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Antriebseinheit, insbesondere für Magnetplatten
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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, insbesondere für Magnetplatten,
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Spindel-Antriebseinheiten.
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Es werden grundsätzlich drei Arten von Spindel-Antrieben für den Antrieb
von Magnetplatten verwendet. Eine Art dieser Antriebe
weist einen
Wechselstrom-Synchronmotor auf, der durch ein Endlosband und Seilscheiben bzw. Rollen
mit der Spindel gekuppelt ist. Die Verwendung einer Wechselspannung zum Antrieb
des Motors resultiert in einer Unabhängigkeit der Motorgeschwindig keit von der
Frequenz der Spannungs- oder Energiequelle. Wenn es demzufolge erwünscht ist, den
Antrieb mit Quellen verschiedener Frequenz zu betreiben, müssen verschiedene Seilscheiben-
oder Rollenverhältnisse verwendet werden, damit eine vorgegebene Geschwindigkeit
erreicht bzw. beibehalten werden kann. Derartige Antriebseinheiten mit Seilscheiben
tendieren dazu, relativ komplex und aufwendig oder teuer zu werden. Außerdem sind
sie vergleichbar ineffizient und erfordern einen hohen Leistungsverbrauch. Damit
eine derartige Antriebseinheit vergleichbar wirtschaftlich arbeiten kann, werden
bei solchen Antriebseinheiten relativ billige Wechselstrommotoren verwendet; infolgedessen
sind diese Motoren bezüglich der Glättung der bei solchen Motoren auftretenden Drehmomentwelligkeit
von dem Trägheitsmoment des Bandantriebssystems abhängig, da diese Motoren eine
begrenzte Zahl an Magnetpolen aufweisen.
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Bei der zweiten Art der Antriebseinheiten wird die Spindel direkt
durch einen üblichen Gleichstrommotor angetrieben, dessen Geschwindigkeit durch
das Ausgangssignal eines Tachometers geregelt wird, wobei der Ausgang des Tachometers
mit dem Motor in einem Servokreis geschaltet ist. Während diese Anordnung das Erfordernis
an Endlosbändern und Riemenscheiben vermeidet, bestehen andere Probleme. Insbesondere
die Kommutierung oder das bei derartigen Gleichstrommotoren auftretende Bürstengeräusch
kann bei einem Betrieb des gesamten Daten-Ruckgewinnungssystems mit hoher Leistung
zu Schwierigkeiten führen, wobei dieser Motor Bestandteil des Daten-Ruckgewinnungs
systems
ist. Außerdem erfordert diese Antriebsart eine häufige Wartung, insbesondere den
Ersatz der Motorbürsten. Während solche direkten Antriebseinheiten die Kosten von
Endlosböndernund Riemenscheiben nicht mit sich bringen, erfordern sie jedoch einen
Tachometer, der relativ teuer ist, so daß die gesamte Einheit hohe Kosten verursacht.
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Die dritte Art einer Spindel-Antriebseinheit, die in derartigen Systemen
verwendet wird, benutzt einen durch einen Servomechanismus angetriebenen Gleichstrommotor,
der durch einen Riemenscheibenantrieb mit der Spindel verbunden ist. Eine derartige
Antriebseinheit hat somit die Nachteile der beiden vorstehend beschriebenen Systeme.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit zu
schaffen, die einen relativ hohen Wirkungsgrad hat. Die Antriebseinheit soll sich
insbesondere zum Antrieb eines Aufzeichnungsglieds eignen. Außerdem soll die Antriebseinheit
ein relativ konstantes Ausgangsdrehmoment haben, wobei die lang- und kurzzeitigen
Geschwindigkeitsänderungen vergleichbar gering sein sollen. Die Geschwindigkeit
der Antriebseinheit soll ferner unabhängig von der Frequenz der Speisequelle. sein.
Außerdem soll der Spindelantrieb vergleichbar geringe Wartungsmaßnahmen erfordern.
