带驱动盒式磁带中磁带张力的电机控制 本发明涉及计算机的带驱动盒式磁带，具体来说，涉及保持盒式磁带中磁带的适当张力的方法。
美国专利第3,692,255号(Von Behren)中原始公开了一种高度成功的弹性带驱动的数据盒式磁带。在该文献中，一种盒式磁带具有从相反方向卷绕在毂部上的磁带和将磁带导过磁带驱动读/写头的导销。弹性带局部包绕着毂部上的磁带卷以及包绕着角部滚轮和驱动滚轮。弹性带是通电机驱动盘的摩擦转动而被驱动的。只要在弹性带上保持充分的张力，弹性带的运动就可同时移动磁带。在角部滚轮处的摩擦将差动地拉伸弹性带，从而在磁带中产生张力，使磁带可以适当地与读/写头接合。
过去，主要是通过精心控制滚轮上的摩擦量来维持磁带张力。近来。已有人提出使用磁带，如PCT专利申请第WO 93/22767号(Alexander等)。
上述两种技术的问题都在于，它们依赖恒定的功率通量来克服摩擦或磁滞并保持适当的磁带张力。驱动器必须提供上述功率。无论驱动器电子装置本身变得多么有效，驱动器都总要消耗功率以克服摩擦或磁滞，在盒式磁带中产生热量。
理论上非带驱动盒式磁带可以避免上述摩擦损耗。例如，美国专利第3,733,529号(Ross等)。第4,256,996号(Brooks等)和第4,696,439号(Sukigara等)都提通过其毂部的非带驱动盒式磁带。在每种上述设计中，一个电动机/发电机连接于其毂部。当磁带在一个方向上被驱动时，上述两个电动机/发电机之一用作驱动磁带的电动机，而另一个则用作在磁带上提供曳力的发电机。当磁带以反向运行时，上述作用反转。在各种情形中，磁带适当张力是通过精心控制在电动机和发电机间施加的力之差而保持的。
虽然上述设计理论上可克服摩擦问题，但是它们也有自身的缺陷。首先，每个电机必须相当大，这是由于取决于磁带运行方向它可能是主驱动电机。第二，控制的复杂度可能要求很高，这是由于毂部转速取决于任意给定时刻绕在毂部上的磁带卷地尺寸会有很大变化。因此，这种系统在理论上是可能的，但却是昂贵的。
本发明的目的是提供一种带驱动盒式磁带和驱动器，其中，磁带张力至少部分是由与正常驱动电机分开的张力控制电机来保持的。驱动电机可以设置来移动弹性带，因而磁带在很大程度上是采用与过去相同的方式。张力控制电机则用作电动机或发电机以便驱动或阻滞盒式磁带中的弹性带滚轮中的一个，以便保持适当的磁带张力。
上述结构克服上述的所有问题。摩擦损失可以减至最小并不再是一种要求。为维持弹性带和磁带上的张力，凡当需要大的曳力时，张力控制电机即用作发电机，从而产生反馈至电源的电力而不是完全消耗于摩擦或磁滞。另外，虽然驱动电机必须与现有的驱动电机有大约相同的尺寸，但是，张力控制电机可以相当小。它需要作用的唯一的力是维持磁带张力所需的很小的力。只有驱动电机而不是张力控制电机才需要较大尺寸来在某一方向上移动磁带。
在这种设计中用于驱动弹性带所需要的转速范围要远远小于用于直接驱动毂部所述的转速范围，这是由于一磁带卷圆周变小时，另一磁带卷则变大。因此，弹性带的速度范围较小。这使电机可为上述小转范围而不是为毂部驱动电机所需很宽转速范围而最佳化。控制可以通过磁带张力传感器和张力控制电机控制装置之间的一反馈环来保持，或者取决于所需的磁带张力控制量而通过其它较简单的机构来保持。
因此所得到的磁带和驱动器与现有的系统相比较可具有较低的功耗。另外，磁带张力可以通过张力控制反馈系统精确地保持，而不是通过对滚轮摩擦的最初的制造控制来大致地保持(通过对滚轮摩擦的最初的制造控制来维持的磁带张力由于磨损会变劣)。
附图的简要说明：
