CH669059A5 - Antriebssystem fuer kassettierte signalbaender. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für kassettierte Signalbänder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei solchen Anordnungen ist die ständige Tendenz, sie wirtschaftlicher herzustellen und kompakter zu bauen, wobei die Qualitätseinbusse auf jeden Fall klein bleiben muss. In den letzten Jahren werden zunehmend flache, ja extrem flache, also axial äusserst kompakte Lösungen gefordert. In dieses System soll möglichst noch ein Präzisionstachosystem integriert sein, ebenso soll die Motorelektronik auf einer Trägerplatine untergebracht sein. Auch Bremsvorrichtungen für die Wickelteller sind möglichst vorzusehen. Ausserdem muss der Raum, wo die

Signalverarbeitung geschieht, also wo die Köpfe vorgesehen sind, abgeschirmt sein.

Diese Aufgabe liegt der vorliegenden Erfindung zugrunde. Sie wird gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Massnahmen.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung und zwar:

Fig. 1 die Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Antriebsplatine von oben auf die Wickeldorne gesehen,

Fig. 2 einen Schnitt durch dieselbe gemäss der Schnittlinie II gesehen in Richtung der Pfeile II,

Fig. 3 zeigt die Draufsicht auf den insbesondere nach der Erfindung ausgebildeten Tragkörper, wo auf der Oberseite die Antriebsspulen für die Wickelantriebe sich befinden und rechts gestrichelt angedeutet die Antriebsspulen für den Capstan-Antrieb auf der Unterseite angedeutet sind,

Fig. 4 und Fig. 5 zeigt eine fotomechanische Abbildung der Platte nach Fig. 3 von beiden Seiten in natürlicher Grösse für ein Video-Kassetten-Laufwerk,

Fig. 6 und Fig. 7 zeigen Varianten des Tragkörpers in Teilschnittdarstellung.

Im einzelnen zeigt in Fig. 1 das chassis-artige Gehäuse die Capstan-Welle 2 und die Wickeldorne 3, 4 mit Wickeltellern 5, 6. Die Wickelteller bzw. -dorne sind hier mit einer rotierenden Welle 8 versehen, die in einer Gleitlagereinheit 11 drehbar und in einem Anlauflager 12 zusätzlich axial abgestützt sind (selbstverständlich kann das auch umgekehrt ausgeführt sein, so dass eine stehende Welle die rotierenden Wickeldorne und Wickelteller aufnimmt). Die Wickeldorne und -teller sind in standardge-mässer, üblicher Ausführung für eine Standard-Video-Kassette konzipiert.

