DE2644259B2 - Magnetbandgerät mit einem kollektorlosen Gleichstrommotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetbandgerät mit einem kollektorlosen Gleichstrommotor, tier zum gleichförmigen Bewegen des Magnetbandes im Bereich hoher Bandgeschwindigkeiten eine Bandantriebswelle antreibt und der einen permanentmagnetischen Läufer, einen Ständer mit Ankerwicklungen und einen Läuferdrehstellungsdetektor aufweist, welcher entsprechend ·*■> der Läuferdrehstellung nacheinander die Ankerwicklungen an zugeordnete Stromversorgungseinrichtungen durch Ansteuerung von deren Schalteingängen auswählt, wobei deren Stromgrößen in Abhängigkeit vom Vergleichssignal der Motordrehzahl mit einem Bezugs- ·> <> signal an einem Steuereingang steuerbar sind, ferner mit einer Einrichtung zum Bewegen des Magnetbandes entsprechend dem Betrieb eines Schrittmotors in einem Bereich geringer Bandgeschwindigkeit, wobei die niedrigste Bandgeschwindigkeit des Bereiches hoher -55 Bandgeschwindigkeit größer als die höchste Bandgeschwindigkeit des Bereiches niedriger Bandgeschwindigkeit ist.

Bei einem bekannten Magnetbandgerät dieser Art (DE-OS 23 55 390) sind getrennte, abwechselnd betreib- t>o bare Motoren, und zwar ein Hochdrehzahl-Synchronmotor und ein langsam laufender Schrittschaltmotor, der einen Impulsmotor darstellt, vorgesehen, um für die übliche sowie für eine niedrigere Bandgeschwindigkeit zu sorgen. Wird der Hochdrehzahl-Synchronmotor im ^ Betrieb durch einen Regler aktiviert, so wird der langsam laufende Schrittschaltmotor nicht durch eine Impulsquelle aktiviert, so daß die Drehung des Synchronmotors über einen elastischen Riemen auf eine einstückig mit einem Schwungrad ausgebildete Bandtrommel und über einen elastischen Riemen auf den Schrittschaltmotor übertragen wird. Hierbei wird das Magnetband durch den Synchronmotor mit hoher Geschwindigkeit angetrieben. Wird dagegen der langsam laufende Schrittschaltmotor bei abgeschaltetem Synchronmotor durch die von einer Impulsquelle gelieferten Impulse betätigt, so wird seine durch die Frequenz der Impulse bestimmte Drehbewegung über elastische Riemen sowie das Schwungrad auf das Magnetband übertragen. Würde der Impulsmotor z. B. im hohen Drehzahlbereich betrieben, so würden sich seine Kennlinien bezüglich langsamer und schneller Tonschwankungen als ungünstig erweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetbandgerät gemäß der eingangs erwähnten Art derart zu gestalten, daß bei Erzielung eines kompakten Aufbaus des Gerätes eine Drehung der Tonrolle des letzteren mit minimalen langsamen wie schnellen Tonschwankungen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum wahlweisen Einsatz des kollektorlosen Gleichstrommotors als Schrittmotor eine Einrichtung zur Erzeugung von Schrittimpulssignalen aus einem Schrittfrequenzsignal vorgesehen ist, daß die Schrittimpulssignale über eine Integrierschaltung, durch die die Anstiegs- und Abfallzeit jedes Schrittimpulses verlangsambar ist, den Schalteingängen der Stromversorgungseinrichtungen zuführbar sind, wobei von einer Wählein-

richtung der Stellungsdetektor von den Schalteingängen abschaltbar und die Integrierschaitung an die achalteingänge der Stromversorgungseinrichtungen anschaltbar sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemä-Ben Magnetbandgeräts ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Das erfindungsgemäße Magnetbandgerät ist kompakt aufbaubar, da ein separater Impulsmotor nicht erforderlich ist, da die Einrichtung zur Erzeugung von i< > Schrittimpulssignalen aus einem Schrittfrequenzsignal für einen wahlweisen Einsatz des kollektorlosen Gleichstrommotors als Schrittmotor sorgt Die Kennlinien des kollektorlo&en Gleichstrommotors sind bezüglich langsamer und schneller Tonschwankungen über η einen ausgedehnten Bereich hoher Drehzahl im Vergleich zum Stand der Technik beträchtlich verbesserbpr.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfrdungsgemäßen Magnetbandgerätes wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. In letzteren sind:

