DE3207444C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb von magnetischen Festplattenspeichern, der einen mit einem dauermagnetischen Erregermagneten versehenen Rotor, mindestens einen im Motor einge­ bauten Drehstellungsdetektor zum Erfassen der Rotor­ lage, eine drehstellungsdetektorabhängig gesteuerte Kommutierungseinrichtung und eine an die Kommutierungs­ einrichtung angeschlossene Statorwicklungsanordnung auf­ weist.

Kollektorlose Gleichstrommotoren 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 Bei­ spiel dafür sind magnetische Festplattenspei­ cher. Bei solchen Speichern handelt es sich um hermetisch abgedichtete Geräte, bei denen in aller Regel der Antriebsmotor nicht demontier­ bar ist. Fällt der Motor aus, muß das gesamte Gerät ersetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch erhöhte Lebensdauer und verbesserte Zuverlässigkeit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedem für den Motorbetrieb notwendigen Dreh­ stellungsdetektor mindestens ein im Motor sitzen­ der Ersatz-Drehstellungsdetektor zugeordnet ist und Mittel zum wahlweisen Wirksammachen eines Er­ satz-Drehstellungsdetektors beim Ausfall des zuge­ hörigen zunächst wirksamen Drehstellungsdetektors vorgesehen sind.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß für den Ausfall bekannter Antriebsvorrichtungen häu­ fig der oder die Drehstellungsdetektoren verant­ wortlich sind, bei denen es sich in der Regel um magnetfeldabhängige Sensoren oder Lichtschranken handelt. Dadurch, daß erfindungsgemäß jedem zum Betrieb erforderlichen Drehstellungsdetektor min­ destens ein Ersatz-Drehstellungsdetektor zugeord­ net wird, der im Standby-Betrieb zur Verfügung steht, läßt sich, wie gefunden wurde, die Zuver­ lässigkeit bedeutend erhöhen.

Der Motor kann zweckmäßig als zweipulsiger Gleich­ strommotor mit einem einzigen Drehstellungsdetek­ tor und einem Ersatz-Drehstellungsdetektor ausge­ legt sein. Bei einer solchen Lösung ist die Anzahl der ausfallgefährdeten Drehstellungsdetektoren mi­ nimiert.

Als Drehstellungsdetektor und Ersatz-Drehstellungs­ detektor eignen sich insbesondere Hall-ICs.

Zweckmäßig sind Drehstellungsdetektor- und Ersatz-Dreh­ stellungsdetektorausgänge herausgeführt und wahl­ weise an einen Arbeitswiderstand anschließbar. Da­ bei können die Drehstellungsdetektor- und Ersatz- Drehstellungsdetektorausgänge einfach umsteckbar oder von Hand umschaltbar sein. In weiterer Aus­ gestaltung der Erfindung ist es aber auch möglich, dem Drehstellungsdetektor bzw. den Drehstellungs­ detektoren eine Funktionserkennungsschaltung zuzu­ ordnen, mittels deren bei einem Drehstellungsdetek­ torausfall der zugehörige Ersatz-Drehstellungsdetek­ tor selbsttätig einschaltbar ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevor­ zugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Antriebsvorrichtung nach der Erfindung mit einem kollektorlosen Gleichstromaußenläufermotor,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, und

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild der Antriebs­ vorrichtung nach den Fig. 1 und 2.