Am Unterteil des Wickeltellers 5 ist die weichmagnetische Rückschlusscheibe 13 des Rotors S-förmig im Profil-Schnitt angeformt und eingegossen bzw. jedenfalls formschlüssing gehalten. Am wesentlich ebenen ringförmigen Rückschlussscheiben-teil 13 ist ein axial magnetisierter Permanentmagnet 14 befestigt. Der verdickte Rand 16 des Wickelmotors umgreift glockenartig den permanentmagnetischen Rotor und auch die statorseitigen Spulen noch in axialer Richtung bis auf einen kleinen Luftspalt 18. Der Luftspalt 19 des Wickelmotors wird auf der gegenüberliegenden Seite des Permanentmagneten vom ebenen Spulensatz 20 mit den Einzelspulen 21 bis 26 begrenzt. Diese sitzen auf der Oberseite 29 der Platte 28 und zwar sind sie dort auf einer in Fig. 3 gezeigten gedruckten Schaltung 31, 32 33, wo die einzelnen Spulen gleichzeitig noch mit verlötet werden. Die 6 Spulen werden dreiphasig angesteuert, die 3 Hall-Generatoren 41, 42, 43 sind ebenfalls auf der Platte angelötet und zwar in der gedruckten Schaltungsschicht 30, die unmittelbar auf der Oberseite 29 der Platte 28 aufgebracht ist. Die 6 äquidistanten Spulen sind von trapezförmiger Gestalt. Den 6 Spulen stehen 4 Rotorpole gegenüber. Die dreiphasige Motoranordnung ist im Sinne grösserer Leistung nützlich. Bei weniger Leistung und auch bei weniger Gleichförmigkeit des Drehmoments kann auch eine 4spulige Anordnung bekannterweise verwendet werden. Das kann jedoch bedeuten, dass nicht nur die Gleichförmigkeit des Drehmoments reduziert wird, sondern auch bei gleichem Leistungsbedarf die radiale Abmessung der Statorwicklungsanordnung grösser wird. Die Platte 28 hat einen weichmagnetischen Kern 82 und ist beidseitig beschichtet. Auf der linken Seite der Fig. 2 sieht man die einstückige Platte der rechten Figurenhälfte, wobei dort aber auf der Unterseite 39 auch eine gedruckte Schaltung vorgesehen ist, wie man der Fig. 3 ebenfalls entnehmen kann. Dieser wiederum dreiphasig ausgeführte Motor zeigt 6 äquidistante Statorspulen trapezförmiger Gestalt, wobei wiederum die Hall-Generatoren in 3 benachbarten Spulen in deren Zentrum liegen. Diese Spulen überlappen sich also etwa in der Mitte der Fig. 2 mit den Spulen 51-56 auf der unteren Seite des Capstan-Motors mit den Wickelmotorspu-

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len 21-26 auf der Oberseite der Platte 28. Die Hall-Generatoren 44, 45, 46 sind ebenfalls wieder um 120 elektrische Grade versetzt, so dass besonders hier beim Capstan-Motor ein konstantes Drehmoment erreicht wird.

In die Gehäuseschale 1 angegossen sind die Lagerrohre 61 für den Capstan-Antrieb, dessen Welle 2 über Kugellager 63, 64 läuft, während die Wickelwelle 8 rechts in einer als Sinterlager ausgebildeten Gleitlagereinheit 11 mit 2 Gleitflächen sich dreht und diese Gleitlagereinheit 11 als gesintertes einstückiges Teil im Lagerrohr 62 eingesetzt ist. Beim Konzept nach Fig. 2 kommt die Hauptsteifigkeit der Anordnung von der Gehäuseschale 1. Trotzdem ist es im Sinne der Erfindung wichtig, dass die weichmagnetische Platte 28 als Tragkörper so dick ausgeführt werden kann, dass seine eigene Steifigkeit ausreicht, und in diese Schicht auch noch diese Lagerrohre oder Lagerelemente eingesetzt werden können. Da die Parallelität der Achsen 2 und 8 sehr genau sein muss, bedeutet das, dass eine solche weichmagnetische Platte vielleicht noch zusätzliche Verstärkungsrippen hat, um ihre Stabilität zu erhöhen. Die Fig. 2 zeigt sehr schön den Vorteil der Erfindung. Man kann radial grosse Motoren bauen, also auch Statorspulen, die einen radial grossen Durchmesserkreis bilden, ohne durch den vorprogrammierten festen Abstand der Achsen oder Wellen 2, 8 behindert zu sein, indem diese doppelseitig kaschierte Leiterplatte bzw. beidseitige gedruckte Leiterschicht eine radiale Überlappung dieser Wicklungsgruppen und der dazugehörigen Rotoren 9, 10 gestattet. Für die Statoren 21-26 und 51-56 (jeweils Einzelspulen) dient die durchgehende Platte 28 als magnetischer Rückschluss, nicht rotierend, während der rotierende Rückschluss die Scheibe 13 bzw. 67 in ihrer axialen Position die maximale axiale Dicke des Antriebssatzes bedeutet. Vorzugsweise wird dabei an der Capstan-Welle der Motor unterhalb der Platte angeordnet -wodurch dann zwangsläufig beim Wickelantrieb die Antriebsmotoren oberhalb der Platte 28 sein müssen — was zur Folge hat, dass im Bereich der Capstan-Welle 2 gegen Streufelder empfindliche Köpfe abgeschirmt sind gegenüber Streufeldern aus der Statorwicklung 51-56 und zwar aufgrund dieser weichmagnetischen Platte 28. Rechts neben der Welle 2 ist noch ein Arretierungsstift 75 und am rechten Ende der Fig. 2 ein solcher 76 zu sehen zur Halterung der Kassette.

