专利名称：音圈电动机和配置的定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的音圈电动机和一种按权利要求11前序部分所述的定位装置。本发明特别适用于伺服磁道录写器的回转臂的精确运动。
如上所述，这类定位装置常常用于伺服磁道录写器(STW)中，在该处设置或记录可磁化的固定式磁盘的磁道。在STW中，通过该定位装置内的一个音圈电动机或回转机构使一根轴回转，在该轴上固定一个回转臂。在回转臂的端部设置有一个记录头，该记录头通过该轴的回转运动进行运动并可很精确地定位，所以这种固定磁盘的每面积单位可配置尽可能多的磁道。每面积单位或直径单位设置的磁道数(每英寸磁道数)是衡量固定磁盘存储器容量的尺度。由于这个原因，人们一直致力于达到一个尽可能窄的磁道间隔。为了在固定磁盘制造厂家经济地进行配置具有窄磁通间隔的固定磁盘，必须在很短的时间(寻查和置位时间)内实现STW的回转臂的精确定位。
在文献DE 196 37 953 A1中示出了一种音圈电动机，它们定子设计成一块印制电路板，该印制电路板具有一条印制导线，该印制导线构成一个线圈单元，该线圈单元由一条具有许多并排平行延伸的印制导线迹的印制导线。
这类公知的音圈电动机和相应定位装置具有这样的缺点其精度及其寻查和置位时间不能满足最高的要求。
所以本发明的目的在于，提出一种具有良好运行性能的音圈电动机或提出一种可实现极精确定位以及很短寻查和置位时间的定位装置，且其制造费用相当低廉和运行相当简单。
本发明的这个目的是通过一种具有权利要求1所述特征的音圈电动机或通过一种具有权利要求11所述特征的定位装置来实现的。
据此，一块印制电路板上一定区段内的印制导线迹的取向对良好的功能、尤其是对减少定位装置的寻查和置位时间是很重要的。
本发明的定位装置具有这样的优点可实现技术上简单的和经济上有利的结构或很精确和快速的定位。此外，通过本发明可达到具有均匀和恒定角速度的回转运动。这尤其是对STW来说是一个优越的运行性能。
业已表明，由于音圈电动机引入的振动而可引起一根回转轴线上的转子或回转臂的定位的不精确性达到不可忽略的程度。其中，特别是相对于回转轴线具有一个径向分力的电动力不断产生干扰。
通过改进有效引入回转臂旋转所需的力的印制导线路的相应区段的取向，振动特性意外地变成正面影响。所以在一个线圈单元内，两个以上的印制导线路具有至少一个区段，在该区段内的相应印制导线迹朝回转轴线方向取向。因此与印制电路板上的常规印制导线布线不同的是，在有效区段内的印制导线迹没有平行的走向，而是具有一个指向回转轴线的取向。亦即就这方面而言，有效区段内的印制导线的取向或走向这样设计是很重要的，使音圈电动机产生的力之总和实际上不存在径向作用的力。
线圈单元的概念下面指的是一根印制导线的某一区段，该区段按功能形成一个电磁线圈。而且该线圈单元最好由多个印制导线迹组成。这些印制导线迹是一个线圈单元以内的并排的印制导线区段。例如一个线圈单元原则上可由一根螺旋形的印制导线组成，且印制导线呈许多并排印制导线迹延伸。
本发明的音圈电动机可在定子上或在转子上或既在定子上又在转子上配置一块相应的印制电路板。通常只是定子或转子装配该印制电路板，所以相应的配合件装有永久磁铁。
相应的印制电路板可设计成单层的印制电路板，其一面或两面设置相应的印制导线迹。但为了提高可达到的扭矩，印制电路板也可做成多层印制电路板，这样就有利于在多层结构内布置许多叠置的印制导线迹。
在音圈电动机内，最好全部印制导线迹的25％以上、特别是50％以上、尤指75％以上分别具有一个区段，在该区段内，相应的印制导线迹朝回转轴线方向取向。
