专利名称：音圈马达及具有该音圈马达的磁盘驱动单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种信息记录磁盘驱动单元，尤其涉及一种用于磁盘驱动单元的音圈马达(voice coil motor, VCM)0
背景技术：
磁盘驱动单元是一种利用磁性介质存储数据的信息存储装置，并有一可移动的磁性读/写头定位在磁性介质上，以选择性地从磁性介质读取或向磁性介质写入数据。如图1所示，传统的磁盘驱动单元I包括其上存储有数据信息的磁盘10、安装在磁盘10中心用于驱动该磁盘10转动的主轴马达20、用于读取磁盘数据的磁头悬臂组合(headstack assembly, HSA)30及用于驱动磁头悬臂组合30的音圈马达40。其中，HSA30包括扇尾间隔块32、驱动臂34、安装于驱动臂34末端的具有磁头的磁头折片组合(head gimbleassembly, HGA>38及将扇尾间隔块32和驱动臂34固定连接的轴承装置36，轴承装置36固定于磁盘驱动单元I内。音圈马达40驱动HAS30使其绕轴承装置36转动而将磁头定位于磁盘10表面的数据轨道上。如图2a所不，一种传统的双磁铁音圈马达40包括一顶板46及与顶板46相隔且平行的一底板48，两块弧状的永久磁铁44、45分别位于顶板46和底板48之间，每块永久磁铁44/45具有沿相反方向磁化的两半部分，且该两半部分为一对称结构。具体地，永久磁铁44位于顶板46之下并与之贴合；永久磁铁45位于底板48之上并与之贴合。这样,在永久磁铁44、45之间就产生了一个空气间隔。而嵌设在扇尾间隔块32上的线圈42则位于两块永久磁铁44、45之间并受其产生的磁场影响。其中，线圈42具有与其移动方向平行的顶边421、与该顶边相对的底边422及两条沿HAS30径向方向设置的第一侧边423、第二侧边424。当预定的驱动电流通过线圈42时，电流和磁场相互感应，线圈42上将产生绕轴承装置36旋转的驱动力，由于线圈42嵌于HSA30的扇尾间隔块32内，因此HSA30上也产生绕轴承装置36旋转的驱动力或力矩，从而将磁头移动到期望的位置。如图2b所示，当向线圈42输入电流后，线圈42和HSA30上通常会受到三种主要的力矩。第一种力矩Tz，通常称为主力矩，驱动线圈42和HSA30绕轴承装置36的Z轴在X-Y平面内旋转。第二种力矩Τχ，称为扭转力矩，致使线圈42和HSA30绕轴承装置36的X轴旋转或扭曲。第三种力矩Ty，称为俯仰力矩，致使线圈42和HSA30绕轴承装置36的Y轴旋转或扭曲。显然，主力矩Tz是驱动线圈42进而驱动磁头在磁盘10上径向移动的主要手段。换句话说，主力矩Tz是一个期望的力，使驱动臂34和磁头在平行磁盘10的平面上运动。相反的，扭转力矩Tx和俯仰力矩Ty都会使驱动臂、磁头和线圈42做不平行于磁盘10所在平面的运动。这样，扭转力矩Tx和俯仰力矩Ty对磁头维持最佳飞行高度和与磁盘10上数据轨道保持平行的能力产生不良影响，从而影响磁盘驱动单元I中磁头的读/写操作。而传统的双磁铁音圈马达40在降低扭转力矩Tx和俯仰力矩Ty的能力上有较大优势。图2c-2d用虚线箭头展示了传统的双磁铁音圈马达中的磁力线。图2c显示了线圈42的第一侧边423、第二侧边424及音圈马达40的磁力线。在永久磁铁44、45之间的间隔中，磁力线基本上与永久磁铁的表面垂直，当预定的驱动电流流过线圈42时，根据佛莱明左手定则，电流与永久磁铁44、45产生的磁场相互感应，在线圈42的边423、424上产生主力矩Tz或用实线箭头表示的驱动力Fr，因而驱动磁头悬臂组合30饶轴承装置36在X-Y平面内旋转。