专利名称：带有流体动力轴轴承的低功率轴电机的制作方法
相关申请的相互引用本申请要求于2002年3月12日提交的序号为60/363,821的美国临时专利申请和于2002年8月19日提交(待审状态)的序号为DE10237848.7的德国专利申请的优先权。
在轴驱动电机中，在传统的滚珠轴承上，流体轴承具有相当大的改进。在这种类型的系统中，润滑流体，气体或液体，功能实际上是充当在电机旋转轴或旋转套筒固定基座或壳体的轴承表面。例如，由油，更复杂的铁磁流体甚至空气构成的流体润滑剂已被用于流体轴承系统。
本发明的上述和其它目的，方面，结构和优点将结合附图从优选实施例的描述中变得显而易见。
图2是一具有一固定轴和被至少一个轴颈轴承和至少两个止推轴承支撑旋转的旋转轴承套的电子轴电机的侧面剖视图，其中每一止推轴承位于轴颈轴承的每一也图3是一个具有能够连接到磁盘驱动器的顶盖上(未示出)的固定轴的电子轴电机的侧面剖视图。
图4是插入轴承套且带有多个交叉缝式凹槽(herringbone groove)的轴的透视图。
图5是示于图2所示实施例的侧面剖视图，其中顶部止推轴承形成枢轴轴承。
图6是示于
图1所示实施例的侧面剖视图，其中底部止推轴承形成枢轴轴承。
优选实施例及附图的详细描述如图1所示，小型电子轴电机10优选包括一中心可旋转轴12支撑一带有一套筒16的转子14旋转。当电机10用于磁盘驱动器时，在旋转过程中，套筒16将支撑和承载磁性磁盘(未示出)。转子14包括一环形竖直转子支撑壁24，该转子支撑壁支撑转子磁铁26。一定子18优选包括一个环形竖直定子支撑壁20的环，该定子支撑壁支撑多个定子线圈22，以便定子线圈与转子磁铁26成相对关系。定子支撑壁20限定了一个内圆柱孔28。一个轴承套30插入内圆柱孔28并固定安装在其上。轴承套30可以与孔28的内壁粘合。
在优选实施例中，轴12优选具有一个较大的圆柱部分38和一个较小的圆柱部分48。较大圆柱部分38的外直径大于较小圆柱部分48的外直径。一台阶42形成于轴的这两部分之间。套筒16被安装用于在轴12的较小圆柱部分48上旋转。
在优选实施例中，轴承套30具有一个带有一个大致圆柱形的壁和一个在其顶部向外延伸的圆柱形开口36的内腔32。腔32的内直径稍大于较大圆柱轴部分38的外直径。中心轴12优选通过顶部开口36插入腔32，并利用挡板34防止中心轴滑出腔，挡板被置于向外延伸的开口36中。挡板34相对于轴承套30固定。挡板34具有一个在每边具有一个开口的中心圆锥腔44。圆锥腔44的较小开口具有一个稍大于较小圆柱轴部分48的外直径且稍小于较大圆柱轴部分38的外直径的内直径。这样，挡板上接近圆锥腔44的较小开口的部分与轴台阶42接合，并且同时防止轴从腔32上滑落。圆锥腔44的较大开口的直径优选的计算成使得轴承里的润滑流体和圆锥腔44的壁之间具有足够的张力。
如上所述，腔32的内直径稍大于较大圆柱轴部分38的外直径，因此，在轴12的外表面和腔32的内表面之间形成缝隙40。缝隙40中填充有适当的润滑流体。旋转过程中，通过在挡板34的中心圆锥腔44的壁和较小圆柱轴部分48上形成毛细密封，润滑流体保持在轴承结构的内部。
至少一个径向轴承50设置在较大圆柱轴部分38和腔32的相对侧壁之间。如图4所示，动力压力产生凹槽46可以形成于轴12的外表面或轴承套30的内表面。在挡板34和轴台阶42的相对侧之间通过在任一个上形成交叉缝式或螺旋式凹槽，就在挡板34和轴台阶42的相对边之间设置一个第一止推轴承。通过在轴12的底边54或腔32的底壁56上形成交叉缝式或螺旋式凹槽从而设置一个第二止推轴承58。如图6所示，第二止推轴承58可以形成为一个枢转轴承这样，如图1所示，至少一个止推轴承形成于径向轴承50的每一边。
在利用流体动力止推轴承的典型的轴电机中，此种轴承必须具有很高的刚性特性。与现在可获得的设计相比，本发明描述的实施例，其中至少一个止推轴承形成在径向轴承的每一边上，使得即使所提供的止推轴承不具有高的刚性也可具有好的电机特性。止推轴承的减小的刚性使得所提供的轴电机具有更低的功率损耗。
