NL2011214C2 - Inrichting voor het roterend aandrijven van een ronde schijf. - Google Patents

Description

Inrichting voor het roterend aandrijven van een ronde schijf

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het roterend aandrijven van een ronde schijf die bijvoorbeeld in hoofdzaak uit aluminium, treksterk glas, of een keramisch materiaal bestaat, zoals een geheugenschijf van een computer, een vliegwiel, een drager voor een cd, een dvd, of dergelijke, welke inrichting een vast ten opzichte van een gestel opgestelde stator en een ten opzichte van de stator roterend aandrijfbare rotor omvat.

Een dergelijke inrichting is bijvoorbeeld bekend in de vorm van een harddiskdrive, dat wil zeggen een inrichting voor het roterend aandrijven van een geheugenschijf van een computer. Dergelijke geheugenschijven zijn meestal vervaardigd van aluminium en vertonen een centraal gat, waarin de centrale spindel van de rotor van een aandrijftnotor nauw past.

De stator van de motor wordt gedragen door een gestel dat vast ten opzichte van de computer of de server is opgesteld.

Dergelijke aandrijfmotoren nemen in relatie tot de geheugenschijf veel ruimte in en verbruiken in relatie tot hun prestaties veel elektrische energie.

Het is een primair doel van de uitvinding, de afmetingen van de elektrische aandrijving van een ronde schijf substantieel te verkleinen en het rendement van de aandrijving substantieel te verbeteren.

Met het oog op deze doelstellingen verschaft de uitvinding een aandrijfinrichting van het in de aanhef vermelde type, die het kenmerk vertoont, dat de rotor een concentrische ring omvat waarmee de omtreksrand van de schijf verbonden is; de ring twee gelijke, afgeknotte-kegelvormige vlakken met onderling tegengestelde oriëntaties vertoont, bijvoorbeeld een radiale doorsnede bezit met althans ten dele de algemene vorm van een gelijkbenige driehoek of een gelijkbenig trapezium, waarvan de basis zich evenwijdig aan de hartlijn, tevens de rotatie-hartlijn, van de rotor uitstrekt, en waarvan de twee gelijke zijden naar buiten toe convergeren; de stator een rondgaande verdieping vertoont, waarvan de vorm overeenkomt met die van de ring, zodanig dat de ring met tussenruimte in de verdieping past; aan elk van de met de genoemde zijden overeenkomende afgeknotte-kegelvormige oppervlakken angulair equidistant geplaatste magnetisch actieve elementen, bijvoorbeeld permanente magneten, zijn toegevoegd, waarvan de polen uitmonden aan de genoemde vlakken; aan de beide corresponderende oppervlakken van de verdieping de polen van de aan de magnetisch actieve elementen gelijk equidistant geplaatste elektromagneten met elk een kern en een spoel uitmonden; een en ander zodanig, dat de ring met de magnetisch actieve elementen en het gestel met de elektromagneten samen een ringvormige inductiemotor vormen; aan de elektromagneten een elektronische eenheid is toegevoegd, die is ingericht voor het met zodanige wisselstromen voeden van de elektromagneten, dat door de elektromagnetische interactie tussen de elektromagneten en de magnetisch actieve elementen de rotor roterend wordt aangedreven; en de elektronische eenheid tevens is ingericht voor het met zodanige wisselstromen voeden van de elektromagneten, dat de rotorring tijdens bedrijf magnetisch opgehangen is.

Het voordeel van magnetische ophanging is, evenals bij magnetische zweeftreinen, dat de onderlinge beweging tussen de rotor en de stator wrijvingsloos is. Hiermee is een bron van storing geëlimineerd, is er geen sprake van slijtage en vindt er geen warmtedissipatie en additionele lawaaiproductie plaats.

Volgens een zeer belangrijk aspect van de uitvinding is de inrichting zodanig uitgevoerd, de halve tophoeken van de afgeknotte-kegelvormige vlakken een waarde van 45° ± 15° bezitten.

De onderlinge gelijkheid en de spiegel symmetrische plaatsing van de afgeknotte-kegelvormige vlakken verzekert een symmetrisch krachtenspel, zowel met betrekking tot de aandrijving als de magnetische ophanging van de rotor. Daardoor kan deze in elke ruimtelijke stand werkzaam zijn in stationair bedrijf en tevens verstoringen, bijvoorbeeld positieveranderingen, effectief ongedaan maken. Daartoe omvat de elektronische eenheid een met de elektromagneten samenwerkende tegenkoppeling, die positieveranderingen van de rotor als gevolg van externe oorzaken effectief onderdrukt.

Ter wille van een rustige loop en geringe periodieke snelheidsvariaties die corresponderen met de onderlinge afstand tussen de polen verdient een uitvoering de voorkeur, waarin de magnetisch actieve elementen van het ene kegelvormige oppervlak over een halve steekafstand ten opzichte van de magnetisch actieve elementen van het andere kegelvormige oppervlak versprongen zijn en de elektromagneten corresponderend opgesteld zijn. Hiermee wordt bereikt, dat de effectieve aandrijffrequentie, dat wil zeggen de frequenties van de wisselstromen waarmee de elektromagneten door de elektronische eenheid worden gevoed, tweemaal zo groot wordt. In combinatie met het traagheidsmoment en de rotatiesnelheid van de schijf wordt hiermee bereikt, dat periodieke snelheidsvariaties met de aandrijffrequenties nog substantieel gereduceerd worden.

Eveneens met het oog op een rustige aandrijving met vloeiende overgangen wordt de voorkeur gegeven aan een uitvoering, waarin de polen van de magnetisch actieve elementen en/of de polen van de elektromagneten elk een naar hun einden toe zich versmallende vorm vertonen.

Een nog verdere verbetering kan worden gerealiseerd met een variant, waarin de eindzones van de magnetisch actieve elementen en/of de eindzones van de elektromagneten elkaar over enige afstand overlappen.

Mechanisch eenvoudig te realiseren en gemakkelijk op industriële schaal te produceren is een uitvoering, waarin de rotorring is samengesteld uit twee delen die aan twee respectieve zijden aan de rand van de schijf zijn aangebracht en met elkaar verbonden zijn, bijvoorbeeld door lijmen, lassen, of door middel van ten minste één klikverbinding. Ook kan gebruik worden gemaakt van een vlakke schroefkoppeling. De met elkaar te verbinden platte vlakken zijn elk voorzien van een ondiepe fijne schroefdraad. De vlakken worden naar elkaar bewogen en tegen de richting van de schroefdraden in verplaatst, totdat de schroefdraden aan elkaar aangrijpen en een zeer stevige schroefverbinding tot stand komt.

Goedkoop en betrouwbaar is een uitvoering, waarin de rotorring door persen, spuitgieten, of dergelijke van kunststof vervaardigd is.

Deze laatste uitvoering kan het kenmerk vertonen dat de rotorring uit twee door persen, spuitgieten of dergelijke vervaardigde en vervolgens met elkaar verbonden delen is samengesteld, welke delen met elkaar verbonden zijn over aanliggende oppervlakken van de ring, corresponderend met het hoofdvlak van de ring.

Volgens weer een ander aspect van de uitvinding vertoont de inrichting de bijzonderheid, dat de inrichting meervoudig uitgevoerd is en is ingericht voor het roterend aandrijven van ten minste twee schijven. Het zal duidelijk zijn dat door het gebruik van meer dan één schijf de geheugencapaciteit van de geheugeneenheid waarvan de harddiskdrive volgens de uitvinding deel uitmaakt, substantieel vergroot kan worden.

In een eenvoudige uitvoering vertoont deze inrichting de bijzonderheid dat de schijven gekoppeld roterend aandrijfbaar zijn.

Volgens de uitvinding kunnen de schijven magnetisch roterend gekoppeld zijn. Daartoe kunnen de rotorringen voorzien zijn van permanente magneten, waarbij de permanente magneten van aangrenzende schijven aantrekkende krachten op elkaar uitoefenen, waardoor bij aandrijving van slechts één rotorring met de bijbehorende schijf alle daarmee magnetisch gekoppelde schijven mede in rotatie worden gebracht. Het moge duidelijk zijn dat in dat geval slechts één van de rotorringen de rotor van een ringvormige inductiemotor behoeft te zijn. De roterende koppeling kan plaatsvinden aan de rand, in het gebied van de middenzone, of een combinatie daarvan.

