电机的非再循环锥形流体动压轴承

摘要

一流体动压轴承方案特点是一轴(202)，分别联结到该轴的第一和第二端的第一(210)和第二(212)锥形轴承，以及每个轴承上的不对称密封件(216，218)。该不对称密封件将流体泵压到第一和第二锥形轴承上的储存室里。提供不对称槽(300，302)用于在轴承上朝轴的外端泵压轴承流体。

说明书

相关申请的引用

本申请要求由Grantz于2002年7月1日提出的美国临时申请(名称为“非再循环锥形流体动压轴承”(“Non-Recirculating Conical Fluid DynamicBearing”))的优先权，该申请在此合并作为参考。

技术领域

本发明大体上涉及盘驱动电机并且尤其涉及在盘驱动电机中应用的流体动压轴承。

背景技术

磁盘驱动器可以在相对小的区域里存储大量的数字数据。磁盘驱动器将信息存储在一个或者更多个记录介质上，记录介质按照惯例采取具有大量同心的圆形记录轨道的圆形存储盘(例如介质)的形式。一个典型的磁盘驱动器具有一个或者更多的盘用于存储信息。利用安装在致动器臂上的读/写头将此信息写到盘上或将其从盘中读出，该读写头通过致动器机构而越过盘表面从轨道到轨道地移动。

一般地，盘安装在由主轴电机转动的主轴上，从而使盘表面在读/写头下转动。主轴电机一般包括一个安装在基板上的轴和一个毂，主轴是连接在毂上的，毂上具有一个插入轴的轴套。附着于毂上的永久磁铁与缠绕在基板上的定子相互作用从而使毂绕轴旋转。为了促进旋转，通常将一个或者多个轴承布置在毂和轴之间。

这些年来，存储密度趋向于增加，并且存储系统的大小趋向于减少。这种趋势导致在制造和操作磁存储盘时更大的精确度和更低的容许偏差。支撑存储盘的轴承组件是至关重要的。一种轴承方案是流体动压轴承。在流体动压轴承中，润滑流体如空气或液体提供在外壳的固定部件和盘毂的旋转部件之间的轴承表面。除空气之外，典型的润滑剂包括气体、油或者其它的液体。与包括一系列的点交界面的球轴承组件相反，流体动压轴承在大表面区域伸展轴承表面。这是大家所期望的，因为增加的轴承表面减少旋转和固定部件之间的摆动和跳动。此外，在交界区域使用流体给予轴承减震作用，帮助减少非重复跳动。因此，流体动压轴承是有利的轴承系统。

一般的流体动压轴承方案包括安装在固定轴的每一端的一对锥形轴承。该轴承进一步典型地使用再循环围绕锥形的流体的内在通道以及设置于锥形之间的轴表面上的槽表面，该槽表面将流体泵压到毛细管密封件里。然而，因为流体动压轴承电机的大小、重量和动力消耗减少，一系列的问题开始随着这种特殊的方案变得更加突出。这大部分应归于这样的事实：减少零件大小是减少全部的电机能源消耗的首选办法。对于一个电机，锥形直径的减少留下更少的用于再循环通道的可用空间。当锥形是作为轴的整体部分而形成时，提供再循环通道会更加困难，因为在锥形和轴之间没有空间用于流体再循环。另外，因为电机外包尺寸变短，锥形轴承之间的轴间距减小，使在那之间的表面上包括抽取槽变得不切实际或者难以实施。

因此，对于流体动压轴承方案有这样的要求：满足当前尺寸、重量和动力消耗要求而不对轴承功能打折扣。

发明内容

本发明提供一流体动压轴承设计，其特点在于，包括一轴，分别附着到该轴的第一和第二端的第一和第二锥形轴承，以及位于每个轴承上的不对称密封件。该不对称密封件将流体泵压到第一和第二锥形轴承上的储存室里。

附图说明

因为要获得并且详细地理解本发明的上述方式所以简要地总结上面说明，更详细说明本发明，可以参照其附图说明的实施方式。应当注意，尽管如此，附图仅仅说明本发明的典型实施方式并且因此不应视为限制其范围，因为本发明可以容许其它等同作用的实施方式。

图1描述了包括依照本发明实施方式的电机的磁盘驱动器的一个实施方式的平面图；

图2A和2B描述了依照本发明的非再循环锥形流体动压轴承电机的两个实施方式；图2C说明了排出该轴承系统的一个替换方法；和

图3描述了应用于图2中的电机的一组流体动压槽。

具体实施方式

图1描述了用于根据本发明的磁盘驱动器10的实施例的平面图。参照图1，磁盘驱动器10包括外壳基座12和顶盖14。外壳基座12是和顶盖14结合从而形成密封的环境来防止密封环境外部的成分污染内部元件。如图1所示的基座和顶盖布置是行业所熟知的；然而，外壳元件的其它布置频繁地应用过，并且本发明的方面不局限于盘驱动外壳的特殊结构。

磁盘驱动器10进一步包括安装在毂202(参见图2)上的磁盘组16，用于通过磁盘夹持器18在主轴电机(未示出)上旋转。磁盘组16包括一个或者多个绕一个中心轴共同旋转的各个盘。每一个磁盘表面具有一个安装到磁盘驱动器10的用于和磁盘表面联系的相应读/写头20。在图1中所示的实施例中，通过依次连接到致动器26的磁头安装臂24上的挠性件22支持读/写头20。图1所示的致动器是通常所说的旋转移动线圈致动器类型并且包括音圈电机(VCM)，总的由28表示。音圈电机28绕枢轴30旋转致动器26和同它连接的读/写头20，来沿着路径32将读/写头20定位在所期望的数据轨道上。