F i g. 1 eine Schnittdarstellung eines bürstenlosen Gleichstrommotors für die Bandantriebswelle des erfindungsgemäßen Magnetbandgerätes;

Fig.2 ein Schaltbild einer Ansteuerschaltung zur 2> Drehung des Motors gemäß F i g. 2;

Fig. 3 ein Schaltbild eines 3-Phasen-Impulsgenerators, der Impulse an die Ansteuerschaltung der F 1 g. 2 liefert; und

Fig.4 die Wellenformen von Impulsen zur Erläute- i< > rung der Funktionsweise des Impulsgenerators nach Fig. 3.

Die F i g. 1 ist eine Schnittdarstellung eines bürster.losen Gleichstrommotors für die Bandantriebswelle, bei dem der Ständer aus einem Ständerkern 44 auf einem J5 Gehäuse 43 sowie aus einer Hauptwicklung 45 besteht, die dreiphasig auf den Ständerkern 44 gewickelt ist. Ein Ringmagnet 47, dei mit 16 Polen magnetisiert ist, ist auf dem Läufer 48 so befestigt, daß die inneren Polflächen dem Ständerkern 44 zugewandt sind. Der Läufer 48 ist an einer Hülse 49 einer Achse 46 befestigt. Die Achse 46 ist gegenüber dem Gehäuse 43 drehbar in den Lagern 50a, 506 beiderseits der Schulterhülse 49 gelagert. Im Ständerkern 44 befindet sich der Ständerteil 51 eines Stellungsdetektors mit drei Ansätzen. Dem Ständerteil

51 des Stellungsdetektors zugewandt ist der Läuferteil

52 des Stellungsdetektors angeordnet, um die Drehstellung des Läufers anzuzeigen. Eine Gruppe Primärspulen 53a, 53b und 53c sowie eine Gruppe Sekundärspulen 54a, 54£> und 54c sind auf dem Ständerteil 51 w aufgewickelt. In der F i g. 2 sind diese Spulen im gleichen Teil mit den Bezugszahlen 53, 54 gezeigt. Andererseits befinden sich am Außenumfang des Läufers ?2 des Stellungsdetektors Ansätze, mit denen die elektromagnetische Kopplung zwischen den Paaren aus jeweils einer Primär- und einer Sekundärspule (53a und 54a, 53£> und 54i,53cund 54c,)geändert werden kann. Die Anzahl dieser Ansätze beträgt 8, d. h. die Hälfte der Polzahl auf dem Magneten 47.

Die Ansteuerschaltung 39 zur Drehung des Motors 25 fao ist in der F i g. 2 gezeigt. Ein Oszillator 55 liefert ein Wechselsignal auf die Primärspulengruppe 53a, 530,53c sowie über den Läuferteil 52 des Stellungsdetektors auf einer der Sekundärspulen 54a, 54£>, 54c. Befindet der Läufer 52 des Stellungsdetektors sich in einer Stellung, t>5 in der die Primärspule 53a mit der Sekundärspule 54a eng verkoppelt, geht auf die Sekundärspule 54a ein stärkeres Wechselsignal über als auf die anderen Sekundärspulen. Dieses Wechselsignal wird von einer Gleichrichter- und Glättschaltung 56a zu einem Gleichsignal gewandelt und auf die Basis eines Stromschalttransistors 57a gegeben. Es schaltet also nur der Transistor 57a durch und liefert Basistrom an einen Ausgangstransistor 58a, der Strom durch die Hauptwicklung 45a fließen läßt. Wenn in der Haupt wicklung 45a Strom fließt, wie beschrieben, drehen der Läufer 48 und der Läuferteil 52 des Stellungsdetektors sich entsprechend der von diesem Strom gegenüber dem Magneten 47 bewirkten Anziehung und Abstoßung. Der Läufer 52 des Stellungsdetektors kommt dann in eine Lage, wo er die elektromagnetische Verkopplung zwischen der Primärspule 536 und der Sekundärspule 54a eng macht; entsprechend fließt dann der oben erwähnte Strom auf die Hauptwicklung 45b. Mit der Drehung des Läufers 48 werden also die Hauptwicklungen 45a, 456 und 45c; durch die der Strom fließt, nacheinander umgeschaltet, wobei der Läufer kontinuierlich durchdreht

