DE1915548C3 - Elektrischer Unear-Motor für begrenzte Einstellbewegungen von Magnetköpfen auf ausgewählten Spuren von Aufzeichnungsträ gern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Linear-Molor für begrenzte Einstellbewegungen von Magnetköpfen auf ausgewählte Spuren von Aufzeichnungsträgern mit einer axial gleitbeweglich geführten Wicklung im ringförmigen Luftspalt zwischen dem zylindrischen Magnetkern und symmetrisch dazu angeordneten Außenpolteilen einer stationären Magnetanordnung, wobei das wicklungsfreie Endstück des Wicklungsträger mit einem Kopfträger verbunden ist und für den Kopfträger eine elektromagnetische Bremseinrichtung vorhanden ist.

Es ist bekannt (US-PS 3 260 870), elektrische Linear-Motoren bekannter Art mit einer elektromagnetischen Bremseinrichtung auszustatten. Diese besteht aus einem Hufeisenmagneten, der am Magnetkopfträger befestigt ist, und der bei den linearen Einstellbewegungen des Magnetkopfträgers mit diesem in axialer Richtung bewegt wird. Entlang der Bewegungsbahn der beiden Pole des Hufeisenmagneten sind ferner zylindrische Stäbe aus einem ferromagnetischen Material angeordnet, über denen die beiden Pole des Hufeisenmagneten bewegt werden. Dadurch ergibt sich in jeder Stellung des Hufeisenmagneten ein Magnetfluß über die beiden zylindrischen Stäbe, die durch ein magnetisch leitendes Joch verbunden sind. An den zylindrischen Stäben ist eine elektrische Kurzschlußwicklung angeordnet, so daß durch die Bewegungen des Hufeisenmagneten in dieser Kurzschlußwicklung Induktions-Ströme erzeugt werden. Die durch die Induktionsströme hervorgerufenen Magnetfelder bewirken eine Bremsung des Magnetkopf trägers. Die Bremswirkung ist um so größer, je größer die Einstellgeschwindigkeit des Linear-Motors ist. Dadurch kann erreicht werden, daß der Magnetkopfträger, dessen Antriebsstrom bei Annäherung einer gewünschten Einstellposition unterkrochen wird, schwingungsfrei seinen Stillstand erreicht.

Durch die erwähnte elektromagnetische Bremseinrichtung bekannter Art kann zwar eine sichere Bremswirkung bei Unterbrechung des Motorstromes erreicht werden, jedoch besteht der Nachteil, daß der Hufeisenmagnet der Bremseinrichtung die Massenträgheit der Teile erheblich vergrößert. Die Beschleunigungswerte für das Anlaufen und das Bremsen des Linear-Motors werden dadurch beeinträchtigt.

Die bekannte Einrichtung hat ferner den Nachteil, daß der Wicklungsträger am Ende seiner Hubstellung eine Anschlagstellung Findet, in welcher Teile der Erregerwicklung im Arbeitsspalt des Linear-Motors angeordnet sind. Es kann daher bei einem Versagen der Servosteuerung des Linear-Motors der Fall eintreten, daß bei Annäherung des Wicklungsträgers an die Anschlagstellung die erforderliche Änderung des Motörstromes ausbleibt und der Wicklungsträger durch Aufprall am Anschlag beschädigt wird.

