用于流体动力轴承的流体泵吸毛细密封件的制作方法

专利名称：用于流体动力轴承的流体泵吸毛细密封件的制作方法
用于流体动力轴承的流体泵吸毛细密封件
背景技术：
盘驱动存储系统储存记录在磁盘介质上同心磁轨上的数字信息。至少一个盘可转动地安装在心轴上，且能够以磁性转换形式储存在盘内的信息使用读/写头或换能器来访问。驱动器控制器通常用于根据从主机系统接收的命令来控制盘驱动系统。驱动器控制器控制盘驱动器以储存信息和从磁盘获取信息。读/写头位于在盘表面上径向运动的枢转臂上。在运行期间，这些盘用位于毂内或盘下方的电动机来高速转动。毂上的磁体与定子相互作用使毂相对于定子转动。 一种类型的电动机具有通过轴承系统安装到设置在毂的中心内电动机轴的心轴。这些轴承使轴与套管之间能够转动，同时保持心轴与轴对准。
盘驱动存储系统还逐渐用于常规固定计算环境之外的更多环境中。最近，这些存储系统包含在在移动环境中工作的装置中，这些装置除了便携计算机还包括数码相机、数码摄像机、电子游戏机和个人音乐播放器。这些移动装置通常由于搬运而经受各种程度的机械振动。这样，就增强了对包括包括轴向和角向抗震的改进的抗震性能、振动响应以及改进的坚固性在内的性能和设计需求。 读/写头必须与盘上的存储轨道精确地对准以确保正确地读取和写入信息。此外，还要求增大的存储容量和较小的盘驱动器，这使得设计具有较高的记录面密度，从而使得读/写头放置得越来越靠近盘表面。需要读/写头与储存磁轨精确对准以使盘能够设计成具有较高的磁轨密度，由此使盘更小和/或增加盘的存储容量。因为转动精确度很关键，所以许多盘驱动器目前利用具有位于轴与套管之间的流体动力轴承(FDB)的心轴电动机来支承毂和盘以进行转动。流体动力轴承的硬度很关键，从而使转动负载精确且稳定地支承在心轴上而不会摆动或倾斜。在流体动力轴承中，在盘驱动器的固定件支承表面与转动件支承表面之间提供润滑流体。但是，流体动力轴承对外部负载或机械振动很敏感。
—种提供紧凑的流体密封系统的方法是采用不对称密封。许多轴承利用不对称流体密封系统，该系统具有位于轴承一端上的毛细密封件和在相对轴承端上的沟槽泵吸密封件。但是，在这些密封系统中，会产生称为慢动(jog)的问题，慢动是可相对转动部件之间轴向空间的快速重复开闭，这会将油从这些空间排出或将空气吸入这些空间内。在现有设计中，除非循环通道的流动阻力足够低，否则油会在压縮期间从流体密封件排出或在膨胀期间将空气吸入流体密封件。 此外，在毛细管密封储槽中必须保持足够量的诸如油之类的润滑剂来抵销损耗。如果润滑剂量不足的电动机发生振动，则转动表面可能与静止部件直接接触。干式表面与表面接触会致使接触期间产生颗粒或电动机的磨损和锁定。颗粒产生和轴承流体的污染可能致使心轴电动机或盘驱动部件的性能减损或失效。

发明内容
本文描述了一种用于提供坚固且抗振的流体密封系统的装置和方法，该系统具有用于流体动力轴承的流体泵吸和毛细特征。轴承限定在静止部件与可转动部件之间，其中静止部件和可转动部件具有定位成相对转动的面对表面。流体泵吸毛细密封系统定位在轴承的至少一端处，以将流体密封在马达内。流体泵吸毛细密封系统包括流体泵吸沟槽和毛细密封件。流体泵吸沟槽包括定位在静止部件和可转动部件中至少一个的表面上的狭槽部分和肋部分，其中狭槽部分逐渐扩散。毛细密封件从扩散狭槽延伸，其中狭槽部分至少扩散到使毛细密封流体弯液面能够移动的面积。阅读以下详细说明书会理解这些和各种其它特征和优点。
概念 本申请支持以下概念 1. —种流体动力轴承马达，包括 轴承，该轴承限定在静止部件和可转动部件之间，其中静止部件和可转动部件具有定位成相对转动的面对的表面；以及 流体泵吸毛细密封系统，该系统定位在轴承的至少一端，用于密封马达内的流体，其中流体泵吸毛细密封系统包括 流体泵吸沟槽，该沟槽包括定位在静止部件和可转动部件中至少一个部件表面上的狭槽部分和肋部分，其中狭槽部分逐渐扩散；以及 毛细密封件，该密封件从扩散的狭槽延伸，其中狭槽部分至少扩散到使毛细密封流体弯液面能够移位的面积。 2.如概念1所述的流体动力轴承马达，其中轴承的至少一端还包括位于轴向延伸表面上的辅助泵吸肋。 3.如概念1所述的流体动力轴承马达，其中流体泵吸沟槽位于轴承的至少一端处径向延伸表面上，肋部分包括 至少一个扫掠肋，该肋延伸到轴承的至少一端处的轴向延伸表面，该扫掠肋用于将流体从轴向延伸表面扫掠到径向延伸表面并扫向轴承； 截头肋与扫掠肋相邻定位，其中截头肋与扫掠肋相比延伸较短的径向距离；以及
