DE3625001C2 - Antriebssystem, insbesondere für kassettierte magnetische Signalbänder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem, insbesondere für kassettierte magneti­ sche Signalbänder, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 29 16 528 ist ein magnetisches Aufzeichnungs- und Wiedergabe­ geräte, ähnlich wie ein gattungsgemäßes Gerät bekannt, bei dem mehrere paral­ lele Antriebsachsen vorgesehen sind und wobei direkte und indirekte Antriebs­ achsen von einer Seite einer insgesamt flachen Halterungsvorrichtung des An­ triebssystems in den Signalträgerhalterungskörper eingreifen. Dabei können z. B. die Luftspaltdurchmesser direkt antreibender Motoren, die eine gewisse Distanz ihrer Achsen haben müssen, nicht beliebig groß gemacht werden, bzw. erreicht man doch nur eine mäßige axiale Kompaktheit des gesamten Aufbaus des An­ triebssystems.

Bei gattungsgemäßen Anordnungen besteht die ständige Tendenz, sie wirtschaft­ licher herzustellen und kompakter zu bauen, wobei die Qualitätseinbuße auf je­ den Fall klein bleiben muß. Es werden zunehmend extrem flache, also axial äu­ ßerst kompakte Lösungen gefordert.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht also darin, bei großer Kompaktheit des Aufbaus und wirtschaftlicher Lösung für den Dreh­ momentbedarf der zwei direkt antreibenden Motoren im Luftspaltdurchmesser unabhängig zu sein.

Sie wird gelöst durch ein Antriebssystem der vorausgesetzten Gattung, das nach der Erfindung gemäß dem Kennzeichen des A1 ausgebildet ist. Weiterbildungen der Erfindung sind in den UAn gekennzeichnet.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung und zwar:

Fig. 1 die Draufsicht auf eine solche Antriebsplatine von oben auf die Wickeldorne gesehen,

Fig. 2 einen Schnitt durch dieselbe gemäß der Schnittlinie II gesehen in Richtung der Pfeile II,

Fig. 3 zeigt die Draufsicht auf den insbesondere nach der Erfindung ausgebildeten Tragkörper, wo auf der Ober­ seite die Antriebsspulen für die Wickelantriebe sich befinden und rechts gestrichelt angedeutet die An­ triebsspulen für den Capstan-Antrieb auf der Unter­ seite angedeutet sind,

Fig. 4 und Fig. 5 zeigt eine fotomechanische Abbildung der Platte nach Fig. 3 von beiden Seiten in natürlicher Größe für ein Video-Kassetten-Laufwerk,

Fig. 6 und Fig. 7 zeigen Varianten des Tragkörpers in Teilschnittdar­ stellung.

Im einzelnen zeigt in Fig. 1 das chassis-artige Gehäuse die Capstan-Welle 2 und die Wickeldorne 3, 4 mit Wickeltellern 5, 6. Die Wickelteller bzw. -dorne sind hier mit einer rotieren­ den Welle 8 versehen, die in einer Gleitlagereinheit 11 dreh­ bar und in einem Anlauflager 12 zusätzlich axial abgestützt sind (selbstverständlich kann das auch umgekehrt ausgeführt sein, so daß eine stehende Welle die rotierenden Wickeldorne und Wickelteller aufnimmt). Die Wickeldorne und -teller sind in standardgemäßer, üblicher Ausführung für eine Standard- Video-Kassette konzipiert.