图2d显示了线圈42的顶边421、底边422及音圈马达在X-Z平面内的磁力线。图中的矩形虚线框代表过渡区域，在该区域中，磁力线的方向由永久磁铁44的边缘弯向顶板46，或由底板48弯向永久磁铁45，因而，该过渡区域中的磁力线不垂直于永久磁铁的表面。线圈42的顶边421、底边422位于该过渡区域内，当预定的电流流过可移动的线圈42时，这些不垂直的磁力线将带来不期望的扭转力矩Tx及不期望的俯仰力矩Ty，或称不期望的力Ft，Y轴方向的磁力线(图未示)带来扭转力矩Tx，X轴方向的磁力线产生俯仰力矩Ty。然而，在该过渡区域内，永久磁铁44的边缘与顶板46之间及永久磁铁45的边缘与底板48之间形成方向相反的磁力线，这两种方向相反的磁力线同时作用于该过渡区域内的线圈42的两条边421、422上，因此线圈42上产生的扭转力矩Tx及俯仰力矩Ty可以相互抵消，也就是说，当预定的驱动电流流过可移动的线圈42时，双磁铁音圈马达30受到很小的扭转力矩Tx及仰俯力矩Ty，即受到很小的不期望的力Ft的影响。然而，双磁铁音圈马达的成本过高，因为每个双磁铁音圈马达需要用到两块永久磁铁，随着永久磁铁价格的升高，磁盘驱动器制造商正努力减少永久磁铁的材料消耗，以降低音圈马达的成本，加上人们对磁盘驱动器体积小、便于携带的要求越来越高，在这种情况下仅使用一块永久磁铁的单磁铁音圈马达应运而生。如图3a、3b所示，单磁铁音圈马达50的基本结构与双磁铁音圈马达40的结构相似，区别在于:单磁铁音圈马达50仅用一块磁铁54连接于顶板56或底板58上。永久磁铁54也具有沿相反方向磁化的两半部分。单磁铁音圈马达50的工作原理同样也与传统的双磁铁音圈马达40相似。当预定的驱动电流流过线圈52，根据佛莱明左手定则，电流与磁铁54形成的磁场相互感应，可移动线圈52上产生驱动驱动臂34移动的主力矩Tz或驱动力Fr。图3c_3d展示了永久磁铁54与底板58相连接时单音圈马达50的磁力线。虽然这种单磁铁音圈马达50可以降低成本，减小体积，但在过渡区域内仅在永久磁铁54与底板58之间形成弯曲的磁力线，而没有形成方向相反的磁力线，因此当预定的驱动电流流过线圈52时，线圈52的两条边521、522上产生同向的较高的不期望的力Ft，且不能抵消。该不期望的力Ft对磁头维持最佳飞行高度和与磁盘10上数据轨道保持平行的能力产生不良影响，增大了磁头的振动，从而影响了磁头的读/写操作。图4a显示了单磁块音圈马达50位于不同角度时三种力矩的测试数据。具体地，线圈52绕轴承装置36转动的角度范围为(Γ40度，将线圈52的第一侧边523转动至永久磁铁54的端部时的角度定义为O度，而当线圈52转动至永久磁铁54的中间位置时的角度为20度，相应地，当线圈52的第二侧边524转动至永久磁铁54的另一端部时的角度为40度。由图可知，俯仰力矩Ty的数值变化幅度大且最大值超过5，而扭转力矩Tx变化幅度小且接近O。可见，俯仰力矩Ty是导致磁头振动的主要原因，对磁头维持最佳飞行高度及与磁盘10上数据轨道保持平行的能力产生不良影响，从而影响磁盘驱动单元I中磁头的读/写操作。因此在单磁块音圈马达的设计中，由俯仰力矩Ty导致的线圈扭曲非常关键，而由扭转力矩Tx导致的线圈弯曲则比较不重要。参照图4b，图中的数据显示单磁块音圈马达50在不同转动角度时的Tx/Tz (旋转力矩Tx与主力矩Ty的比值)、Ty/Tz (俯仰力矩Ty与主力矩Tz的比值)均大于双磁块音圈马达40的TX/Tz、Ty/Tz，进一步证明了单磁块音圈马达50比双磁块音圈马达40受俯仰力矩Ty和扭转力矩Tx的影响更大，且单磁块音圈马达50的Ty/Tz远大于Tx/Tz，即其受俯仰力矩Ty的影响更大。