CN103650047A - 用于流体动态轴承的可调间隙 - Google Patents

Abstract

一种流体轴承马达。流体轴承马达包括静止套管、护铁、联接于护铁的毂和间隙形成部件。毂可操作成相对于静止套管转动。间隙形成部件附连到静止套管，并在静止套管和护铁之间形成间隙。间隙尺寸响应于温度变化而动态地变化。

Description

用于流体动态轴承的可调间隙

技术领域

本发明的实施例涉及流体动态轴承。更具体来说，本发明的实施例涉及用于对油的蒸发提供阻力的间隙形成。

背景

盘驱动存储器用于许多电子装置中，例如，个人计算机（PC）、便携式计算机、数字照相机、数字摄影机、电子游戏机操控台、个人音乐播放器等。盘驱动存储器存储记录在磁盘介质的同心磁轨上的数字信息。

通常，将一个盘可转动地安装在芯轴上，并且利用读取/写入头或转换器来访问存储在盘内的信息。读/写头位于在盘表面上径向运动的枢转臂上。在操作期间，使用位于毂内或在盘下方的电机使盘以高速进行转动。毂上的磁体与定子相互作用使毂相对于定子转动。

一个传统的盘驱动器利用具有流体动态轴承（FDB）的芯轴马达来支承毂和盘进行转动。轴承通过在保持芯轴和轴杆之间对准的同时减少摩擦来减少磨损。

发明内容

一种流体轴承马达。流体轴承马达包括静止套管、护铁、联接于护铁的毂和间隙形成部件。毂可操作成相对于静止套管转动。间隙形成部件附连到静止套管，并在静止套管和护铁之间形成间隙。间隙的尺寸响应于温度变化而动态地变化。

附图说明

在附图的各图中借助示例并且非限制地对本发明的各实施例进行说明，在附图中相同的附图标记标示类似的构件，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的盘驱动器数据存储系统的俯视图。

图2是根据本发明的一个实施例的流体动态轴承芯轴马达的侧剖视图。

图3是根据本发明的一个实施例的流体动态轴承马达的一个侧剖视图。

图4是根据本发明的一个实施例的处于压力下的流体动态轴承马达的侧剖视图的一部分。

图5示出根据本发明的一个实施例的利用可调间隙设定装置的处于压力下的流体动态轴承马达的侧剖视图的一部分。

图6是根据本发明的一个实施例的流体动态轴承马达的第二侧剖视图。

具体实施方式

一种流体动态马达。流体轴承马达包括静止套管、护铁（backiron）、联接于护铁的毂以及间隙形成部件。毂可操作成相对于静止套管转动。间隙形成部件附连到静止套管，并在静止套管和护铁之间形成间隙。间隙的尺寸响应于温度变化而动态地变化。

根据一个实施例，流体轴承马达可包括静止套管、护铁、联接于护铁的毂以及间隙形成部件。毂可操作成相对于静止套管转动。间隙形成部件可附连到静止套管，并在静止套管和护铁之间形成间隙。

间隙的尺寸响应于温度变化而变化。应理解到，当毂转动时毂会轴向向上抬升，由此增大间隙的尺寸。轴向抬升响应于温度的升高而减小。间隙的尺寸响应于温度的升高而减小。流体轴承马达可包括形成于护铁和静止套管之间的流体循环路径，并从由静止套管形成的轴颈轴承去除空气。在一个实施例中，间隙可以小于50微米。

流体轴承马达还可包括密封件，该密封件可操作成将流体包含在流体循环路径内。应理解到，可轴向地形成该间隙。

在一个实施例中，流体轴承马达可包括第一部件、第二部件和可调间隙部件。第二部件可操作成相对于第一部件转动。根据一个实施例，可调间隙部件联接于第一部件。可调间隙部件相对于第二部件形成间隙。应理解到，间隙的尺寸响应于温度变化而变化。

根据一个实施例，间隙尺寸响应于温度的升高而减小。在一个实施例中，间隙可以小于50微米。在转动过程中，第二部件响应于推力轴承而轴向向上抬升。轴向抬升的量响应于温度变化而变化，例如，抬升的量响应于温度的升高而减小。

