DE3421487A1

DE3421487A1 - Antriebsanordnung fuer signalverarbeitende geraete

Info

Publication number: DE3421487A1
Application number: DE3421487A
Authority: DE
Inventors: Johann von der Dipl.-Ing. 7230 Schramberg Heide
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1984-06-08
Filing date: 1984-06-08
Publication date: 1985-12-12
Also published as: DE3421487C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für signalverarbeitende Geräte, insbesondere Plattenspeicher, mit einem direkt antreibenden kollektorlosen Gleichstrommotor, der einen Rotor mit einer Dauermagnetanordnung, die mindestens zwei Polpaare sowie im Bereich eines der Magnetpole eine Felddiskontinuität in Form einer Feldstärkeerhöhung bildet, mindestens einen dem Erfassen der Rotorstellung dienenden, im Feld der Dauermagnetanordnung liegenden stationären Magnetfeldsensor und eine Kommutierungssignal-Generatorstufe aufweist, sowie mit einer in Abhängigkeit von der Felddiskontinuität jeweils ein Indexsignal pro Rotorumdrehung erzeugenden Indexsignal-Generatorstufe, wobei die Kommutierungssignal-Generatorstufe mit einem an den Magnetfeldsensorausgang angeschlossenen Kommutierungskomparator versehen ist, dessen beide Umschaltpunkte im Bereich des auf die nicht erhöhte Feldstärke zurückzuführenden Magnetfeldsensor-Ausgangssignals liegen, und die Indexsignal-Generatorstufe einen Indexkomparator aufweist, dessen einer Umschaltpunkt im Bereich des der Feldstärkeerhöhung entsprechenden Magnetfeldsensor-Ausgangssignals liegt.

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Bei bekannten Anordnungen dieser Art (US-PS 4 430 603) läßt die erzielbare Genauigkeit des Indexsignals häufig zu wünschen übrig. Unter Indexsignalgenauigkeit soll dabei verstanden werden, daß das Indexsignal exakt immer dann auftritt, wenn der Rotor eine vorbestimmte Stellung relativ zum Stator einnimmt. Insbesondere können bei der bekannten Lösung Änderungen der Magnetfeldamplitude, beispielsweise bedingt durch Einbautoleranzen, einen Temperaturgang des dort zusätzlich zu dem Magnetfeldsensor der Kommutierungssignal-Generatorstufe vorgesehenen Magnetfeldsensors der Indexsignal-Generatorstufe, Alterungserscheinungen oder dergleichen zu Verschiebungen des Indexsignals derart führen, daß das Indexsignal mit der vorbestimmten Stellung zwischen Rotor und Stator (im folgenden auch kurz als Nullstellung bezeichnet) nicht mehr genau übereinstimmt. Dies ist u.a. bei Anwendung des Antriebs für Festplattenspeichcr äußerst störend, wo ein Indexsignal zur exakten Erkennung des Spuranfangs benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine erhöhte Genauigkeit des Indexsignals gewährleistet. Die Anordnung soll sich ferner durch einen einfachen und kostensparenden Aufbau auszeichnen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Indexkomparator gleichfalls an den einen Magnetfeldsensor angeschlossen ist, daß der andere Umschaltpunkt des Indexkomparators mindestens näherungsweise mit dem Nulldurchgang des Magnetfeldsensor-Ausgangssignals zusammenfällt und daß

die bei überschreiten des anderen Umschaltpunkts des Indexkomparators auftretende Ausgangsimpulsflanke des Indexkomparators als Indexanzeige gewertet wird.

