专利名称：流体动力枢轴轴承的制作方法
对相关申请的相互引用本申请要求德国专利申请的优先权，这些申请包括2002年7月19日的专利申请DE10232933.8；2002年8月19日的专利申请DE10237848.7；和2002年9月2日的专利申请DE10240634，同时还要求2002年3月12日申请的序号为60/363784的美国专利申请的优先权。
用在磁盘驱动器中的主轴电机通常依靠球轴承在固定件上来支撑旋转件，旋转件如旋转轮毂，固定件如轴。球轴承是磨损性元件，一定时间后摩擦将导致电机故障。另外，球轴承会产生粉末或细粒形的碎屑，这些碎屑会进入“干净的”腔室，该腔室容着纳由电机驱动的旋转磁盘。球轴承内部机械摩擦也会引起发热和噪音，在磁盘驱动器中这些都是不希望出现的。
流体动力轴承将比主轴驱动电机中普通球轴承具有更大的进步。在这种系统中，润滑流体—气态或液态—在电机的旋转主轴或旋转轮毂的固定基座或壳体之间起着有效的轴承表面的作用。例如，由油和更复杂的铁磁性液体或甚至空气构成的流体润滑流体被应用在流体动力轴承系统中。
发明简述本发明的目的在于提供一种具有流体动力枢轴轴承的主轴电机，该轴承可节省运行电流，进而降低主轴电机的电能消耗。本发明将流体动力轴承提高了稳定性的优点和枢轴轴承降低了电能消耗的优点结合在了一起。
本发明的上述及其它的目的、情况、细节和优势将通过实施方式结合附图的说明可以变得更清楚。
图2是依据本发明第二实施方式的主轴电机的侧剖视图，该电机具有固定轴、轴颈轴承、挡板和止推轴承。
图3是依据本发明第二实施方式的主轴电机的侧剖视图，该电机具有转轴、轴颈轴承、挡板和止推轴承。
图4是依据本发明第三实施方式的主轴电机的侧剖视图，该电机具有转轴、止推垫圈、轴颈轴承、挡板和止推轴承。
图5是依据本发明第三实施方式的主轴电机的侧剖视图，该电机具有固定轴、止推垫圈、轴颈轴承、挡板和止推轴承。
详细说明如
图1示出的是本发明的第一实施方式。主轴电机包括一个定子10和一个转子6，转子6设置成相对定子10转动。
转子6包括一个转子轮毂18和一个与转子轮毂18同轴固定的空心轴20。转子磁极12固定在转子轮毂18圆周壁的内侧。转子轮毂18圆周壁的外侧做成可以保持住磁盘的形状(未示出)。
定子10包括安装在磁盘驱动器设备(未示出)上的支架4、套筒8和固定安装在支架4上的铁芯52，以及绕在铁芯52上的线圈54。线圈54与转子磁极12相对设置并沿径向与磁极12之间留有小的间隙。
套筒8为筒形件，其中间为柱形孔85。除了其最上部，柱形孔85具有不变的半径A。在柱形孔85的最上部具有稍增大的半径，以便进行毛细密封11。盖9固定在套筒8上部表面上。盖9内部半径B比柱形孔85的半径小。盖9可以在电机受到机械振动时防止轴20从柱形孔85中移出去。
轴20贯穿轮毂18和盖9，向下进入柱形孔85中。轴20伸入柱形孔85的那部分包括一个上轴部分205和一个下轴部分206。上轴部分205具有不变的半径C，该半径C比盖9的内部半径B大，同时半径B稍小于柱形孔85的半径。下轴部分206与上轴部分205邻接，上轴部分206的半径从上轴部分205的半径C开始减小，在柱形孔85底部半径减为零。因此下轴部分206在枢轴点13与套筒8接触。
由套筒8和轴20之间的间隔形成的间隙充满了专用的润滑流体。压力产生槽14或者设置在上轴部分205的外表面上或者设置在与上轴部分205相对的套筒8内表面上，以使形成一个轴颈轴承。如果必要，可以增加第二组槽以形成第二轴颈轴承。另外，压力产生槽可以设置在下轴部分206的底部或设置在套筒8相对表面上以使轴20和套筒8之间的材料接触减到最小。
磁屏15设置在支架4上。磁屏15与转子磁极12互相作用以向转子6提供向下的力。
图2和3为本发明的第二实施方式。这种主轴电机转轴的方案在图3中示出。主轴电机包括一个定子10和一个转子6，转子6设置成相对定子10转动。
