CN1314741A - 主轴电动机 - Google Patents

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Abstract

公开了一种主轴电动机,其中在驱动轴上一体成型地形成顶推部,并在流体摩擦力影响小的不同位置上形成用于产生轴向液压的各个液压发生槽,来提高耐磨性和生产效率。该主轴电动机包括:机座10、轴套20、定子组件30、下部与顶推部41一体浇铸成型的主轴40、转子组件50、位于与主轴40外柱面相对的轴套20内柱面上的一组主轴径向液压发生槽70、以及位于盖板60顶面和轴套20的阶梯状内柱面或顶推部41顶面上的另一组轴向液压发生槽80。

Description

主轴电动机
本发明涉及一种主轴电动机，其中，通过在受流体影响较小的位置上形成用于产生轴向液压的各个液压发生槽，并在驱动轴上一体成型地形成顶推部，来提高耐磨性和生产效率。
通常硬盘驱动器中使用的主轴电动机需要极高转速的驱动力，所以该电动机采用驱动负荷比通常驱动负荷小的液压轴承。
图1是采用常规液压轴承的主轴电动机示例。电动机一般由作为固定件的基座1、轴套2、定子线圈(stator core)组件3、以及作为旋转件的主轴4、轮毂5及磁铁6构成。
轴套2在中央以垂直方向贯通，其内径下部被扩大。主轴4插入轴套2后可以旋转。主轴4通过(在上述的内径变宽的下部)与盘状顶推部7压配合来使其一起旋转。
轴套2下方内径部分的下部由盖板8盖住，与外部隔离。插入轴套2的主轴4的上部与开口向下的罩状轮毂5连为一体。
在所述结构中，在轴套2的内柱面和插入轴套2的主轴4及顶推部7之间通常形成很多细密的间隙G，以便于润滑油的流动。
同时，在主轴4的表面和轴套2内径表面之间的间隙G的上下部分上分别形成如图2所示的液压发生槽2a。如图3所示，与主轴4的下部相连接的顶推部7的顶面与底面上也有液压发生槽7a。
在轴套2和主轴4的相对表面之间的间隙G中注入润滑油，当电动机驱动时，随着主轴4的旋转，润滑油会在轴套2和主轴4相对表面之间的间隙G中流动。
流动的润滑油分别集中于轴套2内柱面的上下部分上的液压发生槽2a中，从而产生沿主轴半径方向的液压。由于液压的作用，轴套2与主轴4的相对表面之间的间隙G保持一致。
同时，在扩大了的轴套2内径部中，容纳有与主轴4结合的顶推部7。在与顶推部7顶面和底面相对的轴套2的阶梯状内柱面和盖板8顶面之间也有一定的间隙，在电动机驱动时润滑油通过该间隙流动，并集中于顶推部7的顶面和底面上形成的液压发生槽7a中，从而产生轴向液压，借此来保持顶推部7和其相对的端面之间间隙的一致性。
不过像这种常规的主轴电动机中产生液压的部位存在着几个问题。
首先，顶推部7与主轴4是以热压方式连接的，所以在加工顶推部7的内径时要求极高的精密度，而且要求顶推部7必须与主轴4成垂直关系，导致内径垂直度的调整极为困难。
以现有的技术还不能够同时加工顶推部7两端面上的液压发生槽7a，而采用顺序加工的方法又会产生凹槽的加工偏差。
顶推部7不仅在加工上而且在与主轴4的组装上要求高难度的作业，因此导致生产效率的降低。
其次，与主轴4同时旋转的顶推部7上形成的液压发生槽7a使主轴4旋转时与润滑油产生较大的摩擦，从而引起顶推部7耐磨性的恶化。
再次，如上所述，由于不能同时加工顶推部7两端面上的液压发生槽7a，所以两面的液压发生槽7a的加工精度会不一致。尤其是常规的主轴4以及顶推部7由SUS系列的金属制成，而轴套2由热膨胀系数更大的黄铜或青铜制成，由于两种材料间热膨胀系数的差异，在高温下轴套2和主轴4及顶推部7之间的间隙G将变得过大，而且间隙偏差的过大会导致电动机驱动时产生严重的震动和噪音以及磨损加快的问题。
所述问题最终导致电动机驱动性能的下降和产品使用寿命的缩短，从而降低了产品的可靠性。
