具有固定軸的小功率主軸電機的製作方法
2024-02-02 19:36:15
專利名稱：具有固定軸的小功率主軸電機的製作方法
相關的申請本申請要求以下專利申請的優先權，申請日為2002年3月12日的美國專利申請60/363,818(未處理)，申請日為2002年3月12日的美國專利申請60/363,821(未處理)，申請日為2002年8月19日的德國專利申請DE10237848.7(未處理)，申請日為2002年8月19日的申請序號為DE10237849.5的德國專利申請(未處理)和申請日為2002年8月22日的申請序號為DE10238558.0的德國專利申請(未處理)。
發明所屬領域本發明涉及用於磁碟驅動器的無刷直流主軸電機，尤其涉及這種電機的流體動力軸承的改進。
發明的背景用於存儲數字信息的磁碟驅動系統已經在計算機和其他電子裝置中使用多年。信息記錄在磁碟介質的同心的存儲磁軌上，這些有效的信息以磁轉變的形式存儲在介質裡。磁碟本身可旋轉的安裝在主軸上，藉助於設置在繞軸旋轉的臂上的傳感器存取信息，繞軸旋轉的臂在磁碟表面沿徑向移動。讀/寫頭或傳感器需與磁碟上的存儲磁軌準確的對準，以確保正確的讀寫信息；因此磁碟必須平穩的轉動。
用於磁碟驅動器中的主軸電機通常依靠球軸承在一固定的元件上支持一旋轉元件，旋轉元件可為旋轉輪轂，固定元件可為軸。球軸承為磨損部件，一定時間後增大的摩擦將引起電機的故障。另外，球軸承產生粉狀或微粒子狀的碎片，這些碎片進入包圍著轉動磁碟的「潔淨」的腔室中，磁碟是由電機驅動的。球軸承固有的機械摩擦也會引起發熱，噪音和振動，以上均是不希望在磁碟驅動器中出現的。
流體軸承在主軸驅動電機中體現出傳統球軸承所不具有的突出的改進。在這種系統中，潤滑液或是氣體或是液體，在電機的旋轉主軸或旋轉輪轂的固定基座或殼體之間起著實際的軸承表面的作用。液體潤滑劑例如油，合成的鐵磁性液體或是空氣均已用於流體動力軸承系統中。與球軸承比較，流體動力軸承提高了運行精確度，增大了強度並減小了噪音。在先前的技術中採用了流體動力軸承的主軸電機的例子已經在美國專利申請5658080號中披露。′080號專利所披露的主軸電機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壓流體軸承。在軸保持器和軸之間有一徑向的動壓流體軸承。在止推板的外周表面和軸保持架的內周表面間形成一環形的間隙，其內部部分地充滿油。在止推板的外周表面形成一環形的突起。當電機以高速運行時，環形間隙中的油保留在軸保持架上，止推動壓流體軸承上表面側和下表面側藉助於油彼此連通發明概述本發明的一個目的是提供具有階梯狀軸的主軸電機，其節省運行電流，進而可降低主軸電機的功耗。
本發明提供一用於磁碟驅動器中的主軸電機，其具有一基座支架，一殼體蓋，一固定軸和一旋轉軸承套筒。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階。旋轉軸承套筒具有一中心圓柱形開口，所述軸插入到中心圓柱形開口中。在固定軸和旋轉軸承套筒間形成一軸承縫隙，軸承縫隙中充滿潤滑液。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。
本發明的上述和其他的目的，方式，特徵和優點通過下面優選實施例結合附圖的描述將會更清楚。
附圖的簡要描述本發明通過非限制性的實施例和附圖中的圖形進行說明，附圖中相同的標記表示相同或相當的部分。
圖1是具有一固定階梯狀軸的電子主軸電機的側剖視圖，固定階梯狀軸帶有一止推墊圈，軸能夠連接到磁碟驅動器的頂部殼體蓋上(未示出)。
圖2是具有一固定軸的電子主軸電機的側剖視圖，固定軸能夠連接到磁碟驅動器的頂蓋(未示出)。
優選實施例和圖的詳細描述如圖1所示的主軸電機包括與磁碟驅動器結合的凸緣10。另外凸緣可以是結合到磁碟驅動器(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的另一端連接到磁碟驅動器較遠的殼體部分，特別是頂蓋。軸承套筒12以一個較小的徑向尺寸圍繞著軸14，其中軸承套筒與轉子16固定連接。定子18藉助凸緣10或基板與軸14連接。軸承套筒12相對於軸14旋轉。
