DE2108001A1

DE2108001A1 - Digitaler Rotationsmotor

Info

Publication number: DE2108001A1
Application number: DE19712108001
Authority: DE
Inventors: Yoshiyo Kinjo Hisao Yokohama Takashima Seuchi Kamakura Akuwa Fumio Yokohama Kanagawa Wada (Japan) P H02k 29 02
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1970-02-20
Filing date: 1971-02-19
Publication date: 1971-09-16
Also published as: US3681525A

Description

Patentanwälte

Dr-Ing. Wilhelm Reichel
Dipl-Ing. Wcligcng Rsichel

6 Frankriii a. M. 1
Paxiisiraße 13

6591

VICTOR COMPANY OF JAPAN, LTD., Yokohama, Japan -

Digitaler Rotationsmotor

Die Erfindung betrifft einen digitalen Rotationsmotor. Der Motor ist mit Mitteln versehen, die das Pendeln des Rotors verhindern, das insbesondere dann auftritt, wenn der Motor nach einem Schrittschaltbetrieb bei digitaler Rotation anhält.

Ein digitaler Rotationsmotor ist im allgemeinen ein Motor, der digital und intermittierend drehbar ist, so daß er auch als Schrittschaltmotor oder Impulsmotor bezeichnet werden kann. Es gibt magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräte, die eine sich ständig rotierende Magnetplatte und intermittierend auf "^ der Magnetplatte bewegbare Magnetköpfe zum Aufzeichnen und Wie- "^ dergeben von Signalen in oder aus konzentrischen kreisförmigen Spuren aufweist. In einem derartigen magnetischen Aufzeichnungsund Wiedergabegerät wird dieser digitale Rotationsmotor vorzugsweise als Mittel für einen geradlinigen und intermittierenden Antrieb des Magnetkopfes verwendet.

In einem derartigen magnetischen Aufzeichnungs- und Wiedergabe- ; gerät werden beispielsweise zwei Magnetköpfe abwechselnd und in- ** termittierend in jedem Feld oder Rahmen schrittweise weiterge- _f schaltet. Die Häufigkeitsabstände für das wiederholte Weiterschalten und Anhalten jedes Kopfes sind daher äußerst kurz. Da-

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her muß die Antriebseinrichtung der. Magnetköpfe eine hohe Anfahrgeschwindigkeit aufweisen und eine genau Spureinstellung bewirken. Ferner muß unbedingt das Pendeln verhindert werden, da dies die Genauigkeit der Einstellung auf die Spuren und die Zitterrichtung während des WeiterSchaltens der Magnetköpfe beeinflußt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen digitalen Rotationsmotor zu schaffen, bei dem das Pendeln bei schrittweiser Weiterschaltung weitgehend unterdrück ist.

Die Lösung dieser Aufgabe und Weiterbildungen sind in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden an Hand von Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellen, näher beschrieben.

Die Fig. 1 stellt eine Seitenansicht eines Ausfüh

rungsbeispiels eines rotierenden magnetischen Aufzeichnungs- und Wiedergabegerätes dar, in dem ein nach der Erfindung ausgebildeter digitaler Rotationsmotor verwendet werden kann.

Die Figuren 2A und 2B stellen jeweils den Verlauf von Impulsen,

die dem Motor zugeführt werden, und die Schrittschaltkennlinie eines digitalen Rotationsmotors dar, um den Betrieb des digitalen Rotationsmotors zu erläutern.

ist die Ansicht eines Spurmusters auf einer magnetischen Folie, das zur Veranschaulichung einer Pendelerscheinung dient.

stellen jeweils eine Quer- und eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines digitalen Rotationsmotors nach der Erfindung dar.

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Die Fig. 3

Die Figuren 4 und 5

Die Figuren 6 und 7 stellen jeweils eine Quer- und eine Längs- ■

Schnittansicht eines weiteren Ausführungs- ;r*

beispiels eines digitalen Rotationsmotors "⁶^

nach der Erfindung dar. *>; "'^!

