用於驅動可移動部件的驅動系統和包括這種驅動系統的盤驅動單元的製作方法

2023-08-11 07:25:26 3

專利名稱：用於驅動可移動部件的驅動系統和包括這種驅動系統的盤驅動單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於驅動可移動部件的驅動系統，這種驅動系統包括 底座和驅動馬達，底座包括用於引導可移動部件的引導裝置，驅動馬達包括定子和轉子/轉換器(translator),定子相對於底座部件固定， 且轉子/轉換器可在馬達的啟動時相對於定子移動。
背景技術：
這種驅動系統可用在要求可移動部件的小而精確的移動的用途 中。例如，這些用途中的一種是與光碟驅動器一起使用的光學系統中 的驅動系統。在這些光學系統中， 一個或多個透鏡必須能夠移動彼此 之間的位置。這種移動大多數由包括電馬達的驅動系統來進行。這種 驅動系統通常配有旋轉馬達。這種馬達通過傳動裝置如齒輪或傳送帶 驅動可移動部件。這種類型的驅動器的缺點在於在馬達與可移動部件 之間的傳動裝置中可出現遊隙(play)。這種傳動裝置還增加驅動系統 的尺寸。一種替代驅動系統避免了這些問題，這種替代驅動系統包括直接 驅動馬達。在此情形中，將可移動部件結合在驅動系統的馬達中，且 在可移動部件進行平移移動的情況下，可選擇線性馬達。線性馬達的問題在於並不自動切斷，這就要求馬達的恆定開啟以 保持可移動部件的位置。這就增加功率消耗。解決這種問題進而並不 恆定地使馬達通電而保持可移動部件的位置的方法是增加可移動部件 與底座之間的摩擦。不過，這種增加的摩擦的缺點在於引入了靜摩擦， 這種靜摩擦與動力學摩擦有著實質上的不同。由於需要大的電流來克 服靜摩擦，所以靜摩擦使得線性馬達的效率不高。而且，在使用這些 大電流時會引入超調(overshoot)問題。發明內容本發明的目的在於提供一種驅動系統，在這種驅動系統中，以簡 單而又有效的方式解決了由靜摩擦所產生的問題。為了實現這種目的，本發明提供一種用於驅動可移動部件的驅動 系統，這種驅動系統包括底座、驅動馬達和復位機構，底座包括用於 引導可移動部件的引導裝置，驅動馬達包括定子和轉子/轉換器，定子 相對於底座固定，轉子/轉換器可在馬達的啟動時相對於定子移動，且 復位機構連接在轉子/轉換器與可移動部件之間，以使轉子/轉換器在驅 動馬達的靜止條件下處於相對於可移動部件的起動位置，其中，可移 動部件的一部分在轉子/轉換器的移動路徑內，而在可移動部件的該部 分與處於轉子/轉換器的起動位置的轉子/轉換器之間有自由行程。通過在轉子/轉換器與可移動部件之間引入自由行程，轉子/轉換器 就能夠在接觸可移動部件之前增加速度。因此，轉子/轉換器的質量就 會撞擊可移動部件，而且，由於這種撞擊的原因，在轉子/轉換器中加 載的能量就立即轉移到可移動部件並產生沖擊波。出於這種沖擊波的 原因，也會在以相對較低的水平將馬達通電時克服靜摩擦。可用至少兩種方式對根據本發明的驅動系統進行控制。 一種方式 是將馬達恆定地通電 一定的時間，這個時間足以用於可移動部件到達 所要求的位置。另一種方式是用較短的脈衝將馬達通電，優選這些脈 沖具有匹配於驅動系統的固有頻率，以在確定數量的脈衝之後達到可 移動部件的最終位置。優選這種驅動系統符合權利要求2，這樣就可根據相同的原理以相 反的方向移動可移動部件。在電馬達中，可通過切換電流的方向來容 易地切換移動方向。雖然本發明非常適合於具有轉子的迴轉馬達，但主要用途是權利 要求3的用途，即作為線性馬達。權利要求4限定了驅動系統的一種簡單的實施例，其中，復位機 構包括至少一個彈簧構件。根據馬達的結構，彈簧構件可具有所有種 類的形狀。在限定於權利要求4的特定實施例中，若彈簧構件如權利 要求6所限定的那樣基本上是片簧，則是有利的，因為這種基本上呈 片簧的彈簧幾乎不會增加驅動系統的尺寸。優選地，根據本發明的驅動系統的驅動馬達是電馬達，如權利要 求7所限定的那樣，這種電馬達便於使用，但也可構思出其它布置。根據權利要求8的驅動系統的實施例的優點在於，轉換器磁體在 保持可移動部件於底座的滑動接合時具有其它的功能。這也將用於可移動部件的摩擦引入，在已將可移動部件移動之後保持可移動部件的 位置時希望有這種摩擦。權利要求10限定了一種調整驅動系統的方式，根據這種方式，將一種質量附接到該磁體。通過改變這種質量的重量(如通過布置不同 類型的質量)，就可改變脈沖大小。本發明還包括盤驅動單元。根據本發明的盤驅動單元在權利要求12中限定。從下面的參考附圖的描述就會明白本發明的這些和其它方面，這 些圖通過示例示出了本發明的實施例。


