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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein ein Bewegungssteuersystem zur Steuerung
einer motorgetriebenen Einheit genau auf eine vorbestimmte Stellung in
einer kurzen Zeit. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
eine CD-Karussell-Ladevorrichtung für einen
genauen und kurzen Zugriff zu dem nächsten Informationsmedium.
Das Teller-Antriebssystem ist vorgesehen für eine Vorrichtung zur Aufzeichnung oder
eine Vorrichtung zur Wiedergabe von Informationen mit einer Abtasteinheit
zum Lesen oder Speichern von Informationen oder von Daten in einer
oder mehreren Spuren eines Aufzeichnungsmediums, wie zum Beispiel
einer CD, CD-ROM oder DVD, einer löschbaren CD oder DVD.
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Hintergrund der Erfindung
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CD-Karussell-Ladevorrichtungen
für die
Aufzeichnung oder für
die Wiedergabe von Informationen oder Daten in einer oder mehreren
Spuren eines Aufzeichnungsmediums sind allgemein bekannt. Um in
der Lage zu sein für
einen Zugriff auf ein gewünschtes
Aufzeichnungsmedium des CD-Karussells mit hoher Genauigkeit und
Geschwindigkeit und mit einer kurzen Bewegungszeit muß das Karussell in
eine Stellung gesteuert werden, die es möglich macht, auf dem Aufzeichnungsmedium
abzutasten oder zu schreiben. Das Karussell wird durch einen Elektromotor über einen
Getriebemechanismus angetrieben, und der Motor wird über ein
sogenanntes Teller-Motor-Treiber-IC ein- und ausgeschaltet. Entsprechend
den Anforderungen eines Antriebssystems für eine Karussell-Ladevorrichtung
für eine
Positionierung der Genauigkeit, der Geschwindigkeit und der Selbsthemmung
wird ein Getriebemechanismus angewendet, der durch ein Ritzel angetrieben wird
und eine hohe Übersetzung
aufweist. Aufgrund der komplexen Kombination von mechanischen und elektrischen
Strukturen und Elementen kann der Teller wegen seiner Trägheit häufig nicht
genau bei seiner Stellung angehalten werden. Es ist für den Fachmann
auf diesem Gebiet bekannt, die Geschwindigkeit einer derartigen
Vorrichtung zu verringern, um sie genauer in eine gewünschte Stellung
zu steuern. Ein derartiges Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass
es mehr Zeit zur Erreichung der Zielstellung benötigt und außerdem ein übermäßiger Aufwand durch mechanische
oder elektrische Bremsmittel notwendig ist, um die Vorrichtung in
die gewünschte Stellung
zu steuern.
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Die
GB-A-2 302 983 beschreibt ein Bewegungssteuersystem zur Steuerung
einer motorgetriebenen Einheit und ein entsprechendes Verfahren
gemäß dem Oberbegriff
der unabhängigen
Ansprüche.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Bewegungssteuersystem zum Steuern
eines Tellers in eine vorbestimmte Stellung zu schaffen, das einen geringen
Aufwand erfordert und die Anforderungen für eine hohe Genauigkeit der
Positionierung, eine kurze Bewegungszeit und eine Selbsthemmung
erfüllt.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen
Merkmale der Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein
Aspekt der Erfindung besteht darin, ein Antriebssystem für eine CD-Karussell-Ladevorrichtung in
einer solchen Weise zu schaffen, dass eine hohe Positionierungsgenauigkeit
und eine hohe Geschwindigkeit im Laufe des Zugriffs auf dem Aufzeichnungsmedium
sowie eine Selbsthemmung des Antriebssystems mit geringem Aufwand
erreicht werden.
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Diese
Anforderungen werden durch ein Bewegungssteuersystem erfüllt, das
eine Bremsschaltung enthält,
die nur durch ein Schaltmittel gebildet sein kann, das durch dieselbe
Klemme zum Ein- und Ausschalten des Motors gesteuert wird. Die Selbsthemmung
wird durch Anwendung einer Übersetzung zwischen
dem Antriebsmotor und dem Karussellteller erreicht.
