專(zhuān)利名稱(chēng)：具有固定軸的小功率主軸電機(jī)的制作方法
相關(guān)的申請(qǐng)本申請(qǐng)要求以下專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，申請(qǐng)日為2002年3月12日的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)60/363,818(未處理)，申請(qǐng)日為2002年3月12日的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)60/363,821(未處理)，申請(qǐng)日為2002年8月19日的德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)DE10237848.7(未處理)，申請(qǐng)日為2002年8月19日的申請(qǐng)序號(hào)為DE10237849.5的德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)(未處理)和申請(qǐng)日為2002年8月22日的申請(qǐng)序號(hào)為DE10238558.0的德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)(未處理)。
發(fā)明所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的無(wú)刷直流主軸電機(jī)，尤其涉及這種電機(jī)的流體動(dòng)力軸承的改進(jìn)。
發(fā)明的背景用于存儲(chǔ)數(shù)字信息的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)在計(jì)算機(jī)和其他電子裝置中使用多年。信息記錄在磁盤(pán)介質(zhì)的同心的存儲(chǔ)磁道上，這些有效的信息以磁轉(zhuǎn)變的形式存儲(chǔ)在介質(zhì)里。磁盤(pán)本身可旋轉(zhuǎn)的安裝在主軸上，借助于設(shè)置在繞軸旋轉(zhuǎn)的臂上的傳感器存取信息，繞軸旋轉(zhuǎn)的臂在磁盤(pán)表面沿徑向移動(dòng)。讀/寫(xiě)頭或傳感器需與磁盤(pán)上的存儲(chǔ)磁道準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)，以確保正確的讀寫(xiě)信息；因此磁盤(pán)必須平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
用于磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中的主軸電機(jī)通常依靠球軸承在一固定的元件上支持一旋轉(zhuǎn)元件，旋轉(zhuǎn)元件可為旋轉(zhuǎn)輪轂，固定元件可為軸。球軸承為磨損部件，一定時(shí)間后增大的摩擦將引起電機(jī)的故障。另外，球軸承產(chǎn)生粉狀或微粒子狀的碎片，這些碎片進(jìn)入包圍著轉(zhuǎn)動(dòng)磁盤(pán)的“潔凈”的腔室中，磁盤(pán)是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。球軸承固有的機(jī)械摩擦也會(huì)引起發(fā)熱，噪音和振動(dòng)，以上均是不希望在磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中出現(xiàn)的。
流體軸承在主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)中體現(xiàn)出傳統(tǒng)球軸承所不具有的突出的改進(jìn)。在這種系統(tǒng)中，潤(rùn)滑液或是氣體或是液體，在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸或旋轉(zhuǎn)輪轂的固定基座或殼體之間起著實(shí)際的軸承表面的作用。液體潤(rùn)滑劑例如油，合成的鐵磁性液體或是空氣均已用于流體動(dòng)力軸承系統(tǒng)中。與球軸承比較，流體動(dòng)力軸承提高了運(yùn)行精確度，增大了強(qiáng)度并減小了噪音。在先前的技術(shù)中采用了流體動(dòng)力軸承的主軸電機(jī)的例子已經(jīng)在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)5658080號(hào)中披露?！?80號(hào)專(zhuān)利所披露的主軸電機(jī)包括一保持在軸保持架上的軸和提供給該軸的止推板。在止推板和軸保持架之間有一止推動(dòng)壓流體軸承。在軸保持器和軸之間有一徑向的動(dòng)壓流體軸承。在止推板的外周表面和軸保持架的內(nèi)周表面間形成一環(huán)形的間隙，其內(nèi)部部分地充滿(mǎn)油。在止推板的外周表面形成一環(huán)形的突起。當(dāng)電機(jī)以高速運(yùn)行時(shí)，環(huán)形間隙中的油保留在軸保持架上，止推動(dòng)壓流體軸承上表面?zhèn)群拖卤砻鎮(zhèn)冉柚谟捅舜诉B通發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供具有階梯狀軸的主軸電機(jī)，其節(jié)省運(yùn)行電流，進(jìn)而可降低主軸電機(jī)的功耗。
