DE3331755A1

DE3331755A1 - Einrichtung zur erzeugung von impulsen bei speicherantrieben

Info

Publication number: DE3331755A1
Application number: DE19833331755
Authority: DE
Inventors: Johann von der Dipl.-Ing. 7230 Schramberg Heide; Ernst-Moritz Körner; Edgar Müller; Rolf Dr.-Ing. 7742 St.Georgen Müller
Original assignee: Papst Motoren & Co Kg 7742 St Georgen GmbH; Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1982-09-04
Filing date: 1983-09-02
Publication date: 1984-03-08
Also published as: DE3331755C2

Description

Einrichtung zur Erzeugung von Impulsen
bei Speicherantrieben Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für Speichermedien mit einem Antriebsmotor und einer Einrichtung zur Erzeugung von Impulsen mit zur Motordrehzahl proportionaler Frequenz, insbesondere zur Erzeugung von jeweils einem Impuls je Motorumdrehung.
Motoren für den Antrieb von Plattenspeichern der Datentechnik laufen mit Drehzahlen, die im allgemeinen zwischen 3600 und 5000 U/min liegen. Zur Steuerung der Leseköpfe benötigt man bei solchen Motoren äußerst präzise Rotorstellungssignale, damit die Daten auf den einzelnen Spuren des Plattenspeichers richtig eingegeben werden können bzw. aus diesen Spuren richtig, d.h. winkelgerecht, entnommen werden können. Hierzu sind verschiedene Vorschläge bekannt geworden. Einen davon zeigt die DE-OS 31 28 417.
Dort wird eine speziell magnetisierte Magnetspur verwendet, der spezielle galvanomagnetische Sensoren zugeordnet sind. Diese Lösung ist - bei konstanten Betriebstemperaturen - genau, aber aufwendig. Sofern starke Temperaturschwankungen auftreten, können die Sensoren eine unerwünschte Temperaturempfindlichkeit zeigen, wodurch die Genauigkeit des Signals leiden kann.
In der DE-OS 32 27 948 ist ferner vorgeschlagen worden, einen induktiven Sensor in Form einer kleinen Spule in den Motor auf der Innenseite eines Außenläuferrotors einzubauen.
In dieser Spule werden aber auch Signale vom Stator her induziert, so daß es schwierig ist, präzise, störungsfreie Impulse zu erhalten, mit denen eine einwandfreie Steuerung des Datenflusses vom und zum Plattenspeicher möglich ist.
Drebstellungsimpulse lassen sich auch mit optischen Licht-oder Reflexschranken relativ einfach erzeugen. Die optischen Bauteile sind aber vergleichsweise kostspielig; sie altern und sind auch gegen Schmutz anfällig.
Indeximpulse zur Erkennung einer vorbestimmten Winkellage eines rotierenden Bauteils werden beispielsweise auch bei Antrieben für Videokopftrommeln benötigt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, auf verläßliche und von den Umgebungsbedingungen weitgehend unabhängige Weise hoch präzise Lageerkennungsimpulse (Indeximpulse) zu erzeugen.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß ein Geber, der im Betrieb Signalimpulse erzeugt, die jeweils einmal zwischen zwei Polaritäten alternieren und im wesentlichen gleichspannungsfrei sind, und eine Auswerteschaltung vorgesehen, die mit diesen alternierenden Signalimpulsen zwecks Erzeugung von drehzahl proportionalen Indeximpulsen beaufschlagt ist und die mit einem Komparator mit asymmetrischer Hysterese ausgestattet ist, zwischen dessen beiden Eingängen das Ausgangssignal des Gebers anliegt und dessen Hysterese auf das Geberausgangssignal derart abgestimmt ist, daß der Komparatorausgang von einem ersten auf ein zweites Potential umspi ngt, wWnn die Amplitude des Signalimpulses bei vorbestimmter Polarität einen vorbestimmten Schaltspannungsbetrag überschreitet, sowie von dem zweiten auf das erste Potential zurückspringt, wenn der Signalimpuls seinen Nulldurchgang von der vorbestimmten zur entgegengesetzten Polarität durchläuft.
Durch die geschickte Ausnutzung der asymmetrischen Hysterese des Komparators erreicht man eine äußerst präzise Impulsgabe in dem Zeitpunkt, in dem der alternierende Spannungsimpuls den Nulldurchgang zwischen seinen beiden Polaritäten durchläuft. Da dieser Nulldurchgang unabhängig von Temperatur und Alterung der Geberbauteile ist, ergibt seine Erfassung ein von Toleranzen weitgehend freies, hochpräzises Signal. Da ferner die Signalamplitude bei niedrigen Drehzahlen nicht ausreicht, um den Komparator umzuschalten, zeigt die Erzeugung von Impulsen gleichzeitig an, daß eine bestimmte Drehzahl erreicht ist und daß zum Beispiel im Falle eines Magnetplattenspeichers die Schreib-Leseköpfe jetzt ein ausreichendes Luftkissen erzeugen können.
Bei dem Geber kann es sich zweckmäßig um einen induktiven Geber handeln. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Geber einen dauermagnetischen Sensormagneten und eine damit zusammenwirkende Sensorspule auf; der Sensormagnet und die Sensorspule sind dabei mit einer der Drehzahl des Antriebsmotors entsprechenden Drehzahl relativ zueinander derart drehbar, daß sie bei jeder Umdrehung des Antriebsmotors einmal aneinander vorbeilaufen. Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform der Erfinden ist der Geber mit einem daermagnetischen Sensc.-magneten, einer mit Bezug auf den Sensormagneten unbewegbar angeordneten Sensorspule sowie einem weichferromagnetischen Bauteil mit einer Diskontinuität ausgestattet. In diesem Falle sind die aus. Sensormagnet und Sensorspule bestehende Einheit und das ferromagnetische Bauteil mit einer der Drehzahl des Antriebsmotors entsprechenden Drehzahl relativ zueinander derart drehbar, daß sie bei jeder Umdrehung des Antriebsmotors einmal aneinander vorbeilaufen. Die Diskontinuität des weichferromagnetischen Bauteils führt zu einer Anderung des magnetischen Leitwertes. Bei beiden Ausführungsformen wird in der Sensorspule einmal pro Umdrehung ein Signalimpuls der vorstehend genannten Art erzeugt.