Met voordeel kan het principe van de uitvinding verder worden uitgebuit door een uitvoering, waarin de schijven individueel roterend aandrijfbaar zijn. In een dergelijke uitvoering kan elke tijdelijk niet-gebruikte schijf in rust verkeren en pas worden aangedreven op het moment, waarop dat vereist is.

Van groot belang is een uitvoering, waarin de of elke schijf een geheugenschijf van een computer is en aan de of elke schijf een door een beweegbare arm gedragen schrijfkop en/of een leeskop toegevoegd is, zodanig dat de of elke kop tijdens rotatie van de schijf het gehele werkzame informatie-oppervlak van de schijf bestrijkt, welke arm uitsluitend in zijn longitudinale richting verplaatsbaar is onder besturing door de computer. De gebruikelijke arm, die vaak wordt aangeduid als “wisser”, is aan de omtrek van de schijf zwenkbaar gedragen en kan een kromme baan over het oppervlak van de schijf volgen. Door rotatie van de schijf kan hij het gehele bruikbare informatie-oppervlak van de schijf bestrijken. De zwenkende aandrijving vereist een relatief veel ruimte innemende aandrijfeenheid. Het gebruik van een uitsluitend longitudinale verplaatsbaarheid met een desbetreffende actuator heeft het grote voordeel, dat een actuator weliswaar een lengte moet bezitten die overeenkomt met de totale slag van de kop, maar dat hij zodanig dun is, dat hij gemakkelijk kan worden ingepast in de tussen de onderdelen van de diskdrive beschikbare ruimte, waarbij tevens bedacht moet worden dat de plaatsing van de onderdelen kan worden gekozen in overeenstemming met de vorm van de actuator.

Bekend is, dat aan een geheugenschijf voor een computer aan beide zijden een arm met kop, of “wisser” kan worden toegevoegd. Bij de bekende aandrijvingen met wissers kan een diskdrive niet gemakkelijk zodanig worden ontworpen, dat hij geschikt is voor het accommoderen van meer wissers aan één zijde van een schijf. Anders is dat bij de uitvinding, waarin de zeer smalle en weinig ruimte innemende actuatoren een dergelijke opstelling wel toelaten. In verband daarmee verschaft de uitvinding tevens een uitvoering waarin het aantal aan één zijde van de schijf toegevoegde armen ten minste twee bedraagt.

De gebruikelijke zwenkbare wissers zijn in geval van een meervoudige opstelling alle met elkaar gekoppeld. Daarvoor is slechts één gemeenschappelijke aandrijving nodig. Onder omstandigheden kan dit nadelig zijn, omdat niet elke wisser steeds noodzakelijkerwijze dezelfde positie moet innemen. In dat geval moeten de wissers steeds meelopen met een actieve wisser en als het ware op hun beurt wachten om de betreffende informatie te schrijven of uit te lezen op de door de computer gedicteerde locatie. Bij de lineaire aandrijving volgens de uitvinding, waar zich geen ruimteprobleem voordoet met betrekking tot de aandrijvingen, kan elke actuator individueel worden aangestuurd. Dit komt de snelheid van de dataverwerking, dus schrijven en lezen, zeer ten goede. Daarbij komt dat de individuele lineaire aandrijvingen in staat zijn tot het leveren van grote krachten die vereist zijn voor het uitoefenen van grote versnellings- en vertragingskrachten op de armen. Omdat de verplaatsing van elke arm plaatsvindt in de richting van zijn maximale stijfheid, dus zijn langsrichting, zullen er in de praktijk geen vervormingen of trillingen optreden. Dit komt de kwaliteit van het schrijven en lezen van data ten goede.

Een lineaire actuator kan verder zodanig worden gebouwd, dat de arm een relatief gering dwarsdoorsnede-oppervlak vertoont. Bij het gebruik van lichte materialen voor de arm, bijvoorbeeld aluminium, koolstof, of andere geschikte materialen, kunnen de versnellings- en vertragingskrachten zeer beperkt blijven. Er bestaan verder meervoudige diskdrives, waarbij de tussen twee aangrenzende geheugenschijven beweegbare armen aan elke zijde een kop dragen voor samenwerking met deze respectieve schijven.

In een bepaalde uitvoering vertoont de hiervoor beschreven variant de bijzonderheid dat de longitudinale richting overeenkomt met de radiale richting van de schijf.

De radiale richting is echter geen vereiste. Een groter oplossend vermogen, zij het ten koste van een geringere snelheid van effectieve verplaatsing over de schijf, kan worden gerealiseerd met een variant, waarin de longitudinale richting afwijkt van de radiale richting van de schijf.

In een praktische uitvoering kan de inrichting zodanig zijn uitgevoerd, dat de arm de translator van een lineaire inductiemotor omvat; de translator een prismatische vorm bezit, dat wil zeggen op elke positie dezelfde dwarsdoorsnede bezit, en met enige tussenruimte in een door de stator van de inductiemotor bepaalde ruimte past; de translator een aantal equidistant opgestelde magnetisch actieve elementen, bijvoorbeeld permanente magneten, omvat; en de stator een aantal aan de permanente magneten gelijk equidistant geplaatste elektromagneten met elk een kern een een spoel omvat; welke spoelen via de elektronische eenheid door de computer gevoed worden, zodanig dat de arm telkens successievelijk in zijn longitudinale richting tussen door de computer gekozen posities ten opzichte van de schijf verplaatst wordt.

Hiervoor is al besproken, dat door het gebruik van lineaire actuators de versnellings- en vertragingskrachten zeer beperkt kunnen blijven. Dit komt een zeer geringe energieverbruik en een snelle dataverwerking ten goede.

Volgens een zeer belangrijk aspect van de uitvinding kan deze laatste variant zodanig zijn uitgevoerd, dat de dwarsdoorsnede van de translator aan zijn beide zijden de algemene vorm van een gelijkbenige driehoek of van een gelijkbenige trapezium vertoont, waarvan de schuine zijden corresponderen met twee zijvlakken die permanente magneten dragen; welke permanente magneten samenwerken met de elektromagneten van de corresponderende wanden van de stator; en de elektronische eenheid de elektromagneten op een zodanige manier voedt, dat de translator binnen de stator magnetisch opgehangen is.

Als gevolg van de magnetische ophanging beweegt de translator zich wrijvingsloos en vindt geen energiedissipatie plaats anders dan door lichte wrijvingsverliezen als gevolg van de verplaatsing van de translator in de omringende lucht.

Ter wille van een optimale stabiliteit in twee onafhankelijke richtingen evenwijdig aan het hoofdvlak van de schijf wordt de voorkeur gegeven aan een uitvoering, waarin de schuine zijden een stand van (45 ± 10)° ten opzichte van het hoofdvlak van de schijf bezitten.

Ter wille van een verbeterde zijdelingse stijfheid en corresponderende positioneringsstabiliteit van de kop kan gebruik worden gemaakt van een variant, waarin de arm en de translator een grotere afmeting in de richting, evenwijdig aan het hoofdvlak van de schijf, bezit dan in dwarsrichting ten opzichte daarvan.

De kop kan van bekend elektromagnetisch type zijn. Een dergelijke kop heeft het bekende nadeel, dat hij in wrijvingscontact met het magnetiseerbare oppervlak van de roterende schijf verkeert. Een dergelijk contact gaat gepaard met slijtage, voortijdige veroudering en warmteverliezen.

Een contactloze schrijfbewerking kan worden gerealiseerd met een uitvoering, waarin de schrijfkop een door de computer bestuurde laser omvat.

In een verdere uitvoering vertoont de inrichting de bijzonderheid, dat de leeskop een laser en een optische sensor omvat, welke sensor door het betreffende oppervlak van de schijf gereflecteerd en met de op die schijf opgeslagen informatie corresponderend laserlicht detecteert en daarmee corresponderende signalen aan de computer toevoert. Begrepen moet worden, dat de schuin invallende laserbundel in afhankelijkheid van de locale magnetisatie van de reflecterende laag van de schijf gepolariseerd wordt. De detector kan dit waarnemen, mits hij het gereflecteerde laserlicht van het oppervlak van de schijf ontvangt via een correct angulair gepositioneerde analysator, dat wil zeggen een in een hoofdrichting gepolariseerd licht doorlatende schijf, die licht met een loodrecht daarop staande polarisatierichting blokkeert.

