CN1198035A

CN1198035A - 主轴电机

Info

Publication number: CN1198035A
Application number: CN98109490.2A
Authority: CN
Inventors: 松岛俊治
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1997-04-16
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 1998-11-04
Anticipated expiration: 2018-04-16
Also published as: CN1154223C; US6005311A

Abstract

一种主轴电机,包括:可旋转地支承的转轴;与转轴一起转动的转子罩;固定于转轴一端与置于其上的光盘一起旋转的转台;在转子罩和转台之间松动地套在转轴上的偏心部件。偏心部件和转子罩一起旋转。可以用绕转轴滚动的球来代替偏心部件。

Description

主轴电机

本发明涉及用于旋转数据记录盘(下文中只称之为“光盘”)如CD，DVD，CD-ROM和DVD-ROM的主轴电机，尤其是可以抑制在旋转中由于重心偏心引起的摇摆和振动的主轴电机。

通常，在使光盘旋转的主轴电机中，在转轴的一端安装有转台，光盘即放置于该转台上，在转台的中心有一圆形的截锥体或一半球状的凸起，光盘具有中心孔。当凸起和光盘的中心孔配合在一起时，中心位置就被确定了。

当转台在主轴电机的驱动下旋转时，光盘也随转台一起旋转，因此记录于光盘记录轨道上的信号即被读取部分如光学头读出。对于可重写光盘或可写光盘，可把数据信号重写或写入光盘。为了提高数据的读写速度，近来的只读光盘驱动器有提高光盘转速的趋势。因此，强烈要求提供使光盘高速旋转的主轴电机。

然而，如果光盘的旋转速度提高了，那么在光盘旋转时产生的离心力的不平衡也会增加。这是由于转轴在转动时摇摆造成的。当转轴转动时发生摇摆，它的振动便会增加，这样读取部分难以正确读出记录于光盘上的数据，或写入部分难以把数据信号正确地写入光盘中。

通常，因光盘重心偏离产生的离心力与旋转速度的平方成正比例，并且随旋转速度的增加，转轴的摆动和振动极大地增加。因此，当需要提高光盘的旋转速度时，因重心偏离引起的转轴的摇摆和振动问题是严重的。

因此，本发明的一个目的就是消除上面所述的常规主轴电机中的问题。更确切地讲，本发明的目的是提供一种可以抵消在光盘旋转时由于偏离重心产生的离心力的不平衡的主轴电机，从而即使在光盘高速转动时，转轴的摇摆也能减轻。同时，它的振动也被抑制，这就使得从光盘中读取数据信号或把数据信号写入光盘成为可能。

根据本发明的一个方面，提供了一种主轴电机，其中包括：可旋转支承的转轴，和所述转轴一起旋转的转子罩，固定于所述转轴的一端且与放于其上的光盘一起转动的转台，位于所述转子罩和转台之间松动地安装在所述转轴上的偏心部件，偏心部件与转子罩一起旋转。

在本发明的主轴电机中，偏心部件或滚珠是可移动的平衡部件。这一特征使得抵消由于光盘偏心引起的非平衡离心力成为可能。即使在光盘高速转动时，也有可能减小转轴或转台的摆动，也就是说，减小由此带来的振动。从而，可以正确地由光盘中读取数据信号，并且可把数据信号正确地写入光盘中。

图1是根据本发明的主轴电机的一实施例的结构剖视图；

图2A和2B是透视图，示出了适用于本发明的主轴电机的偏心部件的例子；

图3是根据本发明的主轴电机的另一实施例的结构剖视图；

图4是根据本发明的主轴电机的另一实施例的结构剖视图；

图5是根据本发明的主轴电机的另一实施例的结构剖视图；

图6用于解释应用于本发明主轴电机的两个偏心部件的作用；

图7是根据本发明的主轴电机的另一实施例的结构剖视图；

图8是根据本发明的主轴电机的另一实施例的结构剖视图；

图9A和9B是根据本发明的主轴电机的又一实施例的结构剖视图；

下面参照附图描述本发明的优选实施例。

图1示出光盘10置于转台9上。标号1表示电机底板，在电机底板1的中心有一孔，轴向压力接收部件18固定在该孔中。轴向压力接收部件被圆柱轴承2的一端所包围。轴承2通过螺钉3固定在电机底板1上。