Zur Unterdrückung von höherfrequenten Störsignalen kann zweckmäßig den Eingängen des Komparators eine Tiefpaß-Siebkette vorgeschaltet sein.
Der im Rahmen der Erfindung verwendete Komparator läßt sich besonders einfach aus einem Differenzverstärker und einer diesem Verstärker zugeordneten Beschaltung zum Erzwingen der asymmetrischen Hysterese aufbauen. Bei dieser Beschaltung kann es sich beispielsweise um einen zwischen dem Ausgang und dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers liegenden ersten Widerstand, einen zwischen dem Ausgang und einem Versorgungsspannungsanschluß liegenden zweiten Widerstand und einen dem nichtinvertierenden Eingang vorgeschalteten dritten Widerstand handeln. Dabei kann der invertierende Eingang des Differenzverstärkers einfach auf Nullpotential gelegt sein.
An den Ausgang des Komparators ist vorzugsweise ein monostabiler Multivibrator angeschlossen. Dieser erlaubt es, das Ausgangssignal des Komparators in Indeximpulse umzusetzen, deren Breite unabhängig von der Drehzahl des Antriebsmotors ist.
Bei dem Antriebsmotor kann es sich vorteilhaft um einen Außenläufermotor mit einem Stator und einer um den Stator herum angeordneten Rotormagnetanordnung handeln. Dabei kann der Sensormagnet zweckmäßig am einen axialen Ende der Rotormagnetanordnung sitzen und mit dieser drehfest verbunden sein, während die Sensorspule am Stator im Bereich einer von dem Sensormagneten durchlaufenen Umlaufbahn angeordnet ist. Um in einem solchen Fall eine Beeinflussung der Sensorspule durch die beispielsweise zwei oder mehr Polpaare aufweisende Rotormagnetanordnung weitestgehend auszuschließen, ist vorteilhaft auf das eine axiale Ende der Rotormagnetanordnung ein Abschirmring aus weichferromagnetischem Material aufgesetzt; dieser Abschirmring weist eine Ausnehmung auf, in welcher der Sensormagnet angeordnet ist.
Ist die Antriebsanordnung für ein magnetisches Speichermedium, beispielsweise Magnetspeicherplatten, bestimmt, ist vorzugsweise eine magnetische Abschirmung zwischen Magnetfelder erzeugenden Antriebsteilen der Antriebsanordnung und einem Raum zur Aufnahme des magnetischen Speichermediums vorgesehen Dies sichert gegen Datenverluste und Störungen bei der Dateneingabe und Datenausgabe. Die magnetische Abschirmung kann insbesondere eine mit dem Stator verbundene weichferromagnetische Abschirmplatte aufweisen, welche dem einen axialen End- der Rotormagnetanordnung gegenüberliegt.
Die Sensorspule weist vorteilhaft einen weichferromagnetischen Kern auf. Dieser kann in einer zu der Ebene der Umlaufbahn des Sensormagneten im wesentlichen senkrechten Richtung verstellbar sein. Dies erlaubt es, die Größe des Luftspaltes zwischen Sensorspule und Sensormagnet einzustellen. Für diesen Zweck kann einfach in einer Ausnehmung der Abschirmplatte eine mit einem Innengewinde versehene Buchse befestigt sein, und der Spulenkern kann ein mit dem Buchseninnengewinde in Eingriff stehendes Außengewinde tragen.
Teil des Stators bildet zweckmäßig eine Leiterplatte, die den Komparator und weitere Schaltungskomponenten tragen kann, insbesondere z.B. einen Drehzahlregler und/oder im Falle eines kollektorlosen Gleichstrommotors die Kommutierungselektronik. Die Leiterplatte kann auf der der Rotormagnetanordnung zugewendeten Seite der Abschirmplatte sitzen und Schaltungskomponenten auf ihrer der Rotormagnetanordnung zugewendeten Seite tragen. Dies ermöglicht einen besonders gedrängten Aufbau in axialer Richtung, weil sperrige Schaltungskomponenten so angeordnet werden können, daß sie z.B. in Nuten der Statorwicklung passen und damit diesen ohnehin vorhandenen Raum nutzen. Es ist aber auch möglich, die Leiterplatte auf der von der Rotormagnetanordnung abgewendeten Seite der Abschirmplatpe anzuordnen und Schaltungskomponenten auf die von der Rotormagnetanordnung abgewendete Seite der Leiterplatte aufzusetzen. Im letztgenannten Fall kann die Sensorspule an der Leiterplatte gehaltert sein, und die Abschirmplatte kann eine Ausnehmung aufweisen, in die der Spulenkern hineinragt. Das Feld der Rotormagnetanordnung wirkt in einem solchen Fall auf die Sensorspule nur relativ schwach ein, so daß auf den zusätzlichen Abschirmring gegebenenfalls verzichtet werden kann.
Bei der Ausführungsform, bei welcher die Sensorspule mit Bezug auf den Sensormagneten unbewegbar angeordnet ist, wird der Sensormagnet vorteilhaft auf das dem weichferromagnetischen Bauteil zugekehrte Ende des Spulenkerns aufgesetzt.
Die Rotormagnetanordnung kann vorteilhaft in einem Rotorgehäuse aus weichferromagnetischem Material untergebracht sein, das die Form einer offenen Glocke hat und die Diskontinuität bildet, beispielsweise für diesen Zweck an ihrem Rand mit einem Schlitz versehen ist.