在一个特定实施例中，马达包括静止套管、轴杆、毂、护铁和可调间隙形成部件。轴杆可操作成相对于静止套管转动。毂可操作成响应于轴杆转动而相对于静止套管转动。根据一个实施例，将护铁固定到毂，并还固定到轴杆。将可调间隙形成部件附连到静止套管，并在静止套管和护铁之间形成间隙。间隙的尺寸响应于毂的转动而变化。此外，间隙的尺寸响应于温度变化而变化。

根据一个实施例，当毂转动时，毂会轴向地向上抬升。由此，毂的轴向抬升增大了间隙尺寸。毂的轴向抬升响应于温度的升高而减小。

根据一个实施例，间隙尺寸响应于温度升高而减小。在一个示例性实施例中，间隙小于50微米。

由此，可减小根据实施例建立的间隙。此外，随着温度变化来调节间隙，由此补偿由于温度升高而造成的油蒸发率的增大。此外，间隙随着毂的抬离而调节。由此，根据本发明的实施例的间隙还可减少油的蒸发率。

现在具体参照实施例，实施例的各示例在附图中示出。尽管结合附图对本发明进行描述，但应当理解它们并不意在将本发明限于这些实施例。相反，各实施例旨在覆盖所有替换方案、修改和等价方案。此外，在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便于提供透彻的理解。然而，本领域技术人员将认识到没有这些具体细节也可实践本发明在另外的例子中，并未对人们所熟知的方法、工艺、部件和回路进行详细描述，以免不必要地使实施例的各方面变得不清楚。

一般来说，术语“轴向地”或“轴向方向”是指沿轴杆的中心线轴线的方向，例如沿轴杆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。术语“上部”、“下部”、“顶部”、“底部”、“高度”等应用于相对于正常观察附图的含义，而不是在特定操作等期间定向的任何含义。提供这些定向标记仅是为了便于和辅助本对说明书中所描述的附图的理解，而不应解释为限制实施例的范围。

油蒸发和油泄漏会造成流体动态轴承马达中的过度轴承磨损。油蒸发可利用小间隙来控制，例如迷宫部分（labyrinth），从而使油与外部部件分隔开。根据一个实施例，间隙可减少逸出油通道或储油器的油量。间隙的有效性可根据各种因素来变化，例如间隙定位、间隙长度和间隙面积。在一个实施例中，间隙可动态地减小。

各实施例使间隙能调节到期望的和精确的面积。在一个实施例中，该间隙控制流体动态轴承马达的流体蒸发。在一个实施例中，随着温度的变化来调节间隙尺寸。例如，间隙的尺寸可在较高温度下自动减小，以防止在较高温度下出现的油蒸发。应理解到，根据一个实施例的例如是迷宫部分的间隙可减少对于低粘度油更容易发生的油蒸发。此外，可调间隙能增加低轮廓马达的性能，该马达具有用于轴向间隙的有限面积。

应理解到，根据实施例用于减少油蒸发的可调间隙可用于各种装置中，例如，盘驱动器存储系统、低轮廓盘驱动器存储系统、芯轴马达、无刷直流电动机、球轴承组件、流体动态轴承、液力轴承、流体静力轴承、静止和可转动部件，诸如是具有圆锥轴承的马达，等等。还应理解到，根据实施例的间隙可在固定轴杆或转动轴杆的情况下使用。

参照图1，示出根据本发明的一个实施例的盘驱动器数据存储系统10的俯视图。盘驱动器110包括与罩盖114一起形成密封环境的外壳基部112。密封的环境保护内部部件免受密封环境外的元件的污染。盘驱动器110还包括盘组件116，该盘组件116安装成通过盘夹118而在芯轴马达（图2中所述）上转动。

盘组件116包括多个单独的盘，它们安装成围绕中心轴线共同转动。每个盘表面可与磁头120（读取头和写入头）相关联，磁头可操作成与盘表面通信。在一个示例性实施例中，磁头120由挠性件122来支承。挠性件附连到致动器本体126的磁头安装臂部124。

根据一个实施例，致动器可以是包括音圈马达128的转动的运动线圈致动器。音圈马达128使致动器本体126连同其附连的磁头120一起绕枢轴130转动。由此，磁头120可沿弧形路径132定位到期望的数据磁轨上。于是，磁头120可在选定位置读取和写入盘组件116的表面上的磁性编码的信息。