Die oben gegebene Beschreibung gilt für den Fall, daß die erforderlichen Spannungen am Betriebsleistungsanschluß 59 und am Steuereingangsanschluß 60 liegen. Die Gleichricht- und Glättschaltungen 56a. 56b und 56c sind den Sekundärspulen 54a, 546 und 54c zugeordnet und erhalten die erforderlichen Vorspannungen über die Vorwiderstände 61, 62. Ein Entkopplungskondensator 63 liegt parallel zum Vorwiderstand 62. Die Stromschalttransistoren 57a, 576, 57c sind mit ihren Emittern zusammen auf einen Konstantstromtransistor 64 gelegt, der, wenn einer der Transistoren durchgeschaltet ist, die anderen beiden gesperrt hält. Die Ströme in den Ausgangstransistoren 58a, 58Z> und 58c erzeugen über den Emitterwiderständen 65a, 65£> und 65c Spannungsabfälle.

An die Emitter der Ausgangstransistoren 58a, 586 und 58c sind auch die Rückführungswiderstände 66a, 66£> und 66c angeschlossen, die die Schwankungen der Stromverstärkungsfaktoren dieser Transistoren verringern und das Änderungsverhältnis des in den Hauptwicklungen 45a, 456 und 45c fließenden Stromes gegenüber einer Spannungsänderung am Steuereingangsanschluß 60 um den Wert des Widerstandes bestimmen. Diese Widerstände sind über einen Widerstand 67 an den Emitter eines Steuertrarisistors 68 gelegt.

Ein Frequenzsignalgenerator sitzt auf dem Motor und erzeugt ein Signal, dessen Frequenz proportional der Drehgeschwindigkeit des Motors ist. Ein Zahnrad 70 ist auf der Drehachse 46 mittels einer Schulterscheibe 69 befestigt, und am Gehäuse 43 sitzt ein Winkel 73. Um ein der Anzahl der Zähne des Zahnrades entsprechendes Wechselsignal zu erzeugen, trägt der Winkel 73 einen Magnetkopf 71 sowie einen Ringmagnet 72. Mit diesem Aufbau läßt die Drehgeschwindigkeit des Motors sich erfassen und dieser sich unter Steuerung durch die elektrische Schaltung kontinuierlich durchdrehen. Da der Ringmagnet 47 zu 16 Polen magnetisiert ist und der Läuferteil 52 des Stellungsdetektors acht Ansätze aufweist, wie beschrieben, fließt in jeder der Hauptwicklungen 45a, 45i>, 45c während einer Umdrehung des Motors achtmal Strom.

In K ί g. 2 sind den Hauptwicklungen 45a, 456 und 45c die Kondensatoren 74a, 746 und 74c parallelgeschaltet, die Spannungsspitzen abfangen. Um die kontinuierliche Drehung des Motors zu stoppen, ist ein Transistor 75 vorgesehen, dessen Kollektor und Emitter über dem Vorwiderstand 61 liegen. Wird der Anschluß 76 geerdet,

schaltet der Transistor 75 durch und sperrt die Basis-Emitter-Strecke der Stromschalttransistoren 57a, 576. 57c-.·der Stromfluß durch die Hauptwicklungen 45a, 456 und 45c wird auf diese Weise unterbrochen.

Es soll nun die Drehung des Motors durch externe Impulse beschrieben werden.