增压区域，该区域位于截头肋的径向端处。 4.如概念3所述的流体动力轴承马达，其中扫掠肋与位于轴承的至少一端的轴向延伸表面上的辅助泵吸肋邻接。 5.如概念1所述的流体动力轴承马达，还包括通气孔，该通气孔由轴承的至少一端处的径向延伸表面限定，用于从轴承通气。 6.如概念1所述的流体动力轴承马达，其中狭槽部分的轴向深度的范围如下在径向最靠近轴承的第一位置处高达30微米，且在径向最远离轴承的第二位置处为50微米至400微米。 7.如概念1所述的流体动力轴承马达，其中流体泵吸毛细密封系统形成在限制件上，该限制件固定到可转动部件，该限制件用于限制可转动部件相对于静止部件的轴向位移。 8.如概念1所述的流体动力轴承马达，其中 流体泵吸毛细密封系统具有轴向延伸表面和在连结处邻接的径向延伸表面；
流体泵吸毛细密封系统定形成挡圈或杯的形式； 在挡圈的情况下，轴向延伸表面从连结处向轴向远离马达的轴向相对端延伸；以及
在杯的情况下，轴向延伸表面从连结处向轴向朝向马达的轴向相对端延伸。
9.如概念1所述的流体动力轴承马达，其中流体泵吸沟槽定形成螺旋形或箭尾 形。
10.如概念1所述的流体动力轴承马达，其中静止部件包括轴，而可转动部件包括套管。 11.如概念l所述的流体动力轴承马达，其中静止部件和可转动部件中的至少一 个定形成锥形。 12.如概念1所述的流体动力轴承马达，还包括形成在流体泵吸毛细密封系统的 轴承的轴向相对端处的毛细密封件，形成不对称密封系统。 13.在流体动力轴承马达中，包括限定在静止部件与可转动部件之间的轴承，其中 静止部件和可转动部件具有定位成相对转动的面对的表面， 一种方法包括
用设置在轴承的至少一端处的静止部件和可转动部件中至少一个部件的表面上 的流体泵吸肋和狭槽来将流体密封在马达内，其中狭槽逐渐扩散；以及 形成从扩散狭槽延伸的毛细流体密封件，其中狭槽至少扩散到使毛细密封流体弯 液面能够移位的面积。 14.如概念13所述的方法，还包括用位于轴承至少一端处轴向延伸表面上的辅助
泵吸肋来将流体朝向轴承泵吸。 15.如概念13所述的方法，还包括 用扫掠肋来将流体从轴承的至少一端处轴向延伸表面扫掠到径向延伸表面并扫 向轴承； 提供位于径向延伸表面处截头肋的径向端处的流体增压区域，其中截头肋与扫掠 肋相比延伸较短的径向距离。 16.如概念15所述的方法，其中扫掠肋与位于轴承的至少一端的轴向延伸表面上 的辅助泵吸肋邻接。 17.如概念13所述的方法，还包括用穿过轴承所形成的通气孔、在轴承至少一端 处、从径向延伸表面通气。 18.如概念13所述的方法，还包括在轴承的至少一端处利用面对的表面来限制可
转动部件相对于静止部件的轴向位移。 19.如概念13所述的方法，其中 静止部件和可转动部件中的至少一个部件的表面包括在连结处轴向延伸表面和 径向延伸表面； 轴承的至少一端定形成挡圈或杯的形式； 在挡圈的情况下，轴向延伸表面从连结处向轴向远离马达的轴向相对端延伸；以 及 在杯的情况下，轴向延伸表面从连结处向轴向朝向马达的轴向相对端延伸。 20.如概念13所述的方法，还包括形成不对称压力密封系统，该系统采用在轴承
的轴向相对端处由流体泵吸肋和狭槽形成的毛细密封件。
21. —种马达，包括 第一部件，该第一部件包括第一表面；
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第二部件，该第二部件可操作以相对于所述第一部件转动，其中所述第二部件包 括第二表面； 第一流体，该第一流体可操作以在所述第一和第二表面之间流动来构成流体动力 轴承；以及 第三部件，该第三部件包括至少一个狭槽，该狭槽构造成泵吸所述第一和第二表 面之间的所述第一流体，其中所述至少一个狭槽呈锥形，且其中所述第三部件还可操作以 使用毛细密封件将所述第一流体密封在所述马达内。 22.如概念21所述的马达，其中所述至少一个狭槽扩散以使所述毛细密封件能移 位。 23.如概念21所述的马达，其中所述狭槽包括第一端和第二端，且其中所述狭槽
在所述第一端处的第一宽度大于所述狭槽在所述第二端处的第二宽度。 24.如概念21所述的马达，其中所述狭槽包括第一端和第二端，且其中所述狭槽
在所述第一端处的第一高度大于所述狭槽在所述第二端处的第二高度。 25.如概念21所述的马达，其中所述第三部件包括第三表面和第四表面，其中所
述第三表面包括所述至少一个狭槽和第一多个肋，且其中所述第四表面包括第二多个肋。 26.如概念21所述的马达，其中所述第一表面是径向延伸表面，且其中所述第二
