專利名稱：電機(jī)的非再循環(huán)錐形流體動壓軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及盤驅(qū)動電機(jī)并且尤其涉及在盤驅(qū)動電機(jī)中應(yīng)用的流體動壓軸承。
背景技術(shù)：
磁盤驅(qū)動器可以在相對小的區(qū)域里存儲大量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。磁盤驅(qū)動器將信息存儲在一個或者更多個記錄介質(zhì)上，記錄介質(zhì)按照慣例采取具有大量同心的圓形記錄軌道的圓形存儲盤(例如介質(zhì))的形式。一個典型的磁盤驅(qū)動器具有一個或者更多的盤用于存儲信息。利用安裝在致動器臂上的讀/寫頭將此信息寫到盤上或?qū)⑵鋸谋P中讀出，該讀寫頭通過致動器機(jī)構(gòu)而越過盤表面從軌道到軌道地移動。
一般地，盤安裝在由主軸電機(jī)轉(zhuǎn)動的主軸上，從而使盤表面在讀/寫頭下轉(zhuǎn)動。主軸電機(jī)一般包括一個安裝在基板上的軸和一個轂，主軸是連接在轂上的，轂上具有一個插入軸的軸套。附著于轂上的永久磁鐵與纏繞在基板上的定子相互作用從而使轂繞軸旋轉(zhuǎn)。為了促進(jìn)旋轉(zhuǎn)，通常將一個或者多個軸承布置在轂和軸之間。
這些年來，存儲密度趨向于增加，并且存儲系統(tǒng)的大小趨向于減少。這種趨勢導(dǎo)致在制造和操作磁存儲盤時更大的精確度和更低的容許偏差。支撐存儲盤的軸承組件是至關(guān)重要的。一種軸承方案是流體動壓軸承。在流體動壓軸承中，潤滑流體如空氣或液體提供在外殼的固定部件和盤轂的旋轉(zhuǎn)部件之間的軸承表面。除空氣之外，典型的潤滑劑包括氣體、油或者其它的液體。與包括一系列的點(diǎn)交界面的球軸承組件相反，流體動壓軸承在大表面區(qū)域伸展軸承表面。這是大家所期望的，因?yàn)樵黾拥妮S承表面減少旋轉(zhuǎn)和固定部件之間的擺動和跳動。此外，在交界區(qū)域使用流體給予軸承減震作用，幫助減少非重復(fù)跳動。因此，流體動壓軸承是有利的軸承系統(tǒng)。
一般的流體動壓軸承方案包括安裝在固定軸的每一端的一對錐形軸承。該軸承進(jìn)一步典型地使用再循環(huán)圍繞錐形的流體的內(nèi)在通道以及設(shè)置于錐形之間的軸表面上的槽表面，該槽表面將流體泵壓到毛細(xì)管密封件里。然而，因?yàn)榱黧w動壓軸承電機(jī)的大小、重量和動力消耗減少，一系列的問題開始隨著這種特殊的方案變得更加突出。這大部分應(yīng)歸于這樣的事實(shí)減少零件大小是減少全部的電機(jī)能源消耗的首選辦法。對于一個電機(jī)，錐形直徑的減少留下更少的用于再循環(huán)通道的可用空間。當(dāng)錐形是作為軸的整體部分而形成時，提供再循環(huán)通道會更加困難，因?yàn)樵阱F形和軸之間沒有空間用于流體再循環(huán)。另外，因?yàn)殡姍C(jī)外包尺寸變短，錐形軸承之間的軸間距減小，使在那之間的表面上包括抽取槽變得不切實(shí)際或者難以實(shí)施。
因此，對于流體動壓軸承方案有這樣的要求滿足當(dāng)前尺寸、重量和動力消耗要求而不對軸承功能打折扣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一流體動壓軸承設(shè)計，其特點(diǎn)在于，包括一軸，分別附著到該軸的第一和第二端的第一和第二錐形軸承，以及位于每個軸承上的不對稱密封件。該不對稱密封件將流體泵壓到第一和第二錐形軸承上的儲存室里。


因?yàn)橐@得并且詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述方式所以簡要地總結(jié)上面說明，更詳細(xì)說明本發(fā)明，可以參照其

的實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)注意，盡管如此，附圖僅僅說明本發(fā)明的典型實(shí)施方式并且因此不應(yīng)視為限制其范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可以容許其它等同作用的實(shí)施方式。
圖1描述了包括依照本發(fā)明實(shí)施方式的電機(jī)的磁盤驅(qū)動器的一個實(shí)施方式的平面圖；圖2A和2B描述了依照本發(fā)明的非再循環(huán)錐形流體動壓軸承電機(jī)的兩個實(shí)施方式；圖2C說明了排出該軸承系統(tǒng)的一個替換方法；和圖3描述了應(yīng)用于圖2中的電機(jī)的一組流體動壓槽。