如果本发明的定位装置与一种用光电扫描的、特别是按干涉测量原理工作的高精度定位设备组合，乃是特别有利的。通过这种组合所达到的协同效应可创建一种极精确和极快速的定位装置。
本发明的其他优点可从结合附图所示实施例的下面的说明中得知。
附图表示
图1本发明定位装置的剖面图，图2象在音圈电动机的转子上作为初级部分那样用的一块多层印制电路板的俯视图；图3a多层印制电路板的第一单独层的俯视图；图3b多层印制电路板的第二单独层的俯视图；图3c多层印制电路板的第三单独层的俯视图；图3d多层印制电路板的第四单独层的俯视图；图1示出一种用于伺服磁道录写器的定位装置，其中一根轴1围绕一根回转轴线A旋转并具有一个轴端1.1，在该轴端上可固定一个在图1中未示出的，用来描述一个固定磁盘的回转臂。
在所示实施例中，回转范围可达到±90°的回转运动是通过一种所谓的音圈电动机V即一种直接电传动来产生的。音圈电动机V的初级部分设计成一块多层印制电路板2，在所示实施例中，该多层印制电路板在所述的回转范围内作为转子R工作。转子R除了多层印制电路板2外，还包括一个固定环3，该固定环与轴1抗扭连接。以便传递扭矩。
次级部分包括永久磁铁4、5、6、7，它们沿一条圆形线固定在用铁磁材料制成的磁性载体8、9上。在定位装置运行的过程中，该次级部分起一个扭矩支承的作用，而且不参与轴1的回转运动，所以在所示实施例中，它代表一个定子S。因此，音圈电动机V按同步直接传动的原理工作。通过两侧布置永久磁铁4、5、6、7，产生一个均匀的磁场，这对音圈电动机V的良好运行性能是特别重要的。
轴1的回转角度由一个位置测量装置10来测定，该装置按本申请人的专利公开说明书EP 0 978 708A1中所述的类似原理工作。这个位置测量装置10相应地由一个透明的相光栅10.1组成，这个相光栅具有环形圆盘的一段的形状，所以可扫描全部回转范围。相光栅10.1与轴1抗扭连接，所以它参与轴1的回转运动。
位置测量装置10的对面是不旋转的扫描单位10.2。扫描单元10.2由一个例如做成发光二极管的光源10.21、一个聚光透镜10.22和一个比例段10.23以及(图1中未示出的)接收调制光束的光电探测器组成。比例段10.23设计成反射相光栅或阶梯光栅。亦即在一个被反射的表面上设置有被反射的刻线。在所示例子中，线宽为0.2微米。由于比例段10.23不参与回转运动并因而总是位于光源10.21的对面，所以与可旋转的相光栅10.1比较，这个比例段可做得小一些。
在定位装置运行过程中，由做成发光二极管的光源10.21产生的光首先通过聚光透镜10.22，然后通过透明的相光栅10.1，该相光栅产生衍射的光束并引起光波的相位变化。然后，这样变化了的光束到达反射相光栅形式的比例段10.23。在该处，该光束重新衍射并产生光波的进一步的相变化。然后反射和衍射的光束又通过透明的相光栅10.1并被重新衍射和干涉。然后，这样调制过的光束到达光电探测器，这些光电探测器位于光源10.21的范围内并在图1剖面图中看不见。这些光电探测器把光信号转变成电信号，然后，这些电信号进行相应的再处理，以便获得位置信息。使用比较小的比例段10.23作为不旋转的部件具有这样的独特优点，即比例段10.23的相应误差不必选择得很窄，而在运行过程中比例段10.23旋转时则是这种情况。