Wenn es darauf ankommt, die Sensorvorrichtung auf kleinstem Raum unterzubringen und gleichwohl ein hohes Verhältnis von Nutzspannung zu Störspannung zu erzielen, wird der Geber vorteilhaft mit einer Sensorspitze aus weichmagnetischem Werkstoff versehen, die im Bereich ihres eines Endes den als Miniatur-Dauermagneten ausgebildeten Sensormagneten und in einem daran axial anschließenden Bereich die Sensorspule trägt. Versuche zeigten, daß sich auf diese Weise Sensoreinheiten aufbauen lassen, die einen axialen Einbauraum von nur etwa 1 mm erfordern. Die so aufgebaute Sensoreinheit hat einen hohen Wirkungsgrad, d.h. sie wird durch Fremdfelder wenig beeinflußt, und sie erzeugt einen einwandfrei erkennbaren Signalimpuls dann und nur dann, wenn die Diskontinuität des weichferromagneischen Bauteils vorbeiläuft. Im Interesse einor weiteren Miniaturisierung der Sensoreinheit ist dabei zweckmäßig das den Sensormagneten tragende Ende der Sensorspitze abgekröpft. Die Größe der Abkröpfung ist vorzugsweise so bemessen, daß die Mittelebene der aus dem Sensormagneten und dem diesen tragenden Sensorspitzenende bestehenden Anordnung mit der Mittelebene des die Sensorspule tragenden, langgestreckten Teiles der Sensorspitze im wesentlichen fluchtet. Des weiteren ist zweckmäßig in der Ebene, in welcher die Sensorspitze abgekröpft ist, die Abmessung der Sensorspule gleich oder kleiner als die Summe der Abmessungen des Sensormagneten und des ihn tragenden Sensorspitzenendes.
Zur Erhöhung der Ansprechgenauigkeit kann der Sensormagnet an dem von der Sensorspule abgewendeten Ende in der zur Abkröpfungsebene senkrechten Ebene zugespitzt sein. Die Sensorspitze ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig an einem nicht-ferromagnetischen Träger befestigt, z.B. mit einem Träger aus Aluminiumblech verklebt, um Störfeldbeeinflussungen weiter zu verringern.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung zur Erzeugung einer Meßspannung in einer Sensorspule durch ein vorbeilaufendes Objekt, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Einrichtung zur Erzeugung einer Neßspannung in einer Sensorspule durch ein vorbeilaufendes Objekt, Fig. 3 eine schematische Darstellung der in den Sensorspulen nach den Fign.
1 und 2 erzeugten alternierenden Signalimpulse, Fig. 4 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Auswerteschaltung, Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Auswerteschaltung mit zusätzlicher Siebkette zum Ausfiltern von Störspannungen, Fig. 6 einen Schnitt durch einen kollektorlosen Außenläufer-Gleichstrommotor zum Antrieb eines Plattenspeichers, wobei eine Sensorspule und ein Sensormagnet entsprechend Fig. 1 vorgesehen sind, Fig. 7 einen Schnitt nur durch den Außenrotor entlang der Linie VII- VII der Fig. 6, etwa im Vergrößerungsmaßstab 2:1, Fig. 8 Schaubilder zur Erläuterung der Wirkungsweise der Auswerteschaltungen nach den Fign. 4 und 5, Fig. 9 in größerem Maßstab einen Teilschnitt durch einen Motor ähnlich Fig. 6 mit abgewandelter Sensoreinheit, Fig. 10 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 9, der eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Sensoreinheit erkennen läßt, Fig. 11 einen Teilschnitt durch einen Plattenspeicherantrieb gemäß einer weiter abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 12 einen Teilschnitt durch einen Hartplatten-Speicherantrieb mit Aliniatursensoreinheit und Fig. 13 eine Draufsicht entlang der Linie XIII-XIII der Fig. 12.
Fig. 1 zeigt einen Feststehenden Stator 10 mit einer Eisenplatte 11, an der ein weichmagnetischer Spulenkern 12 festgenietet ist, auf dem sich eine Sensorspule 13 befindet. An einem Rotor 14, der sich in Richtung eines Pfeils 15 bewegt, befindet sich ein als Dauermagnet ausgebildeter Sensormagnet 16. Bewegt sich der Sensormagnet 16 an der Sensorspule 13 vorbei, wird in dieser ein Signalimpuls u erzeugt, der zwischen zwei Polaritäten alterniert, wie das Fig. 3 zeigt.
Ein solcher Impuls ist also zum Beispiel zuerst positiv und geht dann über einen Nulldurchgang 20 in einen negativen Teilimpuls über. Beide Teilimpulse haben gleiche Spannungs-Zeit-Flächen; der Gesamtimpuls ist also gleichspannungsfrei.
Fig. 2 zeigt eine Alternative. Hierbei ist in Serie mit dem Spulenkern 12 ein stationärer Sensormagnet 16 vorgesehen, und am Rotor 14 (aus Weicheisen) ist eine Diskontinuität in Form eines Vorsprungs 18 (oder alternativ einer Ausnehmung 19) vorgesehen, Auch hier wird in der Sensorspule 13 ein alternierender Signalimpuls u (Fig. 3) erzeugt, wenn entweder der Vorsprung 18 oder die Ausnehmung 19 an ihr vorbeilaufen.
Bei beiden Varianten tritt der Nulldurchgang 17 eines Signalimpulses u dann auf, wenn Sensorspule und Gegenstück 16 (Fig.
1) oder 18 bzw. 19 (Fig. 2) in direkter Opposition sind. Dieser Nulldurchgang ist folglich ein genaues Naß für die Rotorstellung, und er ist unabhängig von Temperaturänderungen, unabhängig von Änderungen der Betriebsspannung, unabhängig von Abstandsänderungen und unabhängig von Alterungserscheinungen.