具體實(shí)施例方式
圖1描述了用于根據(jù)本發(fā)明的磁盤驅(qū)動器10的實(shí)施例的平面圖。參照圖1，磁盤驅(qū)動器10包括外殼基座12和頂蓋14。外殼基座12是和頂蓋14結(jié)合從而形成密封的環(huán)境來防止密封環(huán)境外部的成分污染內(nèi)部元件。如圖1所示的基座和頂蓋布置是行業(yè)所熟知的；然而，外殼元件的其它布置頻繁地應(yīng)用過，并且本發(fā)明的方面不局限于盤驅(qū)動外殼的特殊結(jié)構(gòu)。
磁盤驅(qū)動器10進(jìn)一步包括安裝在轂202(參見圖2)上的磁盤組16，用于通過磁盤夾持器18在主軸電機(jī)(未示出)上旋轉(zhuǎn)。磁盤組16包括一個或者多個繞一個中心軸共同旋轉(zhuǎn)的各個盤。每一個磁盤表面具有一個安裝到磁盤驅(qū)動器10的用于和磁盤表面聯(lián)系的相應(yīng)讀/寫頭20。在圖1中所示的實(shí)施例中，通過依次連接到致動器26的磁頭安裝臂24上的撓性件22支持讀/寫頭20。圖1所示的致動器是通常所說的旋轉(zhuǎn)移動線圈致動器類型并且包括音圈電機(jī)(VCM)，總的由28表示。音圈電機(jī)28繞樞軸30旋轉(zhuǎn)致動器26和同它連接的讀/寫頭20，來沿著路徑32將讀/寫頭20定位在所期望的數(shù)據(jù)軌道上。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的非再循環(huán)錐形流體動壓軸承電機(jī)200的部分剖面?zhèn)纫晥D。電機(jī)200包括旋轉(zhuǎn)組件201，固定組件203，和軸承組件205。
旋轉(zhuǎn)組件201包括支承至少一個磁盤250旋轉(zhuǎn)的轂204和固定于或者和轂一體化的軸套208，軸套208支承磁鐵組件252，該磁頭組件包括在其上固定有磁鐵209的背鐵207。本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，該磁鐵組件252位于轂204的內(nèi)部圓周表面254上。
固定組件203包括安裝到基座12上的軸202。軸202安排為穿過軸套208里的內(nèi)腔221并且支承轂204旋轉(zhuǎn)。固定在基座12上的定子210和轂204上的磁鐵209協(xié)作來促使轂204繞軸202旋轉(zhuǎn)。定子210包括由磁材料如鋼形成的多個“齒”215，每一個齒215纏繞著線圈或?qū)Ь€217。
軸承組件205包括固定到軸202上的第一錐形軸承210和第二錐形軸承212。第一錐形軸承210可以和軸202的第一端211整體形成，如圖2A所示。同時，第二錐形軸承212可以例如被壓配合到朝向軸202的第二端而間隔的軸上區(qū)域213內(nèi)?？蛇x地，軸承210，212都可以是獨(dú)立的零件，它們壓配合到軸202上的，如圖2B所示。盡管相比于已有技術(shù)的軸承組件，其總體尺寸減小了，但使第一錐形軸承210與軸202形成一體在軸202的第一端201產(chǎn)生了一個較大的直徑；這使得將緊固件如螺釘或者類似物插到軸里來將磁盤夾持器或者上部外殼保持在適當(dāng)位置變得更加容易。
流體214如空氣、油或者氣體設(shè)置在錐形軸承210、212的表面和軸套208的相對面之間。流體可以通過排出壓力室220引入，該排出壓力室使第一和第二錐形軸承210、212分離，并且整個延伸通過軸套208。該壓力室也用來維持軸承間的流體分離?；蛘撸黧w可以通過引入到毛細(xì)管密封件216里的排出/進(jìn)入孔260引入到上部軸承；流體將會通過壓力室220引入下部軸承里。第一和第二錐形軸承210、212進(jìn)一步包括流體動壓槽300、302。該流體動壓槽300、302幫助支持轂204相對于軸202的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)；它們的設(shè)計是不對稱的，使得有一壓力偏置適于驅(qū)動流體朝向在每一個錐形軸承的寬端處界定的儲存室/密封件216、218。儲存室/密封件216由罩263的相對發(fā)散的表面261和錐形軸承210的表面265限定。流體可以經(jīng)過排出口260被引入到終止于彎月面269的儲存區(qū)域267里。儲存室/密封件218是相似的設(shè)計；排出口262主要用于建立彎月面；因?yàn)樗奈恢?，它一般不用于引入流體?；蛘?，槽300、302可以形成在軸套208朝向軸承210、212的表面上。