在位置测量装置10的另一种结构中，扫描单元10.2包括一个所谓的VCSL(垂直空腔表面发射激光器)作为光源10.21。从这个光源10.21发射的光束沿一个光轴的方向传播。从所用的VCSEL发射的光束最好基本上为高斯光束的TEMOO(低次横波)模式。发射的光束由于VCSEL反射特性而具有一定的发散性并用聚光透镜10.22进行变换。发射的、发散的光束的变换最好这样进行在聚光透镜10.22后面存在一个接近准直的光束，该光束离聚光透镜10.22的一定距离处具有光束收缩部。所谓光束收缩部指的是沿光传播方向的光束横截面的那个部位，在该部位的光束具有最小的面积或横向尺寸。相光栅10.1布置在光束收缩部的区域内，变换后的光束正好射到该区域。相光栅10.1布置在这个部位的优点是，由此既可增大径向或切向内的安装误差，又可增大光束传播方向即轴向内的安装误差。原则上，在这个方向的大的安装误差应当力求带有小发散和小的光束直径的相光栅10.1的照明。由于这些参数在预先给定波长的情况下不能任意减小，所以对相光栅10.1的最佳布置必须找出一个折衷方案。这个折衷方案是通过相光栅10.1布置在发射或变换光束的光束收缩部来获得的，在该处，高斯光束的TEMOO模式的发散和光束直径的乘积最小。相光栅10.1引起入射的光束分裂成第一和第二分光束，这两个分光束离开光轴继续传播。象结合位置测量装置10的第一种结构时业已述及的那样，这样变化的光束在这里也到达位于光源10.21范围内的光电探测器，并通过光电探测器把光信号转变成依赖于位置的电信号。
为了全面实现定位装置的精度和速度的尽可能大的提高，使用这种高分辨率的干涉位置测量装置10对音圈电动机V的运行性能的最佳化是特别有利的。由于这个原因，对音圈电动机V的结构进行了设计修改。
图2表示多层印制电路板2的一个未按比例画出的俯视图，该印制电路板总共由14层叠层组成。在每层的表面都设置一根印制导线2.1。在所示实施例中，印制导线2.1的宽度为1.25毫米和厚度为70微米。在多层印制电路板2上，印制导线2.1的单个线迹之间的最小距离不低于2.50微米。因为图2是多层印制电路板2的俯视图，所以只能看见多层印制电路板2的最上层即第一层。
多层印制电路板2的最上层即印制导线2.1的走向是这样布置的，使之构成两个线圈单元2.11、2.12。这两个线圈单元2.11、2.12位于同一平面内-即位于多层印制电路板2的最上层的平面内-并在功能上构成两个电磁线圈。
第一个线圈单元2.11始于图2未示出的一条供电线的一个焊接连接面2.111。印制导线2.1在第一个线圈单元2.11的范围内具有一个类似于螺旋形的走向，且印制导线2.1按图2为顺时针方向取向。亦即在图2中，第一个线圈单元2.11在多层印制电路板2的最上层的左半部延伸。印制导线2.1的类似于螺旋形的图案引起在第一个线圈单元2.11的范围内在电流通过印制导线2.1时产生一个磁场，该磁场相当于一个按顺时针方向绕制的线圈的磁场。在常规线圈的情况下，通常只用一根导线，这根导线在绕制后位于多层并排的层中。亦即常规线圈的导线相当于这里的印制导线2.1。所以常规线圈的导线的一层(或一个线圈节距)在这里的实施例中相当于一根印制导线的线迹。与常规线圈的导线层类似，这里的印制导线2.1的许多印制导线迹是并排的，亦即位于多层印制电路板2的第一层上。
如果从焊接连接面2.111开始跟踪印制导线2.1的走向，则在沿顺时针方向取向的第一线圈单元2.11后到达一个转折点X，然后从转折点X起，印制导线2.1进入第二线圈单元2.12的范围。在图2中，第二线圈单元2.12现在沿反时针方向取向，且印制导线2.1在第二线圈单元2.12的范围同样呈许多并排的印制导线迹延伸。在印制导线2.1的端部，在多层印制电路板2的第一层上有一个通孔点2.3，通过它可建立到多层印制电路板2下一层的电接触。
在两个线圈单元2.11、2.12的所谓平行段2.11c、2.11b、2.12c、2.12b内，印制导线2.1的印制导线迹分别按不同的半径、但按共同的中点M平行布置在分度圆上。其中，中点M位于多层印制电路板2的最上层的平面内的回转轴线A上，印制导线2.1的并排印制导线迹的间距在线圈单元2.11、2.12的平行段2.11c、2.11b、2.12c、2.12b内等于容许的最小距离。按此方式，印制导线迹径向取向的区段2.11a、2.11b、2.12a、2.12b就可达到一个大的有效长度。