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Der erfindungsgemäße Spindelantrieb hat vorteilhafterweise eine geringe
Geräuschentwicklung, so daß er den Betrieb des Daten-Ruckgewinnungssystems insgesamt
nicht beeinträchtigt. Die Herstellung der Antriebseinheit ist mit relativ niedrigen
Kosten möglich und die Wartungserfordernisse sind ebenfalls relativ gering. Insgesamt
hat die Antriebseinheit eine lange Lebensdauer
mit großem Wirkungsgrad.
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Die erfindungsgemäße Spindel-Antriebseinheit bildet ein direktes Antriebssystem,
wobei die Spindel direkt mit dem Antriebsmotor in Verbindung steht, so daß das Erfordernis
an Endlosbändern und Treibrädern bzw. Riemenscheiben mit den dadurch hervorgerufenen
Kosten und der Komplexität nicht besteht. Der Motor selbst ist ein bipolarer bürstenloser,
dreiphasiger Gleichstrommotor mit von innen nach außen gehender Anordnung. Dies
bedeutet, daß ein stationärer, mittig angeordneter Stator direkt in dem Maschinenrahmen
befestigt ist. Dadurch erreicht der Motor eine außergewöhnlich gute Stabilität und
gewährleistet auch, daß jede im Motor in Form von Wärme abgegebene Energie unmittelbar
vom Maschinenrahmen weggeführt wird, wodurch die Lebensdauer des Motors erhöht wird.
Der Rotor umgibt den Stator und ist derart von der Antriebsspindel entfernt angeordnet
bzw. gelagert, daß durch die Spindellagerungen die Beibehaltung der Kolinearitut
gegenüber dem Stator gewährleistet ist, was außerdem in einer weiteren Kosteneinsparung
resultiert.
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Der Einsatz eines bürstenlosen Gleichstrommotors anstelle eines Wechselstrommotors
oder eines konventionellen Gleichsirommotors vermeidet die Nachteile eines zu hohen
Leistungsverbrauches sowie die Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der Frequenz,
wie sie bei den bereits erläuterten, bekannten Motoren vorliegt, sowie Probleme
bezUglich des Ersatzes der Bürsten, Probleme bezüglich des Geräusches und der Kosten,
die bei dem bekannten Motor aufieten. Mit dem erfindungsgemäßen Motor, der mit einer
von innen nach außen konzipierten Anordnung Ig vorgesehen ist, läßt sich ein hoher
Wirkungsgrad erreichen, beispielsweise ein Wirkungsgrad von 60 % bei 360 Umdrehungen/Minute.
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Niedrige Kosten lassen sich ohne Beeinträchtigung der Stabilität und
der Leistung des gesamten Antriebssystems nicht nur deswegen erreichen, weil ein
direkter Motorantrieb verwendet wird, sondern auch deswegen, weil eine neue Geschwindigkeitssteuerungsanordnung
verwendet wird, die eine geätzte Kommutator-Scheibe benutzt, welche als integraler
Bestandteil zum Rotor vorgesehen ist und die optische Sensoren aufweist, die eine
Information bezüglich der Geschwindigkeit und der absoluten Stellung abgeben. Diese
Anordnung, die mit einfachen Servo- und Kommutierungsschaltungen gekoppelt ist,
ergibt eine Antriebseinheit mit einem sehr gleichmäßigen Drehmoment; die vorliegenden
Geschwindigkeitsönderungen liegen bei 0,4 So und die Zeitdauer dieser Anderung ist
kleiner als + Die Erfindung schafft somit eine Antriebseinheit,insbesondere für
Plattenantriebe bzw. Magnetplatten, wobei ein Gleichstrommotor mit von innen nach
außen konzipierter Anordnung vorgesehen ist, dessen Stator mittig angeordnet und
direkt dem Chassis befestigt ist. Der Motor weist einen rohrförmigen Rotor auf,
der den Stator umgibt und der in koaxialer Weise zum Stator durch die drehfähige
Plattenantriebsspindel gelagert ist. Eine zeitgebende und Kommutier-Scheibe ist
direkt an dem Rotor befestigt und bewirkt zusammen mit der Geschwindigkeitssteuerung
und dem Kommutierungsnetzwerk die Beibehaltung einer gleichförmigen Geschwindigkeit.
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Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Antriebseinheit anhand von Zeichnungen zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Antriebseinheit, Fig.