图2A是根据本发明的非再循环锥形流体动压轴承电机200的部分剖面侧视图。电机200包括旋转组件201，固定组件203，和轴承组件205。

旋转组件201包括支承至少一个磁盘250旋转的毂204和固定于或者和毂一体化的轴套208，轴套208支承磁铁组件252，该磁头组件包括在其上固定有磁铁209的背铁207。本发明的一个实施方式中，该磁铁组件252位于毂204的内部圆周表面254上。

固定组件203包括安装到基座12上的轴202。轴202安排为穿过轴套208里的内腔221并且支承毂204旋转。固定在基座12上的定子210和毂204上的磁铁209协作来促使毂204绕轴202旋转。定子210包括由磁材料如钢形成的多个“齿”215，每一个齿215缠绕着线圈或导线217。

轴承组件205包括固定到轴202上的第一锥形轴承210和第二锥形轴承212。第一锥形轴承210可以和轴202的第一端211整体形成，如图2A所示。同时，第二锥形轴承212可以例如被压配合到朝向轴202的第二端而间隔的轴上区域213内。可选地，轴承210，212都可以是独立的零件，它们压配合到轴202上的，如图2B所示。尽管相比于已有技术的轴承组件，其总体尺寸减小了，但使第一锥形轴承210与轴202形成一体在轴202的第一端201产生了一个较大的直径；这使得将紧固件如螺钉或者类似物插到轴里来将磁盘夹持器或者上部外壳保持在适当位置变得更加容易。

流体214如空气、油或者气体设置在锥形轴承210、212的表面和轴套208的相对面之间。流体可以通过排出压力室220引入，该排出压力室使第一和第二锥形轴承210、212分离，并且整个延伸通过轴套208。该压力室也用来维持轴承间的流体分离。或者，流体可以通过引入到毛细管密封件216里的排出/进入孔260引入到上部轴承；流体将会通过压力室220引入下部轴承里。第一和第二锥形轴承210、212进一步包括流体动压槽300、302。该流体动压槽300、302帮助支持毂204相对于轴202的稳定旋转；它们的设计是不对称的，使得有一压力偏置适于驱动流体朝向在每一个锥形轴承的宽端处界定的储存室/密封件216、218。储存室/密封件216由罩263的相对发散的表面261和锥形轴承210的表面265限定。流体可以经过排出口260被引入到终止于弯月面269的储存区域267里。储存室/密封件218是相似的设计；排出口262主要用于建立弯月面；因为它的位置，它一般不用于引入流体。或者，槽300、302可以形成在轴套208朝向轴承210、212的表面上。

因为泵压槽300、302具有不对称的几何形状，此密封设计在现有技术中称为“不对称密封”。利用已描述的槽300、302最小化了或者除去了对泵压轴202上的密封件的需求，从而允许锥体210、212在轴202上互相移得更近。锥体210、212移得更近可实现更短的电机200，进而减少电机能源消耗。

离心式毛细管密封件216、218在毛细管密封件216、218和锥形轴承210、212之间限定流体储存室260、262；即，当电机200减速旋转时，流体214从毛细管密封件216、218返回到由槽300，302占据的空间。上述的泵压流体214消除了对锥体210、212内部再循环导管的需求(例如，钻孔或者预先形成的通道)，使得锥体210、212的大小可以减少而牺牲性能。

图2C说明了图2A和2B的实施方式的一个可选方案，即，排出口270不是径向朝外延伸穿过轴套，而是基本轴向延伸穿过轴套。优选地，为了易于制造，排出孔包括径向部分270A和轴向部分270B。这消除了将轴套里的排出口与轴202的无槽区域精确对准的需求。

如图3所示的，流体动压槽300形成围绕锥体210、212的环(与泵压槽302一样)，并且可包括所示的人字形的图案，或者可包括百页波形，螺旋形或正弦形图案(未示出)。图3所示的人字形或者V形图案产生跨越轴承表面的压力分布，该压力分布提供改进的轴承摇动刚性。槽300包括在顶点304汇合的两个“腿”。一般地，槽300的顶点304靠近于沿着锥体210、212的操作表面的中点。当以相反于人字形的方向旋转时，流体动压槽300牵引流体214流向槽300的顶点304。泵压槽302可以包括流体动压槽300的不对称的延伸，如由汇合于顶点304的腿L₁和L₂所描述的那样，其中L₁的长度比L₂的长度长(如图3所示的长度ΔL)。当图案的不对称是由不同长度的腿造成时，流体214的净流量是被向较短的腿泵压的。在图2A-C所示的实施方式中，比较短的腿将会靠近于毛细管密封件216，218，使得流体214泵压入由密封件216，218限定的储存室260，262中。

利用所描述的锥形轴承210，212将会使轴颈间隔和摇动刚性最佳化，特别是在流体动压槽300的顶点304靠近于锥体210，212的中点时。此外，锥形轴承210、212的反作用力将会给轴202产生恢复力矩。

因此，本发明体现了锥形流体动压轴承电机领域的显著进步。结构整体性和功能性得到维持，而减小了形体尺寸，使得电机消耗的能源显著降低。

尽管前面描述指导了本发明的具体实施方式，然而其它或者进一步的本发明的实施方式可以在不脱离其中基本范围下作出，并且其中范围由随后的权利要求决定。