DE3152952C2

DE3152952C2 -

Info

Publication number: DE3152952C2
Application number: DE19813152952
Authority: DE
Inventors: Akira Seino; Kazuo Takamori; Kaoru Yokohama Jp Morinaga
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-09-12
Filing date: 1981-09-12
Publication date: 1987-07-02
Also published as: BR8105829A; GB2088591B; DE3136219C2; US4443745A; GB2088591A; DE3136219A1; SG45287G

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine Steuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs ist aus der Zeitschrift "Elektronische Rundschau" Nr. 10, 1960, Seiten 414 bis 421 bekannt. Die Erzielung der im wesentlichen konstanten Bandspannung (Bandzug) beim Aufwickeln des Bandes mit dem Wickelmotor wird beim Stand der Technik durch eine Überlagerung von einer Steuerung und einer Regelung erreicht. Das Band wird hierbei über einen Fühlhebel geführt, der einerseits bei Schwankungen der Bandspannung differentielle Bewegungen ausführt und außerdem in Abhängigkeit vom Wickeldurchmesser seine Lage ändert. Die Lage des Fühlhebels wird fotoelektrisch in einen elektrischen Widerstand und dieser in eine negative Gleichspannung umgesetzt, die am Gitter einer Triode anliegt. Die Anoden- Kathoden-Strecke der Triode liegt in Reihe mit einer Gleichrichterschaltung, über die der Wickelmotor mit Wechselstrom gespeist wird. Auf diese Weise führt eine Verringerung des Wickeldurchmessers über einen Anstieg der negativen Gleichspannung zu einer Verringerung des Motorstroms.

Aus der Druckschrift "Siemens-Zeitschrift", 40. Jahrgang (1966), Beiheft "Motoren für industrielle Antriebe", Seiten 188 bis 190 ist es bekannt, Gleichstrommotoren als Wickelmotoren für Papierbahnen in der papierverarbeitenden Industrie einzusetzen und so zu steuern, daß ein bestimmter einstellbarer Zug über den ganzen Wickeldurchmesserbereich aufrechterhalten wird. Bei diesem Stand der Technik wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß bei gleichbleibendem Zug und unveränderter Geschwindigkeit die erforderliche Wickelleistung konstant und unabhängig vom Wickeldurchmesser ist. Auf der Basis dieser Überlegung wird in der Druckschrift angeregt, die Leistung des Wickelmotors zu regeln, das heißt konstant zu halten, was in den meisten Fällen mittels einer einfachen Stromregelung erreicht werden könne. Dabei wird also der Strom nicht abhängig von der tatsächlichen Bandspannung oder vom Wickeldurchmesser gesteuert, sondern auf einen konstanten Wert geregelt.

Steuervorrichtung für einen Bürsten-Gleichstrommotor, mit einer Einrichtung zum Erfassen einer Impulssignalkomponente des Motorstroms und einer Steuerschaltung, die den Gleichstrommotor nach Maßgabe der erfaßten Impulssignalkomponente steuert, ist aus der DE-OS 23 10 739 bekannt. Diese bekannte Steuervorrichtung ist als Drehzahlregelung ausgebildet, die die Aufgabe hat, die Drehzahl des Gleichstrommotors stets auf einen Sollwert einzuregeln. Hierzu wird die Impulssignalkomponente des Motorstroms in einem Gleichrichter geglättet, und das der Drehzahl entsprechende Gleichspannungssignal wird zum Öffnen einer im Motorstromkreis angeordneten Transistorschaltung herangezogen. Ist die Drehzahl zu hoch, so sperrt das gewonnene Gleichspannungssignal die Transistoren etwas mehr als bei Übereinstimmung von Soll- und Ist-Drehzahl. Liegt die Drehzahl unter dem Sollwert, so werden die Transistoren etwas mehr geöffnet, um eine Einregelung auf die Solldrehzahl zu erhalten.