De aftasting kan geheel contactloos plaatsvinden. Eventueel zou gebruik gemaakt kunnen worden van een optisch transparant element, dat licht van de golflengte van het laserlicht doorlaat en een glad en afgerond contactoppervlak bezit, dat met het betreffende oppervlak van de schijf een zeer geringe wrijvingscoëfficiënt gemeen heeft. De opstelling van het betreffende element, bijvoorbeeld een zogenaamd pareltje van gehard glas of kunstdiamant, is optisch zodanig ontworpen, dat het element het laserlicht nagenoeg ongehinderd doorlaat.

Verder heeft de uitvinding betrekking op een inrichting van een van de hiervoor beschreven types, gecombineerd met een door die inrichting aandrijfbare schijf.

Van groot belang is een uitvoering, waarin de schijf vrij is van een centraal doorgaand gat.

Het gebruikelijke centrale doorgaande gat in roterend aangedreven schijven, bijvoorbeeld harde schijven van computers, is in wezen uit nood geboren. Traditioneel is er altijd van uitgegaan dat een aandrijfmotor centraal ten opzichte van de schijf moet zijn opgesteld, bij gebreke aan een beter alternatief. De aandrijfmotoren zijn, hoewel uit fijn-mechanisch oogpunt uiterst geavanceerd, in principe zeer primitieve systemen, die behept zijn met de hierboven kort aangeduide nadelen, in het bijzonder een laag rendement en een relatief groot ruimtebeslag. Nu volgens de uitvinding gebruik kan worden gemaakt van een schijf zonder centraal doorgaand gat wordt het voordeel verkregen, dat een groter deel van de schijf beschikbaar is voor data-opslag. Het moge duidelijk zijn, dat in de omgeving van het middelpunt van de schijf de lineaire snelheid ten opzichte van de kop zodanig klein is, dat er van enige zinvolle data-opslag geen sprake meer kan zijn. Niettemin is er sprake van ruimtewinst en een vergroting van de opslagcapaciteit van de harde schijf. Daarbij komt dat, door gebruik van de randaandrijving volgens de uitvinding, het centrale doorgaande gat niet meer nodig is en dat door af te zien van de gebruikelijke centrale motoraandrijving het ruimtebeslag van de aandrijving zeer substantieel gereduceerd kan worden.

Ook mechanische overwegingen geven aan, dat het van belang is, gebruik te maken van schijven zonder doorgaand gat. Zoals uit de mechanica bekend, is de trekspanning in een roterende schijf met overal dezelfde dikte sterk afhankelijk van de radiale positie. Verder naar het midden toe neemt de trekkracht in de schijf toe en aan de rand van een eventueel aanwezig centraal gat is de trekkracht ter plaatse maximaal. Het is dan ook een bekend feit, dat sneldraaiende schijven als gevolg van centrifugale krachten niet aan hun buitenzijde, maar juist aan hun binnenzijde kapot gaan. In geval van de aanwezigheid van een centraal gat kan dit niet adequaat, althans niet geheel, voorkomen worden. Immers, een gat levert nu eenmaal geen bijdrage tot de mechanische sterkte van de schijf. Anders is dat bij een integrale, niet-geperforeerde schijf volgens de uitvinding. Daar draagt in ieder geval de centrale zone bij tot de mechanische integriteit van de schijf, ook bij hoge toerentallen en bijbehorende lineaire snelheden.

In het kader hiervan verschaft de uitvinding tevens een inrichting, waarin de effectieve dikte van de schijf op elke radiale locatie overeenkomt met die van een laval-schijf, zodanig, dat de trekspanning in de schijf die optreedt als gevolg van centrifugale krachten tijdens rotatie, op elke radiale locatie van de schijf althans nagenoeg gelijk is en de schijf op locaties vanaf circa 70-90% van de radius naar de rand van de schijf een zich geleidelijk weer verdikkende vorm vertoont.

Een laval-schijf heeft in zijn middenzone een substantieel grotere dikte dan op radiaal verder weg gelegen locaties. Nabij de omtreksrand vindt weer een verdikking plaats, die als het ware een vertaling is van het buiten de rand ontbrekende deel van de theoretische laval-schijf, die zich tot het oneindige uitstrekt. Dit is een bekend gegeven uit de literatuur. De theoretisch optimale laval-schijf heeft een zodanige dikte als functie van de radiale positie, dat de trekkracht in de schijf bij rotatie op elke radiale positie altijd dezelfde is.

Zou gebruik worden gemaakt van een laval-schij f, dan doet zich een probleem voor. De laval-schij f bezit aan beide zijden een gekromde vorm. Dat maakt het snel bewegen van de schrijf-en/of leeskop over een oppervlak van de schijf problematisch.

De voorkeur wordt dan ook gegeven aan een schijf, die niet met dit nadeel behept is. In verband daarmee verschaft de uitvinding een inrichting, waarin de schijf aan beide zijden vlak is. Om dit te realiseren, zou de relatief zware laval-schijf, bijvoorbeeld van aluminium, kunnen worden ingebed in een schijf van polycarbonaat, die aan beide zijden vlak is. De magnetiseerbare lagen worden op de platte vlakken aangebracht.

Met een dergelijke structuur kan niet geheel worden voorkomen, dat het laval-principe ten dele wordt opgeofïerd. Door de aanwezigheid van de additionele massa zal de trekkracht in de schijf niet overal dezelfde zijn, hetgeen met de ideale laval-schijf wel het geval is. De extra trekkrachten zullen zich voornamelijk concentreren in de middenzone van de schijf. Aangezien die door toepassing van de randaandrijving volgens de uitvinding geen centraal doorgaand gat vertoont, is dat volgens de uitvinding in de meeste gevallen geen groot probleem. Niettemin wordt er de voorkeur aan gegeven om de ideale laval-schijf zo dicht mogelijk te benaderen.

Met het oog daarop verschaft de uitvinding een variant, waarin de schijf in zijn hoofdvlak verdeeld is in twee gelijke schijfdelen, die elk door een plat oppervlak en een gekromd oppervlak begrensd zijn, welke gekromde oppervlakken met hun middenzone met elkaar verbonden zijn en fixatiemiddelen aanwezig zijn die de schijfdelen overal op een zodanig afstand houden, dat de platte buitenvlakken overal dezelfde onderlinge afstand bezitten en de schijf overal dezelfde dikte bezit.

Op deze wijze zijn de twee, bijvoorbeeld door spuitgieten van aluminium vervaardigde, schijfdelen tot één geheel gevormd en vertoont de aldus verkregen schijf op de gebruikelijke wijze aan beide zijden een vlak en glad oppervlak.

Het is van belang, dat de fixatiemiddelen voor een nauwkeurig bepaalde onderlinge afstand tussen de platte buitenvlakken zorgen, waardoor de schijf overal dezelfde dikte bezit en weinig of niet onderhevig is aan vervormingen bij roterende aandrijving. In verband daarmee verschaft de uitvinding een uitvoering, waarin de ruimte tussen de gekromde oppervlakken met een lichte massa, bijvoorbeeld een hard kunststofschuim, zoals polyurethaanschuim, polyestherschuim of schuim van een keramisch materiaal, is opgevuld.

Als alternatief of in combinatie daarmee kan de inrichting de bijzonderheid vertonen, dat aan de randzone van ten minste één van de schijfdelen een afstandhouder is toegevoegd, die, eventueel samen met een corresponderende afstandhouder aan de randzone van het andere schijfdeel, de onderlinge afstand tussen de genoemde buitenvlakken bepaalt.

Technisch de meeste elegante oplossing is die, waarin aan beide schijfdelen een opstaande omtreksribbe met de algemene vorm van een cilinderwand is toegevoegd, welke twee omtreksribben met hun eindvlakken tegen elkaar liggen. Dergelijke omtreksribben of andere afstandshouder kunnen eventueel ook verspreid in de ruimte tussen de binnenvlakken van de schijfdelen zijn aangebracht. Met een dergelijke structuur kan de ideale laval-vorm nagenoeg in stand blijven, terwijl niettemin de stijfheid van de schijf en de constante dikte onder alle omstandigheden gegarandeerd is.