In diesem Fall liegt der Anschluß 76 an Masse und Eingangsanschlüsse 77a, 776 und 77c sind an einen Impulsgenerator angeschlossen, der im folgenden beschrieben wird. Die Eingangsanschlüsse 77a, 77b und 77c sind mit Stromverstärkertransistoren 79a, 796, 79c über Integrierschaltungen 78a, 786, 78c verbunden, wobei die Emitter dieser Transistoren jeweils an den Basen der Ausgangstransistoren 58a, 586 bzw. 58c liegen. Um eine Ansteuerung des Motors durch den externen Impuls zu verhindern, sind Dioden 80a, 806, 80c, die an die Integrierschaltungen 78a, 786 und 78c angeschlossen sind, sowie ein Transistor 81 vorgesehen. Liegt der an der Basis des Transistors 81 liegende Anschluß 82 am Anschluß 59 für für die Betriebsspannungszuführung, schaltet der Transistor 81 durch und sperrt die Stromverstärkertransistoren 79a, 796 und 79c Wird der Motor von den externen Impulsen in Drehung versetzt, so stellt er im Prinzip einen herkömmlichen Impulsmotor dar, wobei zur Erregung der Hauptwicklungen 45a. 456 und 45c in Anbetracht der Stufenzahl des Motors und der Dämpfung bei Drehung durch die externen Impulse eine I-2-Phasenerregung angewandt wird. Weiterhin kann der Drehzustand des Motors geändert werden indem man die Anschlüsse 76 und 82 gemeinsam an den Betriebsspannungsanschluß 59 oder Masse legt.

Nachfolgend wird das Anlegen des Impulses an die Eingangsanschlüsse 77a, 776 und 77c beschrieben. Da die Hauptwicklungen 45a. 456 und 45c dreiphasig gewickelt sind, sollten die an die Eingangsanschlüsse 77a. 776. 77c gelegten Impulse gegeneinander um 2 .τ/3 rad phasenverschoben sein. Das Schaltbild der Einrichtung zur Erzeugung der drei Schrittimpulssignale, ist in Fig. 3 dargestellt. Fig.4 zeigt die Wellenformen von Impulsen zur Erläuterung der Funktionsweise des Impulsgenerators nach Fig.3, der zwei JK-Flipflops und drei T-Flipflopschaltungen 83 und 84 bzw. 85 bis87 enthält.

Wenn ein Impuls des Schrittfrequenzssignals A gemäß Fig. 4 am Eingang 88 in Fig. 3 liegt, der mit einer Wählschaltung verbunden ist, so liefern die beiden JK-FF 83 und 84. die einen 1/3-Teiler bilden, die Impulse B^ C und D als (^-Ausgang des zweiten JK-FF 84, C-Ausgang des zweiten JK-FF 84 bzw. (^Ausgang des ersten JK-FF 83. Wenn die Impulse B, Cund Z? jeweils an den Γ-Eingang der T-Flipflopschaltungen 85, 85, 87 gelegt werden, so liegt am Q-Ausgang der ersten T-Flipflopschaltung 85 der Schrittimpuls E (vergl. F i g. 4). Wird der Schrittimpuls E an den Rücksetzanschluß R der zweiten T-Flipflopschaltung 86 über einen als Differenzierschaltung dienenden Kondensator 89 in der Wellenform F gemäß F i g. 4 gelegt, so tritt am (^-Ausgang der zweiten T-FIipflopschaltung 86 der Schrittimpuls G auf. Wird dieser Schrittimpuls G über einen als Differenzierschaltung dienenden Kondensator 90 in der Wellenform H nach Fig.4 an den Rücksetzanschluß R der dritten T-Flipflopschaltung 87 gelegt, so tritt am Ausgang Q der dritten T-Flipflopschaltung der Schrittimpuls /auf. Diese Ausgangsimpulse der T-Flipflopschaltungen 85-87 gehen über die Anschlüsse 91a. 96 und 97c auf die Eingangsanschlüsse 77a. 776 bzw. 77c der F i g. 2. Wie aus den Wellenformen

der Schrittimpulse £", / und G nach F i g. 4 ersichtlich ist sind die Impulse Farn Anschluß 91a, /am Anschluß 91Z und G am Anschluß 91c gegeneinander um 2 π/3 rac phasenverschoben. Werden Impulse mit einem gegen seitigen Phasenabstand 2 jr/3 rad auf die Eingangsan Schlüsse 77a, 776, 77c gegeben, so fließen durch dk Hauptwicklungen 45a, 456, 45c Ströme entsprechenc der Amplitude dieser Impulse. Da zur Erregung dei Hauptwicklungen 45a, 456, 45c eine 1-2-Phasenerre gung angewandt wird, vollführt der Motor für die Bandantriebswelle eine Umdrehung für jeweils 48 ar den Impulsgenerator gelegte Impulse.