在预先知道布置的情况下，印制导线迹应尽可能在整个印制电路板面积上平行取向，以便建立最大的磁场。而在所示实施例中，在改进的多层印制电路板2上的每个线圈单元2.11、2.12以内，全部印制导线迹都具有区段2.11a、2.11b、2.12a、2.12b，在这些区段内，印制导线迹是径向即朝回转轴线A的方向取向的。但从图2可以看出，印制导线迹还有不平行的区段2.11a、2.11b、2.12a、2.12b。如果在区段2.11a、2.11b、2.12a、2.12b内画出通过这些印制导线迹的直线，则这些直线相交于多层印制电路板2的最上层平面内的回转轴线A上的一点P(在所示实施例中，P点与上述中点M重合)。换言之，用于有效产生扭矩的区段2.11a、2.11b、2.12a、2.12b内的印制导线迹是朝回转机构的回转轴线A的方向取向的，或严格地在径向内延伸。
由于径向取向，在区段2.11a、2.11b、2.12a、2.12b必然有些部位超过两个相邻印制导线迹之间的最小距离。尽管如此，具有新型印制导线2.1的音圈电动机仍具有优良的运行性能。因为由于区段2.11a、2.11b、2.12a、2.12b内的印制导线迹的径向取向而可产生旋转力，这些旋转力本身实际上没有径向分力。
如前所述，在所示实施例中，有效产生扭矩的区段2.11a、2.11b、2.12a、2.12b，内的全部印制导线迹是严格径向取向的。而印制导线2.1的其余印制导线迹在平行区段2.11c、2.11d、2.12c、2.12d内则在其走向上没有径向分量。因为在平行区段2.11c、2.11d、2.12c、2.12d内的相应印制导线迹到回转轴线A的距离总是相等的。所以线圈单元2.11、2.12由这样一些并排的印制导线迹组成，这些印制导线迹是这样布置在平行区段2.11c、2.11d、2.12c、2.12d的一方面在该处它们的走向不具有径向分量，另一方面在区段2.11a、2.11b、2.12a、2.12b内具有朝回转轴线A方向取向的印制导线迹的径向取向，这些区段也可叫做有效区段2.11a、2.11b、2.12a、2.12b。
如果不考虑焊接连接面2.111范围内和通孔点2.3范围内的相当小的部分面积，则线圈单元2.11、2.12是对称于回转轴线A上的P点的，该点位于线圈单元2.11、2.12的平面内。所以线圈单元2.11、2.12是基本上-即除了上述的相当小的部分面积外-相对于P点对称布置的。在所述实施例中，在区段2.11a、2.11b、2.12a、2.12b内的印制导线迹相对于P点呈点对称布置。
业已证明，正好在印制导线2.1的这种走向情况下可达到音圈电动机V的很好的平稳运行和可在很大程度上避免回转臂的振动。这又可导致STW的有效功率的明显提高。特别是与音圈电动机V结合的新型STW可明显减少寻查和置位时间。
为了提高音圈电动机V的扭矩，多层印制电路板2总共具有14层叠置层。在图3a至3d中示范性地示出了上面4层。
象多层印制电路板2的其余各层那样，图3a至3d的上面4层也分别具有两个线圈单元2.11至2.18。其中，在相邻线圈单元的类似螺旋形走向的一层内分别呈反方向取向(一次沿顺时针方向或一次沿反时针方向取向)。
