FR2516688A1 - Mecanisme d'entrainement d'un disque souple utilisant un moteur synchrone avec une alimentation en courant continu - Google Patents

Abstract

SYSTEME D'ENTRAINEMENT DE DISQUE SOUPLE COMPORTANT UN CIRCUIT DE COMMANDE ELECTRONIQUE DE MOTEUR QUI EST ALIMENTE PAR UNE SOURCE DE TENSION CONTINUE 20 ET QUI FOURNIT LE COURANT ALTERNATIF REQUIS PAR UN MOTEUR SYNCHRONE 19 D'ENTRAINEMENT INDIRECT DU DISQUE. UN OSCILLATEUR A QUARTZ U2-3, 22 FOURNIT DEUX SIGNAUX RECTANGULAIRES EN OPPOSITION DE PHASE COMMANDANT RESPECTIVEMENT DES PAIRES DE TRANSISTORS DE COMMUTATION Q1, Q4 ET Q2, Q3 FORMANT UN PONT EN H AVEC LE MOTEUR AUX BORNES DE LA SOURCE D'ALIMENTATION 20. LE MOTEUR ETANT SYNCHRONE AVEC LA SORTIE DE L'OSCILLATEUR, AUCUNE BOUCLE DE REGLAGE DE VITESSE N'EST NECESSAIRE. DES CIRCUITS DE RETARD U5 DECALENT LES FRONTS DE COMMANDE DE DEBLOCAGE DES TRANSISTORS PAR RAPPORT AUX FRONTS DE COMMANDE DE BLOCAGE POUR TENIR COMPTE DU TEMPS DE BLOCAGE PLUS LONG DE CES TRANSISTORS ET EVITER TOUTE POINTE DE COURANT PAR COURT-CIRCUIT MOMENTANE DE LA SOURCE 20.

Description

t a présente ilivent ion concerne les systèmes d'ent ruiriwient à vitesse

constante dans lesquels il ne peut être to Léré que de faibles variations de la vitesse, commlle par exemple les périphériques d'ordinateur et, en particulier, les mécanismes d'entraînement de disques souples. On peut de manière appropriée diviser les mécanismes d'entraînement de disques souples en deux catégories de base, ceux à entrainement par courroie et

ceux à entraînement direct.

Des exemples de la première catégorie d'entraînement de disques sont ceux fabriqués par la Qume corporation, San José, Californie En particulier, le "Qume Trak 842 " est un mécanisme d'entraînement de disque souple par courroie, alimenté en courant continu, qui emploie urf moteur à courant continu à balais Pour

obtenir une régulation de vitesse correcte, une contre-

réaction est nécessaire pour les opérations d'entraînement des disques La contre-réaction s'effectue généralement 2 l) par l'intermédiaire d'un dispositif à effet hall ou une génératrice tachymétrique L'un et l'autre de ces dispositifs de contre-réaction augmentent le coût des circuits de commande du moteur d'entraînement De plus, un moteur à balais présente des inconvénients: courte durée de vie des balais ( 1000-5000 heures) et rayonnements électromagnétiques parasites qui peuvent entraîner une

fiabilité et une lisibilité plus falbles des données.