Die Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines nach der ζ * Erfindung ausgebildeten digitalen Rotationsmotors. -% '

An Hand von Fig. 1 wird im folgenden ein Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät beschrieben, das einen rotierenden magnetischen Aufzeichnungsträger aufweist und in dem der nach der Erfindung ausgebildete digitale Rotationsmotor verwendet wird. Eine drehbare -φ Magnetplatte 10, deren Ober- und Unterseite magnetisierbar sind, ⁿ wird von einem Motor 11 mit einer Drehzahl von 60 oder 30 Umdrehungen pro Sekunde synchron mit einem Videosignal angetrieben. ⁱ Aufzeichnungs- und Y/iedergabe-Magnetköpfe 12a und 12b sind an Kopfträgem 14a und 14b mit Mutterschloßhebeln 13a und 13b befestigt und berühren jeweils die Ober- und Unterseite der Magnetplatte 10. An der Welle von Schrittschaltmotoren 15a und 15b, die als digitale Rotationsmotoren verwendet werden, ist jeweils eine Vorschubspindel I6a und 16b befestigt. Die Mutterschloßhebel 13a .und 13b sitzen auf den Spindeln 16a und I6b.

Die Schrittschaltmotoren 15a und 15b drehen sich abwechselnd und intermittierend, so daß die Magnetköpfe 12a und 12b abwechselnd und intermittierend radial in bezug auf die Magnetplatte 10 schrittweise weitergeschaltet werden. Die Magnetköpfe 12a und 12b zeichnen abwechselnd ein Videosignal in jedem Feld oder Rahmen auf der Magnetplatte 10 auf, während sie anhalten. Die Magnetköpfe 12a und 12b werden jeweils um zwei Spurteilungen weiterbewegt, wenn den Schrittschaltmotoren 15a und 15b jeweils zwei Impulse zugeführt v/erden, und um eine Spurteilung, wenn den Schrittschaltmotoren 15a und 15b jeweils ein Impuls zugeführt wird. Die Magnetköpfe 12a und 12b werden dabei auf der Magnetplatte 10 vom Rand zur Mitte hin oder umgekehrt jeweils um zwei

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Spurteilungen weiterbewegt. Die Köpfe werden jedoch nur um eine Spurteilung weiterbewegt, wenn ihre Bewegungsrichtung umgeschaltet wird. Infolgedessen werden in der einen Bewegungsrichtung der Magnetköpfe 12a und 12b die geradzahligen und in der anderen Bewegungsrichtung die ungeradzahligen Spuren abgetastet.

Hier wird dem Schrittschaltmotor 15a (oder 15b), der bei Zuführung eines Impulses eine Drehbewegung um einen Winkel von θ durchführt, zwei Impulse P. und P₂ in einem Abstand t (siehe Fig. 2A) zur Weiterschaltung um einen Winkel 2Θ zugeführt, um den Kopf 12a oder 12b um zwei Spurteilungen weiterzubewegen.

Ein herkömmlicher, als Schrittschaltmotor 15a verwendeter Motor hat eine Anfahr- (oder Beschleunigungs-) und Anhalt- (oder Abbrems-) Kennlinie, wie es durch die gestrichelte Linie in Fig. 2B dargestellt ist. Wie Fig. 2B zeigt, kann ein herkömmlicher Impulsmotor nicht sofort anhalten und ruhig stillstehen, nachdem er eine schrittweise Drehbewegung ausgeführt hat. Es entstehen häufig Überschwingungen Ib und Unterschwingungen Ic, wenn der Drehwinkel bei der schrittweisen Drehbewegung entsprechend der Kurve Ia ansteigt. Diese Überschwingungen und Unterschwingungen werden auf Grund einer Federkonstanten erzeugt, die durch die magnetische Anziehungskraft zwischen einem Rotor und einem Stator in dem Motor hervorgerufen wird. Nach dem Anstieg Ia der schrittweisen Drehung treten zwei bis vier gedämpfte Schwingungen auf, die auch als Pendelung bezeichnet werden.