2 eine Ansicht der Antriebseinheit, wobei Teile weggebrochen sind, Fig. 3 eine Schnittansicht
entlang der Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 eine schematische Darstellung der elektrischen
Teile der Antriebseinheit nach Fig. 1 und Fig. 5A bis 51 Diagramme von Wellenformen,
die an Teilen der in Fig. 4 gezeigten Schaltung erzeugt werden und zur Erläuterung
der Arbeitsweise der Antriebseinheit dienen.
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Gemäß den Fig. 2 und 3 sind Teile der Antriebseinheit auf einem Metall-Gußgehäuse
8 angeordnet. Die Antriebseinheit weist einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor
auf, der vier Pole und eine delta-förmige Wicklung hat; der Gleichstrommotor ist
mit 10 bezeichnet. Der Gleichstrommotor hat einen von innen nach außen konzipierten
Aufbay d.h. er weist einen mittig angeordneten Stator 12 auf, der aus einer radialen
Anordnung von Statorsegmenten 12a besteht, die von den Drähten W umgeben sind. Der
Stator 12 steht in direkter Anordnung mit einem um ihn herum verlaufenden, abstehenden
Halsabschnitt 8a, der auf solche Weise an dem Gehäuse oder Chassis 8 ausgebildet
ist, daß das Gehäuse als wärmesenke wirkt, die unverzuglich Wärme vom Motor ableitet,
bevor die Wärme die Stabilität oder die erwartete Lebensdauer des Motors beeinträchtigt.
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Ein Rotor 14 hat im wesentlichen zylindrische, napfförmige Gestalt
und umgibt den Stator 12. Der Rotor 14 hat vier identisch ausgebildete
bogenförmige
thgnetsegmente 16, die gleichmäßig um seinen inneren Umfang verteilt sind. Das untere
Ende einer Spindel oder Welle 18 ist an dem Mittelpunkt der Bodenwand 14a des Rotors
durch einen Satz von Schrauben 22 oder andere geeignete Mittel befestigt. Die Spindel
18 erstreckt sich durch den Halsabschnitt 8a im Gehäuse 8 hindurch nach oben und
wird durch Lager 24 drehfähig gelagert, die mit Preßsitz in die gegenüberliegenden
Enden des Halsabschnitts 8a eingesetzt sind.
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Bei der dargestellten Anordnung sind der Rotor 14 und die Spindel
18 jeweils drehfähig aufgrund der gleichen Lager 24 gelagert, wodurch sich eine
beträchtliche Kostenersparnis ergibt. Das obere Ende der Spindel 18 endet in einer
Nabe 18a, die so angeordnet ist, daß sie in die mittige Öffnung einer nicht dargestellten
Magnetplatte hineinreicht, die auf dem Gehäuse 8 positioniert ist. Da die Spindel
vom Motor direkt angetrieben wird, besteht keine Notwendigkeit-für die Anordnung
von Antriebsriemenscheiben und Endlosbändern, wodurch die Kosten weiter reduziert
sind.
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Aus den Fig. 1 und 3 geht hervor, daß eine einzige Codierscheibe 36
zur Drehung mit dem Rotor 14 angeordnet ist. Die Codierscheibe 36 ist mit Ausnahme
einer kreisförmigen Anordnung transparenter Schlitzeioder Öffnungen lichtundurchlässig,
wobei die Schlitze oder Öffnungen um den Umfang der Codierscheibe 36 herum verteilt
sind und eine Spur fUr einen Tachometer bilden.
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Eine optische Sensoreinrichtung 42 ist neben der Codierscheibe 36
vorgesehen. Die Sensoreinrichtung 42 enthält eine Lichtquelle 42a, beispielsweise
eine lichtemitierende Diode, sowie einen Licht-Sensor 42b, beispielsweise einen
Fototransistor. Die Lichtquelle und der Lichtsensor sind an einander gegenüberliegenden
Seiten zur Codierscheibe 36 angeordnet, so daß die Sensoreinrichtung eine Kette
von Taktsignalen erzeugt, welche den Vorbeigang der
Schlitze 38
an der Sensoreinrichtung 42 wiederspiegeln, da der Rotor 14 und die Codierscheibe
36 gegenüber der Sensoreinrichtung 42 gedreht werden.
