CN1091293C - 轴承组件,使用其的电气马达,及旋转盘数据存储设备 - Google Patents

Abstract

一种用于包括两个自由旋转滚珠的可旋转组件的轴承设计方法，这两个滚珠安装在该组件的转动轴上并且在轴向上是分离的，在该组件的轴端附近各有一个滚珠。每个滚珠由可旋转组件的可动凹形(最好是圆锥体或平截头圆锥体)轴承支承面和对应的与框架、机架或类似不转动结构连接的支架上的固定凹形轴承支承面所限制。固定支架中的一个最好和一个可压缩弹簧连接以对组件提供受控的轴向预加载。

Description

轴承组件，使用其的电气马达，及旋转盘数据存储设备

本发明涉及用于支承可旋转组件的轴承，并且尤其涉及盘驱动器的致动器和主轴所使用的轴承。

现代计算机系统的扩展数据存储需要大容量的海量数据存储器。一种常用的存储设备是旋转磁盘机。

一个盘驱动器通常包含一个或多个刚性连接在公用主轴上的光滑平盘。各盘互相平行地堆叠在该主轴上，并且留有间隔从而它们不会接触。通过主轴马达各盘和主轴按恒速一同旋转。

每片盘是由在中心具有一个为主轴准备的孔的固体盘状基底或基片构成的。尽管基片可能是玻璃、陶瓷、塑料或其它材料，但通常基片是铝制的。基片涂复着一薄层能磁化的材料，并且可能另外还涂复着保护层。

数据记录在各磁盘表面上的可磁化层中。为了做到这一点，在该可磁化层中形成表示数据的微小磁化模式。通常把数据模式排列在环状同心道上。各条道进一步划分成为一些扇区。从而每个扇区构成一段圆弧，一个道上的所有扇区组成一个圆。

可移动致动器把传感器头定位在表面上的数据附近以读写数据。尽管较早的磁盘机设计采用沿直线轨迹前后移动的线性致动器，现在生产的大多数磁盘机采用沿一条轴转动的旋转式致动器。旋转式致动器好比唱机的(phonograph player)的拾音器臂，而磁头好比唱针一样。

对每个含有数据的盘表面存在一个传感器头。传感器头是一个在其上安装着磁性读/写传感器的空气动力形材料(通常是陶瓷)块。该块，或浮动块，当磁盘旋转时在离盘表面距离很近的上方飞行。为使传感器能对可磁化材料的数据模式进行读或写，对盘表面的精细靠近度是关键性的。存在着对传感器的几种不同设计，并且在某些情况下读传感器是和写传感器分开的。

典型地一个旋转致动器包括一个靠近带有朝着磁盘延伸的多个梳状臂的轴的固体块，一组连接在各臂上的悬架以及在轴的相反侧上的电磁马达。传感器头附着在悬架上，每个悬架带有一个磁头。致动器马达转动致动器，以把磁头定位在所要求的数据磁道上。一旦把磁头定位在该磁道上，磁盘的等速旋转最终将使所要求的扇区与磁头相邻，从而可以读或写数据。

随着计算机系统变得更强大、更快和更可靠，相应地增加了对改进型存储设备的需求。这些所需的改进有几种形式。所需的是降低成本、增大数据容量、提高驱动器运行的速度、减少电功率消耗并且提高机械冲击下和其它干扰下的磁盘机的弹性。

尤其，要求减小磁盘机的物理尺寸。在某种程度上，尺寸的减小可能对上述目标中的一部分有作用。但是同时，减小磁盘机的尺寸是它自身的要求。减小的尺寸使得把磁盘机包含在可移动应用范围内，如膝上计算机、便携寻呼机和智能卡，是切实可行的。

尺寸减小的一个例子是对磁盘机应用PCMCIA Type II标准。该标准最初是用于半导体插入设备的。随着小型化技术的改进，将有可能在符合PCMCIA Type II标准下构造磁盘机。

为了缩小磁盘机的尺寸，必须尽可能地减小各部件的尺寸。此外，由于PCMCIA Type II标准以及许多其它小形状因素机构是用于可移动应用的，必须使得这些机构能够忍受比如磁盘机落到硬地板上时可能出现的强机械冲击。设计成应用于桌上的常规磁盘机对冲击损害是敏感的。随着可移动应用变为更重要，需要寻求新的设计技术，以便得到尺寸和功能的减小、使小型化部件的组合件切实可行并且当遭受机械冲击时保护磁盘机免受损害。