Eine solche Drehzahlregelung kann jedoch nicht für einen Gleichstrommotor zum Antreiben der Spulen in einem Magnetbandgerät verwendet werden, in welchem die Bandspannung des Magnetbands konstant gehalten werden soll. Die Bandgeschwindigkeit in Tonband- oder Videobandgeräten ist üblicherweise konstant, so daß sich die Drehzahl der aufwickelnden Spule bis zum Erreichen des Bandendes in dem Maße verringert, wie sich der Radius der aufgewickelten Magnetbandspule vergrößert. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen bekannten Drehzahlregelung, die eine konstante Drehzahl aufrecht erhalten soll, geht es also bei einem für Bandgeräte vorgesehenen Spulenmotor darum, das Drehmoment der Spule so zu ändern, daß die Bandspannung möglichst konstant bleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs genannten Art derart weiterzubilden, daß mit einfachen Mitteln die Bandspannung eines von dem Motor gewickelten Magnetbands konstant gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schaltungsanordnung kann erreicht werden, daß die Spannung in dem Magnetband unabhängig davon, wieviel Band bereits auf der von dem Motor angetriebenen Spule aufgewickelt ist, stets konstant gehalten werden kann.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung eines Bandgeräts,

Fig. 2 eine Schaltungsskizze einer Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 3 Impulsdiagramme von an verschiedenen Stellen in der in Fig. 2 dargestellten Schaltung auftretenden Signalen.

Bezugnehmend auf Fig. 1 kann die Bandspannung T bei einem Bandgerät CT durch nachstehende Gleichung wiedergegeben werden, wenn das Drehmoment der Aufwickelspule als TO und der Gesamtradius des auf der Aufwickelspule aufgewickelten Bandes als r definiert ist:

Wenn die Bandgeschwindigkeit 4,8 cm/sec beträgt, ergibt sich die Drehzahl n der Spule zu

Wenn das Untersetzungsverhältnis der Spule bezüglich des Spulenmotors 3,5 beträgt, ergibt sich die Drehzahl N des Motors zu

Weiterhin ist das Spulen-Drehmoment TO 3,5mal so groß wie das Motor-Drehmoment MO, d. h. es gilt

TO = 3,5 MO (4)

Durch Einsetzen der Gleichungen (3) und (4) in die Gleichung (1) erhält man:

Um die Bandspannung T als Konstante zu schreiben, schreibt man die obige Gleichung wie folgt um:

Somit sollten die Drehzahl und das Drehmoment des Spulenmotors umgekehrt proportional gesteuert werden.

Änderungen der Drehzahl des Spulenmotors können als Frequenzänderungen des Motorrauschens (Kommutatorrauschen) erfaßt werden. Diese ermittelten Änderungen müssen dann in Spannungsänderungen umgesetzt werden, die ihrerseits an die Motortreiberschaltung zurückgekoppelt werden. Daher ergeben sich Drehmoment-Kennlinien abhängig von der Drehzahl des Spulenmotors, durch die man eine Spulenmotor-Steuerung erreicht, die zu einer einen konstanten Bandspannung führt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 soll im folgenden eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden, bei der von den oben geschilderten Grundlagen ausgegangen wird. In Fig. 2 erkennt man den Spulenmotor-Treiberschaltungsabschnitt 11. An den Kollektor des Transistors Q 1 ist über den Widerstand R 1 eine Spannungsquelle +B angeschlossen, die weiterhin über die Serienschaltung R 2, R 3 auf Masse gelegt ist. Die Basis des Transistors Q 1 ist an einem Knoten der in Serie geschalteten Widerstände R 2 und R 3 angeschlossen, ferner über den veränderlichen Widerstand VR 1 an den Kollektor des Transistors Q 2. Der Emitter des Transistors Q 1 liegt an dem gemeinsamen Emitter der Transistoren Q 3 und Q 4. Die Basis des Transistors Q 2 ist über eine Serienschaltung aus dem Widerstand R 4 und der Diode D 1 an einen "Wiedergabe"-Eingangsanschluß IN 1 angeschlossen. Der Emitter des Transistors Q 2 ist über einen noch zu beschreibenden Transistor Q 0 auf Masse gelegt. Die Basis des Transistors Q 3 ist über den Widerstand R 5 zusammen mit dem Kollektor des Transistors Q 4 an den Kollektor des Transistors Q 6 gelegt. In ähnlicher Weise ist die Basis des Transistors Q 4 über den Widerstand R 6 zusammen mit dem Kollektor des Transistors Q 3 an den Kollektor des Transistors Q 5 angeschlossen. Die Basen der Transistoren Q 5 und Q 6 sind über eine Serienschaltung aus einem Widerstand R 7 und einer Diode D 2 bzw. eine Serienschaltung aus einem Widerstand R 8 und einer Diode D 3 an einen Eingangsanschluß IN 2 für "Wiedergabe/schneller Vorlauf" bzw. den Eingangsanschluß IN 3 für die Betriebsart "Rückspulen" angeschlossen. Die Emitter der Transistoren Q 5 und Q 6 sind auf Masse gelegt. Der Bürsten-Gleichstrommotor M liegt zwischen den Kollektoren der Transistoren Q 5 und Q 6.