轴电机的第二实施例如图2所示。根据第二实施例，小型电子轴电机110优选包括一轴承套130，其支撑一带有一套筒116的转子114旋转。与第一实施例相似，当电机110用于磁盘驱动器时，在旋转过程中，套筒116将支撑和带动磁性磁盘(未示出)。转子114包括一环形竖直转子支撑壁124，该转子支撑壁支撑转子磁铁126。一定子118优选包括一个环状杯形定子支撑体120，该定子支撑体支撑多个定子线圈122，以便定子线圈与转子磁铁126成相对关系布置。该环状杯形定子支撑体120用底壁129限定一个内圆柱孔128。一中心轴112被固定安装于内圆柱孔128的底壁129上。中心轴112可以压配合进底壁129中。
在第二优选实施例中，中心轴112优选的具有一个圆柱部分138和一个圆锥部分148。圆锥部分148优选具有一个带有较小外直径的底部一侧151和一个具有较大外直径的顶部一侧149。圆锥部分148的顶部一侧149优选与轴112的圆柱部分138邻接。圆柱部分138的外直径大于顶部一侧149的较大外直径。因此，在轴的两个部分之间形成一个台阶142。
在第二优选实施例中，轴承套130具有一个带有一个大致圆柱形壁的内腔132和在其顶部向外延伸的圆柱形开口136。腔132的内直径稍大于圆柱轴部分138的外直径。中心轴112优选的通过顶部开口136插入腔132中，并通过挡板134防止中心轴滑出腔，挡板被置于向外延伸的开口136中。挡板134相对于轴承套130固定。挡板134具有一个中心圆柱腔144。圆柱腔144具有一个稍大于圆锥轴部分148的顶部一侧149的较大外直径且稍小于圆柱轴部分138的外直径的内直径。这样，挡板134接近圆锥轴部分148的顶部一侧149的部分与轴台阶42接合同时防止轴从腔32上滑落。圆锥轴部分148的底部一侧151的较小外直径优选计算成使得在填充轴承的润滑流体和圆锥轴部分148的壁之间具有充足的张力。
如上所述，腔132的内直径稍大于圆柱轴部分138的外直径，因此，在轴112的外表面和腔132的内表面之间形成缝隙140。缝隙140中填充有适当的润滑流体。旋转过程中，通过在挡板134的中心圆柱腔144的壁和圆锥轴部分148上形成毛细密封，润滑流体保持在轴承结构的内部。
至少一个径向轴承150形成于圆柱轴部分138和腔132相对侧壁之间。与描述的第一实施例相似，动力压力产生凹槽可以形成于轴112的外表面或轴承套130的内表面。通过形成于挡板134和轴台阶142的相对两侧任一个上形成交叉缝式或螺旋式凹槽，在挡板134和轴台阶142的相对的两侧之间设置一个第一止推轴承152。优选地通过在轴112的顶部一侧154或腔132的底壁156上形成交叉缝式或螺旋式凹槽从而设置一个第二止推轴承158。如图5所示，第二止推轴承158可以形成一个枢转轴承。这样，如图2所示，至少一个止推轴承形成于径向轴承150的每一侧上。
与第一实施例相似，所述第二实施例的轴电机具有位于径向轴承的每一侧上的至少一个止推轴承，使得既使所提供的止推轴承不具有高的刚性也可具有好的电机特性。止推轴承的减小的刚性使得提供的轴电机具有更低的功率损耗。
本发明的第三优选实施例如图3所示。根据第三实施例，小型电子轴电机210优选包括一轴承套230，其支撑一带有一套筒216的转子214旋转。与前述实施例相似，当电机210用于磁盘驱动器时，在旋转过程中，套筒216将支撑和带动磁性磁盘(未示出)。转子214包括一环形竖直转子支撑壁224，该转子支撑壁支撑转子磁铁226。一定子218优选包括一个环状杯形定子支撑体220，该定子支撑体支撑多个定子线圈222，因此定子线圈与转子磁铁226相对。该环状杯形定子支撑体220通过底壁229限定一个内圆柱孔228。一中心轴212被固定安装于内圆柱孔228的底壁229上。并且中心轴可以压配合进底壁229，也可以进一步安装于所提供的磁盘驱动器的顶盖上(未示出)。虽然现在上述轴的顶盖附件在2.5英寸磁盘驱动器中没有采用，但因为低的功率损耗，它可以应用于当前所提供的电机。
在第三实施例中，中心轴212优选具有一圆柱形部分238，一顶部圆锥部分247和一个底部圆锥部分248。每一个圆锥部分247、248优选分别具有一个较小直径侧251a、251b和一较大直径侧249a、249b。圆锥部分247和248的较大直径边249a和249b优选位于轴212的圆柱部分238的附近。圆柱部分238的外直径大于所述侧249a和249b的外直径。因此，在圆柱部分238和轴212的两个圆锥部分之间形成台阶142a和142b。
