CN102800329B - 音圈马达及具有该音圈马达的磁盘驱动单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于磁盘驱动单元的音圈马达，其包括外磁铁及可移动地位于所述外磁铁上方的驱动线圈，所述外磁铁具有主体部，该主体部具有磁北极、磁南极及位于所述磁北极和磁南极之间的过渡面，所述外磁铁还具有一从所述主体部的中部延伸出来以增加扭力的突起，从而改善所述音圈马达的性能。本发明同时揭露了具有所述音圈马达的磁盘驱动单元。

Description

音圈马达及具有该音圈马达的磁盘驱动单元
技术领域
本发明涉及一种磁盘驱动设备，尤其涉及一种具有新型磁铁设计的音圈马达及具有该音圈马达的磁盘驱动单元。
背景技术
一种常见的信息存储设备是磁盘驱动系统，其使用磁性媒介来存储数据，并且用设置于该磁性媒介上方的可移动读写头来选择性地从磁性媒介上读取数据或将数据写在磁性媒介上。
传统的磁盘驱动器(harddiskdrive，HDD)一般包括磁盘，使得磁盘高速旋转的主轴马达，带有向所述磁盘读写数据的磁头的磁头悬臂组合(headstackingassembly，HSA)，用于控制所述磁头悬臂组合运动的音圈马达(voicecoilmotor，VCM))，上述部件均安装在一壳体内。
目前，被制造出来并于市场上出售的音圈马达有两种类型。用于传统磁盘驱动器的一种通用类型的音圈马达(VCM)包括驱动线圈及分别位于所述驱动线圈底部和顶部的两块磁铁，这样的音圈马达被称为“双磁铁设计”。该类型的音圈马达具有双磁铁以形成封闭的磁场，从而具有较少的磁通量损失而获得较大的有效磁通密度。通常，较大的磁通密度会产生较大的扭力，扭力的较好线性有利于改善磁盘驱动器的读写性能。
如图1所示，另一种类型的音圈马达800包括单独的一块磁铁810，该磁铁810位于驱动线圈820的底部或顶部，此结构称为“单磁铁设计”。基于该单块磁铁的结构，具有单磁铁设计的音圈马达800可以减少其制造和组装成本。此外，该单磁铁设计具有较少的表面积，因此，可以节省包括镍等用于电镀磁铁810表面的原始材料，从而减少材料成本及环境污染。然而，磁铁810具有中性区813，该中性区813为磁北极811和磁南极812的过渡面。该区域的磁通密度小于磁铁810的其他区域，而该现有的单块磁铁810不能形成封闭的磁场以减少磁通量的损失，因此，该单块磁铁810在中性区相较双磁铁具有较小的有效磁通密度，该传统的单磁铁810在中性区产生的扭力小于双磁铁在该区域产生的扭力。所以，为了更好地利用单磁铁810的中性区，我们需要增加该中性区的扭力以改善磁盘驱动单元内径到外径的扭力的直线度。
因此，急需提供一种具有新型磁铁设计的音圈马达以改善扭力的线性而克服上述缺陷。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种具有新型磁铁设计的音圈马达以提供较好的扭力线性，从而改善音圈马达的性能。
本发明的另一目的在于提供一种磁盘驱动单元，该磁盘驱动单元包括具有新型磁铁设计的音圈马达以提供较好的扭力线性，从而改善磁盘驱动单元的性能。
为了达到上述目的，本发明提供一种用于磁盘驱动单元的音圈马达，该音圈马达包括外磁铁及可移动地位于所述外磁铁上方的驱动线圈，所述外磁铁具有主体部，该主体部具有磁北极、磁南极及位于所述磁北极和磁南极之间的过渡面，所述外磁铁还具有一从所述主体部的中部延伸出来以增加扭力的突起，从而改善所述音圈马达的性能。
在本发明的一优选实施例中，所述突起沿着平行于所述驱动线圈的方向延伸。
较佳地，所述突起具有位于所述磁北极的第一边缘、位于所述磁南极的第二边缘及连接所述第一边缘和第二边缘的顶边缘。
较佳地，所述第一边缘及第二边缘均平行于所述过渡面，所述顶边缘垂直于所述过渡面。
较佳地，所述驱动线圈具有顶臂、底臂、第一侧臂及第二侧臂，所述第一侧臂和第二侧臂均与所述顶臂和底臂相连接。
较佳地，当所述驱动线圈移动到所述第一侧臂最靠近所述过渡面的位置时，所述突起的第一边缘与所述驱动线圈的第一侧臂之间的距离小于1.3mm。
较佳地，当所述驱动线圈移动到所述第二侧臂最靠近所述过渡面的位置时，所述突起的第二边缘与所述驱动线圈的第二侧臂之间的距离小于1.3mm。
较佳地，当所述驱动线圈移动到其中心与所述外磁铁的中心相重合的位置时，所述突起的顶边缘与所述驱动线圈的顶臂之间的距离小于0.5mm。
较佳地，所述外磁铁具有对称的结构。
