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Aktuatorvorrichtung an Schreib- und Lesegeräten zur
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ständigen Korrektur der räumlichen Stellung eines Schreib-oder Lesemittels,
insbesondere eines Strahlenbündels Die Erfindung bezieht sich auf eine Aktuatorvorrichtung
an Schreib- und Lesegeräten mit einem Stellmechanismus zur ständigen Korrektur der
räumlichen Stellung eines Schreib-oder Lesemittels, insbesondere eines Strahlenbündels,
das auf Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabespuren in einem Informationsträger gerichtet
ist, mit einem Halter des Schreib- oder Lesemittels, der in einem von elektrischen
Spulen erzeugten Magnetfeld reaktionsfähig gelagert ist.
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Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise bekannt, um ein Strahlenbündel
auf eine Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabespur in einem sich drehenden Informationsträger
zu richten. Solche Informationsträger können umlaufende Platten sein, bei denen
kodierte Spuren einschreib- oder auslesbar sind.
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In der DE-Patentameldung 32 34 288.8 ist eine derartige Vorrichtung
beschrieben. Ein Objektiv ist dabei innerhalb einer dauermagnetischen Hülse angeordnet,
die in einem Spulenkörper in drei zueinander senkrechten Richtungen linear verstellbar
und aufgrund der resultierenden Kräftemomente auch verdrehbar ist. Mit Hilfe der
Vorrichtung wird erreicht, daß der Fokus genau in der Speicherschichtebene der Informationsträgerplatte
liegt.
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Zu dieser Fokuspositionierung kommt noch die Spurpositionierung hinzu,
die durch einen anderen elektrischen Antrieb bewirkt wird. Dieser elektrische Antrieb
bewegt die Fokussiervorrichtung über die
Informationsträgerplatte
hinweg und sorgt dafür, daß der Fokus die gewünschte Spur findet. Der Einsatz von
zwei separaten Antrieben für Spurpositionierung und Fokussierung ist aufwendig.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die es
ermöglicht, die Spurpositionierung und Fokussierung mit nur einem Antrieb vorzunehmen.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß, a)
der Halter des Schreib- oder Lesemittels an seinem vom Informationsträger abliegenden
Ende derart gelagert ist, daß er sich im Rahmen eines Freiheitsgrades vom Informationsträger
weg bzw. zu ihm hin verschieben und im Rahmen eines zweiten Freiheitsgrades senkrecht
zum Informationsträger verstellen kann, b) der Halter ein gestrecktes Gebilde ist,
das an seinem Lagerende ein in einem magnetischen Feld verstellbares Reaktionsbauteil
trägt, das in seiner im magnetischen Feld aktiven Mitte um eine Achse schwenkbar
ist, die etwa in die Mittelebene des Informationsträgers fällt, c) dem Reaktionsbauteil
des Halters stationäre Aktionsbauteile zugeordnet sind, die das magnetische Feld
bilden, in dem das Reaktionsbauteil reagiert.
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Die im magnetischen Feld zusammenwirkenden Aktions- und Reaktionsbauteile
sorgen dabei entsprechend ihrer Ansteuerung dafür, daß der Halter mit dem Lesekopf
an seinem vorderen Ende diesen in die gewünschte Spur fährt und zusätzlich den Fokus
in die Speicherschichtebene führt.
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Die Erfindung läßt sich auf verschiedene Art und Weise
verwirklichen.
Eine Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß - das Reaktionsbauteil ein
stabförmier Dauermagnet ist, - die Aktionsbauteile elektrische Luftspulen sind,
die sich paarweise gegenüber dem Ende des Dauermagneten befinden und den Dauermagneten
in der Schwenkebene des Halters um die Lagerung einschließen - das Reaktionsbauteil
beiderseits der Lagerung gleichsinnig magnetisiert ist, und zwar etwa senkrecht
zur Mittelebene des Informationsträgers, - die Magnetisierungsrichtung der Luftspulen
in Richtung der Magnetisierung des Reaktionsbauteiles verläuft, - ein hülsenförmiger
Eisenrückschluß Aktions- und Reaktionsbauteile umschließt.