Hiervoor is een uitvoering besproken waarin de schijf in zijn hoofdvlak verdeeld is in twee gelijke schijfdelen, die elk door een plat oppervlak en een gekromd oppervlak begrensd zijn, welke gekromde oppervlakken met hun middenzone met elkaar verbonden zijn en fixatiemiddelen aanwezig zijn die de schijfdelen overal op een zodanig afstand houden, dat de platte buitenvlakken overal dezelfde onderlinge afstand bezitten en de schijf overal dezelfde dikte bezit. Met een dergelijke uitvoering kan niet voorkomen worden, dat de vulmassa tussen de gekromde binnenvlakken van de schijfdelen zich uitstrekt tot de rand. De vulmassa bestaat uit schuim en dat heeft een zekere mechanische kwetsbaarheid, althans een kwetsbaarheid die aanzienlijk groter is dan die van bijvoorbeeld het basismateriaal van de schijf, zoals aluminium. Overwogen zou nu kunnen worden, af te zien van het gebruik van de afstandsribben, zoals hiervoor besproken, en de schijfdelen een zeer licht conische vorm te geven, waardoor de vlakken van de aldus verkregen schijf zijn strikt genomen niet geheel plat, maar vertonen een zeer lichte conische vorm, bijvoorbeeld met een tophoek die enkele graden van 2 x 90° afwijkt. Dit hoeft echter geen probleem te zijn, als volgens de uitvinding gebruik gemaakt wordt van een lineaire actuator met schrijf- en/of leeskop die zich in strikt radiale richting ten opzichte van de schijf verplaatst. Anders wordt dit in het geval waarin de kop zich langs een baan beweegt die van de strikt radiale richting afwijkt. In dat geval moet de baan de vorm van een kegelsnede volgen. Dit is een gebogen vorm, die weliswaar weinig van de rechte lijn afwijkt, maar niettemin specifieke voorzieningen vraagt in het geval van een gewenste snelle verplaatsing van de kop.

Volgens een bepaald aspect kan de uitvinding de bijzonderheid vertonen dat de rotor en/of de schijf via lagermiddelen door het gestel gedragen worden. Begrepen moet worden, dat het gebruik van lagermiddelen zelfs een voordeel kan hebben in het geval van magnetische ophanging. Magnetische ophanging is immers uitsluitend effectief tijdens bedrijf van de inrichting. Voor montage, assemblage, servicedoeleinden, reparaties, vervanging van onderdelen en dergelijke, kan het, zeker bij relatief zware schijven, van belang zijn, als de monteur de schijf, althans de rotorring buiten bedrijf gemakkelijk met de hand kan roteren. Daarvoor kunnen de lagermiddelen dienstig zijn. Aan de lagers worden in het geval van magnetische ophanging tijdens bedrijf nauwelijks of geen eisen gesteld. Ze zijn dan ook meer te beschouwen als positioneringsmiddelen en voorzieningen die ervoor zorgen dat tijdens reparatiewerkzaamheden de rotor gemakkelijk roteerbaar is.

Een volledig wrijvingloze en geen energie verbruikende variant vertoont het kenmerk, dat de lagermiddelen stellen samenwerkende, tegengesteld georiënteerde permanente magneten aan respectievelijk de stator en de rotorring omvatten, zodanig dat de afstotende krachten tussen de samenwerkende magneten zorgen voor lagering en roterende ophanging van de rotor.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen. In de tekeningen tonen:

Figuur 1 een centrale dwarsdoorsnede door een bekende diskdrive van een computer;

Figuur 2 een bovenaanzicht van een diskdrive volgens Figuur 1 met een zwenkbare arm of “wisser” die een schrijf- en/of leeskop draagt;

Figuur 3 een met Figuur 1 corresponderende centrale dwarsdoorsnede door een diskdrive volgens de uitvinding;

Figuur 4 een met Figuur 2 corresponderend bovenaanzicht van een diskdrive volgens de uitvinding met een zwenkbare wisser;

Figuur 5 een centrale dwarsdoorsnede door een schijf met randaandrijving volgens de uitvinding;

Figuur 6 het detail VI van Figuur 5;

Figuur 7 een perspectivisch aanzicht van de schijf met randaandrijving volgens Figuur 5;

Figuur 8 het detail VIII van Figuur 3 op vergrote schaal;

Figuur 9 de trekspanning in een bekende harde schijf van een computer, die voorzien is van een centraal doorgaand gat, als functie van de radiale positie;

Figuur 10 radiale dwarsdoorsnede door de helft van een bekende geheugenschijf met een centraal gat;

Figuur 11 een centrale dwarsdoorsnede door de helft van een laval-schijf;

Figuur 12 een variant van de laval-schijf volgens Figuur 11, die bestaat uit twee halve schijven, die met hun gekromde zijde naar elkaar zijn gericht;

Figuur 13 een centrale dwarsdoorsnede door de helft van een laval-schijf met randaandrijving volgens de uitvinding;

Figuur 14 een bovenaanzicht van een schijf volgens de uitvinding met randaandrijving en een radiale longitudinale arm met kop;

Figuur 15A een met Figuur 14 corresponderend bovenaanzicht van een schijf met randaandrijving, waaraan vier lineaire actuatoren met armen met bijbehorende koppen zijn toegevoegd, waarbij de longitudinale richtingen van de actuatoren afwijken van de radiale richting van de schijf;

Figuur 15B een met figuur 15A corresponderend aanzicht van een variant, waarin drie lineaire actuatoren in radiale richting zijn opgesteld en een geringe ruimte buiten de schijf nodig hebben, namelijk een hoek van circa 40°;

Figuur 16 een bovenaanzicht, ten dele dwarsdoorsnede, op vergrote schaal van een schijf met randaandrijving en een radiale actuator, bestaande uit een aantal solenoïdes;

Figuur 17 een zijaanzicht van de schijf met actuator volgens Figuur 16;

Figuur 18A de dwarsdoorsnede IIXX-IIXX van figuur 16;

Figuur 18B de doorsnede van figuur 18A op grotere schaal;

Figuur 18C een variant met een arm met vierkante dwarsdoorsnede op dezelfde schaal;

Figuur 19 een met Figuur 17 corresponderend aanzicht van een inrichting volgens de uitvinding, omvattende vier centraal gealigneerde schijven met randaandrijving, aan elk van de vlakken van welke schijven actuatoren met armen en koppen zijn toegevoegd;

Figuur 20A een met Figuur 17 overeenkomende dwarsdoorsnede door een variant, waarin de kop een schrijflaser en een tevens voor uitlezing dienende laser omvat, en voor uitlezing een van een polariserende analysator voorziene lichtsensor omvat;

Figuur 20B een variant die gebruik maakt van een optisch transparante parel en derhalve niet contactloos werkt maar waarmee een constante afstand van de kop ten opzichte van het oppervlak van de schijf onder alle omstandigheden verzekerd is;

Figuur 21 een met Figuur 13 corresponderende dwarsdoorsnede van een opstelling, ter toelichting van de magnetische ophanging van de rotor en de schijf, alsmede de daarop gebaseerde regeling;

Figuur 22 een schematische grafiek van de stromen door de elektromagneten voor het roterend aandrijven van de schijf en het corrigeren van verstoringen;

Figuur 23 een sterk vereenvoudigd schema van regelkringen voor het besturen van de ringvormige inductiemotor volgens de uitvinding met magnetische ophanging;

Figuur 24 een geheugenschijf met een rotorring die gebaseerd is op het principe van het kooianker van een asynchrone motor; en

Figuur 25 een dwarsdoorsnede door de helft van een laval-schijf, die kan worden beschouwd als een variant van de laval-schijf die in Figuur 13 getoond is.

Figuur 1 toont een inrichting 1 voor het roterend aandrijven van een geheugenschijf 2 volgens de stand der techniek. De inrichting 1 omvat een gestel 3, een door dat gestel 3 gedragen elektromotor 4, waarvan de rotor 5 via een centraal doorgaand gat 6 in de schijf 2 verbonden is met een klemring 7, zodanig dat bij rotatie van de rotor de schijf 2 roterend wordt aangedreven.

Figuur 2 toont een door middel van een scharnier 8 zwenkbaar opgestelde arm 9 die aan zijn vrije einde een schrijf- en/of leeskop 10 draagt. Door aandrijving via een schematisch aangeduid aandrijfmechanisme 11 kan de arm 9 en daarmee de kop 10 gezwenkt worden volgens de met 12 aangeduide kromme baan. Aan de buitenzijde wordt deze baan begrensd door de buitenrand 13 van de schijf 2 en aan de binnenzijde wordt hij begrensd door de klemring 14.