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Das
Bewegungssteuersystem für
eine CD-Karussell-Ladevorrichtung ist derart aufgebaut, dass eine
Bremsschaltung dem Teller -Motorsteuer-IC hinzugefügt wird
und dass die Schaltung, die den Motor sowie die Bremsschaltung speist,
durch ein Impulssignal während
einer kurzen Periode vor der Zielstellung des Tellers gesteuert
wird. Das Motorsteuersystem, das eine Bremsschaltung aufweist und
den Motor durch ein Impulssignal während einer kurzen Periode
vor der Zielstellung steuert, hat den Vorteil, dass durch Änderung
des konstanten Einschaltsignals auf ein Impulssignal die Anzahl
an Umdrehungen des Motors und auf diese Weise auch die Geschwindigkeit
des Tellers in einer schnellen Weise verringert und eine Zielstellung
genau und schnell erreicht wird, wenn ein Stoppsignal empfangen
worden ist. Schließlich
kann bei der Bremsung ein kürzerer Bremsweg
erreicht werden, und dennoch kein Weiterlauf über die Zielstellung hinaus
erfolgt. Das bedeutet, dass die Gesamtdauer zur genauen Erreichung
der gewünschten
Stellung verringert wird. Das mechanische Bewegungssystem wird genau
in einer kurzen Zeit ohne Anwendung jedes mechanischen Bremsens
angehalten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird ein Fotounterbrecher benutzt, um die Stellungen für den Beginn
der Abbremsung und das Anhalten des Tellers zu ermitteln. Impulse
zur Steuerung des Motors während
der Bremsperiode werden ständig durch
eine zentrale Prozessoreinheit des Aufzeichnungs- und Wiedergabegerätes erzeugt,
bis der Anhaltepunkt ermittelt worden ist.
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Die
Bremsschaltung ist sehr einfach. Sie enthält nur einen Transistor, einen
Widerstand und eine Diode und erreicht dadurch das Bremsergebnis
mit einem Kostenvorteil.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Die
Erfindung wird im folgenden im Detail für eine beispielhafte Ausführungsform
anhand der Zeichnung erläutert:
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1 zeigt
ein Schaltbild eines Motorsteuer-IC für einen Teller gemäß dem Stand
der Technik,
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2 zeigt
ein Schaltbild einer Ausführungsform
des Motorsteuersystems gemäß der Erfindung,
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3 zeigt
ein Zeitdiagramm für
die Motorläufer-Spannungen
für die
Schaltungen in 1 und 2,
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4 zeigt
den Verlauf der Tellergeschwindigkeit und der Tellerstellung ohne
das Bewegungssteuersystem,
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5 zeigt
den Verlauf der Tellergeschwindigkeit und der Tellerstellung mit
dem Bewegungssteuersystem, und
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6 zeigt
den Verlauf eines dem Motorsteuersystem zugeführten Eingangssignals.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
Bezugszeichen werden einheitlich über die ganze Zeichnung benutzt.
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Das
Schaltbild eines Teller-Motorsteuer-IC in 1 ist aus
dem Stand der Technik bekannt und zeigt eine Treiberschaltung IC1
wie zum Beispiel das AN6651 mit vier Klemmen 1 bis 4,
einen ersten Widerstand R1 und einen zweiten Widerstand R2 zur Einstellung
der Verstärkung
und der Ausgangsspannung Vout der Treiberschaltung IC1 und einen NPN-Transistor
Q1 als elektronischer Schalter, der den Laufbetrieb oder den Stillstand
des Motors M steuert. Der Emitter des NPN-Transistors Q1 ist mit Erde GND verbunden;
die Basis des NPN-Transistors Q1 ist mit einer Eingangsklemme In über einen dritten
Widerstand R3 verbunden, und der Kollektor des NPN-Transistors Q1
ist mit der Klemme 3 der Treiberschaltung IC1 verbunden.
Die Klemme 1 der Treiberschaltung IC1 bildet einen Eingang
der Treiberschaltung IC1 und ist an eine Betriebsspannung U angelegt,
an die auch ein erster Anschluss des Widerstands R1 und ein erster
Anschluss des Motors M angelegt sind. Die zweite Klemme des ersten
Widerstands R1 und eine erste Klemme des zweiten Widerstands R2
sind mit der zweiten Klemme 2 der Treiberschaltung IC1
verbunden, und schließlich
sind die zweite Klemme des zweiten Widerstands R2 und die zweite
Klemme des Motors M mit der Ausgangsklemme 4 der Treiberschaltung
IC1 verbunden. Eine übliche
Betriebsspannung U beträgt
9 Volt, und die an die Eingangsklemme In angelegte Spannung zum Betrieb
und zum Anhalten des Motors M hat einen hohen Signalwert von 5,3
V und einen niedrigen Signalwert von 0 V. Eine derartige Teller-Motortreiberschaltung
hat den Nachteil, dass der Teller wegen seiner Trägheit aufgrund
der komplexen Kombination von mechanischen und elektrischen Strukturen
und Bauteilen häufig
nicht genau an seiner Zielstellung angehalten werden kann. Es ist
für den
Fachmann auf diesem Gebiet hinreichend bekannt, die Geschwindigkeit
einer Einheit zu verringern, um sie genauer auf eine gewünschte Stellung
zu steuern. Ein derartiges Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es
mehr Zeit zur Erreichung der Zielstellung benötigt und zusätzlich ein
beachtlicher Aufwand durch die mechanischen oder elektronischen
Bremsmittel benötigt
wird, um die Vorrichtung in die gewünschte Stellung zu steuern.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine
Anordnung zu schaffen, durch die die Nachteile des Standes der Technik
beseitigt werden.