较佳地，所述外磁铁的主体部呈弧形状。
同样较佳地，所述驱动线圈呈扇形状。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种磁盘驱动单元，该磁盘驱动单元包括其上安装有磁头的磁头折片组合、与所述磁头折片组合连接的驱动臂、磁盘、驱动所述磁盘旋转的主轴马达及与所述驱动臂连接的音圈马达。所述音圈马达包括外磁铁及可移动地位于所述外磁铁上方的驱动线圈，所述外磁铁具有主体部，该主体部具有磁北极、磁南极及位于所述磁北极和磁南极之间的过渡面，所述外磁铁还具有一从所述主体部的中部延伸出来以增加扭力的突起，从而改善所述音圈马达的性能。
与现有技术相比，本发明音圈马达包括单个外磁铁，该外磁铁的中部形成有突起，该突起可以增加外磁铁中性区(过渡面)的扭力以提供更好的扭力线性，从而改善所述音圈马达的性能。此外，基于单磁铁的结构，具有单磁铁设计的该音圈马达可以简化制造及组装工艺，从而降低制造及组装成本。
通过以下的描述并结合附图，本发明的技术内容、构造特征、所达目的及效果将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为传统音圈马达的顶视图。
图2为本发明一实施例的音圈马达的顶视图。
图3a为图2所示音圈马达中外磁铁的顶视图。
图3b为图2所示音圈马达中驱动线圈的顶视图。
图4为一示意图，其展示了图3b所示驱动线圈的运动轨迹。
图5为一图表，其展示了图2所示音圈马达和图1所示传统音圈马达之间的扭力线性的对比。
图6为展示了图3b所示驱动线圈的右极限位置的示意图。
图7为展示了主扭力随着参数A变化的曲线图。
图8为展示了图3b所示驱动线圈的左极限位置的示意图。
图9为展示了主扭力随着参数B变化的曲线图。
图10为展示了图3b所示驱动线圈的中立位置的示意图。
图11为展示了主扭力随着参数C变化的曲线图。
图12为本发明一实施例的磁盘驱动单元的立体图。
具体实施方式
以下将结合附图描述本发明的各个实施例，其中，各个附图中相同的标记表示相同的元件。如上所述，本发明提供一种用于磁盘驱动单元的音圈马达，该音圈马达包括外磁铁及可移动地位于所述外磁铁上方的驱动线圈，所述外磁铁具有主体部，该主体部具有磁北极、磁南极及位于所述磁北极和磁南极之间的过渡面，所述外磁铁还具有一从所述主体部的中部延伸出来以增加扭力的突起，从而改善所述音圈马达的性能。
图2展示了本发明一实施例中用于磁盘驱动单元的音圈马达的具体结构。参照图2，本发明音圈马达100包括外磁铁110及可移动地位于所述外磁铁110上方的驱动线圈120。具体地，当所述音圈马达100安装到磁盘驱动单元时，所述外磁铁110置于磁盘驱动单元的基座内，而所述驱动线圈120连接到一驱动臂的尾部。
参照图2和图3a，所述外磁铁110具有主体部111和从所述主体部111的中部延伸出来的突起112，在本实施例中，该突起112沿着平行于所述驱动线圈120的方向延伸。具体地，所述主体部111和所述突起112一体成型而形成一体式结构。在一较佳实施例中，所述外磁铁110的主体部111呈弧形状，而整个外磁铁110为一对称结构。所述外磁铁110具有磁北极110a、磁南极110b及位于所述磁北极110a和磁南极110b之间的过渡面110c。在该实施例中，所述外磁铁110的中心线与将所述外磁铁110划分为两极的过渡面110c相重合。
如图3a所示，所述突起112具有第一边缘112a、第二边缘112b及顶边缘112c，所述第一边缘112a位于所述外磁铁110的磁北极110a，所述第二边缘112b位于所述外磁铁110的磁南极110b，所述顶边缘112c连接所述第一边缘112a和所述第二边缘112b。在一较佳实施例中，所述第一边缘112a和第二边缘112b均平行于所述过渡面110c，而所述顶边缘112c则垂直于所述过渡面110c。需要注意的是，所述突起112及整个外磁铁110并不局限于上述形状和结构，其他可实现相同功能的设计均可被采用。
如图3b所示，在本实施例中，所述驱动线圈120具有顶臂121、底臂122、第一侧臂123及第二侧臂124，所述第一侧臂123和所述第二侧臂124均与所述顶臂121和所述底臂122相连接。较佳地，所述驱动线圈120是由线缆缠绕而成并呈扇形状。可理解地，所述驱动线圈120并不局限于扇形，其他规则形状的线圈，例如圆形线圈，或甚至是非规则形状的线圈均可用于本发明。
