Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Drehmagnetkopfvorrichtung zur
Aufnahme von Signalen auf ein Tonband als Aufzeichnungsmedium und
zur Wiedergabe von auf dem Tonband aufgezeichneten Signalen
und, genauer gesagt, eine Drehmagnetkopfvorrichtung, welche
für die Anwendung bei einem digitalen Tonbandgerät oder DAT
geeignet ist.
Stand der Technik
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In dem anfänglichen Entwicklungsstadium waren die digitalen
Tonbandgeräte größenmäßig den 8 mm-Videotonbandgeräten (VTRs)
ähnlich, so daß sie die 8 mm-VTR-Spezifikationen verwendeten.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Beispiels einer
Drehmagnetkopfvorrichtung, welche bei dem DAT verwendet wird. In der
Figur stellt die Bezugsnummer 1 ein Gehäuse und 2 eine auf das
Gehäuse 1 montiertestationäre Trommel dar. An der Spitze der
stationären Trommel2 ist einringförmiger vertiefter
Abschnitt 2a gebildet. Mit 3 ist ein Motor bezeichnet, welcher
an der Unterseite der stationären Trommel 2 montiert ist. Eine
Motorwelle 3a trittdurch diestationäre Trommel 2 hindurch
und ragt über diesehinaus. Mit 4 ist eine Drehtrommel
bezeichnet, welche ander Welle 3a, die aus der stationären
Trommel 2 hervorragt, befestigt ist. Ein Magnetkopf 5 ist an
eine Montagebasis 6montiert,welche an
der Unterseite der
Drehtrommel 4 derart befestigt ist, daß das äußere Ende des
Magnetkopfes 5 leicht, ausgehend von der äußeren Umfangsfläche
der stationären Trommel 2 und der Drehtrommel 4, nach außen
hervorragt.
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Der Magnetkopf 5 besitzt eine Spule, welche, wenngleich nicht
gezeigt, an eine Primärwicklung 7a oder 7b eines später noch
beschriebenen Drehtransformators angeschlossen ist. Mit 7 ist
ein Kern auf der Rotorseite bezeichnet, welche einen Teil
eines Drehtransformators bildet, an der Unterseite der
Drehtrommel 4 angebracht sowie mit den Primärwicklungen 7a, 7b
versehen ist, welche an die Spule des Magnetkopfes 5 angeschlossen
sind. Mit 8 ist ein Kern auf-der Statorseite bezeichnet,
welcher einen Teil des Drehtransformators bildet und welcher an
der Grundfläche des vertieften Abschnittes 2a der stationären
Trommel 2 in der Weise installiert ist, daß er dem Kern 7 auf
der Rotorseite mit einem Spalt (beispielsweise 30 bis 50 pm)
dazwischen gegenüberliegt, welcher klein genug zur
Verbesserung eines Kopplungskoeffizienten ist. Der Kern 8 auf der
Statorseite ist mit Sekundärwicklungen 8a, 8b an Stellen
versehen, welche den Primärwicklungen 7a, 7b gegenüberliegen. Mit T
ist ein Magnetband als Aufzeichnungsmedium bezeichnet.
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Fig. 2 zeigt eine Übertragungscharakteristik des
Drehtransformators in einem Frequenzband, in welchem er verwendet wird. In
der Figur stellt a ein Übersetzungsverhältnis dar, welches
gleich der Anzahl an Wicklungen nS der Sekundärwicklungen 8a,
8b geteilt durch die Anzahl von Wicklungen nP der
Primärwicklungen 7a, 7b ist; E&sub0; ist eine Leerlaufspannung bzw.
elektromotorische Spannung; Ei ist eine Eingabespannung eines
Wiedergabeverstärkers; und fr ist eine Resonanzfrequenz.
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Es wird nun der Betrieb des DAT erklärt.
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Beim Start des Motors 3 zur Drehung der Drehtrommel 4, welche
auf die Welle 3a montiert ist, wird der Magnetkopf 5, welcher
an die Drehtrommel 4 über die Montagebasis 6 befestigt ist,
ebenfalls gedreht. Bei sich drehender Drehtrommel 4 sowie sich
drehendem Magnetkopf 5 wird das Magnetband T durch einen nicht
gezeigten Bandbeförderungsmechanismus zur Aufzeichnung von
Signalen auf das Magnetband T oder zur Wiedergabe von diesen
von dem Magnetband T durch den Magnetkopf 5 bewegt.
