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Antriebsanordnung für ein Informationsspeicherlaufwerk
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insbesondere für einen Plattenspieler
Antriebsanordnung
für ein Informations speicherlaufwerk, insbesondere für einen Plattenspieler Die
Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Informationsspeicherlaufwerk,
insbesondere einen Plattenspieler, mit einem Gleichstrommotor, der zum insbesondere
Direktantrieb eines Informationsträgers dient und einem mit dem Gleichstrommotor
umlaufenden Drehwinkelgeber, dessen Signale mit Hilfe eines Referenzvergleichs zur
Drehzahlregelung des Gleichstrommotors verwendet werden Es sind Antriebsanordnungen
für Schallspeicher-Laufwerke bekannt, bei denen mit Hilt e eines Gebers und einer
elektronischen Auswerteschaltung durch R eferenzvergl eich der Antriebsmotor der
Antriebsanordnung, insbesondere ein Gleichstrommotor, angetrieben wird. Der Geber
ist beispielsweise als inkrementaler Drehwinkelgeber ausgebildet. Hierfür eignet
sich eine Glasscheibe mit hochpräziser Teilung mit Lichtschranke oder eine präzise
Umwälzfräsung oder ein phonisches Rad.
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Die Kommutation wird beim Antriebsmotor, insbesondere Gleichstrommotor,
entweder durch Hall elemente, durch HF-Steuerung oder ähnliches übernommen. Dabei
ist die Erzeugung des Istwertsignals, welches für den Referenzvergleich vom Tachogenerator
erzeugt wird, von der Kommutierung getrennt. Dabei ist die Lage der Kommutierungselemente
in Bezug auf die Statorwicklungen von großer Bedeutung. Die Genauigkeit der Positionierung
der Kommutierungselemente hat einen entscheidenden Einfluß auf die Rundlaufgenauigkeit
und damit auf die Vibrationseigenschaften des Motors. Beispielsweise für Schallspeicher-Laufwerke,
insbesondere Plattenspieler, ist eine niedrige Vibrationseigenschaft unabdingbar.
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Es ist zwar bei bekannten Antriebsanordnungen ohne weiteres möglich,
den Antrieb in relativ kurzer Zeit zu beschleunigen, jedoch erfordert das rasche
Abbremsen einen zusätzlichen Aufwand, zum einen auf der elektronischen Seite und
zum anderen auch auf der mechanischen Seite. Es muß nämlich auch während des Stillstands
des Schallspeieher-Laufwerks eine gewisse Ruhebremsung vorhanden sein, um zu verhindern,
daß sich eine eingestellte Startstellung verschiebt.
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Bei bekannten Antriebsanordnungen, beispielsweise beim EMT 950, verwendet
man daher eine Kombination von elektrischer und mechanischer Bremse, wobei die elektrische
Bremse zur negativen Beschleunigung dient und die mechanische Bremse zum Festhalten
während der Stoppzeit ausgenützt wird. Die elektrische Bremssteuerung wird bei diesem
Laufwerk aus der vorhandenen Möglichkeit des Rückwärtsdrehens des Plattentellers
gewonnen. Die Länge der Bremszeit wird durch Messung der Tachogeschwindigkeit bestimmt.
Beim Erreichen der Geschwindigkeit Null wird die elektrische Bremse abgeschaltet.
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Insofern sind bei bekannten Antriebsanordnungen zur mechanischen Justierung
zwischen den Kommutationselementen und den Motorwicklungen einerseits sowie zur
Definierung eines sauberen Bremsvorgangs andererseits ein relativ hoher Aufwand
notwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Antriebsanordnung der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei der der Aufwand zur Gewinnung der Kommutationsinformation
verringert ist und bei der insbesondere Kommutationselemente herkömmlicher Art überflüssig
sind.
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Diese Aufgabe wird bei einer Antriebsanordnung der eingangs genannten
Art erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß zur Gewinnung der Kommutierungsinformation
ein Mikroprozessor, dessen Recheneinheit mit Hilfe eines synchron zum digitalen
Drehwinkelgeber umlaufenden und bei einer
relativen Grundstellung
zum Rotor des Gleichstrommotors beginnenden Zyklus einen nach einer Sinus/Kosinus-Kennlinie
programmierten gespeicherten Satz (ROM-Satz) abfragt, eine Sinus/Kosinus-Funktion
für die Ansteuerung des Motors abgibt.