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Die Codierscheibe 36 weist außerdem ein Paar von diametral einander
gegenüberliegenden radialen Verlängerungen oder Flügel 46a, 46b auf. Diese Flügel
sind lichtundurchlässig und bedecken einen 900-Sektor am Umfang der Codierscheibe.
Neben der Codierscheibe 36 sind drei optische Sensoreinrichtungen 52a, 52b und 52c
angeordnet.
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Diese Sensoreinrichtungen sind mit Ausnahme der Tatsache der Sensoreinrichtung
42 ähnlich, daß sie gegenüber den Flügeln 46a, 46b anstelle den Schlitzen 38 ausgerichtet
sind. Die drei Sensoreinrichtungen 52a, 52b und 52c sind ebenfalls gleichmäßig Uber
einen 600-Sektor der Kurvenscheibe 36 verteilt. Die Sensoreinrichtungen 52a und
52c sind somit um 300 gegenüber der Sensoreinrichtung 52b, und zwar an den einander
gegenüberliegenden Seiten letzterer Sensoreinrichtung angeordnet, wie aus Fig. 1
ersichtlich ist.
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Jede Sensoreinrichtung liefert ein Ausgangssignal nur dann, wenn der
Flügel 46a oder der Flügel 46b gegenüber der betreffenden Sensoreinrichtung liegt.
Da der Rotor 14 und die Codierscheibe 36 sich drehen, erzeugen die drei Sensoreinrichtungen
52a - 52c drei rechteckwellige Positionssignale, wobei die Impulse der Signale 0
einen Phasenunterschied von 30 haben.
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Gemäß Fig. 1 wird der Rotor 10 durch ein Servosystem gesteuert, welches
ein Geschwindigkeitssteuernetzwerk 54 enthält, das die Geschwindigkeitssignale von
der Sensoreinrichtung 42 empfängt; außerdem ist ein Kommutator-Netzwerk 55 vorgesehen,
das auf die Positionssignale der Sensoreinrichtungen 52a - 52c derart anspricht,
daß der Motor entsprechend gesteuert wird.
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Das Netzwerk 54 weist ein Differenzierglied 56 auf, das das Ausgangssignal
des durch einen Transistor gebildeten Lichtsensors 42 empfängt und dieses Signal
differenziert, um Geschwindigkeitsfehler auf Grund von Änderungen der Breite der
Schlitze 38 auf ein Minimum zu reduzieren. Das Ausgangssignal des Differenzierglieds
56 wird an einen Univibrator 58 angelegt, welcher das Signal auf der Transistor-Transistor-Logik
entsprechende Werte umwandelt, wonach dieses Signal an einen Phasendetektor angelegt
wird. Der Phasendetektor 62 vergleicht das Signal mit einem festen Signal eines
Referenz-Oszillators 64, welches mit der Transistor-Transistor-Logik (TTL) entsprechenden
Werten über einen Univibrator 66 angelegt wird.
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Der Ausgang des Phasendetektors 62 liefert ein Fehlersignal, welches
die Frequenzdifferenz zwischen den Signalen der Sensoreinrichtung 42 und dem Oszillator
64 wiedergibt. Das Fehlersignal wird über ein Tiefpaßfilter 65 an eine Verstörker-und
Kompensationsschaltung 67 angelegt, die zur Stabilisierung der Servoeinheit vorgesehen
ist. Daraufhin wird das Fehlersignal einem Leistungsverstärker 68 zugeführt, der
den Steuerstrom Uber das Kommutatornetzwerk 55 an den Stator 12 anlegt. Das Kommutatornetzwerk
55 schaltet den Steuer- oder Antriebsstrom zwischen den StatorwickJ#ngen, so daß
ein Drehmagnetfeld im Motor 10 erzeugt wird, dessen Richtung durch die Positionssignale
der Sensoreinrichtungen 52a - 52c festgelegt wird. Das Kommutatornetzwerk 55 legt
außerdem ein stromerfassendes Signal an den Leistungsverstärker 68 an, um den Strom
zu begrenzen, wie dies nachstehend noch beschrieben wird, Gemäß Fig. 4 ist das Kommutatornetzwerk
55 für einen Motor 10 ausgelegt, der einen dreiphasigen, vierpoligen bürstenlosen
Gleichstrommotor
mit deltaförmiger Wicklung bildet, so daß eine
bipolare dreiphasige Anordnung vorliegt. Das Kommutatornetzwerk 55 kann natürlich
auch so abgewandelt werden, daß es an jede andere Motorkonzeption abgestimmt ist.