由此可见，虽然单磁铁音圈马达的制造成本较双磁铁音圈马达低，但其俯仰力矩Ty数值较大，对磁头造成的不良影响较双磁铁音圈马达明显，因此使磁头的读/写性能降低。为解决该问题，现有技术中可通过增大线圈的尺寸来降低Ty，让线圈伸出过渡区域，使其少受不垂直的磁力线的影响，从而降低Ty/Tz。然而，较大的线圈不仅造价高，也需要占据更大的空间，从而增大了磁盘驱动器的体积。因此，有必要提供一种改进的音圈马达可以降低音圈马达的成本且减少音圈马达中音圈上产生的俯仰力矩Ty，从而降低俯仰力矩Ty和主力矩Tz的比值(即Ty/Tz)。
实用新型内容本实用新型的一个目的在于提供一种成本低，Ty/Tz值较小的音圈马达。本实用新型的另一目的在于提供一种磁盘驱动单元，该磁盘驱动单元具有成本低，Ty/Tz值较小的音圈马达。为实现上述目的，本实用新型的音圈马达，包括一顶板，与所述顶板相隔且平行的底板，位于所述顶板与底板之间且与所述顶板或底板固定连接的一永久磁铁，所述永久磁铁具有弧形状的内边和外边 ，以及位于所述永久磁铁的表面之上的一线圈，所述线圈可沿所述永久磁铁的外边的弧线移动，所述线圈具有与其移动方向大致平行的顶边以及与所述顶边相对的底边，所述顶边向远离所述永久磁铁的方向弯曲形成弯曲部。较佳地，所述永久磁铁具有沿相反方向磁化的两半部分，即所述两半部具有相反的磁力线，而位于所述两半部磁力线内的线圈具有相反的电流方向，因此在线圈上将产生两个方向一致的驱动力。较佳地，所述线圈还包括第一侧边及第二侧边，所述第一侧边和第二侧边均与所述顶边和底边相连接以形成回路。较佳地，所述弯曲部包括一平行部和两倾斜部，所述平行部与所述永久磁铁平行，每一所述倾斜部均与所述平行部的端部和所述侧边相连，并使得所述平行部与所述侧边形
成预定高度差。较佳地，所述高度差的范围为0.4^1.5毫米。一种磁盘驱动单元，包括磁盘，用于旋转所述磁盘的主轴马达，磁头悬臂组合及音圈马达，所述磁头悬臂组合两端分别具有一磁头和一扇尾间隔块，所述扇尾间隔块可旋转地安装于轴承装置上，所述音圈马达驱动所述磁头悬臂组合饶轴承装置旋转从而带动磁头在磁盘上径向移动，所述音圈马达包括一顶板，与所述顶板相隔且平行的一底板，位于所述顶板与底板之间且与所述顶板或底板固定连接的一永久磁铁，所述永久磁铁具有弧形状的内边及外边，以及位于所述永久磁铁的表面之上的一线圈，所述线圈可沿所述永久磁铁的外边的弧线移动，所述线圈具有与其移动方向平行的顶边以及与所述顶边相对的底边，所述顶边向远离所述永久磁铁的方向弯曲形成弯曲部。本实用新型的音圈马达只使用了一块永久磁铁，永久磁铁材料的消耗量小，且简化了音圈马达的结构，从而音圈马达和磁盘驱动单元的生产及组装成本降低，另外，相比两块永久磁铁，一块永久磁铁所占用的空间减小，使磁盘驱动单元的体积更小，从而迎合当前紧凑型磁盘驱动器的需求。此外，将线圈设置成弯曲结构，使位于永久磁铁过度区域内的两线圈边更远离永久磁铁，因此，线圈将不受或少受X轴方向磁力线(Bx)的影响，也避免产生不期望的俯仰力矩Ty，而线圈的弯曲结构没有影响线圈的主力矩Tz，所以弯曲线圈的设置减小了 Ty/Tz，即减小了磁头的振动，从而提高了磁头的读写性能，进一步推动了单磁块音圈马达的发展。