常规地，可旋转磁盘的主轴组件和旋转致动器组件是由多组安装在环形轴承圈内的球轴承支承的。典型地，两组轴承用于盘主轴并且两组轴承用于旋转致动器。为了提供更大的稳定性，支承一特定组件的两组轴承在轴向是分离的。零件的数量增加了缩小轴承组件尺寸的难度。此外，当为小形状因素磁盘进行小型化设计时，各个滚珠变得特别小并且变得对机械冲击是敏感的。最后，多个滚珠造成明显的轴承阻力和机械滞后，后者对于经常改变方向的旋转致动器尤其是很麻烦的。

已经提出通过采用液体或流体轴承来处理主轴的轴承的小型化问题。这种轴承设计可潜在地减少零件，允许更大的速度和保证主轴轴承的抗冲击性。但是，在这种受限的空间中油的容器是一个主要问题，并且尚未完全克服。此外，液体轴承的正常运行需要连续高速旋转。典型地按高恒速旋转的磁盘主轴可能成为合适的应用对象。但是旋转磁盘的致动器通常沿短弧线来回移动。磁盘致动器的运动通常不能产生支持液体轴承的足够液压，从而液体轴承不适用于磁盘致动器组件。

因此，本发明的一个目的是提供一种支承可转动组件的增强型轴承。

本发明的另一个目的是提供一种增强型盘驱动器存储设备。

本发明的另一个目的是降低盘驱动器存储设备的成本。

本发明的另一个目的是减少轴承组件中尤其是驱动器存储设备的轴承组件中的零件数量。

本发明的另一个目的是提供一种更容易生产和装配的驱动器存储设备。

本发明的另一个目的是减小轴承和可转动组件的体积。

本发明的另一个目的是提供一种具有更大抗机械冲击性的轴承组件。

本发明的另一个目的是减小驱动器存储设备的尺寸。

本发明的另一个目的是提供一种具有更大抗机械冲击性的驱动器存储设备。

本发明的另一个目的是减小运行可转动组件，尤其是盘驱动器存储设备的可转动组件，所需的功耗量。

用于可转动组件的轴承设计包括两个在该组件的转动轴上安装的并且彼此轴向上分开的自由转动滚珠，滚珠各位于组件的转动轴的两端附近。每个滚珠由一个该可转动组件的活动凹形轴承面以及一个对应支架的固定凹形轴承表面所限制，该支架附着在框架、机架或类似的不转动结构上。

在本最佳实施方式中，可转动组件是盘驱动器的转动致动器组件。轴承支承面最好是一个凹面，该凹面定义一个以转动轴为中心的圆锥体形或平截头圆锥体形的内空间。最好为球形的滚珠占据由凹形轴承支承面定义的部分空间。固定支架中的一个和一个可压缩弹簧相连以对组件提供受控的轴向预加载。安装在机架上的致动器组件和致动器相啮合以便实际上包围着滚珠。在该封闭空间中配有润滑油。该空间由O形环密封。

与用于致动器和主轴的常规滚珠轴承设计相比，本发明具备几个优点。本发明减少了零件数量并且减小了轴承所占空间的体积。滚珠数量的减少将减小滞后和轴承阻力，从而减少致动  器马达所需的功耗。同时，滚珠本身以及滚珠和轴承支承面之间的接触区域要大得多，使得轴承更加抗冲击。

本发明的不同可选实施方式是可能的。例如，该轴承可以用于支承磁盘机的主轴马达。本发明可能应用于任何一种把减小组件的尺寸作为重要的考虑的应用之中，包括微电机(微米尺寸)应用中。