-la solution du mécanisme à entraînement direct, tel q C Ue le RFD 4001, commercialisé par la Corporation ij ix-Cell-0, Division RLMEX, Irvine, Californie, consiste dans I'emploi d'un moteur monté directement sur le manchon de l'auxe ou arbre Ceci réduit le nombre des composants et des j ccessoires du moteur Puisque le moteur est monté sur l'axe tournant, on n'a pas besoin de paliers de moteur supplémentaires On élimine la nécessité d'un e poulie motrice, d'une poulie d'axe et d'une courroie de commande fout comme avec le dispositif d'entraînement à courroie, or, se trouve confronté aux problèmes associés I o' -2516688 -3 <a 1:I l l'lo tI ' t ú'r J eéu;t ui N, Ih i JJ (_:tte's,li JurLe Sdipositi f à :,L I il' vl L ';Il v C' t,f 1 a:^IV lit Lc tou rsl 1, (d J 3 c O fliu L at Et urs 3 j 1 uptiques e t I effet i, 1 Lpour Li contie-réaction (pour i I t Jr I; 'turld'ul i un Ui'lul'; su et la S 8 tubilité), ce qui j I It Jîle II Ute le ':uût et la uorilpl Jexité du dispositif et réduit -J;t i;ubl i Lié du moteuri 4 ti plus est, comme le moteur I Jpeu L être morité sur 1 'axe, il peut y avoir des parasites élec Lriques venant du moteur, ce qui réduit la fiabilité des doninées En outre, le mnoteur à entraînement direct s J 10 uccup O un espace considérable autour de l'axe et si t 3 l'un voulait transformer un dispositif d'entraînement à courroie en un dispositif d'entraînement direct, cela J nécessiterait une modification très importante de la conception mécanique J 15 Ce que l'on désire est de prévoir un moteur l J d'entralnernient de disque d'un coût minimal qui soit :j fiable et dont la vitesse de l'arbre de sortie soit j * pratiquement constante afin que l'on n'ait pas besoin I de dispositifs de contre-réaction dans le circuit de

J z U comniande du' moteur.

J 83 tLa présente invention vise à obtenir un 1 ' ustmrie d'emtialnement de disque comportant un circuit i de coi,'manrde de moteur capable d'alimenter un moteur à tl ((ci Jr'dnlft t 41 terratif synchrune couplé à l'axe du disque, à / "z% 2 part L' d'une source de tension continue Ce circuit de J comimarde de moteur convertit la tension continue 3 J d'ulimientatiur, en un uourant alternatif rectangulaire À), I'qui et; Jppltiqué au multe cu, f, oscillateur à quartz ttart ut À lisé pour produire l 'onde rectangulaire Le i' -J-tt ur taun't synchrone aver tla sortie de l'oscillateur, A) r r ' p, besoin de cuntfe actmon du moteur il est oy tuurrni un circuit à retard entre la sortie de-l'oscillateur et l a;ubrce de tension pour éliminer les grandes pointes Ài J de r-oumant qui apparaîtraient Lurmialemient sur la ligne

J JY'c, d'ent rée de la source de t ens or I es dimensions relative-

nient petites du moteur synrch,ine et des plaques de circuits 3 i Simprimés utilisées pour montert leei circuits électroniques de commaride permettent de monter ces deux éléments loin * 1 du dibque et de la tete de lecture, ce qui diminue au

maxiimuim la possibilité de champs magnétiques perturbants.

L 'un des objets de l'invention est de fournir un système d'entraînement de disque utilisant un moteur

à courant alternatif synchrone.

Un autre objet de l'invention est de fournir un système de mémoire rotatif utilisant un moteur à courant alternatif synchrone, à hystérésis, alimenté

par une source de tension continue.

Un autre objet est encore de fournir un mécanisme d'entraînement de disque utilisant un moteur à courant alternatif synchrone, à hystérésis, alimenté par une source de tension continue, l'entrée en courant continu étant convertie en courant alternatif rectangulaire

au moyen d'un oscillateur commandé par quartz.

Un autre objet de l'invention est de fournir un système d'entraînement d'un disque souple qui emploie un moteur à courant alternatif synchrone, à hystérésis, commandé par une onde reetangulaire, un circuit de commande de moteur convertissant une tension continue délivrée par une source de tension en une onde rectangulaire, le circuit de commande du moteur comportant un circuit à retard pour empêcher les pointes de courant dans la

ligne d'entrée de la source de tension.