Der in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte kollektorlose Gleichstromaußenläufermotor 10 weist ein Statorblechpaket 11 auf, das eine Statorwick­ lungsanordnung 12 trägt, die im vorliegenden Aus­ führungsbeispiel zweisträngig ausgebildet ist und die Wicklungsstränge 12 a und 12 b (Fig. 3) umfaßt. Das Statorblechpaket 11 bildet zusammen mit einem ringförmigen, dauermagnetischen Erregermagneten 13 einen im wesentlichen zylindrischen Luftspalt 14. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist angenom­ men, daß der Erregermagnet 13 vierpolig radial mag­ netisiert ist, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. Das heißt, an der dem Luftspalt 14 zugewendeten In­ nenseite des Erregermagneten 13 befinden sich in wechselnder Folge zwei magnetische Nordpole und zwei magnetische Südpole, die jeweils eine Breite von im wesentlichen 90° (physikalisch) haben. Es wird auf diese Weise in Umfangsrichtung des Luft­ spalts 14 eine annähernd rechteckige oder trapez­ förmige Magnetisierung erhalten. Der Erregermagnet 13 ist an einer den magnetischen Rückschluß bilden­ den Außenläuferglocke 16 angebracht, z. B. in diese Glocke eingeklebt. Mit dem Erregermagneten 13 wir­ ken zugleich ein Drehstellungsdetektor 20 und ein Ersatz-Drehstellungsdetektor 21 zusammen, die einan­ der mit Bezug auf die Rotorachse diametral gegen­ überstehen. Bei dem Erregermagneten 13 kann es sich insbesondere um einen Gummimagneten oder ei­ nen kunststoffgebundenen Magneten handeln. Der Er­ regermagnet 13 kann als zu einem Ring gebogener Streifen ausgebildet sein. An Stelle eines Magnet­ rings lassen sich in die Glocke 16 auch schalen­ förmige Magnetsegmente einkleben oder dort auf an­ dere Weise festlegen. In der Mitte der Außenläufer­ glocke 16 ist eine Stummelwelle 23 befestigt, die über Kugellager 24 in einem Lagerohr oder eine Hül­ se 25 abgestützt ist, welche das Statorblechpaket 11 trägt und auf einer Statorgrundplatte 26 be­ festigt ist.

Bei den Drehstellungsdetektoren 20, 21 kann es sich beispielsweise um Hall-ICs handeln, die ähnlich der bekannten Anordnung nach Fig. 2 der DE 26 59 233 B2 gemäß Fig. 3 parallel an Versorgungsanschlüsse 3, 4 (0 V bzw. +5 V) einer zum Motor gehörenden Steckerleiste 28 gelegt sind. Die Ausgänge 29 bzw. 30 der Drehstellungsdetek­ toren 20, 21 sind zu den Anschlüssen 2 bzw. 1 der Steckerleiste 28 herausgeführt. Die die beiden Wick­ lungsstränge 12 a und 12 b umfassende Statorwicklungs­ anordnung 12 ist mit den Anschlüssen 5 bis 7 der Steckerleiste 28 verbunden. Dabei führt der Anschluß 5 zu einer Gleichspannungsquelle (+12 V), während die Anschlüsse 6 und 7 zur Verbindung mit einer Kommu­ tierungseinrichtung 32 bestimmt sind. Den Ausgängen 29, 30 der Drehstellungsdetektoren 20, 31 ist ein ge­ meinsamer 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.

Bei der Darstellung nach Fig. 3 ist infolgedessen der Drehstellungsdetektor 20 wirksam. Fällt der Drehstel­ lungsdetektor 20 aus, braucht nur der Schalter 34 um­ gelegt zu werden. Der Ersatz-Drehstellungsdetektor 21 übernimmt dann die Funktion des Drehstellungsdetektors 20.

Statt den Schalter 34 vorzusehen, kann entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform auch auf die An­ schlüsse 1, 2 der Steckerleiste 28 umgesteckt werden. Des weiteren ist es möglich, den Schalter 34 über ei­ ne in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Funktionserken­ nungsschaltung 35 zu betätigen, die selbsttätig an­ spricht, wenn der Drehstellungsdetektor 20 ausfällt.