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Bei dieser Ausführungsform vollziehen die vier Luftspulen zusammen
mit dem in ihrem Feld angeordneten Dauermagneten die Spur- und Fokuspositionierung.
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Eine Vereinfachung der Vorrichtung läßt sich in der Weise verwirklichen,
daß - das Reaktionsbauteil ein stabförmiger Dauermagnet ist, - der Dauermagnet beiderseits
seiner Lagerung in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert ist, - die Aktionsbauteile
elektrische Luftspulen sind, die das Reaktionsbauteil zwischen sich in der Schwenkebene
des Halters um die Lagerung einschließen, - die Luftspulen auf der vom Reaktionsbauteil
abliegenden Seite mit magnetisch weichen Eisenplatten abgedeckt sind.
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In diesem Fall mit einer gegensinnigen Magnetisierung des Reaktionsbauteiles
beiderseits der Lagerung wird es möglich, mit nur zwei Luftspulen auszukommen, die
beiderseits
des Dauermagneten angeordnet sind.
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Die Vorrichtung läßt sich aber auch umkehren, indem ein Austausch
der Bauteile vorgenommen wird in der Weise, daß - das Reaktionsbauteil eine elektrische
Luftspule ist, das in zwei parallel zueinander angeordnete Teilspulen aufgeteilt
ist, - die Aktionsbauteile Dauermagneten sind, die die Luftspulen in der Schwenkebene
des Halters um die Lagerung einschließen und die paarweise auf der einen Seite und
auf der anderen Seite der Lagerung angeordnet sind, wobei die Dauermagneten der
einzelnen Paare senkrecht zur Mittelebene des Informationsträgers unter sich gleichsinnig,
die Paare selbst aber beiderseits der Lagerung in entgegengesetztem Sinn magnetisiert
sind, - die Dauermagneten auf der vom Reaktionsbauteil abliegenden Seite mit magnetisch
weichen Eisenplatten abgedeckt sind.
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In diesem Fall ist sogar nur ein Luftspulensystem notwendig, das durch
Ansteuerung den Halter im magnetischen Feld verstellt. In einer weiteren Ausführungsform
dieses Aufbaues ist vorgesehen, daß die Dauermagneten und die Luftspulen im Querschnitt
rechteckförmig ausgebildet sind. Jede Teilspule erzeugt bei Stromfluß zusammen mit
dem Dauermagnetfeld eine mechanische Kraft, wobei die Kräfte der beiden Spulen unabhängig
voneinander über die beiden Spulenströme steuerbar sind.
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Ein wesentlicher Vorteil aller Ausführungsformen besteht darin, daß
zur Spurpositionierung und zum Fokuspositionierung eine sehr leichte einteilige
Einheit eingesetzt wird. Weiterhin ist von Vorteil, daß jede
Bewegungskomponente
(d. h. sowohl die drehende als auch die lineare) von beiden Teilspulen versorgt
wird. Alle Spulen sind gleichzeitig aktiv.