图1表示按照最佳实施方式的磁盘机存储设备；

图2是该磁盘机的部分剖视图，表示按照最佳实施方式的致动器组件；

图3是最佳实施方式的预加载弹簧的顶视图；

图4是按照最佳实施方式的单个滚珠和对应锥形轴承支承面放大后的剖面图；

图5是一个滚珠和对应的轴承支承面的第一可选实施方式的剖面图，图中表示拱形轴承支承面；

图6是一个滚珠和对应的轴承面的第二可选实施方式的剖面图，图中表示球形轴承支承面。

图7是一个滚珠和对应的轴承支承面的第三可选实施方式的剖面图，图中表示锥形和球形相结合的轴承面；

图8是马达组件的剖面图，该马达组件采用按照一种可选实施方式的轴承组件。

图1是按照最佳实施方式的磁盘机存储设备100的部分分解图。磁盘设备100包括刚性连接在轮毂103上的可旋转磁盘101。轮毂103可转动地安装在磁盘机基座104上。轮毂103和盘101由驱动马达驱动以恒转速驱动。该驱动马达包含在轮毂103之中。致动器组件105位于盘101的一侧。致动器105绕与主轴的轴平行的轴106沿一条圆弧旋转以便定位传感器头。致动器105由一个电磁马达驱动，该电磁马达包括一组和基座104刚性连接的永久恒定磁铁110并包括和该致动器连接的电磁线圈111。罩115和基座104相配合形成完整的机壳或外罩，以保护磁盘和致动器组件。在由基座104和罩115构成的磁头/磁盘机壳内，在电路卡112上安装有用于控制磁盘机运行的以及和其它设备比如主机通信的电子模块。在本实施方式中，电路卡112安装在机壳内，并且占据磁盘附近未使用的空间以便节省空间和遵照PCMCIA Type II形状因素。但是，卡112也可以安装在磁头/磁盘机壳的外面，或者可把基座本身做成电路卡并直接把电子模块安装在它的上面。多个磁头/悬架组件108刚性地和致动器105的叉形支架连接。空气动力读/写传感器头109定位在各磁头/悬架组件108的末端，紧靠磁盘表面。

致动器105在一对球形滚珠上旋转，其中之一在图1中用零件201表示。滚珠受各自的支架(其中之一在图1中用零件220表示)和致动器凹形表面的限制。支架220和可压缩弹簧224连接，弹簧按释放状态定位在罩115的内表面里。

尽管在最佳实施(其应该是一个典型的PCMCIA Type II形状因素磁盘机)中只显示了单个磁盘，应该理解安装在轮毂103上的磁盘数量可以变化。

图2是沿致动器轴106的平面得到的磁盘机100的部分剖视图，以更清楚地显示致动器轴承组件的某些部件。为了容易定向，致动器105是和相连接的悬架108以及访问磁盘101上的数据的传感器头109一起显示在轴106的一侧上的，在轴106的另一侧是由连接在基座104上的固定磁铁110和连接在致  动器105上的线圈111构成的致动器马达。

致动器轴承组件包括两个以致动器轴106为中心的轴向上分开的自由转动球形滚珠201、202。每个滚珠201、202由各自的一对凹形轴承支承面限制。轴承支承面210、211限制滚珠201，轴承支承面212、213限制滚珠202。最好各个轴承支承面210-213的形状是圆锥体或平截头圆锥体，圆锥以轴106为中心。

轴承支承面210、212最好是各个圆柱形支架块220、222的加工后内表面。相对于盘基座104支架块220、222是静止的，即它们不随致动器转动。在本最佳实施方式里，下支架块222通过压力安装到对应的卸荷空腔中或通过借助粘合剂、螺丝或其它合适的方法和基座104刚性连接。可选择地，支架块222可以是基座铸件的整体上的一部分，在这部分上通过机加工或其它方式形成支承面212。上支架块220最好利用适当的粘合剂和可压缩预加载弹簧224连接。进而用粘合剂或通过压力压入罩上的卸荷空腔使弹簧224和罩115连接。

支架块220、222最好分别包括空心圆柱形护罩部分226、227，它们延伸到并包围致动器105的啮合部分。在致动器和护罩部分的环形槽内，定位一对包围轴106的O形环228、229。O形环228、229密封安放着滚珠201、202的空腔。为了减小摩擦力，O形环228、229最好应该不和护罩部分226、227相接触，但是它们对护罩的紧密接近形成该空腔的迷宫式密封。在密封之前在空腔中放入润滑油(未示出)。

轴承支承面211、213最好是轴部件225的加工后内表面。轴部件225包括具有用于和滚珠201接触的轴承支承面211的上支架部分221和具有用于和滚珠202接触的轴承支承面213的下支架部分223。在本最佳实施方式中，轴部件225是一个和致动器105刚性连接的分离部件，允许用不同于致动器105的材料构成轴225。致动器105最好是铝，而轴225最好是钢。但是，轴225和致动器105可以是整体构成的，或者支架部分221、223可以是分离部件并且分别和致动器105或轴225连接。

