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Antriebsvorrichtung mit kollektorlosem Gleichstrommotor Die Erfindung
betrifft eine Antriebsvorrichtung mit kollektorlosem Gleichstrommotor, insbesondere
zum Antrieb von magnetischen Festplattenspeichern, die einen mit einem dauermagnetischen
Erregermagneten versehenen Rotor, mindestens einen im Motor eingebauten Drehstellungsdetektor
zum Erfassen der Rotorlage, eine drehstellungsdetektorobhdngig gesteuerte Kommutierungseinrichtung
und eine an die Kommutierungseinrichtung angeschlossene Statorwicklungsanordnung
aufweist.
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Antriebsvorrichtungen dieser Art sind bekannt (DE-OS 24 19 432, DE-OS
26 18 293 und DE-AS 26 16 464). Beim praktischen Einsatz solcher Antriebe gibt es
Anwendungen, bei denen die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit des Motors von besonders
hoher Bedeutung sind. Ein Beispiel dafUr sind magnetische Festplattenspeicher. Bei
solchen Speichern handelt es sich um hermetisch abgedichtete Geräte, bei denen in
aller Regel der Antriebsmotor nicht demontierbar ist-. Fällt der Motor ausr muß
das gesamte Gerät ersetzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch erhöhte Lebensdauer und verbesserte
Zuverlässigkeit auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemon dadurch gelöst, daß jedem fur den
Motorbetrieb notwendigen Drehstellungsaetoktor mindestens ein im Motor sLlz:nder
Ersatz-Drehstellungsdetektor zugeordnet ist und Mittel zum wahlweisen Wirksammachen
eines Ersatz-Drehstellungsdetektors beim Ausfall des zugehörigen zunächst wirksamen
Drehstellungsdetektors vorgesehen sind.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß für 'den Ausfall bekannter
AntriBebsvorrichtungen häufig der oder die Drehstellungsdetektoren verantwortlich
sind, bei denen es sich in der Regel um magnetfeldabhängige Sensoren oder Lichtschranken
handelt. Dadurch, daß erfindungsgemtiß jedem zum Betrieb erforderlichen Drehstellungsdetektor
mindestens ein Ersatz-Drehstellungsdetektor zugeordnet wird, der im Standby-Betrieb
zur Verfugung steht, läßt sich, wie gefunden wurde, die Zuverlässigkeit bedeutend
erhöhen.
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Der Motor kann zweckmäßig als zweipulsiger Gleichstrommotor mit einem
einzigen Drehstellungsdetektor und einem Ersatz-Drehstellungsdetektor ausgelegt
sein. Bei einer solchen Lösung ist die Anzahl der ausfallgefährdeten Drehstellungsdetektoren
minimiert.
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Als Drehstellungsdetektor und Ersatz-Drehstellungsdetektor eignen
sich insbesondere Hall-ICs.
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Zweckmäßig Drehstellungsdetektor- und Ersatz-Drehstellungsdetektorausgänge
herausgeführt und wahlweise an einen Arbeitswiderstand anschließbar. Dabei
können
die Drehste-llungsdetektor- und Ersatz-Drehstellungsdetektorausgänge einfach umsteckbar
oder von Hand umschaltbar sein In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es aber
auch möglich, dem Drehstellungsdetektor bzw. den Drehstellungsdetektoren eine Funktionserkennungsschaltung
zuzuordnen, mittels deren bei einem Drehstellungsdetektorausfall der zugehörige
Ersatz-Drehs-tellungsdetektor selbsttätig einschaltbar ist.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigt: Fig. 1 einen schematischen
Schnitt durch eine Antriebsvorrichtung nach der Erfindung mit einem kollektoriasen
Gleichstromaußenlaufermotor, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig.
1, und Fig. 3 ein Prinzipschaltbild der Antrieb vorrichtung nach den Fign. 1 und
2.
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Der in den Fign. 1 und 2 schematisch dargestellte kollektorlose Gleichstromaußenläufermotor
10 weist ein Statorblechpaket 11 auf, das eine Statorwicklungsanordnung 12 trägt,
die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweisträngig ausgebildet ist und die Wicklungsstränge
12a und 12b (Fig. 3) umfaßt.
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Das Statorblechpaket 11 bildet zusammen mit einem ringförmigen, dauermagnetischen
Erregermagneten 13 einen im wesentlichen zylindrischen Luftspalt 14.
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Beim vorliegenden AusfUhrungsbeispiel ist angenommen, daß der Erregermagnet
13 vierpolig radial magnetisiert ist, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist.
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Das heißt, an der dem Luftspalt 14 zugewendeten Innenseite des Erregermagneten
13 befinden sich in wechselnder Folge zwei magnetische Nordpole und zwei magnetische
Südpole, die jeweils eine Breite von im wesentlichen 900 (physikalisch) hoben. Es
wird auf diese Weise in Umfangsrichtung des Luftspalts 14 eine annähernd rechteckige
oder trapezförmige Magnetisierung erhalten. Der Erregermagnet 13 ist an einer den
magnetischen Rückschluß bildenden Außenläuferglocke 16 angebracht, z.B. in diese
Glocke eingeklebt. Mit dem Erregermagneten 13 wirken zugleich ein Drehstellungsdetektor
20 und ein Ersatz-Drehstellungsdetektor 21 zusammen, die einander
mit
Bezug auf die Rotorachse diametral gegenüberstehen Bei dem Erregermagneten 13 kann
es sich insbesondere um einen Gummimagnete-n oder einen kunststoffgebundenen Magneten
handeln. Der Erregermagnet 13 kann als zu einem Ring gebogener Streifen ausgebildet
sein. An Stelle eines Magnetrings lassen sich in die Glocke 16 auch schalenförmige
Magnetsegmente einkleben oder dort auf andere Weise festlegen. In der Mitte der
Außenläuferglocke 16 ist eine Stummelwelle 23 befestigt, die ueber Kugellager 24
in einem Lagerohr oder eine Hülse 25 abgestützt ist, welche das Statorblcukct 11
trägt und auf einer Statorgrundplatte 26 befestigt ist.