表面是轴向延伸表面。 27.如概念21所述的马达，其中所述至少一个狭槽包括从由螺旋形和箭尾形构成 的一组中选出的形状。 28.如概念21所述的马达，其中所述第三部件还包括至少一个通气孔，该通气孔 可操作以为所述第一流体内存在的第二流体通气。 29.如概念21所述的马达，其中所述第三部件还包括第三表面，其中所述第三表
面包括第一多个肋和第二多个肋，且其中所述第一多个肋比所述第二多个肋长。 30.如概念29所述的马达，其中第二流体存在于所述第一流内体，其中所述第二
多个肋形成增压区域，其中所述第三部件还包括至少一个通气孔，该通气孔可操作以为所
述第二流体通气，且其中所述增压区域与所述至少一个通气孔连接以通过所述至少一个通
气孔为设置在所述增压区域内的所述第二流体通气。 31.如概念21所述的马达，其中所述第三部件还可操作以限制所述第二部件相对 于所述第一部件的轴向运动。 32.如概念21所述的马达，其中所述第三部件包括从由挡圈和杯构成的一组中选 出的形状。 33.如概念21所述的马达，其中所述第一部件的第一部分包括所述第一表面，其 中所述第二部件的第二部分包括所述第二表面，且其中所述第一和第二部分各呈圆锥形。
34. —种方法，其包括 泵吸第一部件的第一表面与第二部件的第二表面之间的第一流体，其中所述泵吸 还包括使用第三部件的至少一个狭槽泵吸所述第一流体，其中所述至少一个狭槽呈锥形， 其中所述第二部件可操作以相对于所述第一部件转动，且其中所述第一和第二表面可操作 以构成流体动力轴承；以及 使用所述第三部件将所述第一流体密封在所述马达内，其中所述密封还包括使用毛细密封件将所述第一流体密封在所述马达内。 35.如概念34所述的方法，其中所述至少一个狭槽扩散成使所述毛细密封件能移 位。 36.如概念34所述的方法，其中所述狭槽包括第一端和第二端，且其中所述狭槽
在所述第一端处的第一宽度大于所述狭槽在所述第二端处的第二宽度。 37.如概念34所述的方法，其中所述狭槽包括第一端和第二端，且其中所述狭槽
在所述第一端处的第一高度大于所述狭槽在所述第二端处的第二高度。 38.如概念34所述的方法，其中所述第三部件包括第三表面和第四表面，其中所
述第三表面包括所述至少一个狭槽和第一多个肋，且其中所述第四表面包括第二多个肋。 39.如概念34所述的方法，其中所述第一表面是径向延伸表面，且其中所述第二
表面是轴向延伸表面。 40.如概念34所述的方法，其中所述至少一个狭槽包括从由螺旋形和箭尾形构成 的一组中选出的形状。 41.如概念34所述的方法，其中所述第二流体存在于所述第一流体内，其中所述 第三部件还包括至少一个通气孔，并还包括
为所述第二流体通气。 42.如概念34所述的方法，其中所述第三部件还包括第三表面，其中所述第三表
面包括第一多个肋和第二多个肋，且其中所述第一多个肋比所述第二多个肋长。 43.如概念42所述的方法，其中第二流体存在于所述第一流内体，其中所述第二
多个肋形成增压区域，其中所述第三部件还包括至少一个通气孔，该通气孔可操作以为所
述第二流体通气，且其中所述增压区域与所述至少一个通气孔连接，并还包括 为所述第二流体通气。 44.如概念34所述的方法，还包括 使用所述第三部件来限制所述第二部件相对于所述第一部件的轴向运动。 45.如概念34所述的方法，其中所述第三部件包括从由挡圈和杯构成的一组中选
出的形状。 46.如概念34所述的方法，其中所述第一部件的第一部分包括所述第一表面，其 中所述第二部件的第二部分包括所述第二表面，且其中所述第一和第二部分各呈圆锥形。


借助于各附图中的示例非限制性地对本发明进行说明，附图中相同的附图标记标 示类似的构件。
图1是根据本发明实施例的、其中使用本发明的盘驱动数据存储系统的俯视图。
图2是用在包含有现有流体密封系统的盘驱动数据存储系统中的现有心轴马达 的剖视图。 图3是流体动力轴承马达的一部分的剖视立体图，示出根据本发明实施例的、挡 圈形式的泵吸毛细密封系统。 图4是根据本发明实施例的、图3所示挡圈形式泵吸毛细密封系统的放大立体图。
图5是流体动力轴承马达的一部分的剖视立体图，示出根据本发明另一实施例的杯形式的、泵吸毛细密封系统。 图6是根据本发明实施例的、图5所示杯形式泵吸毛细密封系统的放大立体图。
图7是代表性图，示出根据本发明实施例的、如图4或图6所示从泵吸毛细密封沟 槽或狭槽流出的油量。 图8是根据本发明实施例的图3所示挡圈形式并还包括扫掠肋和增压区域的泵吸 毛细密封系统的放大立体图。 图9是根据本发明实施例的图5所示杯形式并还包括扫掠肋和增压区域的泵吸毛 细密封系统的放大立体图。 图10是流体动力轴承马达的一部分的侧剖视图，示出根据本发明另一实施例的