在磁盘机中，为了适应典型磁盘机的高磁道密度，高度希望得到致动器的精确定位。出于这个原因，应该对轴承预加载以限制致动器的摆动。在本实施方式中，轴承的预加载是通过借助可压缩预加载弹簧224把轴向力赋于支架220来实现的。因为致动器自由地浮动在滚珠201、202之间，该轴向力经过滚珠201、致动器105和滚珠202传送到支架222上。该预加载力迫使滚珠201靠着圆锥形轴承支承面210、211，并且迫使滚珠202靠着圆锥形轴承支承面212、213，从而严格地使致动器105定位在轴106的中心上。

图3是预加载弹簧224的顶视图。弹簧224最好是由具有适当厚度的不锈钢板经冲压形成的径向对称部件。弹簧224包括用于和支架220连接的实心中央部分和多个从中央部分向外周边303径向延伸的弯曲叶臂302。外圆周303和罩115连接。叶臂是在冲压过程中被永久性地变形的，从而中央部分301和外圆周303处于彼此偏离的平行平面中。这种设计提供了一种具有很小垂直尺寸的可压缩弹簧。

沿着支承面及滚珠的环形部分滚珠201、202和轴承支承面210-213接触。圆锥体形表面210-213相对垂直于致动器轴106的平面形成一个角度。在图4中为轴承支承面210显示了这个角并用α表示，对α角的适当选择将涉及不同的工程决策。当该角变钝时径向上滚珠接触的环形区减小；当该角变锐时径向上的接触环形区增大。其结果是较锐的轴承支承面角增加稳定性，但同时增加摩擦力。作为高稳定性和低摩擦力之间的一种合理折衷约为45度的角是最佳的。在本最佳实施方式中，所有的轴承支承面构成相同的角度。但是，应该有可能把本发明的轴承组件按不同的角度构造，或者其中轴承支承面是具有不同半径的弧形或球形。滚珠的转动速度通常在零和致动器或其它转动部件的转动速度之间的某个速度上。该转动速度也可以通过改变轴承支承面的相对接触角来调节。

当和常规的把多个滚珠安放在绕轴的环形滚道的致动器设计相比较时，本设计明显地改进了抗冲击性。在常规设计中，各滚珠和滚道之间的唯一接触区是每个滚珠上的小点。在大冲击的情况下，所有的冲击载荷经这些小的接触点传递。这样可以在这些点上产生高应力，并且可能造成滚道和/或滚珠的永久性损害。通过明显地增加接触面，本设计改善了抗冲击性。和各个滚珠上的多个小的不连续区不同，本设计的接触区是一个绕轴的轴承支承面上的连续环形区。在冲击情况下的表面轻微变形使得接触面增加很大以减小应力，从而避免了该表面的永久性损害。

因为和采用环形滚道上的多个滚珠的常规设计相比，本发明的轴承设计增加了接触面，从而当闲置一段时间时可能增加材料全接触面粘合的趋势。因此最好用不同于支架材料的材料来制造滚珠201、202。具体地，滚珠201、202最好是用陶瓷或不锈钢J2100中的一种构成。在不必形成从致动器到基座的电气接地通路的情况下陶瓷是最佳材料；在需要接地通路的情况下不锈钢是最佳的。各支架最好用淬硬普通钢440C构成。

滚珠和各支架的材料可有许多可能的可选组合。例如，青铜经常是支架的一种合适材料，尽管对于大多数磁盘机聚合物可能是不合适的，在某些应用中甚至可能采用聚合物材料。应该可能用相同的材料制造滚珠和支架，尽管一般最好滚珠材料是不同于支架的并且是更硬的材料。

静止的各支架和致动器上的各支架都可以如图2所示是分离部件，或者可以和基座，罩或致动器是整体的。典型的致动器是由铝和镁构成的，并且有可能在以致动器的转动轴为中心的、致动器机体的对应整体圆柱形凸出物上加工轴承支承面。基座典型地是铝制的，并且类似地可从基座或罩的相应凸出物上加工轴承支承面。在这里所谓的“支架”指的是包含着轴承支承面的那个组件部分，并且包括整体式的支架和通过粘合剂、压配合或其它方式连接起来的分离部件的支架两种。