图1是按照本发明的驱动器和盒式磁带的第一实施例的平面图。
图2是图1的盒式磁带的侧视图。
图3是按照本发明的驱动器和盒式磁带的第二实施例的平面图。
图4是按照本发明的驱动器和盒式磁带的第三实施例的平面图。
图5至9表示按照本发明的控制系统的各实施例。
图1表示按照本发明的盒式磁带和驱动器的第一实施例。盒式磁带100具有以相反方向围绕毂部103的磁带102。在盒式磁带100中，磁带102由角部导带件105和导销106引导穿过读/写开口107。驱动带110包绕着磁带围绕毂部103形成的卷盘。驱动表面116，117是驱动滚轮111和张力控制滚轮112的一部分或安装在其上，因此，驱动表面116，117的运动将分别驱动滚轮111，112或使其减速。如图2所示，检修孔119，120在盒式磁带100的邻近于驱动表面116，117的壁121上形成，因而从盒式磁带100之外可接近驱动表面。
按照本发明的驱动器123包括一个读/写头124，一个带有适当驱动齿轮或圆盘的驱动电机125，一个带有类似驱动齿轮或圆盘的张力控制电机126，以及一个它的控制系统。驱动器最好还包括一个磁带张力传感器128。驱动器123包括发挥驱动器功能所需的全部多种元件，例如装载机构，解释读/写头从磁带检测到的磁信号及在磁带上写入的电路，以及使读/写头相对于磁带定位的电路等。上述驱动器元件是本专业技术人员熟知的，因而本文不再赘述。
如果按照本发明的盒式磁带100设置在按照本发明的驱动器123中，如图1所示，那么，头124则设置得邻近于读/写开口107，在那里它可接近磁带102。驱动电机125的驱动盘抵靠驱动滚轮的驱动表面116，与其作传动接触，而张力控制电机126的驱动盘以类似方式与张力控制滚轮的驱动表面117作传动接触。为使磁带在任一方向上前进，电机125驱动驱动表面116，该驱动表面又驱动驱动滚轮112。驱动滚轮112和带110之间的摩擦接触使带在被驱动方向上移动。
本专业技术人员懂得，两个滚轮112，124的作用与原美国专利第3,692,255号中原来的滚轮的作用非常相同，只要滚轮112，114受到适量的摩擦或磁滞，就会在适当的部位产生磁带张力差。但是如上所述，这种必须的摩擦是这种盒式磁带主要动力消耗源。
与之鲜明对照，按照本发明，角部滚轮111，112，113，114的安装使其能够以最小的摩擦转动(即，它们以经济上可行的，几乎无摩擦的方式安装)。这是因为按照本发明，张力是使用张力控制电机126而不是靠摩擦形成和控制，因而摩擦除了是需尽量减小的动力消耗外别无意义。
按照本发明，控制系统127操纵张力控制电机126以便驱动张力控制驱动表面117，从而以适当的方向驱动张力控制滚轮112，以便在带110上形成适当的张力。一般来说，这意味着将张力控制电机用作发电机。由于当在一方向运转时带110通过上部的磁带卷盘，而当以相反方向运转时通过角部滚轮114拉动滚轮112。也可以在一个方向将张力控制电机126用作发电机以增加磁带张力，而在另一方向用作电动机以减小磁带张力，不过，这样对系统的控制则更为复杂。在任一种情形中，张力控制电机126作用在带上的牵引力将取决于电流量或控制系统127加在其上的电压。
控制系统最好实际控制驱动电机125和张力控制电机126两者，以便在磁带102上维持适当的张力，它可以由磁带张力传感器128连续检测。但是下面将要讲到也可以使用其它的控制系统。
显然，为了减小动力损失，滚轮的摩擦最好尽可能小。当张力控制电机126必须提供牵引力时，它用作发电机，因而那里的功率损失可被回收以供系统使用并可反馈至驱动电机125。