如上所述，所述驱动线圈120置于所述外磁铁110的上方且可于所述外磁铁110的两端之间移动，如图4所示。具体地，当磁盘驱动单元处于工作状态时，所述驱动线圈120可以从图6所示的右极限位置移动到图8所示的左极限位置，从而，安装在磁头折片组合的的磁头可受控于所述音圈马达100而在磁盘上从其内径移动到其外径。如图5所示，所述驱动线圈120的上述轨迹被定义为一个从0度到45度的移动范围。从图5可见，在所述驱动线圈120的该移动范围内，由所述音圈马达100所产生的主扭力曲线图L2几乎为一直线，而由传统音圈马达800产生的主扭力曲线图L1的两端处明显出现倾斜。可见，具有突起112的音圈马达100的主扭力曲线图L2相比没有突起的传统音圈马达800的扭力曲线图L2具有较好的线性。
图6为展示了驱动线圈120的右极限位置的示意图。如图6所示，当驱动线圈120到达右极限位置时，即所述驱动线圈120的第一侧臂123最靠近所述外磁铁110的过渡面110c时，所述第一侧臂123大致平行于所述过渡面110c，且除了所述第一侧臂123外，几乎整个驱动线圈12正对着所述外磁铁110的磁南极110b。当所述驱动线圈120位于上述右极限位置时，所述突起112的第一边缘112a与所述驱动线圈120的第一侧臂123之间存在一距离，在本实施例中，将该距离称为参数A。参照图7，其展示了主扭力随着参数A变化的图表。由图7可见，当所述参数A增加到1mm时，主扭力的值大约为7.8mNm/A，该值与图5所示的大多数扭力值(与线圈轨迹从10度到35度相对应的中间部分)相吻合，因此，可以推断出当参数A小于1mm时，其有利于改善主扭力曲线图一端的线性。
图8为展示了驱动线圈120的左极限位置的示意图。如图8所示，当驱动线圈120到达左极限位置时，即所述驱动线圈120的第二侧臂124最靠近所述外磁铁110的过渡面110c时，所述第二侧臂124大致平行于所述过渡面110c，且除了所述第二侧臂124外，几乎整个驱动线圈120正对着所述外磁铁110的磁北极110a。当所述驱动线圈120位于上述左极限位置时，所述突起112的第二边缘112b与所述驱动线圈120的第二侧臂124之间存在一距离，在本实施例中，将该距离称为参数B。参照图9，其展示了主扭力随着参数B变化的图表。由图9可见，当所述参数B增加到1mm时，主扭力的值大约为7.8mNm/A，该值与图5所示的大多数扭力值(与线圈轨迹从10度到35度相对应的中间部分)相吻合，因此，可以推断出当参数A小于1mm时，其有利于改善主扭力曲线图另一端的线性。
图10为展示了驱动线圈120的中立位置的示意图。如图10所示，当驱动线圈120到达中立位置时，所述驱动线圈120的中心与所述外磁铁110的中心相重合，从而，所述驱动线圈120的一半对着所述外磁铁110的磁北极110a而其另一半对着所述外磁铁110的磁南极110b。当所述驱动线圈120位于上述中立位置时，所述突起112的顶边缘112c与所述驱动线圈120的顶臂121之间存在一距离，在本实施例中，将该距离称为参数C。参照图11，其展示了主扭力随着参数C变化的图表。根据上述相同原理，可以推断出，当参数C小于0.2mm时，其有利于改善主扭力曲线图的线性。
上述关于参数A、B、C的推断是在未考虑公差的情况下确定的，现在，我们假设磁铁轮廓公差为0.3mm，则最终的结论可以被确定如下：参数A的值较佳地为1.3mm；参数B的值较佳地为1.3mm；参数C的值较佳地为0.5mm。基于该结构，本发明音圈马达100可以获得更好的扭力线性，从而有利于改善磁盘驱动单元的读写性能。
图12为本发明的磁盘驱动单元1000的一个实施例。所述磁盘驱动单元1000包括具有一磁头以进行数据读写的磁头折片组合200、与所述磁头折片组合200相连的驱动臂300、一系列可旋转的磁盘400、旋转所述磁盘400的主轴马达500及连接到所述驱动臂300的音圈马达100，以上组件均安装在壳体600内。由于本发明磁盘驱动单元1000的其他具体结构和组装过程均为本领域技术人员所熟知，在此不再详述。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (22)

1.一种用于磁盘驱动单元的音圈马达，其特征在于，包括：
具有主体部的外磁铁，所述主体部具有磁北极、磁南极及位于所述磁北极和磁南极之间的过渡面；及
可移动地位于所述外磁铁上方的驱动线圈；
其中，所述主体部具有从中部延伸出来的一突起以增加扭力，主体部还具有位于所述突起的所在侧的外边缘以及位于所述突起的另一侧的内边缘，所述外边缘和所述内边缘平滑且呈弧形状，且所述外边缘和所述内边缘之间的宽度不变。
