CN101238512A - 用于驱动可移动部件的驱动系统和包括这种驱动系统的盘驱动单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于驱动盘驱动单元中的光学系统的透镜保持器(6)的驱动系统。这种驱动系统包括连接到该透镜保持器的可移动部件(8)和底座(7)，底座(7)包括用于引导该可移动部件的引导装置(9)。驱动马达包括定子(12)和转换器(13)，定子(12)相对于底座固定，且转换器(13)在马达启动时可相对于定子移动。复位机构(21)连接在转换器与可移动部件之间，以使转子/转换器在驱动马达的静止条件下处于相对于可移动部件的起动位置。可移动部件的部分(18)在转换器的移动路径内，而在可移动部件的该部分与处于转换器的起动位置的转换器之间有自由行程(20)。这样，转换器就会撞击可移动部件，从而克服可移动部件与底座之间的静摩擦。

Description

用于驱动可移动部件的驱动系统和包括这种驱动系统的盘驱动单元

技术领域

本发明涉及用于驱动可移动部件的驱动系统，这种驱动系统包括底座和驱动马达，底座包括用于引导可移动部件的引导装置，驱动马达包括定子和转子/转换器(translator)，定子相对于底座部件固定，且转子/转换器可在马达的启动时相对于定子移动。

背景技术

这种驱动系统可用在要求可移动部件的小而精确的移动的用途中。例如，这些用途中的一种是与光盘驱动器一起使用的光学系统中的驱动系统。在这些光学系统中，一个或多个透镜必须能够移动彼此之间的位置。这种移动大多数由包括电马达的驱动系统来进行。这种驱动系统通常配有旋转马达。这种马达通过传动装置如齿轮或传送带驱动可移动部件。这种类型的驱动器的缺点在于在马达与可移动部件之间的传动装置中可出现游隙(play)。这种传动装置还增加驱动系统的尺寸。

一种替代驱动系统避免了这些问题，这种替代驱动系统包括直接驱动马达。在此情形中，将可移动部件结合在驱动系统的马达中，且在可移动部件进行平移移动的情况下，可选择线性马达。

线性马达的问题在于并不自动切断，这就要求马达的恒定开启以保持可移动部件的位置。这就增加功率消耗。解决这种问题进而并不恒定地使马达通电而保持可移动部件的位置的方法是增加可移动部件与底座之间的摩擦。不过，这种增加的摩擦的缺点在于引入了静摩擦，这种静摩擦与动力学摩擦有着实质上的不同。由于需要大的电流来克服静摩擦，所以静摩擦使得线性马达的效率不高。而且，在使用这些大电流时会引入超调(overshoot)问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种驱动系统，在这种驱动系统中，以简单而又有效的方式解决了由静摩擦所产生的问题。

为了实现这种目的，本发明提供一种用于驱动可移动部件的驱动系统，这种驱动系统包括底座、驱动马达和复位机构，底座包括用于引导可移动部件的引导装置，驱动马达包括定子和转子/转换器，定子相对于底座固定，转子/转换器可在马达的启动时相对于定子移动，且复位机构连接在转子/转换器与可移动部件之间，以使转子/转换器在驱动马达的静止条件下处于相对于可移动部件的起动位置，其中，可移动部件的一部分在转子/转换器的移动路径内，而在可移动部件的该部分与处于转子/转换器的起动位置的转子/转换器之间有自由行程。

通过在转子/转换器与可移动部件之间引入自由行程，转子/转换器就能够在接触可移动部件之前增加速度。因此，转子/转换器的质量就会撞击可移动部件，而且，由于这种撞击的原因，在转子/转换器中加载的能量就立即转移到可移动部件并产生冲击波。出于这种冲击波的原因，也会在以相对较低的水平将马达通电时克服静摩擦。

可用至少两种方式对根据本发明的驱动系统进行控制。一种方式是将马达恒定地通电一定的时间，这个时间足以用于可移动部件到达所要求的位置。另一种方式是用较短的脉冲将马达通电，优选这些脉冲具有匹配于驱动系统的固有频率，以在确定数量的脉冲之后达到可移动部件的最终位置。