Das Kommutatormit netzwerk 55 enthalt drei Kanäle, die 82, 83 und 84 angegeben sind,
welche die Ausgangssignale jeweils einer zugeordneten Sensoreinrichtung 52a bzw.
52b bzw. 52c empfangen. Diese Kanäle 82 - 84 haben jeweils gleichen Aufbau; im Folgenden
wird nur der Kanal 82 im Detail beschrieben. Aus der Figur ist ersichtlich, daß
die Sensoreinrichtung jedes Kanals eine lichtemI#tierende Diode 85a enthält, die
zwischen Masse und über einen Widerstand 86 an eine positive Spannungsquelle V2
angeschlossen ist. Die Sensoreinrichtung enthält ferner einen Fototransistor 85b,
dessen Kollektor an die Spannungsquelle V2 angeschlossen ist, während sein Emitter
über einen Widerstand 87 an Masse geschaltet ist. Der Fototransistor 85b ist vorgesehen,
um das von der lichtemittierenden Diode 85a abgegebene Licht zu erfassen, wenn kein
FlUgel 46a oder 46b zwischen der Diode und dem Fototransistor liegt. Der Ausgang
des Fototransistors 85b des Kanals 82 ist widerstandsmäßig mit einem Paar von Invertern
88, 89 gekoppelt, wobei diese Inverter in Serie geschaltet sind. Der Ausgang des
Inverters 89 ist über einen Widerstand 92 zum Eingang des Inverters 88 rückgekoppelt,
wodurch eine positive Rückkoppelung geschaffen ist, so daß der Ausgang des Inverters
88 ein Rechteckwellensignal A bildet, das zwischen zwei konstanten Werten bei jeder
900-Drehung der Codierscheibe 36 umschaltet. Das Signal A ist in Fig. 5A gezeigt.
Andererseits erzeugt der Inverter 89 ein Rechteckwellensignal Ä, welches gegenüber
dem Signal A invertiert ist. Dies bedeutet, daß das Signal Ä gegenüber dem Signal
A um eine Phase von 1800 verschoben ist.
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Der Kanal 83 ist dem Kanal 82 insoweit identisch, daß er ein Paar
von Invertern 88, 89 enthält, die auf das Ausgangssignal der Sensoreinrichtung 52b
ansprechen, um ein Paar von invertierten Rechteckwellensignalen B und B erzeugen;
letztere Signale sind in Fig. 5B gezeigt In gleicher Weise liefert der Kanal 84
abhängig vom Ausgang der Sensoreinheit 52c ein Paar zueinander invertierter Rechteckwellensignale
C und C, die in Fig 5C gezeigt sind. Aus letzteren Rechteckwellensig nalen gemäß
den Fig. 5A - 5C ist ersichtlich, daß diese Signale 0 A, B und C gegeneinander um
30 phasenverschoben sind.
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Jeder Kanal 82, 83 und 84 enthält ferner ein UND-Glied 94 und ein
NAND-Glied 96. Die Ausgänge der Inverter 88 und 89 werden in sechs unterschiedlichen
Kombinationen an die UND-und NAND-Glieder in diesen drei Kanälen angelegt, wodurch
die erforderlichen logischen Signale zur Steuerung des Motors erzeugt werden. Im
Kanal 82 werden Signale A und B an das UND-Glied 94angelegt, während Signale B und
z an das NAND-Glied 96 angelegt werden. Im Kanal 83 werden Signale A und C an das
UND-Glied 94 angelegt, während Signale A und C an das NAND-Glied 96 angelegt werden.
Im Kanal 84 werden schließlich die Signale B und C dem UND-Glied zugeführt, während
die Signale U und c an das NAND-Glied 96 angelegt werden.