L'invention sera mieux comprise à la lecture

de la description détaillée qui va suivre, faite à titre

d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées q(ui représentent: la figure 1, une vue en perspective du système SU d'entraiînement d'un disque souple de la présente invention; la figure 2, unie vue de dessus selon la ligne

2-2 de la figure 1; -

la figure 3, un schéma fonctionnel du circuit

de commande de moteur de la présente invention.

l 'état de la technique des mécanismes d'entraînement de disques souples continuant à progresser, les vendeurs cherchent constamment à réduire les coûts de manière à être compétitifs Les moteurs à courant P ditet lau Li f,,ynci ruri:J, V compris ceux du type à hystérésis, buri L t rès rertables t Leu Lr Fout Fs L moindre que celui des;mutletirb a courant altnt li nu sans balai communément

utilisés daris les systèmes d'entraînement de disques.

De plus, les dimfensionre mécaniques du moteur sont beaucoup moins importantes que celles des moteurs à courant continu sans balai ou des moteurs à courant alternatif d'usage courant Un autre avantage important, pour la présente application, des moteurs synchrones est leur caractéristique llJ de vitesse constante Les moteurs de ce type ne sont stables que s'ils fonctiornlnent à la vitesse synchrone correspondant à la fréquence de l'onde qui leur est appliquée Dans les cas o un arbre du moteur synchrone doit être entraîné avec-une vitesse de rotation pratiquement constante, il est impératif que la fréquence de l'onde rectangulaire appliquée au moteur soit stable sur de -courtes et de longues périodes Selon les enseignements de la présente invention, on utilise un moteur synchrone, de préférence du type à hystérésis, dans un système d'entraînement de disque souple à courroie, ce qui inclut les avantages des moteurs synchrones dont il est

fait mention plus haut.

La figure I est une vue en perspective du

dispositif d'entraînement de disque 10 de la présente -

invention Bien que l'on puisse utiliser comme moyen d'enregistrement magnétique à la fois des disques rigides et des disques souples, la présente invention est de

préférence utilisée pour entraîner des disques souples.

Le dispositif 1 t coipourte une fente, ou ouverture 12, (l par laquelle le disque:soruple est inséré dans le dispositif et plat: sur l'axe d'urti aînement du disquequi est à La figure Z est une vue de dessus selon la licgne 2-2 de la figure I illustrant les composants principaux du dispositif d'entraînement de disque de la présernte inverntion tn particulier, on a représenté un dir;quije souple 14 p Jacé sur l'axe d'entraînement 16 Des tètes de lecture et d'érriture 18 sont'représentées j placées en relation de fonctionnement avec et au-dessus du disque 16 L'axe de surtie (non représenté) d'un moteur à courant alternatif synchrone 19 entraîne l'axe 16 par l'intermédiaire d'une courroie (non représentée) de la manière classique Une entrée de tension continue 22 est fournrie pour entraîner le moteur 20, comme on l'expliquera plus tard en ce qui concerne la figure 3, ainsi qu'un condensateur de moteur 24 La plaque de circuits imprimés constituant la commande électronique du moteur 1 l) (non représentée) est montée dans la partie inférieure du système d'entraînement de disque 10 Comme on l'a déjà dit plus haut, la caractéristique importante de la présente invention réside dans l'utilisation d'un moteur à courant alternatif synchrone 19 pour entraîner l'axe

16 par l'intermédiaire d'une courroie de transmission.

Bien qu'il soit préférable d'employer un moteur synchrone à hystérésis (tel que le modèle n HS-5741, commercialisé par Shinano Kenshi, Chiisagata-Gun, Naganon-ken, Japon, disponible chez C B King Associates, Santa Clara, Californie) on peut également employer des moteurs synchrones du type à aimant permanent ou à réluctance, bien que leur

efficacité en puissance soit plus faible.

Le moteur synchrone 19 a l'avantage particulier que sa taille physique plus petite permet de le monter assez loin de l'axe du disque 16 ce qui diminue l'effet des champs magnétiques parasites produits par le moteur 19 sur le disque 14 et les tètes 18 De tels champs affecteraient la fiabilité des données puisque le signal alternatif rectangulaire utilisé pour entraîner le moteur synchrone SU 19 de la présente invention produit généralement des champs maqr,étlques parasites plus importants que le signal sinusoïdal utilisé pour commander les moteurs à courant

alternatif de l'art antérieur.