圖1是根據本發明的盤驅動單元的完全示意性截面。圖2是圖1的設備中的光學系統的放大比例的示意性平面圖。圖3、 4、 5、 6分別是圖2的光學系統的實施例的移去底座的放大比例的側視圖、縱向截面圖、仰視透視圖和平面透視圖。圖7和8分別是根據本發明的驅動系統的另一個實施例的縱向截面圖和側—見透^見圖。圖9是用在圖3至圖6的驅動系統中的復位彈簧的替代實施例的透視圖。
具體實施方式
附圖示出了盤驅動單元的實施例。這種盤驅動單元可用在從盤讀 和/或在盤上寫數據的設備中，這種盤如光碟等。盤驅動單元用在其中 的這種設備可以是可攜式或固定式設備，如音頻或視頻播放器和/或記 錄器或數據盤讀出器和/或寫入器。此實施例中的光碟可以是高速 CD/DVD/藍光碟等。如圖1所示，盤驅動單元包括容納盤驅動單元的外殼1。盤驅動單 元包括光學系統2,光學系統2包括光學拾取單元3和用於支撐盤D的 從動轉盤4。圖2更詳細地示出了光學系統2。圖中示出的是用於在盤D上讀和 /或寫信息的光學拾取單元3和雷射源5。雷射源5與盤D之間的光路 由包括多個鏡和透鏡的光學系統2確定。可通過根據本發明的驅動系統將一個透鏡6A位移。透鏡6A是用於確定雷射聚焦在光碟D中的哪 個層上的準直儀透鏡。通過位移這種準直儀透鏡6A,就將雷射系統的 焦點切換至盤D中的另一個層。盤D可包括幾個層，可將信息儲存在 這幾個層上。 一些盤還可包括可達12個的信息層。圖3至圖6以較大比例更詳細地示出了驅動系統。這種驅動系統 包括底座7，優選底座7在驅動系統的運行期間固定。底座7支撐可移 動部件8，在此情形中，可移動部件8以帶有透鏡保持器6的單件式形 成，透鏡保持器6保持透鏡6A。可移動部件8由直線滑動引導裝置9 相對於底座7引導，以使可移動部件8能夠進行相對於底座7的平移 移動。這種可移動部件包括與底座7上的兩個止動面11配合的凸件10， 以限制透鏡保持器6的最大行程。底座7和可移動部件8基本上包圍馬達，該馬達包括線圏定子12 和轉換器，在此示例中，轉換器由磁體13形成。定子12包括繞在線 圈架15上的線圈14。線圈架15呈圓柱形並允許轉換器磁體13的通過。 線圏14連接到電壓源，這種電壓源能夠用所希望的脈衝(脈沖形狀、 脈衝高度、頻率等)指引電流。轉換器磁體13不僅與定子12的線圈14配合，而且也與底座7內 的可磁化構件16配合，底座7使磁體13被以可磁化構件16的方向吸 引，從而使可移動部件8處於並保持與底座7接合。這就在引導裝置9 的部件之間產生壓力，從而在處於引導裝置9的位置的可移動部件8 與底座7之間產生靜摩擦。這種靜摩擦將可移動部件8穩定在所希望 的位置，以使驅動系統自動切斷，且不必保持將驅動系統通電以將可 移動部件保持在確定位置。如圖4所示，轉換器磁體13設有肩部17,這些肩部17中的每一 個適合於與各自的可移動部件的部分18配合，可移動部件的部分18 包圍位於轉換器磁體13的每個端部的較小直徑的部分19。在圖4中示 出了當轉換器磁體13處於驅動系統的靜止位置時，在每個肩部17與 各自的可移動部件8的部分18之間有自由空間或自由行程20。由於驅 動系統適合於以兩個相對的方向配合，所以這種靜止位置是轉換器磁 體13相對於可移動部件8的中心位置。為了使轉換器磁體13處於該中心靜止位置，設有復位機構，在此 實施例中，這種復位機構包括彈簧構件21。每個彈簧構件21的一個部分連接到伸長的轉換器磁體13的相應自由端部，該自由端部從可移動 部件8伸出。每個彈簧構件21的另一個部分附接到可移動部件8的相 鄰部分，在圖5中，這種附接通過兩個安裝銷22實現。這些安裝銷22 將各自的彈簧構件21以兩個位置固定，這兩個位置相對於彈簧構件21 的磁體安裝位置對稱。