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Jeder Kanal enthält ein Paar identischer Transistor-Leistungsschalter,
welche die Ausgangssignale der UND- und NS<D-Glieder 94 und 96 in diesem jeweiligen
Kanal empfangen. Der Kanal 82 enthält einen Schalter D, der das Ausgangssignal des
UND-Glieds 94 empfängt, sowie einen Schalter D', der das Ausgangssignal des NAND-Glieds
96 empfängt. In ähnlicher Weise werden im Kanal 83
der Ausgang
des Glieds 94 bzw. 96 an einen Schalter E bzw. E' angelegt. Im Kanal 84 werden die
Ausgänge des UND-Glieds 94 bzw. des NAND-Glieds 96 an einen Schalter F bzw. F' angelegt.
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Da diese Schalter einander identisch sind, werden im Folgenden nur
die Schalter D und D' des Kanals 82 erläutert.
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Das Signal des UND-Glieds 94 im Kanal 82 wird durch einen Inverter
102 invertiert und über einen Widerstand 104 an die Basis eines Transistors 106
angelegt, der mit einem zweiten Transistor 108 eine Darlington-Schaltung ergibt,
die eine hohe Eingangsimpedanz und eine relativ niedrige Ausgangsimpedanz aufweist.
Der Emitter des Transistors 108 ist an den Ausgang einer Speisequelle 68 und über
einen Vorspannungs-Widerstand 109 an die Basis des Transistors 106 angeschlossen.
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Die Kollektoren der beiden Transistoren 106, 108 sind an den Anschluß
D des deltaförmig gewickelten Stators 12 angeschlossen, wie aus Fig. 4 hervorgeht.
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Der Schalter D' enthält einen Inverter 112, der das Ausgangssignal
des NAND-Glieds 96 im Kanal 82 invertiert und es an die Basis eines Transistors
114 anlegt, der zusammen mit einem zweiten Transistor 116 eine Darlington-Schaltung
ergibt. Der Ausgang des Inverters 112 ist über einen Widerstand 118 außerdem mit
der positiven Spannungsquelle V2 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 114,
116 sind mit dem Stator-Anschluß D verbunden, während der Emitter des Transistors
116 über einen Widerstand 122 einerseits an Masse und über einen Vorspannungs-Widerstand
124 andererseits an die Basis des Transistors 114 geschaltet ist. Der Stator-Anschluß
D liegt über eine Diode 123 an Masse und über eine Diode 126 an einer Spannungsquelle
V1 an.
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Wenn gemäß den Fig. 1 und 4 die invertierten Signale A und B auf dem
hohen Pegel liegen, erzeugt im Kanal 82 das UND-Glied 94 einen Ausga ng, der invertiert
und an die Transistoren 106, 108 der im Schalter D befindlichen Darlington-Schaltung
angelegt wird, so daß diese Transistoren leiten und Energie vom Leistungsverstärker
68 und dessen Spannungsquelle V1 an den Anschluß D des Stators 12 geführt wird.
Liegen die-Signale à und g auf einem hohen Pegel, dann ergibt sich am Ausgang des
NAND-Glieds 96 ein niedriges Signal, so daß der Ausgang des Inverters 112 einen
hohen Wert annimmt und die Transistoren 114, 116 des im Schalter D' vorgesehenen
Darlington-Paares leitend werden, infolgedessen der Stator-Anschluß D über den Transistor
116 und den Widerstand 122 an tasse gelegt wird.
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Auf gleiche Weise sprechen die Glieder 94 und 96 im Kanal 83 auf Signale
Ä und C sowie A und C an, um die Schalter F und zu zusteuern, damit wechselweise
der Statoranschluß F mit dem Leistungsverstärker 68 bzw. Masse verbunden wird. Auf
ähnliche Weise sprechen die Glieder 94 und 96 des Kanals 94 auf Signale B und C
bzw. Bund C an, so daß die Schalter E und E' derart gesteuert werden, daß der Statoranschluß
E an den Ausgang des Leistungsverstärkers 68 oder an Masse angelegt wird.
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Die drei Kanäle 82, 83 und 84 arbeiten zusammen, so daß im Stator
12 ein Drehmagnetfeld hervorgerufen wird.