Das Lagerrohr 61 der Capstan-Welle 2 ist, wie Fig. 2 zeigt, hochgezogen, damit die beiden Kugellager 63, 64 einen möglichst grossen Abstand erhalten können. Dies ist vorteilhaft,

weil die Querbelastung auf die Welle 2 am Ende im Betrieb eine beträchtliche Kraft darstellt. Der Abstand der Lager 63, 64 in axialer Richtung müsste bei den übrigen Gegebenheiten (Einbauraum und standardisierte Abmessungen) kleiner sein, wenn der Motor mit dem Rotor 10 oberhalb der Platte 28 wäre. Ausserdem sind die Streufelder wie schon oben geschildert dadurch in der Nähe des Endes der Capstan-Welle 2, wo auch Köpfe angeordnet sind, kleiner, wenn die Statorspulen unterhalb der Platte 28 sind (zusammen mit den rotierenden Magneten). Ein Hall-Generator 59 ist am Umfang des Randes 16 angeordnet, der als Permanentmagnetring mit 36 oder 48 Polen ausgebildet ist, die axial magnetisiert sind und mit ihrem Magnetfeld auf den Hall-Generator 59 wirken. Der Ring 69, der schalenartig zusammen mit der Scheibe 67 das rotierende Gehäuse des Capstan-Motors darstellt, kann auch als ein solcher Permanentmagnet ausgebildet sein und auf einen entsprechend angeordneten Hall-Generator wirken, wie auf der rechten Seite dargestellt und mit 59 beziffert ist. Aus den Impulsen dieses Hall-Generators können Zähl- oder Rotationssignale gewonnen werden, zur Steuerung oder zum Messen der Bandwickel oder der Umdrehungen.

Unabhängig davon hat die Platte, wie Fig. 3 zeigt und dort nur auf einem Teil des Umfangs dargestellt ist, eine Mäander-Tachowindung, in welche ein solcher Aussenmagnetring 69 hineinwirkt. Diese Mäanderwindung 99 ist auf der gedruckten Leiterplatte mit vorgesehen. Sie hat in an sich bekannter Weise einen Rückschlussleiter zur Kompensation von Streufeldern.

Im vorgesehenen Ausführungsbeispiel sieht man aus der Fig. 3 sehr schön das Überlappen der Spulensätze. Statt 6 Spulen, die dreisträngig angesteuert werden, können auch 4 Spulen verwenden werden, wobei nur 2 Phasen benötigt werden und 2 Hall-Generatoren vom permanentmagnetischen Rotor beaufschlagt werden müssen. Aber die zweiphasigen Motoren haben etwas geringere Drehmomentkonstanz, ausserdem eine etwas geringere Leistung. Man müsste dann vielleicht die Motoren im Durchmesser so gross bauen, dass es wegen dem grösseren Leistungsbedarf doch zu einem solchen Durchmesser des Spulen-statorsatzes käme, dass die beiden unteren Spulensätze nur mit je 4 Spulen ausgeführt sind und zwar nach Art der deutschen Offenlegungsschrift 24 24 290 und das würde dann etwa eine Position wie die der Spulen 22, 23 und 25, 26 bzw. etwas verdreht 51, 52 und 54, 55 bedeuten.