Die erfindungsgemäße Lösung kommt mit einem einzigen Magnetfeldsensor aus, der eine Doppelfunktion erfüllt, indem er sowohl den Kommutierungskomparator als auch den Indexkomparator ansteuert. Es wird eine wesentliche Erhöhung der Genauigkeit des Indexsignals erreicht, weil der Nulldurchgang des Magnetfeldsensor-Ausgangssignals praktisch unabhängig von Störeinflüssen, wie beispielsweise Änderungen der Feldamplitude, ist. Die Breite des Indexsignals läßt sich in Abhängigkeit von den jeweiligen Bedürfnissen in weiten Grenzen vorgeben, indem ein entsprechender Abstand der Felddiskontinuität von dem benachbarten Nulldurchgang des Kommutierungssignals gewählt wird..

Als Magnetfeldsensor eignet sich insbesondere ein Hallgenerator mit antivalenten Ausgängen, dem die Komparatoren nachgeschaltet sind. Grundsätzlich kommen aber auch beliebige andere Magnetfeldsensoren in Betracht, beispielsweise HaIl-ICs, Feldplatten, Magnetdioden und dergleichen.

Zur Erzwingung der Unsymmetrie der Umschaltpunkte des Indexkomparators kann eine äußere Beschaltung vorgesehen sein, die eine unsymmetrische Belastung der Steuereingänge des Indexkomparators verursacht. Stattdessen kann an den Ausgang des Indexkomparators auch ein' Ausgangsspannungsteiler angeschlossen sein, von dem eine Ausgangsteilspannung als Mitkopplungssignal auf den nichtinvertierenden Steuereingang des Indexkomparators zurückgeführt wird.

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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kommutierungskomparator mit einer Rückführung versehen, die derart ausgebildet ist, daß eine Einwirkung des Kommutierungssignals- auf den Steuereingang des Indexkomparators erfolgt. Der Indexkomparator wird auf diese Weise von dem Kommutierungskomparator beeinflußt. Die Umschaltpunkte des Kommutierungskomparators können genau auf der Nullinie des Magnetfeldsensor-Ausgangssignals liegen, und die beiden Komparatoren können vorteilhaft derart gekoppelt sein, daß der Kommutierungskomparator für ein Einwirken auf den Indexkomparator freigegeben wird, wenn der Indexkomparator in der durch die Felddiskontinuität bewirkten Schaltstellung steht. In diesem-Fall dient der Indexkomparator praktisch nur zur Vorbereitung des Indexsignals, dessen den Nullpunkt der Relativstellung zwischen Rotor und Stator bestimmende Flanke dann durch den nächstfolgenden hochgenauen Nulldurchgang des Kommutierungssignals bestimmt wird.

Zweckmäßig ist dabei der Kommutierungskomparator mit einer dynamischen Rückkopplung von seinem Ausgang auf seinen nichtinvertierenden Steuereingang versehen. Im Rückkopplungszweig des Kommutierungskomparators kann für diesen Zweck eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator liegen.

Zur Temperaturkompensation kann, wenn als Magnetfeldsensor ein Hallgenerator vorgesehen ist, letzterer vorteilhaft aus einer SpannungsqueTle gespeist sein, deren Innenwiderstand so gewählt ist, daß der Temperaturkoeffizient der Halldifferenzausgangsspannung vermindert ist. Als Span-

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nungsquelle kann dabei einfach eine aus der Versorgungsspannung gespeiste Kombination aus Vorwiderständen und einem Parallelwiderstand zu den Speisespannungseingängen des Hallgenerators vorgesehen sein.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen kollektorlo

sen Gleichstrommotor mit dauermagnetischem Außenrotor,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung

der Kommutierungs- und Indexsignale bei einem Motor der in Fig. 1 veranschaulichten Art,

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform der

Schaltungsanordnung zur Gewinnung der Kommutierungs- und Indexsignale/

Fig. 4 Signale wie sie bei den Schaltungsan

ordnungen nach den Fign. 2 und 3 auftreten ,

Fign. 5 und 6 zwei weiter abgewandelte Ausführungsformen der Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Kommutierungs- und Indexsignale, sowie

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Fig. 7 Signale, wie sie bei den Schaltungs

anordnungen nach den Fign. 5 und 6 auftreten.