挠性组件可为致动器组件提供电气连接路径，同时使致动器本体126能够作枢转运动。挠性组件（未示出）止于挠性支架，以与印刷电路板通信，该印刷电路板安装到与磁头线连接的盘驱动器110的底部上。磁头接线沿致动器臂部124和挠性件122行进到磁头120。印刷电路板可包括用于在写入操作期间控制施加到磁头120的写入电流的电路和用于在读取操作期间放大由磁头120产生的读取信号的前置放大器。

现在参照图2，示出了根据一个实施例的流体动态轴承芯轴马达的侧剖视图。该芯轴马达包括静止部件和可转动部件。可转动部件相对于静止部件转动，并在它们之间限定流体动态轴颈轴承206和推力轴承207。

在该示例性实施例中，可转动部件包括轴杆202和毂210。毂210包括磁盘承载构件，该磁盘承载构件支承盘组件116绕轴杆202转动。轴杆202和毂210固定到护铁215和磁体216。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的定子绕组214相互作用来使毂210转动。磁体216可形成一体的环形环，或者可由绕毂210的周界间隔开的多个单独的磁体形成。将磁体216磁化成形成两个或多个磁极。静止部件包括固定到基部220的定子绕组214和套管204。流体动态轴承206形成于套管204与轴杆202之间。

根据一个实施例，例如润滑油或铁磁性流体的流体填充在轴杆202和套管204之间以及在其它静止和可转动部件之间的界面区域。应理解到，文中所述的润滑流体是示例性的，并不意在限制本发明的实施例的范围。例如，流体可包括润滑液体或润滑液体和润滑气体的组合。

在一个实施例中，轴杆202和套管204包括压力形成凹槽。应理解到，压力形成凹槽可包括不对称凹槽和/或对称凹槽。不对称凹槽和对称凹槽可具有包括人字形图案和正弦曲线图案之一的图案。人字形图案和正弦曲线图案可操作成引起界面区域内的流体流动，以产生动力高压和径向刚度的局部区域。

应理解到，当轴杆202转动时，在其带凹槽区域中的每个内建立压力。根据一个实施例，轴杆202支承毂210以作恒定转动。

在一个示例性实施例中，流体循环路径209形成为通过套管204以使流体循环通过轴颈轴承206。流体循环路径209可将空气从轴颈轴承206经由被流体弯液面222所包含的储器212排出。

现参照图3，示出根据本发明的一个实施例的流体动态轴承马达的一个侧剖视图。在该实施例中，流体动态轴承马达包括与套管204邻接的迷宫部件228。例如迷宫部分的间隙208形成于迷宫部件228和护铁215之间。由迷宫部件228形成的间隙的尺寸可动态地调节，由此随着温度的升高而减少油的蒸发。应理解到，流体弯液面222可包含密封于其内的轴承流体。应理解到，在一个示例性实施例中，间隙208可超出流体动态轴承流体和密封流体动态轴承流体的弯液面222。

间隙208可精确地调节到期望面积，如下在图4和5中所述。间隙208的长度可从0微米变化到15微米（在一个示例中的一个微型迷宫间隙）。根据一个实施例，从迷宫部件228到静止部件测量该长度。在一个示例性实施例中，当可转动部件相对于静止部件静止时，从迷宫部件228到例如是护铁215的可转动部件测量该长度。

应理解到，可建立例如迷宫部分的较大间隙。例如，当例如护铁215的可转动部件相对于静止部件静止时，可形成大于15微米（um）的迷宫间隙。应理解到，可实现小于50微米的间隙。

根据一个实施例，随着马达的旋转，毂210相对于套管204轴向向上抬升。部分地由于推力轴承207产生的力而使毂210轴向抬升。抬离的距离被描述为飞行高度。

在一实施例中，由于当毂210相对于套管204转动时出现飞行高度，间隙208的面积增大。应理解到，在间隙208被调节和形成之后出现飞行高度。在一个示例性实施例中，当毂210相对于套管204转动时，迷宫部件228和护铁215的相对表面之间的间隙208设定为20微米或更小。应理解到，如果飞行高度为5微米，且之前设定的迷宫间隙是15微米或更小，则可形成20微米的间隙。

