专利名称：用于可旋转数据载体盘的插入和取出装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于可旋转数据载体盘的插入和取出装置，该装置在播放前将该数据载体盘从插入位置机械移动到播放位置，在播放结束后再将其退回到插入位置。
背景技术：
这种用于可旋转数据载体盘的插入和取出装置是已知的。CD或DVD数据载体盘通常是通过用于播放CD或者DVD的固定装置中的滑动抽屉来插入或弹出的。由于空间有限，滑动抽屉机构不能在机动车辆的装置中使用。插入和取出通过辊子机构实现。
这些已为我们所熟知的机构由很多独立元件组成，所以此类机构很复杂并且很昂贵。这类机构还有一个缺点，由于辊子操作只夹住边缘，或者实际上仅仅夹住若干点，致使这些机构不能正确导引数据载体盘。
发明内容
本发明的目的是提供一种能在整个移动过程中为盘提供更好导引作用、由更少的功能元件组成的插入和取出装置。
上述目的通过权利要求1所述特性实现。
因为导轨沿着数据载体盘的整个移动范围延伸，并且在成对角相互面对的边缘区域导引数据载体盘，所以在整个插入和取出过程中能连续导引数据载体盘。这对容易受振的装置非常有利。如果至少有一个导轨能在数据载体盘的一个运动方向上给其传送移动冲量，比如冲击型移动，那么其它任何移动机构都是多余的。导轨本身起到传输发生器的作用。因此操作中所需的元件成本和空间要求都大大减少。
本发明的一个实施例中规定移动冲量通过压电驱动作用于一个或两个导轨。压电驱动的特点就是在向前的方向上产生脉动推进运动。
压电驱动或者马达在很多实施例中已为我们所熟知。ACTUATOR 96会议论文集描述了一种带有封闭环形定子的线性行波马达(Hermann，M；Schinkthe，WPiezoelectric Travelling Wave Motors generatingdirect linear motion...，Proc.of ACTUATOR，Bremen，26-28 June1996，pp.200-203)。马达的第一个管柱(limb)沿着物体的路径放置。在另两个管柱的端面处把这两个管柱连成半圆形。对于行波马达在某一个方向上的移动需要两个相移电压的作用才能实现。尽管这种马达可以设计成一个垂直于移动物体并且很平的结构，但是仍有两个缺陷定子的体积比可能路径的两倍还要大；第二，同时需要两个谐波电压。
例如，EP 0951078所述的压电微冲击马达要求比行波马达小得多的结构体积；并且工作时只需一个谐波电压。然而，这些马达在垂直于运动方向上的尺寸非常大，大约有10-20毫米的数量级。这里至少不像其它马达实现直接驱动所需的接触点的运动一样简单。
考虑到机动车辆或家庭计算机中使用的播放器的有限空间，为了实现小体积的压电驱动，本发明中的另一个实施例提供了压电驱动通过压电马达来实现，每一个压电马达都对其中一个导轨施加一个冲击力。一个马达在插入方向起作用，另一个马达在取出方向起作用。
如下的配置可以实现非常紧凑的结构。在运动方向马达非常平。根据微冲击原则，马达需要且仅要一个驻波来激发。这里所需元件的数目很少。
本发明另一个实施例提供了每个导轨本身是一个压电马达。这个压电马达包括一个具有定子齿的定子和一个压电元件，这个压电元件起驱动作用的动子的长度至少有半个波长的长度。
本发明另一个实施例提供了每个导轨本身是一个压电马达。这个压电马达包括一个具有定子齿的定子和一个压电元件，其中激发部分的长度对应于两个波长的长度。
本发明另一个实施例提供了仅有一个导轨本身就是压电马达，包含一个具有定子齿的定子和一个压电元件，并且，压电元件的动子、激励单元的长度至少有半个波长的长度或者半个波长的整数倍。
本发明另一个实施例提供了马达中的压电元件通过一个压电陶瓷元件来形成。这个压电陶瓷元件有λ/2的长度的交变极性区域，同时提供覆盖电极，其邻接定子的一个电极在陶瓷元件的全长上延伸，同时长度为λ/4波长、置于陶瓷元件另一面的电极交替地连接到交变极性的终端。