ίο Es ist ferner bekannt (US-PS 3 130 331), Linear-Motoren für die Positionierung von Signalköpfen derart auszubilden, daß die Erregerwicklung des Motors aus einer großen Anzahl von Einzelwicklungen bestehen, die am Stator des Linear-Motors beiderseits einer Zentralachse fest angeordnet sind. Das in axialer Richtung einstellbare Element besteht aus ferromagnetischen Stäben, die durch öffnungen eines Polstücks in Richtung der Zentra'achse der Anordnung wahlweise in gewünschte Positionen einstellbar sind. Die Länge eines EinsteHhubes ergibt sich durch die Erregung einer bestimmten Anzahl von Erregerwicklungen des Stators. Damit bei dieser Anordnung eines Linear-Motors für die verschiedenen Einstellhübe bestimmte Beträge magnetischer Erregung erreicht werden können, ist es notwendig, die zwischen den einzelnen Magnetpolen der Erregerwicklungen an den Arbe:isspalten zu den axial einstellbaren ferromagnetischen Stäben bestehenden magnetischen Streuflüsse zu unterdrücken. Bei der bekannten Anordnung soll dies erreicht werden durch Kupferstücke, welche in die Lücke zwischen den Magnetpolen des Linear-Motors eingesetzt sind. Durch die Anwendung dieser Elemente kann jedoch eine bei Abschaltung des Motorstroms erforderliche Bremsung der beweglichen Motorelemente nicht erzielt werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Linear-Motor, der für die Positionierung von Magnetköpfen verwendet wird, so auszubilden, daß er bei Unterbrechungen des Motorstroms mit hoher Bremsbeschleunigung stillgesetzt wird und daß bei einem Versagen der Servosteuerung eine Beschädigung der bewegten Teile des Linear-Motors vermieden wird.

Die genannte Aufgabe wird bei einem elektrischen Linear-Motor, dessen Wicklungsträger durch ein wicklungsfreies Endstück mit einem Kopfträger verbunden ist, dadurch gelöst, daß ein Teil des wicklungsfreien Endstücks aus einem in den ringförmigen Luftspalt einbringbaren, eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisenden Kurzschlußring besteht.

Die beschriebene Einrichtung hat den Vorteil, daß für das Anlaufen und das Bremsen des Linear-Motors hohe Beschleunigungswerte erreicht werden. Es besteht ferner der Vorteil, daß die Konstruktionsart des Linear-Motors wesentlich vereinfacht wird, so daß dieser wirtschaftlicher hergestellt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung des Linear-Motors, der mit einem Magnetkopf-Tragarm verbunden ist,

F i g. 2 und 3 die Oberansicht bzw. eine Frontansicht der in F i g. 1 dargestellten Teile des Linear-Motors,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung der in F i g. 1 dargestellten Teile des Linear-Motors.

Der in F i g. 1 dargestellte Linear-Motor wird dazu benützt, durch den einstellbaren Kopfträger 13 die Magnetköpfe 11 auf ausgewählte Spuren der Magnetplatten 10 einzustellen. Die Magnetköpfe 11 haben den

Zweck, in den ausgewählten Spuren der Magnetplatten 10 Daten aufzuzeichnen oder abzufühlen. Die Magnetköpfe 11 sind an Tragarmen 12 befestigt, die mit dem Kopfträger 13 verbunden sind. Der Kopfträger 13 besteht aus einem senkrechten Teil 14, sn dem eine Anzahl von Tragarmen 12 befestigt sind, von denen jedoch nur zwei Tragarme dargestellt sind. Der senkrechte Teil 14 ist mit der Grundplatte 15 des Kopfträgers 13 fest verbunden. An dieser sind die drei Laufrollen 16 bis 18 drehbar angeordnet, welche an Schrägflächen 21. 22 der als Schiene ausgebildeten Grundplatte 20 geführt sind. Die Oberfläche 19 der Grundplatte 20 ist bezüglich der Senkrechtstellung der Magnetplatten 10 genauestens ausgerichtet und bildet dadurch an den Oberflächen- der Magnetplatten eine genaue Parallelführung der Magnetköpfe. Die Rolle 23 wird durch die Feder 24 an die Schrägfläche 22 gedrückt Eine entsprechende aus einer Laufrolle und einer Feder bestehende Anordnung wird an die gegenüberliegende Schrägfläche 21 der Grundplatte 20 gedrückt. Diese Anordnung bewirkt eine genaue Führung der Laufrollen 16 bis 18 an der Oberfläche 19 der Grundplatte 20. Der Linear-Motor ist durch die Bodenplatte 25 und die Grundplatte 20 mit einem Sockel 26 verbunden.

Der Aufbau des Linear-Motors wird näher erläutert durch die Darstellungen nach den F i g. 2 und 3.