优选这种驱动系统符合权利要求2，这样就可根据相同的原理以相反的方向移动可移动部件。在电马达中，可通过切换电流的方向来容易地切换移动方向。

虽然本发明非常适合于具有转子的回转马达，但主要用途是权利要求3的用途，即作为线性马达。

权利要求4限定了驱动系统的一种简单的实施例，其中，复位机构包括至少一个弹簧构件。根据马达的结构，弹簧构件可具有所有种类的形状。在限定于权利要求4的特定实施例中，若弹簧构件如权利要求6所限定的那样基本上是片簧，则是有利的，因为这种基本上呈片簧的弹簧几乎不会增加驱动系统的尺寸。

优选地，根据本发明的驱动系统的驱动马达是电马达，如权利要求7所限定的那样，这种电马达便于使用，但也可构思出其它布置。

根据权利要求8的驱动系统的实施例的优点在于，转换器磁体在保持可移动部件于底座的滑动接合时具有其它的功能。这也将用于可移动部件的摩擦引入，在已将可移动部件移动之后保持可移动部件的位置时希望有这种摩擦。

权利要求10限定了一种调整驱动系统的方式，根据这种方式，将一种质量附接到该磁体。通过改变这种质量的重量(如通过布置不同类型的质量)，就可改变脉冲大小。

本发明还包括盘驱动单元。根据本发明的盘驱动单元在权利要求12中限定。

从下面的参考附图的描述就会明白本发明的这些和其它方面，这些图通过示例示出了本发明的实施例。

附图说明

图1是根据本发明的盘驱动单元的完全示意性截面。

图2是图1的设备中的光学系统的放大比例的示意性平面图。

图3、4、5、6分别是图2的光学系统的实施例的移去底座的放大比例的侧视图、纵向截面图、仰视透视图和平面透视图。

图7和8分别是根据本发明的驱动系统的另一个实施例的纵向截面图和侧视透视图。

图9是用在图3至图6的驱动系统中的复位弹簧的替代实施例的透视图。

具体实施方式

附图示出了盘驱动单元的实施例。这种盘驱动单元可用在从盘读和/或在盘上写数据的设备中，这种盘如光盘等。盘驱动单元用在其中的这种设备可以是便携式或固定式设备，如音频或视频播放器和/或记录器或数据盘读出器和/或写入器。此实施例中的光盘可以是高速CD/DVD/蓝光盘等。

如图1所示，盘驱动单元包括容纳盘驱动单元的外壳1。盘驱动单元包括光学系统2，光学系统2包括光学拾取单元3和用于支撑盘D的从动转盘4。

图2更详细地示出了光学系统2。图中示出的是用于在盘D上读和/或写信息的光学拾取单元3和激光源5。激光源5与盘D之间的光路由包括多个镜和透镜的光学系统2确定。可通过根据本发明的驱动系统将一个透镜6A位移。透镜6A是用于确定激光聚焦在光盘D中的哪个层上的准直仪透镜。通过位移这种准直仪透镜6A，就将激光系统的焦点切换至盘D中的另一个层。盘D可包括几个层，可将信息储存在这几个层上。一些盘还可包括可达12个的信息层。

图3至图6以较大比例更详细地示出了驱动系统。这种驱动系统包括底座7，优选底座7在驱动系统的运行期间固定。底座7支撑可移动部件8，在此情形中，可移动部件8以带有透镜保持器6的单件式形成，透镜保持器6保持透镜6A。可移动部件8由直线滑动引导装置9相对于底座7引导，以使可移动部件8能够进行相对于底座7的平移移动。这种可移动部件包括与底座7上的两个止动面11配合的凸件10，以限制透镜保持器6的最大行程。

底座7和可移动部件8基本上包围马达，该马达包括线圈定子12和转换器，在此示例中，转换器由磁体13形成。定子12包括绕在线圈架15上的线圈14。线圈架15呈圆柱形并允许转换器磁体13的通过。线圈14连接到电压源，这种电压源能够用所希望的脉冲(脉冲形状、脉冲高度、频率等)指引电流。

转换器磁体13不仅与定子12的线圈14配合，而且也与底座7内的可磁化构件16配合，底座7使磁体13被以可磁化构件16的方向吸引，从而使可移动部件8处于并保持与底座7接合。这就在引导装置9的部件之间产生压力，从而在处于引导装置9的位置的可移动部件8与底座7之间产生静摩擦。这种静摩擦将可移动部件8稳定在所希望的位置，以使驱动系统自动切断，且不必保持将驱动系统通电以将可移动部件保持在确定位置。

