CN1762015A - 具有降低的电能消耗的盘驱动单元 - Google Patents

Abstract

用于盘的盘驱动单元，例如，在移动设备中使用，所述盘驱动单元包括心轴(1)、电马达(2)和辅助电马达(3)，所述心轴布置在所述盘驱动单元内部，适于在工作位置可旋转地支撑所述盘，所述电马达可操作地与所述心轴(1)连接以便使其旋转，所述辅助电马达与所述心轴可连接以便在起动过程中加速所述心轴。该辅助马达可选择在速度为0时有效地工作。所述电马达可以是低功率马达，其导致降低的功率消耗。

Description

具有降低的电能消耗的盘驱动单元

本发明涉及用于盘的盘驱动单元，特别是在移动设备中使用，所述盘驱动单元包括心轴，其布置在所述盘驱动单元内部，适于在工作位置可旋转地支撑所述盘，以及电马达，其可操作地与所述心轴连接以便使后者旋转。

这种盘驱动单元在其许多实施例中已经已知。这种盘驱动的电能消耗是重要议题，特别是如果它们用于移动设备，因为这些移动设备经常忍受有限的功率预算。

US-A-5,016,124公开一种记录装置，其在起动时可控制盘驱动的能量供给。在该记录装置中，存在用于驱动盘形磁带的盘驱动，以便记录视频信号。该盘驱动单元的电马达具有马达控制电路，其包括第一电路，其布置为将马达驱动电流限制为第一值，第二电路，其布置为将马达驱动电流限制为第二值，所述第二值低于第一值。这种方法提供了一种马达控制电路，其确保马达在必要时具有高度增长的转速，在高度增长速度不需要时降低电能消耗。

本发明的目的是提供一种用于盘的盘驱动单元，其中电能消耗进一步降低。

为了实现该目的，本发明提供一种用于盘的盘驱动单元，特别是在移动设备中使用，所述盘驱动单元包括心轴、电马达和辅助马达，所述心轴布置在所述盘驱动单元内部，适于在工作位置可旋转地支撑所述盘，所述电马达可操作地与所述心轴连接以便使后者旋转，所述辅助马达与所述心轴可连接以便在起动过程中加速所述心轴。所述辅助马达优选地是电马达。

根据本发明的盘驱动单元包括两个马达，其每一个可被选择和设计用于其特定的目的。特别是，常规的转子电马达在速度为0时是效率低的，在起动时不得不克服相对大的轴承摩擦，因而该转子马达在加速过程中消耗较高的功率。根据本发明，辅助马达被用于起动心轴的旋转，因而电动驱动马达主要需要用于维持选择的速度。用于维持某个转速要求较小的功率，因而电动主驱动马达可设计为具有较低的功率，因而具有较低的功率消耗。

非常适合于起动心轴旋转的一种马达是线性马达，例如电磁或者线圈马达。这种马达在心轴的起动过程中相比转子马达更为有效。因而，电动驱动马达和辅助马达互相补充得非常好。

在心轴的减速过程中如果辅助马达也与心轴可连接是非常有利的，同时辅助马达设置有用于吸收和存储来自心轴的能量的装置。

采用这种方式，旋转的心轴的动能可被再次使用，其进一步降低了盘驱动单元的电能消耗。用于吸收和存储来自心轴的能量的装置可以是如权利要求5限定的电动的，或者如权利要求6限定的机械的。用于吸收和存储能量的可替换装置显而易见是可想到的。

连接线性马达和心轴的一种方法在权利要求7中限定。这种一种简单的方法，将线性运动转换为圆周运动。

在权利要求8的实施例中，柱塞相对于心轴位于中间位置，柱塞的头部形状和弹性固定装置是非常简单的装置，用于使柱塞远离该中间位置和移回到该中间位置。

该实施例也非常适合在盘驱动单元的一个实施例中使用，其中柱塞也用于在减速过程中吸收和存储来自心轴的动能。这种实施例在权利要求9中限定。根据该实施例，柱塞的头部能沿着心轴的两侧移动，以便驱动心轴和被心轴驱动。该实施例具有另外的优势：它不再需要制动心轴，这通常需要能量。根据本发明，辅助马达制动心轴，同时存储来自心轴的能量以便后面使用。