In Fig. 1 ist ein als kollektorloser Gleichstrommotor aufgebauter Außenläufer-Direktantriebsmotor für magnetische Festplattenspeicher veranschaulicht, der insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Der Motor weist ein becherförmiges Rotorgehäuse 11 auf, das konzentrisch zu einer Rotorwelle 12 sitzt und mit dieser über eine Buchse 13" fest verbunden ist, die in eine . Mittelöffnung des Rotorgehäuses eingepreßt ist. In dem aus magnetisch gut leitendem Werkstoff bestehenden Rotorgehäuse 11 sind eine Mehrzahl von Dauermagnetstücken oder ein einteiliger Dauermagnet 14 angebracht, der zusammen mit den Bauteilen 11 bis 13 den Rotor 15 des Motors 10 bildet. Der Dauermagnetring 14 besteht vorzugsweise aus einer Mischung von Hartferrit, z.B. Bariumferrit, und elastischem Material. Es handelt sich also um einen sogenannten Gummimagneten. Dieser ist über der Polteilung trapezförmig oder annähernd trapezförmig bei relativ kleiner Pollücke z.B. vierpolig radial magnetisiert, so daß an der dem zylindrischen Luftspalt 16 zugewendeten Innenseite des Dauermagnetrings 14 in wechselnder Folge zwei magnetische Nordpole und zwei magnetische Südpole vorhanden sind, die jeweils eine Breite von etwa 90° haben. Das Rotorgehäuse 11 kann als Tief ziehteil hergestellt sein. Es stellt einen magnetischen Rückschluß dar. In dem Eckbereich, der von dem Boden 17 des Rotorgehäuses 11 und dem Innenumfang des Dauermagnetrings 14 gebildet wird, ist an mit Bezug auf die Magnetisierung des Ringes 14 vorbestimmter Stelle ein z.B. würfelförmiger Indexmagnet 18 befestigt, 2.B. in das Rotorgehäuse 11 eingeklebt.

Zu dem Stator 20 des Motors 10 gehört Insbesondere ein Wicklungskern 21/ der Im allgemeinen die Form eines Statorblechpakets hat und eine Statorwicklung 22 trägt. Der Wicklungskern 21 ist auf einem rohrförmigen Lagertragteil 23 abgestützt. Die Rotorwelle 12 ist in dem Lagertragteil 23 mit Hilfe von zwei Kugellagern 24, 25 gelagert, die sich mit ihren einander zugewendeten Stirnseiten an entsprechenden Schultern des Lagertragteils 23 abstützen. Eine Tellerfeder 26 legt sich gegen die Unterseite des Innenrings des Kugellagers 24 und die diesem Kugellager zugewendete Stirnseite der Buchse 13 an, wodurch die Kugellager axial gegeneinander verspannt werden. Das Lagertragteil 23 bildet zusammen mit einem Befestigungsflansch 27 ein einstückiges Druckgußteil. Stattdessen kann das Lagertragteil auch mit Preßsitz in einer mit dem Befestigungsflansch verbundenen Nabe sitzen oder mit dem Befestigungsflansch auf andere Weise fest verbunden, z.B. verlötet sein. Der Magnetring 14 und der Wicklungskern 21 begrenzen den Luftspalt 16.

An der Unterseite des Befestigungsflanschs 27 befinden sich ein. Abschirmblech 30 aus magnetisch gut leitendem Werkstoff und eine gedruckte Leiterplatte 31 . Das Abschirmblech 30 verhindert in Verbindung mit dem Rotorgehäuse 11 und dem Kugellager 25 den Austritt von magnetischen Streufeldern in den von den Hartspeicherplatten eingenommenen Raum 32. Auf der Leiterplatte 31 sitzen die Antriebselektronik und gegebenenfalls eine Drehzahlregelschaltung, die nicht näher veranschaulicht sind.