图1为传统磁盘驱动单元的平面图。图2a为传统双磁铁音圈马达和磁头悬臂组合的立体分解图。图2b为图2a中磁头悬臂组合的力矩示意图。图2c为图2a所示双磁铁音圈马达的主视图，并展示了其磁力线。图2d为图2c所示双磁铁音圈马达沿线1-1的剖视图。图3a为传统单磁铁音圈马达和磁头悬臂组合的立体分解图。图3b为另一种传统单磁铁音圈马达和磁头悬臂组合的立体分解图。图3c为图3b所示单磁铁音圈马达的主视图，并展示了其磁力线。图3d为图3c所示单磁铁音圈马达沿线I1-1I的剖视图。图4a为图3c中磁头悬臂组合的力矩和音圈马达的摆动角度的关系图。图4b显示了传统双磁铁音圈马达及传统单磁铁音圈马达的Tx/Tz、Ty/Tz和摆动角度的关系图。图5a为本实用新型单磁铁音圈马达和磁头悬臂组合的一个实施例的立体分解图。图5b为图5a中线圈的立体图。图5c为图5b所示线圈的侧视图，并显示了其冲压高度H。图6为图5c所示线圈具有不同冲压高度H时ID、OD的提高率。图7为图5a中永久磁铁及线圈的俯视图。图8a为图5a所示音圈马达的主视图，并展示了其磁力线。图8b为图5c所示单磁铁音圈马达沿线II1-1II的剖视图。图9为本实用新型音圈马达与传统单磁块音圈马达的Ty/Tz的对比图表。图1Oa为本实用新型单磁铁音圈马达和磁头悬臂组合的另一实施例的立体分解图。图1Ob为图1Oa中线圈的立体图。
具体实施方式
以下结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。本实用新型提供一种磁盘驱动单元的音圈马达，该音圈马达具有一弯曲的线圈以降低音圈马达的成本且减少音圈马达线圈上俯仰力矩Ty与主力矩Tz的比值。图5a、5b为本实用新型音圈马达应用于磁头悬臂组合上的一个实施例,所示音圈马达60包括包括一顶板66,与该顶板66相隔且平行的一底板68、位于顶板66与底板68之间且与底板68固定连接的一永久磁铁64,以及位于该永久磁铁64和顶板66之间的线圈62。永久磁铁64呈弧形，具体地，该永久磁铁64具有弧形的内边646、外边648以及连接内边646、外边648的两侧边。顶板66及底板68均为导磁材料制成的导磁板。线圈62位于永久磁铁64的表面之上且可沿该永久磁铁64的内、外边的弧线C-C移动，具体地，线圈62大致呈扇形，其具有与弧线C-C平行且伸出永久磁铁64边缘外的顶边621、与该顶边621相对的底边623、以及两条贴近永久磁铁64表面移动的第一侧边625、第二侧边627，该第一侧边625和第二侧边627均与顶边621和底边623相连接以形成回路，线圈62的顶边621向远离永久磁铁64的方向(即顶板66的方向)弯曲形成弯曲部622，图5b仅显示顶边621向顶板66方向弯曲的情形，同样的,底边623也可以向顶板66方向弯曲。一般而言,顶边621的长度较底边623长。底边623具有两线接口 626，分别用于输入及输出电流。较佳地，底边623嵌入磁头悬臂组合30内，而顶边621向远离永久磁铁64方向弯曲形成弯曲部622。在本实施例中，弯曲部622包括一平行部6222和两倾斜部6224，平行部6222与永久磁铁64平行，倾斜部6224位于平行部6222两端以将该平行部6222的两端分别与第一侧边625及第二侧边627连接。基于此倾斜部6224的存在，使得平行部6222和第一侧边625及第二侧边627不在同一水平面上，而存在高度差H，即如图5c所示。经试验，该平行部6222的冲压高度H (即高度差H)对Ty/Tz的灵敏度产生影响。如图6所示，其展示了平行部6222具有不同冲压高度H时Ty/Tz的灵敏度变化数据。数据显示当冲压高度H为I毫米时，磁盘外(Outer Disk, 0D)轨道及磁盘内(Inner Disk, ID)轨道上的Ty/Tz的改善率最大，即平行部6222的冲压高度为I毫米时受磁力线影响最小，Ty/Tz达到最小值。较佳地，该高度差H的范围为0.r1.5mm。图7为本发明的音圈马达60中的线圈62和永久磁铁64之间配合时的俯视图。如上所述，该永久磁铁64具有沿中线644向相反方向磁化的互为对称的两半部分，即两半部具有相反的磁力线，而位于该两半部部分的磁力线内的线圈部分具有相反的电流方向，因此在线圈62上将产生两个方向一致的驱动力矩Tz或驱动力Fr，从而致使线圈62向右或向