在轴承2的外部与轴承2同轴放置定子铁芯4。定子铁芯4通过螺钉3固定于轴承2和电机底板1上。通过堆叠若干铁芯部件形成定子铁芯4，定子铁芯4有径向伸展的凸状柱。驱动线圈5缠绕在每个凸状柱上。

转轴6固定于轴承2上，因而轴承2可支持其旋转。转轴的轴向压力由轴向压力接收部件支撑。杯状的转子罩7有一中孔，转轴6突出于轴承2上表面的部分压入到该孔中，因此转轴6和转子罩7成为一个整体。转子罩7包着电机的定子，它具有定子铁芯4，同时驱动磁铁8固定在转子罩7的内圆柱面上。驱动磁铁8的内圆柱面与形成定子铁芯4的圆柱形外表面的凸出柱的外表面相对，其间留有一适当的空隙。

转轴6的突出于转子罩7上表面的一端由压配合装到光盘10的转台9的中孔内。转轴6和转台9形成一个整体。在转台9的上表面中央有半球状凸起9a，凸起9a的直径基本上等于光盘10中孔的直径。光盘10放于转台9上后，其中孔的边缘便被凸起9a的边缘引导，从而光盘10固定在转台9上，并且转台9与光盘10同轴。可径向移动的驱动件可设置在凸起9a的外部圆柱形表面上，从而使光盘弹性地定位。

在放置光盘10的转台的表面上安装一橡皮部件，其目的是防止光盘10的滑动。

用以固定光盘10的固定装置这样设计：夹紧件11安装在转台9的上方，并且使之与置于转台9上的光盘相对。比如说把一磁铁置入夹紧件或转台9中的其一部件中，这样就可以利用转台9和夹紧件11之间的磁吸引力把夹紧件11吸向转台9，从而固定光盘10。

在这种结构的主轴电机中，加到每个凸出柱的驱动线圈5的电流按照驱动磁铁8的旋转位置来控制开关状态。因此驱动磁铁8，转子罩7，转轴6和转台9旋转，这样，置于转台上的光盘10也旋转。

如前所述，要提高从光盘10读取记录信号或向光盘10写入数据信号的速度，光盘10的旋转速度要增加。这样随着离心力的增大，由于轻微偏离的重心引起的不平衡的大小也会增加，从而光盘10或转台9的摇摆增加，这样就不可能正确地由光盘10读取数据，也不可能正确地把数据信号写入光盘10中。

为克服这一问题，在实施例中，在转轴6上松动地安装有一种可移动的平衡部件或偏心部件12，它介于转子罩7和转台9之间。更具体的描述如下：如图1和图2A所示，由金属或树脂材料构成的偏心部件12象一个盘，在偏离该盘重心的地方有一相对大的孔12a，该孔的直径大于转轴6的直径。转轴6插到孔12a中，即是，偏心部件12松动地安装在转轴6上，且处于转子罩7上。在实施例中，由于光盘10旋转时偏心产生的非平衡被偏心部件的作用给抵消了，从而转轴的摆动减轻了，振动的后果被抑制。

当转子罩7在主轴电机的驱动下旋转时，其上的偏心部件12按与转子罩7相同的方向旋转。在转子罩7的旋转刚刚开始后，偏心部件的旋转方向并不总是恒定的。当主轴电机的旋转速度增加时，光盘10的旋转速度也增加。光盘10有一偏心。当光盘10的旋转速度增加时，即使是偏移重心很轻微，离心力导致的不平衡也会增加。如果电机没有偏心部件，转台和光盘的摆动都会增加。如图3所示，如果光盘10的偏心重心方向为α，在偏心部件12中，以孔12a为其中心的占据相对大面积的弧12b的方向为β，β与光盘10的偏离的重心的方向α相反。也就是说，用于抵消由于光盘偏心导致的离心力的不平衡离心力由偏心部件12产生。由上所述显而易见，偏心部件12与转子罩7，转台9，光盘10一起旋转，同时保持自己的方向用于抵消偏心导致的离心力的不平衡。

如上所述，光盘10产生的不平衡的离心力能被由于偏心部件12旋转产生的不平衡的离心力相抵消。因此，即使在光盘10高速旋转时，转轴6，转台9，光盘10的摆动也会被减轻，结果，读出部分(未示)可正确地从光盘10读出数据，同时数据信号可正确地记录于光盘10中。