Der Befestigungsflansch 27 gestattet es, den Motor 10 an einer Trennwand eines Festplattenspeichers anzubringen,

die in bekannter Weise (z.B. DE-OS 31 08 204) den Raum 32 vom übrigen Geräteinneren abtrennt. Eine zur Aufnahme einer oder mehrerer Hartspeicherplatten dienende Nabe 34 ist mit dem in Fig. 1 oberen-Ende der Rotorwelle 12 fest verbunden . Um das Lagersystem der Rotorwelle 12 gegenüber dem Speicherplattenaufnahmeraum 32 abzudichten, ist im Bereich zwischen der Nabe 34 und dem Lager 25 eine Magnetflüssigkeitsdichtung 35 in das Lagertragteil 23 eingesetzt. Die Dichtung 35 besteht aus zwei Polstücken 36, 37, einem zwischen den Polstücken sitzenden Permanentmagnetring 38 und einer magnetischen Flüssigkeit, die in einen Ringspalt 39 zwischen dem Magnetring 38 und der Rotorwelle 12 eingebracht ist.

An der Leiterplatte 31 ist auch ein Magnetfeldsensor 41 angebracht, bei dem es sich beispielsweise um einen Hallgenerator handelt und der in geringem Abstand von dem Boden 17 des Rotorgehäuses 11 in dem von dem Dauermagnetring 14 und dem Indexmagnetring 18 erzeugten Magnetfeld liegt.

Entsprechend Fig. 2 ist der eine Ausgang 4 2 des Sensors 41 unmittelbar mit den invertierenden Eingängen 43, 44 eines Kommutierungskomparators 45 und eines Indexkomparators 4 6 verbunden. Der andere Ausgang 47 des Sensors 41, der antivalent mit Bezug auf den Ausgang 42 ist, steht mit'-dem nichtinvertierenden Eingang 48 des Kommutierungskomparators 45 in unmittelbarer Verbindung, während er an den nichtinvertierenden Eingang 49 des Indexkomparators 46 über einen Vorwiderstand 50 angeschlossen ist. Zwischen dem Ausgang des Kommutierungskomparators 45 und dem positiven Speisespannungsanschluß VS liegt ein Widerstand 52. über einen

Rückkopplungswiderstand 53 ist der Ausgang 51 des Komparators 4 5 mit dessen nichtinvertierendem Eingang 48 verbunden. Zwischen dem Anschluß VS und dem anderen Speisespannungsanschluß OV liegt eine Reihenschaltung aus Widerständen 54, 55, 56. Die Verbindungsstelle der Widerstände 54, 55 ist an den Ausgang 57 des Indexkomparators 4 6 angeschlossen, während die Verbindungsstelle der Widerstände 55, 56 mit dem Eingang 49 des !Comparators 4 6 in Verbindung steht.

Zwischen den Ausgängen 42, 47 des Sensors 41 erscheint während jeder 360° Drehung des Rotors 15 ein Ausgangssignal 58 gemäß Fig. 4A. Infolge der vierpoligen Radialmagnetisierung des Dauermagnetrings 14 weist das Signal 58 für jede 360° Periode zwei positive und zwei damit abwechselnde negative Abschnitte 59, 60 von jeweils 90° Breite auf. Die Abschnitte 59 entsprechen beispielsweise dem Vorbeilauf der Südpole an dem Sensor 41, während die Abschnitte 60 auf den Vorbeilauf der Nordpole des Magnetrings 14 an dem Magnetfeldsensor 41 zurückzuführen sind. Wenn der Indexmagnet 18 an dem Sensor 41 vorbeiläuft, bewirkt er eine Felddiskontinuität in Form einer Feldstärkeerhöhung. In dem Ausgangssignal 58 tritt dadurch ein Hocker auf, wie er in Fig. 4A bei 61 angedeutet ist. Dieser Hocker 61 erscheint nur einmal während jeder vollen Umdrehung des Rotors 15. Die Widerstände 52, 53 sind so gewählt, daß der Kommutierungskomparator 45 eine Hysterese derart aufweist, daß seine'beiden Umschaltpunkte in Fig. 4A bei A und C liegen. Das heißt, wenn das Ausgangssignal 58 die dem einen Schaltpunkt A entsprechende obere Schwellenspannung v1 überschreitet, springt der Ausgang 51 des Komparators 45 auf HIGH. Unterschreitet das Ausgangssignal 58 die dem Schaltpunkt C entsprechende, im wesentlichen mit der Nullinie 62 zusammenfallende, untere Schwellen-