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Bei den Drehstellungsdetektoren 20 21 kann es sich beispielsweise
um Hall-ICs handeln, die gemäß Fig.3 parallel an Versorgungsanschlusse 3, 4 (0 V
bzw. +5V) einer zum Motor gehörenden Steckerleiste 28 gelegt sind. Die Ausgänge
29 bzw. 30 der Drehstellungsdetektoren 20, 21 sind zu den Anschlüssen 2 bzw. 1 der
Steckerleiste 28 herausgeführt. Die die beiden Wicklungsstränge 12a und 12b umfassende
Statorwicklungsanordnung 12 ist mit den AnschlUssen 5 bis 7 der Steckerleiste 28
verbunden. Dabei führt der Anschluß
5 zu einer Gleichspannungsquelle
(+12V), während die Anschlüsse 6 und 7 zur Verbindung mit einer Kommutierungseinrichtung
32 bestimmt sind. Den Ausgängen 29, 30 der Drehstellungsdetektoren 20, 21 ist ein
gemeinsamer Arbeitswiderstand 33 zugeordnet, der über einen Schalter 34 wahlweise
auf einen der Ausgänge 29, 30 aufschaltbar ist und außerdem mit dem Eingang der
Kommutierungseinrichtung 32 in Verbindung steht.
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Bei der Darstellung nach Fig. 3 ist infolgedessen der Drehstellungsdetektor
20 wirksam. Fällt der Drehstellungsdetektor 20 aus, braucht nur der Schalter 34
umgelegt zu werden. Der Ersatz-Drehstellungsdetektor 21 übernimmt dann die Funktion
des Drehstellungsdetektors 20.
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Statt den Schalter 34 vorzusehen, kann entsprechend einer abgewandelten
Ausführungsform auch auf die Anschlüsse 1, 2 der Steckerleiste 28 umgesteckt werden.
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Des weiteren ist es möglich, den Schalter 34 über eine in Fig. 3 gestrichelt
dargestellte Funktionserkennungsschaltung 35 zu betätigen, die selbsttätig anspricht,
wenn der Drehstellungsdetektor 20 ausfällt.
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Die vorliegende Erfindung ist auch bei Motoren nach der deutschen
Patentanmeldung P 29 19 581.1 - wie z.B. in der Fig. 2 der vorliegenden Anmeldung
dargestellt - und bei Motoren nach der deutschen Patentanmeldung P 31 28 417.5 anwendbar.
Auf den Inhalt dieser beiden Anmeldungen wird hiermit ausdrUcklich Bezug genommen.
Ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel weist in diesen beiden Fällen eine 4-polige
Motorversion auf. Aber auch 2- oder mehr als 4-polige Motoren können im Rahmen der
Erfindung benutzt werden oder erfindungsgemäß aufgebaut sein. Im Falle der ersten
der genannten Anmeldungen ist für den Motorbetrieb nur ein Rotorsensor vorgesehen.
Bei Antrieben gemäß der zweiten der obigen Anmeldungen werden zwei Rotorsensoren
benutzt. Entscheidend ist bei jeder Anwendung, daß der redundante Sensor zum Hauptsensor
(bzw. zu den Hauptsensoren) für die Motorfunktion um 3600 el. x m (m = 1, 2, 3,
4 ....) versetzt ist, damit das Signal des Sensors die gleiche Polorität hat, oder
daß der redundante Sensor um 1800 el. x k (k = 1, 3, 5, 7 ....) versetzt ist. Im
letztgenannten Fall ist die Polarität des Signals invertiert; das Signal muß dann
wieder zurUckinvertiert werden, damit es die gleiche Phasenlage hat.
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Die Erfindung ist auch bei Linearmotoren anwendbar.
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Ebenso kann die Erfindung bei Dreiphasenmotoren angewendet werden,
wie sie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung P 30 21 328.6 beschrieben
sind, wo jeweils für jede Phase ein sogenanntes Hall-IC um 1200 el. zum anderen
versetzt am Umfang fortlaufend angeordnet ist, z.B. in den Stellungen 0° el., 1200
el. und 2400 el., worauf ein redundanter Satz von Hall-ICs entsprechend der Erfindung
an den folgenden um jeweils 1200 el. weiter versetzten Stellen vorgesehen ist, so
daß in den Positionen 3600 ei., 4800 el., 6000 el. die redundanten Hall-ICs bzw.
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Ilallgeneratoren anyeordnet wären. Es gibt natUrlich auch andere entsprechende
Positionen, insbesondere wenn man die Umpolung des Hall-ICs ausnutzt. Wenn das Signal
mit umgekehrter Polarität zur Verfügung steht, muß es, wie oben schon angedeutet,
zuruckinvertiert werden. Ein Bei spiel fUr einen dreiphasigen Linearmotor, bei dem
die Erfindung in dieser Weise anwendbar ist, ist in der deutschen Patentanmeldung
P 31 23 441.0 beschrieben.
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