为快速使偏心部件12抵消不平衡的离心力，最好把电机设计成图4的形式，也就是说，一个盘状的低摩擦系数的部件13安装在转轴6、偏心部件12和转子罩7之间，该部件摩擦系数小，滑动性好。如上所述，当转子罩7的旋转速度达到一定值时，偏心部件12开始起到抵消非平衡的离心力的作用。相反，如图4所示，通过把低摩擦系数部件13安装到偏心部件12所在的转子罩7的一侧，偏心部件12与转子罩7之间的摩擦力会减小。因而，即使在转子罩7的转速相对较低时，就可起到抵消非平衡离心力的作用。

在图4中的情况中，低摩擦系数部件13介于偏心部件12和转子罩7之间；然而，可修改为图5的情形。也就是说，一种低摩擦系数高滑动性的环形部件14可安装在偏心部件12的孔12a中。在此变形中，偏心部件12和转子罩7之间的摩擦减小了。因此可起到迅速地抵消非平衡离心力的作用，环形部件14可安装在偏心部件12中或与偏心部件12成为一整体。

如果用于抵消由于偏心引起的非平衡离心力的偏心部件12的离心力与光盘10的偏心引起的非平衡离心力相等，就可完全抵消非平衡的离心力，从而消除引起非平衡离心力的转轴6的摇摆，如果用于抵消上述非平衡离心力的力小于非平衡离心力，就不可能完全抵消非平衡离心力；然而，有可能抵消偏心部件12产生的非平衡离心力的对应部分，因此转轴的摆动会被有效抑制。

相反，在离心部件12产生的非平衡离心力大于光盘因重心偏心产生的离心力时，非平衡离心力与偏心部件12产生的离心力与光盘的非平衡离心力的差值相等；然而，如果光盘产生的离心力和偏心部件产生的离心力的不平衡差值被预先设定在一小范围内，那么，转轴6的摆动就会被抑制在一个小范围。

在上面所述的实施例中，在转轴上只安装了一个偏心部件12，然而本发明并不局限于此。也就是说，电机可以有多个偏心部件。图2B示出了在转轴6上安装有两个偏心部件12的本发明的一实施例。在下文中将描述在转轴6上装有两个偏心部件12的实施例。

如图6所示，当光盘10高速转动时，光盘10偏心引起的离心力的非平衡增加。此时两个偏心部件12和12与转子罩一起旋转，且在二者间有一张角θ。在此情形下，假定一个偏心部件的离心力用β′表示，另一个偏心部件的离心力用β″表示。则β′和β″的合力和与光盘的偏心引起的非平衡离心力的方向相反，并且等于光盘10产生的非平衡离心力。

因而，此种情况不同于仅有一个偏心部分部件12的情况，离心力β′和β″的合力可以抵消光盘偏心产生的非平衡离心力，因此即使在光盘10高速旋转时，转台9和转轴也不会摇摆。结果，数据读出部分可以正确地从光盘10读出数据信号，数据信号也可以写入光盘10。

在图2B所示的实施例中，M∝k/θ(其中k＝常数，M为两个偏心部件12和12因偏心产生的离心力的合力)。因此，随角度θ的减小，离心力的合力M会增加。在光盘10的重心不偏，没有离心力的不平衡时，θ为180°。换句话说，两个偏离部件12和12与光盘一起旋转，且保持一定角度θ以使离心力的合力抵消光盘的非平衡的离心力。

在图2B和图6所示的实施例中，有两个偏心部件；然而，该发明并不局限于此。即是，该发明的技术概念可应用于具有两个以上的偏心部件的主轴电机中。也就是说，在此情形下，也是偏心部件的离心力的合力可抵消光盘10偏心产生的离心力的不平衡。

现在，参考图7描述本发明的另一实施例。

如图7所示，在该实施例中，它的转台9在结构上与上述方案中的转台一样。该转台9包括一个在其内部形成一圆柱状空间S的圆柱形壁9c。圆柱形空间S由圆柱形壁9c的内圆柱面，转子罩7的上表面，转台9的下表面界定。作为可移动的平衡件的球15如钢珠在空间S中转动，圆柱形壁9c防止球15从空间S中脱离。当转台9旋转时，球15会绕着转轴6转动，同时与圆柱壁9c的内圆柱面相触。