本发明另一个实施例提供了在一个方向运动的压电马达中仅那些被相关联的控制电极覆盖的区域由压电材料制成。
本发明另一个实施例提供了冲击方向的定子通过延长到λ/4波长的奇数倍，在长度方向被拉长以至覆盖并超出压电元件。
本发明一个不同于上述的改进实施例提供了相反冲击方向上的定子在纵向伸长覆盖并超出压电元件，伸长量为λ/4波长的偶数倍。
本发明另一个实施例提供了定子的激励部分在导轨的一半上延长λ/4波长的偶数倍，和在另一半上延长λ/4波长的奇数倍。
本发明另一个实施例提供了导轨的两个半部分通过在处于中性振动线的水平处的片簧来彼此去耦。
本发明另一个实施例提供了马达的谐振频率Fi需满足下列式子Fi=((i+1/2)·π)212·h/l2E/ρ]]>其中，第一近似值I取决于驻波I的量级、定子的长度1、定子的高度h、材料常数，弹性模量E和定子材料的密度ρ。
本发明另一个实施例提供了定子齿排列在振动中形成的波腹和波节之间相隔λ/2的位置。
本发明另一个实施例提供了马达长度大概有数据载体盘的运动路径的长度。
本发明另一个实施例提供了移动冲量被传送到各个导轨，并且在通过后者借助于偏心机构传送到数据载体盘。
本发明另一个实施例提供了偏心机构引起被该偏心机构推进的导轨关于一个旋转中心振动，并且导轨的振动在移动方向给数据载体盘传递一个前向冲量。
本发明另一个实施例提供了偏心机构将振动冲量传送到一个带式传送机。这个带式传送机将该冲量传送给数据载体盘作驱动冲量。
本发明另一个实施例提供了带式传送机根据循环运动中插入或者取出方向而移动数据载体盘。带式传送机呈凹槽状，数据载体盘的边缘可以与其咬合。
本发明另一个实施例提供了在压电马达的纵向定子齿具有凹槽，数据载体盘的边缘可以进入这些凹槽中。
本发明另一个实施例提供了压电马达一般用于元件的线性驱动，通过冲击冲量来移动元件。
下面结合图形将更详细地解释本发明图1显示了一种用于诸如CD或DVD的数字数据载体盘的插入和取出装置，该装置带有平行导轨，在插入和取出运动期间在这些导轨之间导引数据载体盘，通过所述导轨实现数据载体盘的插入和取出运动。
图2显示了一种插入和取出装置的实例，这里通过压电马达移动导轨，导轨的运动引起数据载体盘的移位运动。
图3显示了一个能直接用作导轨的合适压电马达的活动区域的原理。
图4显示了一个能直接用作第一运动方向导轨的合适压电马达。
图5显示了一个能直接用作第二运动方向导轨的合适压电马达。
图6显示了一个能直接用作双向运动导轨的第一个压电马达。
图7显示了一个能直接用作双向运动导轨的第二个压电马达的动子。
图8显示了一个通过导轨之一向数据载体盘传送前向冲量的偏心驱动。
图9显示了一个通过带式传送机向数据载体盘传送前向冲量的交替偏心驱动。
具体实施例方式
图1显示了用于数据载体盘1(如CD和DVD)的插入和取出装置的原理。该插入和取出装置包括平行导轨2，导轨在插入和取出的整个移动范围延伸。通过成对角线相互面对的边缘区域3、4的导轨2上的凹槽5导引数据载体盘1。移动冲量由导轨2中的至少一个以运动6、7所示的两个方向中的某一运动方向传送到数据载体盘1，具体方式将在下面进一步描述。箭头8、9标出了这些经驱动以将要描述的脉动或者冲击型的方式传送到导轨2的移动冲量。驱动的冲量或者冲击型运动通过导轨2传送到数据载体盘1。数据载体盘以冲量或冲击的方向相应移动，即在插入或者取出方向移动。导轨2在移动冲量的影响下而振动，因而对数据载体盘1执行一个移位动作。虽然导轨会在各自位置前后移动，而箭头8、9每个只标明了一个方向，即在相反方向，这容易产生误解。因此必须指出的是，箭头8和9标明的是导轨2作用于数据载体盘1的冲击方向。
图2图示了一个向导轨2传送冲击型移动冲量的压电驱动。压电马达100用来提供压电驱动。马达100斜置的推杆150清楚标明了冲击方向8和9，这些冲击作用于导轨，从而作用于数据载体盘1。在经每次冲击作用后弹簧2a把导轨2推回起始位置。
图3显示了压电马达10的活动核心，这个压电马达以一个具有紧凑平面结构的线性压电马达形式应用于CD或DVD设备中。马达10以一个驻波激发，全部15个齿根据微冲击原理而运转。这意味着这里的运转仅需一个谐波电压。其遍布数据载体盘1通过的整个路径长度。