在所示实施例中，通孔点2.3至2.6是沿一条分度圆线错开布置的。多层印制电路板2的各层通孔点2.3的这种定位具有这样的优点，即通孔区域内的上层分别可设置一个贯通孔，而无需为此切断印制导线迹。所以线圈单元2.11至2.18的印制导线迹的区段2.11a、2.11b、2.12a、2.12b；2.11c、2.11d、2.12c、2.12d；2.13a、2.13b、2.14a、2.14b；2.15c、2.15d、2.16c、2.16d；2.17c、2.17d、2.18c、2.18d可重叠布置在多层印制电路板2的不同层上。
按图3a，多层印制电路板2的第一层是这样布置的，在两个线圈单元2.11、2.12内，6条印制导线迹分别具有两个区段2.11a、2.11b，在这两个区段中，相应的印制导线迹朝回转轴线A方向取向。
而按图3b和3d，多层印制电路板2的第二层和第四层则是这样布置的，即只有在线圈单元2.13、2.17内，6条印制导线迹具有区段2.13a、2.13b、2.17a、2.17b，在这些区段内，印制导线迹朝回转轴线A的方向取向。在线圈单元2.14、2.18内，有7条印制导线迹线具有区段2.14a、2.14b、2.18a、2.18b，在这些区段中，印制导线迹朝回转轴线A的方向取向。
图3c示出了多层印制电路板2的第三层。在这层第三层上，在左边的线圈单元2.15内，是有印制导线迹的7个区段2.15a、2.15b，在这些区段内，印制导线迹朝回转轴线A的方向取向；而在右边的线圈单元2.16则示出两个区段2.16a、2.16b，在这两个区段中有6条印制导线迹线径向延伸。
为了2至13层的这种不均匀的分布不引起音圈电动机V的运行性能的不一致性，第二层和第三层(以及第五层和第六层，等等)是镜像布置的，所以线圈单元2.13的6条印制导线迹位于区段2.13a、2.13b内，线圈单元2.15的7条印制导线迹位于区段2.15a、2.15b内。在多层印制电路板2具有位于里面的12层后，位于里面各层上的上述不均匀的分布即可通过多层印制电路板2产生一个均匀磁场这种方式获得补偿。而外面的层即第1层和第14层则总是均匀布置6条朝回转轴线A方向取向的印制导线迹。
在本发明的一种变型结构中，转子可具有一个或多个永久磁铁。在这种情况中，定子包括两块印制电路板，一个或多个永久磁铁支承在其间而可旋转。在这种结构中，相应印制电路板上的印制导线迹也具有两个以上的区段，在这些区段内，印制导线迹朝回转轴线A的方向取向。
权利要求
1.音圈电动机(V)包括-一个定子(S)，和-一个转子(R)，该转子相对于定子(S)可围绕一根回转轴线(A)旋转，其中，转子(R)和/或定子(S)具有一块带有至少一根印制导线(2.1)的印制电路板(2)，且这至少一根印制导线(2.1)的布线使之在一个平面内至少构成一个线圈单元(2.11至2.18)，该线圈单元由许多印制导线迹组成，其特征为，在一个线圈单元(2.11至2.18)内，有两条以上的印制导线迹具有一个区段(2.11a、2.11b至2.18a、2.18b)，在该区段内，相应的印制导线迹朝回转轴线(A)的方向取向。
2.按权利要求1的音圈电动机(V)，其特征为，印制电路板(2)固定在转子(R)上。
3.按权利要求1的音圈电动机(V)，其特征为，全部印制导线迹的50％以上、尤其是75％以上具有一个区段(2.11a、2.11b至2.18a、2.18b)，在该区段内，相应的印制导线迹朝回转轴线(A)的方向取向。
4.按权利要求1的音圈电动机(V)，其特征为，在一个线圈单元(2.11至2.18)内，印制导线迹具有一个区段(2.11c、2.11d，2.12c、2.12d)，在该区段内，印制导线迹沿一条线延伸，该线由一个分度圆构成，分度圆的中心(M)位于回转轴线(A)上。
5.按权利要求1的音圈电动机(V)，其特征为，至少一条印制导线(3.1)是这样布线的，使之在一个平面内构成多个线圈单元(2.11至2.18)。