La figure 5 est le schéma fonctionnel du circuit de commande utilisé par l'invention pour alimenter en couranit alternatif de 50 Hz le moteur synchrone à

hystérésls, 19.

Fondamentalemuient, le circuit de commande du mote-ur

2 5 1 6 6 8 8

a:uuririt daterriatif es L ulimenté par une tension continue di 24 vut IL S venant de la -ource 20 par 1 ' intermédiaire d'uine unnexiron en parali éle d'e filtres à condensateurs C 9, 'l() e t C 11 et foiu Lrni Lt une teinsion rectangulaire au moteur synchrone 19 par l'intermédiaire du circuit que 1 'on va décrire Le Lte solution est utilisable pour des tensions autres que 24 volts et la fréquence de l'onde

rectangulaire peut être autre que 50 Hz.

La fréquence d'entraînement du moteur est À 10 commandée par quartz, ce qui lui donne une excellente tablité de fréquence à court et à long terme, tout À iiminant le besoin de réglages ou de contre-réaction du moteur 19 Le circuit oscillateur/diviseur à quartz emploie un dispositif à quartz 22 peu coûteux, pour télévision en couleur, dont la fréquence de répétition ies impulsions est divisée par le circuit intégré U 2 fournir un signal de 100 Hz Puisque le signal d'e sortie de U 2 n'a pas le rapport d'impulsions requis de 50 %, le circuit intégré U 3 le divise par deux et produit des ondes rectangulaires complémentaires à la

fréquence désirée de 50 Hz à sa sortie.

Le circuit intégré U 5 (quatre d'entre ceux-ci sont représentés) est un circuit à retard qui retarde les changeminents d'état des signaux complémentaires de 50 Hz à la sortie d'U 3 Puisque les transistors Q 1, Q 2, Q 3 et Q 4 se bloquent plus lentement qu'ils ne se débloquent, il est nécessaire de retarder les signaux de débloquage

pour re pas court-circuiter l'alimentation de 24 V, 20.

Ce court-circuit momentané de l'alimentation en 24 V, 20, (l s'il e produit, entraînerait des pointes de courant à variatiuri rapide et de grande amplitude Les champs magnétiques produits par ces pointes de courant pourraient affecter les tetes mangétiques et induire des courants et des tensions dans les transistors, ces,

S, dcieux Facteurs dégradant le fonctionnement du système.

La broche 6 du circuit Ub commande les transistors Q 3 et Q 2 par 1 ' tntermédiaire des inverseurs Ul De la même manière la broche 8 de U 5 commande Q 1 et Q 4 par i

1 668 8

1 '1 iter;médiaire d' inverseurs t J Le temps dé retard au

déblocage des transistors est réglé par R 7, C 7 et R 9, C 8.

Pour les transistors utilisés ce temps est a&proximativement

de 2 U ssec.

Quand les transistors Q 1 et Q 4 sont conducteurs, le cuurant circule à partir de l'alimentation e-n 24 V 20, dans Q 4 et dans le moteur 19 (de la broche 4 à la broche 3) puis retourne au retour d'alimentation par 1 'intermédiaire de Q 1 Q 1 et Q 4 conduisent pendant environ 10 millisecondes, soit la moitié du cycle de 50 Hz Alors Q 1 et Q 4 se bloquent en approximativement 20 microsecondes avant que

Q 2 et Q 3 se débloquent -

Quand Q 2 et Q 3 se débloquent, un courant partant de la source d'alimentation à 24 volts circule à travers Q 3 et dans le moteur (de la broche 3 à la broche 4) et

retourne à l'alientation par l'intermédiaire de Q 2.

La configuration de Q 1-Q 4 et du moteur 10 est communément désignée comme celle d'un pont en H et a pour effet de fournir deux fois la tension d'alimentation au moteur 10 tout en maintenant le courant produit par

l'alimentation relativement constant.