這些彈簧構件21具有基本上呈片簧的設計，以 使這些彈簧構件21幾乎不會增加驅動系統的尺寸。當轉換器磁體13相對於可移動部件8移動時，彈簧構件21會彎曲， 且這種彎曲力會作用於轉換器磁體13上，以將轉換器磁體13復位到 一種位置，在這種位置中，彈簧構件21未彎曲。示於圖4至圖7的驅動系統的運行如下圖4示出了處於靜止位置的驅動系統。轉換器磁體13處於相對於 可移動部件8的中心位置，在此位置中，彈簧構件21未彎曲並因此而 並不在轉換器磁體13上施加力(這些彈簧可以以相反的方向施加相等 的力)。轉換器磁體13也處於相對於定子12的中心位置，這就意味 著透鏡保持器6處於其中心位置並可被以兩個相反的方向位移。最大 行程通常會是磁體14突出到定子12之外的長度，或者是由凸件10在 可移動部件8和底座7上的止動面11上所確定的更加受限的4亍程。在根據圖4的位置中，當通過定子12的線圈14指引電流時，將會 根據電流的方向向左或向右推動轉換器磁體13。當轉換器磁體開始移 動時，唯一會發生的事情是將彈簧構件21彎曲。這些彈簧構件21的 彎曲剛度通常很低，以至於彎曲力不足以克服可移動部件8的靜摩擦 力。因此，轉換器磁體13會繼續移動，直到以一個方向的自由行程20 被降低到零且轉換器磁體13的各自的肩部17撞擊可移動部件8的各 自的部分。這種撞擊會在可移動部件8中產生衝擊波，而且，出於這 種衝擊波的原因，靜摩擦將被克服且可移動部件8會開始與轉換器磁 體13—起移動。若僅產生短電流脈沖，則可移動部件8會根據由於轉 換器磁體13的質量和速度的原因而導致的傳遞到可移動部件8的能量 移動一段距離。線圈14中的電流一被中斷且轉換器磁體的脈沖一^f皮吸收，轉換器 磁體13就會被彈簧構件21推至其相對於可移動部件的中心靜止位置。 轉換器磁體13 —到達其中心靜止位置，驅動系統就準備新的電流脈衝。 將對可移動部件8的位置進行測量，且只要可移動部件8未到達所希望的位置，就會產生新的電流來繼續進一步地移動可移動部件8。優選 脈沖頻率匹配於驅動系統的固有頻率，因為這樣會降低能量消耗。或者，只要可移動部件8未到達其所希望的位置，就保持將定子 線圏14通電，且只要由傳感器所感測的可移動部件8到達其所希望的 位置，就僅將馬達斷電。在作為盤驅動單元的光學系統中的準直儀透鏡的驅動系統的用途 中，驅動系統可小至約6x5x4mm,且透鏡的最大位移為0.75mm。可 移動部件的最大位移越小，驅動系統的尺寸就越小，尤其是縱向方向的尺寸。正如前面所指出的那樣，透鏡保持器6會根據加載到移動的轉換 器磁體13中的能量的量移動一段距離。能量的量取決於幾個參數，如 轉換器磁體13的自由行程、轉換器磁體13的質量、磁體材料進而磁 場的強度、彈簧構件21的張力和剛度、電脈沖陡度(脈沖形狀)和通 過線圏14的電流等。透鏡保持器6的位移取決於多個參數，如從轉換器磁體13與可移 動部件8之間的撞擊中自由出去的能量的量、可移動部件8與底座7 之間的(動力學)摩擦、可移動部件8與透鏡保持器6的組成的組件 的質量、任何增加的阻尼以及脈沖的頻率和形狀(電流的大小和脈沖 的長度)等。可通過改變這些參數中的一個或多個來將驅動系統調整到其特定功能。圖7和圖8示出了根據本發明的驅動系統的另一個實施例，在該 實施例中，可通過附接到轉換器磁體13的端部的一個或多個增加的質 量23的使用來進行這種調整。通過這些增加的質量23，可改變轉換器 磁體13的總重量，並因此而改變轉換器磁體13在給定電流的脈衝。圖9示出了以彈簧24的形式的復位機構的替代實施例，這種彈簧 24具有不同的形狀。這種彈簧具有三個臂25,且這三個臂25的自由 端部應連接到可移動部件8。從前面的描述可以明白，本發明提供一種可製得非常小的驅動系 統，這種驅動系統可靠、簡單且精確，並且能耗效率高。在目前優選的實施例中，盤D是光學數據盤。不過，應理解，本 發明還可用於所有種類的盤，如《失電、磁、磁光、光學、近場有源電荷存儲盤或利用這些技術或其它讀和/或寫技術的組合的其它盤。此外， 根據本發明的驅動系統還可用在其它用途中，如用在攝影機中的馬達 驅動的變焦透鏡中和醫療設備中，如聽診器。應注意，在說明書和權利要求書中，術語"轉子/轉換器"表示相 關的器件是轉子或轉換器。表達方式"一種"的使用並不排除複數形 式的使用，而表達方式"包括"並不排除其它的元件或步驟。權利要 求書中的任何附圖標記不應解釋為對權利要求書的範圍進行限制。本發明並不限於示於圖中的在前面描述的實施例，在並不脫離所 附的權利要求書的範圍的情況下，可以用幾種方式對該實施例進行變 化。例如，可以用另一種方式如純粹的機械方式來獲得可移動部件與 底座的可滑動接合。復位機構可包括其它機械部件，或者起到電氣等 作用。