左移动。图8a_8b显示了线圈62的顶边621向远离永久磁铁64的方向弯曲时音圈马达60的磁力线情况。由图8b可知，过渡区域内弯曲的磁力线主要分布在永久磁铁64的端部及底板68之间，而线圈62的顶边621向远离永久磁铁64的方向弯曲，底边623嵌入磁头悬臂组合30内，因此线圈62在过渡区域内受不垂直的磁力线(主要为X轴方向磁力线Bx)的影响急剧减小，从而产生较小的不期望的俯仰力矩Ty或力Ft，而线圈62的弯曲结构没有影响线圈62的主力矩Tz。因此，弯曲线圈62的设置减小了 Ty/Tz，即减小了磁头的振动，从而提高了磁头的读写性能，进一步推动了单磁铁音圈马达的发展。图9显示了传统单磁铁音圈马达与本实用新型的单磁铁音圈马达的线圈的Ty/Tz的对比数据。可见，本实用新型的单磁铁音圈马达的Ty/Tz较传统单磁铁音圈马达降低了，如线圈的转动角度为O度时，降低比率达15%左右，即减小了磁头的振动，从而提高了磁头的读写性能。也就是说，本实用新型音圈马达的性能得到了改进。本实用新型的音圈马达60只使用了一块永久磁铁64，永久磁铁64材料的消耗量小，且简化了音圈马达60的结构，从而降低了音圈马达60的生产及组装成本。另外，相比具有两块永久磁铁的双磁铁音圈马达，本发明的单磁铁音圈马达所占用的空间减小，使得音圈马达60的体积更小，从而迎合当前紧凑型磁盘驱动器的需求。此外，将线圈设置成弯曲结构，使位于永久磁铁过度区域内的两线圈边更远离永久磁铁，因此，线圈将不受或少受X轴方向磁力线(Bx)的影响，也避免产生不期望的俯仰力矩Ty，而线圈的弯曲结构没有影响线圈的主力矩Tz，所以弯曲线圈的设置减小了 Ty/Tz，即减小了磁头的振动，从而提高了磁头的读写性能，进一步推动了单磁块音圈马达的发展。图10a、IOb展示了本实用新型音圈马达的第二实施例，所示音圈马达70与第一实施例的音圈马达60类似，区别仅在于磁铁的设置位置。具体地，音圈马达70包括一顶板76、与该顶板76相隔且平行的一底板78、位于该顶板76与底板78之间且与顶板76固定连接的一永久磁铁74，该永久磁铁74具有弧形状的内边和外边，以及位于永久磁铁74和底板78之间的线圈72。该顶板76及底板78均为导磁材料制成的导磁板。线圈可沿该永久磁铁74的外边的弧线方向C-C移动，线圈72大致呈扇形，具有与其移动方向平行且伸出永久磁铁74边缘外的顶边721、与顶边721相对的底边723以及两条贴近永久磁铁74表面移动的第一侧边725、第二侧边727，该第一侧边725和第二侧边727均与顶边721和底边723相连接以形成回路，线圈72的顶边721向底板78方向弯曲形成弯曲部722。除上述区别之外，音圈马达70与第一实施例的音圈马达60其他结构相同，且具有相同的技术效果。需要注意的是，上述线圈并不局限于上述形状和结构，其他可实现相同功能的设计均可被采用。本实用新型还提供了一种磁盘驱动单元，该磁盘驱动单元可以通过组装磁盘、用于旋转磁盘的主轴马达、在其顶端承载磁头的磁头折片组合、与磁头折片组合连接且可旋转地安装于轴承装置上的驱动臂及连接于驱动臂的音圈马达来获得。因为磁盘驱动单元的结构和组装过程为本领域的一般技术人员所熟知，所以在此省略关于其结构和组装的详细描述。以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。
