CN100365724C - 无刷马达以及使用该无刷马达的磁盘驱动设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明的无刷马达，其具有在旋转部件中的记录磁盘并用于使记录磁盘与旋转部件一起旋转，该马达包括用于检测旋转部件的旋转位置的第一位置检测装置和用于检测记录磁盘的旋转位置的第二位置检测装置，其中，通过第一位置检测装置的检测信号产生用于使旋转部件高速旋转的模式，和通过第二位置检测装置的检测信号产生用于使旋转部件低速旋转的模式。因此，能以简单结构获得不同转速的两种旋转状态。

Description

无刷马达以及使用该无刷马达的磁盘驱动设备

技术领域

本发明涉及一种用于使记录磁盘(例如CD和DVD)旋转的无刷马达以及其中安装该无刷马达的磁盘驱动设备。

背景技术

通常，用于使圆盘状记录磁盘旋转的无刷马达包括：固定侧框架；轴，该轴通过轴承而由固定侧框架可旋转地支承；转子，该转子安装在轴上并与该轴成一体旋转；转子磁体，该转子磁体安装在转子上；以及定子，该定子在对着转子磁体的位置处由固定侧框架支承。另外，该转子设有转台，磁盘布置在该转台上，且在其中磁盘布置于转台上的状态下，通过使转子旋转而使得磁盘旋转。

定子包括：定子芯，该定子芯有多个齿；以及例如三相定子绕组，该定子绕组缠绕在芯的各齿上。转子磁体例如形成为柱形，并以多磁极方式被磁化从而使不同磁极沿周向交替排列。当分布在各相定子绕组上的电流方向改变时，定子的磁极沿一个方向旋转，这相对于转子磁体的磁极反复产生吸引和排斥作用。因此，转子能够获得旋转力。

在前述结构中，作为用于检测转子磁体的磁极和转子的旋转位置以便相对各相的定子绕组改变电流分布的装置，多个位置检测传感器(例如与各相相对应的三个)例如霍尔(Hall)元件这样布置在固定侧框架上，以使各传感器移动预定相位。通常，位置检测传感器布置在电路基板上，该电路基板布置在转子磁体的底侧并固定在固定侧框架上，该位置检测传感器还布置在相对于转子磁体的径向内侧，并在定子芯的相邻齿之间。

近年来，数字数据处理速度不断提高，与此相对应，磁盘在前述类型的磁盘旋转马达中已经成功地获得了更高转速。作为近来的趋势，通过使磁盘以很高速度(例如大约12000rpm)旋转来实现高速数据记录和复制。不过，还矛盾地要求使得安装在高速磁盘旋转马达中的磁盘利用该马达以较低速度(例如最多100rpm)旋转。例如，当以各种方式在磁盘(该磁盘利用激光类型拾取设备来在磁盘的记录表面上记录和复制数据)的标记表面上渲染(rendering)/打印数据时，需要使磁盘以低速旋转。不过，通过普通无刷马达(其中只提供了位置检测传感器例如霍尔元件)的旋转控制，不太可能同时满足低速旋转控制和高速旋转控制的要求。

为了满足前述要求而通常采用的一种可能方法是，转子控制成利用位置检测传感器例如霍尔元件而以高速旋转，同时编码器与转子的旋转轴组合，这样，用于控制低速旋转所需的FG脉冲由编码器的旋转检测信号产生，并用于控制低速旋转。不过，在前述方法中，编码器的附加提供将导致结构复杂并增加成本。因此它的缺点是难以减小整个马达的尺寸。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种能够以简化结构控制包括低速旋转和高速旋转的旋转的无刷马达以及提供一种其中安装有该无刷马达的磁盘驱动设备。

本发明的另一主要目的是便宜地提供一种能够控制包括低速旋转和高速旋转的旋转的无刷马达以及提供一种其中安装有该无刷马达的磁盘驱动发备。

本发明的还一目的是以尺寸减小的方式提供一种能够控制包括低速旋转和高速旋转的旋转的无刷马达以及提供一种其中安装有该无刷马达的磁盘驱动设备。

能够实现前述目的的本发明无刷马达包括：第一位置检测装置，用于支承具有转台的转子，圆盘状记录磁盘安装在该转台上，以便能相对于马达框架自由旋转，且该第一位置检测装置还用于检测转子相对于定子的旋转位置；以及第二位置检测装置，用于检测在磁盘上产生的旋转信息，该第二检测装置布置在马达框架的转子附近，并面对转台上的圆盘状磁盘，其中，通过第一位置检测装置的检测信号产生用于使转子高速旋转的高速旋转模式，和通过第二位置检测装置的检测信号产生用于使转子低速旋转的低速旋转模式。