如能从上述说明中所观察的那样，本最佳实施方式的轴承把两个自由地以轴为中心运动的滚珠限制在相应的凹形轴承支承面内。在本最佳实施方式里，凹形支承面是圆锥体形的或平截头圆锥体形的，以为滚珠提供各自的环形接触面。但是，在本发明的精神和范围之内可能有许多不同形状的轴承支承面。

图4表示本实施方式所采用的单个滚珠201及对应的圆锥体轴承支承面210-211的放大后的在致动器轴的平面中的剖面图。在该剖面图中，可以观察到滚珠和轴承支承面之间的四个接触点401A、401B、402A、402B。实际上，它们不是分离的点“点”401A、401B实际上是剖面上所看到的环形接触区的相对的侧边(同样402A、402B也是类似的)。两个环形接触区是绕轴的并以该轴为中心。当假定为完美的球形滚珠和完美的圆锥体轴承支承面时，环形接触区的径向宽度为零。但是，由于预加载力、组件重量、动态载荷等造成滚珠和轴承支承面非常轻微的变形，总环形接触区总是存在着一定的宽度。

图5表示滚珠501和对应的轴承支承面510-511的一种可选实施方式。在图5的可选实施方式中，在和滚珠接触的点处轴承支承面是弧形的。这种曲率趋于增大接触区，尤其当轴承组件承受使滚珠和支架弹性变形的恶劣载荷时。即在载荷下形成接触区的环形径向宽度将比图4的实施方式增加得更快。从而图5的可选实施方式将比图4的实施方式具有更大的抗机械冲击性。但是，和图4的实施方式相比图5的实施方式会有某些缺点。尤其是，增大的接触区可能会增大初始运动时克服静摩擦的所需力，并且同样，可能增大运行期间的阻力。

图6表示另一种可选实施方式的滚珠601和对应的轴承支承面610-611。在图6的实施方式中，轴承支承面610-611形成一个球的部分内表面，定义该轴承支承面的球的半径大于滚珠的半径。结果，滚珠601在各个以轴为中心的圆形区和轴承支承面接触，而不是在环形区上接触。在低的轴向压力的状况下，这些圆形区变得非常小(几乎是点)，产生很低的摩擦及阻力。当组件承受冲击载荷时，接触区的大小增大。但是，因为接触区离轴近得多，图6的实施方式大概不会具有和图4或图5的实施方式等同的抗冲击性。此外，比起图4或图5的实施方式图6的实施方式将具有较低的可转动组件的对准精度，并且可能具有更大的摇摆趋势。

图7表示再一可选实施方式的滚珠701和对应的轴承支承面。图7的实施方式是图4和图6实施方式的混合。轴承支承面的其中之一711是如图4中的一个圆锥体，构成对滚珠701的环形接触区。另一个轴承支承面是如图6中的球形构成轴向上的圆形接触区。图7的实施方式是两种组成实施方式的特点之间的一种折衷。它将比图4的实施方式具有更小的静摩擦和阻力，尽管不比图6中的静摩擦和阻力低。并且它比图6的实施方式具有更准确的对准和更高的抗冲击性，尽管不如图4中的好。

正如可能通过改变轴承支承面的角度改变最佳实施方式的某些运行参数，通过改变轴承支承面的半径可以改变图6和图7的实施方式的某些参数。具体地，较长的半径将趋于减小接触区、降低阻力和对准精度。较短的半径将趋于增大接触区、改善对准精度但加大阻力。

在本最佳实施方式中，枢轴承用于支承磁盘机的致动器。因为致动器往返地转动，该轴承特别好地适用于致动器。由于多个滚珠和润滑剂的交互作用，具有常规轴承组和润滑剂的致动器的机械阻尼显示出某些滞后。当磁盘机(和致动器)的尺寸减小时滞后变为更加明显。这里公开的设计减小了这种滞后效应，因为各个轴承只有单个滚珠。但是，这种轴承也能够用来支承磁盘主轴和磁盘机的转子部分，尤其可用于小形状因素的磁盘机，即使主轴只在一个方向上旋转。尺寸的减少零件的减少以及对机械冲击敏感度的降低等优点可等同地应用于致动器轴承和磁盘主轴轴承。

