CN1253246A - 动态振动减震器和使用该装置的硬盘驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明披露一种旋转体的动态振动减震器和使用该装置的硬盘驱动器。该用于吸收旋转体旋转时所产生的振动的动态振动减震器,包括:一个旋转体;至少一个配置在旋转体周边的配重体;和一个用于连接配重体和旋转体的连接装置,以使配重体能在旋转体的径向弹性地移动。

Description

动态振动减震器和使用 该装置的硬盘驱动器

本发明涉及一种用于吸收旋转体旋转时所产生的振动的旋转体的动态振动减震器和使用该装置的硬盘驱动器。

一般，一个旋转体，如HDD(硬盘驱动器)，DVD(数字多功能盘)驱动器，CD-ROM驱动器，马达或安装在机械仪器中的皮带轮，具有依赖于设备的材料和机械特性的唯一固有的频率。当使旋转体由一个如发动机或发条等振动源振动时，由于随着振动的振幅被放大，显现出了严重的振动，这就需要一种吸收这种振动的振动减震器。

图1是美国专利号4,596,158中所披露的包括一个动态减震器的回转仪的一个剖面图。

参考图1，这个回转仪包括一个安装在一个壳体1上的定子2，一个由旋转安装在定子2上的一个旋转轴3支承的转子4，和一个用于吸收转子4转动时所产生的振动的动态减震器。

该动态减震器包括一个用于接收旋转的转子4中所产生的振动的环状的环5，一个用于将环5与转子4连接的弹性环6。把环5的质量和强度设计成与转子4有同样的共振频率，且环5通过补偿以预定速度旋转的转子4中所产生的共振频率来吸收振动。

然而，常用的具有上述结构的动态减震器，由于存在机械误差转子4和环5的无规律的质量分配影响了转子4的旋转，从而减小了振动吸收作用。此外，由于插在环5和转子4之间的弹性环6的影响，很难精确地估测环5的强度，因此环5的共振频率很难确定。另外，由于把环5和弹性环6设计成仅补偿转子4的共振频率，使得旋转振动难以控制，该旋转振动因转子4旋转时所产生的振动频率造成了转子4的旋转中心摇摆。

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种其结构被改进的旋转体的动态振动减震器，使得旋转体高速旋转时所产生的振动被有效地吸收而与旋转体无规律的质量分配无关，以及一个使用该装置的硬盘驱动器。

因此，为达到上述目的，提供一种用于吸收旋转体旋转时所产生的振动的旋转体的动态振动减震器，其中该动态振动减震器包括：一个旋转体；至少一个配置在旋转体周边的配重体；和一个用于连接配重体和旋转体的连接装置，以使配重体能在旋转体的径向弹性地移动。

这里，优选该旋转体包括至少一个相应于旋转体的圆周表面凹陷而形成的以容纳配重体的凹部；且该连接装置包括一个安装在该凹部的弹性件以支承在凹部中所容纳的配重体。

此外，优选该配重体相应于旋转体的旋转轴对称配置，并有规则间隔地位于沿圆周方向的相应的凹部中，且该配重体包括对称装配到该弹性件上的一对块。

此外，优选该旋转体包括一个主体，一个装配在主体上的盖，和至少一个相应于主体和盖的圆周表面凹陷而形成的以容纳配重体的凹部；以及该连接装置包括一个插在主体和盖之间并支承该配重体的弹性环，以使配重体能在凹部弹性地移动。

此外，优选该旋转体包括一个主体，一个装配在主体上的盖，和至少一个在主体和盖之间形成的容纳部分以使该配重体可移动地容纳在容纳部分内，以及该连接装置包括一个支承配重体的弹簧以使配重体能在凹部中弹性地移动。

另外，该容纳部分可以通过旋转体的圆周表面而敞开，使得配重体可以沿旋转体的径向移动。

此外，优选该旋转体包括至少一个相应于旋转体的外边凹陷而形成的以容纳配重体的凹部；且该连接装置包括一个横杠，该横杠的端部固定在旋转体的外边，且其可弹性变形并支承该配重体，以及进一步包括一个用于将横杠固定在旋转体外边的固定装置。