Figuur 3 toont een inrichting 14 voor het roterend aandrijven van een geheugenschijf 15, die in afwijking van de geheugenschijf 2 volgens de Figuur 1 en 2, niet is voorzien van een centraal gat. De inrichting 14 omvat een gestel 16, dat een ringvormige stator 17 van een randaandrijving 17, 18 voor de geheugenschijf 15 draagt. met de randzone 19 van de geheugenschijf 15 is de rotorring 18 van de aandrijving 17, 18 verbonden. De stator en de rotorring vormen samen een ringvormige inductiemotor. Die zal later meer in detail worden besproken.

Zoals Figuur 4 toont, vertoont de geheugenschijf 15 een grotere voor geheugenopslag beschikbare ruimte. Immers, het centrale gat ontbreekt en er wordt ook geen gebruik gemaakt van een klemring 7, zoals die in Figuur 1 getoond is. Daardoor kan de arm 9 iets langer zijn dan de arm 9 volgens Figuur 2 en is het radiale bereik van de kop 10 iets groter. Dit radiale bereik is met het verwijzingsgetal 52 aangeduid. Een vergelijking met het bereik 12 volgens Figuur 2 toont aan, dat het betreffende bereik groter is. Begrepen moet echter worden, dat in de middenzone van de geheugenschijf 15 de rotatie snelheid nagenoeg nul is en dat die middenzone derhalve niet goed bruikbaar is voor dataopslag.

Figuur 5 toont de schijf 15 op grotere schaal.

In het bijzonder Figuur 6, die het detail VI van Figuur 5 op vergrote schaal weergeeft, toont de later te beschrijven opbouw van de schijf 15, de structuur van de rotorring 18 en de ringvormige stator 17.

De figuren 7 en 8 tonen, dat de rotorring 18 twee afgeknotte-kegelvormige omtreksvlakken 20, 21 vertoont die voorzien zijn van elektrisch passieve, en magnetisch actieve, elementen, die alle met 22 zijn aangeduid.

Het is van belang, dat de begrenzingen van de magnetisch actieve elementen ongeveer dwars op de omtreksrichting een schuine stand bezitten. Voor het uit stilstand in rotatie brengen van de rotorring 18 en daarmee van de schijf 15 is dat relevant.

De elementen 22 kunnen zijn uitgevoerd als permanente magneten of alternatief op de wijze van een kooianker van een asynchrone motor, een laag ferromagnetisch materiaal met daarover heen het min of meer ladder-vormige omtrekspatroon van bijvoorbeeld koper. In het geval van het beperkt noodzakelijke aandrijfVermogen in het geval van een geheugenschijf kan de ferromagnetische laag dun zijn, bijvoorbeeld maximaal in de orde van 100-200 μτη. Hetzelfde geldt voor de koperbanen. Koper is een uitstekende elektrische geleider en uit dien hoofde is zijn weerstand zeer gering, zelfs in het geval waarin de banen een geringe dikte hebben, bijvoorbeeld 50 pm.

De magnetisch actieve elementen van de vlakken 20,21 zijn onderling over een halve steekafstand versprongen gepositioneerd.

Figuur 10 toont de radiale dwarsdoorsnede door de helft van een bekende geheugenschijf of harddisk 2 van een computer. Wanneer deze schijf conform de figuren 1 en 2 roterend wordt aangedreven, is de schijf op elke locatie onderworpen aan een naar buiten gerichte trekspanning, die wordt veroorzaakt door de centrifugale kracht die op elk lokaal massa-element werkt.

Figuur 9 toont met de kromme 83 kwalitatief het verloop van deze trekspanning, die uitsluitend een functie van de radiale positie van een massa-element op een bepaalde radiale positie is. Duidelijk is, dat de trekspanningen in het materiaal in de omgeving van het centrale gat 6 maximaal is en bij hoge toerentallen zelfs aanleiding kan geven tot breuk in de randzone van het gat.

Het is bekend, dat een voor rotatie bedoelde schijf zodanig kan worden ontworpen, dat hij bij rotatie op elke radiale positie aan dezelfde radiaal naar buiten gerichte trekkracht onderworpen is. Een dergelijke schijf wordt aangeduid als een laval-schijf.

Figuur 11 toont een theoretische laval-schijf met dezelfde radius als de schijf 2. Deze laval-schijf volgens Figuur 11 is met het verwijzingsgetal 23 aangeduid. Begrepen moet worden, dat de laval-schijf in het gebied van zijn middellijn 24 de grootste dikte bezit en met een toenemende radiale positie dunner wordt. In het voorliggende geval neemt de dikte van de schijf vanaf een radius van circa 80% van de totale radius van de schijf weer toe. Dit kan begrepen worden door het inzicht, dat de ideale theoretische laval-schijf een oneindige uitgestrektheid, dus een oneindige radius bezit. De totale massa van een dergelijke theoretische schijf is als het ware gebundeld in de laatste 20% van de schijf 23, dus de randzone. Dat verklaart, dat de dikte naar de uiterste radiale positie weer geleidelijk toeneemt.

De lijn 84 in figuur 9 toont het verloop van de trekspanning in de laval-schijf 23. Deze lijn is recht, correspondeert met een constante waarde van trekspanning en toont aldus aan, dat de trekspanning in de schijf 23 overal gelijk is.

Het zal duidelijk zijn dat de laval-schijf 23 in deze vorm niet geschikt is als drager van een ferromagnetische geheugenlaag, zoals gebruikelijk bij de harde schijven of geheugenschijven van computers. Door de gekromde vorm van de beide oppervlakken van de schijf 23 is het niet goed mogelijk, de kop 10 over de vlakken 25 of 26 te laten bewegen, die immers zodanig gevormd zijn dat de kop 10 telkens een axiale positie moet innemen, afhankelijk van de radiale schrijf- of leespositie van de kop 10.

Overwogen zou kunnen worden, de schijf 23 aan te vullen met een schijfvormige mantel van bijvoorbeeld polycarbonaat, zodanig dat de interne laval-structuur van de schijf 23 wordt gehandhaafd en de polycarbonaatmantel twee eindvlakken bezit die een vaste onderlinge afstand bezitten, onafhankelijk van de radiale positie. Een dergelijke schijf is echter niet gemakkelijk te maken en heeft bovendien het nadeel, dat het niet eenvoudig is, met een dergelijke structuur met enige mate van nauwkeurigheid de trekkracht op elke radiale positie van de schijf gelijk te maken.

Figuur 12 toont een belangrijk alternatief. De laval-schijf 27 in de uitvoering volgens Figuur 12 kan worden gezien als een samenstel van de twee helften 28, 29 van de laval-schijf 23 volgens Figuur 11, die op de getoonde wijze ten opzichte van elkaar zijn opgesteld en met hun middenzones 30 met elkaar zijn verbonden, bijvoorbeeld door lijmen, ultrasoon lassen of elke andere geschikte bewerking. In de ruimte tussen de schijfhelften 28 en 29 is een schuimkem 31 aangebracht, bestaande uit een lichte en harde schuimsoort, bijvoorbeeld een keramisch schuim.

Figuur 13 toont de structuur volgens Figuur 6 op grotere schaal. Een laval-schijf 32 is opgebouwd op de in Figuur 12 getoonde wijze, maar vertoont aan de omtrekszones 33, 38 van de schijfhelften 28, 29 met elkaar samenwerkende afstandhouders 34,35 in de vorm van opstaande rondgaande ribben. Daardoor is, anders dan bij de schijf 27 volgens Figuur 12, de schuimkem 31 aan de omtrek niet vrij, maar geheel afgedekt door de samenwerkende ribben, die samen de functie van afstandhouder vervullen. met deze structuur is beter dan met de schijf 27 volgens Figuur 12 verzekerd, dat de dikte van de laval-schijf 32 overal dezelfde is en dat de onderlinge afstand tussen de ferromagnetische lagen 36 en 37 overal dezelfde is.

Aan de omtrekszones 33,38 zijn de zijden 43,44 onder dezelfde maar tegengesteld gerichte hoeken opgesteld. De vorm van de daarvan afgewende zijde, waarmee de ring 18 om de schijf 32 grijpt, is voor de werking van de inrichting niet relevant. In het algemeen zal ernaar worden gestreefd, de ring 18 zo licht mogelijk te maken. Op basis van die overweging lijkt de vorm van de ring 18 met een minimale massa volgens Figuur 13 een logische keuze te zijn.