根据本发明的无刷马达，提供了用于通过第一检测装置的检测信号来控制转子旋转的模式以及用于通过第二检测装置的检测信号来控制转子的模式。因此，转子能够在不同的转速范围(该转速范围是低速和高速)内被旋转控制，并能够以简单结构实现在两种不同速度下的旋转控制。而且，本发明的结构很便宜，因为利用磁盘上的图形(pattern)来控制低速旋转，这使得不需要提供昂贵的速度检测装置，例如编码器。

当磁盘驱动设备包括前述无刷马达时，光盘不仅能够在高速下进行旋转控制，而且能在低速下进行旋转控制，这使得使用范围更广。而且，因为能够省去速度检测装置例如编码器，所以能够减小整个设备的尺寸。

附图说明

下面参考附图，该附图形成原始公开的一部分：

图1是本发明优选实施例的无刷马达的俯视图；

图2是图1所示的无刷马达的前视图；

图3是图2中所示的无刷马达中的马达部分的剖视图；

图4是表示在图1中所示的无刷马达、光传感器和磁盘之间的关系的局部俯视图；

图5是图1所示的无刷马达的电连接图。

具体实施方式

下面将参考附图介绍本发明的优选实施例，其中，本发明的无刷马达用于驱动圆盘状光记录盘，例如CD和DVD。

图3是无刷马达中的马达部分的结构的剖视图，其中，圆形通孔3形成于马达框架1中，该马达框架1由金属板部件形成，具有基本柱形形状并由铁、SUS等形成的衬套5插入到通孔3中，且在衬套5底侧的外侧敛缝(caulked)部分51a沿它的外周方向塑性变形，从而对衬套5进行敛缝从而使其固定在框架1上。在衬套5的内侧装有用作滑动轴承的柱形套筒轴承9，轴7穿过该轴承9插入。衬套5的底部开口由密封板11来密封，且圆形推撞板13布置在密封板11的上表面上并在衬套5中。穿过套筒轴承9插入的轴7的底端抵靠推撞板13。轴7通过后面所述的预装载磁体的吸引力而压在推撞板13上，且推撞板13支承推力负载。由于在衬套5中的内侧敛缝部分51b的塑性变形，推撞板13被敛缝且因此固定在衬套5上。

衬套5的上部为具有较小外径的薄柱形形状。在该薄柱形形状的上端形成有径向向外弯曲的冠状部分52。安装在转子内侧的挂钩部件14(后面将介绍)与该冠状部分52啮合，从而使得转子和轴7(后面将介绍)不会从衬套5上滑落。定子芯15a的圆形基座部分装配在台阶形部分53上，该台阶形部分53沿衬套5的外周形成于中心部分处。定子绕组15b缠绕在多个齿上，这些齿从环形基座部分径向向外突出，该环形基座部分构成定子15。

形成为基本倒置的杯形并由磁性材料例如铁形成的转子17包括：主体部分17a该主体部分17a为盘形；下垂部分17b，该下垂部分17b从主体部分17a的外周向下垂；以及柱形部分17c，该柱形部分17c以向上突出的方式形成于主体部分17a的中心，该转子17通过压制成形而形成。

转子17的柱形部分17c装配在轴7的上端，这样，转子17与该轴7成一体旋转。环形预装载磁体18固定装配在定子芯15a的环形基座部分的上表面上，该预装载磁体18面对转子17的主体部分17a，并用于磁吸引转子17，以便向包括转子17的旋转体提供推力。该推力使轴7的底端压在推撞板13上，从而保持转子17的推动位置。

柱形转子磁体19固定地装配在转子17的下垂部分17b的内周表面上，且转子磁体19面对定子15的多个齿的外周表面。转子17的主体部分17a的上表面用作圆盘状转台，作为其上安装有磁盘例如CD和DVD的安装部分，且由环形橡胶形成的缓冲材料21安装在作为转台的主体部分17a的外周上表面上。磁盘通过缓冲材料21来布置。

