors aus der abgestasteten Stellung repräsentiert, 40 Erläuterung des Betriebes der in Fig. 2 dargestellten Schaltung, ein Bezugssignal erzeugt, das eine vorbestimmte Motorge- Das in Fig. 1 dargestellte und anhand dieser Fig. beschrie-

schwindigkeit repräsentiert, das Rückkopplungssignal mit dem bene System zur Speicherung und Wiedergewinnung von Bezugssignal vergleicht, eine Treibspannung für die Wicklun- Daten auf einer Platte umfasst eine Lese/Schreibkopf 10, der gen entsprechend dem Vergleich zwischen dem Rückkopp- magnetisch an eine flexible Magnetplatte 12 durch eine läng-lungssignal und dem Bezugssignal erzeugt und schrittweise die 45 liehe Zugangsöffnung 14 in einer Umhüllung 16 gekoppelt ist. Wicklungen mit der Treibspannung, entsprechend der abgeta- Die Platte 12 ist an einer Nabe 18 angeklemmt und wird durch Stent Drehstellung erregt. einen Schrittmotor 20 mit variabler Reluktanz angetrieben.

Wie die Fig. 2 zeigt, besitzt der Motor 20 einen Stator 30 und einen Rotor 22, der sich um einen Luftspalt 28 zu drehen 50 vermag.

In Übereinstimmung mit dem üblichen Schrittmotoraufbau besitzt der Stator 30 eine Vielzahl von Polstellen 30i_6. Jede die-