Am Unterteil des Wickeltellers 5 ist die weichmagnetische Rückschlußscheibe 13 des Rotors S-förmig im Profil-Schnitt an­ geformt und eingegossen bzw. jedenfalls formschlüssig gehalten. Am wesentlich ebenen ringförmigen Rückschlußscheibenteil 13 ist ein axial magnetisierter Permanentmagnet 14 befestigt. Der verdickte Rand 16 des Wickelmotors umgreift glockenartig den permanentmagnetischen Rotor und auch die statorseitigen Spulen noch in axialer Richtung bis auf einen kleinen Luft­ spalt 18. Der Luftspalt 19 des Wickelmotors wird auf der ge­ genüberliegenden Seite des Permanentmagneten vom ebenen Spulen­ satz 20 mit den Einzelspulen 21 bis 26 begrenzt. Diese sitzen auf der Oberseite 29 der Platte 28 und zwar sind sie dort auf einer in Fig. 1 gezeigten gedruckten Schaltung 31, 32, 33, wo die einzelnen Spulen gleichzeitig noch mit verlötet werden. Die 6 Spulen werden dreiphasig angesteuert, die 3 Hall-Gene­ ratoren 41, 42, 43 sind ebenfalls auf der Leiterplatte ange­ lötet und zwar in der gedruckten Schaltungsschicht 30, die unmittelbar auf der Oberfläche 29 der Platte 28 aufgebracht ist. Die 6 äquidistanten Spulen sind von trapezförmiger Ge­ stalt. Den 6 Spulen stehen 4 Rotorpole gegenüber. Die drei­ phasige Motoranordnung ist im Sinne größerer Leistung nütz­ lich. Bei weniger Leistung und auch bei weniger Gleichförmig­ keit des Drehmoments kann auch eine 4spulige Anordnung bekann­ terweise verwendet werden. Das kann jedoch bedeuten, daß nicht nur die Gleichförmigkeit des Drehmoments reduziert wird, son­ dern auch bei gleichem Leistungsbedarf die radiale Abmessung der Statorwicklungsanordnung größer wird. Die Trägerplatte 28 hat einen weichmagnetischen Kern und ist beidseitig beschich­ tet. Auf der linken Seite der Fig. 2 sieht man die einstückige Platine der rechten Figurenhälfte, wobei dort aber auf der Unterseite 39 auch eine gedruckte Schaltung vorgesehen ist, wie man der Fig. 3 ebenfalls entnehmen kann. Dieser wiederum dreiphasig ausgeführte Motor zeigt 6 äquidistante Statorspulen trapezförmiger Gestalt, wobei wiederum die Hall-Generatoren in 3 benachbarten Spulen in deren Zentrum liegen. Diese Spulen 41-46 überlappen sich also etwa in der Mitte der Fig. 2 mit den Spulen 51-56 auf der unteren Seite des Capstan-Motors mit den Wickelmotorspulen 21-26 auf der Oberseite der Platte 28. Die Hall-Generatoren 44, 45, 46 sind ebenfalls wie­ der um 120 elektrische Grade versetzt, so daß besonders hier beim Capstan-Motor ein konstantes Drehmoment erreicht wird.

In die Gehäuseschale 1 angegossen sind die Lagerrohre 61 für den Capstan-Antrieb, dessen Welle 2 über Kugellager 63, 64 läuft, während die Wickelwelle 8 rechts in einem Sinterlager 11 mit 2 Gleitflächen sich dreht und dieses Gleitlager-Bauteil 11 als gesintertes einstückiges Teil im Lagerrohr 62 eingesetzt ist. Beim Konzept nach Fig. 2 kommt die Hauptsteifigkeit der Anordnung von der Gehäuseschale 1. Trotzdem ist es im Sinne der Erfindung wichtig, daß die weichmagnetische Platte 28 als Tragkörper so dick ausgeführt werden kann, daß seine eigene Steifigkeit ausreicht, und in diese Schicht auch noch diese Lagerrohre oder Lagerelemente eingesetzt werden können. Da die Parallelität der Achsen 2 und 8 sehr genau sein muß, be­ deutet das, daß eine solche weichmagnetische Platte vielleicht noch zusätzliche Verstärkungsrippen hat, um ihre Stabilität zu erhöhen. Die Fig. 2 zeigt sehr schön den Vorteil der Er­ findung. Man kann radial große Motoren bauen, also auch Stator­ spulen, die einen radial großen Durchmesserkreis bilden, ohne durch den vorprogrammierten festen Abstand der Achsen oder Wellen 2, 8 behindert zu sein, indem diese doppelseitig kaschierte Leiterplatte bzw. beidseitige gedruckte Leiter­ schicht eine radiale Überlappung dieser Wicklungsgruppen und der dazugehörigen Rotoren 9, 10 gestattet. Für die Statoren 21-26 und 51-56 (jeweils Einzelspulen) dient die durch­ gehende Platte 28 als magnetischer Rückschluß, nicht ro­ tierend, während der rotierende Rückschluß die Scheibe 13 bzw. 67 in ihrer axialen Position die maximale axiale Dicke des Antriebssatzes bedeutet. Vorzugsweise wird dabei an der Capstan-Welle der Motor unterhalb der Platte angeordnet - wodurch dann zwangsläufig beim Wickelantrieb die Antriebsmo­ toren oberhalb der Platte 28 sein müssen - was zur Folge hat, daß im Bereich der Capstan-Welle 2 gegen Streufelder empfind­ liche Köpfe abgeschirmt sind gegenüber Streufeldern aus der Statorwicklung 51-56 und zwar aufgrund dieser weichmag­ netischen Platte 28. Rechts neben der Welle 2 ist noch ein Arretierungsstift 75 und am rechten Ende der Fig. 2 ein solcher 76 zu sehen zur Halterung der Kassette.