本发明还涉及包括上述盘驱动单元的具有壳体的移动设备，它也包括如权利要求12和13限定的驱动盘驱动单元的心轴的方法。

参考此后将描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得明晰，并将被阐明。

图1是根据本发明的盘驱动单元实施例的完全示意性的侧视图。

图2-6是根据图1的盘驱动单元实施例的完全示意性的俯视图，其处于工作过程中的五个不同位置。

附图显示盘驱动单元的实施例。该盘驱动单元可在用于从盘(未显示)中读出数据或者在盘(未显示)上写入数据的设备中使用，例如光盘或者类似物。该盘驱动单元用于其中的设备特别是可移动的或者易携带的设备，例如设置有可更换光学数据盘的移动电话。该盘容纳在盒中。该移动设备会具有壳体，该盘驱动单元容纳在该壳体中。该壳体会设置有开口，其允许该盘从插入位置插入到在该盘驱动单元的心轴处的工作位置，允许该盘从工作位置弹射到释放位置。

在该盘驱动单元的一个特别应用中，该单元被设计为驱动非常小的盘(例如具有30mm的直径)。这种盘驱动单元例如可在所谓的触发模式下工作，与连续的工作相比其节约能量。数据以有效的高比率例如33Mbit/s从该盘中读出，被放置到典型的8MB的缓冲区中。例如，用于某种应用的数据使用比率为1Mbit/s，该盘的加速过程花费1秒钟。该加速过程造成强大的能量损失，因为该盘和电马达的静摩擦和动摩擦(轴承摩擦和空气摩擦)、惯性，以及该电马达电相位的适应。加速过程之后，该驱动单元的功率消耗典型的降低了10倍。在该恒速阶段，缓冲区在大约2秒钟之内被写满数据。接着，电马达可被停止，在接近1分钟的过程中数据从该缓冲区读出。如果该盘包含1小时的音乐，那么在该盘的播放过程中，该盘需要被加速大约50次。

图1-6完全示意性地显示根据本发明的盘驱动单元。它显示了心轴1和转子2，所述心轴包括用于支撑该盘的转盘，用于旋转该转盘的轴杆，所述转子是该盘驱动单元的电驱动马达的可旋转部分。可使用任何常规的或者非常规的转子马达。

附图也显示了辅助马达3，其与心轴1可连接。辅助马达包括线圈4，电流通过该线圈传导，由控制单元10控制，该控制单元也控制电动转子马达的工作。磁化柱塞5延伸穿过线圈4，以便当线圈4致动时其以线性的方式被驱动。该线圈安装于弹性固定装置6，其使线圈4和柱塞5能克服偏压力相对大致垂直于柱塞5的纵向轴线的轴线6’旋转。该偏压力将柱塞5推回中间位置，在该位置柱塞5的纵向轴线延伸穿过心轴1的轴线。其它的中间位置是可想到的。

在远离心轴1的一端，柱塞5包括档块7，其在一个方向上限制柱塞5的运动。在另一端，柱塞5包括齿状头部8，其适合与心轴1上的齿状轮9接合。齿状头部8或多或少是格形的，具有圆角。齿圈的齿沿着齿状头部8的整个周线分布，并与齿状轮9的齿相适应。轮9可以是齿轮、摩擦轮，或者某些其它类型的轮，其能使柱塞头部在轮9上施加驱动力，以致柱塞的线性运动转变为心轴1的旋转运动。柱塞5、齿状头部8、齿状轮9在辅助马达3和心轴1之间起到连接构件的作用。