Le' circuit intégré U 4 est un régulateur de tension à 3 bornes Il délivre les 5 volts nécessaires

pour les composants représentés.

Les circuits intégrés U 1, U 2, U 3, U 4 et U 5 sont disponibles chez National Semiconductor, Inc, Santa Clara, Californie, les numéros des modèles étant

7406, MM 5369 ESI, 74 L 574, 78 L 05, 74 L 5132, respectivement.

Les transistors Q Il et Q 2 portent la référence 2 N 6386 et 31 J Q 3 et Q 4 8203, les deux types de transistors étant

disponibles chez HCA Corporation, Somerville 1 New Jersey.

2 516 6 8 8

ki - 1 vu 1 t (, vst-, tir t ê ti ; L iquesil Luco tripusant s u Il ( i 1-t-,i i L zjil L tête 1 1 e- q Ill ,u 1 VL-11 L

H1 = 1

RZ = 4, 7

it 3 = 4 7

R 4 = 4, 7

K 5 = 4, 7

R 6 = 4, 7

R 7 = 1 3, 3

11) R 8 = 4, 7

k.CL k -n- kf L k -CL k -r L k S%- k (L k -Ct R 9 R 1 O R 1 1 R 12 R 13 R 14 R 1 5 R-L 6 = 1 3, 3 k CL 1 k St M A

M 27 O k 1-t.

4, 7 k CL 4, 7 k J% 4, 7 k SL 4,7 k A

C 1 = O 'O 1

C 2 = O, O 1

C 3 = O, O 1

C 4 = 30

C 5 = 3 U

C 6 = O, 47

p F VF p F p F p F y F C 7 C a -= C 9 clo =

C 1 1 =

1 ju F 1.p F

1000 PF

1000 Il F

1000 P F

t 5

Il est bien évident que la description qui précède

n'a (té donnée qu'à titre d'exemple non'limitatif et que -uses variantes peuvent être envisagées sans sortir

pour au- jnt du cadre de l'invention.

RE t V ENDICAT 1 i O N S L Système d'entraînement d'un élément de mémoire roltat if auquel sont associés des moyens d'enregistrement d'lnformation, caractérisé par le fait qu'il comprend une source de tension continue ( 20), des moyens (U 1 à 5, Q 1 à 4)de convertir la tension continue en tension alternative d'une fréquence déterminée, un moteur synchrone ( 19) commandé par ladite tension alternative, l'arbre de sortie dudit moteur IU entraînant ledit élément rotatif ( 14) à une vitesse de

rotation pratiquement constante.

2 Système d'entraînement conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moteur

synchrone ( 19) est un moteur synchrone à hystérésis.

3 Système d'entraînement conforme à la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit élément

rotatif ( 14) est un disque souple.

4 Système d'entraînement conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de conversion comprennent un oscillateur (U 2, U 3) commandé

par quartz ( 22).

% Système d'entraînemient conforme à la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits moyens de cuinversion comportent en outre un circuit à retard (IJ 5 ' couplé entre ledit oscillateur (U 2-U 3) commandé par iuurtz ( 22) et ladite source de tension continue ( 20) afin d(' emi) êcher des pointes de courant dues au court-circuit de ladite source de tension continue par les moyens de dé.cuupage (Ql à Q 4) de ladite tension à ladite fréquence U détermrinée. 6 Système d' entrainemerit conforme à la revenidication 1, carac Lérisé par le fait qu'il comprend un axe 16) d'entraînemenrit dudit élément rotatif ( 14) et des tête; de lecture/écriture (B 18) à proximité dudit axe, ledit arbre de sortie du moteur ( 19) étant couplé indirectement W _

1 6 6 8 8

il L ( i f lque 1 emu t eu rs it mo ri Lé'hors du 1 izmit(IL,i-u Ltt rutiltiditél ément( 14),cequi élimine 1 't:ffb L deu champi migi, étiques produits par ledit moteur ri 1, 1 L é 1 élire ri t r ti La t L f 14 et les-têtes de lecture/ z u L e i 1