6.按权利要求5的音圈电动机(V)，其特征为，线圈单元(2.11至2.18)相对于一点(P)基本上是对称布置的，该点在回转轴线(A)上位于线圈单元(2.11至2.18)的平面内。
7.按权利要求5的音圈电动机(V)，其特征为，线圈单元(2.11至2.18)具有类似于螺旋形的走向，其中，线圈单元的一部分数目(2.11、2.13、2.15、21.7)沿顺时针方向取向，而线圈单元的另一部分数目(2.12、2.14、2.16、2.18)则沿反时针方向取向。
8.按权利要求1的音圈电动机(V)，其特征为，印制电路板(2)具有多层，各层分别有至少一个线圈单元(2.11至2.18)。
9.按权利要求8的音圈电动机(V)，其特征为，线圈单元(2.11至2.18)的印制导线迹的区段(2.11a、2.11b至2.18a、2.18b；2.11c、2.11d至2.18c、2.18d)重叠布置在印制电路板(2)的不同层上。
10.按权利要求9的音圈电动机(V)，其特征为，印制导线迹的区段(2.11a、2.11b至2.18a、2.18b)重叠布置在印制电路板(2)的不同层上，在该区段中，印制导线迹朝回转轴线(A)的方向取向。
11.定位装置、特别是伺服磁道录写器包括·一根回转轴线(1)，在其一端(1.1)可安装一个待定位的元件，·一个位置测量装置(10)，包括两个可进行相对运动的部件(10.1、10.2)，·一个音圈电动机(V)，带有·一个定子(S)，·一个转子(R)，该转子可相对于定子(S)围绕一根回转轴线(A)旋转，其中，转子(R)和/或定子(S)具有一块带有至少一根印制导线(2.1)的印制电路板(2)，且该至少一根印制导线(2.1)的布线使之在一个平面内至少构成一个线圈单元(2.11至2.18)，该线圈单元由多条印制导线迹组成，其特征为，在一个线圈单元(2.11至2.18)内，两条以上的印制导线迹具有一个区段(2.11a、2.11b至2.18a、2.18b)，在该区段内，相应的印制导线迹朝回转轴线(A)的方向取向。
12.按权利要求11的定位装置，其特征为，印制电路板(2)固定在转子(R)上。
13.按权利要求11的定位装置，其特征为，带光电扫描的位置测量装置(10)尤其按一种干涉测量原理工作。
14.按权利要求13的定位装置，其特征为，位置测量装置(10)的第一部分(10.1)为透明的相光栅，而位置测量装置(10)的第二部分(10.2)则包括一个反射相光栅(10.23)。
15.按权利要求13的定位装置，其特征为，位置测量装置(10)的第一部分(10.1)为反射相光栅，而位置测量装置(10)的第二部分(10.2)则包括一个透明的相光栅。
全文摘要
本发明涉及一种由一个定子(S)和一个转子(R)组成的音圈电动机(V)，该转子可相对于定子(S)围绕一根回转轴线(A)旋转，转子(R)和/或定子(S)具有一块带至少一根印制导线(2.1)的印制电路板(2)，且这至少一根印制导线(2.1)是这样布线的，使之在一个平面内至少构成一个线圈单元(2.11至2.18)，该线圈单元由许多印制导线迹组成。其中，在一个线圈单元(2.11至2.18)内，有两条以上的印制导线迹具有一个区段(2.11a、2.11b至2.18a、2.18b)，在该区段内，相应的印制导线迹朝回转轴线(A)的方向取向。
文档编号G11B5/55GK1722569SQ20051008092
公开日2006年1月18日 申请日期2005年6月24日 优先权日2004年6月24日
发明者G·谢格尔曼, V·赫菲尔 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司