压电马达10有一个激发单元11，起到在至少半个波长处的驱动作用。动子11的尺寸可能会延长期望中的λ/2的增量。
图3a图示了具有一个长度La＝2λ的动子11的马达10的工作可能性。马达10具有一个高度为h的定子13。齿距为λ/2的定子齿15安置在定子一侧14。同时，定子齿15也位于振动中形成的波腹26和波节25之间的位置12处。
在定子的另一侧16，安置了一个含有压电陶瓷材料18的压电元件17，以便提供激发。压电陶瓷材料18中形成波长为λ/2的交替极化区域。压电元件17在定子一侧16处具有一个公共电极19。在定子另一侧20实现一个电极划分。λ/2长度的交替极化区域中有一半被各自的局部电极21覆盖。半波长λ/2的区域的局部电极交替地连接到交变极性的两个终端22和23。
通过压电陶瓷材料18和图3a所示动子11中的电极激发在一个驱动方向产生一个驻波，以便将振动波节25定位在动子11的终端24处，如图3b所示。定子齿15直接冲击数据载体1，并在一个方向逐步移动数据载体1。在动子11的终端24处将形成振动波腹26以实现反方向驱动，如图3c所示。
动子11在两个纵向用定子材料进一步进行了补充，以便在定子终端25处能产生波节25或波腹26，从而形成驻波以提供一个高效率的马达10。
如图3b所示向左的驱动方向，在动子11两侧都要有定子材料，材料长度必须总是λ/4的奇数倍。在图示的振动状态中，一半的齿朝上指向左边，冲击这个位置的数据载体1。图示位置的另一半齿朝上指向右边，但处在回摆相位，并且与数据载体1不接触。半个频率周期以后，上述两半齿相互交换任务。这时第一半齿处在回摆相位并朝上指向右边，另一半齿在冲击相位并且朝上指向左边。激发这种形式的振动，需在电极终端22和19a之间施加适当频率的交流电压。电极23下面的压电陶瓷材料18在这个运动方向没有激活，可以忽略。图4显示了这种驱动的一个例子。
然而对于图3c所示的向右的驱动方向，在动子11的任一侧需要定子材料，该材料的长度总是相当于λ/4的偶数倍。在电极终端23和19a之间施加一个适当频率的交流电压UN用来激发。在这种工作模式下电极22下面的压电陶瓷材料18是钝态的，可以忽略。图5显示了这种驱动的一个例子。
对于一个相关驱动方向和一个相关应用的高效率的马达10可以被设计出来而不需要更进一步的特征。动子11和附加定子材料28，29的最小长度是一个波长λ。
图4显示了一个用于左向驱动方向的压电马达10，压电马达具有相关联的伸长片28a和28b，在图示状态中两个伸长片的长度分别为7λ/4和9λ/4。
图5显示了一个用于右向驱动方向的压电马达10，压电马达具有相关联的伸长片29a和29b，在图示状态中两个伸长片的长度分别为3λ和2λ。
根据第一近似原理，马达10中定子工作的谐振频率Fi取决于驻波I的量级、定子13的长度1和高度h。材料常数也很重要定子材料的弹性模量E和密度ρ。谐振频率可用下面的方程表示Fi=((i+1/2)·π)212·h/l2·E/ρ]]>关于图2所描述的例子中的频率F3可以用如下式子计算F3=(3.5·π)212·h/La2·E/ρ]]>不管整个定子13多长，只要伸长片28和29是根据上述给定条件选择的(即λ/4的奇数倍或偶数倍)，这个频率几乎不变。
在每个运动方向上都使用一个只在一个方向运动的压电马达10。
图6显示一个双运动方向的压电马达10，压电马达安装在与图3a一致的处于中心位置的动子11周围，在一半处有伸长以使驱动方向向左，平面图里伸长片50a和50b的长度为7λ/4，在定子的另一半处也有伸长以使驱动方向向右，平面图里伸长片51a和51b的长度为2λ。在齿15内提供导引数据载体盘1的凹槽5。为了表达清晰，在图5中已用虚线53勾划出伸长片50a、50b、51a和51b和中心处的活动区域11，但实际它们是加工成一个整体元件，形成定子13。