Der zylindrisch ausgebildete Magnetkern 27 des Linear-Motors besteht vorzugsweise aus Weicheisenmaterial. Er erweitert sich an einem Teilstück 28 zu einem größeren Durchmesser. Durch den vergrößerten Durchmesser des Magnetkerns ergibt sich eine erhöhte Leitfähigkeit der magnetischen Kreise. Die Seitenschenkel 29 und 30 der Anordnung bestehen aus Dauermagneten, welche in jeweils gleichen Richtungen polarisiert sind. Die Nord-Pole der beiden Dauermagneten 29 und 30 sind durch das Polstück 32 verbunden, in dessen kreisrunde öffnung 33 das Polende des Magnetkerns 27 eingreift. Das Polende des Magnetkerns 27, das einen kleineren Durchmesser aufweist als die öffnung 33 des Polstücks 32, bildet an diesem einen ringförmigen Luftspalt.

Die Teile des Linear-Motors werden durch Befestigung an der Bodenplatte 25 zusammengesetzt. Die Bodenplatte 25 und der Sockel 26 erhalten eine öffnung 34, deren Randbegrenzung mit den Randbegrenzungen der Teile 29, 30 und 31, 32 bündig ist. Dadurch ist die Anordnung des Linear-Motors nach zwei Seiten geöffnet, so daß die im Betrieb entstehende Wärme gut abgeleitet wird.

Der Linear-Motor enthält einen in axialer Richtung einstellbaren Wicklungsträger 36, an dem eine elektrische Wicklung 35 angeordnet ist. Der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Wicklungsträgers 36 ist so bemessen, daß er am zylindrischen Magnetkern 27 in axialer Richtung gleitbeweglich geführt werden kann.

Die an der Oberfläche des Wicklungsträgers 36 angeordnete Wicklung 36 bildet eine Schicht, deren Schichtendicke so bemessen ist, daß sie am Umfang der öffnung 33 berührungsfrei bleibt.

Der Wicklungsträger 36 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Material, wie z. B. Phenolharz. Das aus dem Kurzschlußring 37 und dem Verbindungsstück 36 bestehende Endstück 57, die Trägerplatte 15 und der senkrecht angeordnete Teil 14 des Kopfträgers 13 können aus einem einzigen Gußteil, z. B. aus Aluminium, bestehen. Auf Grund dieser Fertigungsart sind alle Teile des Kopfträgers 13 genau ausgerichtet. Wie bereits erläutert, ist die Bodenplatte 25 am Sockel 26 befestigt, so daß die Anordnung bezüglich der Grundplatte 20 genau ausgerichtet ist Die beschriebene Bauweise gewährleistet, daß der Wicklungsträger 36 bezüglich der Mittelachse des zylindrischen Magnetkerns 27 genau koaxial geführt wird.

Die mit beiden Enden der Wicklung 35 verbundene Anschlußleitungen 38 und 39 werden am Isolationselement 40, das an der Oberfläche des Wicklungsträgers 36 befestigt ist, zu den Anschlußklemmen 41, 42 geführt Am Umfang der öffnung 33 des Polstücks 32 ist die Nut 43 angeordnet, welche für das Isolationselement 40 bei Verschiebung des Wicklungsträgers 36 einen Durchlaß ermöglicht. Die Leitungen 44, 45 verbinden die Anschlußklemmen 46,47. Das aus zwei Leitern bestehende Kabel 48 verbindet die Anschlußklemmen 46, 47 des Kopfträgers 13 mit den Anschlußklemmen 49,50, die am Sockel 26 befestigt sind. Das Kabel 48 ist flexibel ausgebildet so daß die Anschlußenden des Kabels den Bewegungen des Kopfträgers 13 folgen können. Die Anschlußklemmen 49, 50 sind durch Leitungen 51, 52 mit einer Steuerspannungsquelle 54 verbunden. Diese Spannungsquelle erzeugt in der elektrischen Wicklung 35 die für die Einstellbewegung des Wicklungsträgers 36 erforderliche Energie.