转子6包括一个转子轮毂18和一个与转子轮毂18同轴固定的空心轴20。转子磁极12固定在转子轮毂18圆周壁的内侧。转子轮毂18圆周壁的外侧做成可以保持住磁盘(未示出)的形状。
定子10包括安装在磁盘驱动器设备(未示出)上的支架4、套筒8和固定安装在支架4上的铁芯52，并且线圈54绕在铁芯52上。线圈54与转子磁极12相对设置并沿径向与磁极12之间留有小的间隙。
套筒8为筒形件，其中间为柱形孔85。柱形孔85具有不变的半径A。挡板开口88在柱形孔85的正上方并与柱形孔85同轴设置。挡板开口88从柱形孔85的顶部伸出直至套筒8的上表面。挡板开口88具有不变的半径B，该半径大于柱形孔85的半径A。挡板19可靠地配合在挡板开口88中。挡板19的内部半径C小于柱形孔85的半径。在挡板19的顶部附近，挡板19的半径增加为毛细密封11提供条件。
轴20贯穿轮毂18和挡板19向下进入柱形孔85中。轴20伸入柱形孔85的那部分包括一个上轴部分205和一个下轴部分206。上轴部分205具有不变的半径C，该半径C比挡板19的内部半径B大，同时半径C比柱形孔85的半径A稍小。下轴部分206与上轴部分205邻接，下轴部分206的半径从上轴部分205的半径C开始减小，在柱形孔85底部半径减为零。因此下轴部分206在枢轴点13与套筒8接触。
由套筒8、挡板19和轴20之间的间隔形成的间隙充满了专用的润滑流体。压力产生槽14或者设置在上轴部分205的外表面上或者设置在与上轴部分205相对的套筒8内表面上，以使形成一个轴颈轴承。如果必要，可以增加第二组槽以形成第二轴颈轴承。压力产生槽16或者设置在上轴部分205的上表面上或者设置在挡板19的相对表面上，这样形成了一个止推轴承。另外，压力产生槽可以设置在下轴部分206的底部或设置在套筒8相对表面上以使轴20和套筒8之间的实际接触减到最小。
第二实施方式的固定轴的方案在图2中示出。它包括一个定子10和一个转子6，转子6设置成相对定子10转动。
转子6包括一个转子轮毂18和一个与转子轮毂18同轴固定的套筒8。转子磁极12固定在转子轮毂18圆周壁的内侧。转子轮毂18圆周壁的外侧做成可以保持住磁盘(未示出)的形状。
套筒8为筒形件，其中间为柱形孔85。柱形孔85具有不变的半径A。挡板开口88在柱形孔85的正下方并与柱形孔85同轴设置。挡板开口88从柱形孔85的底部伸出直至套筒8的下表面。挡板开口88具有不变的半径B，其大于柱形孔85的半径A。挡板19可靠地配合在挡板开口88中。挡板19的内部半径C比柱形孔85的半径小。在邻近挡板19的底部，轴20的半径减小为毛细密封11提供条件。
定子10包括支架4、轴20、固定安装在支架4上的铁芯52，并且线圈54绕在铁芯52上。定子10与转子磁极12相对设置并沿径向与磁极12之间留有小的间隙。
轴20贯穿轮毂18和盖9向上进入柱形孔85中。轴20伸入柱形孔85的那部分包括一个上轴部分205和一个下轴部分206。然而，在第二实施方式的固定轴的方案中，上轴部分205在下轴部分206的下方。上轴部分205具有不变的半径C，该半径C比挡板19的内部半径B大，同时半径C比柱形孔85的半径A稍小。下轴部分206与上轴部分205邻接，下轴部分206的半径从上轴部分205的半径C开始减小，在柱形孔85顶部半径减为零。因此下轴部分206在枢轴点13与套筒8接触。
由套筒8、挡板19和轴20之间的间隔形成的间隙充满了专用的润滑流体。压力产生槽14或者设置在上轴部分205的外表面上或者设置在与上轴部分205相对的套筒8内表面上，以使形成一个轴颈轴承。如果必要，可以增加第二组槽以形成第二轴颈轴承。压力产生槽16或者设置在上轴部分205的上表面上或者设置在挡板19的相对表面上，这样形成了一个止推轴承。另外，压力产生槽可以设置在下轴部分206的顶部或设置在套筒8相对表面上以使轴20和套筒8之间的材料接触减到最小。
图4和5为本发明的第三实施方式。这种主轴电机转轴的方案在图4中示出。它包括一个定子10和一个转子6，转子6设置成相对定子10转动。