图7显示了用于双驱动方向的压电马达中的具有2λ长的动子。定子被分成两半13a和13b。每半个定子在最底部都有上述的压电陶瓷元件17用来激发所需的驻波。
齿15安置在每半个定子的上面以便该半个定子13a上面的一半齿15a是刚性的，不随着驱动方向8上的向上冲击而弯曲，却能易于随着驱动方向9上的向上冲击而弯曲。在该半个定子13b上面的半齿15b是刚性的，不随着驱动方向9上的向上冲击而弯曲，却能易于随着驱动方向8上的向上冲击而弯曲。可以制造出这些齿，例如通过简单的模压成型(stamped out)，弯曲金属条方式。
因此在动子的这个实施例中，半个定子13a通过伸长的方式将被延长λ/4的偶数倍(运动方向向右)，同时半个定子13b将延长λ/4的奇数倍(运动方向向左)。图7中没有显示这些伸长。
两个半定子在驻波的中心位置用一个连接桥52耦合。
两个半定子的压电元件都可以用上述的方式在两个驱动方向被电控制。做一个更简单的改进，若需要运动方向8，那么就只激发半定子13a；若需要运动方向9，那么就只激发半定子13b。
图8和9显示了与图1所示一致带有导轨的插入和取出装置，这里插入和取出通过偏心装置来实现。
在图8显示的插入和取出装置30中，如图1所示的结构中那样，左边的导轨不与插入方向6平行布置，但其关于旋转中心31可在枢轴上转动，旋转中心在导轨2的一个终端32处。偏心片34作用于另一终端33，偏心片关于轴35旋转。箭头36标明了旋转方向。还有一个支撑弹簧37，其压着导轨2防止数据载体盘1插入。
当偏心片在箭头36所示方向上旋转，振荡脉冲被发送给导轨2。该振荡脉冲引起数据载体盘1的导轨2执行在箭头6所示方向上的前向脉动运动。为在取出方向上操作的取出提供类似的工作驱动。
图9显示了一个通过带式传送机工作的插入和取出装置40，这里带式传送机是通过橡胶圈实现的。右向导轨2相对于插入和取出方向6和7平行安置。橡胶圈41是弹性的，并且能把脉动产生的拉伸运动传送给数据载体盘1。围绕轴43旋转的偏心片42用来产生脉动拉伸运动。在箭头44所示的方向上旋转时，拉伸运动就会传递到橡胶圈41上，以使数据载体盘1在插入方向6上经历前向冲量，这样载体盘也就插入了。若偏心片42按箭头45所示方向旋转，数据载体盘1将会经历在取出方向7的前向冲量。橡胶圈41对着数据载体盘1是凹槽状，数据载体盘1的边缘3可以进入这些凹槽。
权利要求
1.一种用于可旋转数据载体盘的插入和取出装置，在播放前将该可旋转数据载体盘从插入位置机械移动到播放位置，播放后再将其退回到插入位置，该装置有平行的导轨(2)，该导轨在插入和取出的整个移动范围延伸，该导轨导引位于成对角相互面对的边缘区域处的凹槽(5)中的数据载体盘(1)，其中至少一个导轨(2)在数据载体盘(1)的一个运动方向向其传送移动冲量，通过该移动冲量数据载体盘(1)在插入或取出方向上移动。
2.如权利要求1所述的插入和取出装置，其特征在于移动冲量是通过压电驱动(100)的方式施加在一个或两个导轨(2)上。
3.如权利要求2所述的插入和取出装置，其特征在于压电驱动是由压电马达(100)形成，每个压电马达在一个导轨(2)上施加一个冲击力。
4.如权利要求1所述的插入和取出装置，其特征在于每个导轨(2)本身就是一个压电马达(10)，包括一个具有定子齿(15)的定子(13)和一个压电元件(17)，该压电元件的动子(11)起驱动作用且有至少半个波长的长度。
5.如权利要求4所述的插入和取出装置，其特征在于仅有一个导轨(2)本身就是一个压电马达，包括一个具有定子齿(15)的定子(13)和一个压电元件(17)，压电元件的动子、激发单元(11)具有至少半个波长的长度，或者有一个半波长的整数倍的长度。
6.如权利要求4所述的插入和取出装置，其特征在于每个导轨(2)本身就是一个压电马达(10)，包括一个具有定子齿(15)的定子(13)和一个压电元件(17)，其中激发部分的长度对应于两个波长。