泵吸毛细密封系统。 发明详述 现将参照附图中所示的实例详细描述本发明的实施例。尽管结合以下实施例对本 发明进行讨论，但应当理解并不意味着本发明仅限于这些实施例。相反，本发明意在涵盖可 包括在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的更改、改变和等同物。此外，在本 案方面的以下详细说明书中，阐述了多个具体细节以提供对本发明的完整理解。但是，没有 这些细节也可实施本发明的各实施例。另外，并未对人们所熟知的方法、工艺、部件和回路 进行详细描述，以免不必要地使本发明的各方面变得不清楚。
具体实施例方式
本文描述一种装置和方法，用于为流体动力轴承提供具有流体泵吸和毛细特征的 紧凑、坚固和高功效的流体密封系统。本发明提供改进的抗震性和振动响应，并由此改进盘 驱动存储系统的可靠性和性能。解决了马达慢动的问题，慢动是可相对转动部件之间轴向 空间的快速重复开闭，这会将油从这些空间排出或将空气吸入这些空间内。本发明尤其可 用于对马达高度有限制的诸如2. 5英寸盘驱动器的小型盘驱动器，它们要求有包括转速高 和面密度大的高性能。 显然本说明书和权利要求书的特征可用于盘驱动器存储系统、小轮廓盘驱动存储 系统、心轴马达、无刷DC电动机、包括流体动力和流体静力轴承在内的各种流体动力轴承 设计、以及包括有采用圆锥形轴承在内的采用静止和可转动部件的其它马达。此外，本发明 的各实施例也可采用固定轴或转动轴。此外，如本文所使用的，术语"轴向地"或"轴向方 向"是指沿轴的中心线轴向长度的方向(即沿图2所示轴202的轴线260)，而"径向地"或 "径向方向"是指垂直于中心线轴线260并穿过中心线轴线260的方向。此外，本文所使用 的表示定向的表述，诸如"上部"、"下部"、"顶部"、"底部"、"高度"等，应用于关于正常观察 附图的含义，而不是在特定操作等期间定向的含义。提供这些定向标记仅是为了便于和有 助于对说明书中所描述的附图的理解，而不应解释为限制。 参照附图，其中相同的附图标记表示所有附图中相同的构件，图l示出使用本发 明的典型盘驱动数据存储系统110的俯视平面图。本说明书和权利要求书的特征并不限于 该特定设计，其示出仅是为了示例的目的。盘驱动器IIO包括基板112，该基板112与盖114 结合形成密封环境以保护内部部件免受密封环境外构件的污染。盘驱动器IIO还包括盘组 件116，盘组件116安装成通过盘夹118而在心轴马达(图2所示)上转动。盘组件116包
9括多个单独的盘，它们安装成围绕中心轴线共同转动。每个盘表面具有相关的磁头120 (读 取头和写入头)，该磁头120安装到盘驱动器110以与盘表面通信。在图1所示实例中，磁 头120由挠曲件122支承，该挠曲件又附连到致动器本体126的磁头安装臂124。图1所示 的致动器是转动线圈致动器并包括音圈马达128。音圈马达128转动致动器本体126，使其 附连的磁头120围绕枢转轴130以将磁头120定位在沿弧形路径132所要求的数据磁轨上 方。这使磁头120在选定位置处盘116的表面上磁性地读取和写入磁性编码信息。
挠曲组件为致动器组件提供所需要的电连接路径，同时在工作期间使致动器本体 126能够枢转运动。挠曲组件(未示出)终止于挠曲支架以与安装在盘驱动器110底侧的 印刷电路板通信，磁头线连接到该电路板；磁头线沿致动器壁124和挠曲件122行进到磁头 120。印刷电路板通常包括用于控制写入操作期间施加到磁头120的写入电流的电路和用 于放大读取操作期间由磁头120产生的读取信号的前置放大器。 参照图2，侧剖图示出用在盘驱动数据存储系统110中的现有心轴马达。该流体动 力轴承马达包括可围绕静止部件相对转动的可转动部件，在可转动部件与静止部件之间限 定轴颈轴承206。在该实例中，可转动部件包括轴202和毂210。在另一设计中，轴202是 静止部件，而套管204是可转动部件。毂210包括盘凸缘，该盘凸缘支承围绕轴202的轴线 206转动的盘组件116(图1所示)。轴202和毂210与护铁215形成一体。 一个或多个磁 体216附连到护铁215的周界。磁体216与附连到基部220的叠片124相互作用以使毂210 转动。磁体216可形成为一体的环形环或者可由围绕毂210的周界间隔开的多个单独的磁 体形成。磁体216磁化成形成两个或多个磁极。静止部件包括固定到基板220的套管204 和定子211。轴承206形成在套管204与转动轴202之间。推力轴承207形成在毂210与 套管204之间。推力轴承207在毂210上提供向上的力以平衡包括有毂210的重力、磁体 216与基板220之间轴向力以及定子叠片214与磁体216之间轴向力的向下的力。在流体 动力轴承心轴马达的情况下，诸如润滑油之类的流体填充在轴202与套管204之间、毂210 与套管204之间、以及其它静止和可转动部件之间的界面区域。尽管在此描述本图具有润 滑流体，但本领域的技术人员会理解，可用流体包括液体、气体或液体和气体的组合。