Das Lagerrohr 61 der Capstan-Welle 2 ist, wie Fig. 2 zeigt, hochgezogen, damit die beiden Kugellager 63, 64 einen mög­ lichst großen Abstand erhalten können. Dies ist vorteilhaft, weil die Querbelastung auf die Welle 2 am Ende im Betrieb ei­ ne beträchtliche Kraft darstellt. Der Abstand der Lager 63, 64 in axialer Richtung müßte bei den übrigen Gegebenheiten (Einbauraum und standardisierte Abmessungen) kleiner sein, wenn der Motor mit dem Rotor 10 oberhalb der Platte 28 wäre. Außerdem sind die Streufelder wie schon oben geschildert da­ durch in der Nähe des Endes der Capstan-Welle 2, wo auch Köpfe angeordnet sind, kleiner, wenn die Statorspulen unter­ halb der Platte 28 sind (zusammen mit den rotierenden Magne­ ten). Ein Hall-Generator 59 ist am Umfang des Teils 16, der ein Permanentmagnetring mit 36 oder 48 Polen, die axial magnetisiert sind und mit ihrem Magnetfeld auf den Hall- Generator 59 wirken. Der Ring 69, der schalenartig zusammen mit der Platte 73 das rotierende Gehäuse des Capstan-Motors darstellt, kann auch als ein solcher Permanentmagnet ausge­ bildet sein und auf einen entsprechend angeordneten Hall- Generator wirken, wie auf der rechten Seite dargestellt und mit 59 beziffert ist. Aus den Impulsen dieses Hall-Generators können Zähl- oder Rotationssignale gewonnen werden, zur Steuerung oder zum Messen der Bandwickel oder der Umdrehungen.

Unabhängig davon hat die Platine, wie Fig. 3 zeigt und dort nur auf einem Teil des Umfangs dargestellt ist, eine Mäander- Tachowindung, in welche ein solcher Außenmagnetring 69 hinein­ wirkt. Diese Mäanderwindung 99 ist auf der gedruckten Leiter­ platte mit vorgesehen. Sie hat in an sich bekannter Weise einen Rückschlußleiter zur Kompensation von Streufeldern.

Im vorgesehenen Ausführungsbeispiel sieht man aus der Fig. 3 sehr schön das Überlappen der Spulensätze. Statt 6 Spulen, die dreisträngig angesteuert werden, können auch 4 Spulen ver­ wendet werden, wobei nur 2 Phasen benötigt werden und 2 Hall- Generatoren vom permanentmagnetischen Rotor beaufschlagt wer­ den müssen. Aber die zweiphasigen Motoren haben etwas ge­ ringere Drehmomentkonstanz, außerdem eine etwas geringere Leistung. Man müßte dann vielleicht die Motoren im Durchmesser so groß bauen, daß es wegen dem größeren Leistungsbedarf doch zu einem solchen Durchmesser des Spulenstatorsatzes käme, daß die beiden unteren Spulensätze nur mit je 4 Spulen ausgeführt sind und zwar nach Art der deutschen Offenlegungsschrift 24 24 290 und das würde dann etwa eine Position wie die der Spulen 22, 23 und 25, 26 bzw. etwas verdreht 51, 52 und 54, 55 bedeuten.

Falls man die Anordnung nach der D-OS 25 33 187 vorsieht, würde das einer Spulenkonfiguration etwa wie die Position der Spulen 21, 22, 25, 26 entsprechen und auf der anderen Seite den Spu­ len 52-55. (So winkelverdreht, daß maximale Distanz zwischen den Statoren entsteht.) Ersichtlich ist eine radiale Überlappung dann ver­ meidbar, und das würde bedeuten, daß man alle Statorspulen auf einer einzigen Seite anbringen könnte, aber eben nur in Verbindung mit dieser vorteilhaften Spulenkonfiguration nach den deutschen Offenlegungsschriften 25 33 187 oder 24 24 290. Es ist jedoch nicht gesagt, daß das ausreichend ist. Man kann immerhin bei radial größerem Statorkranzdurchmesser auch dann eine allenfalls benötigte Schwungmasse im Durchmesser größer und damit im Gewicht relativ kleiner machen.