此外，优选该连接装置包括在径向安装在旋转体中的筋处所形成的锁孔；和安装在锁孔上以弹性地支承配重体的弹性销钉。

为了达到上述目的，提供一种硬盘驱动器，它包括一个机座；一个安装在机座上的主轴马达；由旋转安装在主轴马达轴上的转子所支承的多个硬盘；插在硬盘之间的定位架；和一个装在转子上来夹持硬盘的夹持器，其中该硬盘驱动器包括：一个用于吸收硬盘旋转时所产生的旋转振动同时沿硬盘径向弹性移动的动态振动减震器。

这里，优选该动态振动减震器包括：至少一个安装在定位架和/或夹持器中的配重体；和一个用于将配重体和定位架和/或夹持器连接的连接装置，以使配重体可沿定位架和/或夹持器的径向弹性移动。

此外，优选该定位架和/或夹持器包括至少一个相应于旋转体的外面凹陷而形成的以容纳配重体的凹部；且该连接装置包括一个安装在凹部以弹性地支承配重体的弹性件。

此外，优选该定位架和/或夹持器包括一个主体和一个安装在主体上的盖；且该弹性件是插在主体和盖之间的环状的弹性环。

此外，优选该定位架和/或夹持器包括至少一个能活动地容纳配重体的容纳孔；且该连接装置包括一个安装在容纳孔中以弹性地支承配重体的弹性件。

此外，优选该定位架和/或夹持器包括一个主体；一个安装在主体上的盖，和至少一个通过主体和盖所形成的用以容纳配重体的容纳孔；且该连接装置包括一个插在主体和盖之间用于弹性地支承配重体的环状的弹性环。

本发明的上述目的和优点将参考附图通过对优选实施例的详细描述变得更加明显。

图1是一个旋转体的传统动态减震器的剖面图；

图2A是描述根据本发明的第一个实施例的一个旋转体的动态振动减震器的剖面图；

图2B是图2A的动态减震器的平面图；

图3是用于描述根据本发明的第一个实施例的旋转体的动态振动减震器的工作过程的一个两个自由度的动态系统略图；

图4A是简略描述根据本发明的第二个实施例的一个旋转体的动态振动减震器的部分分解剖视图；

图4B是图4A中所示的主体部分的平面图；

图5A是简略描述根据本发明的第三个实施例的一个旋转体的动态振动减震器的部分分解剖视图；

图5B是图5A中所示的主体部分的平面图；

图6A是描述根据本发明的第四个实施例的一个旋转体的动态振动减震器的平面略图；

图6B是沿图6A的I-I线的剖视图；

图7A是描述根据本发明的第五个实施例的一个使用旋转体的动态振动减震器的机械仪器的透视示意图；

图7B是图7A中所示的旋转体的平面图；

图8是描述使用根据本发明的一个优选实施例的一个旋转体的动态振动减震器的一个硬盘驱动器的示意剖面图；

图9是图8中所示的定位架的示意平面图；

图10A是描述图8所示的夹持器的另一个实施例的剖面图；及

图10B是图10A所示的夹持器的平面图。

根据图2A和2B所示的本发明的第一个实施例一个旋转体的动态振动减震器用来衰减在驱动一个由线圈11和磁铁13之间的相互作用的电磁力所操纵的马达10时所产生的振动。

参考图2A和2B，该动态振动减震器包括一个被旋转地安装在由定子15所支承的轴17上的旋转体20，在定子15上安装有线圈11，多个配置在旋转体20周围的配重体30，和一个用于连接配重体30和旋转体20的连接装置，以使配重体30能沿相应于旋转体20的方向弹性地移动。

旋转体20包括一个附着磁体13的主体21，且该主体21被旋转地支承在轴17上，和一个连接到主体21上的盖23。该主体21和盖23通过如螺钉S或胶的固定装置连接。此外，该旋转体20有多个相应于旋转体20的外圆周表面20a凹陷而形成的凹部20b，以使配重体30能相应地配置在凹部20b中。

