CN1229988A - 用于数字视盘驱动器的双重式平衡器 - Google Patents

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Abstract

一种用于包括DVD盘或只读光盘等多种光介质的(DVD)驱动单元。该驱动单元可以在盘以恒定角速度(CAV)或恒定线速度(CLV)旋转时消除振动。在CAV方式下,驱动单元使用在转盘空腔内可移动的滚珠轴承均衡不平衡的盘。在CLV方式下,驱动单元使用一系列电磁铁来捕捉空腔中的滚珠轴承并将其围绕转盘对称排列。

Description

用于数字视盘驱动器的双重式平衡器
本发明一般涉及用于旋转光读取介质的驱动单元，尤其涉及在以恒定线速度或恒定角速度旋转光介质时可以消除振动的驱动单元。
只读光盘(CD-ROM)或数字视盘等介质由驱动头中具有激光器的设备读取。当设备的驱动单元以高速旋转盘时激光器扫描或读取盘。驱动单元典型地包括一个主轴马达及支持盘的转盘(turntable)。现在的CD驱动单元以恒定角速度(CAV)运行。在CAV方式下，不管激光器在哪里读取盘上的数据旋转盘的速度都保持恒定。因此，盘的内道与外道相比以较低的传输率读取。
相反，DVD驱动单元可能要求以恒定线速度(CLV)及CAV运行。用于CLV方式的旋转速率设计地比CAV方式的低。在CLV方式中，当驱动头移动到盘的外道读取数据时，主轴马达降低旋转盘的旋转速率。因此，当驱动单元工作在CLV方式下时，由于当激光器读取数据时，来自于每道的数据以相同的速度传输，主轴马达的速度恒定地变化。
能够读取CD和DVD介质的驱动单元应当能在CAV和CLV方式下运转。由于CD驱动速度已经增加(24X,32X或更大)，旋转速率也增加了。现在，用于CAV方式CD驱动器的旋转速率大约为6800rpm。由于一般的CD介质不是完全地平衡，这种高速率在工业上会导致严重的问题。当驱动单元以高速率旋转稍微有一点不平衡的介质时，也会产生振动和噪音。这种不希望的特性对于用户来说是不可接受的，并可能影响驱动单元的长期可靠性。因此，高速CD驱动单元一般使用自动平衡器主轴马达。这种改进的马达具有几个可以沿着主轴马达的圆周轨迹自由移动的滚珠轴承。当驱动单元旋转不平衡的介质时，滚珠轴承自动地移动以抵消这种不平衡。
尽管自动平衡器主轴马达消除了介质的不平衡，它也仅适于最大运转速率为20X(大约4600rpm)的CAV方式CD驱动器。当将自动平衡器特征应用于CLV驱动器时，马达的恒定变化的速度永远不会使滚珠轴承定位到合适的位置以完全地均衡不平衡的介质，从而使振动问题更加恶化。因而，需要一种可在CAV和CLV方式下运转并没有过度振动的驱动单元。
下面将描述可以应用于包括DVD盘或只读光盘(CD-ROM)等多种光介质的数字视盘(DVD)驱动单元。该驱动单元具有一个马达，一个转盘及一个具有激光器的驱动头。该转盘包括包括一个环形空腔，该空腔中具有几个自由滚动的滚珠轴承，它们可以在盘以恒定角速度(CAV)旋转时消除振动。在CAV方式下，驱动单元使用滚珠轴承均衡不平衡的CD-ROM盘。对于DVD盘，驱动单元以恒定线速度运行。在CLV方式下，驱动单元使用一系列电磁铁来捕捉空腔中的滚珠轴承并将其对称排列以使马达可以改变速度而不受自由滚动的滚珠轴承的阻碍。
图1是根据本发明构造的驱动单元的侧剖视图。
图2是图1的驱动单元沿着图1的线2-2的顶部剖视图。
图3是当图1的驱动单元以一个恒定角速度与平衡的介质一起旋转时的概略顶视图。
图4是当图1的驱动单元以一个恒定角速度与稍微不平衡的介质一起旋转时的概略顶视图。
图5是当图1的驱动单元以一个恒定角速度与极不平衡的介质一起旋转时的概略顶视图。
图6是当图1的驱动单元以一个恒定角速度旋转时的概略顶视图。
参考图1，示出了用于旋转和读取介质盘13的驱动单元11。驱动单元11的主要构成部分包括主轴马达15，非铁转盘17和滑轮轴(pulley spindle)19。盘13夹在转盘17上的橡皮垫18和轴向可移动的滑轮轴19之间。马达15通过驱动轴21旋转转盘17及盘13。驱动轴21绕着中心轴线23旋转。滑轮轴19与组件一起旋转并确保盘13不会过度移动。一个驱动头(未示出)在盘13旋转时在它上面径向地移动。当盘13旋转时，由驱动头上的激光器读取盘13的上表面13a。