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Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Aktuatorvorrichtung zur gleichzeitigen Spurpositionierung
und Fokuspositionierung mit einem Halter, der um eine an seinem von dem Informationsträger
abliegenden Ende gelagert ist, Fig. 2 eine Ausführungsform des Stellmechanismus
der Aktuatorvorrichtung mit einem Dauermagneten am Lagerende des Halters und vier
Luftspulen sowie einem Eisenrückschluß längs der Linie II-II nach Fig. 3, Fig. 3
den Stellmechanismus nach Fig. 2 längs der Linie III-III nach Fig. 2, Fig. 4 eine
andere Ausführungsform des Stellmechanismus für die Aktuatorvorrichtung mit einem
Dauermagneten am Lagerende des Halters und zwei Luftspulen beiderseits des Dauermagneten
im Schnitt IV-IV nach Fig. 5, Fig. 5 den Stellmechanismus nach Fig. 4 im Schnitt
V-V nach Fig. 4, Fig. 6 eine Erläutertung der Kraftwirkung auf den Halter bei der
Ausführungsform nach Fig. 4 und 5, Fig. 7 die Kraftwirkung auf den Halter zur Erreichung
der Spurpositionierung,
Fig. 8 die Kraftwirkung auf den Halter
zur Erreichung der Fokuspositionierung, Fig. 9 eine andere Ausführungsform des Stellmechanismus
für die Aktuatorvorrichtung mit einer Luftspule am Lagerende des Halters und Dauermagneten
beiderseits der Luftspule, die allerdings nur für eine Bewegungskomponente geeignet
ist, Fig. 10 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 9 mit zwei Teilluftspulen,
die am Lagerende des Halters befestigt sind, und im Magnetfeld beiderseits des Luftspulensatzes
angeordnete Dauermagneten.
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Die Aktuatorvorrichtung besteht aus einem Halter 1 für einen Lesekopf
2. Der Halter 1 greift gabelförmig über eine Informationsträgerplatte 3 und kann
in Richtung eines Pfeils 4 in der Mittelebene 5 der Informationsträgerplatte zur
Spurpositionierung verschoben werden und um eine Lagerung 6 am Lagerende 7 des Halters
1 verschwenkt werden in Richtung eines Doppelpfeiles 8 zur Positionierung des Fokus
2 in Richtung eines Doppelpfeiles 9.
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Die Positionierung sowohl für die Spur in Richtung des Doppelpfeiles
4 als auch für den Fokus 2 in Richtung der Doppelpfeile 8 und 9 dient ein Stellmechanismus
10. Dieser Stellmechanismus 10 ist auf verschiedene Art und Weise aufgebaut, dient,
abgesehen von der Ausführungsform nach Fig. 9, gleichzeitig zum Spur- und Fokuspositionieren.
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In den Fig. 2 und 3 ist eine Ausführungsform eines Stellmechanismus
dargestellt. An dem Lagerende 7 des Halters 1 ist ein als Reaktionsbauteil wirkender
stabförmiger Dauermagnet 11 angeordnet. Der stabförmige
Dauermagnet
11 ist senkrecht zu seiner Längserstreckung und senkrecht zu der Längserstreckung
des Halters 1 in Richtung von Pfeilen 12 über seine ganze Länge hinweg gleichsinnig
magnetisiert. Der stabförmige Dauermagnet 11 befindet sich im Feld 13 von vier Luftspulen
14a und 14b sowie 15a und 15b. Die Achsen 16 der Luftspulen fallen in die Endfläche
17 des Lagerendes 7 des Halters 1 bzw. in die vordere Endfläche 18 der Achsen 19
der Luftspulen 15a und 15b. Die Luftspulen werden umgeben von einem hülsenförmigen
Eisenrückschluß 20.
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Beim Betrieb bildet sich zwischen den Luftspulen 14a, 14b sowie 15a,
15b und dem Dauermagneten 11 ein magnetisches Feld aus, in dem der Dauermagnet 11
und damit der Halter 1 verstellbar ist, da er aufgrund einer nicht näher dargestellten
Lagerung zwei Freiheitsgrade hat, nämlich sich in Richtung des Doppelpfeiles 4 zu
verschieben und in Richtung des Doppelpfeiles 8 um das Lager 6 zu verschwenken.
Jede der Spulen 14a, 14b und 15a, 15b wird unabhängig von der anderen elektrisch
angesteuert. Es wird angenommen, daß die Spulen 14a, 14b und 15a, 15b gleichsinnig
erregt werden. Es entsteht dann eine Kraftwirkung in Richtung der Pfeile 21 nach
Fig. 2, die auf den Dauermagneten 11 eine Verschiebekraft in Richtung eines Pfeiles
22 ausübt. Der Halter 1 wird damit zur Positionierung in Richtung des Pfeils 22
verschoben.