Eine Ausführungsvariante zu der Fig. 2 ist darin zu sehen, daß die Platte 28 so dick gemacht wird, daß die Lagerrohre z. B. mit einem kleinen Flansch um ihren zentralen Teil, der auf der Platte aufliegt, mit derselben verschraubt ist und die Lager trägt. Die Lager im einzelnen sind ausgeführt wie in Fig. 2 dargestellt. Fig. 3 zeigt in der oberen Öffnung angedeutet drei Befestigungslöcher, in die ein solches Flanschteil mit Lagerrohr eingeschraubt werden könnte. Voraussetzung ist dabei natürlich, daß die Platte 28 min­ destens 1 mm dick ist. Die Fig. 4 und 5 zeigen fotomechani­ sche Darstellungen der Platine 28 von beiden Seiten und die Fig. 6 zeigt eine Vergrößerung des Schnittes durch die Platte 28 der Fig. 2. Man sieht dabei, daß die obere und untere Deckschicht 29, 39, als gedruckte Leiterplatte zu verstehen, die Bahnen aufweist, an welche die Spulen 20 - anzulöten sind wie auch alle Elektronik an sie angeschlossen wird. Der die Dicke im wesentlichen ausmachende Kern ist weich­ magnetisch also vorzugsweise Weicheisen, welches zum Rück­ schluß der magnetischen Kreise der Motorteile dient, oder falls das nicht erforderlich ist einfach zur Abschirmung dient. Im Falle von "Nur Abschirmung" kann diese Schicht sicher wesentlich dünner sein. 82 ist als der Weicheisen­ kern des Plattenkörpers 28 beidseitig beschichtet mit den gedruckten Leitungsschichten 29, 39.

Fig. 7 zeigt ebenfalls vergrößert eine andere Variante eines erfindungsgemäßen plattenförmigen Tragkörpers, wobei nicht ein magnetischer Kern vorgesehen ist sondern eine un­ magnetische aber feste Schicht 97 im wesentlichen die Dicke bestimmt und die weichmagnetische Schicht 96 (vielleicht so­ gar als hochpermeables Material ausgebildet) zur Abschirmung dient. Falls man zusätzlich noch eine Verbesserung der Ab­ schirmung benötigt, kann auf der anderen Seite eine zweite Schicht dieser Art 95 vorgesehen sein. Jedenfalls sind die Leiterschichten 93 und 94 ähnlich wie in Fig. 6 ausgebildet, wobei die Spulen nur schematisch angedeutet versetzt ge­ zeichnet sind. Die gezeigte Lage hat mit der tatsächlichen Position in einem Ausführungsbeispiel nichts zu tun. Falls man einen Rückschluß für die eine oder andere Spule noch be­ nötigt, wird die entsprechende Schicht, z. B. 96 oder 95, entsprechend verdickt und im Einzelfall kann dann entschie­ den werden, ob das ausreicht gleichzeitig als Abschirmung oder ob die Schicht zur Abschirmung auf der anderen Seite noch nötig ist.

Die Erfindung stellt eine durch die beidseitige Kaschierung mit Leiterbahnen einer im wesentlichen weichmagnetischen Schicht, die entweder selbsttragend oder mit einer Festig­ keitsschicht zur ausreichenden Stabilisierung versehen ist, eine erhöhte Kompensationsmöglichkeit in Richtung größerer Miniaturisierung oder Kompaktheit von Geräten dar. Das Auf­ bringen der beiden gegenüberliegenden Leiterplatten oder flexiblen Schaltungen kann durch Heiß- oder Kaltkleber oder direkt im Herstellverfahren der Leiterplatte bzw. der flexiblen Schaltungen im Verbund geschehen.

Die "weichmagnetische Leiterplatte" benötigt keine hoch­ legierte Eisenqualität. Die flachen Motoren mit ebenem Luftspalt können durch solche mit zylindrischem Luftspalt und großem Verhältnis D/L ersetzt werden (D = Luftspaltdurchmesser, L = axiale Länge).

Der Direkt-Antriebs-(DD)-Capstanmotor ist elektronisch kommutiert, 2×DD-Wickelmotoren elektronisch kommutiert. Gemeinsame Trägerplatte beidseitig in "Verbundtechnik" aus­ geführt, enthält möglichst viel an Elektronik. Die Platte wird in ein Alu- (oder Kunststoff-) Chassis eingebaut, welches die Lager für sämtliche Motoren enthält.