应理解到，径向延伸的间隙是示例性的，并不意在限制本发明的实施例的范围。例如，间隙可轴向地延伸。

随着流体动态轴承的温度发生变化，间隙208的面积会自动变化和调节。在一个示例性实施例中，迷宫部件228、例如套管204的静止部件或例如毂210的可转动部件响应于温度变化而运动，由此动态地改变间隙208的面积。例如，与轴颈轴承206邻接的间隙208可以大致沿与推力轴承207相同的方向延伸。应理解到，术语间隙208的面积和间隙208的尺寸在详细说明中可互换。

在一个示例性实施例中，飞行高度随着温度改变而改变。例如，当温度较高时毂210的飞行高度较低，反之亦然。随着温度的改变，飞行高度还与油粘度的变化相关。

在一个实施例中，当温度变化时，间隙随着毂210抬离而自动调节。例如，当流体蒸发较大时，间隙在高温下减小。由此，间隙尺寸的变化补偿增大的流体蒸发率。因此，间隙208减少流体从流体动态轴承马达的蒸发。减少流体蒸发对于低粘度油来说特别有用。此外，由于轴向间隙的有限的可获得性，减少流体蒸发对低轮廓马达是有用的。

现在参照图4，示出根据本发明的一个实施例的处于压力下的流体动态轴承马达的侧剖视图的一部分。该流体动态轴承马达包括可转动轴杆402和毂410。毂410相对于静止套管404转动，从而形成流体动态轴承406和推力轴承407。流体密封件422包含轴承流体。

应理解到，具体物理尺寸可在一定实际限值内变化，而不会大幅影响马达的功能。可以规定容差以允许针对不完美的合理误差以及固有可变性而不破坏性能。本发明能在形成间隙、例如间隙408时减少或消除为部件容差的设计顾虑。例如，本发明的实施例允许可自动调节到期望的和精确的面积的较小间隙。

在一个实施例中，将迷宫部件428推向护铁415直至两个部件接触为止。应理解到，在一个示例性实施例中，可将迷宫部件428推向某些其它部件，例如静止部件或可转动部件，以与护铁415接触。任何装置可用于施加力。例如，手动按压可施加期望的力。

在一个实施例中，当可转动部件、例如毂410相对于静止部件、例如套管404静止时，形成间隙。间隙408的面积不受迷宫部件428、护铁415或任何可转动或静止部件的部件容差的限制。在一个实施例中，会发生部件被迷宫部件428或者面对的部件弹回。

根据一个实施例，随着马达的旋转，毂410相对于套管404动态地沿轴向向上抬升。部分地由于推力轴承407形成的力而使毂410轴向抬升。在一实施例中，由于在毂410相对于套管404转动时发生的飞行高度而使间隙408的面积增大。应理解到，在间隙408被调节和建立之后，形成飞行高度。在一个示例性实施例中，当毂410相对于套管404转动时，可形成约5微米的间隙408的尺寸。应理解到，如果飞行高度为5微米并且之前设定的间隙为0微米，则可形成5微米的间隙尺寸。应理解到，因相对于面对的部件发生弹回，间隙可略大。如参照图5接下来所述，间隙408可调节到大于5微米。在一个实施例中，间隙408通过将迷宫部件428放置成与静止部件和/或可转动部件接触而形成。

由此，随着毂的抬离以及随着温度的变化，间隙会自动调节。因此，当流体蒸发变大时，间隙在高温下减小。由此，间隙尺寸动态地减小，以减少流体从流体动态轴承马达的蒸发。减少流体蒸发对于低粘度油来说特别有用。此外，由于轴向间隙的有限可获得性，减少流体蒸发对低轮廓马达是有用的。

现在参照图5，示出根据本发明的一个实施例的利用可调间隙设定装置的处于压力下的流体动态轴承马达的侧剖视图的一部分。该流体动态轴承马达包括可转动轴杆502和毂510。毂510相对于静止套管504转动，从而形成流体动态轴承506和推力轴承507。流体密封件522包含轴承流体。

应理解到，由于间隙508可调节到期望的和精确的面积，所以当形成迷宫间隙508时，本发明的实施例可减少针对部件容差的设计顾虑。在一个实施例中，利用间隙设定装置550将迷宫部件528推向护铁515。