所示和所述的该盘驱动单元的工作如下：

在图2中心轴1和其上支撑的盘处于静止。柱塞5处于中间静止位置，以致其纵轴线轴线延伸穿过心轴1的轴线，以致齿状头部8与心轴1上的齿状轮9未接合。因此，辅助马达3与心轴1断开。

在图3中，控制单元10已经接收盘应被旋转的命令，因此心轴1需要起动。为了该目的，控制单元通过使电流流过线圈4而致动线圈4。因而创建的磁场使柱塞5被推向心轴1。因此，齿状头部8与心轴1上的齿状轮9进入接合。因为柱塞5上的力和与齿状轮9进入接合的齿状头部8一侧的定位，柱塞5做出线性和旋转的混合运动，在该运动中包含其中的线圈4和柱塞5相对弹性固定装置6的轴线6’旋转。该运动的结果是，齿状头部8带动齿状轮9旋转，同时齿状头部8在轮9的周线上运动。因为心轴1的加速，支撑其上的盘也被加速。

在图4中，柱塞5已经运动到其极端位置，在该位置档块7被阻挡。当柱塞相对于线圈4到达该位置时，齿状头部8已越过齿状轮9，在心轴1的另一侧与该轮9脱离接合。弹性固定装置6维持在柱塞5上的回复力，以致齿状头部8被保持与齿状轮9接合，柱塞5被返回其中间位置，在该位置柱塞5的纵向轴线延伸穿过心轴1的轴线。在该位置，线圈4未被致动，柱塞5将保持在该位置，或者被主动地锁止在该位置。在齿状头部8绕着心轴1上的齿状轮9运动的过程中，心轴1已经加速到充分的程度，因此转子马达能接管，能带动心轴到希望的转速，或者将心轴1保持在希望的转速。

当盘被再次停止，以及因而盘需要被减速时，盘驱动单元的转子马达将被停止，控制单元10将造成短的相反的电流脉冲以致动线圈4。该相反的电流脉冲将造成在相反方向上的磁场，因此柱塞5沿着相反的方向运动。该脉冲仅仅足够带动柱塞5的齿状头部8与心轴1上的齿状轮9接合。一旦齿状头部8与旋转的齿状轮9接合，心轴1和盘的惯性将驱动齿状头部8，将柱塞5推回到线圈4中。弹性固定装置6将再次保持齿状头部8与齿状轮9接合。

在该过程中，心轴1和盘中的机械动能被转换为线圈4中的电能，从而在线圈4中产生电流。该能量可被存储在例如电容器11中，用于心轴1稍后的再次起动。另一个选择是将能量存储在与柱塞5连接的弹簧中(未显示)，其起到用于将能量传输到用于吸收和存储能量的装置中的装置的作用。

当齿状头部8与齿状轮9脱离接合时，另一个通过线圈4的短的相反的电流脉冲使柱塞5的齿状头部8与齿状轮9分离，因此柱塞5返回其被锁止的原始位置。

图6显示柱塞5的该原始位置，在该位置其准备好下一次加速。在该下一次加速过程中，来自线圈4的能量和来自电容器和/或弹簧或者其它能量存储装置的能量被用于驱动柱塞5。

据上所述，本发明提供一种具有非常低的能量消耗的盘驱动单元已非常清晰。

本发明并不局限于附图所示和以上所述的实施例，在后附的权利要求书的范围之内可以不同的方式变化。所述各种实施例的特征可组合，同时特定的特征可被可选择对象替代。例如，辅助马达也可是旋转电磁马达或者类似物。

在说明书和权利要求书中，表达“一”的使用并不排除其复数，同时表达“包括”并不排除另外的元件或步骤。单个处理器或者单元可实现权利要求书中所述的几个装置的功能。

在目前的优选实施例中，盘是光学数据盘。但是，可以理解本发明可用于各种各样的盘，例如铁电的、磁的、磁-光学的、光学的、近场的、主动充电存储盘，或者使用这些技术的组合、或者其它读和/或写技术的其它盘。

Claims (13)