Integrierschaltungen 78a, 786, 78c zwischen der Eingangsanschlüssen 77a, 776, 77c und den Basen dei Stromverstärkertransistoren 79a, 796, 79c dienen dazu den an die Eingangsanschlüsse 77a, 776und 77cgelegter Impulsen einen langsamen Anstieg und Abfall zi erteilen, und zwar aus folgendem Grund. Bei einei üblichen kontinuierlichen Drehung des Motors tritt ar den Hauptwicklungen 45a, 456, 45c eine Gegen-EMK auf, die der Drehgeschwindigkeit des Motors proportio nal ist. Hierbei handelt es sich um eine Wechselspan nung. deren Nullpotential die am Anschluß 59 liegende Gleichspannung ist. Andererseits weisen die an die Eingangsanschlüsse 77a, 776, 77c gelegten Impulse eine kurze Anstiegs- und Abfallzeit auf. Werden diese Impuk unmittelbar den Stromverstärkertransistoren 79a, 796 79c zugeführt, so treten über den Hauptwicklungen 45a 456, 45c, deren Impedanz im wesentlichen induktiv ist starke Spannungsspitzen auf, die zum Durchschlager der Ausgangstransistoren 58a, 586, 58c führen können Wird eine Diode zwischen den Kollektor des jeweiliger Ausgangstransistors 58a, 586,58c und den Betriebsspan nungsanschluß 59 geschaltet, um die Ausgangstransisto ren gegen die Spannungsspitzen zu schützen, so lieg: über diesen Dioden die Gegen-EMK und bewirkt einer Stromfluß durch sie derart, daß der Motor nichi kontinuierlich drehen kann. Folglich wird die erwähnte Induktionsspannung dadurch verringert, daß man der Anstieg und Abfall der an die Eingangsanschlüsse 77a 776, 77cgelegten Impulse mittels der Integrierschaltungen 78a, 786, 78c verlängert. Die Tatsache, daß die Ausgangstransistoren 58a, 586, 58c nicht in dei Sättigung betrieben werden, ist einer der Gründe weshalb die induzierte Spannung durch Unterdrückung abrupter Änderungen am Eingang abgesenkt werder kann.

Die Emitterwiderstände 65a, 656 und 65c sind in die Emitterstrecken der Ausgangstransistoren 58a, 586 unc 58c aus folgendem Grund eingefügt. Wird der Motor von den Impulsen des Impulsgenerators in Drehung versetzt, so tritt infolge der Erregung der Hauptwicklungen 45a, 456 und 45c gemäß der 1 -2-Phasenerregung eine Zeitspanne auf, in der Strom jeweils durch zwei Hauptwicklungen 45a und 456;456 und 45c;45cund 45a fließt. Andererseits richtet sich der den Hauptwicklungen 45a, 456 und 45c zugeführte Strom nach der an die Ausgangstransistoren 58a, 586, 58c liegende Spannung und den Emitterwiderständen 65a, 656 und 65c Beim Betrieb des Motors als üblicher bürstenloser GS-Motor liegt eine dreiphasige Differenzschaltung vor, bei der die Emitter der Ausgangstransistoren 58a, 586, 58c anstelle der Emitterwiderstände 65a, 656,65c auf einem gemeinsamen Widerstand gelegt sind. Wenn die Ströme gleichzeitig zu den erwähnten jeweils zwei Hauptwicklungen fließen und die an die Eingangsanschlüsse 77a 776, 77c gelegten Impulsamplituden geringfügig differieren, werden die Ströme zu den beiden Hauptwicklun-

gen erheblich voneinander unterschiedlich sein. Im Extremfall fließt Strom nur zu einer Hauptwicklung, wodurch der Drehwinkel des Motors sich um einen Schritt ändert. Aus diesem Grund weist hier jeder der Ausgangstransistoren 58a, 586, 58c seinen eigenen