7.如权利要求4所述的插入和取出装置，其特征在于马达(10)的压电元件(17)是由压电陶瓷材料(18)形成，该压电陶瓷材料有半个波长(λ/2)的长度的交变极性区域，同时提供覆盖电极(19，21)，其连接定子(13)的一个电极(19)在陶瓷材料(18)的整个长度上延伸，而具有λ/4长度且安置在陶瓷材料(18)的另一侧的电极(21)交替连接到交变极性的终端(22，23)。
8.如权利要求4所述的插入和取出装置，其特征在于用于一个方向运动的压电马达(10)中仅仅被那些相关联的控制电极(19，21)覆盖的区域才由压电陶瓷材料制成。
9.如权利要求4所述的插入和取出装置，其特征在于对于一个冲击方向的定子(13)在纵向上以λ/4的奇数倍的伸长(28)量在压电元件(17)上伸长并超出压电元件(17)。
10.如权利要求4所述的插入和取出装置，其特征在于对于一个相反冲击方向的定子(13)在纵向上以λ/4的偶数倍的伸长(29)量在压电元件(17)上伸长并超出压电元件(17)。
11.如权利要求4所述的插入和取出装置，其特征在于动子(11)和附加定子材料(28，29)的最小长度对应于至少一个波长λ。
12.如权利要求4所述的插入和取出装置，其特征在于定子(13)的激发部分在导轨(2)的一半上伸长了四分之一波长的奇数倍，而在另一半上伸长了四分之一波长的偶数倍。
13.如权利要求12所述的插入和取出装置，其特征在于导轨(2)的两个半部分通过在处于中性振动线的水平处的片簧来彼此去耦。
14.如权利要求4所述的插入和取出装置，其特征在于马达的谐振频率Fi可用如下表达式表示Fi=((i+1/2)·π)212·h/l2E/ρ]]>其中，第一近似值i取决于驻波I的量级、定子的长度l、定子的高度h、材料常数、弹性模量E和定子材料的密度ρ。
15.如权利要求4所述的插入和取出装置，其特征在于定子齿(15)在振动中形成的波腹(26)和波节(25)之间的位置λ/2的距离排列。
16.如权利要求3所述的插入和取出装置，其特征在于马达(10)具有大概为数据载体盘(1)的运动路径的长度。
17.如权利要求4所述的插入和取出装置，其特征在于定子齿(15)在压电马达(10)的纵向上具有凹槽(5)，数据载体盘(1)的边缘(3)进入这些凹槽(5)。
18.如权利要求1所述的插入和取出装置，其特征在于移动冲量传送给各个导轨(2，41)，并且通过导轨借助偏心机构(34，42)传送到数据载体盘(1)。
19.如权利要求18所述的插入和取出装置，其特征在于偏心机构(34)引起被该偏心机构(34)推进的导轨(2)关于一个旋转中心(31)振动，导轨(2)的振动在移动方向(6)上向数据载体盘(1)传递一个前向冲量。
20.如权利要求18所述的插入和取出装置，其特征在于偏心机构(42)将振动冲量传送给一个带式传送机(41)，该带式传送机(41)将所述冲量传送给数据载体盘(1)作驱动冲量。
21.如权利要求20所述的插入和取出装置，其特征在于带式传送机(41)根据循环运动的方向而在插入或者取出方向移动数据载体盘(1)。
22.如权利要求20所述的插入和取出装置，其特征在于带式传送机(41)具有凹槽(46)状，数据载体盘(1)的边缘(3)与这些凹槽咬合。
23.如权利要求4所述的压电马达，其借助冲击冲量可使元件线性移动。
全文摘要
本发明涉及一种用于可旋转数据载体盘的插入和取出装置，在播放前将该可旋转数据载体盘从插入位置机械移动到播放位置，播放后再将其退回到插入位置，该装置有平行的导轨(2)，该导轨在插入和取出的整个移动范围延伸，该导轨导引位于成对角相互面对的边缘区域处的凹槽(5)中的数据载体盘(1)，其中至少一个导轨(2)在数据载体盘(1)的一个运动方向向其传送移动冲量，通过该移动冲量数据载体盘(1)在插入或取出方向上移动。
文档编号B65G27/24GK1723500SQ200380105505
公开日2006年1月18日 申请日期2003年12月2日 优先权日2002年12月10日
发明者H·伦普夫, C·霍普夫, C·赖兴格 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司