图8是一种马达组件的剖面图，这种马达组件采用按照一种可选实施方式的轴承组件。尽管图8中所示的马达被用作为磁盘存储设备的主轴驱动马达，应该理解采用本发明这种轴承组件的类似马达可用于其它应用中。图8的剖面图是从磁盘的转动轴803的平面中剖取的。一对球形滚珠801、802的中心定位于轴803上并且轴向上旋转806隔开。下固定支架822通过粘合剂或压配合刚性地和基座804连接。上固定支架820借助适当的粘合剂和预加载弹簧824连接，预加载弹簧824进而和罩805连接。

机箱806包括在轴803的相对两侧处的整体支架部分821、823，它们各具有和滚珠801、802相接触的轴承支承面811、813。尽管在图8的实施方式中支架部分821、823和机箱是整体的，但是应该理解支架可以是和机箱相连接的分离部件。固定支架820、822的相应轴承支承面810、812从相反的方向和滚珠801、802接触。预加载弹簧824通过上支架820、滚珠801、机箱806和滚珠802传递受控的轴向预加载力。该预加载力和凹形轴承支承面一起使滚珠801、802以轴803为中心。

滚珠801、802最好是不锈钢JZ100，机箱806和支架220、222最好是普通钢。但是，如最佳实施方式下致动器的情况中，可以采用不同的可选材料。

旋转机箱806大致上是一个空心圆柱体，在一端上是封闭的，其具有用于嵌入滚珠801、802的中央轴部分和用于从下方支承磁盘807的凸缘。旋转机箱最好是钢制的以便为永久磁铁提供可透磁背铁。但是也可能使用带有或不带有分离背铁部件的其它材料如塑料或铝。夹紧装置831把向下的轴向力施加在磁盘807上，把磁盘807压在凸缘上使它保持在位置上。当使用多个磁盘时，在各盘之间加入隔片，并且夹紧装置把整个磁盘叠组压在凸缘上。在已知技术中有不同的夹紧装置和隔片。

为了安放马达部件，机箱806是中空的，一组永久磁铁832紧固在旋转机箱806的内部。由磁心834和导线绕组835组成的电磁定子在机箱806所构成的空间内定位为环绕着轴803。马达磁心最好包含由如硅钢等透磁材料构成的一串叠层。马达线圈或绕组835围绕着磁心以便形成定子电磁铁。如已知技术该定子划分成多个圆周上相隔的磁板，如已知技术，把永久磁铁832排列成围绕该定子的多个极性变化的磁极。

尽管图8中的电动马达如在磁盘机和其它小电动马达中常规使用的那样采用了用交变电流驱动的电磁定子线圈和永久磁铁转子，熟练的技术人员应该理解电动马达可以采用任何一种不同的装置以便响应电磁场把力矩传送到转子上。例如，转子可以包含一组如在“感应”马达中普遍采用的一组闭环线圈。

本发明的轴承组件也可以应用于不同于磁盘机的其它把小型化、抗冲击性和降低成本作为重要目标的应用之中。其它这样应用的一个例子是把这种轴承组件应用于支承小型盒式磁带机的旋转卷盘。

由于减少的零件数和设计的简化，本发明的轴承设计可应用于微机械应用中，即应用于其移动零件的尺寸是用微米度量的情况中。在现有的微机械应用中，通常避免使用任何类型的滚珠或滚子轴承，以允许旋转表面直接和静止表面相接触。结果，这些零件的寿命是有限的。在这些应用中采用由凹形表面限制的单个滚珠可以显著地提高寿命和减小阻力。典型地，在这些应用中轴承支承面应该是蚀刻出的而不是机加工形成的。

在最佳实施方式中，冲压成形的钢预加载弹簧用于把受控的轴向预加载力传递到轴承上。但是，应该理解可以通过任何不同的替代置来得到预加载，弹簧可以是由螺旋线或圆锥线构成的。可选地，可以用可压缩材料如泡沫橡胶代替弹簧。弹簧还可以安装在其它位置上，如转子上。作为另一种替代。机箱本身可以是足够弹性的以便在不使用任何弹簧或辅助可压缩材料的情况下提供可接收范围内的预加载。

通常认为为了使轴承有刚性并且加强它们的精度轴承预加载是必须的。如果载承未被预加载，则转动组件的不可重复滑动可能是很大的，即转动组件可能趋于按不可预料的方式摆动。由于为跟踪非常窄的数据磁道需要高精度，这种摆动有可能使不具有预加载的轴承不适宜应用于磁盘的致动器或主轴上。但是，可能存在一些不需要或不要求轴承预加载的应用。未预加载的轴承可能具有降低的对准精度和减弱的刚性。但同时可能更便宜、需要更少的空间并具有减小的静摩擦。从而在本发明的一种可选实施方式里轴承可能不预加载。