Durch die Dauermagneten 29,30 des Linerar-Motors erzeugte Magnetflüsse verlaufen von den Südpol-Enden der Dauermagneten durch das Magnetjoch 31 in den Magnetkern 27, von welchem sie durch den ringförmigen Luftspalt der öffnung 33 des Polstücks 32 den Rückschluß der Dauermagneten 29, 30 zu deren Nordpol-Enden bilden. Auf Grund dieser Anordnung besteht im ringförmigen Luftspalt des Polstücks 32 ein starkes Magnetfeld. Bei Erregung der elektrischen Wicklung 35 wirkt auf den Wicklungsträger 36 eine Schubkraft in axialer Richtung, deren Schubrichtung abhängt von der Polarität der Steuerspannung, die mit der Wicklung 35 verbunden ist. Diese Schubkraft bewegt den Kopfträger 13, der an der Grundplatte 20 geführt ist.

Die Steuerspannung 53 ist eine Servospannung, die entsprechend den gewünschten horizontalen Einstellbewegungen der Magnetköpfe 11 auf bestimmte Spuren der Magnetplatten 10 verändert wird. Bei Durchführung einer Einstellbewegung erzeugt eine Servospannung zunächst eine Schubkraft in der gewünschten Richtung, welche den Kopfträger 13 in dieser Richtung beschleunigt. Bevor die Magnetköpfe 11 die gewünschte Spur erreichen, bewirkt die Steuerspannung 53 einen Strom entgegengesetzter Richtung in der Wicklung 35, wodurch in entgegengesetzter Schubrichtung eine Schubkraft erzeugt wird. Diese Kraft bremst den Kopfträger 13, der zwar in der ursprünglichen Richtung weiterläuft, der jedoch entsprechend der genauen Bemessung der Servospannung beim Erreichen der gewünschten Spureinstellung der Magnetköpfe stillgesetzt wird.

Zur Stillsetzung des Wicklungsträgers 36 in einer bestimmten Spurlage sind keine besonderen Kräfte erforderlich. Die Reibungskrätte, die durch die Führung des Wicklungsträgers 36 am Magnetkern 27 und durch die Führung des Kopfträgers 13 an der Grundplatte 20 gebildet werden, sind für eine lagesichere Einstellung normalerweise ausreichend. Ein zusätzliches Festhalten des Kopfträgers 13 in einer Einstell-Lage könnte jedoch durch eine Verriegelungseinrichtung erreicht werden.

Der in F i g. 4 dargestellte nichtmagnetische, elektrisch nichtleitende Wicklungsträger 36 ist mit dem Endstück 57 fest verbunden. Dieses Endstück ist roh-

renförmig. Es hat einen an den Wicklungsträger 36 angepaßten inneren Durchmesser und einen an die Erregerwicklung 35 angepaßten äußeren Durchmesser. Das Endstück und der Wickelträger sind in axialer Richtung so ausgerichtet, daß das Endstück in den zwischen dem Magnetkern 27 und der öffnung 33 bestehenden ringförmigen Luftspalt einbringbar ist. Das Endstück 57 ist mit dem Kopfträger 13 verbunden. Gemäß der Darstellung nach Fig.4 befindet sich der Kopfträger in der Ruhestellung. Der Kurzschlußring 37 des Endstücks 57 befindet sich bei dieser Stellung teilweise innerhalb des ringförmigen Luftspaltes. Daraus ergibt sich, daß der Strom in der Wicklung 35 nur mit einem Teil des am ringförmigen Luftspalt bestehenden Magnetflusses 54 zusammenwirkt. Die Einstellkraft, die in dieser Stellung erzeugt wird, ist daher wesentlich kleiner als die Einstellkraft, die erzeugt wird, wenn der ringförmige Luftspalt vollständig durch Teile der Wicklung 35 belegt wird. Die gezeigte Stellung der Wicklung 35 wird jedoch nur erreicht, wenn ein Stapel der in F i g. 1 dargestellten Magnetplatten 10 am Plattenspeichergerät ausgewechselt werden soll. Nur in dieser Betriebsphase erreicht der Kopfträger seine äußerste Randstellung.