2.如权利要求1所述的音圈马达，其特征在于：所述突起沿着平行于所述驱动线圈的方向延伸。
3.如权利要求1所述的音圈马达，其特征在于：所述突起具有位于所述磁北极的第一边缘、位于所述磁南极的第二边缘及连接所述第一边缘和第二边缘的顶边缘。
4.如权利要求3所述的音圈马达，其特征在于：所述第一边缘及第二边缘均平行于所述过渡面，所述顶边缘垂直于所述过渡面。
5.如权利要求3所述的音圈马达，其特征在于：所述驱动线圈具有顶臂、底臂、第一侧臂及第二侧臂，所述第一侧臂和第二侧臂均与所述顶臂和底臂相连接。
6.如权利要求5所述的音圈马达，其特征在于：当所述驱动线圈移动到所述第一侧臂最靠近所述过渡面的位置时，所述突起的第一边缘与所述驱动线圈的第一侧臂之间的距离小于1.3mm。
7.如权利要求5所述的音圈马达，其特征在于：当所述驱动线圈移动到所述第二侧臂最靠近所述过渡面的位置时，所述突起的第二边缘与所述驱动线圈的第二侧臂之间的距离小于1.3mm。
8.如权利要求5所述的音圈马达，其特征在于：当所述驱动线圈移动到其中心与所述外磁铁的中心相重合的位置时，所述突起的顶边缘与所述驱动线圈的顶臂之间的距离小于0.5mm。
9.如权利要求1所述的音圈马达，其特征在于：所述外磁铁具有对称的结构。
10.如权利要求1所述的音圈马达，其特征在于：所述外磁铁的主体部呈弧形状。
11.如权利要求1所述的音圈马达，其特征在于：所述驱动线圈呈扇形状。
12.一种磁盘驱动单元，其特征在于，包括：
其上安装有磁头的磁头折片组合；
与所述磁头折片组合连接的驱动臂；
磁盘；
驱动所述磁盘旋转的主轴马达；及
与所述驱动臂连接的音圈马达，所述音圈马达包括：
具有主体部的外磁铁，所述主体部具有磁北极、磁南极及位于所述磁北极和磁南极之间的过渡面；及
可移动地位于所述外磁铁上方的驱动线圈；
其中，所述主体部具有从中部延伸出来的一突起以增加扭力，主体部还具有位于所述突起的所在侧的外边缘以及位于所述突起的另一侧的内边缘，所述外边缘和所述内边缘平滑且呈弧形状，且所述外边缘和所述内边缘之间的宽度不变。
13.如权利要求12所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述突起沿着平行于所述驱动线圈的方向延伸。
14.如权利要求12所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述突起具有位于所述磁北极的第一边缘、位于所述磁南极的第二边缘及连接所述第一边缘和第二边缘的顶边缘。
15.如权利要求14所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述第一边缘及第二边缘均平行于所述过渡面，所述顶边缘垂直于所述过渡面。
16.如权利要求14所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述驱动线圈具有顶臂、底臂、第一侧臂及第二侧臂，所述第一侧臂和第二侧臂均与所述顶臂和底臂相连接。
17.如权利要求16所述的磁盘驱动单元，其特征在于：当所述驱动线圈移动到所述第一侧臂最靠近所述过渡面的位置时，所述突起的第一边缘与所述驱动线圈的第一侧臂之间的距离小于1.3mm。
18.如权利要求16所述的磁盘驱动单元，其特征在于：当所述驱动线圈移动到所述第二侧臂最靠近所述过渡面的位置时，所述突起的第二边缘与所述驱动线圈的第二侧臂之间的距离小于1.3mm。
19.如权利要求16所述的磁盘驱动单元，其特征在于：当所述驱动线圈移动到其中心与所述外磁铁的中心相重合的位置时，所述突起的顶边缘与所述驱动线圈的顶臂之间的距离小于0.5mm。
20.如权利要求12所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述外磁铁具有对称的结构。
21.如权利要求12所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述外磁铁的主体部呈弧形状。
22.如权利要求12所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述驱动线圈呈扇形状。
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