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spannung ν 2 des !Comparators 45, springt der Komparatorausgang 51 auf LOW. Die unsymmetrische Belastung der Steuereingänge des Indexkomparators 46 durch die Widerstände 50, 54, 55, 56 erzwingt eine starke Unsymmetrie der Umschaltpunkte B, D (Fig. 4A) des Komparators 46. Die Schaltungsauslegung ist dabei so getroffen, daß die dem einen Schaltpunkt B entsprechende obere Schwellenspannung v3 im Bereich des Höckers 61 liegt, d.h. höher als die Maximalamplitude der Abschnitte 59. Dagegen liegt die dem anderen Umschaltpunkt D des Komparators 46 entsprechende untere Schwellenspannung v4 unterhalb der Nullinie 62, jedoch noch in einem Bereich großer Flankensteilheit des Ausgangssignals 58. Am Ausgang 51 des Kommutierungskomparators 45 erscheint daher das in Fig. 4C dargestellte Kommutierungssignal 63, während am Ausgang 57 des Indexkomparators 46 ein Indexsignal 64 gemäß Fig. 4B auftritt. Die negative Flanke 65 des Indexsignals 64 wird als Indexanzeige, d.h. als Anzeige für die Nullstellung des Rotors 15 gegenüber dem Stator 20, gewertet. Die Lage dieser Flanke 65 ist weitgehend unabhängig von Änderungen der Amplitude des Sensorausgangssignals 58, die beispielsweise durch Temperaturänderungen, Änderungen der Betriebsspannung, Abstandsänderungen zwischen dem Indexmagnet 18 und dem Magnetfeldsensor 41 sowie durch Alterungserscheinungen verursacht sein können. Das Kommutierungssignal geht an eine in Fig. 2 nur schematische angedeutete Kommutierungseinrichtung 66, die' in bekannter Weise aufgebaut sein kann und die ihrerseits die Spulen der Statorwicklung 22 in Abhängigkeit von dem Kommutierungssignal 63 zyklisch mit Strom beaufschlagt.

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Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Schaltungsanordnung, die sich von derjenigen nach Fig. 2 dadurch unterscheidet, daß der Widerstand 56 fehlt sowie ein zusätzlicher Widerstand 68 zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 54 , 55 und dem Ausgang 57 des Indexkomparators 4 6 liegt. Die Widerstände 54, 68 bilden einen Ausgangsspannungsteiler, von dem zur Erzwingung der Unsymmetrie der Umschaltpunkte B, D des Indexkomparators 4 6 eine Ausgangsteilspannung über den Widerstand 55 als Mitkopplungssignal zu dem nichtinvertierenden Steuereingang 49 des Indexkomparators zurückgeführt wird. Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 entspricht im übrigen weitgehend derjenigen, wie sie vorstehend für die Ausführungsform gemäß Fig. 2 anhand Fig. 4 erläutert ist.

Bei dem bevorzugten weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. ist in dem Rückkopplungszweig des Kommutierungskomparators 4 5 zusätzlich ein Kondensator 70 mit dem Widerstand 53 in Reihe geschaltet. Abweichend von den Lösungen der Fign. 2 und 3 ist ferner der Indexmagnet 18 im Bereich eines der beiden Nordpole des Permanentmagnetrings 38 angeordnet. Infolgedessen wird, wie in Fig. 7A dargestellt ist, eine Feldstärkeerhöhung (Diskontinuität) derart bewirkt, daß der Hökker 61 einem der negativen Abschnitte 60 des Ausgangssignals 58 zugeordnet ist. über den Widerstand 53 und den Kondensator 70 erfolgt für den Kommutierungskomparator 45 eine dynamische Rückkopplung. Die Umschaltpunkte A, C des Kommutierungskomparators 45 liegen unmittelbar auf der Nullinie 62 des Magnetfeldsensor-Ausgangssignals 58. Die Widerstände 54, 55, 68 sind so gewählt, daß die Umschaltpunkte B, D so liegen, wie dies in Fig. 7A strichpunktiert angedeutet ist. Das