Die Fign. 4 und 5 zeien zwei erfindungsgemäße Schaltungen zur präzisen Auswertung dieses Nulldurchgangs.
Entsprechend Fig. 4 sind das eine Ende der Sensorspule 13 über einen Widerstand 21 mit dem nichtinvertierenden Eingang und das andere Ende der Sensorspule mit dem invertieren den Eingang eines Differenzverstärkers 22 und mit Masse verbunden. Der Ausgang 23 des Differenzverstärkers 22 ist über einen Widerstand 24 mit einem positiven Speisepotential und über einen Widerstand 25 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 23 verbunden. Der Differenzverstärker 22 und die aus den Widerständen 21, 24, 25 bestehende Beschaltung dieses Verstärkers bilden einen Komparator mit asymmetrischer Hysterese, wie dies anhand der Fig. 8 näher erläutert ist.
Fig. 8A zeigt die Spannung u zwischen den beiden Eingängen des Komparators 21 bis 25. Diese Spannung ist so gepolt, daß sie der Schalthysterese des Komparators entspricht, also dessen Speichereigenschaften optimal ausnützt. Hierzu wird der alternierende Signalimpuls u (Fig. 8A) so gepolt, daß zuerst der invertierende Eingang des Verstärkers 22 negativer wird als der nichtinvertierende Eingang. Die Folge ist, daß die untere Schwellenspannung vl des Komparators unterschritten wird, die zum Beispiel -40 mV betragen kann, so daß der Ausgang 23 des Komparators zum Zeitpunkt tl auf Massepotential springt, wie das Fig. 8B zeigt.
Dabei ist Voraussetzung, daß die induzierte Spannung u eine Amplitude hat, deren Betrag größer ist als vl. Ist diese Amplitude kleiner, so werden keine Signale erzeugt, d.h.
bei zu niedriger Drehzahl erhält man am Ausgang 23 keine Impulse, und das Auftreten dieser Impulse kann somit als Maß für das Überschreiten einer Nindestdrehzshl verwendet und z.B. zum Steuern der Leseköpfe eines Magnetplattenspeichers genutzt werden. Wenn der alternierende Signalimpuls u die Nullinie v2 am Nulldurchgang 17 wieder von negativen nach positiven Werten überschreitet, springt zum Zeitpunkt t2 der Ausgang 23 zurück auf ein positives Potential, wie das Fig. 8B zeigt, und dieser Potentialsprung triggert den Multivibrator 26, der gemäß Fig. 8C einen kurzen Signalimpuls 30 der festen Zeitdauer r abgibt.
Die Genauigkeit des Umschaltpunktes t2 hängt nur von der Größe der Offset-Spannung des Komparators ab.
Der beschriebene Vorgang wiederholt sich dann periodisch mit der Rotationsfrequenz des überwachten Motors. Der Abstand T (Fig. 8C) zwischen zwei Impulsen 30 ist dabei ein hochgenaues Naß für die jeweilige Drehzahl, und die Lage der Indeximpulse 30 ist ein hoch genaues Maß für die augenblickliche Winkelstellung des Rotors.
Positive Störimpulse 31, die von der Kommutierung des Motors herrühren, stören nicht, da ja der Ausgang 23 bereits positiv ist. Negative Impulse 32 stören ebenfalls nicht, sofern sie dem Betrag nach kleiner sind als die untere Schwellenspannung v1, die entsprechend gewählt werden kann. Auf diese Weise wird die Asymmetrie des Schaltverhaltens des Komparators 21 bis 25 sehr geschickt ausgenutzt.
Muß mit starken Störimp wlsen 31, 32 gerechnet werden, kann gemäß Fig. 5 die Eingangsspannung u gefiltert werden. Hierzu dient eine Siebkette, die aus einem Widerstand 33, einem Kondensator 34 und dem Widerstand 21 besteht. Man erhält hierdurch jedoch eine Phasenverschiebung der Spannung u in Richtung spät, d.h. der Komparator wird später eingeschaltet, was in der nachfolgenden Elektronik berücksichtigt werden muß. Bei der Auslegung von Fig. 5 geht man vorteilhaft so vor, daß der Wert des Widerstands 33 etwa ein Zehntel des Widerstands 21 beträgt, während der Rückführwiderstand 25 etwa das 50-fache des Widerstands 21 betragen sollte. Auch hier ist wichtig, daß der Abschnitt negativer Polarität des Signalimpulses u als erster zum Komparator gelangt und dessen Ausgang sperrt, damit anschließend - beim Nulldurchgang 17 zum Abschnitt positiver Polarität - der Ausgang 23 auf einen positiven Wert springen und den Multivibrator 26 triggern kann. Sofern störarme Signalimpulse u verwendet werden, können die Filterelemente 33, 34 klein gehalten werden oder ganz entfallen.
Die Fign. 6 und 7 zeigen eine Plattenspeichermotor 40, bei dem man - ohne Vergrößerung des Motors - störarme Signalimpulse erzeugen kann. Dieser Motor hat ein Lagertragrohr 41 mit einem Tragflansch 42. Im Lagertragrohr 41 sind, durch einen radialen Vorsprung 43 im Abstand voneinander gehalten, zwei Kugellager 44, 45 angeordnet, die eine Antriebswelle 46 lagern. Der Innenring des oberen Kugellagers 44 ist mit der Welle 46 fest verbunden, z.B. durch Kleben. Der Mittenabstand der beiden Lager 44, 45 entspricht etwa dem Durchmesser der Welle 46. Der Innenring des unteren Lagers 45 ist auf der Welle 46 verschiebbar.