图3是流体动力轴承马达的一部分的剖视立体图，示出根据本发明实施例的挡圈 形式的流体泵吸毛细密封系统310 (称为PCS挡圈310)。包含流体的轴承318限定在轴302 和套管304的面对的表面之间。PCS挡圈310定位在轴承的端部，用于将流体密封在马达 内。在所示实例中，具有流体储槽322的毛细密封部件320定位在马达的轴向相对端处。在 另一实施例中，在马达的与泵吸毛细密封系统310的轴向相对端处利用第二泵吸毛细密封 系统。应当理解，可在流体泵吸毛细密封系统310的轴向相对端处利用其它流体密封或设 计。此外，本发明可设计成或采用不对称密封系统或对称密封系统。 泵吸毛细密封系统310和毛细密封部件320共同形成不对称密封系统。泵吸毛细 密封件用作较坚硬、较小容积的密封件，而毛细密封用作较柔软、较大容积的密封件。坚硬 和柔软是指相应密封件将流体推入马达所包含的容积内的倾向，这是压力变化与容积变化 的比值的度量。当马达从静止过渡到旋转状态时，泵吸毛细密封系统310将流体泵吸到毛 细密封件内。因此使两个密封件能够不严格平衡。泵吸毛细密封系统310将流体朝向毛细 密封件泵吸，直到泵吸毛细密封件减小到达到与毛细密封件同等压力的流体容积。即，泵吸 毛细密封件的压力容量减小，因为其减小流体容积的速率比毛细密封的压力容量相应增加(伴随着流体容积增加)快。由此流体容纳在马达内。在一实施例中，泵吸毛细密封件内先 前被流体占据的区域通过通气孔(下文描述)而替换成空气。 在所示示例实施例中，静止轴302固定到泵吸毛细密封系统310以及毛细密封部 件320。轴302还可固定到顶盖(TCA)以增加马达稳定性。可转动毂308和套管304围绕 轴302的中心线轴线转动。将马达设计成节省轴向空间时会减损马达刚度。本发明解决了 该问题并提供改进的刚度，使得装置经受振动时存储装置的读/写头精确地与盘上的存储 磁轨对准。这就可将盘设计成具有增加的磁轨密度，并还可使盘较小和/或增加盘的存储 容量。具体地说，流体动力轴承的硬度很关键，从而使转动负载精确且稳定地支承在心轴上 而不会摆动或倾斜。 泵吸毛细密封件通过穿过套管304形成的流体循环通道306与毛细密封件流体连 通。由于本发明的流体泵吸毛细密封系统，使得由于润滑流体的损失和循环通道的流动阻 力而造成的、现有马达的干式面对面接触的设计问题降到最低。 在一实施例中，流体泵吸毛细密封系统310还形成限制件，该限制件固定到可转 动部件。该限制件用于限制可转动部件相对于静止部件的轴向位移。PCS挡圈310的径向 延伸表面346 (图4)还形成流体容纳表面，解决了与面对的可相对转动表面的干式面对面 接触的问题。 参照图4，放大立体图示出根据本发明实施例的图3所示挡圈形式泵吸毛细密封 系统(PCS挡圈310)的放大立体图。PCS挡圈310具有相对于轴的中心线轴线长度(S卩，沿 图2所示轴202的轴线260)的径向延伸表面346和轴向延伸表面348。径向延伸表面346 从内径(ID) 342延伸到外径(0D)344。径向延伸表面346和轴向延伸表面348在0D344的 连结处邻接。或者，表面346和348可以一定角度而不是大致轴向或径向延伸。
泵吸毛细密封系统包括形成在径向延伸表面346上的狭槽部分332和肋部分334， 以朝向轴承泵吸流体。在一实施例中，这些流体泵吸沟槽延伸到表面340的外周界，使得内 径342处没有肋部分和狭槽部分。因此流体持续保留在与流体轴承318相邻的表面340上。 狭槽部分332轴向呈锥形和/或径向呈锥形以相对于到轴承(到ID342)的距离逐渐扩散， 如在图7中进一步示出的那样。这些流体泵吸沟槽可能具有各种形式的形状，包括螺旋形 或箭尾形。 泵吸毛细密封系统还包括毛细密封件。狭槽部分332至少扩散成当可转动部件相 对于静止部件静止时使从锥形狭槽332延伸的毛细密封流体弯液面可相对于轴承径向移 位的面积。应当理解，当马达转动时，流体弯液面也可相对于轴承径向移位。因此当马达静 止时，狭槽部分332提供流体容纳部。