Dieses System ist auch mit Kollektormotoren denkbar oder mit 2 Kollektormotoren als DD-Wickelmotoren und 1 kollektor­ losen Capstanmotor. Diese Lösung ist billiger durch Entfall von Kommutierungselektronik und dynamisch vorteilhaft durch die geringere Masse der Wickelmotoren.

Claims (22)

1. Antriebssystem, insbesondere für kassettierte magnetische Signalbänder, wobei zwei Wickelachsen oder -wellen und mindestens eine Capstan-Achse oder -Welle in fest vorgegebenen Abständen einander im wesentlichen parallel zugeordnet sind, wobei die Capstan-Achse und mindestens eine Wickelachse direkt von je einem flachen Elektromotor angetrieben wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wicklungen mindestens dieser zwei direkt antreibenden Motoren parallel auf den beiden Seiten eines plattenförmigen magnetisch mindestens teilweise leitfähigen Tragkörpers vorgesehen sind.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt mindestens eines Elektromotors zylindrisch ist und ein großes Ver­ hältnis D/L (D = Luftspaltdurchmesser; L = axiale Länge des zylindrischen Luftspaltes) aufweist.

3. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Elektromotor einen ebenen Luftspalt aufweist.

4. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Tragkörper als durchgehende weichmagnetische Schicht ausgebildet ist.

5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Weicheisenschicht zwischen den zwei Wicklungen dieser Motoren liegt.

6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine dreiphasige Statorwicklung des Capstanmotors 3 n konzentrische Spulen aufweist (n = 1, 2, 3, . . . ), vorzugsweise sechs äquidi­ stante flache.

7. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Tragkörper als dreischichtige Leiterplatte (Print) mit einem metallischen Kern vorzugsweise aus magnetisch leitfähigem Material (Weicheisen) ist und vorzugsweise beidseitig angebrachten Leiterplatten ausgebildet ist.

8. Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Kern die Lagersysteme eines oder mehrerer Motoren trägt.

9. Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lay-Out der 3-Schicht-Leiterplatte die Verschaltung der Motorwick­ lungen umfaßt.

10. Antriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lay-Out auch die zusätzlich für Kommutierung oder Regelung bzw. Steuerung benötigen aktiven Elemente (T, D, IC) aufweist.

11. Antriebssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Lay-Out auch die passiven Elemente (R, L, C) aufweist.

12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die 3-Schicht-Leiterplatte gleichzeitig Bauelementeträger und Kühlkörper bildet.

13. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren der beiden Antriebsmotoren einen solchen Durchmesser aufweisen, daß sie sich (axial gesehen) radial überlappen.

14. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese 3-schichtige Leiterplatte gleichzeitig als Rückschluß oder Abschirmung für Spulen, die auf beiden Seiten angebracht sind, dient, wobei die Spulen auf jeder Seite mindestens einen Stator eines Elektromotors bilden, so daß die Motoren sozusagen zueinander gekehrt sind und versetzte Achsen haben.

15. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Lay-Out der 3-Schicht-Leiterplatte mindestens die Verschaltung der Motorwicklungen umfaßt, vorzugsweise auch die zusätz­ lich für Kummutierung oder Regelung bzw. Steuerung benötigten aktiven Ele­ mente (T, D, IC) und vorzugsweise auch passiven Elemente (R, L, C), wobei die 3-Schicht-Leiterplatte gleichzeitig Bauelementeträger, Verdrahtung und Kühlkörper bildet.

16. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Tragkörper (3-Schicht-Leiterplatte) eben oder gebogen eingebaut ist und vorzugsweise das Lay-Out auch die Tachospule beidseitig enthält.

17. Antriebssystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen im Chassis eines Antriebsbausteines (Gehäuse 1) vorgese­ hen sind, in welches die Leiterplatte eingelegt ist.

18. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor ein kollektorloser Gleichstrom­ motor mit permanentmagnetischem Rotor ist.

19. Antriebssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor ein sogenannter Außenläufer ist.

20. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte ein Eisenblech mit beidseitiger Beschichtung ist.

21. Antriebssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten mit den Leiterbahnen unmittelbar auf dem Eisenblech befestigt sind.

22. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es zum Antrieb von Ton- und Video-Kassetten dient.