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heißt, die obere Schwellenspannung v3 liegt etwas über der Nullinie 62, während die untere Schwellenspannung v4 unterhalb der maximalen negativen Amplitude des auf den Magnetring 14 zurückzuführenden Ausgangssignals 58 im Bereich des Höckers 61 liegt. Bei der Schaltungsauslegung gemäß Fig. 5 ist jedoch für eine starke Kopplung zwischen den beiden Komparatoren 45, 4 6 derart gesorgt, daß nach einem am Umschaltpunkt D ausgelösten Umschalten des Indexkomparators 4 6 der Komparator 4 6 durch die darauf folgende positive Flanke 71 des Ausgangssignals 58 zum Zurückkippen gebracht wird, sobald diese Flanke ihren Nulldurchgang durchläuft. Durch diesen Nulldurchgang des Signals 58 wird der Kommutierungskomparator 45 umgeschaltet, der aufgrund der Kopplung beider Komparatoren den Indexkomparator 46 bereits an der dem Umschaltpunkt A entsprechenden, mit dem Nulldurchgang zusammenfallenden Stelle (statt erst am Umschaltpunkt B) ansprechen läßt. Mit anderen Worten, der Indexkomparator 4 6 wird durch die Felddiskontinuität (Hocker 61) vorbereitet. Kippt dann der Kommutierungskomparator 4 5 beim nächsten Nulldurchgang des Signals 58, wirft er aufgrund der durch die dynamische Rückkopplung bewirkten engen Kopplung beider Komparatoren den Indexkomparator 4 6 mit um. Die dabei am Ausgang 57 auftretende positive Flanke 72 fällt mit dem Nulldurchgang des Ausgangssignals 58 genau zusammen. Die Genauigkeit ist im Vergleich zu den Lösungen gemäß den Fign. 2 und 3 weiter gesteigert. Bei einer Zeit von beispielsweise 16.000 με für eine ganze Umdrehung des Rotors 15 lassen sich mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 Genauigkeiten für die Indexanzeige von etwa 8 με ohne weiteres erreichen.

Zwischen dem invertierenden Eingang 43 des Komparators 4 5 und dem Anschluß OV liegt ein Kondensator 73. Dieser verhindert

ein Schwingen des Komparators 45 während der Ubergangsphasen des Ausgangs 51.

In Reihe mit den Speisespannungsanschlüssen 74, 75 des Magnetfeldsensors 41 liegen Vorwiderstände 76, 77. Parallel zu dem Sensor 41 ist ein Widerstand 78 geschaltet. Die Widerstände 76, 77, 78 sind so dimensioniert, daß eine Verminderung des Temperaturkoeffizienten der an den Ausgängen 42, 4 7 auftretenden Halldifferenz-Ausgangsspannung erreicht wird. Damit wird für eine besonders sichere Erkennung der Hocker 61 gesorgt.

Die Schaltungsauslegung gemäß Fig. 6 entspricht weitestgehend der nach Fig. 5. In diesem Falle erfolgt die Speisung dor Anordnung über einen Vorwiderstand 79, mit dem eine Z-Diode 80 in Reihe geschaltet' ist. Auf diese Weise wird für eine Speisespannungsstabilisierung gesorgt.