Der Motor kann - statt wie veranschaulicht vierpolig - auch zwei- oder mehr als vierpo­ lig aufgebaut sein. Je nach Motortyp können ein oder mehrere Drehstellungsdetektoren vorhanden sein. Der Ersatz-Drehstellungsdetektor ist dabei gegenüber dem zugehörigen Drehstellungsdetektor jeweils um 360° _el × m (m = 1, 2, 3, 4, . . .) oder um 180° _el × k (k = 1, 3, 5, 7, . . .) versetzt anzuordnen. Im erstgenannten Fall hat das Signal des Ersatz-Dreh­ stellungsdetektors die gleiche Polarität wie das Signal des zugehörigen Drehstellungsde­ tektors. Im letztgenannten Fall ist die Polarität des Signals des Ersatz-Drehstellungsde­ tektors gegenüber dem Signal des zugehörigen Drehstellungsdetektors invertiert, und das Signal muß dann wieder zurückinvertiert werden, damit es die gleiche Phasenlage hat. Bei dem Motor kann es sich auch um einen Dreiphasenmotor (vergleiche priori­ tätsältere Anmeldung entsprechend DE 31 22 049 A1) handeln, bei dem jeder Phase ein Drehstellungsdetektor, beispielsweise in Form eines Hall-IC, zugeordnet ist und diese Drehstellungsdetektoren in Umfangsrichtung um 120° _el gegeneinander versetzt sind, z. B. in den Stellungen 0° _el , 120° _el und 240° _el stehen. In diesem Fall sind die Ersatz-Dreh­ stellungsdetektoren an jeweils um 120° _el weiter versetzten Stellen, in dem genannten Beispiel also an den Positionen 360° _el , 480° _el und 600° _el , anzuordnen.

Die vorliegend erläuterte Auslegung ist ferner für an sich bekannte Motoren (DE-OS 29 19 581) geeignet, bei denen durch besondere Ausgestaltung des Luftspalts Reluktanz­ momente erzeugt werden, welche durch Nutöffnungen verursachte Unstetigkeiten des Motordrehmoments reduzieren. Sie ist des weiteren bei Motoren anwendbar (prioritätsältere Anmeldung entsprechend DE 31 28 417 A1), bei welchen der Rotor­ magnet zwei unterschiedlich magnetisierte Spuren zur Bildung des eigentlichen Erre­ germagneten und eines Steuermagneten aufweist, der mit einer nur einen Impuls pro Rotorumdrehung erzeugenden Steuerimpulsgeneratorstufe zusammenwirkt. Es ist auch möglich, entsprechend wahlweise wirksam zu machende Ersatz-Stellungsdetektoren bei Linearmotoren (z. B. prioritätsältere Anmeldung entsprechend DE 31 23 441 A1) vorzu­ sehen.

Claims (7)

1. Kollektorloser Gleich­ strommotor, insbesondere zum Antrieb von magne­ tischen Festplattenspeichern, der einen mit einem dauermagnetischen Erregermagneten versehenen Rotor, mindestens einen im Motor eingebauten Drehstellungs­ detektor zum Erfassen der Rotorlage, eine drehstel­ lungsdetektorabhängig gesteuerte Kommutierungsein­ richtung und eine an die Kommutierungseinrichtung angeschlossene Statorwicklungsanordnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Drehstellungsdetektor (20) min­ destens ein im Motor (10) sitzender Ersatz-Dreh­ stellungsdetektor (21) zugeordnet ist und Mittel (Schalter 34) zum wahlweisen Wirksammachen eines Ersatz- Drehstellungsdetektors (21) beim Ausfall des zugehöri­ gen zunächst wirksamen Drehstellungsdetektors (20) vor­ gesehen sind.

2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zweipulsig mit einem einzigen Drehstellungs­ detektor (20) und einem Ersatz-Drehstellungsdetek­ tor (21) ausgelegt ist.

3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehstellungsdetektor (20) und Ersatz-Drehstellungsdetektor (21) Hall-ICs vor­ gesehen sind.

4. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh­ stellungsdetektor- und Ersatz-Drehstellungsdetek­ torausgänge (29, 30) herausgeführt und wahlweise an einen Arbeitswiderstand (33) anschließbar sind.

5. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehstellungsdetektor- und Ersatz- Drehstellungsdetektorausgänge (29, 30) umsteckbar sind.

6. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drehstellungsdetektor- und Ersatz-Drehstellungsdetektorausgänge (29, 30) von Hand umschaltbar sind.

7. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dreh­ stellungsdetektor (20) bzw. den Drehstellungsdetek­ toren eine Funktionserkennungsschaltung (35) zugeordnet ist, mittels deren bei einem Drehstellungsdetektor­ ausfall der zugehörige Ersatz-Drehstellungsdetektor (21) selbsttätig einschaltbar ist.