配重体30相应于旋转体20的旋转轴对称配置，并相应地位于凹部20b中，以便沿旋转体20的圆周方向保持有同样的间隔。此外，每个配重体30包括一对金属块以对称连接一个弹性环，该弹性环将在以下进行描述。

连接装置包括一个插在主体21和盖23之间的弹性环40，以便在凹部20b中可弹性变形，并支承配重体30。

现在，将参考图2A和2B描述根据本发明的第一个实施例的一个旋转体的动态振动减震器的工作过程。

当旋转体20与由线圈11的相互作用的电磁力所驱动的磁铁13一同旋转时，配重体30根据位于凹部20b中的弹性环40的弹性变形，沿旋转体20的径向彼此无关地进行各自位移的移动。配重体30的运动补偿了旋转体20的偏心质量，并吸收了旋转体20的旋转振动。因此，旋转体20可以稳定地旋转，同时有恒定的旋转轴而不向任何一侧摇动。特别是，可将这样一个动态振动减震器应用于需要精确和稳定旋转的旋转体中。

图3是用于理论上描述根据本发明的第一个实施例的旋转体的动态减震器的工作过程的一个两个自由度的动态系统略图。旋转体20和配重体30在x-轴方向的运动公式参考图3的两个自由度系统，由公式(1)来表示。 $M_R\frac{d^2}{{\mathrm{dt}}^2}(x_R+e_R\cos \mathrm{\ωt})=k_R{x}_R-c_R{x^{\′}}_R+k_m(x_1-x_R)+c_m({x^{\′}}_1-{x^{\′}}_R)-k_m(x_2+x_R)-c_m({x^{\′}}_2+{x^{\′}}_R)$ M_mX″₁＝-k_m(x₁-x_R)-c_m(x′₁-x′_R)M_mX″₂＝-k_m(x₂+x_R)-c_m(x′₂+x′_R)    (1)这里，M_R和M_m分别是旋转体和配重体的质量，k_R和k_m是弹性常数，c是阻尼常数，X_R、x₁和x₂相应的是旋转体和配重体在x-轴方向的的位移，而 $M_R\frac{d^2}{{\mathrm{dt}}^2}(x_R+e_R\cos \mathrm{\ωt}),$ M_mx″₁和M_mx″₂分别是旋转体和配重体的惯性力。此外，旋转体20和配重体30在y-轴方向的运动公式同样由公式(1)表示。

另一方面，通过让r_R＝x_R+iy_R(r₁＝x₁+iy₁、r₂＝x₂+iy₂)，把公式(1)转化为复数形式后，当我们让r_R＝A_Re^iωt、r₁＝A₁e^iωt和r₂＝A₂e^iωt时，公式(1)变成矩阵形式的下列公式(2)。 $\left[\begin{array}{ccc}-{\mathrm{\ω}}^2{M}_R+k_R+\mathrm{i\ω}{c}_R+2k_m+2\mathrm{i\ω}{c}_m& -k_m-\mathrm{i\ω}{c}_m& k_m+\mathrm{i\ω}{c}_m\\ -k_m-\mathrm{i\ω}{c}_m& -{\mathrm{\ω}}^2{M}_m+k_m+\mathrm{i\ω}{c}_m& 0\\ k_m+\mathrm{i\ω}{c}_m& 0& -{\mathrm{\ω}}^2{M}_m+k_m+\mathrm{i\ω}{c}_m\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{A}_R\\ A_1\\ A_2\end{array}\right]$ $=\left[\begin{array}{c}{M}_R{e}_R{\mathrm{\ω}}^2\\ 0\\ 0\end{array}\right]$

这里，y_R、y₁和y₂分别是旋转体和配重体在y-轴方向的位移，而ω是旋转体的旋转频率。

另一方面，通过让阻尼常数c＝0简化公式(2)后，我们让 $A_1=\frac{k_m}{k_m-M_m{\mathrm{\ω}}^2}{A}_R,$ $A_2=\frac{-k_m}{k_m-M_m{\mathrm{\ω}}^2}{A}_R$ 求解公式(2)得出旋转体20的位移，如下面的公式(3)表示[(k_R+2k_m-M_Rω²)(k_m-M_mω²)-2k_m ²]A_R＝M_Re_Rω²(k_m-M_mω²)    (3)