Wenn sich der Wicklungsträger 36 der in F i g. 4 dargestellten Stellung nähert, wird der Strom in der Wicklung 35 umgekehrt, um die Einstellgeschwindigkeit des Kopfträgers 13 herabzusetzen. Der Erregerstrom der Wicklung 35 wirkt jedoch nicht nur mit dem primären Magnetfluß 54 zusammen, dessen Wirkung mit zunehmender Verschiebung der Wicklung aus dem ringförmigen Luftspalt und zunehmender Einführung des Kurzschlußrings 37 in den ringförmigen Luftspalt abnimmt. Der Strom der Wicklung wirkt auch zusammen mit dem magnetischen Streufluß 55. In dieser Weise bewirken die durch die Erregung erzeugten Schubkräfte vor Beendigung der Hubbewegung eine Stillsetzung des Wicklungsträgers. Für die Stillsetzung des Wicklungsträgers bewirkt die in F i g. 1 dargestellte Steuerspannung 53 eine Unterbrechung des Erregerstroms in der Wicklung 35, wodurch der Kopfträger 13 in der entsprechenden Stellung stillgesetzt wird.

In der Endstellung des Kopfträgers liegt die Wicklung 35 vollständig außerhalb des ringförmigen Luftspaltes. Der Erregerstrom kann daher nur mit dem Streufluß 55 zusammenwirken. Die Einstellkräfte genügen jedoch, um die in F i g. 1 dargestellten Magnetköpfe 11 an den Rand der Magnetplatten 10 einzustellen. Bei einer Spureinstellung der Magnetköpfe wird jedoch ίο durch das zunehmende Einschieben der Wicklung 35 in den ringförmigen Luftspalt die Beschleunigung der Einstellbewegung mit zunehmender Schubkraft erhöht. Bei Annäherung der Magnetköpfe an die gewünschte Einstelladresse wird die Polarität der Steuerspannung 53 is umgekehrt, so daß die Einstellbewegung des Kopfträgers 13 gebremst wird.

An Hand der F i g. 4 wurde erläutert, daß die Polarität des Erregerstromes in der Wicklung 35 umgekehrt wird, wenn sich der Kopfträger 13 seiner Ruhestellung nähert. Wenn jedoch in dieser Betriebsphase die Servoregelung auf Grund einer Störung ausfällt, kann die Einstellbewegung nicht gebremst werden. Somit könnten sich durch das Anschlagen des Kopfträgers in der Ruhestellung eine Beschädigung der Einrichtung ergeben. Der aus dem elektrisch leitenden Material bestehende Kurzschlußring 37 bewirkt jedoch eine automatisch wirkende Wirbelstrombremse, die auch beim Ausfallen der Servoregelung eine störungsfreie Stillsetzung des Kopfträgers 13 bewirkt.

Wenn der Kurzschlußring 37 des Endstücks 57 den magnetischen Hauptfluß 54 erreicht, erzeugt dieser innerhalb des Kurzschlußrings Wirbelströme. Die Amplitude eines erzeugten Wirbelstromes ist der Einstellgeschwindigkeit des Kopfträgers direkt proportional. Der Wirbelstrom bewirkt zusammen mit dem magnetischen Hauptfluß eine Kraft, die der auf die Wicklung 35 wirkenden Einstellkraft entgegengerichtet ist. In dieser Weise wird die Einstellbewegung des Kopfträgers 13 automatisch gebremst, bis er seine Einstellung erreicht. 40

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrischer Linear-Motor für begrenzte Einstellbewegungen von Magnetköpfen auf ausgewählte Spuren von Aufzeichnungsträgern mit einer axial gleitbeweglich geführten Wicklung im ringförmigen Luftspalt zwischen dem zylindrischen Magnetkern und symmetrisch dazu angeordneten Außenpolteilen einer stationären Magnetanordnung, wobei das wicklungsfreie Endstück des Wicklungsträgers mit einem Kopfträger verbunden ist und für den Kopfträger eine elektromagnetische Bremseinrichtung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des wicklungsfreien Endstücks (57) aus einem in den ringförmigen Luftspalt einbringbaren, eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisenden Ka^zschlußring (37) besteht.