Emitterwiderstand 65a, 656, 65c auf. Die Werte der Rückführungswiderstände 66a, 666, 66c werden dabei gegenüber den Emitterwiderständen 65a, 656, 65c groß genug gewählt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Magnetbandgerät mit einem kollektorlosen Gleichstrommotor, der zum gleichförmigen Bewegen des Magnetbandes im Bereich hoher Bandge- > schwindigkeiten eine Bandantriebswelle antreibt und der einen permanentmagr.etischen Läufer, einen Ständer mit Ankerwicklungen und einen Läuferdrehstellungsdetektor aufweist, welcher entsprechend der Läuferdrehstellung nacheinander die in Ankerwicklungen an zugeordnete Stromversorgungseinrichtupgen durch Ansteuerung von deren Schalteingängen auswählt, wobei deren Stromgrößen in Abhängigkeit vom Vergleichssignal der Motordrehzahl mit einem Bezugssignal an einem π Steuereingang steuerbar sind, ferner mit einer Einrichtung zum Bewegen des Magnetbandes entsprechend dem Betrieb eines Schrittmotors in einem Bereich geringer Bandgeschwindigkeit, wobei die niedrigste Bandgeschwindigkeit des Bereiches .?< > hoher Bandgeschwindigkeiten größer als die höchste Bandgeschwindigkeit des Bereiches niedriger Bandgeschwindigkeiten ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum wahlweisen Einsatz des kollektorlosen Gleichstrommotors als Schrittmotor 2^r> eine Einrichtung (Fig. 3, 83 bis 87) zur Erzeugung von Schrittimpulssignalen (F i g. 4, E, G, I)aus einem Schrittfrequenzsignal (A) vorgesehen ist, daß die Schrittimpulssignale (G, H, I) über eine Integrierschaltung (F i g. 2, 78), durch die Anstiegs- und «> Abfallzeit jedes Schrittimpulses verlangsambar ist, den Schalteingängen der Stromversorgungseinrichtungen (Transistor 58) zuführbar sind, wobei von einer Wähleinrichtung (76, 75, 82, 81, 80) der SteUungsdetektor (51 bis 56) von den Schalteingängen abschaltbar und die Integrierschaltung (78) an die Schaiteingänge der Stromversorgungseinrichtungen (Transistor 58) anschaltbar sind.

2. Magnetbandgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Schrittimpulssignalen (E, G, I) ein erstes und ein zweites JK-FIipflop (83, 84) aufweist, wobei die T-Eingänge des ersten und des zweiten JK-Flipflops miteinander verbunden, der (^-Ausgang des ersten JK-Flipflops (83) an den /-Eingang des zweiten JK-Flipflops (84) und der Q-Ausgang des zweiten Flipflops an den /-Eingang des ersten K-Flipflops gelegt sind, eine erste T-Flipflopschaltung (85) mit dem Γ-Eingang am Q-Ausgang des zweiten JK-Flipflops, daß eine erste (89) und eine zweite Differenzierschaltung (90) vorgesehen sind, daß eine zweite T-Flipflopschaltung (86) mit dem Γ-Eingang am (^-Ausgang des zweiten Flipflops und über die erste Differenzierschaltung (89) am Rücksetzanschluß am Q-Ausgang des ersten T-Flipflops und eine dritte T-Flipfiopschaltung (87) mit dem T-Anschluß an den (^-Anschluß des ersten JK-Flipflops und mit dem Rücksetzanschluß über die zweite Differenzierschaltung (90) am (J-Ausgang des zweiten T-Flipflops liegen, wobei das Schrittfrequenzsignal (A) an die gemeinsamen T-Anschlüsse des ersten und des zweiten JK-Flipflops gelegt ist und an den (^-Ausgängen des ersten, des zweiten und des dritten T-Flipflops jeweils Ausgangsimpulse mit einem gegenseitigen Phasenabstand von π/3 rad stehen.