转子6包括一个转子轮毂18和一个与转子轮毂18同轴固定的空心轴20。转子磁极12固定在转子轮毂18圆周壁的内侧。转子轮毂18圆周壁的外侧做成可以保持住磁盘(未示出)的形状。
定子10包括安装在磁盘驱动器设备(未示出)上的支架4、套筒8和固定安装在支架4上的铁芯52，并且线圈54绕在铁芯52上。线圈54与转子磁极12相对设置并沿径向与磁极12之间留有小的间隙。
套筒8为筒形件，其中间为柱形孔85。柱形孔85具有不变的半径A。止推垫圈开口89在柱形孔85的正上方并与柱形孔85同轴设置。止推垫圈开口89具有不变的半径D，该半径大于柱形孔85的半径A。挡板开口88设置在止推垫圈开口89的正上方并与止推垫圈开口89同轴设置。挡板开口88从止推垫圈开口89的顶部伸出直至套筒8的上表面。挡板开口88具有不变的半径B，其比止推垫圈开口89的半径D大。挡板19可靠地配合在挡板开口88中。挡板19在其最低点具有与柱形孔85的半径A相同的内部半径C。然而在邻近挡板19的顶部，挡板19的内部半径增加为毛细密封11提供条件。
轴20贯穿轮毂18、挡板19、止推垫圈开口89和柱形孔85进入套筒8中。轴20伸入套筒8的那部分包括一个上轴部分205和一个下轴部分206。上轴部分205具有不变的半径C，该半径C比柱形孔85的半径A小。下轴部分206与上轴部分205邻接，下轴部分206的半径从上轴部分205的半径C开始减小，直到在柱形孔85底部半径减为零。因此下轴部分206在枢轴点13与套筒8接触。止推垫圈207固定在轴20上。止推垫圈207的外部半径E比止推垫圈开口89的半径小。止推垫圈207包括一个用于循环润滑流体的导槽208。止推垫圈207和挡板19之间的距离最好在4到7微米之间。止推垫圈207和套筒8之间的距离最好为0.1mm。止推垫圈207和套筒8之间具有相对大的直径可以降低电能损耗。
由套筒8、挡板19、止推垫圈207和轴20之间的间隔形成的间隙充满了适当的润滑流体。压力产生槽14或者设置在上轴部分205的外表面上或者设置在与上轴部分205相对的套筒8内表面上，以使形成一个轴颈轴承。如果必要，可以增加第二组槽以形成第二轴颈轴承。压力产生槽16或者设置在止推垫圈207的上表面上或者设置在挡板19的相对表面上，这样形成了一个止推轴承。另外，压力产生槽可以设置在下轴部分206的底部或设置在套筒8相对表面上，以使轴20和套筒8之间的材料接触减到最小。
第三实施方式的固定轴的方案在图5中示出。它包括一个定子10和一个转子6，转子6设置成相对定子10转动。
转子6包括一个转子轮毂18和一个与转子轮毂18同轴固定的套筒8。转子磁极12固定在转子轮毂18圆周壁的内侧。转子轮毂18圆周壁的外侧做成可以保持住磁盘(未示出)的形状。
套筒8为筒形件，其中间为柱形孔85。柱形孔85具有不变的半径A。止推垫圈开口89在柱形孔85的正下方并与柱形孔85同轴设置。止推垫圈开口89具有不变的半径D，该半径大于柱形孔85的半径A。挡板开口88设置在止推垫圈开口89的正下方并与止推垫圈开口89同轴设置。挡板开口88从止推垫圈开口89的底部伸出直至套筒8的下表面。挡板开口88具有不变的半径B，其比止推垫圈开口89的半径D大。挡板19可靠地配合在挡板开口88中。挡板19在其最高点具有与柱形孔85的半径A相同的内部半径C。然而在邻近挡板19的底部，轴20的半径减小为毛细密封11提供条件。
定子10包括支架4、轴20和固定安装在支架4上的铁芯52，并且线圈54绕在铁芯52上。线圈54与转子磁极12相对设置并沿径向与磁极12之间留有小的间隙。