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Das
Problem wird durch ein Motorsteuersystem gelöst, wie es in einer bevorzugten
Ausführungsform
in 2 und 6 dargestellt ist.
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Das
Motorsteuersystem besteht aus einer Motorsteuerschaltung, die eine
Bremsschaltung aufweist und während
einer kurzen Periode vor der Zielstellung durch ein Impulssignal
gesteuert wird. Die gleichzeitige Impulssteuerung der Treiberschaltung IC1
für den
Motor M und einer Bremsschaltung BC für diesen Motor M während einer
kurzen Periode vor der Zielstellung hat den Vorteil, dass die Motorläuferspannung
und somit auch die Geschwindigkeit des Karusselltellers sehr schnell
verringert werden und die Zielstellung in einer kürzeren Zeit
genau erreicht wird. Das bedeutet, wie im folgenden gezeigt, dass trotz
einer verringerten Geschwindigkeit vor der Zielstellung diese in
einer kürzeren
Zeit und außerdem mit
einer höheren
Genauigkeit erreicht wird. Dieser Überraschungseffekt ist bedingt
durch die Tatsache, dass durch das Bewegungssteuersystem der Bremsweg
verkürzt
werden kann und dennoch die Zielstellung mit einer höheren Genauigkeit
und ohne einen Lauf über
die Zielstellung hinaus erreicht wird. Wie in 4 als
ein Beispiel dargestellt, läuft
der Teller eines gewählten
Karussells, der durch eine Schaltung gemäß 1 gesteuert
und durch Änderung
des Signals an der Eingangsklemme In von einem hohen Wert auf einen
niedrigen Wert bei einer Brems stellung A angehalten wird, über eine
Zielstellung B hinaus und stoppt bei der Stellung C für einen
Abstand OD von 0,002 Grad über
die Zielstellung hinaus. Die Dauer, bis der der Teller tatsächlich anhält, nachdem das
Stoppsignal an die Eingangsklemme In gemäß 1 angelegt
worden ist, wurde mit 500 ms gemessen. Dieses Ergebnis wurde für einen
Bremsweg B – A
von 0,0217 Grad erreicht.
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Durch
Anwendung eines Motorsteuersystems gemäß 2 kann die
Zielstellung B in 4 genau erreicht werden, wie 5 zeigt.
Da jedoch die Tellergeschwindigkeit V verringert wird, wird die Zielstellung
in diesem Beispiel nach einer erhöhten Periode von 1200 ms erreicht,
unter der Bedingung, dass die Abbremsung von derselben Bremsstellung A
beginnt. Das betrifft somit einen Fall, in dem die Brems- Startstellung
A in 4 gleich einer Bremsstellung AR in 5 ist.
In einem derartigen Fall würde
die Forderung, die Zielstellung in einer kurzen oder kürzeren Zeit
zu erreichen, nicht erfüllt.
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Durch
Anwendung eines Bewegungssteuersystems gemäß 2 und 6 kann
jedoch eine Zielstellung B mit derselben Genauigkeit wie in 4 erreicht
werden, wenn das impulsförmige
Bremssignal gemäß 6 an
die Eingangsklemme In gemäß 2 später als
in 4 angelegt wird. Das bedeutet, dieselbe Genauigkeit
wird auch erreicht, wenn der Bremsweg B – A auf einen Bremsweg DD verringert
wird. Für
das untersuchte Muster könnte
der Bremsweg DD von 0,0217 Grad auf 0,006 Grad verringert werden.
Daher ist auch die Dauer, bis der Teller von der neuen Bremsstellung
AR anhält,
kürzer und
wurde mit 80 ms gemessen. Das bedeutet, dass aufgrund der Tatsache,
dass die Bremsperiode von 500 ms auf 80 ms verringert wurde, die
Zielstellung mit einer höheren
Genauigkeit in einer kürzeren
Zeit erreicht wird. Die Zugriffsgeschwindigkeit auf das nächste Informationsmedium
wird damit erhöht.