当光盘10高速转动时，由于光盘10偏离重心，会产生离心力的不平衡。当这种离心力的不平衡发生时，球15以与不平衡的离心力相反的方向运动。球15会保持在一个可以抵消不平衡的离心力的位置绕转轴旋转，旋转时会和圆柱壁9c的内圆柱面相接触。

和上述实施例中的偏心部件12类似，当球15绕转轴6旋转时，球15会产生离心力，该离心力用以抵消光盘10因重心偏离产生的非平衡离心力。所以，即使在光盘高速转动时，转台和转轴6也不会摇摆。因此，读出部分可以从光盘中正确地读出数据，数据信号也能正确地写入光盘10中。

在图7所示的实施例中，转台9有圆柱状壁9c；然而，本发明并不局限于此。即是如图8所示，在转子罩7的外圆柱壁7a的外边设置圆柱壁16。圆柱壁16的上端向上延伸直至处于转子罩7和转台9之间，从而在圆柱状壁16内形成空间S。球15置于该空间S中，可以达到相同的效果。

被球15抵消的非平衡离心力的大小取决于球15的质量和它与转轴6的距离的乘积。当球15的质量增加并且与转轴6的距离加大时，所抵消的偏心的力就会增加。在有多个球15放在圆柱壁9c内的空间S时，由球15生成的抵消力的合力可抵消由光盘10产生的不平衡的离心力。在有多个球15在圆柱形壁9c内的空间S旋转的情况下，根据在图2A和图6中所述的原理，球15间的张角随将被抵消的非平衡离心力变化，从而非平衡离心力可完全被抵消。

在上面所述的利用球15来消除光盘的不平衡的情形中，球15的状态如下：转子如旋转罩7和转台9以恒定的速度转动时，基本上保持在相同位置上的球15与圆柱形壁9c一起绕着转轴6旋转，就如同球粘在圆柱壁9c的内圆柱面上。相反，在旋转部分停止或以低速转动时，球15不固定在一特定的位置，球碰撞或滚动可形成噪音。

为克服这一问题，也就是当转子停止或以低速转动时，为使球15固定于一个位置，可采用如下方法，在圆柱壁9c的内部安置一环形磁铁25，磁性材料球15放置于磁铁25和圆柱壁9c之间的空间S中。该方法可产生如下效果：当转子静止或低速转动时，球15被磁铁25的外表面的磁性吸引，因而防止其随机移动。相反，当转子部分开始转动，并且转速超过一设定值时，被磁铁25所吸引的球15会脱离磁铁25，并且与圆柱壁9c相触。当球15发生碰撞时，球15就会移动以抵消光盘的离心力带来的不平衡。因此，该方法可以抑制当转子部分静止或低速旋转时产生的噪音。

本发明的技术概念可以应用到各种电机，如带有电刷的电机，和使用滚珠轴承的电机，另外，主轴电机的轴承结构和转台可有选择地修改。图9示出了在轴承结构和转台上不同于上述实施例的本发明的另一实施例。图9A示出了带有偏心部件12的主轴电机，图9B示出了带有球15的主轴电机。

在图9A中，一个轴承套20通过穿孔的方法固定在电机底板1的中间的孔中，轴承套20的内圆柱面的上端和下端分别固定住圆柱形金属轴承22和22。金属轴承22和22对转轴6起到旋转支撑的作用。在轴承套22的下端面上固定有一轴向压力接收部件18。用于接收转轴6的轴向的负载。

定子铁芯4固定在轴承套20的外圆柱面上。例如，通过打孔的方法可使定子铁芯4和轴承套20同轴。驱动线圈5缠绕在定子铁芯4的每个凸出的柱上。在上端的轴承22的上端面突出的转轴的上部压合到杯状转子罩7的中孔中；也就是说，转轴6和转子罩7成为一个整体。驱动磁铁8固定于转子罩7的内圆柱面上。驱动磁铁8的内圆柱面与形成定子铁芯4外圆柱面的突出的柱状外表面之间以合适的空隙相对。