这里，M_Re_Rω²是施加在旋转体的外力(力矩)，且A_R、A₁和A₂分别是旋转体和配重体的位移。

另一方面，由于旋转体20旋转时所产生的振动在x-和y-轴方向的振动是位移A_R，当没有产生振动时，必须满足A_R＝0。因此，为了满足公式(3)中的A_R＝0，则必须满足下面的公式(4)所表示的条件。

k_m-M_mω²＝0 $\mathrm{\ω}=\sqrt{\frac{k_m}{M_m}}={\mathrm{\ω}}_m---\left(4\right)$ 这里，ω_m是配重体的固有频率。

如在公式(4)中所看到的，当旋转体20的旋转频率ω等于配重体30的固有频率ω_m时，理论上旋转体20不在x-和y-轴方向移动，从而不产生旋转体20的振动。

图4A和图4B是根据本发明的第二个实施例的一个旋转体的动态振动减震器的图。同样的参考标号表示与图3A中有同样功能的相同的零件。

参考图4A和图4B，一个动态振动减震器包括一个旋转地安装在一个轴17上的旋转体50，多个配置在旋转体50周围的配重体60，和一个用于连接配重体60和旋转体50的连接装置。

旋转体50包括一个旋转地支承在轴17上的主体51，一个连接到主体上的盖53。多个容纳部分50a形成在主体51和盖53之间，以使配重体60能在旋转体50的径向的容纳部分50a中移动。配重体60相应于旋转体50的旋转轴对称布置，并有规则间隔地位于旋转体50的圆周方向的各自的容纳部分50a内。

连接装置包括对应地安装在容纳部分50a中的可弹性变形的弹簧70。每个弹簧70的一端与它的配重体60连接，且把另一端插入和固定在主体51和盖53之间。

图5A和图5B是描述根据本发明的第三个实施例的一个旋转体的动态振动减震器的略图。同样的参考标号表示与图4A中有同样功能的相同的零件。

参考图5A和图5B，一个动态振动减震器包括一个旋转地安装在一个轴17上的旋转体120，多个安装配置在旋转体120中所提供的容纳部分120b中的配重体130，和安装在容纳部分120b中可弹性变形的弹簧140。

该容纳部分120b形成在旋转体120的主体121和盖123之间，并且通过旋转体120的外圆周表面而敞开。

每个弹簧40是一个用于连接每个配重体130和旋转体120的连接装置，且弹簧140的一端与配重体130连接，而把另一端插入和固定在主体121和盖123之间。

图6A和图6B是描述根据本发明的第四个实施例的一个旋转体的动态振动减震器的略图。

参考图6A和图6B，一个动态振动减震器包括一个旋转地安装在一个轴17上并具有多个凹部220b的旋转体220，多个配置在旋转体220外圆周表面220a的配重体230，和一个用于连接配重体230和旋转体220的连接装置。

连接装置包括多个横杆240，配置在相应凹部220b的配重体230在其上对称连接，用于将横杆240的端部固定在旋转体220的外圆周表面220a的固定件250。横杆240的长、厚、和高的设计考虑了旋转体220的旋转速度和配重体230的质量。固定件250通过一个螺钉S连接到旋转体220的外圆周表面220a上。

图7A是简要说明使用根据本发明的第五个实施例的一个旋转体的动态振动减震器的机械仪器300的透视图。

图7A所示的机械仪器300包括一个具有一个轴317的驱动部分310，一个为驱动部分310提供动力的驱动源313，一个用于转动一个旋转体320的动力传输带315，例如用于将驱动源313的动力传输到轴317的皮带轮。

该动态振动减震器包括多个配置在安装有动力传输带315的旋转体320周围的配重体330，且旋转体与轴317一同转动，以及用于连接配重体330和旋转体320的连接装置，以使配重体330能在旋转体320的径向弹性地移动。

