CH654698A5

CH654698A5 - DRIVE DEVICE WITH COLLECTORLESS DC MOTOR.

Info

Publication number: CH654698A5
Application number: CH138381A
Authority: CH
Inventors: Helmut Moosmann
Original assignee: Papst Motoren Kg
Priority date: 1981-03-02
Filing date: 1981-03-02
Publication date: 1986-02-28
Also published as: DE3207444C2; DE3207444A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit kollektorlosem Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb von magnetischen Festplattenspeichern, die einen mit einem dauermagnetischen Erregermagneten versehenen Rotor, mindestens einen im Motor eingebauten Drehstellungsdetektor zum Erfassen der Rotorlage, eine drehstellungsdetektorabhängig gesteuerte Kommutierungseinrichtung und eine an die Kommutierungseinrichtung angeschlossene Statorwicklungsanordnung aufweist. The invention relates to a drive device with a collectorless DC motor, in particular for driving magnetic hard disk memories, which has a rotor provided with a permanent magnetic excitation magnet, at least one rotary position detector installed in the motor for detecting the rotor position, a commutation device controlled as a function of the rotary position detector, and a stator winding arrangement connected to the commutation device.

Antriebsvorrichtungen dieser Art sind bekannt (DE-OS 2 419 432, DE-OS 2 618 293 und DE-AS 2 616 464). Beim praktischen Einsatz solcher Antriebe gibt es Anwendungen, bei denen die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit des Motors von besonders hoher Bedeutung sind. Ein Beispiel dafür sind magnetische Festplattenspeicher. Bei solchen Speichern handelt es sich um hermetisch abgedichtete Geräte, bei denen in aller Regel der Antriebsmotor nicht demontierbar ist. Fällt der Motor aus, muss das gesamte Gerät ersetzt werden. Drive devices of this type are known (DE-OS 2 419 432, DE-OS 2 618 293 and DE-AS 2 616 464). When such drives are used in practice, there are applications in which the service life and reliability of the motor are of particular importance. Magnetic hard disk storage is one example. Such storage devices are hermetically sealed devices in which the drive motor cannot be dismantled as a rule. If the engine fails, the entire device must be replaced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch erhöhte Lebensdauer und verbesserte Zuverlässigkeit auszeichnet. The invention has for its object to provide a drive device of the type mentioned, which is characterized by increased life and improved reliability.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jedem für den Motorbetrieb notwendigen Drehstellungsdetektor mindestens ein im Motor sitzender Ersatz-Drehstellungsdetektor zugeordnet ist und Mittel zum wahlweisen Wirksammachen eines Ersatz-Drehstellungsdetektors beim Ausfall des zugehörigen zunächst wirksamen Drehstellungsdetektors vorgesehen sind. This object is achieved according to the invention in that each rotation position detector required for motor operation is assigned at least one replacement rotation position detector seated in the motor and means are provided for optionally making a replacement rotation position detector effective in the event of failure of the associated initially effective rotation position detector.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass für den Ausfall bekannter Antriebsvorrichtungen häufig der oder die Drehstellungsdetektoren verantwortlich sind, bei denen es sich in der Regel um magnetfeldabhängige Sensoren oder Lichtschranken handelt. Dadurch, dass erfindungsgemäss jedem zum Betrieb erforderlichen Drehstellungsdetektor mindestens ein Ersatz-Drehstellungsdetektor zugeordnet wird, der im Standby-Betrieb zur Verfügung steht, lässt sich, wie gefunden wurde, die Zuverlässigkeit bedeutend erhöhen. The invention is based on the knowledge that the rotation position detector or detectors, which are generally magnetic field-dependent sensors or light barriers, are often responsible for the failure of known drive devices. As a result of the fact that, according to the invention, each rotation position detector required for operation is assigned at least one replacement rotation position detector which is available in standby mode, the reliability can be significantly increased.

Der Motor kann zweckmässig als zweipulsiger Gleichstrommotor mit einem einzigen Drehstellungsdetektor und einem Er-satz-Drehstellungsdetektor ausgelegt sein. Bei einer solchen Lösung ist die Anzahl der ausfallgefährdeten Drehstellungsdetektoren minimiert. The motor can expediently be designed as a two-pulse DC motor with a single rotary position detector and a replacement rotary position detector. With such a solution, the number of rotational position detectors at risk of failure is minimized.

Als Drehstellungsdetektor und Ersatz-Drehstellungsdetektor eignen sich insbesondere Hall-ICs. Hall ICs are particularly suitable as the rotary position detector and replacement rotary position detector.