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Voraussetzung dazu ist natürlich, daß alle vier Luftspulen in gleicher
Weise erregt werden. Werden alle vier Luftspulen 14a, 14b, 15a und 15b in Gegenrichtung
erregt, dann erzeugt der Stromfluß in den Luftspulen auf den Dauermagneten 4 eine
Kraft die zu einer Verschiebung in Richtung des Pfeiles 23 dient. Werden die Luftspulen
14a, 14b und 15a, 15b unterschiedlich erregt, dann kommt es zusätzlich zur Verschiebung
in Richtung des Doppelpfeiles
4 nach Fig. 1 zusätzlich oder allein
zu einer Drehung in Richtung des Doppelpfeiles 8 um die Achse 6.
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In den Fig. 4 bis 8 ist ein anderes Ausführungsbeispiel für einen
Stellmechanismus der Aktuatorvorrichtung beschrieben. Der Dauermagnetkörper 31 wechselt
im Bereich der Achse 6 seine Magnetisierungsrichtung. Die Magnetisierungsrichtungen
beiderseits der Achse 6 verlaufen dabei gegensinnig zueinander. Beiderseits des
Dauermagnetkörpers 31 sind Luftspulen 32, 33 angeordnet, die wiederum auf der vom
stabförmigen Dauermagneten 31 mit weichmagnetischen Eisenplatten 34 belegt sind.
Die Spulenachsen 35 verlaufen durch die Achse 6 der Halterlagerung bzw. des stabförmigen
Dauermagneten 31.
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Dieser Stellmechanismus arbeitet nun wie folgt. Wird eine Luftspule
32 erregt, dann übt das Feld dieser Luftspule bei Stromfluß auf den Dauermagneten
31 eine Lorentzkraft aus. Der Kraftvektor geht durch die Achse der Spule 32, und
seine Richtung ist senkrecht zur Stromrichtung (senkrecht zur Zeichenebene) und
der Richtung des Dauermagnetfeldes in der Luftspule 32. Der Betrag der Kraft ist
das Produkt aus der Durchflutung der Spule 32, der magnetischen Flußdichte des Magnetfeldes
(des Permanentmagnetsystems) und der aktiven Länge der Luftspule 32. Aufgrund seiner
Lage und Richtung übt der Kraftvektor auf den stabförmigen Dauermagneten 31 eine
Verschiebekraft in Richtung des Pfeiles 4 nach Fig. 1 und ein Drehmoment in Richtung
des Doppelpfeiles 8 aus.
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In Fig. 6 ist die linke Hälfte des Stellmechanismus nach Fig. 4 dargestellt.
Die Durchflutung der Spule 32 sei im Zentrum 35 der Wicklung angenommen. Die Spulenseite
36 wird durchsetzt von dem Feld des Dauermagneten 31, was durch die Pfeile 37 angegeben
ist. Es entsteht dann in der
Spule 32 ein Kraftvektor 38, der eine
Verschiebung des Dauermagneten 31 in Richtung eines Pfeiles 39 und eine Verdrehung
um eine Achse zur Folge hat.
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In Fig. 7 ist der Stellmechanismus nach den Fig. 3 und 4 vereinfacht
dargestellt, und die Flußrichtung in den Spulen 32 und 33 soll der Flußrichtung
nach Fig. 6 entsprechen. Die Kraftvektoren 38 verschieben damit den Halter 1 über
den stabförmigen Dauermagneten 31 in Richtung des Pfeiles 39.
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In Fig. 8 sind die Spulen 32 und 33 in entgegengesetzten Richtungen
stromdurchflossen. Das bedeutet, daß die Kraftvektoren 38 ihre Wirkrichtung behalten,
während die Kraftvektoren der Luftspule 33 ihre Richtung umkehren. Die Kraftvektoren
sind deshalb mit 38' bezeichnet. Dies führt dazu, daß der Dauermagnet 31 ein Drehmoment
erfährt, das in Richtung des Pfeiles 8 verschwenkt.