Gemeinsam ist allen erläuterten Ausführungsbeispielen, daß sie mit einem einzigen Magnetfeldsensor zur Gewinnung der Kommutierungs- und der Indexsignale auskommen. Der Magnetfeldsensor liefert das Ausgangssignal 58 bis herab zu beliebig niedrigen Drehzahlen". Er ist ferner unproblematisch, was Funkstörungen anbelangt.

Die in Fig. 1. veranschaulichte Art der Montage des Indexmagneten 18 und des mit dem Dauermagnetring 14 und dem Indexmagneten unter Bildung eines radialen Luftspalts zusammenwirkenden Magnetfeldsensors 41 hat insofern besondere Vorteile, als der Magnetfeldsensor 41 wirkungsvoll dem Feld der Magnete 14, 18 ausgesetzt, von dem unter einem abweichenden

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Einwirkungswinkel einfallenden Streufeld der Statorwicklung 22 jedoch nur minimal beeinflußt wird. Der Rotor 15 läßt sich vom Stator 20 abziehen bzw. auf den Stator aufsetzen, ohne daß dabei der Indexmagnet 18 im Weg ist. Die axiale Bauhöhe des Motors 10 ist besonders gering. Es versteht sich, daß die vorliegend offenbarte Art der Anbringung des Indexmagneten und des Magnetfeldsensors nicht auf eine bestimmte Ausbildung der Kommutierungssignal- und/oder der Indexsignal-Generatorstufe beschränkt ist.

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Claims

PATENTANWALT DIPL-INC GERHAKD 5CHWAN 3Λ2 1 LSI ELFENSTRASSE 32 · D-8000 MQNCHFN «3 ^ DE-320 Papst-Motoren GmbH & Co. KG 7742 St.Georgen/Schwarzw. Antriebsanordnung für signalverarbeitende Geräte Patentansprüche

1.\ Antriebsanordnung für signalverarbeitende Geräte, insbesondere Plattenspeicher, mit einem direkt antreibenden kollektorlosen Gleichstrommotor, der einen Rotor mit einer Dauermagnetanordnung, die mindestens zwei Polpaare sowie im Bereich eines der Magnetpole eine Felddiskontinuität in Form einer Feldstärkeerhöhung bildet, mindestens einen dem Erfassen der Rotorstellung dienenden, im Feld der Dauermagnetanordnung liegenden stationären Magnetfeldsensor und eine Kommutierungssignal-Generatorstufe aufweist, sowie mit einer in Abhängigkeit von der Felddiskontinuität jeweils ein Indexsignal pro Rotorumdrehung erzeugenden Index-Generatorstufe, wobei die Kommutierungssignal-Generatorstufe mit einem an den Magnetfeldsensorausgang angeschlossenen Kommutierungskomparator versehen ist, dessen beide Umschaltpunkte im Bereich des auf die nicht erhöhte Feldstärke zurückzuführenden Magnetfeldsensor-Ausgangssignals liegen, und die Indexsignal-Generatorstufe einen Indexkomparator aufweist, dessen einer Umschaltpunkt im

FERNSPRECHER: 089/6(112039 - TELEX: 522589 cl_P.i d · KABEL: ELECTRICPAT ENT MUNCHl N!

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Bereich des der Feldstärkeerhöhung entsprechenden Magnetfeldsensor-Ausgangssignals liegt, dadurch gekennzeichnet , daß der Indexkomparator (46) gleichfalls an den einen Magnetfeldsensor (41) angeschlossen ist, daß der andere Umschaltpunkt des Indexkomparators mindestens näherungsweise mit dem Nulldurchgang des Magnetfeldsensor-Ausgangssignals (58) zusammenfällt, und daß die bei Überschreiten des anderen ümschaltpunkts des Indexkomparators auftretende Ausgangsimpulsflanke (65, 72) des Indexkomparators als Indexanzeige gewertet wird.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetfeldsensor (41) ein Hallgenerator mit antivalenten Ausgängen (42, 47) vorgesehen ist, dem die Komparatoren (45, 46) nachgeschaltet sind.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzwingung der Unsymmetrie der Umschaltpunkte des Indexkomparators (46) eine unsymmetrische Belastung der Steuereingänge des Indexkomparators über eine äußere Beschaltung (54, 55, 56) vorgesehen ist,

4. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzwingung der Unsymmetrie der Umschal tpunk te des Indexkomparators (46) an den Ausgang (57) des Indexkomparators ein Ausgangsspannungsteiler (54, 68) angeschlossen ist, von dem eine Ausgangsteilspannung als Mitkopplungssignal zu dem nichtinvertierenden Steuereingang (49) des Indexkomparators zurückgeführt wird.

5. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutierungskomparator (45) mit einer Rückführung (53, 70) versehen ist, die derart ausgebildet ist, daß eine Einwirkung des Kommutierungssignals auf den Steuereingang (49) des Indexkomparators (4 6) erfolgt.

6. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltpunkte des Kommutierungskomparator s (45) genau auf der Nullinie (62) des Magnetfeldsensor-Ausgangssignals (58) liegen.

7. Antriebsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Komparatoren (4 5, 46) derart gekoppelt sind, daß der Kommutierungskomparator (4 5) für ein Einwirken auf den Indexkomparator (46) freigegeben wird, wenn der Indexkomparator in der durch die Felddiskontinuität (61) bewirkten Schaltstellung steht.

8. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutierungskomparator (4 5) mit einer dynamischen Rückkopplung (53, 70) von seinem Ausgang (51) auf seinen nichtinvertierenden Steuereingang

(48) versehen ist.

9. Antriebsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückkopplungszweig des Kommutierungskomparators (45) eine Reihenschaltung aus einem Widerstand (53) und einem Kondensator (70) liegt.

10. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hallgenerator zur Tempora

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turkompensation aus einer Spannungsquelle gespeist ist, deren Innenwiderstand so gewählt ist, daß der Temperaturkoeffizient der Halldifferenzausgangsspannung vermindert ist.

11. Antriebsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsquelle eine an eine Speisespannungsquelle angeschlossene Kombination aus Vorwiderständen (76, 77) und einem Parallelwiderstand (78) zum Hallgenerator vorgesehen ist.

12. Antriebsanordnung für signalverarbeitende Geräte mit einem direkt antreibenden, kollektorlosen Außenläufer-Gleichstrommotor, der einen Rotor mit einer Dauermagnetanordnung, im Feld der Dauermagnetanordnung liegende, stationäre Magnetfeldsensormittel zum Erfassen der Rotorstellung, eine von den Magnetfeldsensormitteln beeinflußte Kommutierungssignal-Generatorstufe, eine von der Kommutierungssignal-Generatorstufe gesteuerte Kommutierungseinrichtung und eine an die Kommutierungseinrichtung angeschlossene Statorwicklungsanordnung aufweist, sowie mit einer von den Magnetfeldsensormitteln gesteuerten, jeweils ein Indexsignal pro Rotorumdrehung erzeugenden Indexsignal-Generatorstufe, wobei die Dauermagnetanordnung einen mindestens zwei Polpaare bildenden ringförmigen Erregermagneten und einen im Bereich eines der Magnetpole des Erregermagneten sitzenden Indexmagneten aufweist, der innerhalb eines Teiles der Polbreite des einen Magnetpols des Erregermagneten für eine Feldstärkeerhöhung sorgt, und wobei der Erregermagnet in einem becherförmigen Rotorgehäuse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Indexmagnet (18) am Boden (17) des Rotorgehäuses (11) und am Innenumfang des

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Erregermagneten (14) sitzt, und daß die Magnetfeldsensormittel mindestens einen der Dauermagnetanordnung (14) mit radialem Luftspalt gegenüberstehenden Magnetfeldsensor (41) aufweisen.

13. Antriebsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor (41) an einer Leiterplatte (31) befestigt ist, die benachbart dem offenen Ende des Rotorgehäuses (11) angeordnet ist.