因?yàn)楸脡翰?00、302具有不對稱的幾何形狀，此密封設(shè)計在現(xiàn)有技術(shù)中稱為“不對稱密封”。利用已描述的槽300、302最小化了或者除去了對泵壓軸202上的密封件的需求，從而允許錐體210、212在軸202上互相移得更近。錐體210、212移得更近可實(shí)現(xiàn)更短的電機(jī)200，進(jìn)而減少電機(jī)能源消耗。
離心式毛細(xì)管密封件216、218在毛細(xì)管密封件216、218和錐形軸承210、212之間限定流體儲存室260、262；即，當(dāng)電機(jī)200減速旋轉(zhuǎn)時，流體214從毛細(xì)管密封件216、218返回到由槽300，302占據(jù)的空間。上述的泵壓流體214消除了對錐體210、212內(nèi)部再循環(huán)導(dǎo)管的需求(例如，鉆孔或者預(yù)先形成的通道)，使得錐體210、212的大小可以減少而犧牲性能。
圖2C說明了圖2A和2B的實(shí)施方式的一個可選方案，即，排出口270不是徑向朝外延伸穿過軸套，而是基本軸向延伸穿過軸套。優(yōu)選地，為了易于制造，排出孔包括徑向部分270A和軸向部分270B。這消除了將軸套里的排出口與軸202的無槽區(qū)域精確對準(zhǔn)的需求。
如圖3所示的，流體動壓槽300形成圍繞錐體210、212的環(huán)(與泵壓槽302一樣)，并且可包括所示的人字形的圖案，或者可包括百頁波形，螺旋形或正弦形圖案(未示出)。圖3所示的人字形或者V形圖案產(chǎn)生跨越軸承表面的壓力分布，該壓力分布提供改進(jìn)的軸承搖動剛性。槽300包括在頂點(diǎn)304匯合的兩個“腿”。一般地，槽300的頂點(diǎn)304靠近于沿著錐體210、212的操作表面的中點(diǎn)。當(dāng)以相反于人字形的方向旋轉(zhuǎn)時，流體動壓槽300牽引流體214流向槽300的頂點(diǎn)304。泵壓槽302可以包括流體動壓槽300的不對稱的延伸，如由匯合于頂點(diǎn)304的腿L1和L2所描述的那樣，其中L1的長度比L2的長度長(如圖3所示的長度ΔL)。當(dāng)圖案的不對稱是由不同長度的腿造成時，流體214的凈流量是被向較短的腿泵壓的。在圖2A-C所示的實(shí)施方式中，比較短的腿將會靠近于毛細(xì)管密封件216，218，使得流體214泵壓入由密封件216，218限定的儲存室260，262中。
利用所描述的錐形軸承210，212將會使軸頸間隔和搖動剛性最佳化，特別是在流體動壓槽300的頂點(diǎn)304靠近于錐體210，212的中點(diǎn)時。此外，錐形軸承210、212的反作用力將會給軸202產(chǎn)生恢復(fù)力矩。
因此，本發(fā)明體現(xiàn)了錐形流體動壓軸承電機(jī)領(lǐng)域的顯著進(jìn)步。結(jié)構(gòu)整體性和功能性得到維持，而減小了形體尺寸，使得電機(jī)消耗的能源顯著降低。
盡管前面描述指導(dǎo)了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，然而其它或者進(jìn)一步的本發(fā)明的實(shí)施方式可以在不脫離其中基本范圍下作出，并且其中范圍由隨后的權(quán)利要求決定。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)，包括一固定軸；一與軸的第一端一體化的第一錐形軸承；一固定到軸的第二端的第二錐形軸承；和位于軸承上的、朝軸的外端泵壓的不對稱槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括一使第一和第二錐形軸承分離的排出壓力室；一圍繞軸以及第一和第二錐形軸承的可旋轉(zhuǎn)軸套；和在第一以及第二錐形軸承與軸套之間的流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電機(jī)，其特征在于，每一個所述的第一和第二錐形軸承在軸承的寬端由一毛細(xì)管密封件封閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電機(jī)，其特征在于，毛細(xì)管密封件限定一流體儲存室。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電機(jī)，其特征在于，毛細(xì)管密封件是一離心式毛細(xì)管密封件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電機(jī)，其特征在于，至少一個錐形軸承是與軸一體化形成的，并且包括一延伸到軸的一端的開口。