Zweckmässig sind Drehstellungsdetektor- und Ersatz-Dreh-stellungsdetektorausgänge herausgeführt und wahlweise an einen Arbeitswiderstand anschliessbar. Dabei können die Drehstellungsdetektor- und Ersatz-Drehstellungsdetektorausgänge einfach umsteckbar oder von Hand umschaltbar sein. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es aber auch möglich, dem Drehstellungsdetektor bzw. den Drehstellungsdetektoren eine Funktionserkennungsschaltung zuzuordnen, mittels deren bei einem Drehstellungsdetektorausfall der zugehörige Ersatz-Dreh-stellungsdetektor selbsttätig einschaltbar ist. Rotary position detector and replacement rotary position detector outputs are expediently brought out and can optionally be connected to a load resistor. The rotary position detector and replacement rotary position detector outputs can be easily switched over or switched over by hand. In a further embodiment of the invention, however, it is also possible to assign a function detection circuit to the rotational position detector or the rotational position detectors, by means of which the associated replacement rotational position detector can be automatically switched on in the event of a rotational position detector failure.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigt: The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred exemplary embodiment. In the accompanying drawings:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Antriebsvorrichtung nach der Erfindung mit einem kollektorlosen Gleich-stromaussenläufermotor, 1 shows a schematic section through a drive device according to the invention with a collectorless direct current external rotor motor,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, und Fig. 2 is a section along the line II-II of Fig. 1, and

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild der Antriebsvorrichtung nach den Fig. 1 und 2. 3 shows a basic circuit diagram of the drive device according to FIGS. 1 and 2.

Der in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte kollektorlose Gleichstromaussenläufermotor 10 weist ein Statorblechpaket 11 auf, das eine Statorwicklungsanordnung 12 trägt, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweisträngig ausgebildet ist und die Wicklungsstränge 12a und 12b (Fig. 3) umfasst. Das Statorblechpaket 11 bildet zusammen mit einem ringförmigen, dauermagnetischen Erregermagneten 13 einen im wesentlichen zylindrischen Luftspalt 14. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass der Erregermagnet 13 vierpolig radial magnetisiert ist, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. Das heisst, an der dem Luftspalt 14 zugewendeten Innenseite 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 Luftspalts 14 eine annähernd rechteckige oder trapezförmige Magnetisierung erhalten. Der Erregermagnet 13 ist an einer den magnetischen Rückschluss bildenden Aussenläuferglocke 16 angebracht, z.B. in diese Glocke eingeklebt. Mit dem Erregermagneten 13 wirken zugleich ein Drehstellungsdetektor 20 und ein Ersatz-Drehstellungsdetektor 21 zusammen, die einander mit Bezug auf die Rotorachse diametral gegenüberstehen. Bei dem Erregermagneten 13 kann es sich insbesondere um einen Gummimagneten oder einen kunststoffgebundenen Magneten handeln. Der Erregermagnet 13 kann als zu einem Ring gebogener Streifen ausgebildet sein. Anstelle eines Magnetrings lassen sich in die Glocke 16 auch schalenförmige Magnetsegmente einkleben oder dort auf andere Weise festlegen. In der Mitte der Aussenläuferglocke 16 ist eine Stummelwelle 23 befestigt, die über Kugellager 24 in einem Lagerohr oder einer Hülse 25 abgestützt ist, The collectorless DC external rotor motor 10 shown schematically in FIGS. 1 and 2 has a stator laminated core 11 which carries a stator winding arrangement 12 which, in the present exemplary embodiment, is of two-strand design and comprises the winding strands 12a and 12b (FIG. 3). The stator laminated core 11, together with an annular, permanent-magnet excitation magnet 13, forms an essentially cylindrical air gap 14. In the present exemplary embodiment, it is assumed that the excitation magnet 13 is magnetized radially in four poles, as is indicated in FIG. 2. This means that on the inside of the excitation magnet 13 facing the air gap 14 there are alternating two magnetic north poles and two magnetic south poles, each of which has a width of essentially 90 ° (physically). In this way, an approximately rectangular or trapezoidal magnetization is obtained in the circumferential direction of the air gap 14. The excitation magnet 13 is attached to an outer rotor bell 16 forming the magnetic yoke, e.g. glued into this bell. A rotary position detector 20 and a replacement rotary position detector 21, which are diametrically opposed to one another with respect to the rotor axis, interact with the excitation magnet 13. The excitation magnet 13 can in particular be a rubber magnet or a plastic-bonded magnet. The excitation magnet 13 can be designed as a strip bent into a ring. Instead of a magnetic ring, bowl-shaped magnetic segments can also be glued into the bell 16 or fixed there in another way. In the middle of the outer rotor bell 16, a stub shaft 23 is fastened, which is supported by ball bearings 24 in a bearing tube or sleeve 25,

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

654 698 654 698

welche das Statorblechpaket 11 trägt und auf einer Statorgrundplatte 26 befestigt ist. which carries the stator laminated core 11 and is fastened on a stator base plate 26.