Der Widerstand R 1 wird zum Einstellen eines Motor-Drehmoments bei den Betriebsarten "schneller Vorlauf" und "Rückspulen" verwendet, während der Widerstand R 2 und der veränderliche Widerstand VR 1 zum Einstellen des Motor-Drehmoments bei der Betriebsart "Wiedergabe" verwendet werden. Die Widerstände R 1 und R 2 und der veränderliche Widerstand VR 1 werden zum Einstellen der Motor-Treiberspannung bei den Betriebsarten "Wiedergabe", "schneller Vorlauf" und "Rückspulen" verwendet. Weiterhin werden die Widerstände R 2 und R 3 zum Einstellen der Zeit für den schnellen Vorlauf und das Rückspulen verwendet.

Die Motorwelle des zum Antreiben der Spulen vorgesehenen Bürsten-Gleichstrommotors kommt in der oben beschriebenen Weise mit einem Zwischenrad in Eingriff, was wahlweise mit der Vorratsspule SR oder der Aufwickelspule TR in oder außer Eingriff gelangt.

Da in diesem Fall die Spulen von einem Spulenmotor angetrieben werden, ohne daß ein Schlupfmechanismus wie z. B. eine Kupplung verwendet wird, erhöht sich die Zuverlässigkeit des Bandantriebsmechanismus, so daß die Herstellungskosten entsprechend herabgesetzt werden.

Der Kassettenrecorder der hier beschriebenen Art unterscheidet sich von einem Bandgerät mit einer einfachen mechanischen Betätigung insoweit, als er einen logischen (elektronischen) Steuerabschnitt aufweist. Dementsprechend wird bei den logischen Schaltungen, die den entsprechenden Betätigungstasten entsprechen, beispielsweise ein Betätigungssignal hohen Pegels selektiv an die Eingangsanschlüsse IN 1 bis IN 3 gelegt, wenn die Betätigungstaste bedient wird, während ein Betätigungssignal niedrigen Pegels wahlweise an die Eingangsanschlüsse IN 1 bis IN 3 gelegt wird, wenn die Betätigungstaste nicht betätigt wird.

In der Wiedergabebetriebsart wird ein Betätigungssignal hohen Pegels an die Eingangsanschlüsse IN 1 und IN 2 gelegt, so daß die Transistoren Q 2 und Q 5 eingeschaltet werden (der Transistor Q 0 ist konstant eingeschaltet, wenn es im folgenden nicht anders angegeben ist). Der Transistor Q 1 ist schwach vorgespannt, und der Transistor Q 4 wird eingeschaltet. Die Versorgungsspannung (+B) gelangt als kleines Spannungssignal über den Widerstand R 1 an den Motor M, da ein Strompfad über Q 1 und Q 4, den Motor M, Q 5 zu Masse vorliegt. Der Motor M läßt die Aufwickelspule in Vorwärtsrichtung laufen, so daß eine Wiedergabe bei konstanter Geschwindigkeit erfolgt.

Für den schnellen Vorlauf wird ein Betätigungssignal hohen Pegels lediglich an den Eingangsanschluß IN 2 gelegt, so daß der Transistor Q 2 ausgeschaltet und der Transistor Q 5 eingeschaltet wird. Nun ist der Transistor Q 1 stark vorgespannt, und der Transistor Q 4 wird eingeschaltet, so daß über die erwähnte Masche ein großes Spannungssignal an den Motor gelegt wird. Der Motor M läßt die Aufwickelspule mit hoher Geschwindigkeit in Vorwärtsrichtung laufen, wodurch der schnelle Vorlauf erfolgt.