轉子16包括一輪轂20和一轉子磁鐵22，轉子磁鐵22連接到轉子輪轂20的圓周壁的內側，例如模製或是粘接在其中。轉子輪轂20的圓周壁的外側為可握持一個或多個磁碟(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和轉子16間分開一小寬度的同軸的間隙，即氣隙。
在圖1所示的實施例中，軸14細分為三個部分，一較大直徑軸部分30和兩個較小直徑軸部分32，34。軸承套筒12圍繞著軸14，在圖1的實施例中，軸承套筒12也細分為三個部分。軸承套筒12的第一和第二部分36、38設置在軸承套筒的開口端，並具有一相對大的不變的內部直徑，環形盤40，40′插入到這些軸承套筒部分中，如通過模製或粘接。
環形盤40，40′具有一座，下面將給予詳細描述。軸承套筒12的第三部分42具有一較小的、不變的內部直徑，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。
在根據本發明圖1所示的流體動力軸承中，以下述方式設置有兩個流體動力止推軸承。在較大直徑軸部分30和第一較小直徑軸部分32之間形成一臺階或肩46，臺階或肩46對著環形盤40的一個表面。環形盤40和肩46兩個相對面中的一個或全部兩個上具有形成軸向止推軸承的槽結構。第二流體動力止推軸承形成在臺階或肩48上，臺階或肩48形成在較大直徑軸部分30和第二較小直徑軸部分間。所述臺階48對著環形盤40′的表面，在相面對的表面上再一次形成槽結構。
根據可獲得的軸長度以及軸承剛性的要求，在較大直徑軸部分30的圓周上可以設置一個或多個軸徑軸承。
在環形盤40，40′的中心內部開口和由上述開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形間隙50，間隙50藉助於毛細縫隙與軸承縫隙44連接起來。軸承流體一連續的毛細膜從軸承縫隙44延伸進入環形間隙50。環形間隙50作為軸承縫隙44的補償容積和潤滑油箱，同時形成一毛細密封。
圖1所示的具有流體動力軸承的主軸電機，在操作時具有特別低的振動特性。流體動力軸承具有固定在其任意一邊上的軸。當兩邊都與該軸連接時，即使當止推軸承設計成具有最小的接觸面時，仍可獲得一具有良好的軸向和徑向強度的軸承裝配。因此，可以降低軸承的功耗。
軸14具有一孔徑52，孔徑52具有一內螺紋用於與磁碟驅動器的蓋或類似的設備(未示出)連接。
在圖1所示的流體動力軸承中，為吸收相對的軸向力，在第一和第二臺階46，48上分別設置第一和第二流體動力止推軸承。這些止推軸承以簡單的方式設置，不需要在由軸14上的臺階形成的肩和環形盤40，40′相對表面之間使用止推板。實施例中的環形盤40，40′插入到套筒12中相應的插孔中，在另一個實施例中也可以與軸承套筒的端部相配合。
圖1所示的流體動力軸承也可根據其形狀稱之為轉子軸承(spoolbearing)。
圖2顯示了根據本發明的具有流體動力軸承的主軸電機的另一實施例。圖2中的主軸電機具有與圖1一樣的結構，對於用同樣的參考數字表示的相同的部分這裡不再給予描述。流體動力軸承包括一軸14，軸的一端夾持在凸緣10上，其另一端夾持在磁碟驅動器的殼體的蓋上或者是與之固定連接。為實現上述目的在軸14上形成一鏜孔52。
在圖2的實施例中，軸14具有一較大直徑部分30和一較小直徑部分32。在上述兩個軸部分之間形成一臺階或肩54，與臺階或肩54相鄰的止推板56嚙合到軸上，如通過壓合或固定。止推板56設置在軸承套筒12和環形盤40之間，環形盤40設置在軸承套筒上或在軸承套筒中。止推板和環形盤40在內表面58或60形成流體動力止推軸承。在止推板56的所述內表面58或60上和/或環形盤40″或軸承套筒12的相對表面上，可以設置槽結構以避免操作中的材料接觸。槽結構可為螺旋形或人字形或是類似的形狀。
在圖2中的流體動力軸承，在止推板56的區域上形成一止推軸承，其大致在軸的中心位於臺階54處，而在圖1的實施例中，止推軸承緊靠軸承套筒12的端部形成，再一次設置在臺階46，48的區域上。在兩種情況下，止推軸承均提供一相對受限的軸向剛性，使止推軸承的能量消耗受限，因為軸14的雙向夾緊確保了軸承的充分穩定性。