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Der Drehtransformator wird verwendet, um Signale, welche auf
dem Magnetband T aufzuzeichnen sind, von einem nicht gezeigten
Aufnahmeverstärker dem Magnetkopf 5 zuzuführen sowie Signale,
welche von dem Magnetband T durch den Magnetkopf 5
wiedergegeben werden, an einen nicht gezeigten Wiedergabe- oder
Playback-Verstärker zu liefern.
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Alsnächstes geht es um die Anzahl von Wicklungen nH der Spule
aufdem Magnetkopf 5, die Anzahl von Spulen nP der
Primärwicklungen 7a, 7b auf dem Drehtransformator sowie die Anzahl von
Wicklungen nS der Sekundärwicklungen 8a, 8b auf dem
Drehtransformator.
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Von dem Drehtransformator wird gefordert, daß er einen
möglichst geringen Verlust sowie eine möglichst flache
Übertragungscharakteristik in dem Bedienungsfrequenzband aufweist,
wie durch die durchgehende Linie in Fig. 2 gezeigt ist. Es ist
allgemein üblich bei VTR, daß die Frequenz der Weißspitze des
Videosignals so eingestellt ist, daß sie mit der
Resonanzfrequenz fr zusammenfällt.
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Falls man daher die Eingangskapazität des nicht gezeigten
Playback-Verstärkers mit C bezeichnet, wird die
Resonanzfrequenz fr ausgedrückt als
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wobei LSH eine Induktivität der Drehtransformatorimpedanz aus
der Sicht der Sekundärwicklungen 8a, 8b ist.
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Dann ist die Induktivität LSH gegeben durch
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wobei LP eine Induktivität der Primärwicklungen 7a, 7b des
Drehtransformators ist; LH eine Induktivität der Spule des
Magnetkopfes 5 sowie K ein Kopplungskoeffizient des
Drehtransformators ist (üblicherweise 0,97 bis 0,99; je größer, desto
besser).
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Da die Resonanzfrequenz fr und die Eingangskapazität C bereits
bekannt sind, kann nunmehr die Induktivität LSH bestimmt
werden.
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Da die Übertragungscharakteristik des Drehtransformators
gegeben ist durch
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Dann ist die Induktivität LP, welche ein maximales Ei/E&sub0;
ergibt, gegeben durch
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Nunmehr kann die Beziehung zwischen den zwei Induktivitäten LP
und LH erhalten werden.
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Das optimale Übersetzungsverhältnis a wird ausgedrückt als
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Die Anzahl der Wicklungen der Spule nH, die Anzahl der
Wicklungen der Primärwicklung nP und die Anzahl von Wicklungen der
Sekundärwicklung nS werden derart bestimmt, daß sie die obigen
Beziehungen erfüllen. Im allgemeinen wird nH auf 20 bis 25
festgelegt; nP auf 3 bis 5; nS auf 6 bis 15; und das
Übersetzungsverhältnis a auf 2 bis 3.
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Die herkömmliche Drehmagnetkopfvorrichtung ist, wie oben
beschrieben, aufgebaut. Wenn die Anzahl von Wicklungen nH, nP,
nS, wie oben beschrieben, festgelegt wird, sollte die Anzahl
von Wicklungen der Spule nH für den Magnetkopf 5 sich im
Bereich von 20 bis 25 bewegen. Dies bedeutet, daß es notwendig
ist, den Draht durch einen engen Spalt von der Größe eines
Nadelkopfes jeweils 20 bis 25 Mal hindurchzuführen. Dieses
Bespulungsverfahren wird entweder manuell oder unter
Verwendung einer automatischen Drahtwickelmaschine durchgeführt.
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Um mit dieser Tätigkeit des Wickelns des Drahtes zur Bildung
von 20 bis 25 Spulenwicklungen vertraut zu werden, wird ein
Arbeiter ungefähr drei Monate brauchen. Wenn die Spule durch
die automatische Drahtwickelmaschine hergestellt wird, ist
eine teure F!ochpräzisionsanlage erforderlich. Die Gesamtkosten
der Anlage sind daher höher als diejenigen der manuellen
Arbeit. Dies wiederum erhöht die Kosten des Magnetkopfes 5 und
daher der Drehmagnetkopfvorrichtung.
Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Erfindung wurde gemacht zur Beseitigung der oben
genannten Nachteile, und ihre Aufgabe liegt darin, eine nicht teure
Drehmagnetkopfvorrichtung zu schaffen.
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Die Drehmagnetkopfvorrichtung gemäß der Erfindung zieht einen
Vorteil aus der Tatsache, daß im Gegensatz zu Videogeräten,
welche Grenzen in bezug auf die Anzahl von Windungen einer
jeden Wicklung zur Erfüllung verschiedener
Charakteristikerfordernisse aufweisen, das digitale Tonbandgerät keine solchen
Grenzen bzw. Restriktionen besitzt. Bei diesem Gerät wird die
Anzahl von Windungen der Spule für den Magnetkopf auf 10 oder
weniger festgelegt, die Anzahl von Windungen der
Sekundärwicklung für den Drehtransformator auf 16 oder weniger und die
Anzahl von Windungen der Primärwicklung für den
Drehtransformator in der Weise, daß das Übersetzungsverhältnis - die
Anzahl von Windungen der Sekundärwicklung geteilt durch die
Anzahl von Windungen der Primärwicklung - multipliziert mit der
Anzahl von Windungen der Magnetkopfspule ungefähr 50 wird.
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Da die Drehmagnetkopfvorrichtung gemäß dieser Erfindung bei
DATS angewendet wird, ist sie frei von solchen Begrenzungen
der Anzahl von Windungen einer jeden Wicklung, wie sie bei
VTRS gegeben sind. Daher kann die gewünschte Charakteristik
des DAT selbst dann erreicht werden, wenn die Anzahl von
Windungen der Spule auf 10 oder weniger festgelegt wird, die
Anzahl von Windungen der Sekundärwicklung auf 16 oder weniger
sowie die Anzahl von Windungen der Primärwicklung derart
festgelegt bzw. eingestellt wird, daß das Übersetzungsverhältnis
multipliziert mit der Anzahl von Windungen der Spule ungefähr
50 beträgt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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Fig. 1 einen Querschnitt eines Beispiels einer
Drehmagnetkopfvorrichtung; und
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Fig. 2 ein Diagramm der Übertragungscharakteristik in einem
Frequenzbereich, in welchem der Drehtransformator verwendet
wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Einige Ausführungsformen dieser Erfindung werden nun unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Da ein DAT die Signale digital verarbeitet, benötigt er nicht
ein so hohes Signalrauschverhältnis oder SN-Verhältnis wie der
VTR, sondern lediglich die Übertragungscharakteristik, welche
durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 dargestellt ist.
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Basierend auf dieser Tatsache, wurden die Charakteristika bzw.
Betriebseigenschaften verschiedener Konfigurationen von
Drehmagnetkopfvorrichtungen unter der Bedingung untersucht, daß
die Anzahl der Windungen der Spule nH multipliziert mit dem
Übersetzungsverhältnis a bei ungefähr 50 beibehalten wird und
daß der Ausgang von der Sekundärwicklung des
Drehtransformators nahezu konstant gehalten wird.
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Bei einer ersten untersuchten Konfiguration der
Drehmagnetkopfvorrichtung war die Anzahl von Spulenwindungen nH auf 10
festgelegt, die Anzahl von Primärwicklungswindungen des
Drehtransformators nS auf 10, das Übersetzungsverhältnis a war auf
5 festgelegt sowie a*nH auf 50. Diese Konfiguration zeigte eine
äquivalente Charakteristik wie die herkömmliche Vorrichtung.
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Bei einer zweiten Konfiguration der Drehmagnetkopfvorrichtung
war die Spulenwindungsanzahl nH auf 5, die Anzahl an
Primärwicklungswindungen nP auf 1, die Anzahl von
Sekundärwicklungswindungen nS auf 10, das Übersetzungsverhältnis a auf 10 sowie
a*nH auf 50 festgelegt bzw. eingestellt. Die zweite
Konfiguration besaß einen niedrigeren Ausgang auf der Sekundärseite als
die konventionelle Vorrichtung, und seine
Blockfehlerhäufigkeit lag in der Größenordnung von 10&supmin;³ im Gegensatz zu 10&supmin;&sup4; bei
der konventionellen Vorrichtung. Da Fehler korrigiert werden
können, falls die Blockfehlerhäufigkeit niedriger als 10&supmin;² ist,
lieferte die zweite Konfiguration kein Problem für den
praktischen Gebrauch.