本發(fā)明提供一用于磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中的主軸電機(jī)，其具有一基座支架，一殼體蓋，一固定軸和一旋轉(zhuǎn)軸承套筒。固定軸具有一較大的直徑部分和一較小的直徑部分，在較大的直徑部分和較小的直徑部分之間形成一臺(tái)階。旋轉(zhuǎn)軸承套筒具有一中心圓柱形開(kāi)口，所述軸插入到中心圓柱形開(kāi)口中。在固定軸和旋轉(zhuǎn)軸承套筒間形成一軸承縫隙，軸承縫隙中充滿(mǎn)潤(rùn)滑液。固定軸的一端固定到基座支架上，而另一端固定到殼體的蓋上。
本發(fā)明的上述和其他的目的，方式，特征和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)下面優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖的描述將會(huì)更清楚。
附圖的簡(jiǎn)要描述本發(fā)明通過(guò)非限制性的實(shí)施例和附圖中的圖形進(jìn)行說(shuō)明，附圖中相同的標(biāo)記表示相同或相當(dāng)?shù)牟糠帧?br>

圖1是具有一固定階梯狀軸的電子主軸電機(jī)的側(cè)剖視圖，固定階梯狀軸帶有一止推墊圈，軸能夠連接到磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的頂部殼體蓋上(未示出)。
圖2是具有一固定軸的電子主軸電機(jī)的側(cè)剖視圖，固定軸能夠連接到磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的頂蓋(未示出)。
優(yōu)選實(shí)施例和圖的詳細(xì)描述如圖1所示的主軸電機(jī)包括與磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器結(jié)合的凸緣10。另外凸緣可以是結(jié)合到磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(圖中未示出)的基板中。軸14的一端連接到凸緣10或基板上，軸14的另一端連接到磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器較遠(yuǎn)的殼體部分，特別是頂蓋。軸承套筒12以一個(gè)較小的徑向尺寸圍繞著軸14，其中軸承套筒與轉(zhuǎn)子16固定連接。定子18借助凸緣10或基板與軸14連接。軸承套筒12相對(duì)于軸14旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)子16包括一輪轂20和一轉(zhuǎn)子磁鐵22，轉(zhuǎn)子磁鐵22連接到轉(zhuǎn)子輪轂20的圓周壁的內(nèi)側(cè)，例如模制或是粘接在其中。轉(zhuǎn)子輪轂20的圓周壁的外側(cè)為可握持一個(gè)或多個(gè)磁盤(pán)(未示出)的形狀。
定子18包括一鐵心24和定子繞組26，繞組圍繞著鐵心24。定子18和轉(zhuǎn)子16間分開(kāi)一小寬度的同軸的間隙，即氣隙。
在圖1所示的實(shí)施例中，軸14細(xì)分為三個(gè)部分，一較大直徑軸部分30和兩個(gè)較小直徑軸部分32，34。軸承套筒12圍繞著軸14，在圖1的實(shí)施例中，軸承套筒12也細(xì)分為三個(gè)部分。軸承套筒12的第一和第二部分36、38設(shè)置在軸承套筒的開(kāi)口端，并具有一相對(duì)大的不變的內(nèi)部直徑，環(huán)形盤(pán)40，40′插入到這些軸承套筒部分中，如通過(guò)模制或粘接。
環(huán)形盤(pán)40，40′具有一座，下面將給予詳細(xì)描述。軸承套筒12的第三部分42具有一較小的、不變的內(nèi)部直徑，其以一限定的間隙包圍著較大直徑軸部分30，在軸部分和軸承套筒14間形成軸承縫隙44。
在根據(jù)本發(fā)明圖1所示的流體動(dòng)力軸承中，以下述方式設(shè)置有兩個(gè)流體動(dòng)力止推軸承。在較大直徑軸部分30和第一較小直徑軸部分32之間形成一臺(tái)階或肩46，臺(tái)階或肩46對(duì)著環(huán)形盤(pán)40的一個(gè)表面。環(huán)形盤(pán)40和肩46兩個(gè)相對(duì)面中的一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)上具有形成軸向止推軸承的槽結(jié)構(gòu)。第二流體動(dòng)力止推軸承形成在臺(tái)階或肩48上，臺(tái)階或肩48形成在較大直徑軸部分30和第二較小直徑軸部分間。所述臺(tái)階48對(duì)著環(huán)形盤(pán)40′的表面，在相面對(duì)的表面上再一次形成槽結(jié)構(gòu)。