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Die
Bremsschaltung BC, wie sie in 2 dargestellt
ist, ist der bekannten Schaltung gemäß 1 hinzugefügt und enthält einen
PNP-Transistor Q2, der als ein Schaltmittel dient, einen vierten
Widerstand R4 und eine Diode D. Die Diode D und der Kollektor/Emitter-Weg
des PNP-Transistors Q2 liegen parallel zu den Anschlussklemmen des
Motors M, und die Basis des PNP-Transistors Q2 ist über den
Widerstand R4 mit der Eingangsklemme In verbunden. Auf diese Weise
werden die Motortreiberschaltung und eine Bremsschaltung BC durch
dieselbe Eingangsklemme In gesteuert. Die Aufgabe der Diode D besteht
darin, eine hohe Spannung aufgrund der Induktivität des Motorläufers zu
vermeiden. Die Bremsschaltung BC gemäß 2 erfordert
einen geringen Aufwand und erreicht somit die Bremswirkung mit einem
Kostenvorteil.
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Der
PNP-Transistor Q1 ist ein elektronischer Schalter, der den Lauf
oder den Stillstand des Motors steuert. Wenn der logische Wert an
der Eingangsklemme In hoch ist, ist die Kollektor/Emitter-Strecke des
NPN-Transistors Q1 leitend, der Motor M läuft, und wenn der logische
Wert an der Eingangsklemme In niedrig ist, ist der Zustand der Kollektor/Emitter-Strecke
des NPN-Transistors Q1 abgeschaltet, und der Motor M wird angehalten.
Nach der Zustandsänderung
des NPN-Transistors
Q1 sich von EIN auf AUS, dreht sich der Motor im allgemeinen aufgrund
seiner mechanischen Trägheit
für eine
Weile weiter.
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Um
den Motor M in einer kürzeren
Zeit anzuhalten, ist eine Bremsschaltung hinzugefügt. Nachdem
sich der Zustand des NPN-Transistors Q1 von EIN auf AUS geändert hat, ändert sich
der Zustand des PNP-Transistor Q2 von AUS nach Ein, so dass der
Läufer
durch den leitenden PNP-Transistor Q2 kurzgeschlossen wird. Wenn
sich der Motor noch dreht, wird ein Bremsstrom Ia und in dem Läufer ein Drehmoment
erzeugt, das den Motor M an einer Drehung hindert. Ein nichtdargestellten
Fotounterbrecher dient zur Detektierung der Stellungen für den Start
der Bremsung und zum Anhalten des Tellers, und Impulse zur Steuerung
des Motors M während der
Bremsperiode werden ständig
durch eine ebenfalls nicht dargestellte zentrale Prozessoreinheit
des Aufzeichnungs- oder Wiedergabegerätes erzeugt.
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Wenngleich
eine Treiberschaltung IC1 zur Steuerung des Motors M benutzt wird,
bricht die Motorläuferspannung
Vo1, wie 3 zeigt, nicht sofort zusammen,
wenn ein Bremssignal von 0 V an die Eingangsklemme In angelegt wird.
Eine Spannung Vol wird nach der Zuführung eines Bremssignals zu der
Eingangsklemme In durch die Motorträgheit erzeugt und bewirkt wenigstens
einen Strom fluss Ia durch den ersten Widerstand R1 und den zweiten
Widerstand R2, mit dem Ergebnis, dass die Motorläuferspannung Vo1 nicht sofort
zusammenbricht, wenn ein Bremssignal von 0V der Eingangsklemme In
zugeführt
wird. Wie 3 zeigt, wurde die Dauer, bis die
Motorläuferspannung
Vo2 auf null abfällt,
durch Anwendung einer Bremsschaltung gemäß 2 um ungefähr 20 ms
verringert. Jedoch wurden die Wirkung einer verringerten Zugriffszeit
um etwa 420 ms und einer gleichzeitigen verbesserten Genauigkeit durch
das Bewegungssteuersystem erreicht, das die Anwendung einer Bremsschaltung
BC mit einer Impulssteuerung während
der Bremsperiode kombiniert. In der obengenannten Ausführungsform
wurde ein Tastverhältnis
von eins bis vier mit einer Impulsbreite PW von 8 ms bei einem Impulsabstand
T1 von 32 ms erreicht.
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Eine
hohe Positionierungsgenauigkeit wird durch die verringerte Tellergeschwindigkeit
vor der Zielstellung erreicht, und ein Hinauslaufen über die Zielstellung
hinaus wird vermieden.