Bei den Drehstellungsdetektoren 20, 21 kann es sich beispielsweise um Hall-ICs handeln, die 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 Drehstellungsdetektoren 20, 21 sind zu den Anschlüssen 2 bzw. 1 der Steckerleiste 28 herausgeführt. Die die beiden Wicklungsstränge 12a und 12b umfassende Statorwicklungsanordnung 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 Kommutierungseinrichtung 32 bestimmt sind. Den Ausgängen 29, 30 der Drehstellungsdetektoren 20, 21 ist ein gemeinsamer Arbeitswiderstand 33 zugeordnet, der über einen Schalter 34 wahlweise auf einen der Ausgänge 29, 30 auf-schaltbar ist und ausserdem mit dem Eingang der Kommutierungseinrichtung 32 in Verbindung steht. The rotary position detectors 20, 21 can, for example, be Hall ICs which, according to FIG. 3, are connected in parallel to supply connections 3, 4 (0 V or + 5 V) of a plug connector 28 belonging to the motor. The outputs 29 and 30 of the rotational position detectors 20, 21 are led out to the connections 2 and 1 of the connector strip 28. The stator winding arrangement 12 comprising the two winding strands 12a and 12b is connected to the connections 5 to 7 of the plug connector 28. The connection 5 leads to a direct voltage source (+ 12 V), while the connections 6 and 7 are intended for connection to a commutation device 32. The outputs 29, 30 of the rotary position detectors 20, 21 are assigned a common load resistor 33, which can optionally be connected to one of the outputs 29, 30 via a switch 34 and is also connected to the input of the commutation device 32.

Bei der Darstellung nach Fig. 3 ist infolgedessen der Dreh-5 stellungsdetektor 20 wirksam. Fällt der Drehstellungsdetektor 20 aus, braucht nur der Schalter 34 umgelegt zu werden. Der Ersatz-Drehstellungsdetektor 21 übernimmt dann die Funktion des Drehstellungsdetektors 20. As a result, the rotation 5 position detector 20 is effective in the illustration according to FIG. 3. If the rotary position detector 20 fails, only the switch 34 has to be flipped. The replacement rotary position detector 21 then takes over the function of the rotary position detector 20.

Statt den Schalter 34 vorzusehen, kann entsprechend einer io abgewandelten Ausführungsform auch auf die Anschlüsse 1, 2 der Steckerleiste 28 umgesteckt werden. Des weiteren ist es möglich, den Schalter 34 über eine in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Funktionserkennungsschaltung 35 zu betätigen, die selbsttätig anspricht, wenn der Drehstellungsdetektor 20 aus-i5 fällt. Instead of providing the switch 34, it can also be plugged into the connections 1, 2 of the plug connector 28 in accordance with a modified embodiment. Furthermore, it is possible to actuate the switch 34 via a function detection circuit 35 shown in dashed lines in FIG. 3, which responds automatically when the rotary position detector 20 fails.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

654 698

2nd

PATENT CLAIMS

1. Drive device with a collectorless DC motor, in particular for driving magnetic hard disk memories, which has a rotor provided with a permanent magnetic excitation magnet, at least one rotary position detector built into the motor for detecting the rotor position, a commutation device controlled as a function of the rotation position detector and a stator winding arrangement connected to the commutation device, characterized in that that each rotation position detector (20) required for motor operation is assigned at least one replacement rotation position detector (21) seated in the motor (10) and means (34) are provided for optionally making a replacement rotation position detector effective in the event of failure of the associated initially effective rotation position detector.

2. Drive device according to claim 1, characterized in that the motor (10) is designed as a two-pulse DC motor with a single rotary position detector (20) and a replacement rotary position detector (21).

3. Drive device according to claim 1 or 2, characterized in that Hall ICs are provided as the rotary position detector (20) and replacement rotary position detector (21).

4. Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary position detector and replacement rotary position detector outputs (29, 30) are brought out and can optionally be connected to a load resistor (33).

5. Drive device according to claim 4, characterized in that the rotary position detector and replacement rotary position detector outputs (29, 30) can be changed over.

6. Drive device according to claim 4, characterized in that the rotary position detector and replacement rotary position detector outputs (29, 30) are switchable by hand.

7. Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary position detector (20) or the rotary position detectors is assigned a function detection circuit, by means of which the associated replacement rotary position detector (21) can be switched on automatically in the event of a rotary position detector failure.