间隙设定装置550用于在迷宫部件528与护铁515之间建立迷宫间隙508。应理解到，间隙设定装置550还可用于在迷宫部件528与静止部件、例如套管504或可转动部件、例如毂510之间形成迷宫间隙508。在该示例性实施例中，间隙设定装置550包括超出迷宫部件528并朝向护铁515延伸的“唇部”或突出部。唇部可操作成形成迷宫间隙508。应理解到，唇部是示例性的并且不意在限制本发明的实施例的范围。例如，可使用没有唇部的板。

在一个实施例中，间隙设定装置550朝着护铁515将压力施加于迷宫部件528。施加该力最终造成间隙设定装置550与护铁515接触。由此，在迷宫部件528与护铁515之间形成间隙508。在设定好迷宫间隙508之后，可移除间隙设定装置550。

根据一个实施例中，间隙设定装置550朝着静止部件或可转动部件将压力施加于迷宫部件528，直至间隙设定装置550与静止部件或可转动部件接触为止。在一实施例中，当可转动部件、例如毂510相对于静止部件、例如套管504静止时，形成迷宫间隙508。

任何装置可用于施加力。例如，手动按压可将期望的力施加于间隙设定装置550。将力施加于间隙设定装置550会将所施加的力转移到迷宫部件528。

由此，迷宫间隙508的面积不受迷宫部件528、护铁515或可转动部件或静止部件的部件容差的限制。在一个实施例中，会发生部件被迷宫部件528弹抵到间隙设定装置550。

当可转动部件相对于静止部件静止时，迷宫间隙508等于从迷宫部件528到护铁515（或可转动部件或静止部件）的距离。在一个实施例中，迷宫间隙508等于间隙设定装置550在迷宫部件528和护铁515的相对表面之间延伸的距离。

当例如毂510的可转动部件相对于例如套管504的静止部件转动时并且当相对的部件抬升分开时，可在迷宫部件528和护铁515的相对表面之间形成小于20微米的迷宫间隙。应理解到，可在迷宫部件528与例如套管504的静止部件或毂510的可转动部件之间的相对表面之间形成小于20微米的迷宫间隙。应理解到，设定小于20微米的迷宫间隙尺寸是示例性的并且不意在限制本发明的范围。例如，迷宫间隙可利用间隙设定装置550设定到大于20微米。

迷宫间隙508通过如下方式来形成，即，将间隙设定装置550定位成在迷宫部件528与例如套管504的静止部件或例如毂510的可转动部件之间形成迷宫间隙508。在一实施例中，迷宫间隙508的面积小于当部件容差是设计考虑因素时可提供的面积。

由此，随着毂抬离并且随着温度的变化，间隙自动地调节。因此，当流体蒸发更大时，间隙的尺寸在高温下减小。由此，间隙尺寸的变化可减少流体从流体动态轴承马达的蒸发。减少流体蒸发对于低粘度油来说有用。此外，由于轴向间隙的有限可获得性，减少流体蒸发对低轮廓马达是有用的。

现参照图6，示出根据本发明的一个实施例的流体动态轴承马达的第二侧剖图。流体动态轴承马达包括可转动轴杆602和毂610。毂610相对于静止套管604转动，从而形成流体动态轴承606和推力轴承607。流体密封件622将轴承流体包含于其内。

迷宫间隙608动态地调节到期望的和精确的面积（如参照图4和5所述）。在该实施例中，例如毂610的可转动部件相对于例如套管604的静止部件静止。由此，迷宫部件628与护铁615接触。

根据一个实施例，随着马达的旋转，毂610相对于套管604动态地沿轴向向上抬升。部分地由于推力轴承610形成的力而使毂607轴向抬升。在一个实施例中，在形成迷宫间隙608之后，当毂610相对于套管604转动时，迷宫间隙608的面积增大。

应理解到，在毂610相对于套管604转动时，位于迷宫部件628和护铁615的相对表面之间的迷宫间隙608的尺寸可变成小于20微米。应理解到，径向延伸的迷宫间隙608是示例性的，并且不意在限制本发明的实施例的范围。例如，迷宫间隙608可以是轴向延伸的。应理解到，迷宫间隙608位于流体密封件622下方是示例性的，并且不意在限制本发明的实施例的范围。