当马达旋转时，螺旋泵吸形状将毛细密封件内的流体 朝向轴承泵吸。狭槽332的变化的深度提供流体存储和空气容纳沟槽。在一实施例中，对 空气容纳沟槽通气以适应由于慢动引起的流体容量的快速变化。 在所示实施例中，轴向延伸的表面348还包括辅助泵吸肋338。这些辅助泵吸肋 338将泵吸表面延伸到更远的距离，这进一步确保流体保持在马达内。在另一实施例中，轴 向延伸的表面348不具有辅助泵吸肋。 现转向图5，立体图示出流体动力轴承马达的一部分的剖视图，示出根据本发明的 另一实施例杯形式的泵吸毛细密封件。容纳流体的轴承418限定在轴402和套管404的面 对表面之间。PCS杯410流体泵吸毛细密封系统定位在轴承的至少一端处，以将流体密封在马达内。在所示实例中，具有流体储槽422的毛细密封部件420位于马达的轴向相对端处。
泵吸毛细密封系统410和毛细密封部件420共同形成不对称密封系统。泵吸毛细 密封件用作较坚硬、较小容积的密封件，而毛细密封件用作较柔软、较大容积的密封件。坚 硬和柔软是指相应密封件将流体推入马达所包含容积内的倾向，这是压力变化与容积变化 的比值的度量。当马达从静止过渡到旋转状态时，泵吸毛细密封系统410将流体泵吸到毛 细密封件内。因此使两个密封件能够不严格平衡。泵吸毛细密封系统410将流体朝向毛细 密封件泵吸，直到泵吸毛细密封件减小足够的流体容积以达到与毛细密封件同等压力。艮卩， 泵吸毛细密封件的压力容量减小，因为其减小容积的速率比毛细密封的压力容量相应增加 (伴随着流体容积增加)快。由此流体容纳在马达内。 在所示示例实施例中，静止轴402固定到泵吸毛细密封系统410以及毛细密封部 件420。轴402还可固定到顶盖(TCA)以增加稳定性。可转动毂408和套管404围绕轴402 的中心线轴线转动。 泵吸毛细密封件通过穿过套管404形成的流体循环通道406与毛细密封件流体连 通。由于本发明的流体泵吸毛细密封系统，使得由于润滑流体的损失和循环通道的流动阻 力而造成的现有马达的干式面对面接触的设计问题降到最低。 在一实施例中，流体泵吸毛细密封系统410还形成限制件，该限制件固定到可转 动部件。该限制件用于限制可转动部件相对于静止部件的轴向位移。PCS杯410的径向延 伸表面446 (图6)还形成流体容纳表面，解决了与面对的可相对转动表面的干式面对面接 触的问题。 图6示出根据本发明实施例的图5所示杯形式泵吸毛细密封系统(PCS杯410)的 放大立体图。PCS杯410具有相对于轴的中心线轴线长度(即，沿图2所示轴202的轴线 260)的径向延伸表面446和轴向延伸表面448。径向延伸表面446从内径(ID)442延伸到 外径(0D)444。径向延伸表面446和轴向延伸表面448在0D444的连结处邻接。或者，表面 446和448可以一定角度而不是大致轴向或径向延伸。 泵吸毛细密封系统包括形成在径向延伸表面446上的狭槽部分432和肋部分434， 以朝向轴承泵吸流体。在一实施例中，这些流体泵吸沟槽延伸到表面440的外周界，其中表 面440与轴402接界。狭槽部分432轴向呈锥形和/或径向呈锥形以相对于到轴承(到 ID442)的距离逐渐扩散，如在图7中进一步示出的那样。这些流体泵吸沟槽可能具有各种 形式的形状，包括螺旋形或箭尾形。 泵吸毛细密封系统还包括毛细密封件。狭槽部分432至少扩散成当可转动部件相 对于静止部件静止时使从锥形狭槽432延伸的毛细密封流体弯液面可相对于轴承径向移 位的面积。应当理解，当马达转动时，流体弯液面也可相对于轴承径向移位。因此当马达静 止时，狭槽部分432提供流体容纳部。当马达旋转时，螺旋泵吸形状将毛细密封件内的流体 朝向轴承泵吸。狭槽432的变化的深度提供流体存储和空气容纳沟槽。在一实施例中，通 过通气孔450对空气容纳沟槽通气以适应由于慢动引起的流体容积的快速变化。
在所示实施例中，轴向延伸的表面448还包括辅助泵吸肋438。这些辅助泵吸肋 438将泵吸表面延伸到更远的距离，这进一步确保流体保持在马达内。在另一实施例中，轴 向延伸的表面448不具有辅助泵吸肋。 图7是代表性图，示出根据本发明实施例的来自图4或图6所示泵吸毛细密封沟槽或狭槽的油量。所示油量表示狭槽部分332内的容积(图4)。标示出内径(ID)342和外 径(0D)344。狭槽部分332轴向呈锥形和/或径向呈锥形以相对于到轴承(到ID342)的距 离逐渐扩散。在一实施例中，这些狭槽部分332沿三个维度呈锥形。在示例实施例中，狭槽 部分322在径向最靠近轴承的内径(ID)342处的轴向深度在高达30微米以下范围内，且在 径向最远离轴承的外径(0D)344处的轴向深度在50微米至400微米范围内。