Die Magnetplatte 10 kann mit einer Drehzahl von 60 Umdrehungen pro Sekunde für die normale Aufzeichnung und Wiedergabe des Videosignals eines Feldes durch einen Magnetkopf gedreht werden. Die Magnetköpfe werden dann abwechselnd und intermittierend mit einer Frequenz von 30 Hz schrittweise weiterbewegt. In der 1/60 Sekunden dauernden ersten Hälfte der Periodendauer von 1/30 Sekunden erfolgt die Weiterschaltung des Kopfes, ohne daß aufgezeichnet oder wiedergegeben wird. In der zweiten, 1/60 Sekunden dauernden Hälfte erfolgt die Aufzeichnung oder Wiedergabe. Bei einem herkömmlichen Schrittschaltmotor tritt jedoch auch das

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Pendeln im Anfangsteil der zweiten, 1/6O Sekunden dauernden Halbperiode auf, in der die Aufzeichnung oder Wiedergabe erfolgt.

Fig. 3 stellt den Verlauf einer vom Magnetkopf 12a auf der Magnetplatte 10 erzeugten Spur für den Fall dar, daß der Rotor des Schrittschaltmotors 15a pendelt. Wenn der Rotor des Schrittschaltmotors 15a nicht pendelt, sondern stillsteht, steht auch der Magnetkopf 12a völlig still. In diesem Falle bildet der Magnetkopf 12a auf der sich drehenden Magnetplatte 10 eine völlig kreisförmige Spur 20. Wenn der Rotor des Schrittschaltmotors 15a dagegen pendelt und mithin die Lage des Magnetkopfes 12a verschoben wird, ergibt sich eine Spur 21, die von der Kreisform Schlangenlinien- oder mäanderförmig abweicht. Das wiedergegebene Bild eines Signals, das aus einer derartigen Spur 21 abgetastet worden ist, flattert, zittert oder flimmert und weist mithin eine schlechte Bildqualität auf.

Es wurde bereits ein Verfahren zur Lösung des Problems der Pendelung angegeben. Nach diesem Verfahren wird die Anzahl der Magnetköpfe erhöht und der Abstand T zwischen Gruppen von Impulsen P₁ und P₂ (siehe Fig. 2A) wesentlich größer und die Anhaltezeit des Kopfes für die Aufzeichnung und Wiedergabe ebenfalls größer gewählt. Bei diesem Verfahren wird jedoch der Aufbau des magnetischen Aufzeichnungs- und Wiedergabegerätes sehr kompliziert und aufwendig. Es wurde auch bereits ein Verfahren zum Verringern der Pendelerscheinung durch Ausüben einer Reibungskraft auf den Kopfmechanismus angegeben. Bei diesem Verfahren wird jedoch der Betrieb des Kopfmechanismus auf Grund von Änderungen der Reibungskraft zum Teil im Laufe der Zeit als auch durch Abnutzung instabil, so daß dieses Verfahren praktisch unbrauchbar ist.

Nach der Erfindung wird ein digitaler Rotationsmotor geschaffen, bei dem diese Nachteile beseitigt sind und das Pendeln vollständig verhindert ist. Ein erstes Ausführungsbeispiel dieses digitalen Rotationsmotors ist in den Figuren 4 und 5 darge- ■ stellt. .

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Die Figuren 4 und 5 stellen jeweils eine Quer- und Längsschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines nach der Erfindung ausgebildeten Dreiphasen-Schrittschaltmotors dar. Dieser Schrittschaltmotor 30 ist ein Dreiphasen-Motor mit veränderbarer . Reduktanz und enthält einen Stator 31 und einen Rotor 32. Der Stator 31 weist drei Teile 31a-31c auf. Die Statorteile 31a-31c sind in der Mitte mit einem zylindrischen Raum 33 versehen, wie es.in Fig. 4 dargestellt ist, und weisen zwölf Schlitze auf, die sich von dem' zylindrischen Raum 33 aus in Richtung auf den Umfang erstrecken. Die Statorteile 31a-31c sind jeweils mit Statorwicklungen 35a-35c versehen.