突出于转子罩7上表面的转轴6的上部压合到放置光盘10的盘状转台29的中孔中；也就是说，转轴6和转台29成为一个整体，在转台29的上表面的中心形成圆锥形起29a，从径向看时，前面提到的孔位于中心。

凸起29a的中孔周围有一环形凹槽29b，磁铁30置于凹槽29b中，橡胶部件21安置于光盘10的转台29上，用以防止光盘10的滑动。

在转台29的上部安装磁性材料的夹紧件11，夹紧件11用于夹紧光盘10。也就是说，它用来把置于转台29上的光盘紧压在转台29的表面上，通过29b中的磁铁的磁性吸引力即可夹紧；也就是说，利用磁性吸引力即可使夹紧件11紧压转台29。光盘10的压紧并不局限于仅使用磁性吸引力，也就是说，它可以使用一种适合的机械压力。

在转子罩7和转台29之间有两个偏心部件12和12松动地套在转轴6上。在此情况(使用了两个偏心部件)下，最好在每个偏心部件12的孔周围形成厚的部分12a，厚的部分12a的形成减小了偏心部件12和转子罩7之间的摩擦力。在具体实施例中，每个偏心部件都为圆盘形，有一偏离中心的孔，转轴6即插于此孔中；然而，该发明并不局限于此，也就是说，可以使用下述的偏心部件。在盘状部件的中心有一供转轴6插入的孔，盘状部件的重力分布是不均匀的。

在图9B所示的主轴电机中，转台29有圆柱形壁29c，它位于转子罩7和转台29之间球15放置在圆柱形壁29c里面，其余部件和图9A的主轴电机的部件相同，因此，在图9B中，功能上对应于图9A中描述的部件在设计上与之具有相同的参考数值和特点。

在图9B所示的主轴电机中，转台29包括可以阻止球15乱滚的圆柱壁29c；然而本发明并不局取于此，例如可在转子罩7的外圆柱面7a形成圆柱形壁，使之位于转子罩7和转台29之间。

在本发明的主轴电机中，所提出的偏心部件或球是作为可移动的平衡件，这一特征使得消除因光盘的重心偏心引起的不平衡离心力成为可能，并且即使在光盘高速旋转时，它可以抑制转轴或转台的摇摆，即减小了振动。从而数据信号可以正确地从光盘中读出，也可以正确地写入光盘中。

Claims

1.一种主轴电机，包括：

可旋转地支承的转轴；

与所述转轴一起转动的转子罩；

固定于所述转轴一端与置于其上的盘一起转动的转台；

位于所述转子罩和转台之间与转子罩一起旋转的松动地装在转轴上的偏心部件。

2.根据权利要求1的主轴电机，其中，所述偏心部件按一定方向旋转，在按该方向旋转时，所述偏心部件可以消除重心偏心的影响。

3.根据权利要求1的主轴电机，其中，偏心部件在偏离其重心的位置有一直径大于所述转轴直径的孔，该偏心部件通过该孔松动地套在所述转轴上。

4.根据权利要求2的主轴电机，其中，不止一个偏心部件松动地套在所述转轴上。

5.根据权利要求1的主轴电机，其中，低摩擦系数部件放置在所述偏心部件和所述转子罩之间。

6.一种主轴电机，包括：

可旋转地支承的转轴；

与所述转轴一起转动的转子罩；

固定于所述转轴一端与置于其上的盘一起转动的转台；

与所述转子罩和所述转台之一整体结合的圆柱壁，在其内形成一环形空间；

在所述空间内放置的可自由滚动的球。

7.根据权利要求6的主轴电机，其中，当所述盘转动时，所述球绕着所述转轴旋转，并保持在可以消除盘的偏心影响的位置。

8.根据权利要求7的主轴电机，其中，有多个球置于所述的空间中。

9.根据权利要求7的主轴电机，其中，所述球由磁性材料制成，并且当所述的转台停止时，所述球被在圆柱形壁的内圆柱面上的环形磁铁所吸引。

10.一种主轴电机，包括：

可旋转地支承的转轴；

与所述转轴一起转动的转子罩；

固定于所述转轴一端与置于其上的盘一起转动的转台；

在所述转子罩和转台之间安置的可移动的平衡部件，当转子罩转动时，该平衡部件以所述转轴为圆心作圆周运动，以保持所述盘的转动平衡。