在转子17的主体部分17a的中心布置有中心凸台部分23，该中心凸台部分由非磁性材料形成，磁盘的中心孔装配在该中心凸台部分23上。中心凸台部分23装配在柱形部分17c的外周上，从而固定在该柱形部分外周上。中心凸台部分23设有多个活动部件25，这些活动部件25基本周向地等间距隔开，以便自由径向运动。活动部件25通过保持在它内部的弹簧26而被提供有径向向外的动力，且活动部件25的爪形边缘部分从中心凸台部分23的外周表面突出。当磁盘安装成使得中心凸台部分23装配至磁盘的中心孔内时，磁盘的内周边缘抵抗弹簧26将各活动部件25推向中心。当磁盘安装在使得它抵靠缓冲部件21的位置处时，各活动部件24的边缘部分置于中心孔的内周表面上，且弹簧26的力使得各活动部件25将磁盘压在转台(主体部分17a)上，这样，磁盘布置在作为转台的、转子17的主体部分17a上。多个弹性的中心排列爪27布置在中心凸台部分23的外周壁上并位于活动部件25之间。当安装磁盘时，弹性的中心排列爪27抵靠磁盘的内周边缘，因此能够调节磁盘的中心。

由FPC形成的电路基板29布置在马达框架1的上表面上。在电路基板29上安装有多个(在本实施例中为3个)霍尔元件31，该霍尔元件31作为用于检测转子17的旋转位置的第一位置检测装置。各霍尔元件31布置在转子磁体19的内周侧，在定子芯15a的相邻齿之间并更靠近齿的外周。假定定子芯15a的齿数为12且定子绕组15b为三相，则霍尔元件31布置在相应的三个相邻狭槽中。

每个霍尔元件31均有磁敏感表面，该磁敏感表面相对于轴7的轴向方向倾斜，且该磁敏感表面布置成与转子磁体19相对。更具体地说，当装入立方体形状的元件盒中时，霍尔元件倾斜，从而相对于作为垂直方向的轴7的轴向方向，其磁敏感表面处于近似水平方向。在盒中的霍尔元件直接布置在电路基板29上，从而位于定子芯15a的预定狭槽内部并钎焊至电路基板的打印图形上。本实施例并不局限于具有相对于轴7的轴向方向倾斜的磁敏感表面的霍尔元件，也可以选择使用具有朝着所述轴向方向的磁敏感表面的霍尔元件。此外，第一位置检测装置并不局限于霍尔元件31。

图1和2分别表示了无刷马达的整个结构。作为第二位置检测装置的光传感器41布置在马达框架1中并位于转子17附近(图中为右手侧)。光传感器41具有在它的上表面上的检测表面，并利用支座42而布置在马达框架1上的、稍微低于转子17的转台的磁盘安装表面的位置处。当圆盘状记录磁盘45布置在转台上时，光传感器41的检测表面面对记录磁盘45，且它们之间有非常小的间隔(大约2mm)。

如上所述，当记录磁盘45的中心孔装配在中心凸台部分23上时该记录磁盘45被支承，从而磁盘的内周部分安装在转子17的磁盘安装表面上。环形的图形形成部分45a同心地形成于磁盘45的内周部分和磁盘外周侧的记录区域之间。因此，当磁盘45安装在转子17上时，在马达框架1上的光传感器41面对图形形成部分45a。如图4所示，在磁盘45的图形形成部分45a中，分别有预定周向宽度的反射图形部分45a1和非反射图形部分45a2沿周向轮替排列。由光传感器41的发光部分41a发出的光在反射图形45a1上反射，然后由光接收部分41b接收，同时，来自发光部分41a的光不会由光接收部分41b接收，因为光在非反射图形部分45a2中被吸收。因此，由光传感器41获得与由图形形成部分45a形成的对比图形相对应的脉冲信号。记录磁盘45的记录表面形成于磁盘的一个表面上，而图形形成部分45a形成于磁盘45的、与记录表面相反的一侧上。

图5是本实施例的无刷马达的电路图，其中示出了形成于马达框架1上的电路基板29上的电路结构。三相定子绕组15b星形连接，然后与连接器61连接。三个霍尔元件31的电源线和信号线与连接器62连接。光传感器41的电源线和信号线与连接器63连接。连接器61至63成一体或单独安装在电路基板29上，从而与磁盘驱动设备的设备侧电路连接，该磁盘驱动设备中安装有马达。