由此，随着温度的变化而动态地调节间隙，由此补偿温度升高时油蒸发率的任何增大。此外，随着毂抬离而调节间隙。由此，间隙也能减少油蒸发率。

文中所述的实施例可减少油蒸发，同时相对于马达的流体轴承而言减少功率消耗。更具体来说，当温度升高时，实施例可减少油蒸发。

为了说明的目的，已参照特定实施例来描述了前述说明。然而，上面示例性的讨论并不意味着穷举或将本发明局限于所披露的具体形式。考虑到以上的说明，可以作许多修改或变型。

Claims (20)

1.一种流体轴承马达，包括：

静止套管；

护铁；

联接于所述护铁的毂，其中，所述毂能操作成相对于所述静止套管转动；以及

间隙形成部件，所述间隙形成部件附连到所述静止套管，并在所述静止套管和所述护铁之间形成间隙，其中，所述间隙的尺寸响应于温度的变化而变化。

2.如权利要求1所述的流体轴承马达，其特征在于，所述毂响应于毂的转动而动态地沿轴向向上抬升，所述间隙的尺寸响应于所述毂的轴向抬升而动态地增大。

3.如权利要求3所述的流体轴承马达，其特征在于，所述轴向抬升响应于温度升高而降低。

4.如权利要求1所述的流体轴承马达，其特征在于，所述间隙的所述尺寸响应于温度的升高而减小。

5.如权利要求1所述的流体轴承马达，其特征在于，还包括形成于所述护铁和所述静止套管之间的流体循环路径。

6.如权利要求5所述的流体轴承马达，其特征在于，所述流体循环路径操作成从由所述静止套管形成的轴颈轴承去除空气。

7.如权利要求5所述的流体轴承马达，其特征在于，还包括密封件，所述密封件操作成将流体包含在所述流体循环路径中。

8.如权利要求1所述的流体轴承马达，其特征在于，所述间隙轴向地形成。

9.如权利要求1所述的流体轴承马达，其特征在于，所述间隙的所述尺寸小于50微米。

10.一种流体轴承马达，包括：

第一部件；

第二部件，所述第二部件可操作成相对于所述第一部件转动；以及

可调间隙部件，所述可调间隙部件联接于所述第一部件，其中，所述可调间隙部件相对于所述第二部件形成间隙，且所述间隙的尺寸响应于温度变化而变化。

11.如权利要求10所述的流体轴承马达，其特征在于，所述间隙的尺寸响应于温度升高而减小。

12.如权利要求10所述的流体轴承马达，其特征在于，所述间隙小于50微米。

13.如权利要求10所述的流体轴承马达，其特征在于，所述第二部件在转动过程中响应于推力轴承沿轴向向上抬升。

14.如权利要求13所述的流体轴承马达，其特征在于，所述第二部件的抬升量响应于温度的变化而变化。

15.如权利要求14所述的流体轴承马达，其特征在于，所述抬升量响应于温度的升高而减小。

16.一种马达，所述马达包括：

静止套管；

轴杆，所述轴杆能操作成相对于所述静止套管转动；

毂，所述毂能操作成响应于所述轴杆的转动而相对于所述静止套管转动；

护铁，所述护铁固定到所述毂，并还固定到所述轴杆；以及

可调间隙形成部件，所述可调间隙形成部件附连到所述静止套管，其中，所述可调间隙形成部件在所述静止套管与所述护铁之间形成间隙，且所述间隙的尺寸响应于毂的转动并响应于温度的变化而变化。

17.如权利要求16所述的马达，其特征在于，当所述毂转动时，所述毂沿轴向向上抬升，所述间隙的所述尺寸响应于所述毂的轴向抬升而增大。

18.如权利要求16所述的马达，其特征在于，当所述毂转动时，所述毂轴向向上抬升，并且所述毂的轴向抬升响应于温度的升高而减小。

19.如权利要求16所述的马达，其特征在于，所述间隙的尺寸响应于温度升高而减小。

20.如权利要求16所述的马达，其特征在于，所述间隙的所述尺寸小于50微米。

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