在第三优选实施例中，轴承套230具有一个带有大致圆柱形壁和两个向外延伸的圆柱形开口236a和236b的内腔232。圆柱形开口236a优选形成于内腔232的顶部，圆柱形开口236b优选的形成于内腔232的底部。腔232的一个内直径稍大于圆柱轴部分238的外直径。中心轴212通过顶部开口236a或底部开口236b被插入腔232并通过两个挡板234a和234b防止其从腔中上脱落，挡板分别位于它们相对应的向外延伸的开口236a和236b中。挡板234a和234b相对于轴承套230固定。每一个挡板234a、234b具有一个中心圆柱腔244。挡板234a、234b的圆柱腔244具有一个稍大于对应圆锥轴部分247、248的较大直径一侧249a、249b的外直径的内直径。腔244的内直径也小于圆柱轴部分238的外直径。这样，挡板234a、234b上临近圆锥轴部分247、248的较大直径一侧249a、249b的部分与对应的轴台阶242a、242b配合，并且防止轴从腔232上滑落。圆锥部分247和248的较小直径边251a、251b的较小外直径分别优选决定成使得在填充轴承的润滑流体和两个圆锥部分247、248之间具有充足的张力。
如上所述，腔232的内直径稍大于圆柱轴部分238的外直径。因此，在轴212的外表面和腔232的内表面之间形成缝隙240。缝隙240填充有适当的润滑流体。在旋转过程中，通过在挡板234a和234b的中心圆柱腔244的壁和圆锥轴部分247和248上形成毛细密封，润滑流体保持在轴承结构的内部。
至少一个径向轴承250形成于圆柱轴部分238和腔232的相对侧壁之间。与所描述的第一实施例相似，动力压力产生凹槽可以形成于轴212的外表面或轴承套230的内表面。通过在挡板234a和轴台阶242a的相对侧的任一个上形成交叉缝式或螺旋式凹槽，在挡板234a和轴台阶242a的相对侧之间设置一个第一止推轴承252a。在挡板234b和轴台阶242b的相对侧的任一个上形成交叉缝式或螺旋式凹槽，在挡板234b和轴台阶242b的相对侧之间设置一个第二止推轴承252b。这样，如图3所示，至少一个止推轴承形成于径向轴承250的每一侧上。
与前述实施例相似，第三实施例的轴电机具有形成在径向轴承的每一侧的至少一个止推轴承，使得即既使所提供的止推轴承不具有高的刚性也可具有好的电机特性。止推轴承的减小的刚性使得提供的轴电机具有更低的功率损耗。
本发明如果用于与2.5英寸磁盘驱动器器连接时特别有利。然而，本发明也可用于其它轴电机。
为了方便读者，上述描述集中在所有可能的实施例的一个代表性的示例上，这个示例表明本发明的原理并揭示了最好实施方式。描述没有尝试穷举所有可能的变化。其它没有描述的变化或者修改也是可以的。例如，描述的多个可替换的实施例，在很多情况下，也可能将不同实施例的元件结合，或者将这里描述的实施例元件与其它未清楚描述的修改或变化结合。那些未描述的变化和修改中的许多将被涵盖在下述权利要求所表达的范围中，其它的则与权利要求相当。
权利要求
1.一种用于磁盘驱动器的轴电机，包括一个带有一个较大直径部分和一个较小直径部分及一个形成于这两部分之间的台阶的轴；一个具有中心圆柱形开口的轴承套，所述轴插入所述中心圆柱形开口中；和一个形成于所述轴和所述轴承套之间的轴承缝隙，所述轴承缝隙被填充有润滑流体；其中，在所述的台阶区域形成一个第一流体动力止推轴承和在所述轴的较大直径部分区域形成一个流体动力径向轴承。
2.如权利要求1所述的轴电机进一步包括一个密封所述轴承套的所述中心圆柱形开口的挡板，所述挡板与所述台阶成相对关系。
3.如权利要求2所述的轴电机，其中所述第一流体动力止推轴承形成于所述台阶和所述挡板之间。
4.如权利要求3所述的轴电机，其中所述轴的一端被所述轴承套围绕，和其中一个第二流体动力止推轴承形成于所述轴的所述被围绕端，以便所述流体动力径向轴承便位于所述第一流体动力止推轴承和所述第二流体动力止推轴承之间。
5.如权利要求4所述的轴电机，其中所述第二流体动力止推轴承是一个枢轴轴承。
6.如权利要求3所述的轴电机，所述轴进一步包括一个带有第二台阶的第二较小直径部分，所述第二台阶形成于所述第二较小直径部分和所述较大直径部分之间，其中一个第二流体动力止推轴承形成于所述第二台阶区域中，和所述流体动力径向轴承位于所述第一流体动力止推轴承和所述第二流体动力止推轴承之间。
7.如权利要求6所述的轴电机，进一步包括一个密封所述轴承套的所述中心圆柱形开口的第二挡板，所述第二挡板与所述第二台阶成相对关系。