本发明的主要目的是，通过在与顶推部的顶面和底面相对的轴套和盖板上形成用于产生轴向液压的液压发生槽，并且通过与主轴一体成型地形成顶推部，来提高顶推部的耐磨性，同时简化制作工艺并提高生产效率。
本发明的另一目的是，与主轴及顶推部所采用的材料相比，采用热膨胀系数低的材料来制作轴套，从而防止高速驱动时的热变形现象，保证驱动的稳定性。
为了实现本发明的上述目的，提供了一种主轴电动机，包括：基座；连接到所述基座的轴套，其中央垂直贯通，所述轴套内径部的下部扩大成阶梯状；定子组件，它与所述基座上的所述轴套的外柱面相连接；插入所述轴套内径部以进行旋转的主轴，其下部与内径扩大的所述轴套内径下部重合并且一体浇铸成型有凸缘状顶推部；转子组件，其中，在所述主轴的上部一体成型地连接有轮毂中心部，在作为向下延伸的所述轮毂的外柱面边缘部的内柱面上附着有磁铁，所述磁铁通过与所述定子组件相互作用来产生电磁力；用于产生主轴径向液压的第一组液压发生槽，它们分别在与所述主轴的外柱面相对的所述轴套内柱面的上部和下部上形成；以及，用于产生轴向液压的第二组液压发生槽，它们分别在与所述顶推部底面相对的盖板顶面、以及所述顶推部顶面或与其相对的所述轴套的阶梯状内柱面上形成，其中，所述盖板顶面封盖所述轴套内径部的下部。
通过以下参照附图的详细说明，将会更清楚地了解本发明的上述目的、特征及优点。在附图中：
图1是常规主轴电动机的横截面图；
图2是常规主轴电动机轴套的透视图；
图3是常规主轴电动机顶推部的透视图；
图4是本发明主轴电动机的横截面图；
图5是本发明主轴电动机中的一例液体轴承的分解透视图；
图6是本发明主轴电动机中的另一例液体轴承的分解透视图。
下面将参照附图详细说明本发明的优选实施例。
图4是表示一例本发明主轴电动机的横截面图，该主轴电机一般由基座10、轴套20、定子组件30、主轴40和转子组件50构成，其结构与常规的主轴电动机的结构相同。
即，基座10是平板固定件，管状轴套20通过压配合或利用粘合剂牢固地连接于基座10上，并且轴套20的中心垂直贯通。
轴套20的外柱面连接定子组件30。在中心垂直贯通的轴套2的内径部中插入主轴40，使其可以旋转。
转子组件50与主轴40相连。转子组件50由外缘向下延伸的罩状轮毂51、附着在作为所述轮毂51的向下延伸的外柱面边缘部分的内柱面上的磁铁52组成。利用粘合剂等将盖板60附着在轴套20的下部。盖板60封盖了向下敞开的内径部。
在具有上述结构的主轴电动机中，当从外部给定子组件30接通电源时，通过定子组件30的线圈和转子组件50的磁铁52之间的相互作用而产生的电磁力，使主轴40和转子组件50一起旋转。
为防止主轴50旋转时与轴套20产生摩擦，应使主轴40的外柱面与轴套20的内径面之间形成微小的间隙G，此间隙中应充满润滑油。
充满间隙G中的润滑油在主轴40旋转时沿主轴40的旋转方向流动，从而形成一定的油压。受到这种油压的影响，主轴40会出现沿径向和轴向移动的特性。
所以，在前述的方法中，在主轴40的外径面或与其相对的轴套20内径面中的至少一个表面上形成液压发生槽70，以使在这两个表面之间的间隙G中产生较强的液压。在液压的作用下，轴套20和主轴40之间保持均匀的间隙G。
在大多数上面所述的情况下，作为主轴径向液压产生装置的液压发生槽70位于主轴40的外柱面。但是，如果在作为旋转件的主轴40上形成液压发生槽，会加剧主轴40和润滑油之间的摩擦，而摩擦力会增加旋转负荷，从而使主轴40的耐磨性降低。因此，目前一般的做法是，在作为非旋转件的轴套20的内径面上设置用于产生上述主轴径向液压的液压发生槽70。
另一方面，在主轴40下部设置顶推部41，作为产生与上述主轴径向液压一起产生的轴向液压的装置。