權利要求
1.一種用於驅動可移動部件(8)的驅動系統，所述驅動系統包括底座(7)、驅動馬達和復位機構(21)，所述底座(7)包括用於引導所述可移動部件的引導裝置(9)，所述驅動馬達包括定子(12)和轉子/轉換器(13)，所述定子(12)相對於所述底座固定，所述轉子/轉換器(13)可在啟動時相對於所述定子移動，且所述復位機構(21)連接在所述轉子/轉換器與所述可移動部件之間，以使所述轉子/轉換器在所述驅動馬達的靜止條件下處於相對於所述可移動部件的起動位置，其中，所述可移動部件(8)的部分(18)在所述轉子/轉換器(13)的移動路徑內，且在所述可移動部件的所述部分與處於所述轉子/轉換器的起動位置的所述轉子/轉換器之間有自由行程(20)。
2. 如權利要求1所述的驅動系統，其特徵在於所述轉子/轉換器 (13)適於以相反的方向移動，且所述轉子/轉換器的所述自由行程(20)以相反的方向出現。
3. 如權利要求1所述的驅動系統，其特徵在於所述定子(12) 與適於進行線性移動的轉換器(13)配合。
4. 如權利要求1所述的驅動系統，其特徵在於所述復位機構(21、 22)包括至少一個彈簧構件(21)。
5. 如權利要求4所述的驅動系統，其特徵在於所述轉換器(13) 是一種伸長構件，且一個彈簧構件(21)連接在所述轉換器(13)的 一個端部與所述底座(7)的相鄰部分之間。
6. 如權利要求5所述的驅動系統，其特徵在於所述彈簧構件(21) 是基本上橫向於所述可驅動部件(8)的移動方向進行定位的片簧。
7. 如權利要求1所述的驅動系統，其特徵在於所述定子(12) 包括至少一個線圈(14),且所述轉子/轉換器(13)包括磁體。
8. 如權利要求7所述的驅動系統，其特徵在於通過線性引導裝 置(9)在所述底座(7)上引導所述可移動部件(8),而所述底座包 括至少一個可磁化構件(16),這樣確定所述至少一個可磁化構件(16) 的位置，以使所述轉換器磁體(13)與所述可磁化構件(16)之間的
9.如權利要求8所述的驅動系統，其特徵在於所述轉換器磁體 (13)位於所述線性引導裝置(9)與所述可磁化構件(16)之間。
10. 如權利要求1所述的驅動系統，其特徵在於至少一個質量 附接到所述磁體。
11. 如權利要求5所述的驅動系統，其特徵在於所述驅動控制 適於用匹配於所述驅動系統的固有頻率的頻率將所述驅動器的線圈通 電。
12. 盤驅動單元，所述盤驅動單元包括如上述權利要求中的任何 一項所述的驅動系統，並且包括光學系統，所述光學系統包括光學拾 取單元和用於支撐光碟的可轉動轉盤。
全文摘要
本發明提供一種用於驅動盤驅動單元中的光學系統的透鏡保持器(6)的驅動系統。這種驅動系統包括連接到該透鏡保持器的可移動部件(8)和底座(7)，底座(7)包括用於引導該可移動部件的引導裝置(9)。驅動馬達包括定子(12)和轉換器(13)，定子(12)相對於底座固定，且轉換器(13)在馬達啟動時可相對於定子移動。復位機構(21)連接在轉換器與可移動部件之間，以使轉子/轉換器在驅動馬達的靜止條件下處於相對於可移動部件的起動位置。可移動部件的部分(18)在轉換器的移動路徑內，而在可移動部件的該部分與處於轉換器的起動位置的轉換器之間有自由行程(20)。這樣，轉換器就會撞擊可移動部件，從而克服可移動部件與底座之間的靜摩擦。
文檔編號G11B7/135GK101238512SQ200680029198
公開日2008年8月6日 申請日期2006年7月28日 優先權日2005年8月8日
發明者W·C·J·比爾霍夫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司