As oberen Ende der Welle 46 ist eine Nabe 52 befestigt, welche der Auf- und Mitnahme einer nicht dargestellten Speicherplatte dient, deren Mittelbohrung einen Durchmesser hat, welcher dem Außendurchmesser der Nabe 52 entspricht. Diese Nabe 52 hat einen nach innen ragenden Kragen 53, und dieser bildet den inneren Teil einer Magnetflüssigkeitsdichtung, deren Außenteil von einem Magnetring 54 gebildet wird, der in das Lagertragrohr 41 fest eingesetzt ist. Zwischen diesem Magnetring 54 und dem Kragen 53 liegt eine magnetische Dichtflüssigkeit bekannter Art, vergl. Scientific American, Oktober 1982, Seiten 124-133.
Auf dem unteren Ende der Welle 46 ist mit Preßsitz ein tiefgezogenes, schalenförmiges Rotorgehäuse 56 aus einem magnetisch leitenden Werkstoff aufgesetzt. Fig. 6 zeigt hierfür zwei Versionen. In den Außenrand 58 des Rotorgehäuses 56 ist ein durchgehender Magnetring 59 eingesetzt, z.B. ein sogenannter Gummimagnet. Dieser kann je nach Motortyp z.B. 4polig radial magnetisiert sein, und zwar bevorzugt mit einem etwa trapezförmigen Induktionsverlauf entsprechend der DE-PS 23 46 380. Der Nagnetring 59 ist durch einen zylindrischen Luftspalt 62 getrennt von einer Statoranordnung 63. Letztere enthält ein Blechpaket 64, z.B. mit 4 T-Ankern, also vier Nuten, und auf dessen Enden sind abgewinkelte Elemente 65, 66 aufgesetzt. Die abgewinkelten Enden dieser Elemente 65, 66 bilden eine Verlängerung des Luftspalts 62, d.h. ihr radialer Abstand von der Innenfläche des Magnetrings 59 ist identisch mit dem radialen Abstand des Statorblechpakets 64 in derselben Schnittebene. Auf den Elementen 65, 66 ist eine Isolierschicht 67 aufgebracht, und auf diese ist die Statorwicklung 68 gewickelt. Je nach Motorbauart kann dies z.B. eine ein-, zwei- oder dreisträngige Wicklung sein.
Oberhalb des -Magnetrings 59 ist zur magnetischen Abschirmung eine etwa ringförmige Platte 72 aus magnetisch leitendem Werkstoff befestigt, und direkt unter ihr liegt eine Leiterplatte 73, auf der elektronische Bauelemente des Motors 40 angeordnet sind, z.B. die Schaltungskomponenten der Fign. 4 oder 5 und als Stellungssensor für die Kommutierung ein Hall-IC, der in eine Nut des Statorblechpakets 64 ragt. Ein Kabel 76 dient als Anschluß der Leiterplatte 73.
Zwischen dem Boden des Rotorgehäuses 56 und dem Innenring des Kugellagers 45 ist eine Tellerfeder 77 angeordnet, welche die beiden Lager 44 und 45 gegeneinander verspannt. Ein solcher Motor ist Gegenstand der DE-OS 32 27 948.
Oberhalb des Magnetrings 59, und noch innerhalb des oberen Randes des Außenrandes 58, befindet sich ein Abschirmring 80 aus weichferromagnetischem Material. Dieser Ring 80 kann z.B.
eine Dicke von 0,5 mm haben; er weist eine Ausnehmung 81 auf, und in dieser Ausnehmung ist auf dem Magnetring 59 ein Kobalt-Samarium-Sensormagnet 82 befestigt, der z.B. eine Höhe von 1 mm haben kann und der in Achsrichtung des Motors polarisiert ist, also z.B. in Fig. 7 auf seiner sichtbaren Oberseite einen Nordpol und auf seiner unsichtbaren Unterseite einen Südpol hat.
In der Abschirmplatte 72 ist ein Bolzen 83 aus weichferromagnetischem Werkstoff so festgenietet, daß er zum Sensormagneten 82 hin ragt und von diesem nur einen kleinen Abstand hat, wenn sich dieser Magnet 82 unter ihm befindet, wie das Fig. 6 zeigt. Auf dem Bolzen 83 ist eine Sensorspule 84 befestigt, deren Anschluß mit 85 bezeichnet ist und der der Sensorspule 13 in Fig. 1 entspricht.
Wenn sich im Betrieb der Rotor 56 dreht, induziert der Sensormagnet 82 bei jeder Umdrehung einen alternierenden Signalimpuls in der Sensorspule 84. Dieser Signalimpuls hat die in Fig. 8A dargestellte Form, und er ist weitgehend unabhängig von der Temperatur und anderen Einflüssen. Dieser Meßimpuls wird dann mittels einer der Schaltungen nach Fig. 4 oder 5 ausgewertet, um hoch präzise Stellungssignale zu erhalten.
Bei der abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 9 sitzt die Leiterplatte 73 auf der von dem Magnetring 59 abgewendeten Seite der Abschirmplatte 72. Auf der von dem Magnetring 59 abgewendeten Seite der Leiterplatte 73 sind eine den Differenzverstärker 22 bildende integrierte Schaltung und der Widerstand 21 angedeutet. Es versteht sich, daß die Leiterplatte 73 zusätzliche Schaltungskomponenten tragen kann, unter anderem auch einen Drehstellungssensor für die Kommutierung.
Letzterer kann von einem Hall-IC gebildet sein, das durch eine entsprechende Ausnehmung der Abschirmplatte 72 nach unten absteht, um von dem Feld des Magnetrings 59 beeinflußt zu werden. Die Sensorspule 84 sitzt auf einem Spulenkörper 86, der in Ausnehmungen der Platten 72, 73 eingesetzt ist.