轴20贯穿轮毂18、挡板19、止推垫圈开口89和柱形孔85，进入套筒8中。轴20伸入套筒8的那部分包括一个上轴部分205和一个下轴部分206。然而，第三实施方式中的固定轴的方案中，上轴部分205在下轴部分206的下面。上轴部分205具有不变的半径C，该半径C比柱形孔85的半径A小。下轴部分206与上轴部分205邻接，下轴部分206的半径从上轴部分205的半径C开始减小，直到在柱形孔85顶部半径减为零。因此下轴部分206在枢轴点13与套筒8接触。止推垫圈207固定在轴20上，该止推垫圈207的外部半径E比止推垫圈开口89的半径稍小。止推垫圈207包括一个用于循环润滑流体的导槽208。止推垫圈207和挡板19之间的距离最好在4到7微米之间。止推垫圈207和套筒8之间的距离最好为0.1mm。止推垫圈207和套筒8之间具有相对大的直径可以降低电能损耗。
由套筒8、挡板19、止推垫圈207和轴20之间的间隔形成的间隙充满了专用的润滑流体。压力产生槽14或者设置在上轴部分205的外表面上或者设置在与上轴部分205相对的套筒8内表面上，以使形成一个轴颈轴承。如果必要，可以增加第二组槽以形成第二轴颈轴承。压力产生槽16或者设置在止推垫圈207的下表面上或者设置在挡板19的相对表面上，这样形成了一个止推轴承。另外，压力产生槽可以设置在下轴部分206的顶部或设置在套筒8相对表面上，以使轴20和套筒8之间的实际接触减到最小。
权利要求
1.一种主轴电机包括一个定子；一个转子；一个枢轴轴承；一个流体动力轴颈轴承；一个磁屏；和一个盖。
2.如权利要求1的主轴电机，其中所述定子包括一个支架，一个固定在所述支架上的套筒，一个固定在所述支架上的铁芯，以及线圈绕在所述铁芯上；所述转子包括一个轴、一个转动轮毂和转子磁极；所述枢轴轴承包括一个在所述轴端部上的枢轴点，所述轴在所述套筒上转动；所述流体动力轴颈轴承包括所述轴，所述套筒，一种流体和形成在所述轴和所述套筒其中之一的垂直表面上的压力产生槽；所述磁屏设置在所述转子磁极下方并固定在所述支架上；所述盖固定在所述套筒上，并部分地设置在所述轴的上方。
3.一种主轴电机包括一个定子；一个转子；一个枢轴轴承；一个流体动力轴颈轴承；一个挡板；和一个流体动力止推轴承。
4.如权利要求3中的主轴电机，其中所述定子包括一个支架，一个固定在所述支架上的套筒，一个固定在所述支架上的铁芯，以及线圈绕在所述铁芯上；所述转子包括一个轴、一个转动轮毂和转子磁极；所述枢轴轴承包括一个在所述轴端部上的枢轴点，所述轴在所述套筒上转动；所述流体动力轴颈轴承包括所述轴，所述套筒，一种流体和形成在所述轴和所述套筒其中之一垂直表面上的压力产生槽；所述挡板固定在所述套筒上，并部分地设置在所述轴的上方；所述流体动力止推轴承包括所述轴、所述挡板、所述流体和形成在所述轴和所述挡板其中之一的水平表面上的压力发生槽。
5.如权利要求3中的主轴电机，其中所述定子包括一个支架，一个固定在所述支架上的轴，一个固定在所述支架上的铁芯，以及线圈绕在所述铁芯上；所述转子包括一个套筒、一个固定在所述套筒上的转动轮毂和一个固定在所述轮毂上的转子磁极；所述枢轴轴承包括所述套筒，该套筒在所述轴端部上的枢轴点上转动；所述流体动力轴颈轴承包括所述轴，所述套筒，一种流体和形成在所述轴和所述套筒其中之一的垂直表面上的压力产生槽；所述挡板固定在所述套筒上，并部分地设置在所述轴的下方；所述流体动力止推轴承包括所述轴、所述挡板、所述流体和形成在所述轴和所述挡板其中之一的水平表面上的压力产生槽。
6.一种主轴电机包括一个定子；一个转子；一个枢轴轴承；一个流体动力轴颈轴承；一个止推垫圈一个挡板；和一个流体动力止推轴承。
7.如权利要求6中的主轴电机，其中所述定子包括一个支架，一个固定在所述支架上的套筒，一个固定在所述支架上的铁芯，以及线圈绕在所述铁芯上；所述转子包括一个轴、一个转动轮毂和转子磁极；所述枢轴轴承包括一个在所述轴端部上的枢轴点，所述轴在所述套筒上转动；所述流体动力轴颈轴承包括所述轴，所述套筒，一种流体和形成在所述轴和所述套筒其中之一的垂直表面上的压力产生槽；所述止推垫圈固定在所述轴上，所述挡板固定在所述套筒上，并部分地设置在所述的止推垫圈的上方；所述流体动力止推轴承包括所述止推垫圈、所述挡板、所述流体和形成在所述止推垫圈和所述挡板其中之一水平表面上的压力产生槽。