如图4所示，转换器磁体13设有肩部17，这些肩部17中的每一个适合于与各自的可移动部件的部分18配合，可移动部件的部分18包围位于转换器磁体13的每个端部的较小直径的部分19。在图4中示出了当转换器磁体13处于驱动系统的静止位置时，在每个肩部17与各自的可移动部件8的部分18之间有自由空间或自由行程20。由于驱动系统适合于以两个相对的方向配合，所以这种静止位置是转换器磁体13相对于可移动部件8的中心位置。

为了使转换器磁体13处于该中心静止位置，设有复位机构，在此实施例中，这种复位机构包括弹簧构件21。每个弹簧构件21的一个部分连接到伸长的转换器磁体13的相应自由端部，该自由端部从可移动部件8伸出。每个弹簧构件21的另一个部分附接到可移动部件8的相邻部分，在图5中，这种附接通过两个安装销22实现。这些安装销22将各自的弹簧构件21以两个位置固定，这两个位置相对于弹簧构件21的磁体安装位置对称。这些弹簧构件21具有基本上呈片簧的设计，以使这些弹簧构件21几乎不会增加驱动系统的尺寸。

当转换器磁体13相对于可移动部件8移动时，弹簧构件21会弯曲，且这种弯曲力会作用于转换器磁体13上，以将转换器磁体13复位到一种位置，在这种位置中，弹簧构件21未弯曲。

示于图4至图7的驱动系统的运行如下：

图4示出了处于静止位置的驱动系统。转换器磁体13处于相对于可移动部件8的中心位置，在此位置中，弹簧构件21未弯曲并因此而并不在转换器磁体13上施加力(这些弹簧可以以相反的方向施加相等的力)。转换器磁体13也处于相对于定子12的中心位置，这就意味着透镜保持器6处于其中心位置并可被以两个相反的方向位移。最大行程通常会是磁体14突出到定子12之外的长度，或者是由凸件10在可移动部件8和底座7上的止动面11上所确定的更加受限的行程。

在根据图4的位置中，当通过定子12的线圈14指引电流时，将会根据电流的方向向左或向右推动转换器磁体13。当转换器磁体开始移动时，唯一会发生的事情是将弹簧构件21弯曲。这些弹簧构件21的弯曲刚度通常很低，以至于弯曲力不足以克服可移动部件8的静摩擦力。因此，转换器磁体13会继续移动，直到以一个方向的自由行程20被降低到零且转换器磁体13的各自的肩部17撞击可移动部件8的各自的部分。这种撞击会在可移动部件8中产生冲击波，而且，出于这种冲击波的原因，静摩擦将被克服且可移动部件8会开始与转换器磁体13一起移动。若仅产生短电流脉冲，则可移动部件8会根据由于转换器磁体13的质量和速度的原因而导致的传递到可移动部件8的能量移动一段距离。

线圈14中的电流一被中断且转换器磁体的脉冲一被吸收，转换器磁体13就会被弹簧构件21推至其相对于可移动部件的中心静止位置。转换器磁体13一到达其中心静止位置，驱动系统就准备新的电流脉冲。将对可移动部件8的位置进行测量，且只要可移动部件8未到达所希望的位置，就会产生新的电流来继续进一步地移动可移动部件8。优选脉冲频率匹配于驱动系统的固有频率，因为这样会降低能量消耗。

或者，只要可移动部件8未到达其所希望的位置，就保持将定子线圈14通电，且只要由传感器所感测的可移动部件8到达其所希望的位置，就仅将马达断电。

在作为盘驱动单元的光学系统中的准直仪透镜的驱动系统的用途中，驱动系统可小至约6×5×4mm，且透镜的最大位移为0.75mm。可移动部件的最大位移越小，驱动系统的尺寸就越小，尤其是纵向方向的尺寸。

正如前面所指出的那样，透镜保持器6会根据加载到移动的转换器磁体13中的能量的量移动一段距离。能量的量取决于几个参数，如转换器磁体13的自由行程、转换器磁体13的质量、磁体材料进而磁场的强度、弹簧构件21的张力和刚度、电脉冲陡度(脉冲形状)和通过线圈14的电流等。

透镜保持器6的位移取决于多个参数，如从转换器磁体13与可移动部件8之间的撞击中自由出去的能量的量、可移动部件8与底座7之间的(动力学)摩擦、可移动部件8与透镜保持器6的组成的组件的质量、任何增加的阻尼以及脉冲的频率和形状(电流的大小和脉冲的长度)等。