De stator 17 bestaat eveneens uit twee delen. Deze zijn met 45 en 46 aangeduid. De naar de ring 18 gerichte verdieping 47 van de stator 17 vertoont een vorm, die overeenkomt met de vorm van de genoemde gelijke zijden 43,44 van de ringdelen 39,40 van de rotorring 18. Deze ring 18 is dan ook met een geringe tussenruimte vrij roteerbaar in die verdieping 17. De statordelen 45, 46 zijn elk voorzien van een krans elektromagneten 48,49, die omtreksgewijs angulair equidistant zijn geplaatst en magnetisch samenwerken met van de ringdelen 39,40 deel uitmakende magnetisch actieve elementen 50,51, die op dezelfde angulaire posities zijn geplaatst als de elektromagneten 48,49. De magnetisch actieve elementen 50,51 kunnen, zoals al eerder besproken, zijn uitgevoerd als permanente magneten, maar ook op de wijze van de kooiankers van een asynchrone motor zijn uitgevoerd op de aan de hand van de Figuur 7 en 8 beschreven wijze met een ferromagnetische laag in combinatie met een laddervormige structuur van elektrisch geleidende banen, bijvoorbeeld van koper.

Op de beschreven wijze is een randaandrijving van een geheugenschijf gerealiseerd.

Figuur 14 toont in een met Figuur 4 vergelijkbaar aanzicht, dat volgens de uitvinding ook gebruik zou kunnen worden gemaakt van een lineaire inductie-motor of actuator 53. Deze omvat zes solenoïdes 54, die gezamenlijk een langwerpige holte begrenzen. In deze holte is op hierna te beschrijven wijze een arm of translator 55 beweegbaar, die aan zijn vrije einde de kop 10 draagt. Zoals met een pijl 56 is aangeduid, is de kop 10 met deze actuator 53 over het volledige radiale bereik van de schijf 15 verplaatsbaar, evenals in de zwenkende uitvoering volgens Figuur 4. De translator, die aldus deel uitmaakt van een lineaire motor, kan zeer licht en stijf zijn uitgevoerd, bijvoorbeeld op basis van koolstofVezels die conform een bekende composiet-techniek bij elkaar worden gehouden door een geschikte kunststof. Hiermee kan een extreem sterke, buigstijve en lichte arm worden gerealiseerd waarmee grote verplaatsingssnelheden volgens pijl 56 mogelijk zijn.

Figuur 15A toont een variant, waarin vier actuatoren, die alle met 53 zijn aangeduid onder onderlinge hoeken van 90° zijn opgesteld maar een verplaatsingsrichting hebben die afwijkt van de radiale richting volgens Figuur 14. De actuatoren 53 zijn individueel bestuurbaar, waardoor de toegangssnelheid van de koppen 10 tot een bepaalde radiale geheugenlocatie viermaal zo groot is.

Figuur 15B toont een variant, waarbij, anders dan in de uitvoering volgens figuur 15A, aan de schijf 15 lineaire actuatoren zijn toegevoegd, die zich in radiale richting ten opzichte van de schijf 15 uitstrekken. Uit de figuur blijkt, dat de actuatoren 53 op onderlinge hoekafstanden van ongeveer 20° gepositioneerd zijn en eikaars positionering nooit storen, zelfs in het in de figuur 15B getoonde uiterste geval, waarin alle drie koppen 10 zich op hun uiterste stand dichtbij het middelpunt van de schijf 15 bevinden. Een vergelijking met figuur 15A toont aan, dat in de opstelling volgens figuur 15B het ruimtebeslag van de drie actuatoren tot een klein gebied beperkt is, namelijk een gebied van ruim circa 40°. Onder omstandigheden kan dit een praktischer oplossing van een ruimteprobleem bij het ontwerpen van de inrichting bieden.

De figuren 16 en 17 tonen de actuator 53 volgens Figuur 14. De translator 55 omvat een aantal magnetisch actieve elementen, die alle met 57 zijn aangeduid en van hetzelfde type kunnen zijn als de magnetisch actieve elementen 22 van de rotorring 18 volgens de figuren 7 en 8. De structuur is zodanig, dat hij aan beide zijden overeenkomt met die van de rotorring 18 en de stator 17 volgens Figuur 13.

Figuur 18A toont eveneens een uitvoering, waarin gebruik wordt gemaakt van in deze uitvoering vier magnetisch met elkaar samenwerkende vlakken, waarbij de vier gelijke vlakken onder 45° van de translator met een geringe tussenruimte passen in de V-vormige verdiepingen in de stator 58. Door geschikte besturing met specifieke wisselstromen kan behalve de verplaatsing volgens de pijl 56 ook een magnetische ophanging van de translator 55 ten opzichte van de stator 58 gerealiseerd worden.

Figuur 18B toont de opbouw van de actuator volgens figuur 18A op vergrote schaal. Duidelijk is, dat de arm of translator 55 over zijn lengterichting is voorzien van de magnetisch actieve elementen 57, die in de figuren 16 en 17 getoond zijn. Deze werken samen met elektromagneten of solenoïdes 54 voor het effectueren van een longitudinale aandrijving volgens pijl 56 (zie figuur 16). Tevens is door een geschikte besturing van de elektromagneten 54 gerealiseerd, dat de arm 55 wrijvingsloos magnetisch opgehangen is ten opzichte van de stator 58.

De arm 55 heeft een relatief grote zijdelingse uitgestrektheid ter vergroting van zijn zijdelingse stijfheid.

Figuur 18C toont een uitvoering, die uitsluitend in die zin van de uitvoering volgens figuur 18B afwijkt, dat de arm 85 eenzelfde uitgestrektheid in de zijdelingse richting als in de richting loodrecht daarop bezit. De doorsnedevorm is dan ook rechthoekig. De vier zijvlakken waarin zich de magnetisch actieve elementen 57 bevinden staan, evenals in de uitvoering volgens figuur 18B onder hoeken van 45° ten opzichte van het mediaanvlak 86.

Figuur 19 toont schematisch een inrichting 159 voor het individueel aandrijven op basis van de randaandrijving volgens de uitvinding van vier geheugenschijven 15. Gebruik wordt gemaakt van twee lineaire actuatoren 53 voor elke schijf 15, één aan elke zijde.

De actuatoren kunnen met voordeel individueel bestuurbaar zijn. Aldus kan een tijdelijk buiten gebruik verkerende actuator worden uitgeschakeld, bijvoorbeeld in het geval waarin de betreffende schijf 15 tijdelijk niet actief is.

Het zal duidelijk zijn, dat het aantal actuatoren nog substantieel kan worden uitgebreid, bijvoorbeeld door aan elk van beide zijden van elke schijf vier actuatoren op te stellen conform Figuur 15.

Figuur 20A toont een kop 59 die wordt gedragen door een translator 55. De kop 59 omvat een laser 60 die een zeer smalle bundel 61 laserlicht op het betreffende oppervlak van de schijf 15 richt. Afhankelijk van de locale magnetisatietoestand op de treflocatie 62 zal de teruggekaatste bundel 63 een zekere polarisatie vertonen. De polarisatie van deze teruggekaatste bundel 63 kan worden gedetecteerd door een sensor 64, waaraan een polariserende analysator is toegevoegd.

Door deze analysator de juiste hoekpositie te verlenen, zal de sensor, die in wezen een fotocel is, afhankelijk van de magnetisatie-toe stand op de treflocatie al dan niet licht detecteren. Via signaalleidingen 65 wordt deze informatie als elektrisch signaal doorgegeven aan de computer, waarvan de betreffende inrichting deel uitmaakt.

Figuur 20B toont een variant van de contactloos werkende kop 59 volgens figuur 20A. In de uitvoering volgens figuur 20B is aan de laser 60 en de sensor 64 een glasparel 88 toegevoegd. Deze heeft bijvoorbeeld de in de figuur 20B getoonde vorm. De invallende laserbundel 61 treedt de voor het laserlicht optisch transparante parel 88 binnen met loodrechte inval op het lokale invalsvlak. Daardoor vindt geen richtingsverandering door breking van de laserbundel plaats. Op dezelfde wijze treedt de door de magnetische geheugenlaag 90 gereflecteerde bundel laserlicht 63 uit de parel 88 ter plaatse van de sensor in dwarsrichting uit.