8.如权利要求7中的主轴电机，其中所述止推垫圈包括一个用于循环所述流体的导；其中在所述止推垫圈的底部和所述套筒之间存在一个间隙；在所述止推垫圈的顶部和所述挡板之间存在一个间隙；并且该所述止推垫圈底部和所述套筒之间的间隙比所述止推垫圈顶部和所述挡板之间间隙大得多。
9.如权利要求8中的主轴电机，其中该所述止推垫圈底部和所述套筒之间的间隙大约为0.1mm；并且该所述止推垫圈顶部和所述挡板之间的间隙在4到7微米之间。
10.如权利要求7中的主轴电机，其进一步包括利用增大一部分所述挡板的内部半径形成的毛细密封。
11.如权利要求6中的主轴电机，其中所述定子包括一个支架，一个固定在所述支架上的轴，一个固定在所述支架上的铁芯，以及线圈绕在所述铁芯上；所述转子包括一个套筒、一个转动轮毂和一个转子磁极；所述枢轴轴承包括所述套筒，该套筒在所述轴端部上的枢轴点上转动；所述流体动力轴颈轴承包括所述轴、所述套筒、一种流体和形成在所述轴和所述套筒其中之一的垂直表面上的压力产生槽；所述止推垫圈固定在所述轴上，所述挡板固定在所述套筒上，并部分地设置在所述止推垫圈的下方；所述流体动力止推轴承包括所述止推垫圈、所述挡板、所述流体和形成在所述止推垫圈和所述挡板其中之一的水平表面上的压力发生槽。
12.如权利要11中的主轴电机，其中所述止推垫圈包括一个用于循环所述流体的导槽；其中在所述止推垫圈的顶部和所述套筒之间存在一个间隙；在所述止推垫圈的底部和所述挡板之间存在一个间隙；并且该所述止推垫圈顶部和所述套筒之间的间隙比所述止推垫圈底部和所述挡板之间间隙大得多。
13.如权利要求11中的主轴电机，其中该所述止推垫圈顶部和所述套筒之间的间隙大约为0.1mm；并且该所述止推垫圈底部和所述挡板之间的间隙在4到7微米之间。
14.如权利要求11中的主轴电机，其进一步包括利用减小一部分所述轴的半径形成的毛细密封。
15.一种主轴电机包括一个定子；一个转子；一个枢轴轴承；一个流体动力轴颈轴承；第一流体动力止推轴承；和第二流体动力止推轴承；其中所述第一流体动力止推轴承在与枢轴轴承相同的方向上具有轴向支撑；所述第二流体动力止推轴承在与枢轴轴承相对的方向上具有轴向支撑。
16.一种用于主轴电机的轴承包括一个轴；一个以小径向间距包围该轴的轴承套筒；一个固定在该轴承套筒上的挡板；其中所述轴具有圆形的端部，一个大的直径部分，一个小的直径部分，和一个设置在该大直径部分和小直径部分之间边界上的水平部分；一个流体动力轴颈轴承设置在所述轴的大直径部分上；一个流体动力止推轴承设置在所述轴的水平部分上；一个毛细密封设置在所述轴的小直径部分上；以及一个枢轴轴承设置在所述轴的圆形端部上。
17.如权利要求16中的轴承。其中该毛细密封利用使所述轴的小直径部分逐渐变细来形成的。
18.如权利要求16中的轴承。其中该毛细密封利用增大所述挡板的内部半径来形成的。
19.一种用于主轴电机的轴承。包括一个轴；一个以小径向间距包围该轴的轴承套筒；一个固定在该轴承套筒上的挡板；和一个固定在所述轴上的止推垫圈，其中所述轴具有圆形端部；一个流体动力轴颈轴承设置在所述轴和所述套筒之间；一个流体动力止推轴承设置在所述挡板和所述止推垫圈之间；毛细密封设置在所述轴和所述挡板之间；以及一个枢轴轴承设置在所述轴的圆形端部和所述套筒之间。
20.如权利要求16中的轴承，其中该毛细密封利用使所述轴逐渐变细来形成的。
21.如权利要求16中的轴承，其中该毛细密封利用增大所述挡板的内部半径来形成的。
全文摘要
本发明提供一种包括一个流体动力轴承和一个枢轴轴承的轴承，该轴承可以应用在主轴电机中。本发明也提供一种安装了一个流体动力轴承和一个枢轴轴承的主轴电机。
文档编号F16C32/06GK1449092SQ0312853
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, 奥拉夫·温特哈尔特, 约尔格·霍夫曼 申请人:美蓓亚株式会社