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In Fig. 4 sind durch Pfeile 1 - 6 die Richtungen der Ströme in den
drei Statorwicklungen während der Zeitintervalle T1 -T6, entsprechend einer Hälfte
einer Umdrehung des Motors, dargestellt. Die Fig.5A bis 5C zeigen jeweils das Verhältnis
zwischen
den Positionssignalen A - C, die von den Sensoreinrichtungen 52a - 52c erzeugt werden,
während der Zeitintervalle T1 - T6. Obgleich die Positionssignale A bis C nicht
dargestellt sind, ist ersichtlich, daß sie die entsprechenden invertierten Gegenstücke
der Signale A bis C bilden.
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Die Fig. 5D bis 51 zeigen die decodierte Leistungsschaltfolge für
die Schalter D, E, F und D', E' und F', wenn eine Drehung des Motors im Gegenuhrzeigersinn
vorausgesetzt wird. Diese Figuren zeigen somit, daß die Schalter D, E, F und D',
E' und F' beim Schließen während der Intervalle T1 bis T6 die entsprechend gerichteten
Ströme im Stator 12 nach Fig. 4 erzeugen.
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Beispielsweise liegt während des Zeitintervalls T1 die Wellenform
F auf einem hohen Pegel, was anzeigt, daß der Schalter F geschlossen ist, so daß
die Antriebsleistung vom Verstärker 68 (Fig. 6) an den Anschluß F des Stators angelegt
wird. Während der gleichen Zeitperiode liegt die Wellen form D' auf einem hohen
Wert, so daß der Schalter Dl geschlossen ist und der Statoranschluß D über den Transistor
116 des Kanals 82 und den Widerstand 122 an Masse liegt. Demzufolge fließt ein Strom
durch die Statorwicklung zwischen den Anschlüssen F und D in der durch den Pfeil
1 gezeigten Richtung.
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Während des nächsten Zeitintervalls T2 ist, wie aus Fig. 5G ersichtlich,
der Schalter F weiterhin geschlossen, so daß der Statoranschluß F weiterhin Leistung
vom Verstärker 68 empfängt. Wenn nunmehr gemäß Fig. 5E der Schalter E' geschlossen
wird, so daß der Statoranschluß E über diesen Schalter und den Widerstand 122 an
Masse gelegt wird, dann fließt ein Strom zwischen den Anschlüssen F und E in derjenigen
Richtung,
die durch den Pfeil 2 in Fig. 4 veranschaulicht wird.
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Der gleiche Prozeß ergibt sich im Zeitintervall T6, wobei die verschiedenen
Schalter D, E, F und D', E', F' ein- und ausgeschaltet werden, was durch die betreffenden
Wellenformen dargestellt ist. Am Ende des Zeitintervalls T6, welches einer Hälfte
einer Motorumdrehung entspricht, wiederholen sich die Signal-wellenformen. Da jedes
Zeitintervall T einer 300-Motordrehung entspricht, ist aus den Fig. 5D bis 51 ersichtlich,
daß jeder Schalter über einen Bereich von 600 während jeder 0 Drehung von 180 des
rotors geschlossen ist.
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Im Folgenden wird Bezug genommen auf die Fig. 1 und 4; die Antriebsleistung,
die vom Verstärker 68 zum Kommutatornetzwerk 55 geführt wird, wird in Übereinstimmung
mit dem Geschwindigkeitsfehlersignal des Geschwindigkeitssteuernetzwerks 54 moduliert.
Insbesondere wird das Fehlersignal der Versta#rkungs- und Kompensationsschaltung
67 über den Widerstand 122 an die Basis eines Transistors 129 angelegt. Der Emitter
des Transistors 129 liegt über einen Widerstand 127 an Masse und über einen zweiten
Widerstand 128 an den Kollektoren zweier Transistoren 132 und 134 an, die als Darlington-Schaltung
geschaltet sind. Der Kollektor des Transistors 129 ist über einen Widerstand 136
an die Basis des Transistors 132 und über einen zweiten Serienwiderstand 138 an
den Emitter des Transistors 134 angeschlossen, der auch mit der Spannungsquelle
V1 in Verbindung steht.