根據(jù)可獲得的軸長(zhǎng)度以及軸承剛性的要求，在較大直徑軸部分30的圓周上可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)軸徑軸承。
在環(huán)形盤(pán)40，40′的中心內(nèi)部開(kāi)口和由上述開(kāi)口包圍的較小直徑軸部分32，34之間形成一圓錐形傾斜的環(huán)形間隙50，間隙50借助于毛細(xì)縫隙與軸承縫隙44連接起來(lái)。軸承流體一連續(xù)的毛細(xì)膜從軸承縫隙44延伸進(jìn)入環(huán)形間隙50。環(huán)形間隙50作為軸承縫隙44的補(bǔ)償容積和潤(rùn)滑油箱，同時(shí)形成一毛細(xì)密封。
圖1所示的具有流體動(dòng)力軸承的主軸電機(jī)，在操作時(shí)具有特別低的振動(dòng)特性。流體動(dòng)力軸承具有固定在其任意一邊上的軸。當(dāng)兩邊都與該軸連接時(shí)，即使當(dāng)止推軸承設(shè)計(jì)成具有最小的接觸面時(shí)，仍可獲得一具有良好的軸向和徑向強(qiáng)度的軸承裝配。因此，可以降低軸承的功耗。
軸14具有一孔徑52，孔徑52具有一內(nèi)螺紋用于與磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的蓋或類(lèi)似的設(shè)備(未示出)連接。
在圖1所示的流體動(dòng)力軸承中，為吸收相對(duì)的軸向力，在第一和第二臺(tái)階46，48上分別設(shè)置第一和第二流體動(dòng)力止推軸承。這些止推軸承以簡(jiǎn)單的方式設(shè)置，不需要在由軸14上的臺(tái)階形成的肩和環(huán)形盤(pán)40，40′相對(duì)表面之間使用止推板。實(shí)施例中的環(huán)形盤(pán)40，40′插入到套筒12中相應(yīng)的插孔中，在另一個(gè)實(shí)施例中也可以與軸承套筒的端部相配合。
圖1所示的流體動(dòng)力軸承也可根據(jù)其形狀稱(chēng)之為轉(zhuǎn)子軸承(spoolbearing)。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的具有流體動(dòng)力軸承的主軸電機(jī)的另一實(shí)施例。圖2中的主軸電機(jī)具有與圖1一樣的結(jié)構(gòu)，對(duì)于用同樣的參考數(shù)字表示的相同的部分這里不再給予描述。流體動(dòng)力軸承包括一軸14，軸的一端夾持在凸緣10上，其另一端夾持在磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的殼體的蓋上或者是與之固定連接。為實(shí)現(xiàn)上述目的在軸14上形成一鏜孔52。
在圖2的實(shí)施例中，軸14具有一較大直徑部分30和一較小直徑部分32。在上述兩個(gè)軸部分之間形成一臺(tái)階或肩54，與臺(tái)階或肩54相鄰的止推板56嚙合到軸上，如通過(guò)壓合或固定。止推板56設(shè)置在軸承套筒12和環(huán)形盤(pán)40之間，環(huán)形盤(pán)40設(shè)置在軸承套筒上或在軸承套筒中。止推板和環(huán)形盤(pán)40在內(nèi)表面58或60形成流體動(dòng)力止推軸承。在止推板56的所述內(nèi)表面58或60上和/或環(huán)形盤(pán)40″或軸承套筒12的相對(duì)表面上，可以設(shè)置槽結(jié)構(gòu)以避免操作中的材料接觸。槽結(jié)構(gòu)可為螺旋形或人字形或是類(lèi)似的形狀。
在圖2中的流體動(dòng)力軸承，在止推板56的區(qū)域上形成一止推軸承，其大致在軸的中心位于臺(tái)階54處，而在圖1的實(shí)施例中，止推軸承緊靠軸承套筒12的端部形成，再一次設(shè)置在臺(tái)階46，48的區(qū)域上。在兩種情況下，止推軸承均提供一相對(duì)受限的軸向剛性，使止推軸承的能量消耗受限，因?yàn)檩S14的雙向夾緊確保了軸承的充分穩(wěn)定性。
相對(duì)于圖1的描述，在圖2的實(shí)施例中，在軸的端部形成同軸的錐形傾斜的空隙，以形成毛細(xì)密封。這些錐形傾斜的空隙利用相應(yīng)的軸部分的傾斜形成，如圖2所示。另外軸部分可以是線性的，在環(huán)形盤(pán)40或在軸承套筒12的端部區(qū)域形成一腔室，以形成錐形傾斜的空隙。
為方便讀者，上面的描述著重于所有可能的實(shí)施例中有代表性的例子上，所述例子可使認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的原理，并揭示了體現(xiàn)該原理的最好方式。上述描述不能窮舉所有可能的變化。其他的沒(méi)有描述的變化或是變形均是可能的。例如，可以描述多個(gè)變形的實(shí)施例，在許多情況下將不同的實(shí)施例中的元件進(jìn)行組合，或者是將這里所描述的實(shí)施例中的元件與其它沒(méi)有描述過(guò)的變化成是變型進(jìn)行組合。許多沒(méi)有描述的變化和變型均包含在下述權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)，其它的則與權(quán)利要求相當(dāng)。