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的電機(jī)，其特征在于，所述槽包括圍繞軸承表面的流體動壓槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電機(jī)，其特征在于，流體動壓槽構(gòu)成不對稱的V形圖案。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電機(jī)，其特征在于，排出壓力室從軸經(jīng)軸套延伸到軸套的外表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的電機(jī)，其特征在于，排出壓力室穿過軸側(cè)壁經(jīng)軸延伸到電機(jī)的外部。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的電機(jī)，其特征在于，所述第一和第二錐形軸承進(jìn)一步包括朝由毛細(xì)管密封件限定的儲存室泵壓流體的泵壓槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電機(jī)，其特征在于，泵壓槽是流體動壓槽的不對稱延伸。
13.一種磁盤驅(qū)動器電機(jī)，包括旋轉(zhuǎn)地支承至少一個磁盤的裝置；一以隔開關(guān)系通過支承裝置設(shè)置的固定軸；與軸一體化形成的第一錐形軸承，以及支承在軸上的第二錐形軸承；位于錐形軸承上的、朝軸的兩相對端泵壓的不對稱的槽圖案，以及分離第一和第二錐形軸承的外通裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電機(jī)，其特征在于，用于旋轉(zhuǎn)支承至少一個磁盤的裝置進(jìn)一步包括一個轂；安裝于轂上的磁鐵組件；和一靠近磁鐵組件設(shè)置的、用于促使轂相對于固定軸旋轉(zhuǎn)的定子。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的電機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括在固定軸和支承至少一個磁盤的裝置之間的流體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的電機(jī)，其特征在于，外通裝置包括一延伸通過軸套的排出壓力室。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的電機(jī)，其特征在于，排出壓力室穿過軸側(cè)壁并且經(jīng)軸擴(kuò)展到電機(jī)的外部。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的電機(jī)，其特征在于，每一個所述的第一和第二錐形軸承在軸承的寬端由一毛細(xì)管密封件封閉。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的電機(jī)，其特征在于，毛細(xì)管密封件是一離心式毛細(xì)管密封件。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的電機(jī)，其特征在于，所述槽包括圍繞軸承表面的流體動壓槽。
21.根據(jù)權(quán)利要求15的電機(jī)，其特征在于，排出壓力室穿過軸側(cè)壁經(jīng)軸延伸到電機(jī)的外部。
22.根據(jù)權(quán)利要求15的電機(jī)，其特征在于，所述第一和第二錐形軸承進(jìn)一步包括朝由毛細(xì)管密封件限定的儲存室泵壓流體的泵壓槽。
全文摘要
一流體動壓軸承方案特點(diǎn)是一軸(202)，分別聯(lián)結(jié)到該軸的第一和第二端的第一(210)和第二(212)錐形軸承，以及每個軸承上的不對稱密封件(216，218)。該不對稱密封件將流體泵壓到第一和第二錐形軸承上的儲存室里。提供不對稱槽(300，302)用于在軸承上朝軸的外端泵壓軸承流體。
文檔編號F16C33/10GK1666276SQ03815487
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月1日
發(fā)明者A·格蘭茨 申請人:西加特技術(shù)有限責(zé)任公司