配重体330相对于旋转体320的旋转轴对称配置，并位于径向筋321之间，这样，配重体330在旋转体的圆周方向保持有规则的间隔。此外，配重体330具有对称安装有一对块的结构。

参考图7B，连接装置包括形成在筋321a的侧边处的锁孔321a；和连接到相应的锁孔321可弹性变形并绕其周围安装有相应的配重体330的弹性销钉340。此外，优选将配重体330安装在弹性销340的中部。

图8是描述使用根据本发明的一个优选实施例的一旋转体的动态振动减震器的一个硬盘驱动器的示意剖面图。

参考图8，一个硬盘驱动器包括：一个安装在机座401上的一个主轴马达410；多个由转子413所支承的硬盘420，转子413旋转地安装在主轴马达410的旋转轴411上；一个插入在硬盘420之间并包括一个主体431和一个安装在主体431上的一个盖433的定位架430；一个通过螺钉S安装在转子413上以夹持硬盘420的夹持器440；和用于吸收硬盘420旋转时所产生的振动的动态振动减震器。

如图9所示，该动态振动减震器包括：安装在通过定位架430所形成的相应容纳孔430a中的配重体450，以使配重体通过弹性件460在定位架430的径向弹性移动。

配重体450相应于定位架430的旋转轴对称配置，定位于在定位架430圆周方向以有规则的间隔所形成的相应的容纳孔430a中。

容纳孔430a通过主体431和盖433而形成。弹性件是一个插在主体431和盖433之间的弹性环460，作为连接装置起连接配重体450和定位架430的作用。

下面将描述具有上述结构的一个硬盘驱动器的动态振动减震器的工作过程。

当硬盘420旋转以便将信息记录到硬盘420上或重放已记录的信息时，硬盘420，转子413，定位架430，和夹持器440同时转动。这时，在定位架430上的配重体450通过弹性环460的介质在定位架430的径向彼此独立地移动各自的位移。配重体450的这种运动不仅补偿了上述定位架430的偏心质量，而且补偿了与其同时旋转的上述部件的偏心质量。因此，该硬盘420能在径向无摇动地保持稳定的旋转状态，并提高了记录/重放信息的可靠性。

图10A和10B是描述使用本发明的另一个实施例的动态减震器的一个硬盘的驱动器的主要部分略图。由于把动态振动减震器安装在一个夹持器540中，这个实施例与图8所示的把动态振动减震器安装在定位架中的实施例不同。

参考图10A和10B，夹持器540包括一个主体541，和一个安装在主体541上的盖543。

该动态振动减震器包括多个安装在夹持器540周边的配重体550，和一个用于连接配重体550和夹持器540的连接装置，以使配重体550能在夹持器540的径向弹性地移动。

配重体550相对于夹持器540的旋转轴对称配置，并相应地定位在通过主体541和盖543在夹持器540的圆周方向以有规则的间隔所形成的多个容纳孔540a中。此外，配重体550具有对称安装有一对块的结构。

连接装置包括安装在容纳孔540a中的可弹性变形的一个弹性环560，把弹性环560插在主体541和盖543之间，并支承位于相应容纳孔540a中的配重体550。

如上所述，根据本发明的旋转体的一个动态振动减震器，通过与旋转体连接的配重体的位移，配重体可以进行与旋转体的无规律的质量分配无关的弹性移动来有效地吸收旋转体的旋转振动。

此外，由于根据本发明的动态振动减震器可不受旋转体的旋转速度限制而吸收旋转振动，则该动态振动减震器可应用于如一个机械仪器或一个硬盘驱动器中的旋转体上。

尽管，为更好地阐述本发明，本发明的特殊实施例参考附图已被详细描述，但应理解为本领域的技术人员可作出的各种改进和等效都不脱离本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.一个用于吸收旋转体旋转时所产生的振动的一个旋转体的动态振动减震器，