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Die erwähnte relative Grundstellung zwischen Zyklus und Position des
Rotors wird in vorteilhafter Weise bei der Erfindung durch einen Positionierungsvorgang,
beispielsweise mittels eines freilaufenden Tachogenerators, anstelle des digitalen
Drehwinkelgebers in einem einmaligen Setzzyklus nach dem Einschalten erzwungen.
Der in diesem Betriebszustand frei drehbare Rotor stellt sich dabei in eine durch
die Strangströme, bzw. das aus ihnen resultierende Statorfeld, vorgegebene Stellung
ein und definiert damit eine relative Grundstellung zwischen Stator und Rotor.
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Insofern kann man bei der Erfindung mit Hilfe eines Mikroprozessors
die Kommititionsinformation direkt aus dem digitalen Drehwinkelgeber gewinnen. Dabei
werden die Kommutationselemente des Antriebsmotors mit der bisher erforderlichen
mechanischen Präzision in der Re lativeins te llung zum Stator überflüssig.
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Zudem gewinnt man bei der Steuerung durch einen Mikroprozessor gleichzeitig
eine Lösung der Probleme beim Abbremsvorgang und beim Festhaltevorgang in der Stopp-Phase.
Ferner ist auch ein Rückwärtsdrehen möglich.
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Das Einhalten der gewünschten Drehzahl durch Soll/Istwert-Vergleich
und das entsprechende Nachsteuern der Leistungsverstärker läßt sich unter Umgehung
der bisher erforderlichen Steuerlogik direkt durch den Mikroprovessor durchführen.
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Ein automatisches Setzen von Cue-Marken bzw. ein automatisches Ausrechnen
von Hochlaufzeiten als Funktion der gewählten Geschwindigkeit ist ebenfalls möglich.
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Ferner ist es - beispielsweise im Zusammenhang mit einer rechnergestützten
lledienungshilfe für den Rundfunk - möglich, mit Hilfe des Mikroprozessors eine
definierbare Vorharzeit einzustellen, nach der das Laufwerk automatisch auf seinen
Cuepunkt wieder zurückkehrt.
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Unter Umständen läßt sich sogar ein "Intelligentes Interface" mit
Hilfe des gleichen Mikroprozessors realisieren. Damit kann der Mikroprozessor zusätzlich
die Aufgaben des Interface zwischen externen und internen Kommandosignalen und der
Antriebs anordnung sowie die Koordination aller maschineninternen Funktionen übernehmen.
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Im folgenden werden noch vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
beschrieben. Zur Zuordnung des Zyklus zur relativen Grundstellung zwischen Stator
und Rotor des Gleichstrommotors, insbesondere für den Beginn des Zyklus, kann der
Drehwinkelgeber einen Nullimpuls vorsehen. Die Lage dieses Nullimpulses kann dabei
beliebig gewählt werden. Die Zuordnung zwischen diesem Nullimpuls und dem Beginn
des Zyklus kann entweder durch mechanische Einstellung oder vorzugsweise durch eine
entsprechende Programmierung des Mikroprozessors erfolgen.
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Mit Hilfe des Zyklus fragt die Recheneinheit des Mikroprozessors den
nach einer Sinus/Kosinus-Kennlinie programmierten Satz, insbesondere einen ROM-Satz,
ab. Dabei wird durch schrittweises Abfragen die Sinus/Kosinus-Funktion für die Steuerspannungen
des Motors erzeugt Wenn die vorstehend beschriebene Offset-Einstellung einmal erfolgt
ist, steht eine feste Zuordnung zwischen dem Beginn der Abfragesequenz für die Speicher
(ROM's) und einer relativen Grundstellung zwischen Stator und Rotor. Insofern können
die bei bekannten Antriebsanordnungen für den Antriebsmotor notwendigen Kommutierungs
elemente entfallen.
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Zur Erfassung von Abweichungen nach erfolgter relativer Grundstellung
zwischen Zyklus und Rotor des Gleichstrommotors kann ein Vorwärts/Rückwärtszähler
vorgesehen sein. Derartige Abweichungen können beispielsweise durch manuelles Verdrehen
des Informationsträgers, insbesondere Plattentellers, während des Cuevorgangs auftreten.
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Der Vorwärts/Rtickwärts-Zähler kann als Programmzähler des Mikroprozessors
ausgebildet sein, jedoch ist es auch möglich, einen zweiten Zähler zu verwenden,
der von einer zweiten Tachogeneratorspur gespeist wird.