8.如权利要求7所述的轴电机，其中所述第二流体动力止推轴承形成于所述第二台阶和所述第二挡板之间。
9.如权利要求1所述的轴电机，其中在所述轴承套的一个开口端形成一个锥形毛细密封，所述锥形毛细密封密封所述轴承缝隙中的润滑流体。
10.如权利要求3所述的轴电机，其中在所述挡板的一个开口端形成一个锥形毛细密封，所述锥形毛细密封密封所述轴承缝隙中的润滑流体。
11.如权利要求7所述的轴电机，其中在所述第二挡板的一个开口端形成一个第二锥形毛细密封，所述第二锥形毛细密封密封所述轴承缝隙中的润滑流体。
12.如权利要求1所述的轴电机，进一步包括一个基座和一个壳体盖，其中所述轴的一端固定到基座，另一端固定壳体盖。
13.如权利要求1所述的轴电机，其中所述轴是所述轴电机的一个转动元件。
14.如权利要求1所述的轴电机，其中所述轴是所述轴电机的一个固定元件。
15.一个含有轴电机的磁盘驱动器，轴电机包括；一个带有一个较大直径部分和一个较小直径部分及一个形成于这两部分之间的台阶的轴；一个具有中心圆柱形开口的轴承套，所述轴插入所述中心圆柱形开口中；和一个形成于所述轴和所述轴承套之间的轴承缝隙，所述轴承缝隙被填充有润滑流体；其中，在所述的台阶区域形成一个第一流体动力止推轴承和在所述轴的较大直径部分区域形成一个流体动力径向轴承。
16.如权利要求15所述的磁盘驱动器进一步包括一个密封所述轴承套的中心圆柱形开口的挡板，所述挡板与所述台阶成相对关系。
17.如权利要求16所述的磁盘驱动器，其中所述第一流体动力止推轴承形成于所述台阶和所述挡板之间。
18.如权利要求17所述的磁盘驱动器，其中所述轴的一端被所述轴承套围绕，和其中一个第二流体动力止推轴承形成于所述轴的所述被围绕端，因此所述流体动力径向轴承便形成于所述第一流体动力止推轴承和所述第二流体动力止推轴承之间。
19.如权利要求18所述的磁盘驱动器，其中所述第二流体动力止推轴承是一个枢轴轴承。
20.如权利要求17所述的磁盘驱动器，所述轴进一步包括一个带有第二台阶的第二较小直径部分，所述第二台阶形成于所述第二较小直径部分和所述较大直径部分之间，一个第二流体动力止推轴承形成于所述第二台阶区域，和所述流体动力径向轴承位于所述第一流体动力止推轴承和所述第二流体动力止推轴承之间。
21.如权利要求20所述的磁盘驱动器，进一步包括一个密封所述轴承套的所述中心圆柱形开口的第二挡板，所述第二挡板与所述第二台阶成相对关系。
22.如权利要求21所述的磁盘驱动器，其中所述第二流体动力止推轴承形成于所述第二台阶和所述第二挡板之间。
23.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其中在所述轴承套的一个开口端形成一个锥形毛细密封，所述锥形毛细密封密封所述轴承缝隙中的润滑流体。
24.如权利要求17所述的磁盘驱动器，其中在所述挡板的一个开口端形成一个锥形毛细密封，所述锥形毛细密封密封所述轴承缝隙中的润滑流体。
25.如权利要求21所述的磁盘驱动器，其中在所述第二挡板的一个开口端形成一个第二锥形毛细密封，所述第二锥形毛细密封密封所述轴承缝隙中的润滑流体。
26.如权利要求15所述的磁盘驱动器，进一步包括一个基座和一个壳体盖，其中所述轴的一端固定到基座，另一端固定到壳体盖。
27.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其中所述轴是所述轴电机的一个转动元件。
28.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其中所述轴是所述轴电机的一个固定元件。
全文摘要
用于磁盘驱动器的一个轴电机包括一个轴和一个轴承套。轴具有一个较大直径部分和一个较小直径部分及一个形成于这两部分之间的台阶；轴承套具有一个中心圆柱形开口，所述轴插入所述中心圆柱形开口中；在所述轴和所述轴承套之间形成一个轴承缝隙，所述轴承缝隙被填充有润滑流体。一个第一流体动力止推轴承形成在所述的台阶区域。一个流体动力径向轴承形成在所述轴的较大直径部分区域。
文档编号H02K7/08GK1449091SQ0312853
公开日2003年10月15日 申请日期2003年3月12日 优先权日2002年3月12日
发明者安德烈亚斯·克尔 申请人:美蓓亚株式会社