Der Rotor 32 besteht aus drei Teilen 32a-32c aus elektromagnetischem angelassenem Stahl. Die Rotorteile 32a-32c sind jeweils an einer Welle 36 befestigt und in dem zylindrischen Raum 33 jeweils gegenüber einem der Statorteile 31a-31c angeordnet. Die Rotorteile 32a-32c weisen jeweils mehrere Zähne 37 auf, die sich in radialer Richtung vom äußeren Umfang des zylindrischen Rotorkörpers nach außen erstrecken, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Der Rotor 32 wird durch das magnetische Drehfeld angetrieben, das von den Statorwicklungen 35a-35c erzeugt wird.

öl 38 mit einer Viskosität, die bewirkt, daß ein Viskositätswider stand ausgeübt wird, ist in einem Raum zwischen dem Stator 31 und dem Rotor 32 in den Schlitzen 34 und dem zylindrischem Raum 33 vorgesehen. Die Welle 36 wird durch Lager 39 drehbar gehaltert .' Die Lager 39 sind auf der Außenseite mit Öldichtungen 40 versehen, die verhindern, daß Öl 38 austritt. Bei dem Öl 38 handelt es sich vorzugsweise um Siliconfett oder Öl mit ausgezeichneten mechanischen und. thermischen Eigenschaften. Die Viskosität des Öls 38 wird vorzugsweise so gewählt, daß die Pendelvorgänge in der gewünschten V/eise gedämpft werden und die Anfahrkennlinie oder Beschleunigungskennlinie des Schrittschaltmotors durch das Pendeln nicht stark beeinträchtigt werden.

Da der Schrittschaltmotor 30 in der beschriebenen Weise aufge baut ist, wird auf die Zähne 37 des Rotors 32 während der

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schrittweisen Drehung durch das Öl 38 ein entsprechender Viskositätswiderstand ausgeübt. Das Öl 38 übt daher auch einen Viskositätswiderstand auf den Rotor 32 aus, wenn er mit seiner ^"V schrittweisen Drehung aufhört. Das Pendeln beim Anhalten der schrittweisen Drehung wird daher ebenfalls in der gewünschten " '" V/eise gedämpft.

Eine Beschleunigungs- und Abbremskennlinie (bzw. Anfahr- und Stoppkennlinie) des Schrittschaltmotors 30 während der schrittweisen Drehung ist durch die vollausgezogene Linie II in Fig. 2B dargestellt. Wie die Figur zeigt, läuft der Schrittschaltmotor 30 während der schrittweisen Drehung entsprechend der Kurve Ha hoch, und dann nimmt er einen weitgehend stabilen Zustand Hb an, in dem er stillsteht. In dem Stillstandszustand Hb tritt sogut wie keine Pendelung auf, wenn man die Kurven I und II vergleicht.

Auf Grund des Viskositätswiderstandes des Öls 38 ist der Gradient der Anlauf- oder Hochlaufkennlinie des Schrittschaltmotors nach der Erfindung zu Beginn der schrittweisen Drehung wesentlich geringer als bei einem herkömmlichen Schrittschaltmotor, der kein Öl enthält. Der Schrittschaltmotor nach der Erfindung bewirkt daher keine Überschwingungen und kommt sofort zum Stillstand. Seine Stillstandszeit ist infolgedessen sehr viel länger als bei einem herkömmlichen Schrittschaltmo- Mt tor.