可通过改变这些参数中的一个或多个来将驱动系统调整到其特定功能。

图7和图8示出了根据本发明的驱动系统的另一个实施例，在该实施例中，可通过附接到转换器磁体13的端部的一个或多个增加的质量23的使用来进行这种调整。通过这些增加的质量23，可改变转换器磁体13的总重量，并因此而改变转换器磁体13在给定电流的脉冲。

图9示出了以弹簧24的形式的复位机构的替代实施例，这种弹簧24具有不同的形状。这种弹簧具有三个臂25，且这三个臂25的自由端部应连接到可移动部件8。

从前面的描述可以明白，本发明提供一种可制得非常小的驱动系统，这种驱动系统可靠、简单且精确，并且能耗效率高。

在目前优选的实施例中，盘D是光学数据盘。不过，应理解，本发明还可用于所有种类的盘，如铁电、磁、磁光、光学、近场有源电荷存储盘或利用这些技术或其它读和/或写技术的组合的其它盘。此外，根据本发明的驱动系统还可用在其它用途中，如用在摄影机中的马达驱动的变焦透镜中和医疗设备中，如听诊器。

应注意，在说明书和权利要求书中，术语“转子/转换器”表示相关的器件是转子或转换器。表达方式“一种”的使用并不排除复数形式的使用，而表达方式“包括”并不排除其它的元件或步骤。权利要求书中的任何附图标记不应解释为对权利要求书的范围进行限制。

本发明并不限于示于图中的在前面描述的实施例，在并不脱离所附的权利要求书的范围的情况下，可以用几种方式对该实施例进行变化。例如，可以用另一种方式如纯粹的机械方式来获得可移动部件与底座的可滑动接合。复位机构可包括其它机械部件，或者起到电气等作用。

Claims (12)

1.一种用于驱动可移动部件(8)的驱动系统，所述驱动系统包括底座(7)、驱动马达和复位机构(21)，所述底座(7)包括用于引导所述可移动部件的引导装置(9)，所述驱动马达包括定子(12)和转子/转换器(13)，所述定子(12)相对于所述底座固定，所述转子/转换器(13)可在启动时相对于所述定子移动，且所述复位机构(21)连接在所述转子/转换器与所述可移动部件之间，以使所述转子/转换器在所述驱动马达的静止条件下处于相对于所述可移动部件的起动位置，其中，所述可移动部件(8)的部分(18)在所述转子/转换器(13)的移动路径内，且在所述可移动部件的所述部分与处于所述转子/转换器的起动位置的所述转子/转换器之间有自由行程(20)。

2.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于：所述转子/转换器(13)适于以相反的方向移动，且所述转子/转换器的所述自由行程(20)以相反的方向出现。

3.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于：所述定子(12)与适于进行线性移动的转换器(13)配合。

4.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于：所述复位机构(21、22)包括至少一个弹簧构件(21)。

5.如权利要求4所述的驱动系统，其特征在于：所述转换器(13)是一种伸长构件，且一个弹簧构件(21)连接在所述转换器(13)的一个端部与所述底座(7)的相邻部分之间。

6.如权利要求5所述的驱动系统，其特征在于：所述弹簧构件(21)是基本上横向于所述可驱动部件(8)的移动方向进行定位的片簧。

7.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于：所述定子(12)包括至少一个线圈(14)，且所述转子/转换器(13)包括磁体。

8.如权利要求7所述的驱动系统，其特征在于：通过线性引导装置(9)在所述底座(7)上引导所述可移动部件(8)，而所述底座包括至少一个可磁化构件(16)，这样确定所述至少一个可磁化构件(16)的位置，以使所述转换器磁体(13)与所述可磁化构件(16)之间的相互作用来保持所述可移动部件与所述底座滑动接合。

9.如权利要求8所述的驱动系统，其特征在于：所述转换器磁体(13)位于所述线性引导装置(9)与所述可磁化构件(16)之间。

10.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于：至少一个质量附接到所述磁体。

11.如权利要求5所述的驱动系统，其特征在于：所述驱动控制适于用匹配于所述驱动系统的固有频率的频率将所述驱动器的线圈通电。

12.盘驱动单元，所述盘驱动单元包括如上述权利要求中的任何一项所述的驱动系统，并且包括光学系统，所述光学系统包括光学拾取单元和用于支撑光盘的可转动转盘。

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