Falls man die Anordnung nach der deutschen Offenlegungsschrift 25 33 187 vorsieht, würde das einer Spulenkonfiguration etwa wie die Position der Spulen 21, 22, 25, 26 entsprechen und auf der anderen Seite den Spulen 52-55. (So winkelverdreht, dass maximale Distanz zwischen den Statoren entsteht). Ersichtlich ist eine radiale Überlappung dann vermeidbar, und das würde bedeuten, dass man alle Statorspulen auf einer einzigen Seite anbringen könnte, aber eben nur in Verbindung mit dieser vorteilhaften Spulenkonfiguration nach den deutschen Offenlegungsschriften 25 33 187 oder 24 24 290. Es ist jedoch nicht gesagt, dass das ausreichend ist. Man kann immerhin bei radial grösserem Statorkranzdurchmesser auch dann eine allenfalls benötigte Schwungsmasse im Durchmesser grösser und damit im Gewicht relativ kleiner machen.

Eine Ausführungsvariante zu der Fig. 2 ist darin zu sehen, dass die Platte 28 so dick gemacht wird, dass die Lagerrohre z.B. mit einem kleinen Flansch um ihren zentralen Teil, der auf der Platte aufliegt, mit derselben verschraubt ist und die Lager trägt. Die Lager im einzelnen sind ausgeführt wie in Fig. 2 dargestellt. Fig. 3 zeigt in der oberen Öffnung angedeutet drei Befestigungslöcher, in die ein solches Flanschteil mit Lagerrohr eingeschraubt werden könnte. Vorraussetzung ist dabei natürlich, dass die Palette 28 mindestens 1 mm dick ist. Die Fig. 4 und 5 zeigen fotomechanische Darstellungen der Platte 28 von beiden Seiten und die Fig. 6 zeigt eine Vergrösserung des Schnittes durch die Platte 28 der Fig. 2. Man sieht dabei, dass die obere und untere Deckschicht 29, 39, als gedruckte Leiterplatte Print zu verstehen, die Bahnen aufweist, an welche die Spulen 20 - anzulöten sind wie auch alle Elektronik an sie angeschlossen wird. Der die Dicke im wesentlichen ausmachende Kern ist weichmagnetisch also vorzugsweise Weicheisen, welches zum Rückschluss der magnetischen Kreise der Motorteile dient, oder falls das nicht erforderlich ist einfach zur Abschirmung dient. Im Falle von «Nur Abschirmung» kann diese Schicht sicher wesentlich dünner sein. 82 ist als der Weicheisenkern der Platte 28 beidseitig beschichtet mit den gedruckten Leitungsschichten 29, 39.

Fig. 7 zeigt ebenfalls vergrössert eine andere Variante eines erfindungsgemässen plattenförmigen Tragkörpers, wobei nicht ein magnetischer Kern vorgesehen ist sondern eine unmagnetische aber feste Schicht 97 im wesentlichen die Dicke bestimmt und die weichmagnetische Schicht 96 (vielleicht sogar als hoch-permeables Material ausgebildet) zur Abschirmung dient. Falls man zusätzlich noch eine Verbesserung der Abschirmung benötigt, kann auf der anderen Seite eine zweite Schicht dieser Art

95 vorgesehen sein. Jedenfalls sind die Leiterschichten 93 und 94 änlich wie in Fig. 6 ausgebildet, wobei die Spulen nur schematisch angedeutet versetzt gezeichnet sind. Die gezeigte Lage hat mit der tatsächlichen Position in einem Ausführungsbeispiel nichts zu tun. Falls man einen Rückschluss für die eine oder andere Spule noch benötigt, wird die entsprechende Schicht, z.B.

96 oder 95, entsprechend verdickt und im Einzelfall kann dann

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entschieden werden, ob das ausreicht gleichzeitig als Abschirmung oder ob die Schicht zur Abschirmung auf der anderen Seite noch nötig ist.