An Hand der Figuren 6 und 7 wird ein Beispiel eines Schrittschal tmo to rauf baus beschrieben, dessen Herstellung besonders einfach ist.. Der Schrittschaltmotor 50 enthält einen Stator 51 und einen Rotor 52. Der Stator 51 besteht aus drei Stator- * teilen 51a-51c, die jeweils mit Statorwicklungen 53a-53c (insgesamt mit 53 bezeichnet) versehen sind. Zwischen den Statorteilen 51a-51c sind sektorförmige Schlitze 55 ausgebildet. J' Der Stator 51 weist ferner in seiner Mitte einen zylindrischen Raum 56 auf. " ' "*·

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Der Rotor 52 besteht aus drei Rotorteilen 52a-52c, die in einem Körper ausgebildet sind. Die Rotorteile 52a-52c sind jeweils, an einer Welle 57 befestigt, und zwar jeweils gegenüber einem der Statorteile 51a-51c in dem zylindrischen Raum 56. Die Rotorteile 52a-52c sind jeweils mit mehreren Zähnen versehen, die in radialer Richtung vom äußeren Umfang des zylindrischen Körpers wegragen. Der Rotor 52 wird durch das magnetische Drehfeld angetrieben, das durch die Statorwicklungen 53a-53c erzeugt wird. Die Welle 57 ist in Lagern 59 drehbar gelagert. Auf der Außenseite der Lager 59 sind öldichtungen vorgesehen.

Die Schlitze 55 und der Raum zwischen dem Stator 51 und dem Rotor 52 sind mit Siliconöl 54 zur Ausbildung eines Viskosität swiderStandes gefüllt. In diesem Ausführungsbeispiel wird als Siliconöl 54 das Siliconöl KF-96H der japanischen Firma Shinetsu Kagaku Co., Ltd., verwendet. Die Viskosität des Siliconöls beträgt 10000 Centistok.

Auf die Zähne 58 des Rotors 52 wird während der schrittweisen Drehung ein Viskositätswiderstand durch das Siliconöl 54 ausgeübt. Infolgedessen wird das Pendeln während der schrittweisen Drehung des Rotors 52 wirksam gedämpft.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines nach der Erfindung ausgebildeten Schrittschaltmotors ist in Fig. 8 dargestellt. Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist das Öl zwischen Stator und Rotor vorgesehen. Der Motor selbst enthält mithin ein Viskositätswiderstandsöl. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Öl für die Ausbildung des Viskositätswiderstandes außerhalb des Motors vorgesehen, d.h. es übt den Viskositätswiderstand auf die Welle des Motors außerhalb des Motors aus.

Der Schrittschaltmotor 70 ist weitgehend ebenso aufgebaut wie ein herkömmlicher Schrittschaltmotor. Die Motorwelle 71 ist mit Hilfe einer Verbindungsvorrichtung 74 an einer Welle 73a befestigt, die auf der 'einen Seite einer elektromagnetischen

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Kupplung 72 herausragt. Auf der anderen Seite der elektromagnetischen Kupplung 72 ragt ebenfalls eine Welle 73b heraus, die mit Hilfe einer weiteren Verbindungsvorrichtung 72 mit einer Welle 76 eines drehbaren Viskositätsbelastungsteils verbunden ist. In dem drehbaren Viskositätsbelastungsteil sind an der Welle 76 Schaufeln 78 befestigt. Der Raum in dem drehbaren Viskositätsbelastungsteil 75 ist mit einem Öl 79 zur Ausbildung eines Viskositätswiderstandes gefüllt. Als öl *' 79 kann das gleiche Siliconöl wie bei dem vorherigen Ausfüh- ^ rungsbeispiel verwendet werden. Ein Widerstandsdrehkörper mit Zähnen anstelle von Schaufeln 78 kann für den gleichen Zweck verwendet v/erden. ■ "'ä

Zu Beginn der schrittweisen Drehung des Schrittschaltmotors ist die elektromagnetische Kupplung 72 nicht eingeschaltet. Dementsprechend sind die Wellen 73a und 73b der elektromagnetischen Kupplung 72 nicht miteinander verbunden. Mithin sind der Schrittschaltmotor 70 und der drehbare Viskositätswiderstandsteil 75 voneinander getrennt. Zu Beginn der schrittweisen Drehung des Schrittschaltmotors 70 wird das Hochlaufen des Schrittschaltmotors nicht behindert, sondern ^y er kann mit sehr steiler Kennlinie und guten Eigenschaften anlaufen. Dieser Schrittschaltmotor ist vorzugsweise so aufgebaut, daß die Trägheit der Welle 73a und des Bremsmechanismus in der elektromagnetischen Kupplung 72 im Vergleich zur **'^J zulässigen Trägheit des Schrittschaltmotors 70 hinreichend klein sind.