權(quán)利要求
1.用于磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)包括一固定軸，軸具有一個(gè)較大直徑部分和一個(gè)較小直徑部分并且二者間形成一臺(tái)階；具有中心圓柱形開(kāi)口的可旋轉(zhuǎn)軸承套筒，所述軸被插入在所述中心圓柱形開(kāi)口中；形成在所述固定軸和所述可旋轉(zhuǎn)軸承套筒間的軸承縫隙，所述軸承縫隙間充滿(mǎn)潤(rùn)滑液；一基座支架；一殼體蓋，其中所述固定軸的一端固定到基座支架上，而所述固定軸的另一端固定到殼體蓋上。
2.如權(quán)利要求1的主軸電機(jī)，其中一第一流體動(dòng)力止推軸承形成在上述臺(tái)階的區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2的主軸電機(jī)進(jìn)一步包括一環(huán)形盤(pán)，所述環(huán)形盤(pán)密封所述軸承套筒的所述中心圓柱形開(kāi)口，并與所述臺(tái)階處于相對(duì)的關(guān)系。
4.如權(quán)利要求3的主軸電機(jī)，其中所述第一流體動(dòng)力止推軸承形成在所述臺(tái)階和所述環(huán)形盤(pán)之間。
5.如權(quán)利要求4的主軸電機(jī)，其中一流體動(dòng)力徑向軸承形成在所述軸的所述較大直徑的區(qū)域上。
6.如權(quán)利要求5的主軸電機(jī)，其中所述固定軸進(jìn)一步包括一第二較小直徑部分和形成在所述第二較小直徑部分和所述較大直徑部分之間的第二臺(tái)階，其中一第二流體動(dòng)力止推軸承形成在所述第二臺(tái)階的區(qū)域。其中所述流體動(dòng)力徑向軸承位于所述第一流體動(dòng)力止推軸承和所述第二流體動(dòng)力止推軸承之間。
7.如權(quán)利要求6的主軸電機(jī)進(jìn)一步包括一第二環(huán)形盤(pán)，其密封所述軸承套筒的所述中心圓柱形開(kāi)口，所述第二環(huán)形盤(pán)與所述第二臺(tái)階處于相對(duì)的關(guān)系。
8.如權(quán)利要求7的主軸電機(jī)，其中所述第二流體動(dòng)力止推軸承形成在所述第二臺(tái)階和所述第二環(huán)形盤(pán)之間。
9.如權(quán)利要求3的主軸電機(jī)，其中在所述環(huán)形盤(pán)的開(kāi)口端形成有傾斜的毛細(xì)密封，所述傾斜的毛細(xì)密封密封所述軸承縫隙中的潤(rùn)滑液。
10.如權(quán)利要求7的主軸電機(jī)，其中在所述第二環(huán)形盤(pán)的開(kāi)口端形成一第二傾斜的毛細(xì)密封，所述第二傾斜的毛細(xì)密封密封所述軸承縫隙中的潤(rùn)滑液。
11.用于磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)包括一固定軸，該軸具有一個(gè)較大直徑部分和一個(gè)較小直徑部分并且二者間形成一臺(tái)階；具有中心圓柱形開(kāi)口的軸承套筒，所述軸插入到所述中心圓柱形開(kāi)口中；形成在所述軸和所述軸承套筒間的軸承縫隙，所述軸承縫隙間充滿(mǎn)潤(rùn)滑液；在所述臺(tái)階區(qū)域固定在所述軸上的止推板；一基座支架；一殼體蓋，其中所述固定軸的一端固定到基座支架上，而所述固定軸的另一端固定到殼體蓋上。
12.如權(quán)利要求11的主軸電機(jī)，其中所述軸承套筒中置有一環(huán)形盤(pán)用于密封所述中心圓柱形開(kāi)口，所述環(huán)形盤(pán)和所述止推板處于相對(duì)的關(guān)系。
13.如權(quán)利要求12的主軸電機(jī)，其中一止推流體動(dòng)力軸承形成在所述止推板和所述環(huán)形盤(pán)之間。
14.如權(quán)利要求12的主軸電機(jī)，其中在所述環(huán)形盤(pán)的開(kāi)口端形成一傾斜的毛細(xì)密封，所述傾斜的毛細(xì)密封密封所述軸承縫隙間的潤(rùn)滑液。
全文摘要
用于磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中的主軸電機(jī)，其具有一基座支架，一殼體蓋，一固定軸和一旋轉(zhuǎn)軸承套筒。固定軸具有一較大的直徑部分和一較小的直徑部分，在較大的直徑部分和較小的直徑部分之間形成一臺(tái)階。旋轉(zhuǎn)軸承套筒具有一中心圓柱形開(kāi)口，所述軸插入到中心圓柱形開(kāi)口中。在固定軸和旋轉(zhuǎn)軸承套筒間形成一軸承縫隙，軸承縫隙中充滿(mǎn)潤(rùn)滑液。固定軸的一端固定到基座支架上，而另一端固定到殼體的蓋上。
文檔編號(hào)F16C32/06GK1503431SQ0312853
公開(kāi)日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2003年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月12日
發(fā)明者安德烈亞斯·克爾, 安德烈亞斯 克爾 申請(qǐng)人:美蓓亞株式會(huì)社