Bij het ontwerp van het ondervlak van de parel 88, die bijvoorbeeld van gehard glas of kunstdiamant vervaardigd kan zijn, moet rekening worden gehouden met de Brewster-hoek, waardoor de grenzen worden bepaald, waarbinnen de invalshoek en de daarmee samenhangende hoek van terugkaatsing kunnen worden gekozen. Overwogen zou kunnen worden, in de omgeving van het trefpunt 91 het ondervlak 89 te voorzien van een ongeveer half-bolvormige verdieping met afgeronde rand. Hiermee wordt het effect van de richtingverandering, in het extreme geval in de omgeving van de Brewster-hoek, geëlimineerd.

Figuur 21 toont zeer schematisch het krachtenspel dat optreedt in de ringvormige configuratie volgens Figuur 13, en ook in de lineaire configuratie volgens de figuren 16, 17 en 18 in het geval van een verstoring van de “ideale positie” van de rotor respectievelijk translator ten opzichte van de stator.

Schematisch zijn de tangentiële krachten 66,67, overeenkomend met de lineaire krachten in de verplaatsingsrichting, aangeduid die dienen voor het volgens een gegeven voorschrift aandrijven van de rotor respectievelijk translator. Figuur 21 toont verder de lageringskrachten 68,69 die dienen voor het in stand houden van de magnetische ophanging van de rotor respectievelijk translator ten opzichte van respectievelijk de ringvormige en lineaire stator. Deze lageringskrachten 68,69 worden opgewekt door het door wisselstromen bekrachtigen van de betreffende stator-elektromagneten, die bijvoorbeeld in Figuur 13 met de verwijzingsgetallen 48,49 zijn aangeduid. Onder meer moeten de lageringskrachten de gewichtskracht 70 compenseren. Tevens moet ervoor worden gezorgd, dat in geval van verstoringen, bijvoorbeeld een verandering van stand van de aandrijfmrichting, de elektronische eenheid die de statoren voedt, zodanig ingrijpt, dat de lageringskrachten de verstoring zodanig tegenwerken, dat de magnetische ophanging gewaarborgd blijft, in combinatie met de nominale snelheid van de rotor of translator.

Figuur 22 toont zeer schematisch dat de aansturing van de diverse elektromagneten plaatsvindt met een superpositie van twee elektrische stromen, waarvan de ene, die met 71 is aangeduid zich in een relatief laagfrequent gebied afspeelt, terwijl de verstoringen, die met 72 zijn aangeduid, componenten in het hogere frequentiegebied bevatten. De uiteindelijke stromen voor alle elektromagneten zijn superposities van de stromen 71 en 72.

Figuur 23 toont zeer schematisch een elektronische eenheid voor één stel elektromagneten, 48,49. Op basis van draaistroomsignalen 73,74, wordt voor elk van de elektromagneten 48,49 van de betreffende krans en elektromagneten via een vermogensversterker 75,76 draaistromen met onderlinge faseverschuivingen aan de elkaar opvolgende elektromagneten 48,49 van de respectieve kransen toegevoerd. Als gevolg van het daardoor gegenereerde draaiveld wordt de rotor aangedreven. Op vergelijkbare wijze vindt lineaire aandrijving van de translator van een lineaire actuator plaats. Deze principes zijn op zichzelf algemeen bekend en behoeven hier niet in detail beschreven te worden.

Het uitgangssignaal van de vermogensversterkers 75,76 wordt gedetecteerd. Bij een verandering van de uitgangsstroom wordt een tegenkoppellus met een hoog-doorlaatfilter 77,78 actief, waardoor er een superpositie ontstaat van de nominale draaistroomsignalen en de relatief hoogfrequente signalen, die gesuperponeerd zijn op de laagfrequente signalen en de geconstateerde verstoringen zodanig tegenwerken, dat de uitgeoefende dwang niet noemenswaardig tot uiting komt.

Figuur 24 toont een segment van de schijf 27 met een rotorring 18, waarvan de afgeknotte-kegelvormige vlakken 20,21 zijn bedekt met een laag 79 ferromagnetisch materiaal en een daarop aangebracht min of meer laddervormig patroon van koperbanen.

De tekening toont, dat de zich min of meer in radiale richting uitstrekkende banen 81 een enigszins schuine stand bezitten, die bijvoorbeeld overeenkomt met de schuine stand die herkenbaar is in de figuren 7 en 8.

Figuur 25 toont een alternatieve laval-schijf 82, die, anders dan de laval-schijf 32 volgens Figuur 14, niet is voorzien van samenwerkende omtreksribben 34,35, maar zodanig is opgebouwd, dat de beide schijfdelen 28,29 zodanig op elkaar gelegd zijn, dat, anders dan bij de laval-schijf 27 volgens Figuur 12, de vrije omtrekszones van de schijfdelen 28,29 met elkaar in contact zijn gebracht. Hoewel deze figuur, evenmin als de in het voorgaande besproken figuren, niet op schaal is getekend, moge toch duidelijk zijn dat de schijf 82 twee vlakken vertoont die beide een zeer flauwe kegelvorm vertonen. Gedacht moet worden aan tophoeken van 90° minus ongeveer l°-3°. Dit lijkt een geringe, welhaast verwaarloosbare waarde, maar zelfs met dergelijke kleine hoeken kan het verplaatsen van de kop 10 in een van de radiële richting afwijkende richting, zoals bijvoorbeeld in Figuur 15 is weergegeven, het probleem opleveren, dat de kop geen rechte lijn moet volgen, maar een met een kegelsnede overeenkomstige, gebogen lijn. Dit is in de praktijk alleen uitvoerbaar met een verend opgestelde en op mechanisch contact gebaseerde kop. Hoewel in principe mogelijk, zal in de praktijk de voorkeur worden gegeven aan een schijf van het type, dat in Figuur 13 met het verwijzingsgetal 32 is aangeduid.

Bij de behuizing van een bekende aandrijfinrichting voor geheugenschijven treden grote dynamische krachten op die de maatvoering van de wisser en de bijbehorende kop kunnen verstoren door ongewenste trillingen en vervormingen. Verder moet de bekende behuizing ook de warmte van de centrale motor en de wisseraandrijving kunnen afvoeren en moet in het algemeen grotendeels elektrisch isolerend ten opzichte van de inrichting opgesteld zijn. Daarom wordt meestal gebruik gemaakt van een dikke enigszins flexibele laklaag.

De behuizing voor de inrichting volgens de uitvinding wordt substantieel minder mechanisch en thermisch belast. Daarom kan hij dunwandig licht, met een beperkte nauwkeurigheid, een substantieel geringer volume en daardoor veel goedkoper worden uitgevoerd. In plaats van van aluminium kan de nieuwe behuizing worden vervaardigd van bijvoorbeeld een vezelversterkte kunststof.

Claims (31)

1. Inrichting voor het roterend aandrijven van een ronde schijf die bijvoorbeeld in hoofdzaak uit aluminium, treksterk glas of een keramisch materiaal bestaat, zoals een geheugenschijf van een computer, een vliegwiel, een drager voor een cd, een dvd, of dergelijke, welke inrichting een vast ten opzichte van een gestel opgestelde stator en een ten opzichte van de stator roterend aandrijfbare rotor omvat; met het kenmerk, dat de rotor een concentrische ring omvat waarmee de omtreksrand van de schijf verbonden is; de ring twee gelijke, afgeknotte-kegelvormige vlakken met onderling tegengestelde oriëntaties vertoont, bijvoorbeeld een radiale doorsnede bezit met althans ten dele de algemene vorm van een gelijkbenige driehoek of een gelijkbenig trapezium, waarvan de basis zich evenwijdig aan de hartlijn, tevens de rotatie-hartlijn, van de rotor uitstrekt, en waarvan de twee gelijke zijden naar buiten toe convergeren; de stator een rondgaande verdieping vertoont, waarvan de vorm overeenkomt met die van de ring, zodanig dat de ring met tussenruimte in de verdieping past; aan elk van de met de genoemde zijden overeenkomende afgeknotte-kegelvormige oppervlakken angulair equidistant geplaatste magnetisch actieve elementen, bijvoorbeeld permanente magneten, zijn toegevoegd, waarvan de polen uitmonden aan de genoemde vlakken; aan de beide corresponderende oppervlakken van de verdieping de polen van de aan de magnetisch actieve elementen gelijk equidistant geplaatste elektromagneten met elk een kern en een spoel uitmonden; een en ander zodanig, dat de ring met de magnetisch actieve elementen en het gestel met de elektromagneten samen een ringvormige inductiemotor vormen; aan de elektromagneten een elektronische eenheid is toegevoegd, die is ingericht voor het met zodanige wisselstromen voeden van de elektromagneten, dat door de elektromagnetische interactie tussen de elektromagneten en de magnetisch actieve elementen de rotor roterend wordt aangedreven; en de elektronische eenheid tevens is ingericht voor het met zodanige wisselstromen voeden van de elektromagneten, dat de rotorring tijdens bedrijf magnetisch opgehangen is.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de magnetisch actieve elementen van het ene kegelvormige oppervlak over een halve steekafstand ten opzichte van de magnetisch actieve elementen van het andere kegelvormige oppervlak versprongen zijn en de elektromagneten corresponderend opgesteld zijn.