马达15可以以恒定角速度(CAV)或恒定线速度(CLV)旋转盘13。在CAV方式下，盘13的旋转速度保持恒定而不管激光器读取盘13上的哪个地方的数据。因此，盘13的内道总是以相对于盘13的外部光道来说较小的线速度移动。在CLV方式下，当驱动头移动到盘13的外部光道读取数据时马达15降低旋转盘13的旋转速度。因此当驱动单元11工作在CLV方式下时，由于当激光器读取时，每道以相同的线速度旋转，因而马达15的速度是恒定变化的。
驱动单元11是属于当不平衡盘13由马达15旋转时自动地均衡旋转负载的那种类型的驱动单元。多个铁质滚珠轴承位于在转盘17的上表面的环形空腔33内。滚珠轴承31用平板35密封在空腔33中。在优选实施例中，使用了四至八个滚珠轴承31。滚珠轴承31在空腔33内相对于中心轴线23有角度地自由移动。如下面将要描述的，滚珠轴承31本身可以容易地重新定位以均衡不平衡盘13。
如图1和2所示，驱动单元11还包括一系列用于CLV方式的电磁线圈41。线圈41的数目与滚珠轴承31的数目相等。在实施例中，驱动单元11具有四个线圈41和四个滚珠轴承31。线圈41对称地刚性地安装在转盘17的一个下侧。线圈41由一个5伏电源线43和一个地线45相互连接起来。电源线43通过一个头部43a和一个电源接触电刷47与主轴21附近的环44连接。地线45通过一个头部45a和一个地接触电刷49与主轴21附近的环46连接。电刷47,49如图2所示，环44,46及主轴21是静止的，而电刷47,49旋转。环44，46与驱动单元11的印刷电路板(未示出)相连，并在此处该板的固件与线圈41接通或断开。
运转时，马达以CAV或CLV方式旋转盘13。在CAV方式下，由于线圈通常是断开连接的，因此滚珠轴承31可以在空腔33内围绕中心轴线23自由移动。如图3所示，如果盘13是完全平衡的则滚珠轴承31将自然地在空腔33内对称地排列。如果盘13有少许不平衡，则滚珠轴承将移动，离开盘的较重的一侧。例如，在图4中，在盘13的径向的外边缘附近放置一个较小的重物51(大约5克)。为了补偿或均衡重物51，滚珠轴承31自动地移动，并稍微地从其原先的对称分离的位置运动到图4所示的位置。在另一个例子中(图5)，在盘13的径向的外边缘附近放置一个较大的重物53(大约10克)。为了均衡重物55，滚珠轴承31自动地移动到空腔的相反一侧。在振动消除之前，滚珠轴承31要花费一点时间来到达它们稳定状态位置。如果转盘17的旋转速率是均衡的，则振动可以几乎被完全消除。如果旋转速率有少许改变，则要花费一点时间来供滚珠轴承31重新定位。另外，在驱动单元11运行在CAV方式下时线圈41永远不会与其它东西接通。
在相对较慢地旋转的CLV方式下，马达15恒定改变的速度永远不会使滚珠轴承41围绕着空腔33对称排列。为了弥补这个缺陷，驱动单元11激励线圈41以生成一个充满转盘17的电磁场。电磁场足够地小以使仅能吸引滚珠轴承31中的一个，但又足够地大以使只要一个线圈41带电就能将一个滚珠轴承31直接保持在该线圈41的上方。该效果示于图6。因此，当驱动单元11工作在CLV方式下时，滚珠轴承由线圈41被“冻结”在相对于空腔33的稳定位置，以使当速度改变期间滚珠轴承不会阻碍马达15的速度变化。在CLV方式下，为使振动最小，这种冻结操作是必须的。因为在低速旋转时振动不是问题，因此上述的用于CAV方式的自动平衡特性在CLV方式下是不需要的。
也可以把一个滚珠轴承31夹在已经处于冻结位置的相邻的滚珠轴承31之间，或使一个线圈41吸引多于一个的滚珠轴承31。在这两种情况下，所夹的滚珠轴承31不能自由地沿着空腔33移动到它自己的线圈41处。该问题可以有多个解决方法。一种方法是限制磁场的能量以使在不止一段特定的时间内仅能保持一个滚珠轴承31。另一个方法是在磁场被第一次激磁之后，以使磁场以几毫秒进行脉动(pulse)。在生成场之间的短暂的停顿使得每个滚珠轴承31可以找到自己的线圈41。
该发明具有几个优点。驱动单元可以应用于多种包括DVD或CD-ROM盘的光可读介质。以恒定线速度或恒定角速度旋转光介质时驱动单元可以消除振动。
尽管仅用一些形式示出或描述了本发明，对于本领域技术人员来说，它们并不用于限制本发明，在不超出权利要求书范围的情况下可以有各种变形。例如当驱动器在CLV方式下时，可以编程机械臂以捕获滚珠轴承并将其保持为稳定状态。