在所示示例实施例中，狭槽部分332的标称总油容积为0. 59mm3。标称流体弯液面 高度为0. 17mm，当马达停止且静止时，该液面高度等于在马达的径向相对端处毛细密封件 的标称弯液面高度。狭槽部分332的标称总空气容积为1. 19mm3。这也表示可用于轴向慢 动的空间。在狭槽部分332和循环通道306的连结处的标称泵吸压力在转速为10千转/ 分钟时为1.4磅/平方英寸数。在泵吸毛细密封系统内还可设计其它值，且也是本文的讲 授所考虑到的。 图8是根据本发明实施例的图3所示挡圈形式并还包括扫掠肋552A-552C和增 压区域554的泵吸毛细密封件510的放大立体图的另一实施例。扫掠肋552A-552C和增 压区域554位于径向延伸表面上。扫掠肋552A延伸到位于轴向延伸表面上的辅助泵吸肋 538。类似地，扫掠肋552B和552C延伸到位于轴向延伸表面上的其它辅助泵吸肋。扫掠肋 552A-552C定位成将流体从轴向延伸表面扫掠到径向延伸表面并朝向轴承扫掠。此外，在所 示实施例中，三个截头肋(532A、532B、532C)位于扫掠肋552A与552B之间。因此与截头肋 相邻的三个狭槽或沟槽彼此流体连通。截头肋还朝向轴承泵吸流体，但与扫掠肋相比延伸 较短的径向距离，从而提供位于截头肋的径向端处的增压区域554。在一实施例中，该增压 区域554与通气孔550连通以确保对所有狭槽通气。 当马达静止时，在与扫掠肋和截头肋相邻的狭槽内形成流体容纳部。但是，增压区 域554提供用于由例如慢动或振动引起的快速油容量变化的增加的或增大的流体容纳区 域。这些狭槽还用于容纳空气，其可通过通气孔550与马达通气。这些通气孔550位于增 压区域内。在没有通气孔550的一个替代实施例中，当马达旋转且泵吸毛细密封件将流体 传递到流体储槽内时，这些狭槽接纳来自其相应泵吸沟槽的空气。 图9是根据本发明实施例的图5所示杯形式并还包括扫掠肋652A-652C和增压区 域654的泵吸毛细密封件610的放大立体图。 扫掠肋652A-652C和增压区域654位于径向延伸表面上。扫掠肋652C延伸到位 于轴向延伸表面上的辅助泵吸肋638。类似地，扫掠肋652A和652B延伸到位于轴向表面上 的其它辅助泵吸肋。扫掠肋652A-652C定位成将流体从轴向延伸表面扫掠到径向延伸表面 并朝向轴承扫掠。此外，在所示实施例中，三个截头肋(632A、632B、632C)位于扫掠肋652A 与652B之间。截头肋还朝向轴承泵吸流体，但与扫掠肋相比延伸较短的径向距离，从而提 供位于截头肋的径向端处的增压区域654。在一实施例中，该增压区域654与通气孔650连 通以确保对所有狭槽通气。 当马达静止时，在与扫掠肋和截头肋相邻的狭槽内形成流体容纳部。但是，增压区 域654提供用于由例如慢动或振动引起的快速油容量变化的增加的或增大的流体容纳区 域。这些狭槽还用于容纳空气，其可通过通气孔650与马达通气。这些通气孔650位于增 压区域内。在没有通气孔650的一个替代实施例中，当马达旋转且泵吸毛细密封件将流体 传递到流体储槽内时，这些狭槽接纳来自其相应泵吸沟槽的空气。
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参照图IO，示出具有柱形部件的流体动力轴承马达的一部分的侧剖视图，示出根 据本发明另一实施例的泵吸毛细密封系统710。轴承714形成在圆锥形707与套管704之 间。互连通道718形成在相对可转动轴702与套管704之间。流体泵吸毛细密封系统710 定位在轴承的至少一端处，以将流体密封在马达内。流体泵吸毛细密封系统710可设置在 屏蔽件708或圆锥形部件707的面对表面上。在所示实例中，屏蔽件708和圆锥形部件707 固定到套管704。流体通道706穿过圆锥形部件707而形成并与轴承718流体连通。如所 描述的先前设计中那样，流体泵吸毛细密封系统710包括流体泵吸沟槽和毛细密封件。流 体泵吸沟槽包括狭槽部分和肋部分，其中狭槽部分逐渐扩散。示出泵吸方向作为示例。该 毛细密封件定位在屏蔽件708和圆锥形部件707的相对表面处。狭槽部分至少扩散到使从 扩散狭槽延伸的毛细密封流体弯液面705能够移位的面积。 在前述说明书中，参照在各实施例之间不同的多个具体细节描述了本发明的各实 施例。因此，申请人想要唯一且和排除表示的是，本发明是从该申请出版的一组权项，其形 式是这些权项出版的具体形式，包括随后的所有修改。因此，权利要求中未明确记载的限 制、构件、特性、特征、优点或特性都不应限制该权利要求的范围。因此，说明书和附图应当 认为是示例性而非限制性的意义。