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Zusätzlich zu den obigen zwei Konfigurationen wurden auch die
folgenden Fälle studiert: ein dritter Fall, bei welchem die
Einstellungen derart waren, daß die Anzahl der Spulenwindungen
nH = 7, die Anzahl der Primärwicklungswindungen nP = 1, die
Anzahl der Sekundärwicklungswindungen nS = 7, das
Übersetzungsverhältnis a = 7 sowie a*nH = 49 war; ein vierter Fall, bei dem
nH = 6, nP = 1, nS = 8, a = 8 sowiea*nH = 48 war; ein fünfter
Fall, bei dem nH = 4, nP = 1, nS = 12, a = 12 sowie a*nH = 48
war; sowie ein sechster Fall, bei dem nH= 3, nP = 1, nS = 16,
a = 16 sowie a*nH = 48 war. In diesen Fällen wurden ähnliche
Charakteristika bzw. Betriebseigenschaften zu denjenigen bei
konventionellenvorrichtungenerhalten.
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Wie oben beschrieben, ermöglicht das Festlegen der Anzahl an
Wicklungswindungen nH, nP, nS auf geeignete Werte der
Vorrichtung eine gewünschte Betriebseigenschaft. Und da die Anzahl
von Windungen der Spule nH nicht größer als 10 ist, können die
Kosten des Magnetkopfes 5 um ungefähr 40% vermindert werden,
was stark zu einer Verminderung der Gesamtkosten der
Drehmagnetkopfvorrichtung beiträgt.
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Obwohl Fälle auftreten können, bei denen die Anzahl der
Sekundärwicklungswindungen nS des Drehtransformators größer wird als
diejenige bei konventionellen Geräten, kann die
Sekundärwicklung unter Verwendung der automatischen Wickelmaschine
gewikkelt werden, so daß die Kosten der Vorrichtung fast die
gleichen bleiben.
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Bei der Drehmagnetkopfvorrichtung gemäß der Erfindung kann die
Spule und die Primärwicklungen 7a, 7b in ihrem Durchmesser
nicht nur zur Verminderung der magnetischen Flußstreuung
vergrößert werden, sondern auch um die Verschlechterung des
Kopplungskoeffizienten zu verhindern.
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Wenn die Anzahl der Primärwicklungswindungen nP auf 1
festgelegt ist, ist es empfehlenswert, eine Wicklung, die
flachgedrückt ist, als die Primärwicklung 7a, 7b zu verwenden.
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Betriebseigenschaften, welche ähnlich zu denjenigen in den
ersten beiden Fällen sind, können auch erreicht werden, selbst
wenn die Anzahl von Spulenwindungen nH niedriger festgelegt ist
als die Anzahl von Sekundärwicklungen nS, oder wenn sie
unterhalb des Übersetzungsverhältnisses a eingestellt ist.
Vorrichtungen mit solchen Betriebseigenschaften bzw. Charakteristika
können ähnliche Wirkungen hervorrufen wie diejenigen von
Geräten mit den ersten beiden Konfigurationen.
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Der oben genannte Wert von ungefähr 50 (die Anzahl von
Spulenwindungen nH multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis a)
kann in dem Bereich von 45 bis 56 liegen.
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Wie oben beschrieben, erreicht die Drehmagnetkopfvorrichtung
gemäß der Erfindung eine gewünschte Betriebseigenschaft durch
Festlegen bzw. Einstellen der Anzahl von Spulenwindungen für
den Magnetkopf auf 10 oder weniger, der Anzahl von
Sekundärwicklungswindungen für den Drehtransformator auf 16 oder
weniger sowie durch das Einstellen der Anzahl von
Primärwicklungswindungen für den Drehtransformator derart, daß ein Produkt
eines Übersetzungsverhältnisses - definiert als die Anzahl von
Sekundärwicklungswindungen geteilt durch die Anzahl von
Primärwicklungswindungen - und der Anzahl von Spulenwindungen bei
ungefähr 50 liegt. Diese Konfiguration ermöglicht es, die
Anzahl von Spulenwindungen zu vermindern, was wiederum zu einer
Verminderung der Kosten des Magnetkopfes und daher der
Drehmagnetkopfvorrichtung beiträgt.