Claims (13)

1一种驱动单元，用于选择性地以恒定角速度和恒定线速度旋转和读取光介质，包括；
一个转盘，用于支持介质，并围绕中心轴线旋转；
一个环形空腔，位于转盘内并与中心轴线同轴；
一个马达，用于选择性地以恒定角速度和恒定线速度旋转转盘；
多个重物，位于空腔内并可以移动，用于当转盘被马达以恒定角速度旋转时平衡不平衡介质；及
间隔设备，用于当转盘被马达以恒定角速度旋转时使重物在空腔内对称地相互间隔开，以使当马达改变速度时使振动最小。
2根据权利要求1所述的驱动单元，其中间隔设备具有一个非激活方式，以使得当驱动单元以恒定角速度旋转介质时使重物沿着空腔自由滚动，当马达开始以恒定线速度运转时，间隔设备自动地切换到一种激活方式使重物对称地相互分隔开。
3根据权利要求1所述的驱动单元，其中间隔装置安装在转盘的下侧以与其一起旋转。
4根据权利要求1所述的驱动单元，其中重物包括铁质滚珠轴承；并且其中
间隔设备包括一个电磁线圈，用于当马达以恒定线速度运转时提供一个电磁场，电磁场限制滚珠轴承相对于转盘的移动。
5根据权利要求1所述的驱动单元，其中间隔设备包括多个电磁线圈，它们安装在转盘上并相对于中心轴线对称地相互间隔开以生成磁场来吸引和防止重物在环形空腔内移动。
6根据权利要求5所述的驱动单元，其中电磁线圈的数目与位于空腔内的重物的数目相等。
7根据权利要求5所述的驱动单元，其中进一步包括：
一对与马达相邻的接触环；
一对电线，通过接触电刷将电磁线圈与接触环相互连接。
8一种用于旋转光介质的驱动单元，包括：
一个转盘，具有一个旋转中心轴线和一个用于支持介质的上表面；
一个环形通道，位于转盘内与中心轴线同轴；
一个主轴马达，具有一个输出轴，用于选择性地以恒定角速度和恒定线速度旋转转盘；
多个铁质滚珠轴承，位于通道内并可以移动，用于当转盘被马达以恒定角速度旋转时平衡不平衡介质；及
多个电磁线圈，安装在与通道相邻的转盘上，线圈围绕着中心轴线相互之间径向地并对称地分离开，当加电时线圈产生电磁场以使当马达以恒定角速度旋转介质时使滚珠轴承在通道内对称地相互间隔开，以使当马达改变速度时使振动最小。
9根据权利要求8所述的驱动单元，其中电磁线圈的数目与位于空腔中的滚珠轴承的数目相等。
10根据权利要求8所述的驱动单元，其中电磁线圈安装在转盘的下侧以与其一起旋转。
11根据权利要求8所述的驱动单元，进一步包括：
一对与马达相邻的接触环；
一对电线，通过接触电刷将电磁线圈与接触环相互连接。
12用于选择性地以恒定角速度和恒定线速度旋转和读取光介质的方法，包括；
(a)提供一个驱动单元，该单元具有一个转盘，一个选择性地将转盘围绕中心轴线旋转的马达，一个位于转盘内并与中心轴线同轴的环形空腔，及多个位于空腔内并可以移动的重物；
(b)将光介质安装到转盘上；
(c)用马达以恒定角速度旋转转盘；
(d)当马达以恒定角速度旋转转盘时，通过使重物移动到平衡位置来均衡不平衡介质；
(e)以恒定线速度旋转转盘；及
(f)激活一个间隔装置以使当介质被马达以恒定线速度旋转时使重物在空腔内对称地相互间隔开，以使当马达改变速度时使振动最小。
13权利要求12所述的方法，其中步骤(f)包括激活一个电磁线圈，该线圈在马达以恒定线速度运转时提供一个电磁场，该电磁场阻止重物相对于转盘移动。
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