相對於圖1的描述，在圖2的實施例中，在軸的端部形成同軸的錐形傾斜的空隙，以形成毛細密封。這些錐形傾斜的空隙利用相應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，在環形盤40或在軸承套筒12的端部區域形成一腔室，以形成錐形傾斜的空隙。
為方便讀者，上面的描述著重於所有可能的實施例中有代表性的例子上，所述例子可使認識到本發明的原理，並揭示了體現該原理的最好方式。上述描述不能窮舉所有可能的變化。其他的沒有描述的變化或是變形均是可能的。例如，可以描述多個變形的實施例，在許多情況下將不同的實施例中的元件進行組合，或者是將這裡所描述的實施例中的元件與其它沒有描述過的變化成是變型進行組合。許多沒有描述的變化和變型均包含在下述權利要求所限定的範圍內，其它的則與權利要求相當。
權利要求
1.用於磁碟驅動器的主軸電機包括一固定軸，軸具有一個較大直徑部分和一個較小直徑部分並且二者間形成一臺階；具有中心圓柱形開口的可旋轉軸承套筒，所述軸被插入在所述中心圓柱形開口中；形成在所述固定軸和所述可旋轉軸承套筒間的軸承縫隙，所述軸承縫隙間充滿潤滑液；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.如權利要求1的主軸電機，其中一第一流體動力止推軸承形成在上述臺階的區域。
3.如權利要求2的主軸電機進一步包括一環形盤，所述環形盤密封所述軸承套筒的所述中心圓柱形開口，並與所述臺階處於相對的關係。
4.如權利要求3的主軸電機，其中所述第一流體動力止推軸承形成在所述臺階和所述環形盤之間。
5.如權利要求4的主軸電機，其中一流體動力徑向軸承形成在所述軸的所述較大直徑的區域上。
6.如權利要求5的主軸電機，其中所述固定軸進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階，其中一第二流體動力止推軸承形成在所述第二臺階的區域。其中所述流體動力徑向軸承位於所述第一流體動力止推軸承和所述第二流體動力止推軸承之間。
7.如權利要求6的主軸電機進一步包括一第二環形盤，其密封所述軸承套筒的所述中心圓柱形開口，所述第二環形盤與所述第二臺階處於相對的關係。
8.如權利要求7的主軸電機，其中所述第二流體動力止推軸承形成在所述第二臺階和所述第二環形盤之間。
9.如權利要求3的主軸電機，其中在所述環形盤的開口端形成有傾斜的毛細密封，所述傾斜的毛細密封密封所述軸承縫隙中的潤滑液。
10.如權利要求7的主軸電機，其中在所述第二環形盤的開口端形成一第二傾斜的毛細密封，所述第二傾斜的毛細密封密封所述軸承縫隙中的潤滑液。
11.用於磁碟驅動器的主軸電機包括一固定軸，該軸具有一個較大直徑部分和一個較小直徑部分並且二者間形成一臺階；具有中心圓柱形開口的軸承套筒，所述軸插入到所述中心圓柱形開口中；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潤滑液；在所述臺階區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.如權利要求11的主軸電機，其中所述軸承套筒中置有一環形盤用於密封所述中心圓柱形開口，所述環形盤和所述止推板處於相對的關係。
13.如權利要求12的主軸電機，其中一止推流體動力軸承形成在所述止推板和所述環形盤之間。
14.如權利要求12的主軸電機，其中在所述環形盤的開口端形成一傾斜的毛細密封，所述傾斜的毛細密封密封所述軸承縫隙間的潤滑液。
全文摘要
用於磁碟驅動器中的主軸電機，其具有一基座支架，一殼體蓋，一固定軸和一旋轉軸承套筒。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階。旋轉軸承套筒具有一中心圓柱形開口，所述軸插入到中心圓柱形開口中。在固定軸和旋轉軸承套筒間形成一軸承縫隙，軸承縫隙中充滿潤滑液。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F16C32/06GK1503431SQ0312853
公開日2004年6月9日 申請日期2003年3月12日 優先權日2002年3月12日
發明者安德烈亞斯·克爾, 安德烈亞斯 克爾 申請人:美蓓亞株式會社