在上面的说明，某些特征涉及到致动器的“上方”或“下方”，或者说明为“上”或“下”。这些术语仅用来易于参照并和附图相一致，并且和技术上标准的定向相一致。但是，使用这些术语决不意味着本发明需要任何特殊的定向，比如要把预加载弹簧放在致动器的上方。本发明的磁盘机可以正由于易于构造而把预加载弹簧安放在致动器的下方，或者把转动轴定向在水平方向上。此外，“旋转”和“转动”这两个词是可互换地使用的，它所用来描述绕一个轴的转动运动或旋转运动；除了由上下文限制之外，应该把这些词理解为既包括物体转足了360度的运动也包括物体仅沿圆弧未转足360度的运动。

尽管公开了本发明的特定实施方式以及某些可选择方式，熟练的技术人员应该认识到在下述权利要求书的范围内可能作出形式上的和细节上的另外改变。

Claims (16)

1.一种旋转盘数据存储设备，包括：

一个盘驱动基座；

至少一个用于记录数据的盘，所述盘可旋转地安装在所述基座上以绕盘轴旋转；

一个可转动致动器，所述可转动致动器绕致动器轴转动；

其特征在于进一步包括：

一个用于可转动致动器的轴承组件，所述轴承组件包括：

(a)第一自由旋转的滚珠和第二自由旋转的滚珠，所述滚珠以所述致动器轴为中心并且在轴向上是分离的；

(b)第一固定的致动器支架，所述第一支架具有以所述致动器轴为中心并和所述第一滚珠接触的第一凹形轴承支承面；

(c)第二固定的致动器支架，所述第二支架具有以所述致动器轴为中心并和所述第二滚珠接触的第二凹形轴承支承面；

(d)用于将一个受控的预加载沿所述致动器轴传递到所述第一和第二滚珠的装置；

一个可转动致动组件，包括：

(a)至少一个由悬架支承的传感器头，

(b)一个马达，用于绕所述致动器轴转动所述致动器组件以定位所述传感器头，

(c)第三凹形轴承支承面，其以所述致动器轴为中心并且和所述第一滚珠接触，在所述致动器轴上所述第三凹形轴承支承面和所述的第一凹轴承支承面相对，所述第一和第三凹形轴承支承面限制所述第一滚珠，以及

(d)第四凹形轴承支承面，其以所述致动器轴为中心并且和所述第二滚珠接触，在所述致动器轴上所述第四凹形轴承支承面和所述第二凹形轴承支承面相对，所述第二和第四凹形轴承支承面限制所述第二滚珠。

2.权利要求1的旋转盘数据存储设备，其特征在于所述第一和所述第二滚珠是球形的。

3.权利要求1的旋转盘数据存储设备，其特征在于各个所述轴承支承面在所述轴承支承面的一个相应的环形部分上和一个滚珠接触。

4.权利要求3的旋转盘数据存储设备，其特征在于和所述各滚珠接触的各所述轴承支承面的所述环形部分是锥体形的。

5.权利要求1的旋转盘数据存储设备，其特征在于用于传递受控轴向预加载的所述装置包括支持所述第二致动器支架的一个可压缩弹簧，所述可压缩弹簧把受预加载传递给所述第一及第二滚珠。

6.权利要求1的旋转盘数据存储设备，其特征在于进而包括用于旋转所述至少一个盘的一个电气马达及轴承组件，所述电气马达及轴承组件包括：

和所述盘驱动基座连接的一个电磁定子；

用于支承一个转子的轴承组件，所述转子绕所述盘轴旋转并且支承所述盘，所述轴承组件包括：

(a)第三自由旋转滚珠和第四自由旋转滚珠，所述这两个滚珠以所述盘轴为中心并且在轴向上是分离的；

(b)第一固定转子支架，所述第一转子支架具有以所述盘轴为中心并和所述第三滚珠接触的第五凹形轴承支承面；

(c)第二固定转子支架，所述第二转子支架具有以所述盘轴为中心并和所述第四滚珠接触的第六凹形轴承支承面；以及

一个转子，其包括：

(a)一个转子机架；

(b)一种装置，其响应由所述定子产生的电磁场把力矩传递到所述转子上；

(c)第七凹形轴承支承面，其以所述盘轴为中心并和所述第三滚珠接触，所述第七凹形轴承支承面沿所述盘轴和所述第五凹形轴承支承面相对，所述第六和第七凹形轴承支承面限制所述第三滚珠，以及