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Durch eine angepaßte Erregung der Spulen 32 und 33 ist es möglich,
daß sich Drehbewegung und Verschiebebewegung überlagern, die getrennt voneinander
vor sich geht und den Lesekopf in die gewünschte Stelle mit Spur und Fokus führen.
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Fig. 9 zeigt eine weitere andere Ausführungsform des Stellmechanismus
nach dem Prinzip eines Linearmotors.
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Dieser Stellmechanismus ist allerdings nur für eine Linearbewegung
zur Spurpositionierung geeignet. Das Reaktionsbanteil an dem Halter 1 ist dabei
eine Luftspule 41, während die Aktionsbauteile Dauermagneten 42, 43, 44, 45 zusammen
mit Poleisen 46 bilden. Dabei bewegt sich das Reaktionsbauteil 41, während die Aktionsbauteile
42 bis 45 stillstehend ausgeführt sind. Die Luftspule 41 ist eine
rechteckige
Flachspule, die im Luftspalt 47 des Aktionsbauteiles beweglich ist. Die Dauermagnete
42 und 44 bzw. 42 und 45 sind paarweise gleichsinnig magnetisiert.
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Nebeneinanderliegende Paare 42, 44 und 43, 45 haben dabei eine entgegengesetzte
Magnetisierung. Es entstehen damit im Luftspalt 47 zwei Bereiche entgegengesetzter
Polarität, und zwar ein Nordpolbereich 48 und ein Südpolbereich 49.
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Ist die Luftspule 41 erregt, dann entsteht zwischen den Dauermagneten
42 bis 45 und der Luftspule 41 eine mechanische Kraft, die durch einen Vektor 50
in Fig. 9 wiedergegeben ist. Der Kraftvektor 50 verläuft längs der Mittelebene 51
der Luftspule 41.
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Um sowohl die Spurpositionierung als auch die Fokuspositionierung
zu ermöglichen, sind in Fig. 10 zwischen den stationären Dauermagneten -42 bis 45
im Magnetfeld bzw. Luftspalt 47 parallel zueinander zwei Luftspulen 41a und 41b
vorgesehen. Diese beiden Spulen 41a und 41b sind identisch. Sie sind starr miteinander
und mit dem Halter 1 verbunden, elektrisch jedoch unabhängig voneinander ansteuerbar.
Jede Teilspule 41a und 41b erzeugt bei Stromdurchfluß zusammen mit dem Dauermagnetfeld
der Dauermagneten 42 bis 45 eine mechanische Verstellkraft. Die Verstellkräfte der
beiden Teilspulen 41a und 41b sind voneinander unabhängig über die beiden Spulenströme
steuerbar. Die Kraftvektoren 52a und 52b der beiden Spulen liegen in den beiden
Mittelebenen 51a und 51b der Luftspulen 41a und 41b. Die beiden voneinander unabhängigen
Kraftvektoren 52a und 52b können zu einem resultierenden Kraftvektor und einem resultierenden
Drehmoment zusammengefaßt werden. Das resultierende, durch den Kraftvektor 53 angegebene
Drehmoment ist gleich der Differenz der beiden
Einzelkräfte 52a
und 52b multipliziert mit dem halben Abstand der beiden Mittelebenen 51a, 51b der
beiden Luftspulen 41a, 41b.
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Die resultierende Kraft und das resultierende Drehmoment 53 sind ebenfalls
voneinander unabhängig über die Spulenströme steuerbar. Dazu müssen die Steuersignale
in geeigneter Weise in die beiden Spulenströme transformiert werden.
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Da beide Luftspulen 41a und 41b induktiv gekoppelt sind, muß eine
Stromspeisung, d. h. eine Speisung aus einer Quelle mit hohem Innenwiderstand, vorgesehen
werden, bei der Rückwirkungen zwischen beiden Spulen vermieden werden.
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