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Wenn das Fehlersignal, welches von der Schaltung 67 an die Basis des
Transistors 129 angelegt wird, abnimmt,wodurch angezeigt wird, daß die Geschwindigkeit
des Motors zu hoch liegt, dann gelangt der Transistor 129 schneller in den Leitzustand,
so daß das Potential an der Basis des Transistors 132 erhöht wird, infolgedessen
dieser Transistor und der zugeordnete Transistor 134 in den Leitzustand geschaltet
werden, so daß ein kleinerer Strom Uber das Kommutatornetzwerk 25 an den Stator
12 gelegt wird, wodurch der Motor verlangsamt wird.
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Wenn dagegen das Geschwindigkeitsfehlersignal zunimmt, wird mehr Leistung
zu den Statorwicklungen geführt, um eine Kompensation herbeizufUhren und die Motorgeschwindigkeit
entsprechend zu erhöhen.
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Um die Möglichkeiten einer Beschädigung der Kommutatorschalter D bis
F und D'bis F' sowie der Leistungsverstärker- und Steuertransistoren 132, 134 auf
ein Minimum zu reduzieren, ist eine Strom-Sensorschaltung vorgesehen, die den Strom
durch diese Elemente begrenzt. Der Leistungsverstärker 68 weist beispielsauf weise
einen Transistor 152, dessen Emitter an Masse geschaltet ist und dessen Kollektor
mit der Basis des Transistors 129 in Verbindung steht. Die Basis des Transistors
152 liegt Uber einen Widerstand 154 an Masse und steht außerdem mit dem Emitter
von Transistoren 116 in jedem der Schalter D', E' und F' in Verbindung. Normalerweise
ist der Transistor 152 gesperrt. Wenn jedoch der Strom durch die Kommutator-Transistoren
einen vorbestimmten Wert überschreitet, erhöht sich die Spannung an der Basis des
Transistors 152 ausreichend, so daß dieser Transistor leitend wird. Die Spannung
an der Basis des Transistors 129 wird somit daran gehindert, sich zu erhöhen, da
der Strom durch die
Steuer- oder Treibertransistoren 132, 134 und
die Schalter des Netzwerks 55 begrenzt wird.
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Da sich der Rotor 14 des Gleichstrommotors weiterhin dreht, steuern
die Positionen der Flügel 46a und 46b im Hinblick auf die Sensoreinrichtungen 52a
bis 52c das Kommutatornetzwerk 55, so daß die Steuerleistung vom Leistungsverstärker
68 derart zu den Statorwicklungen gekoppelt wird, daß ein Drehmagnetfeld hervorgerufen
wird, welches den Rotor 14 drehen läßt. Da der Motor mit einer Gleichstromleistung
betrieben wird, ist seine Geschwindigkeit nicht von der Frequenz abhängig. Da außerdem
das Kommutatornetzwerk 55 anstelle der Bürsten verwendet wird, zeichnet sich der
Gleichstrommotor durch geringes Geräusch, niedrige Kosten und selten erforderliche
Wartungsmaßnahmen aus. Eine exakte Regelung der Geschwindigkeit des Rotors 14 wird
durch Verwendung des Geschwindigkeitssteuernetzwerkes 54 erreicht, welches auf die
von der taktgebenden Spur 36 erzeugten Signale anspricht, um die Höhe des an die
Motorwicklungen angelegten Steuerstromes zu regeln.
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Der Antriebsmotor ist darüber hinaus über lange und kurze Zeiträume
wegen seiner von innen nach außen gehenden Konzipierung sehr stabil, infolgedessen
der in der Mitte angeordnete Stator direkt am Motorgehäuse angeordnet bzw. befestigt
werden kann, das jede im Motor entwickelte Wärme unverzüglich wegführt, bevor sie
den Motor nachteilig beeinflussen kann. Die erwähnte von innen nach außen gehende
Konzipierung des Motors bewirkt auch eine wesentliche Kostenreduzierung dahingehend,
daß der Rotor des Motors die gleichen Lager benutzt wie die die Magentplatte antreibende
Spindel, so daß deren lEolinearität gegenüber dem Stator beibehalten wird.