Zum Rückspulen gelangt ein Betätigungssignal hohen Pegels nur an den Eingangsanschluß IN 3, so daß der Transistor Q 2 ausgeschaltet und der Transistor Q 6 eingeschaltet wird. Nun ist der Transistor Q 1 stark vorgespannt, und der Transistor Q 3 wird eingeschaltet, so daß über den Pfad Q 1 und Q 3, den Motor M, Q 6 ein großes Spannungssignal an den Motor M gelangt. Der Motor läßt die Vorratsspule mit hoher Geschwindigkeit in Rückwärtsrichtung laufen, wodurch das Rückspulen erfolgt.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß der Widerstand R 1 die Stromstärke für den Motor M festlegt, d. h. das Drehmoment des Motors M bestimmt (speziell bei schnellem Vorlauf und beim Rückspulen). Da der Strom des Motors M bei dessen Drehung die oben beschriebene Impuls-Signalkomponente enthält, kann diese Impuls- Signalkomponente als Spannungsabfall am Widerstand R 1 aufgefaßt werden.

Um bei dieser Ausführungsform auf der Grundlage der Spannungsänderung am Widerstand R 1 die Impuls-Signalkomponente des Stroms zu erfassen, ist der Knoten zwischen dem Widerstand R 1 und dem Kollektor des Transistors Q 1 an den Eingang 121 einer Steuerschaltung 12 a gelegt. Der Eingang 121 ist über den Diffenzierkondensator DC, der Teil des Differentiators 162 ist, an die Basis eines Transistors Q 17 angeschlossen, welcher Teil des Verstärkers 163 ist. Die Basis des Transistors Q 17 ist über einen Widerstand R 30 an die Spannungsquelle +B angeschlossen und liegt über einen Widerstand R 31 auf Masse. Der Emitter des Transistors Q 17 ist auf Masse gelegt. Der Kollektor des Transistors Q 17 ist über einen Widerstand R 32 an die Spannungsquelle +B und über einen Widerstand R 33 an die Basis eines Transistors Q 18, der Teil eines Schaltabschnitts 164 ist, angeschlossen.

Der Emitter des Transistors Q 18 liegt direkt auf Masse, während sein Kollektor an einen Knoten einer aus einem Widerstand R 34 und einem Kondensator IC 1 bestehenden Serienschaltung, die den Integrator 165 bildet, und die Basis eines Transistors Q 9, der den Vergleicher 166 bildet, angeschlossen ist.

Der Transistor Q 9 ist zur Bildung einer Differentialschaltung an einen Transistor Q 10 angeschlossen, die Emitter dieser Transistoren liegen gemeinsam über einen Widerstand R 35 auf Masse. Die Kollektoren dieser Transistoren liegen über einen Widerstand R 36 bzw. R 17 an der Spannungsquelle +B. Die Basis des Transistors Q 10 ist an den Schleiferarm des veränderlichen Widerstands VR 2 einer aus einem Widerstand R 18, dem veränderlichen Widerstand VR 2 und einem Widerstand R 19 bestehenden Serienschaltung zwischen der Spannungsquelle +B und Masse angeschlossen.

Der Kollektor des Transistors Q 9 liegt über eine Zenerdiode ZD 1, deren Polarität aus der Zeichnung ersichtlich ist und die einen Teil einer Pegelverschiebungsschaltung 167 bildet, an der Basis eines Transistors Q 11. Der Emitter des Transistors Q 11 liegt direkt auf Masse, sein Kollektor liegt über einen Widerstand R 0 an der Spannungsquelle +B und der Basis eines Transistors Q 12, der Teil einer Pufferschaltung 168 ist. Der Kollektor des Transistors Q 12 liegt direkt an der Spannungsquelle +B, sein Emitter liegt über einen Widerstand R 20 auf Masse und ist darüber hinaus über eine aus einem Widerstand R 21 und einem Kondensator IC 2 bestehende Serienschaltung, die einen Integrator 169 bildet, auf Masse gelegt.

Ein Knoten F zwischen Widerstand R 21 und Kondensator IC 2 ist über in Serie geschaltete Widerstände R 22 und R 23 an die Basis eines Transistors Q 13 angeschlossen, der Teil einer Filterschaltung 170 ist. Die Basis des Transistors Q 13 ist über einen Kondensator FC 1 geerdet, der Kollektor dieses Transistors ist über einen Widerstand R 24 an die Spannungsquelle +B angeschlossen. Der Emitter des Transistors Q 13 ist über einen Kondensator FC 2 an einen Knoten von in Serie geschalteten Widerständen R 22 und R 23 angeschlossen und liegt über einen Widerstand R 25 auf Masse.

