具有固定轴的小功率主轴电机 相关的申请
本申请要求以下专利申请的优先权，申请日为2002年3月12日的美国专利申请60/363,818(未处理)，申请日为2002年3月12日的美国专利申请60/363,821(未处理)，申请日为2002年8月19日的德国专利申请DE10237848.7(未处理)，申请日为2002年8月19日的申请序号为DE10237849.5的德国专利申请(未处理)和申请日为2002年8月22日的申请序号为DE10238558.0的德国专利申请(未处理)。
发明所属领域
本发明涉及用于磁盘驱动器的无刷直流主轴电机，尤其涉及这种电机的流体动力轴承的改进。
发明的背景
用于存储数字信息的磁盘驱动系统已经在计算机和其他电子装置中使用多年。信息记录在磁盘介质的同心的存储磁道上，这些有效的信息以磁转变的形式存储在介质里。磁盘本身可旋转的安装在主轴上，借助于设置在绕轴旋转的臂上的传感器存取信息，绕轴旋转地臂在磁盘表面沿径向移动。读/写头或传感器需与磁盘上的存储磁道准确的对准，以确保正确的读写信息；因此磁盘必须平稳的转动。
用于磁盘驱动器中的主轴电机通常依靠球轴承在一固定的元件上支持一旋转元件，旋转元件可为旋转轮毂，固定元件可为轴。球轴承为磨损部件，一定时间后增大的摩擦将引起电机的故障。另外，球轴承产生粉状或微粒子状的碎片，这些碎片进入包围着转动磁盘的“洁净”的腔室中，磁盘是由电机驱动的。球轴承固有的机械摩擦也会引起发热，噪音和振动，以上均是不希望在磁盘驱动器中出现的。
流体轴承在主轴驱动电机中体现出传统球轴承所不具有的突出的改进。在这种系统中，润滑液或是气体或是液体，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实际的轴承表面的作用。液体润滑剂例如油，合成的铁磁性液体或是空气均已用于流体动力轴承系统中。与球轴承比较，流体动力轴承提高了运行精确度，增大了强度并减小了噪音。在先前的技术中采用了流体动力轴承的主轴电机的例子已经在美国专利申请5658080号中披露。′080号专利所披露的主轴电机包括一保持在轴保持架上的轴和提供给该轴的止推板。在止推板和轴保持架之间有一止推动压流体轴承。在轴保持器和轴之间有一径向的动压流体轴承。在止推板的外周表面和轴保持架的内周表面间形成一环形的间隙，其内部部分地充满油。在止推板的外周表面形成一环形的突起。当电机以高速运行时，环形间隙中的油保留在轴保持架上，止推动压流体轴承上表面侧和下表面侧借助于油彼此连通
发明概述
本发明的一个目的是提供具有阶梯状轴的主轴电机，其节省运行电流，进而可降低主轴电机的功耗。
本发明提供一用于磁盘驱动器中的主轴电机，其具有一基座支架，一壳体盖，一固定轴和一旋转轴承套筒。固定轴具有一较大的直径部分和一较小的直径部分，在较大的直径部分和较小的直径部分之间形成一台阶。旋转轴承套筒具有一中心圆柱形开口，所述轴插入到中心圆柱形开口中。在固定轴和旋转轴承套筒间形成一轴承缝隙，轴承缝隙中充满润滑液。固定轴的一端固定到基座支架上，而另一端固定到壳体的盖上。
本发明的上述和其他的目的，方式，特征和优点通过下面优选实施例结合附图的描述将会更清楚。
附图的简要描述
本发明通过非限制性的实施例和附图中的图形进行说明，附图中相同的标记表示相同或相当的部分。
图1是具有一固定阶梯状轴的电子主轴电机的侧剖视图，固定阶梯状轴带有一止推垫圈，轴能够连接到磁盘驱动器的顶部壳体盖上(未示出)。
图2是具有一固定轴的电子主轴电机的侧剖视图，固定轴能够连接到磁盘驱动器的顶盖(未示出)。
优选实施例和图的详细描述
如图1所示的主轴电机包括与磁盘驱动器结合的凸缘10。另外凸缘可以是结合到磁盘驱动器(图中未示出)的基板中。轴14的一端连接到凸缘10或基板上，轴14的另一端连接到磁盘驱动器较远的壳体部分，特别是顶盖。轴承套筒12以一个较小的径向尺寸围绕着轴14，其中轴承套筒与转子16固定连接。定子18借助凸缘10或基板与轴14连接。轴承套筒12相对于轴14旋转。
转子16包括一轮毂20和一转子磁铁22，转子磁铁22连接到转子轮毂20的圆周壁的内侧，例如模制或是粘接在其中。转子轮毂20的圆周壁的外侧为可握持一个或多个磁盘(未示出)的形状。
定子18包括一铁心24和定子绕组26，绕组围绕着铁心24。定子18和转子16间分开一小宽度的同轴的间隙，即气隙。