Durch den Spulenkörper 86 ragt ein im Querschnitt T-förmiger Spulenkern 87 hindurch. Sein in Fig. 9 unteres Ende ist mit der Umlaufbahn des Sensormagneten 82 ausgerichtet, der auf die der Abschirmplatte 72 zugewendete Stirnseite des Magnetrings 59 aufgesetzt ist. Bei dieser Ausführungsform hat die Sensorspule 84 von dem agnetrlg 59 einen größeren axialen Abstand. Außerdem ist die Sensorspule 84 gegenüber dem von dem Magnetring 59 ausgehenden Feld durch die Platte 72 in gewissem Umfang abgeschirmt. Es kann daher in der Regel auf den Abschirmring 80 der Ausführungsform nach Fig. 6 verzichtet werden. Im übrigen versteht es sich, daß die Lösung gemäß Fig. 9 entsprechend dem Funktionsprinzip der Fig. 1 arbeitet.
Bei der weiter abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 10 stimmt die statorseitige Ausbildung mit derjenigen nach Fig.9 überein, mit der Ausnahme, daß der Sensormagnet 82 an dem dem Außenrand 58 des Rotorgehäuses zugewendeten Ende des Spulenkerns 87 angeordnet ist. Der Außenrand 58 ist in radialer Richtung auf den Sensormagneten 82 ausgerichtet und an einer Stelle seines Umfangs mit einer Ausnehmung 19 versehen, wie sie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist. Die Funktionsweise der Ausführungsform nach Fig. 10 entspricht derjenigen der Prinzipdarstellung nach Fig. 2.
Im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 11, das weitgehend demjenigen der Fig. 6 ähnlich ist, ist in eine Ausnehmung der Abschirmplatte 72 eine Stahl buchse 88 eingesetzt. Die Buchse 88 weist ein Innengewinde auf, das mit dem Außengewinde eines verstellbaren Spulenkerns 89 zusammenwirkt. Mit dem Spulenkern 89 ist eine Ausnehmung 47 des Tragflanschs 42 axial ausgerichtet. Durch die Ausnehmung 47 hindurch ist der beispielsweise mit einem Schraubenschlitz 48 versehene Spulenkern 89 zugänglich. Der Spulenkern 89 kann auf diese Weise in Axialrichtung verstellt werden, um den zwischen dem Sensormagneten 82 und der ihm zugekehrten Stirnfläche des Spulenkerns 89 vorhandenen Luftspalt einzustellen.
Es versteht sich, daß in entsprecnder Weise auch der Spulenkern 87 axial verstellbar gemacht werden kann.
Der Magnetplatten-Speicherantrieb gemäß Fig. 12 ist auf einem Flansch 90 montiert. Es ist ein kollektorloser Gleichstrom-Außenläufermotor vorgesehen, dessen Statorblechpaket bei 91 angedeutet ist und eine Statorwicklung 92 trägt. Der Stator ist von einem topfförmigen Außenläuferrotor 93 aus weichmagnetischem Werkstoff übergriffen. In dem Außenläuferrotor 93 ist ein über die Polteilung zweckmäßig trapezförmig oder nahezu trapezförmig magnetisierter Dauermagnetring 94 angebracht. Der AuDenläuferrotor 93 ist in nicht näher dargestellter Weise um seine Mittelachse drehbar gelagert.
Er trägt an der vom Stator abgewendeten Seite seines Bodens 95 ein Kupplungsstück 96, in das ein Haltemagnet 97 eingelassenist. Der Haltemagnet 97 wirkt mit einem Kupplungsgegenstück 98 zusammen, das die Nabe für eine magnetische Hartspeicherplatte 99 bildet und aus ferromagnetischem Werkstoff, vorzugsweise Weicheisen, gefertigt ist. Die Speicherplatte 99 sitzt in einer Kunststoffkassette 100. Das Kupplungsstück 96 bildet zusammen mit dem Gegenstück 98 eine Kupplung, die den wahl weisen Austausch der Speicherplatte 99 samt Kassette 100 gestattet. Zwischen dem Außenläuferrotor 93 und der Speicherplatte 99 besteht infolgedessen keine fest vorgegebene Winkel beziehung.
Die mit der Speicherplatte 99 zusammenwirkende Elektronik benötigt aber einen Index-Impuls entsprechend einer vorgegebenen Winkelposition der Speicherplatte 99. Eine insgesamt mit 102 bezeichnete Sensorvorrichtung dient der Erzeugung eines solchen Index-Impulses. Aufgrund der räumlichen Gegebenheiten ist bei dieser Ausführungsform die Ermittlung der Winkelstellung praktisch nur an einem . flansch 103 des Kupplungsgegenstücks 98 möglich. Dabei muß eine Sensoreinheit 104 der Sensorvorrichtung 102 in den Zwischenraum zwischen den Boden 95 des Außenläuferrotors 93 und den Flansch 103 eingreifen. Dieser Raum hat jedoch in Axialrichtung nur eine Abmessung von etwa 1 mm. Um trotz dieser äußerst beengten Raumverhältnisse eine sichere Nutzsignalerkennung zu gewährleisten und den Einfluß von Störfeldern zu minimieren, weist die Sensoreinheit 104 eine dünne, schmale Sensorfahne oder Sensorspitze 106 auf, die an ihrem freien Ende 108 einen Sensormagneten 107 in Form eines Miniatur-Dauermagneten trägt. Bei dem Sensormagneten 107 handelt es sich im veranschaulichten Ausführungsbeispiel um ein keramisches Magnetplättchen das z.B. 0,8 mm dick, 1 mm lang und 1,5 mm breit ist. Der Sensormagnet 107 ist, wie aus Fig. 13 hervorgeht, zugespitzt. Die Magnetisierungsrichtung verläuft senkrecht zur Längserstreckung der Sensorspitze, d.h. in Fig. 12 liegt der eine Pol, z.B. der Nordpol, oben und der andere Pol, z.B. der Südpol, unten. Auf der Sensorspitze 106 ist in dem an das Ende 108 axial anschließenden geradlinigen, langgestreckten Bereich 109 eine Sensorspule 110 aufgewickelt. Das Ende 108 der Sensorspitze ist gegenüber dem langgestreckten Bereich 109 in der mit der Bildebene der Fig. 12 übereinstimmenden Ebene nach unten abgekröpft. Die Größe der Abkröpfung ist so bemessen, daß die Mittelebene 111 der aus Sensormagnet 107 und Sensorspitzenende 108 bestehenden Anordnung mit der Mittelebene 112 des die Sensorspule 110 tragenden Teils 109 der Sensorspitze 106 im wesentlichen fluchtet. Die Abmessung der Sensorspule 110 in der Abkröpfungsebene (Zeichenebene der Fig. 12) ist gleich oder kleiner als die Summe der Abmessungen von Sensormagnet 107 und Ende 108 in dieser Ebene. Dadurch benötigt die Sensoreinheit 104 ein Minimum an Einbauraum in fier Axiai:ichtung von Außenläuferrotor 93 und Kupplungsgegenstück 98. Auf der vom Ende 108 abliegenden Seite verbreitert sich die Sensorspitze 106 im Anschluß an die Sensorspule 110, und sie geht dabei in einen um 900 abgewinkelten Steg 113 über, der die Halterung der Sensorspitze an einem nicht ferromagnetischen, winkelförmigen Träger 114 gestattet. Der Träger 114 kann beispielsweise aus Aluminiumblech bestehen und mit der Sensorspitze verklebt sein. Er ist seinerseits an dem Flansch 90 angebracht.