Der Emitter des Transistors Q 13 liegt über einen Ausgangsanschluß 171 und einen Widerstand R 26 der Steuerschaltung 12 a an der Basis des Steuertransistors Q 0 der Spulenmotor-Treiberschaltung 11. Die Basis des Steuertransistors Q 0 ist über eine aus einem Widerstand R 27 und einem Kondensator PC bestehende Serienschaltung, die eine Phasenkompensationsschaltung 172 bildet, auf Masse gelegt. Der Emitter des Transistors Q 0 ist über einen Widerstand R 28 auf Masse gelegt, sein Kollektor ist an den Emitter des Transistors Q 2 angeschlossen.

Die Steuerschaltung 12 a differenziert die bei (a) in Fig. 3 dargestellte Motor-Rauschkomponente, die am Widerstand R 1 der Spulenmotor-Treiberschaltung 11 auftritt, an dem Differentiator 162. Das differenzierte Ausgangssignal wird durch den Verstärker 163 verstärkt. Somit erhält man das differenzierte verstärkte Ausgangssignal, das bei (b) in Fig. 3 dargestellt ist. Rechts in Fig. 3 sind die Wellenformen bei einer niedrigen Drehzahl des Motors M dargestellt. Das differentiell verstärkte Ausgangssignal gelangt durch die Schalteinheit 164 und den Integrator 165, um ein Sägezahn-Ausgangssignal zu erhalten, wie es bei (c) in Fig. 3 gezeigt ist. Das Sägezahn-Signal wird am Vergleicher 166 in eine Rechteckwelle umgewandelt, wie in Fig. 3 (d) gezeigt ist. Die Rechteckwelle wird durch die Pegelverschiebungsschaltung 167 und die Pufferschaltung 168 in die in Fig. 3 (e) gezeigte Rechteckwelle umgesetzt. Die Rechteckwelle wird wiederum in ein Sägezahn- Signal umgewandelt, wie es bei (f) in Fig. 3 dargestellt ist; dies geschieht in dem Integrator 169. In der Filterschaltung 170 wird das Sägezahn-Ausgangssignal mit einer Filterkennlinie von -12 dB/oct gefiltert, um einen konstanten Gleichstrompegel zu erhalten, wie es in Fig. 3 (g) dargestellt ist.

Die in Fig. 3 mit (a) bis (g) bezeichneten Signale entsprechen jeweils den in Fig. 2 mit A bis G bezeichneten Schaltungspunkten.

Dieser Gleichstrom kann erfaßt werden, weil Änderungen in der Frequenz des Kommutatorrauschens entsprechend den Änderungen der Drehzahl des Spulenmotors als Änderungen des Spannungspegels erfaßt werden. Wenn dieser Gleichstrom dem Steuertransistor Q 0 der Spulenmotor-Treiberschaltung 11 über die Phasenkompensationsschaltung 172 zugeführt wird, kann eine Steuerung derart erfolgen, daß das Drehmoment umgekehrt proportional zu der Drehzahl des Spulenmotors M gesteuert wird, d. h. die Steuerschaltung steuert den Spulenmotor so, daß eine konstante Bandspannung erreicht wird.

Claims

Schaltungsanordnung zum Steuern eines als Wickelmotor in einem Magnetbandgerät dienenden Elektromotors (M) mit einer Schaltung (163-170) zum Erzeugen eines Steuersignals und mit einem Stellglied (Q 0, Q 1, Q 2) zum Steuern des Motorstromes im wesentlich umgekehrt proportional zur Größe des Steuersignals derart, daß das Magnetband mit im wesentlichen gleichbleibender Spannung gewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (M) ein Bürsten- Gleichstrommotor ist, daß eine Detektoreinrichtung (R 1, 162) zum Erfassen des dem Motorstrom überlagerten Impulssignals des Kommutatorrauschens vorgesehen ist und daß die Schaltung (163-170) das Steuersignal mit einer der Folgefrequenz des Impulssignals entsprechenden Größe erzeugt.