(d)第八凹形轴承支承面，其以所述盘轴为中心并和所述第四滚珠接触，所述第八凹形轴承支承面沿所述盘轴和所述第六凹形轴承支承面相对，所述第六和第八凹形轴承支承面限制所述第四滚珠。

7.一种用于可旋转安装物体的轴承组件，所述可旋转安装物体具有一个旋转轴，所述轴承组件包括：

(a)第一自由旋转滚珠和第二自由旋转滚珠，所述各滚珠以所述轴为中心并在轴向上是分离的；

(b)第一固定支架，所述第一支架具有以所述轴为中心的并且和所述第一滚珠接触的第一凹形轴承支承面；

(c)第二固定支架，所述第二支架具有以所述轴为中心的并且和所述第二滚珠接触的第二凹形轴承支承面；

可旋转物体包括：

(a)第三凹形轴承支承面，其以所述轴为中心并且和所述第一滚珠接触，沿所述轴所述第三凹形轴承支承面和所述第一凹形轴承支承面相对，所述第一和第三凹形轴承支承面限制所述第一滚珠，以及

(b)第四凹形轴承支承面，其以所述轴为中心并且和所述第二滚珠接触，沿所述轴所述第四凹形轴承支承面和所述第二凹形轴承支承面相对，所述第二和第四凹形轴承支承面限制所述第二滚珠。

8.权利要求7的轴承组件，其特征在于所述第三凹形轴承支承面和所述第四凹形轴承支承面定位在所述第一凹形轴承支承面和所述第二凹形轴承支承面之间。

9.权利要求7的轴承组件，其特征在于各个所述轴承支承面在所述轴承支承面的一个相应的环形部分上和一个滚珠接触。

10.权利要求7的轴承组件，其特征在于进而包括把受控轴向预加载传递到所述第一和第二滚珠的装置。

11.权利要求10的轴承组件，其特征在于传递受控轴向预加载的所述装置包括支承所述第二固定支架的一个可压缩弹簧，所述可压缩弹簧把受控预加载传递到所述第一及第二滚珠上。

12.一种电气马达，包括：

一个静止基座；

一个与所述基座连接的电磁定子；

一个转子，所述转子绕一个轴旋转；

其特征在于进一步包括：

一个用于支承所述转子的轴承组件，所述轴承组件包括：

(a)第一自由旋转滚珠和第二自由旋转滚珠，所述各滚珠以所述轴为中心并在轴向上是分离的；

(b)第一固定转子支架，所述第一支架具有以所述轴为中心的并和所述第一滚珠接触的第一凹形轴承支承面；

(c)第二固定转子支架，所述第二支架具有以所述轴为中心的并和所述第二滚珠接触的第二凹形轴承支承面；

一个转子，其包括：

(a)一个转子机架；

(b)一种装置，其响应由所述定子产生的电磁场把力矩传递到所述转子上；

(c)第三凹形轴承支承面，其以所述轴为中心并和所述第一滚珠接触，沿所述轴所述第三凹形轴承支承面和所述第一凹形轴承支承面相对，所述第一和第三凹形轴承支承面限制所述第一滚珠，以及

(d)第四凹形轴承支承面，其以所述轴为中心并和所述第二滚珠接触，沿所述轴所述第四凹形轴承支承面和所述第二凹形轴承支承面相对，所述第二和第四凹形轴承支承面限制所述第二滚珠。

13.权利要求12的电气马达，其特征在于所述第三凹形轴承支承面和所述第四凹形轴承支承面定位在所述第一凹形轴承支承面和所述第二凹形轴承支承面之间。

14.权利要求12的电气马达，其特征在于进而包括用于把受控轴向预加载传递到所述第一及第二滚珠上的装置。

15.权利要求14的电气马达，其特征在于用于传递受控轴向预加载的装置包括支承所述第二固定支架的一个可压缩弹簧，所述可压缩弹簧把受控预加载传递到所述第一和第二滚珠。

16.权利要求12的电气马达，其特征在于用于响应电磁场以把力矩传递到所述转子的所述装置包括一组和所述转子连接的永久磁铁。

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