在设备侧电路中包括有马达驱动控制电路，该马达驱动控制电路有从一个模式切换至另一个模式的功能，该模式是高速旋转模式和低速旋转模式。当设置为高速旋转模式时，马达驱动控制电路根据来自霍尔元件31的位置检测信号而以切换方式向三相的定子绕组15b供电，并根据由设备侧供给的速度控制信号(CLV、CAV)来控制高速旋转(例如12000rpm)。当设置为低速旋转模式时，马达驱动控制电路根据来自光传感器41的位置检测信号(图形信号)而以切换方式向三相的定子绕组15b供电，并根据由设备侧供给的速度控制信号(CLV、CAV)来控制低速旋转(例如40-100rpm)。

如上所述，前述无刷马达布置在磁盘驱动设备内部，且用于访问磁盘表面的激光类型拾取设备布置在磁盘驱动设备中，以便相对于安装在转子17的磁盘安装表面上的磁盘45沿磁盘45的径向方向在马达框架1侧运动。

当磁盘45在其记录表面面对马达框架1侧的状态下安装于转子17的磁盘安装表面上并对磁盘进行记录/复制操作时，设备侧电路选择高速模式，且开始向定子绕组15b供电。而且，转子根据来自三个霍尔元件31的位置检测信号被控制高速旋转，并通过拾取设备的操作而对磁盘45的记录表面进行操作，例如读出或写入信息。

相反，当磁盘45在其记录表面面对与马达框架1侧相反的一侧的状态下安装于转子17的磁盘安装表面上并对磁盘的标记表面进行打印处理操作时，设备侧电路选择低速模式并开始向三个定子绕组15b供电。而且，光传感器41对磁盘45的图形信息部分45a进行位置检测，从而转子17根据来自光传感器41的位置检测信号被控制低速旋转。因此，通过拾取设备而照射在以低速旋转的磁盘45上的激光根据预定的渲染数据被控制，以便对标记表面进行渲染处理(打印处理)。

根据前述实施例，当马达以低速旋转时，只要光传感器41布置在转子17附近，就不需要利用普通编码器来产生FG脉冲。因此，本实施例不仅能提供简化结构，而且能够提供减小尺寸的结构和便宜的结构。当低速旋转时，通过检测形成于自身旋转的磁盘45上的图形形成部分45a能够而控制磁盘45的旋转速度，从而实现在低速旋转时的稳定控制。

本发明并不局限于前述实施例，在本发明的范围内也能够以不同于实施例的各种方式而变化。例如，布置在马达框架1中转子17附近的光传感器41通过作为单独部件的支座42而安装在马达框架1上。作为一种可选结构，支座42可以切割并升高(cut-and-raised)的方式成一体地形成于马达框架1中，且光传感器41安装在该支座42上。

Claims (6)

1.一种无刷马达，用于在无刷马达停止时使安装在其上的记录磁盘旋转，该记录磁盘上有图形，该无刷马达包括：

静止部件；

旋转部件，该旋转部件相对于静止部件旋转，该旋转部件有磁盘安装部分，记录磁盘安装在该磁盘安装部分上；

第一位置检测装置，用于检测旋转部件的第一旋转位置，其中第一位置检测装置的检测信号用于控制处于第一旋转速度的无刷马达；

第二位置检测装置，用于检测形成于磁盘上的图形，该磁盘安装在磁盘安装部分上，其中第二位置检测装置的检测信号用于控制处于第二旋转速度的无刷马达，该第二旋转速度与第一旋转速度不同。

2.根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于：

所述第二位置检测装置由光检测元件形成，该光检测元件用于对形成于记录磁盘上的图形进行光检测。

3.根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于：

所述旋转部件包括磁体，第一位置检测装置由磁检测元件形成，该磁检测元件用于检测磁体的磁通密度。

4.根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于：

所述第二旋转速度低于第一旋转速度。

5.一种磁盘驱动设备，该设备中安装有如权利要求1所述的无刷马达，其中：

安装在马达的磁盘安装部分上的记录磁盘是光盘，在磁盘的马达框架侧还设有用于对磁盘进行记录/复制操作的激光类型拾取设备。

6.根据权利要求5所述的磁盘驱动设备，其特征在于：

当所述记录磁盘安装在无刷马达的磁盘安装部分上，且磁盘表面上的信息记录区域面对马达框架侧时，转子由第一位置检测装置的检测信号旋转控制，且当记录磁盘安装在磁盘安装部分上且磁盘表面面对与马达框架侧相反的一侧时，转子由第二位置检测装置的检测信号旋转控制。

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