具体那些滚轮为驱动电机和张力控制电机而用，以及是否使用全部四个滚轮，对于本发明来说并不是关键。关键在于驱动电机和张力控制电机是在磁带卷盘的两个相对“侧”。也就是说，无论带采取那条路线从一个电机驱动滚轮到达另一个，它都必须经过两电机之间的磁带卷盘之一。
显然，驱动电机和张力控制电机不必有相同的尺寸。具体来说，驱动电机应该具有适当的尺寸以便为读或写，以及快速前进和快速重绕，提供需要的速度范围。另一方面，张力控制电机可以小得多，这是由于它只需要提供维持驱动带和磁带上适当张力的较小的力。
图3表示按照本发明的盒式磁带及驱动器的另一实施例。与图1零件作用基本相同的零件使用相应的标号，只是以200而不是以100起头，并且不再赘述。显著的差别在于，现在磁带是由导带件204而不是由角部导带件105和导销106导向。驱动表面216是驱动滚轮211上，驱动滚轮211在带驱动的盒式磁带中位于驱动滚轮更为传统的位置上，也就是说，朝向盒式磁带前部的中心。带则包绕着角部滚轮212，213，214，215。张力控制驱动表面217现在设置在角部滚轮212上。最后，张力控制传感器设在读/写头224的支承结构内部，由通至控制系统227的双实线代表。
本实施例胜过第一实施例的优点在于，所有的驱动和读/写位置都在盒式磁带的一侧，从而有可能简化驱动器结构。还可以注意到，虽然驱动滚轮211和张力控制滚轮212都在盒式磁带的同一侧，但是它们仍在磁带卷的两相对“侧”，这是由于当带210从滚轮211至滚轮212或从滚轮212至滚轮211时，带210包绕着左侧的磁带卷。
按照本发明的另一方面，为了使盒式磁带中可装入的磁带量最大，对滚轮和毂部在驱动器中的位置进行了再布置。
图4表示按照本发明的盒式磁带的另一实施例。与前述零件相应的零件使用相应的标号，只是以300起头，且对其不再赘述。
本实施例的显著区别在于，毂部303从盒式磁带300的中心线偏置，因而其磁带卷可更好地伸向盒式磁带的角部。盒式磁带300本身更接近于方形。由于这些变化，使盒式磁带300可显著容纳更多的磁带。如图所示，在盒式磁带300中也将驱动滚轮311和驱动表面316设置在盒的上角部。
按照本发明的另一个方面，将电机装入盒式磁带的盒中，因而滚轮之一本身就是张力控制电机。适当的导线设置在驱动器外部以便连接于控制系统。这进一步简化了驱动器。
本实施例最显著的区别在于，张力控制电机326的设置。在本实施例中，角部滚轮314较大，而且是磁敏感的张力控制电机326位于滚轮314上方或下方，与滚轮314感应耦合以控制驱动中的张力。张力控制电机326可以与其它实施例中一样，是驱动器的一部分。或者，由于对张力控制电机的功率要求很低，实际上电机可嵌入或压在盒式磁带本身的底板或顶板表面上，然后再通过适当的导线322连接于控制系统327。其优点在于保证了良好的感应耦合或直接的机械连接，但是不利之处在于，在每个盒式磁带中都需要生产这种电机，而不是每个驱动器只需一个。
图5示意地表示在上述各实施例中用作控制系统127，227，327的一种可能的控制系统。图5所示实施例是一种闭环系统。在该系统中，变换器400(它可以是单独的变换器或是与头或头的支承结构为整体的变换器)产生一个代表在头上的磁带张力的信号。该信号通过线401送至放大器402，放大器将放大信号送至线403。线403将放大信号送至一反相放大器404，反相放大器404将反相信号送至线405。线403，405也分别连至门电路408，409。控制系统也包括一个在线411上的信号，它代表磁带运行方向。线411上的信号控制门电路409的工作，同时送至一个反相器412。反相器412的输出送至线413，从而控制门电路408的工作。取决于线411上的信号，系统将闭合门电路408或门电路409，并半得到的信号送至线415。线415的信号又送至驱动线路416，其输出控制电动机/发电机417的工作。如图所示，电机417接地。