1、一种用于盘的盘驱动单元，所述盘驱动单元包括心轴(1)、电马达(2)和辅助马达(3)，所述心轴布置在所述盘驱动单元内部，适于在工作位置可旋转地支撑所述盘，所述电马达可操作地与所述心轴(1)连接以便使后者旋转，所述辅助马达与所述心轴可连接以便在起动过程中加速所述心轴。

2、如权利要求1所述的盘驱动单元，其特征在于，所述辅助马达(3)是电马达。

3、如权利要求2所述的盘驱动单元，其特征在于，所述辅助马达(3)在所述心轴的减速过程中也可与所述心轴(1)连接，同时所述辅助马达设置有用于吸收和存储来自所述心轴(1)的能量的装置(4，11)。

4、如权利要求3所述的盘驱动单元，其特征在于，线性马达(3)适于在一个方向上被致动以便在起动过程中驱动所述心轴(1)，所述线性马达(3)也适于在相反的方向上被致动以便在减速过程中由所述心轴(1)驱动。

5、如权利要求3或4所述的盘驱动单元，其特征在于，所述用于吸收能量的装置包括所述线性马达(3)的线圈(4)，所述用于存储能量的装置包括电容器(11)。

6、如权利要求3或4所述的盘驱动单元，其特征在于，所述用于吸收和存储能量的装置包括与所述线性马达(3)的移动部分(5)连接的弹簧。

7、如权利要求2-6中任一项所述的盘驱动单元，其特征在于，所述辅助马达(3)包括装配有头部(8)的柱塞(5)，所述心轴(1)包括轮(9)，所述轮通过所述辅助马达的柱塞头部被接合，所述柱塞(5)、所述头部(8)和轮(9)用作所述辅助马达(3)和所述心轴(1)之间的连接构件。

8、如权利要求7所述的盘驱动单元，其特征在于，所述辅助马达(3)可绕着大致垂直于所述柱塞(5)的纵向轴线延伸的轴线(6’)旋转，以便允许所述柱塞头部(8)绕着所述心轴的轮(9)运动，所述柱塞的头部被成形以致所述柱塞头部在中间位置朝着所述心轴的轮并与所述心轴的轮接合的线性运动造成所述柱塞头部绕着所述心轴(1)的运动，因而带动其进入旋转，所述辅助马达设置有弹性固定装置(6)，其朝着中间位置偏压所述柱塞。

9、如权利要求5和8所述的盘驱动单元，其特征在于，所述柱塞头部(8)还是用于在所述心轴的减速过程中将来自所述心轴的能量传输给吸收装置(4)的装置，其与所述心轴(1)的所述轮(9)接合，在所述心轴(1)起动之后从其中间位置起动，其中所述驱动单元的控制装置(10)适于通过相反的电流脉冲致动所述辅助马达(3)，以致在所述电马达(2)被停止之后，所述柱塞头部(8)被拉回其起始位置，所述柱塞头部被促成与所述心轴的轮(9)进入接合，因此将所述柱塞(5)带回其起始位置。

10、如权利要求8或9所述的盘驱动单元，其特征在于，所述辅助马达(3)的所述线圈(4)设置有所述的弹性固定装置(6)。

11、一种具有壳体的移动设备，其包括如以上权利要求中任一项所述的盘驱动单元。

12、一种用于驱动盘驱动单元的心轴的方法，其包括以下采用理想顺序的步骤，以便带动所述心轴旋转：

致动辅助电马达以便使其可操作地与所述心轴连接，以便使后者加速，

将所述辅助电马达与所述心轴断开，致动主电马达以便使所述心轴保持在希望的旋转速度。

13、如权利要求12所述的方法，其包括以下采用理想顺序的步骤，以便使所述心轴的旋转停止：

使主电马达停止，

致动所述辅助电马达，以便使其可操作地与所述心轴连接，以便将来自所述心轴的动能传输给用于吸收和存储所述心轴的所述动能的装置。

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