权利要求
一种马达，包括第一部件，所述第一部件包括第一表面；第二部件，所述第二部件可操作以相对于所述第一部件转动，其中所述第二部件包括第二表面；第一流体，所述第一流体可操作以在所述第一和第二表面之间流动来构成流体动力轴承；以及第三部件，所述第三部件包括至少一个狭槽，所述狭槽构造成泵吸所述第一和第二表面之间的所述第一流体，其中所述至少一个狭槽呈锥形，且其中所述第三部件还可操作以使用毛细密封件将所述第一流体密封在所述马达内。
2. 如权利要求1所述的马达，其特征在于，所述至少一个狭槽扩散成使所述毛细密封件能移位。
3. 如权利要求1所述的马达，其特征在于，所述狭槽包括第一端和第二端，且所述狭槽在所述第一端处的第一宽度大于所述狭槽在所述第二端处的第二宽度。
4. 如权利要求1所述的马达，其特征在于，所述狭槽包括第一端和第二端，且所述狭槽在所述第一端处的第一高度大于所述狭槽在所述第二端处的第二高度。
5. 如权利要求1所述的马达，其特征在于，所述第三部件包括第三表面和第四表面，所述第三表面包括所述至少一个狭槽和第一多个肋，且所述第四表面包括第二多个肋。
6. 如权利要求1所述的马达，其特征在于，所述第三部件还包括至少一个通气孔，所述通气孔可操作以为存在于所述第一流体内的第二流体通气。
7. 如权利要求1所述的马达，其特征在于，所述第三部件还包括第三表面，其中所述第三表面包括第一多个肋和第二多个肋，且所述第一多个肋比所述第二多个肋长。
8. 如权利要求1所述的马达，其特征在于，所述第三部件还可操作以限制所述第二部件相对于所述第一部件的轴向运动。
9. 一种方法，其包括泵吸第一部件的第一表面与第二部件的第二表面之间的第一流体，其中所述泵吸还包括使用第三部件的至少一个狭槽泵吸所述第一流体，其中所述至少一个狭槽呈锥形，其中所述第二部件可操作以相对于所述第一部件转动，且其中所述第一和第二表面可操作以构成流体动力轴承；以及使用所述第三部件将所述第一流体密封在所述马达内，其中所述密封还包括使用毛细密封件将所述第一流体密封在所述马达内。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一个狭槽扩散成使所述毛细密封件能移位。
11. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述狭槽包括第一端和第二端，且所述狭槽在所述第一端处的第一宽度大于所述狭槽在所述第二端处的第二宽度。
12. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述狭槽包括第一端和第二端，且所述狭槽在所述第一端处的第一高度大于所述狭槽在所述第二端处的第二高度。
13. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第三部件包括第三表面和第四表面，所述第三表面包括所述至少一个狭槽和第一多个肋，且其中所述第四表面包括第二多个肋。
14. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二流体存在于所述第一流体内，所述第三部件还包括至少一个通气孔，并还包括为所述第二流体通气。
15. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括使用所述第三部件限制所述第二部件相对于所述第一部件的轴向运动。
全文摘要
提供一种形成坚固且防振的流体动力轴承的装置和方法。具有流体泵吸和毛细特征的流体密封系统为小型盘驱动存储系统提供改进的可靠性和性能。解决了马达慢动的问题，慢动是可相对转动部件之间空间的快速重复开闭，这会将油从这些空间排出或将空气吸入这些空间内。流体泵吸毛细密封系统包括用于泵吸流体的、具有肋部分和狭槽部分的流体泵吸沟槽。流体泵吸毛细密封系统还包括毛细密封件。一方面，扫掠肋将流体朝向轴承扫掠。截头肋与扫掠肋相邻定位，截头肋与扫掠肋相比延伸较短的径向距离并形成增压区域。
文档编号H02K5/10GK101752944SQ20091025385
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月4日 优先权日2008年12月4日
发明者A·L·格兰兹, K·D·科卢坡, L·B·吕 申请人:希捷科技有限公司