权利要求1.一种音圈马达，包括: 一顶板； 与所述顶板相隔且平行的一底板； 位于所述顶板与底板之间且与所述顶板或底板固定连接的一永久磁铁，所述永久磁铁具有弧形状的内边和外边；以及 位于所述永久磁铁的表面之上的一线圈，所述线圈可沿所述永久磁铁的外边的弧线方向移动，所述线圈具有与其移动方向平行的顶边以及与所述顶边相对的底边，所述顶边向远离所述永久磁铁的方向弯曲形成弯曲部。
2.如权利要求1所述的音圈马达，其特征在于:所述永久磁铁具有沿相反方向磁化的两半部分。
3.如权利要求1所述的音圈马达，其特征在于:所述线圈还包括第一侧边及第二侧边，所述第一侧边和第二侧边均与所述顶边和底边相连接以形成回路。
4.如权利要求1所述的音圈马达，其特征在于:所述弯曲部包括一平行部和两倾斜部，所述平行部与所述永久磁铁平行，每一所述倾斜部均与所述平行部的端部和所述侧边相连，并使得所述平行部和所述侧边形成预定高度差。
5.如权利要求4所述的音圈马达，其特征在于:所述高度差的范围为0.Π.5毫米。
6.一种磁盘驱动单元，包括: 磁盘； 用于旋转所述磁盘的主轴马达； 磁头悬臂组合，所述磁头悬臂组合两端分别具有一磁头和一扇尾间隔块，所述扇尾间隔块可旋转地安装于轴承装置上；及 用于驱动所述磁头悬臂组合绕轴承装置旋转从而带动磁头在磁盘上径向移动的音圈马达； 所述音圈马达包括: 一顶板； 与所述顶板相隔且平行的一底板； 位于所述顶板与底板之间且与所述顶板或底板固定连接的一永久磁铁，所述永久磁铁具有弧形状的内边和外边； 嵌设在扇尾间隔块上的线圈，所述线圈位于所述永久磁铁的表面之上且可绕轴承装置沿所述永久磁铁的外边的弧线方向移动，所述线圈具有与其移动方向平行的顶边以及与所述顶边相对的底边，所述顶边向远离所述永久磁铁的方向弯曲形成弯曲部。
7.如权利要求6所述的磁盘驱动单元，其特征在于:所述永久磁铁具有沿相反方向磁化的两半部分。
8.如权利要求6所述的磁盘驱动单元，其特征在于:所述线圈还包括第一侧边及第二侧边，所述第一侧边和第二侧边均与所述顶边和底边相连接以形成回路。
9.如权利要求6所述的磁盘驱动单元，其特征在于:所述弯曲部包括一平行部和两倾斜部，所述平行部与所述永久磁铁平行，每一所述倾斜部均与所述平行部的端部和所述侧边相连，并使得所述平行部和所述侧边形成预定高度差。
10.如权利要求9所述的磁盘驱动单元，其特征在于:所述高度差的范围为0.Π.5毫米
专利摘要本实用新型公开了一种音圈马达，包括一顶板，与该顶板相隔且平行的一底板，位于顶板与底板之间且与顶板或底板固定连接的一永久磁铁，该永久磁铁具有弧形状的内边和外边，以及位于永久磁铁的表面之上的一线圈，该线圈可沿所述永久磁铁的外边的弧线方向移动，所述线圈具有与其移动方向大致平行的顶边以及与该顶边相对的底边，所述顶边向远离所述永久磁铁的方向弯曲形成弯曲部。本实用新型也公开了具有该音圈马达的磁盘驱动单元。该音圈马达只使用了一块永久磁铁，永久磁铁材料的消耗量小，从而降低了音圈马达及磁盘驱动单元的成本，同时也减小了其体积。此外，弯曲线圈的设置，减小了Ty/Tz，即减小了磁头的振动，从而提高了磁头的读写性能。
文档编号H02K33/18GK203056812SQ20132004046
公开日2013年7月10日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者白户大辅, 黄大清, 钟焕银 申请人:新科实业有限公司