图6表示替代的开环控制系统。在本系统中，处理器430保持追踪磁带的活磁带路径的位置和磁带运行的方向。存储在存储器431中的查找表含有关于以磁带位置为基础的为了保持驱动带中适当张力由电机提供的牵引力和附加转矩输出的信息。处理器430反复确定磁带的运行位置和方向，以磁带运行位置和方向为基础查对存储器431中的查找表，向放大器432提供适当的信号送往电机驱动电路433和电机434，以便控制电动机/发电机434的动作。
虽然可以使用这种开环控制系统，但是它的缺点在于，要求事先了解精确的磁带插入驱动器的特性，要限制驱动器的挠性，并要求在非易失性存储器中储存磁带位置或在系统动力故障时重卷磁带的某些方法。
图7表示另一替代实施例。在该实施例中，控制系统不是直接测定磁带位置或使用开环方法，而是利用下述事实：磁带张力取决于电机提供的转矩盖。所测定的是电机电流的差，而不是测定磁带张力本身。现参阅图7，处理器440定期检查线441上的信号，该信号代表电机442的电机电流。转速表443也通过线444向处理器440提供电机442的转向和速度的指示。同样，线447向处理器440提供代表电机448电流的信号，转速表449通过线450指示电机448的转向和速度。处理器440定期检查电机442，448的电机电流，转向和速度，并将其与存储在存储器451中的含有电机442，448特性的查找表进行比较。上述查找表以电机电流、转向和速度为基础指示每个电机所产生的转矩大小。处理器440确定电机442，448所产生的力，确定与预定的所需磁带张力比较的力的净差值，并将适当的控制信号送至驱动电路452，453，从而适当地调节电机转速。
与开环系统不同，本系统无需事先了解盒式磁带，而只要事先了解电机。由于对于一定的驱动器来说，电机不再变化，因而这并不构成一个问题。另外，本系统对于不对的工作条件可方便地允许磁带张力水平的改变，例如，在读/写工作和快速前进之间，可以简单地改变在比较中所使用的预定的磁带张力。
图8是控制系统的另一实施例。在该系统中，张力控制电机470连接在一侧的接地和通过一电阻472在另一侧的接地之间。电机470总是作为一个发电机在运转。因而在带上产生的牵引力以及因此在带上引起的张力是由电阻472的大小确定的。电阻472最好是一个可变电阻以便在制造过程中可以调节电阻大小，并对不地的速度设定磁带张力。这种结构的优点是简单而且成本低廉，但是缺点是牵引能量被电阻472消耗而不是反馈到系统中，而且牵引力只对于特定的速度才是恒定的。
图9是使用电流控制的更精致一些的设计。发电机480在一侧直接接地，在另一侧通过可变电流件482，483接地。在本系统中，通过可变电流件482，483的电流是以反馈信号为基础来控制的，例如，该反馈信号来自测量磁带张力的变换器485。如果电流件482，483只允许电流单向流动，则设置二极管486，487。
显然，上述例举的各实施例并不限制本发明的范围。本专业技术人员可根据以上的描述作出各种改变而无需创造性劳动。上面的描述是为公开本发明而例举的实施例。因此，本发明并不局限于所描述的实施例，也不局限于使用上面提到的特定元件、尺寸、材料或结构，而是覆盖了落入权利要求书所限定范围的对本发明的各种修改和变化。