In dem Flansch 103 des Kupplungsgegenstücks 98 ist eine mit dem Sensormagneten 107 radial ausgerichtete, sich zum Außenumfang des Flanschs 103 öffnende Nut 116 vorgesehen. Diese Nut 116 stellt eine Diskontinuität dar, die beim Vorbeilauf an der Sensorspitze 106 eine Magnetfeldänderung und aufgrunddessen die Induktion eines Spannungsimpulses in der Sensorspule 110 bewirkt, wie dies in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Störfelder, beispielsweise aus dem Spalt zwischen dem Flansch 90 und dem Außenläuferrotor 93 ausdringende Störfelder, haben auf die Sensoreinheit 104 nur einen minimalen Einfluß. Dazu tragen der geschilderte Aufbau der Sensorspitze und die Abstützung derselben auf dem nichtferromagnetischen Träger 114 bei.
Es versteht sich, daß zahlreiche Abwandlungen der erläuterten Ausführungsbeispiele möglich sind. Beispielsweise kann bei der Anordnung nach den Fign. 12 und 13 das weichmagnetische Bauteil 98, 103 statt mit der Nut 116 auch mit einem Höcker oder einer radial vorspringenden, mit dem Sensormagneten 107 radial ausgerichteten Spitze versehen sein. Mehrere Nuten oder Höcker können um den Umfang des weichmagnetischen Bauteils 98, 103 verteilt sein, wenn pro Umdrehung mehrere Impulse benötigt erden. Beispielsweise kann das weichmaonetische Bauteil auch eine Außen verzahnung tragen, wodurch in der Sensorspule 110 eine kontinuierliche Folge von Impulsen induziert wird.
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Claims

Ansprüche Antriebsanordnung für Speichermedien mit einem Antriebsmotor und einer Einrichtung zur Erzeugung von Impulsen mit zur Drehzahl des Motors proportionaler Frequenz, die einen Geber, der im Betrieb Signalimpulse erzeugt, die jeweils einmal zwischen zwei Polaritäten alternieren und im wesentlichen gleichspannungsfrei sind, und eine Auswerteschaltung aufweist, die mit diesen alternierenden Signalimpulsen beaufschlagt ist, um an ihrem Ausgang die drehzahl proportionalen Impulse zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (21 bis 26, 33, 34) einen Komparator (21 bis 25) mit asymmetrischer Hysterese aufweist, zwischen dessen beiden Eingängen das Ausgangssignal des Gebers (13, 16, 18, 19, 82, 84, 104) anliegt und dessen Hysterese auf das Geberausgangssignal derart abgestimmt ist, daß der Komparatorausgang (23) von einem ersten auf ein zweites Potential umspringt, wenn die Amplitude des Signalimpulses bei vorbestimmter Polarität einen vorbestimmten Schaltspannungsbetrag überschreitet, sowie von dem zweiten auf das erste Potential zurückspringt, wenn der Signalimpuls seinen Nulldurchgang von der vorbestimmten zur entgegengesetzten Polarität durchläuft.
2. Antriebsanordnung iiach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (13, 16, 18, 19, 82, 84, 104) ein induktiver Geber ist.
3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber einen dauermagnetischen Sensormagneten (16, 82) und eine damit zusammenwirkende Sensorspule (13, 84) aufweist, und daß der Sensormagnet und die Sensorspule mit einer der Drehzahl des Antriebsmotors entsprechenden Drehzahl relativ zueinander derart drehbar sind, daß sie bei jeder Umdrehung des Antriebsmotors einmal aneinander vorbeilaufen.
4. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber einen dauermagnetischen Sensormagneten (16, 82, 107), eine mit Bezug auf den Sensormagneten unbewegbar angeordnete Sensorspule (13, 84, 110) sowie ein weichferromagnetisches Bauteil (14, 58, 103) mit einer Diskontinuität (18, 19, 116) aufweist, und daß die aus Sensormagnet und Sensorspule bestehende Einheit und das ferromagnetische Bauteil mit einer der Drehzahl des Antriebsmotors entsprechenden Drehzahl relativ zueinander derart drehbar sind, daß sie bei jeder Umdrehung des Antriebsmotors einmal aneinander vorbeilaufen.
5. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingängen des Komparators (21 bis 25) eine Tiefpaß-Siebkette (33, 34) vorgeschaltet ist.
6. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (21 bis 25) einen Differenzverstärker (22) sowie eine diesem zugeordnete Beschaltung (21, 24, 25) zum Erzwingen der asymmetrischen Hysterese aufweist.
7. Antriebsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaltung des Differenzverstärkers einen zwischen dem Ausgang und dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers (22) liegenden ersten Widerstand (25), einen zwischen dem Ausgang und einem Versorgungsspannungsanschluß liegenden zweiten Widerstand (24) sowie einen dem nichtinvertierenden Eingang vorgeschalteten dritten Widerstand (21) aufweist.
8. Antriebsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der invertierende Eingang des Differenzverstärkers (22) auf Null potential gelegt ist.
9. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Komparators (21 bis 25) ein monostabiler Multivibrator (26) angeschlossen ist.
10. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor ein Außenläufermotor (40) mit einem Stator und einer um den Stator herum angeordneten Rotormagnetanordnung (59, 94) ist.
11. Antriebsanordnung nach Ansprüchen 3 und 10, dndurch gekennzeichnet, daß der Sensormagnot (82) ob als ;Ixinlcl, Ende der Rotormagnetanordnung (59) sitzt und mit dieser drehfest verbunden ist, sowie daß die Sensorspule (84) am Stator im Bereich einer von dem Sensormagneten durchlaufenen Umlaufbahn angeordnet ist.
12. Antriebsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf das eine axiale Ende der Rotormagnetanordnung (59) ein Abschirmring (80) aus weichferromagnetischem Material aufgesetzt ist, und daß dieser Abschirmring eine Ausnehmung aufweist, in welcher der Sensormagnet (82) angeordnet ist.
13. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein magnetisches Speichermedium, dadurch gekennzeichnet, daß eine magnetische Abschirmung (56, 72) zwischen Magnetfelder erzeugenden Antriebsteilen (59, 68) der Antriebsanordnung und einem Raum zur Aufnahme des magnetischen Speichermediums vorgesehen ist.
14. Antriebsanordnung nach Ansprüchen 11 oder 12 und Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Abschirmung eine mit dem Stator verbundene weichferromagnetische Abschirmplatte (72) aufweist, welche dem einen axialen Ende der Rotormagnetanordnung (59) gegenüberliegt.
15. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspule (13, 84, 110) einen weichferromagnetischen Kern (12, 83, 87, 89, 109) aufweist.
16. Antrieb. anordnung nach Ansprüchen 11 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern (89) in einer zu der Ebene der Umlaufbahn des Sensormagneten (82) im wesentlichen senkrechten Richtung verstellbar ist.
17. Antriebsanordnung nach Ansprüchen 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ausnehmung der Abschirmplatte (72) eine mit einem Innengewinde versehene Buchse (88) befestigt ist und der Spulenkern (89) ein mit dem Buchseninnengewinde in Eingriff stehendes Außengewinde trägt.
18. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator eine mindestens die Schaltungskomponenten des Komparators tragende Leiterplatte (73) aufweist.
19. Antriebsanordnung nach Ansprüchen 14 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (73) auf der der Rotormagnetanordnung (59) zugewendeten Seite der Abschirm platte (72) sitzt und Schaltungskomponenten auf ihrer der Rotormagnetanordnung zugewendeten Seite trägt.
20. Antriebsanordnung nach Ansprüchen 14 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (73) auf der von der Rotormagnetanordnung (59) abgewendeten Seite der Abschirmplatte (72) sitzt und Schaltungskomponenten (21, 22) auf ihrer von der Rotormagnetanordnung abgewendeten Seite trägt.
21. Antriebsanordnung nach Ansprüchen 1 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspule (84) an der Leiterplatte (73) gehaltert ist und die Abschirmplatte (72) eine Ausnehmung aufweist, in die der Spulenkern (87) hineinragt.
22. Antriebsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspule (84) axial zwischen der Rotormagnetanordnung (59) und der Abschirmplatte (72) angeordnet ist.
23. Antriebsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmplatte (72) axial zwischen der Sensorspule (84) und der Rotormagnetanordnung (59) sitzt.
24. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensormagnet (16, 82) auf das dem weichferromagnetischen Bauteil (14, 58) zugekehrte Ende des Spulenkerns (12, 87) aufgesetzt ist.
25. Antriebsanordnung nach Ansprüchen 4 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotormagnetanordnung (59) in einem Rotorgehäuse (56) aus weichferromagnetischem Material untergebracht ist, das die Form einer offenen Glocke hat und die Diskontinuität (19) bildet.
26. Antriebsanordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des glockenförmigen Rotorgehäuses (56) mit einem die Diskontinuität bildenden Schlitz (19) versehen ist.
27. Antriebsanordnun, nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber eine Sensorspitze (106) aus weichmagnetischem Werkstoff aufweist, die im Bereich ihres einen Endes den als Miniatur-Dauermagneten ausgebildeten Sensormagneten (107) und in einem daran axial anschließenden Bereich die Sensorspule (110) trägt.
28. Antriebsanordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das den Sensormagneten (107) tragende Ende (108) der Sensorspitze (106) abgekröpft ist.
29. Antriebsanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Abkröpfung so bemessen ist, daß die Mittelebene (111) der aus dem Sensormagneten (107) und dem diesen tragenden Sensorspitzenende (108) bestehenden Anordnung mit der Mittelebene (112) des die Sensorspule (110) tragenden, langgestreckten Teiles (109) der Sensorspitze (106) im wesentlichen fluchtet.
30. Antriebsanordnung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ebene, in welcher die Sensorspitze (106) abgekröpft ist, die Abmessung der Sensorspule (11) gleich oder kleiner als die Summe der Abmessungen des Sensormagneten (107) und des ihn tragenden Sensorspitzenendes (108) ist.
31. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensormagnet (107) an dem von der Sensorspule (110) abgewendeten Ende in der zur Abkröpfungsebene senkrechten Ebene zugespitzt ist.
32. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspitze (106) an einem nichtferromagnetischen Träger (114) befestigt ist.