其特征在于，该动态振动减震器包括：

一个旋转体；

至少一个配置在旋转体周边的配重体；和

一个用于连接配重体和旋转体的连接装置，以使配重体能在旋转体的径向弹性移动。

2.如权利要求1所述的动态振动减震器，其特征在于，该旋转体包括至少一个相应于旋转体的圆周表面凹陷而形成的凹部，以使配重体容纳其中；且该连接装置包括一个安装在凹部中的弹性件，以支承容纳在凹部中的配重体。

3.如权利要求2所述的动态振动减震器，其特征在于，当使用了多个配重体时，配重体相对于旋转体的旋转轴对称配置，并以有规则的间隔位于圆周方向的相应凹部中。

4.如权利要求2所述的动态振动减震器，其特征在于，该配重体包括对称地安装在弹性件上的一对块。

5.如权利要求1所述的动态振动减震器，其特征在于，该旋转体包括一个主体，一个安装在主体上的盖，和至少一个相应于主体和盖的圆周表面凹陷而形成的以容纳配重体的凹部；及

该连接装置包括一个插在主体和盖之间并支承配重体的弹性环，以使配重体能在凹部中弹性地移动。

6.如权利要求1所述的动态振动减震器，其特征在于，该旋转体包括一个主体，一个安装在主体上的盖，和至少一个在主体和盖之间形成的容纳部分，以使配重体能移动地容纳在该容纳部分中；及

该连接装置包括支承配重体的弹簧，以使配重体能在凹部中弹性地移动。

7.如权利要求6所述的动态振动减震器，其特征在于，该容纳部分通过旋转体的圆周表面而敞开，使配重体能在旋转体的径向移动。

8.如权利要求1所述的动态振动减震器，其特征在于，旋转体包括至少一个相应于旋转体的外面凹陷而形成的以容纳配重体的凹部；及

该连接装置包括一个其端部固定在旋转体外面的且可弹性变形并支承配重体的横杆。

9.如权利要求8所述的动态振动减震器，其特征在于，连接装置进一步包括一个用于将所述横杆固定在旋转体外面的固定装置。

10.如权利要求1所述的旋转体的动态振动减震器，其特征在于，连接装置包括形成在径向安装在旋转体上的筋处的锁孔；和

固定锁孔的弹性销钉以弹性地支承配重体。

11.一种硬盘驱动器，包括：一个机座；一个安装在机座上的主轴马达；由旋转地安装在主轴马达的轴上的转子支承的多个硬盘；插在硬盘之间的定位架；和一个装在转子上来夹持硬盘的夹持器，其特征在于，该硬盘驱动器包括：

一个动态振动减震器，用于吸收硬盘旋转时所产生的旋转振动，同时沿硬盘径向弹性移动。

12.如权利要求11所述的硬盘驱动器，其特征在于，该动态振动减震器包括：

至少一个安装在定位架和/或夹持器上的配重体；和

一个用于将配重体和定位架和/或夹持器连接的连接装置，以使配重体在定位架和/或夹持器的径向弹性移动。

13.如权利要求12所述的硬盘驱动器，其特征在于，定位架和/或夹持器包括至少一个相应于旋转体的外面凹陷而形成的以容纳配重体的凹部；及

该连接装置包括一个安装在凹部以弹性支承配重体的弹性件。

14.如权利要求13所述的硬盘驱动器，其特征在于，定位架和/或夹持器包括一个主体，一个安装在主体上的盖；及

弹性件是一个插在主体和盖之间的一个环状的弹性环。

15.如权利要求12所述的硬盘驱动器，其特征在于，定位架和/或夹持器包括至少一个配重体能在其中可移动地容纳的容纳孔；及

该连接装置包括一个安装在容纳孔中以便弹性地支承配重体的弹性件。

16.如权利要求12所述的硬盘驱动器，其特征在于，定位架和/或夹持器包括一个主体，一个安装在主体上的盖，和至少一个通过主体和盖所形成的以容纳配重体的容纳孔；及

该连接装置包括一个插在主体和盖之间以弹性支承配重体的环状的弹性环。

Images