Kacl/dem Anlaufen des Schrittschaltmotors 70 wird die elektromagnetische Kupplung 72 betätigt und die Welle 71 des Schritt- *'<· schaltmotors 70 mit der Welle 76 des drehbaren Viskositätswiderstandsteils 75 verbunden. Die Welle 76 wird von der Welle 71 angetrieben. In diesem Augenblick wird auf die Welle 76 durch das Öl 79 über die Schaufeln 78 ein Viskositätswi·* Verstand ausgeübt. Die Welle 71 des Schrittschaltmotors 70 nimmt daher den Viskositätswiderstand des Öls 79 auf, wenn sia mit ass? Drehung aufhört. Der Schrittschaltmotor hält, wie

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bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, sofort an, ohne daß Pendelungen oder Schwingungen auftreten.

Dieser Schrittschaltmotor ist nicht auf die Anwendung in Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräten mit drehbarem magnetischen Aufzeichnungsträger beschränkt. Dieser digitale Rotationsmotor kann auch bei den verschiedensten Werkzeugmaschinen, z.B. automatischen Bohrmaschinen, intermittierenden Magnetkopf-Eingabegeräten von elektronischen Rechnern und-bsi anderen Geräten verwendet werden, bei denen ein bewegbares Bauteil intermittierend während einer kurzen Zeit bewegt und an einer vorbestimmten Stelle sofort angehalten werden muß, ohne daß Über schwingungen oder Pendelungsn auftreten.

Abweichungen von den dargestellten Ausführungsbeispielen liegen ebenfalls im Rahmen der Erfindung.

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Claims

Patentansprüche

Ay Digitaler Rotationsmotor mit einem Stator, der mit Statorwicklungen versehen ist, denen Impulse zugeführt werden und die intermittierend ein magnetisches Drehfeld erzeugen, mit einem dem Stator derart gegenüberliegend angeordneten Rotor, daß ein Raum zwischen dem Stator und dem Rotor verbleibt, wobei der Rotor digital und intermittierend durch das magnetische Drehfeld angetrieben wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Rotors (32;52) durch ein Öl (38,54) gedämpft ist, dessen Viskosität so gewählt ist, daß auf die Drehung des Rotors ein Viskositätswiderstand ausgeübt wird, φ der bewirkt, daß das Pendeln des Rotors beim Anhalten der Drehbewegung des Rotors verhindert ist.
2. Rotationsmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Öl (32) zwischen dem Stator (31) und dem Rotor (32) des Motors vorgesehen ist.
3. Rotationsmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (32;52) mit Zähnen (37;58) auf einer zylindrischen Oberfläche des Rotorkörpers versehen ist und einen Aufbau aufweist, daß die Zähne den Viskositätswiderstand des Öls w während der Drehung aufnehmen,
4. Rotationsmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Öl Siliconöl ist.
5. Rotationsmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität des Öls etwa 10000 Centistok beträgt.

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6. Rotationsmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß er mit Oldichtungen (4θ;6θ) versehen ist, die das Austreten des Öls verhindern und über Lager angeordnet sind, in denen die Welle des Rotors drehbar gelagert ist.
7. Rotationsmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Öl in einem drehbaren Viskositätsbelastungsteil (75) vorgesehen ist, der eine Welle (76) enthält, auf die der Viskositätswiderstand des Öls ausgeübt wird und die über eine elektromagnetische Kupplung (72) mit der Welle des Rotors verbindbar ist, wobei die Kupplung die Rotorwelle und die Welle des Belastungsteils zu Beginn der Drehung des Rotors trennt und nach dem Beginn der Drehung verbindet.

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