在图1所示的实施例中，轴14细分为三个部分，一较大直径轴部分30和两个较小直径轴部分32，34。轴承套筒12围绕着轴14，在图1的实施例中，轴承套筒12也细分为三个部分。轴承套筒12的第一和第二部分36、38设置在轴承套筒的开口端，并具有一相对大的不变的内部直径，环形盘40，40′插入到这些轴承套筒部分中，如通过模制或粘接。
环形盘40，40′具有一座，下面将给予详细描述。轴承套筒12的第三部分42具有一较小的、不变的内部直径，其以一限定的间隙包围着较大直径轴部分30，在轴部分和轴承套筒14间形成轴承缝隙44。
在根据本发明图1所示的流体动力轴承中，以下述方式设置有两个流体动力止推轴承。在较大直径轴部分30和第一较小直径轴部分32之间形成一台阶或肩46，台阶或肩46对着环形盘40的一个表面。环形盘40和肩46两个相对面中的一个或全部两个上具有形成轴向止推轴承的槽结构。第二流体动力止推轴承形成在台阶或肩48上，台阶或肩48形成在较大直径轴部分30和第二较小直径轴部分间。所述台阶48对着环形盘40′的表面，在相面对的表面上再一次形成槽结构。
根据可获得的轴长度以及轴承刚性的要求，在较大直径轴部分30的圆周上可以设置一个或多个轴径轴承。
在环形盘40，40′的中心内部开口和由上述开口包围的较小直径轴部分32，34之间形成一圆锥形倾斜的环形间隙50，间隙50借助于毛细缝隙与轴承缝隙44连接起来。轴承流体一连续的毛细膜从轴承缝隙44延伸进入环形间隙50。环形间隙50作为轴承缝隙44的补偿容积和润滑油箱，同时形成一毛细密封。
图1所示的具有流体动力轴承的主轴电机，在操作时具有特别低的振动特性。流体动力轴承具有固定在其任意一边上的轴。当两边都与该轴连接时，即使当止推轴承设计成具有最小的接触面时，仍可获得一具有良好的轴向和径向强度的轴承装配。因此，可以降低轴承的功耗。
轴14具有一孔径52，孔径52具有一内螺纹用于与磁盘驱动器的盖或类似的设备(未示出)连接。
在图1所示的流体动力轴承中，为吸收相对的轴向力，在第一和第二台阶46，48上分别设置第一和第二流体动力止推轴承。这些止推轴承以简单的方式设置，不需要在由轴14上的台阶形成的肩和环形盘40，40′相对表面之间使用止推板。实施例中的环形盘40，40′插入到套筒12中相应的插孔中，在另一个实施例中也可以与轴承套筒的端部相配合。
图1所示的流体动力轴承也可根据其形状称之为转子轴承(spoolbearing)。
图2显示了根据本发明的具有流体动力轴承的主轴电机的另一实施例。图2中的主轴电机具有与图1一样的结构，对于用同样的参考数字表示的相同的部分这里不再给予描述。流体动力轴承包括一轴14，轴的一端夹持在凸缘10上，其另一端夹持在磁盘驱动器的壳体的盖上或者是与之固定连接。为实现上述目的在轴14上形成一镗孔52。
在图2的实施例中，轴14具有一较大直径部分30和一较小直径部分32。在上述两个轴部分之间形成一台阶或肩54，与台阶或肩54相邻的止推板56啮合到轴上，如通过压合或固定。止推板56设置在轴承套筒12和环形盘40之间，环形盘40设置在轴承套筒上或在轴承套筒中。止推板和环形盘40在内表面58或60形成流体动力止推轴承。在止推板56的所述内表面58或60上和/或环形盘40″或轴承套筒12的相对表面上，可以设置槽结构以避免操作中的材料接触。槽结构可为螺旋形或人字形或是类似的形状。
在图2中的流体动力轴承，在止推板56的区域上形成一止推轴承，其大致在轴的中心位于台阶54处，而在图1的实施例中，止推轴承紧靠轴承套筒12的端部形成，再一次设置在台阶46，48的区域上。在两种情况下，止推轴承均提供一相对受限的轴向刚性，使止推轴承的能量消耗受限，因为轴14的双向夹紧确保了轴承的充分稳定性。
相对于图1的描述，在图2的实施例中，在轴的端部形成同轴的锥形倾斜的空隙，以形成毛细密封。这些锥形倾斜的空隙利用相应的轴部分的倾斜形成，如图2所示。另外轴部分可以是线性的，在环形盘40或在轴承套筒12的端部区域形成一腔室，以形成锥形倾斜的空隙。
为方便读者，上面的描述着重于所有可能的实施例中有代表性的例子上，所述例子可使认识到本发明的原理，并揭示了体现该原理的最好方式。上述描述不能穷举所有可能的变化。其他的没有描述的变化或是变形均是可能的。例如，可以描述多个变形的实施例，在许多情况下将不同的实施例中的元件进行组合，或者是将这里所描述的实施例中的元件与其它没有描述过的变化成是变型进行组合。许多没有描述的变化和变型均包含在下述权利要求所限定的范围内，其它的则与权利要求相当。