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In der Praxis ist es ausreichend, wenn dieser Vorwärts/Rückwärts -Zähler
mindestens 16 Plätze aufweist.
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Die vorstehend genannten zusätzlichen Vorteile ergeben sich durch
geeignete Programmierung des Mikroprozessors.
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Die Zuordnung des Zyklus zur relativen Grundstellung zwischen Stator
und Rotor des Gleichstrommotors kann auch durch die Strangströme gewonnen werden,
da die Lage des Rotors durch die Strangströme definiert ist.
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Die beiliegenden Figuren, in denen zum Teil Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt sind, dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung; Fig. 2 herkömmliche Gleichstrommotore in schematischer Dar-und 3
stellung und Fig. 4 einen Gleichstrommotor, wie er in Zusammenhang mit der Antriebsanordnung
nach der Erfindung zur Anwendung kommen kann.
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In Fig. 1 treibt ein Motor 1 eine Tachoscheibe 2 eines digitalen Drehwinkelgebers
an, die auf einer Motorachse befestigt ist. Die Ausgangspulse dieser Tachoscheibe
werden von einer optischen Einrichtung 3 welche ebenfalls zum digitalen Drehwinkelgeber
gehört, gelesen und in einem Verstärker 4 verstärkt und in Impulse umgewandelt.
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Ein Mikroprozessor uP, der durch strichlierte Linien eingefaßt ist,
besteht aus einer Zentraleinheit (CPU) 6, einem Ein-Ausgabe-Gerät 5, einem Speicherwerk
(Programm - ROM) 7, in dem die Programmvorschrift des Mikroprozessors niedergelegt
ist und einem zweiten Speicherwerk 8, in dem die Sinus/Kosinus-Kennlinie zur Ansteuerung
des Motors abgespeichert ist. Ein Zwischenspeicher 9 dient zur Zwischenspeicherung
von Werten. Ein beispielsweise quarzstabilisierter Referenz-Generator 10 steuert
einen Programmzähler 11, der das Speicherwerk 7 ansteuert. Gleichzeitig wird das
Ausgangssignal des Referenzgenerators 10 auch der Zentraleinheit 6 zugeführt.
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An das Ein-Ausgabe-Gerät 5 ist ein D/A-Wandler 13 angeschlossen, der
im Time -Sharing-Betrieb zwei Leistungsverstärker 14 ansteuert, die wiederum die
beiden Stränge 24, 25 des Motors 1 versorgen.
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Das Tastenfeld 15 sowie gegebenenfalls ein weiteres Interface 16 können
ebenfalls mit dem Ein-Ausgabe-Gerät 5 verbunden werden.
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Der Funktionsablauf ist folgender, wobei man eine Anfangs- und Betriebs-Phase
unterscheidet.
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a) Anfangs-Phase: Dabei steht ein Schalter 12 in einer solchen Position,
daß der Referenzgenerator 10 direkt den Programmzähler 11 steuert. Die Impulse des
Drehwinkelgebers 2, 3 werden dabei vom Mikroprozessor P nicht berücksichtigt.
Bedingt
durch das Programm wird nun in einzelnen, aufeinanderfolgenden Schritten die Sinus/Kosinus
-Kennlinie des zweiten Speicherwerks 8 dem Motor 1 aufgeprägt, so daß spätestens
nach einer Umdrehung der Motor 1 synchron zu dem im aufgeprägten Drehfeld steht.
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b) Betriebs-Phase: Danach wird dadurch, daß der Schalter in die andere
Lage gebracht wird, auf die Betriebs-Phase umgeschaltet.
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Nun wird bei Auftreten eines Tachoimpulses über das Ein- Ausgabe-Gerät
5 ein Interrupt-Befehl ausgelöst, der über den Programmzähler eine Programmschleife
des ersten Speicherwerks (des Programm -ROMS) 7 startet.
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Bedingt durch das Programm wird das Auftreten des Interrupts verglichen
mit dem zeitlichen Eintreffen des Signals aus dem Referenzgenerator 10.
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Je nach der zeitlichen Lage der beiden Signale wird in dem Zwischenspeicher
9 ein Ergebnis abgespeichert. Danach rückt der Abfragezeiger für das zweite Speicherwerk
(das Sinus/Kosinus-ROM) 8 eine Stelle vor und der Speicherinhalt dieser Stelle wird
in die Recheneinheit der Zentraleinheit (CPU) eingelesen und mit dem im Zwischenspeicher
gespeicherten Zwischenergebnis multipliziert. Das Ergebnis dieser Rechnung wird
über das Ein-Ausgabe-Gerät 5 dem D/A/Wandler 13 zugeführt, in den Verstärkern verstärkt
und dann den Motorsträngen 24, 25 des Motors 1 zugeführt.