Die Erfindung stellt eine durch die beidseitige Kaschierung mit Leiterbahnen einer im wesentlichen weichmagnetischen Schicht, die entweder selbsttragend oder mit einer Festigkeitsschicht zur ausreichenden Stabilisierung versehen ist, eine erhöhte Kompensationsmöglichkeit in Richtung grösserer Miniaturisierung oder Kompaktheit von Geräten dar. Das Aufbringen der beiden gegenüberliegenden Leiterplatten oder flexiblen Schaltung kann durch Heiss- oder Kaltkleber oder direkt im Herstellverfahren der Leiterplatte bzw. der flexiblen Schaltungen im Verbund geschehen.

Die «weichmagnetische Leiterplatte» benötigt keine hochlegierte Eisenqualität. Die flachen Motoren mit ebenem Luftspalt können durch solche mit zylindrischem Luftspalt und grossem Verhältnis D/L ersetzt werden (D = Luftspaltdurchmesser,

L = axiale Länge). 5 Der Direkt-Antriebs-(DD)-Capstanmotor ist elektronisch kommutiert, 2 x DD-Wickelmootren elektronisch kommutiert. Gemeisame Trägerplatte beidseitig in «Verbundtechnik» ausgeführt, enthält möglichst viel an Elektronik. Die Platte wird in ein Alu- (oder Kunststoff-) Chassis eingebaut, welches die La-lo ger für sämtliche Motoren enthält.

Dieses System ist auch mit Kollektormotoren denkbar oder mit 2 Kollektormotoren als DD-Wickelmotoren und 1 kollektorlosen Capstanmotor. Diese Lösung ist billiger durch Entfall von Kommutierungselektronik und dynamisch vorteilhaft durch is die geringere Masse der Wickelmotoren.

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3 Blätter Zeichnungen

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1. Antriebssystem für kassettierte magnetische Signalbänder mit zwei Wickelachsen oder -wellen und einer Capstan-Achse oder-Welle, die in fest vorgegebenen Abständen einander im wesentlichen parallel zugeordnet sind, wobei die Capstan-Achse und mindestens eine Wickelachse direkt von je einem Elektromotor mit ebenem Luftspalt angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen mindestens dieser zwei direkt antreibenden Motoren auf den beiden Seiten eines zu den ebenen Luftspalten parallelen plattenförmigen magnetisch mindestens teilweise leitfähigen Tragkörpers vorgesehen sind.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper als durchgehende weichmagnetische Schicht, vorzugsweise Weicheisen, zwischen den zwei Wicklungen dieser Motoren liegt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine dreiphasige Wicklung des Capstan-wellenmotors sechs konzentrische äquidistante flache Spulen aufweist.

4. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren der beiden Antriebsmotoren einen solchen Durchmesser aufweisen, dass sie sich, axial gesehen, radial überlappen.

5. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper als dreischichtige Platte mit einem metallischen Kern, vorzugweise aus magnetisch leitfähigem Material und beidseitig angebrachten Leiterplatten ausgebildet ist.

6. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese dreischichtige Platte gleichzeitig als Rückschluss oder Abschirmung für Spulen, die auf beiden Seiten angebracht sind, dient, wobei die Spulen auf jeder Seite mindestens einen Stator eines Elektromotors bilden, so dass die Motoren sozusagen zueinander gekehrt sind und versetzte Achsen haben.

7. Antriebssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Kern der Platte die Lagersysteme eines oder mehrerer Motoren trägt.

8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lay-Out der dreischichtigen Platte mindestens die Verschaltung der Motor Wicklungen um-fasst, vorzugsweise auch die zusätzlich für Kommutierung oder Regelung bzw. Steuerung benötigten aktiven Elemente (T, D, IC) und vorzugsweise auch passiven Elemente (R, L, C), wobei die 3-Schicht-Leiterplatte gleichzeitig Bauelementeträger, Verdrahtung und Kühlköper bildet.

9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dreischichtige Platte eben oder gebogen eingebaut ist und vorzugsweise das Lay-Out auch die Tachospule beidseitig enthält.

10. Antriebssystem nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstellen im Chassis eines Antriebsbausteins (Gehäuse 1) vorgesehen sind, in welches die Leiterplatte eingelegt ist.