3. Inrichting volgens conclusie 2, waarin de polen van de magnetisch actieve elementen en/of de polen van de elektromagneten elk een naar hun einden toe zich versmallende vorm vertonen.

4. Inrichting volgens conclusie 3, waarin de eindzones van de magnetisch actieve elementen en/of de eindzones van de elektromagneten elkaar over enige afstand overlappen.

5. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de rotorring is samengesteld uit twee delen die aan twee respectieve zijden aan de rand van de schijf zijn aangebracht en met elkaar verbonden zijn, bijvoorbeeld door lijmen, lassen, of door middel van ten minste één klikverbinding of een vlakke schroefkoppeling.

6. Inrichting volgens één der conclusies 1-5, waarin de rotorring door persen of spuitgieten van kunststof vervaardigd is.

7. Inrichting volgens conclusie 6, waarin de rotorring uit twee door persen of spuitgieten vervaardigde en vervolgens met elkaar verbonden delen is samengesteld, welke delen met elkaar verbonden zijn over aanliggende oppervlakken van de ring, corresponderend met het hoofdvlak van de ring.

8. Inrichting volgens één der conclusies 1-7, waarin de halve tophoeken van de afgeknotte kegelvormige vlakken een waarde van 45° ± 15° bezitten.

9. Inrichting volgens één der conclusies 1-8, waarin de inrichting meervoudig uitgevoerd is en is ingericht voor het roterend aandrijven van ten minste twee schijven.

10. Inrichting volgens conclusie 9, waarin de schijven gekoppeld roterend aandrijfbaar zijn.

11. Inrichting volgens conclusie 9, waarin de schijven individueel roterend aandrijfbaar zijn.

12. Inrichting volgens één der conclusies 1-11, waarin de of elke schijf een geheugenschijf van een computer is en aan de of elke schijf een door een beweegbare arm gedragen schrijfkop en/of een leeskop toegevoegd is, zodanig dat de of elke kop tijdens rotatie van de schijf het gehele werkzame informatie-oppervlak van de schijf bestrijkt, welke arm uitsluitend in zijn longitudinale richting verplaatsbaar is onder besturing door de computer.

13. Inrichting volgens conclusie 12, waarin de longitudinale richting overeenkomt met de radiale richting van de schijf.

14. Inrichting volgens conclusie 12, waarin de longitudinale richting afwijkt van de radiale richting van de schijf.

15. Inrichting volgens één der conclusies 13-14, waarin het aantal aan één zijde van de schijf toegevoegde armen ten minste twee bedraagt.

16. Inrichting volgens conclusie 12, waarin de arm de translator van een lineaire inductiemotor omvat; de translator een prismatische vorm bezit, dat wil zeggen op elke positie dezelfde dwarsdoorsnede bezit, en met enige tussenruimte in een door de stator van de inductiemotor bepaalde ruimte past; de translator een aantal equidistant opgestelde magnetisch actieve elementen, bijvoorbeeld permanente magneten, omvat; en de stator een aantal aan de permanente magneten gelijk equidistant geplaatste elektromagneten met elk een kern een een spoel omvat; welke spoelen via de elektronische eenheid door de computer gevoed worden, zodanig dat de arm telkens successievelijk in zijn longitudinale richting tussen door de computer gekozen posities ten opzichte van de schijf verplaatst wordt.

17. Inrichting volgens conclusie 16, waarin de dwarsdoorsnede van de translator aan zijn beide zijden de algemene vorm van een gelijkbenige driehoek of van een gelijkbenige trapezium vertoont, waarvan de schuine zijden corresponderen met twee zijvlakken die magnetisch actieve elementen, bijvoorbeeld permanente magneten, dragen welke magnetisch actieve elementen samenwerken met de elektromagneten van de corresponderende wanden van de stator; en de elektronische eenheid de elektromagneten op een zodanige manier voedt, dat de translator binnen de stator magnetisch opgehangen is.

18. Inrichting volgens conclusie 17, waarin de schuine zijden een stand van (45 ± 10)° ten opzichte van het hoofdvlak van de schijf bezitten.

19. Inrichting volgens één der conclusies 17-18, waarin de arm en de translator een grotere afmeting in de richting, evenwijdig aan het hoofdvlak van de schijf, bezit dan in dwarsrichting ten opzichte daarvan.

20. Inrichting volgens conclusie 12, waarin de schrijfkop een door de computer bestuurde laser omvat.

21. Inrichting volgens conclusie 12, waarin de leeskop een laser en een optische sensor omvat, welke sensor door het betreffende oppervlak van de schijf gereflecteerd en met de op die schijf opgeslagen informatie corresponderend laserlicht detecteert en daarmee corresponderende signalen aan de computer toevoert.

22. Inrichting volgens één der conclusies 1-21, gecombineerd met een door die inrichting aandrijfbare schijf.

23. Inrichting volgens conclusie 22, waarin de schijf vrij is van een centraal doorgaand gat.

24. Inrichting volgens conclusie 23, waarin de effectieve dikte van de schijf op elke radiale locatie overeenkomt met die van een laval-schijf, zodanig, dat de trekspanning in de schijf die optreedt als gevolg van centrifugale krachten tijdens rotatie, op elke radiale locatie van de schijf althans nagenoeg gelijk is en de schijf op locaties vanaf circa 70-90% van de radius naar de rand van de schijf een zich geleidelijk weer verdikkende vorm vertoont.

25. Inrichting volgens conclusie 24, waarin de schijf aan beide zijden vlak is.

26. Inrichting volgens conclusie 25, waarin de schijf in zijn hoofdvlak verdeeld is in twee gelijke schijfdelen, die elk door een plat oppervlak en een gekromd oppervlak begrensd zijn, welke gekromde oppervlakken met hun middenzone met elkaar verbonden zijn en fixatiemiddelen aanwezig zijn die de schijfdelen overal op een zodanig afstand houden, dat de platte buitenvlakken overal dezelfde onderlinge afstand bezitten en de schijf overal dezelfde dikte bezit.

27. Inrichting volgens conclusie 26, waarin de ruimte tussen de gekromde oppervlakken met een lichte massa, bijvoorbeeld een hard kunststofschuim, zoals polyurethaanschuim, polyesterschuim of schuim van keramisch materiaal, is opgevuld.

28. Inrichting volgens één der conclusies 26-27, waarin aan de randzone van ten minste één van de schijfdelen een afstandhouder is toegevoegd, die, eventueel samen met een corresponderende afstandhouder aan de randzone van het andere schijfdeel, de onderlinge afstand tussen de genoemde buitenvlakken bepaalt.

29. Inrichting volgens conclusie 28, waarin aan beide schijfdelen een opstaande omtreksribbe met de algemene vorm van een cilinderwand is toegevoegd, welke twee omtreksribben met hun eindvlakken tegen elkaar liggen.

30. Inrichting volgens één der conclusies 1-29, waarin de rotor en/of de schijf via lagermiddelen door het gestel gedragen worden.

31. Inrichting volgens één der conclusies 1-30, waarin de lagermiddelen stellen samenwerkende, tegengesteld georiënteerde permanente magneten aan respectievelijk de stator en de rotorring omvatten, zodanig dat de afstotende krachten tussen de samenwerkende magneten zorgen voor lagering en roterende ophanging van de rotor.