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Beim Auftreten des nächsten Tachoimpulses beginnt diese Programmschleife
von neuem.
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Da durch den Vergleich des zeitlichen Eintreffens zwischen Tachopuls
und Referenzpuls jeweils ein entsprechender Korrekturfaktor gewonnen wird, sind
die Motor ströme eine direkte Funktion des zu korri gierenden Fehlers.
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Eine zusätzliche Funktion des Mikroprozessors ist die folgende: Je
nach Eingaben des Tastenfelds 15 oder des unter Umständen vorhandenen intelligenten
Interfaces 16 erhält das Ein-Ausgabe-Gerät 5 weitere Informationen, die Sonderrechnungen
auslösen, die von der zuvor beschriebenen Programmschleife unabhängig sind.
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Damit ist es möglich, den Mikroprozessor zu weiteren Aufgaben, wie
z. B.
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automatischer Suchlauf, automatische Einstellung von Startwinkeln
(in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit usw. ) definiertes schnelles Abbremsen
oder elektronische Stillstandsbr emsung heranzuziehen.
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In den Fig. 2 bis 4 sind Gleichstrommotore dargestellt. Diese Gleichstrommotore
besitzen einen auf einer Welle 17 sitzenden Rotor 21 und einen Stator 22. Auf der
Motorwelle ist außerdem die Tachoscheibe 2 angeordnet, welche in den Strahlengang
der optischen Einrichtung 3 hineinragt. Die optische Einrichtung gibt Impulse, beispielsweise
in der im Diagramm angegebenen Form ab.
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Beim bekannten Motor der Fig. 2 befinden sich die Wicklungen auf dem
Rotor 21, während der Stator 22 als Permanentmagnet ausgebildet ist.
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Die Stromzuführung erfolgt bei diesem bekannten Motor über eine Kommutierungseinrichtung
bzw. einen Kollektor 20. Im Gehäuse 18 des Motors kann der Rückschluß für den Permanentmagneten
des Stators 22 vorgesehen sein.
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Beim bekannten Ausführungsbeispiel der Fig. 3 erfolgt die Kommutierung
mit Hilfe von Hallelementen 23, wobei der Rotor 21 als Permanentmagnet und der Stator
22 die Feldwicklungen enthält.
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Bei den bekannten Motoren der Fig 2 und 3 ist die Lage der Kommutierungselemente
in bezug auf die Rotorwicklungen bzw. Statorwicklungen von großer Bedeutung, da
die Positionierung der Kommutierungselemente 20 bzw. 23 einen entscheidenden Einfluß
auf die Rundlaufgenauigkeit und damit auf die Vibratlonseigenschaften des Motors
besitzen.
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In der Fig. 4 ist ein Gleichstrommotor dargestellt, der bei der Erfindung
zum Einsatz kommen kann. Wie aus der Figur zu ersehen ist, können bei diesem Gleichstrommotor
die Kommutierungselemente entfal -len. Die Ansteuerung des Motors bzw. der auf dem
Stator 22 befindlichen Wicklungen erfolgt über Stränge 24, 25, welche über die Verstärker
14 und den D-A-Wandler 13 an das Ein-Ausgabe-Gerät 5 des Mikroprozessors SP angeschlossen
sind.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel in der Fig. 4 ist der Rotor
als Permanentmagnet ausgebildet. Natürlich ist es auch möglich, den Motorstrom über
beispielsweise Schleifringe den Rotorwicklungen zuzuführen, wobei der Stator als
Permanentmagnet ausgebildet ist. Im Gegensatz zu bekannten Gleichstrommotoren spielt
dann die Genauigkeit der Positionierung dieser Schleifringe keine allzu große Rolle
mehr, da, wie im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 1 schon ausgeführt wurde,
die Motorströme eine direkte Funktion des zu korrigierenden Fehlers sind, der sich
aus dem Vergleich des zeitlichen Eintreffens zwischen Tachopuls und Referenzpuls
ergibt. Man gewinnt bei Anordnung der Wicklungen auf dem Rotor gegenüber einem Motor,
bei dem der Rotor als Permanentmagnet ausgebildet ist, einen trägheitsärmeren Motor.
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L e e r s e i t e