顶推部41一般由外径大于主轴40插入其中的轴套20的内径的圆盘件构成，因此容纳顶推部41的轴套20的内径应大于顶推部41的外径。结果，轴套20的内径部中的下部与上部形成大的台阶。
这种顶推部41用来防止主轴40在旋转时向上浮动，并且通过在顶推部41的顶面和轴套20的阶梯状内柱面之间、以及在顶推部41的底面和封盖内径部的下部的盖板60的顶面之间产生的液压，来支持轴向的负荷。
在本发明的一个实例结构中，如图5所示，与主轴40一体成型地浇铸成顶推部41，因此，这种顶推部41不是单独的零部件。在本例中，如上所述，顶推部41用作产生液压以支持轴向负荷的装置。本例的最重要特征是，在分别与顶推部41的顶面和底面相对的轴套20阶梯状内柱面和盖板60顶面上，设置用于产生轴向液压的液压发生槽80。
即，在主轴40的下部以凸缘形状一体成型地浇铸成顶推部41，并且在分别与顶推部41顶面和底面相对的轴套20阶梯状内柱面和盖板60顶面上，设置可同时产生轴向液压的液压发生槽80。
与将轴向液压发生槽设置于与主轴同时旋转的顶推部上的常规做法相反，通过在作为支持主轴的固定件的轴套20和盖板60上设置液压发生槽80，改变了液压发生槽80的位置。
与所述结构不同的是，如图6所示，也可以将产生轴向液压的液压发生槽80分别设置于顶推部41的顶面和盖板60的顶面。
这时，如上面实例中所述，通过与主轴40一体成型地浇铸成顶推部41。
在这种结构中，虽然主轴40和盖板60可以采用常规的不锈钢材料来制成，但是轴套20应采用热膨胀系数与主轴40和盖板60所采用材料的热膨胀系数相同或更低的材料来制成。
若按照上述结构来改善顶推部41和轴向液压发生槽80的形成构造，首先得到的一个好处是，与单独构成主轴和顶推部的常规做法相比，一体成型地制造主轴40和顶推部41，在制作上要容易得多。
由于主轴40和顶推部41应相互垂直，所以当在常规做法中分别制作主轴和顶推部时，与主轴连接的顶推部内径面的加工控制、特别是垂直度的控制非常困难。然而，在本发明中，由于一体成型地制造主轴和顶推部，所以能够容易地控制两者之间的垂直度，并大大加快生产速度。
与在顶推部的两个端面上设置轴向液压发生槽的常规做法相比，在分别与顶推部41顶面和底面相对的作为非旋转件的轴套20的阶梯状内柱面和盖板60的顶面上，设置用于产生轴向液压的液压发生槽80，将得到加工精度一致且工艺简单的效果。
即，如果在顶推部的两个端面上设置轴向液压发生槽，由于在加工液压发生槽时不能两面同时加工，所以必须在加工完一面后，再加工另一面。因此，会出现最终得到的两个端面加工精度不一致的缺点，这是因为已经加工的用于支持顶推部的一个端面与正在加工的另一个端面之间总会产生误差。但是，在本发明中，因为分别在不同的构件中构造一对液压发生槽80，所以总是可以保证一致的加工精度。
特别是，通过将液压发生槽80设置于作为非旋转件的轴套20的阶梯状内柱面和盖板60的顶面，可以大幅度降低随着旋转体旋转而流动的润滑油的摩擦力，从而提高了电动机的耐磨性。
如前所述，若轴套20采用热膨胀系数与主轴40或盖板60所采用材料的热膨胀系数相同或更低的材料来制成，至少在工作初期不会因电动机高速运行产生的高温热量，而扩大轴套20和主轴40之间的润滑油间隙G，从而减少高温下的特性变化率，并因此提高了电动机的NRRO(Non-Repeatable RunOut-不可重复偏转)和RRO(RepeatableRunOut-可重复偏转)特性。
由于主轴40是旋转件，所以在工作时的变形对驱动性能有致命性的影响，为防止这一现象，主轴40应采用表面硬度高于轴套20所采用材料的表面硬度的材料来制成。
如上所述，本发明通过一体成型地形成顶推部41与主轴40，并且将产生轴向液压的液压发生槽80设置在分别与顶推部41的顶面和底面相对应的作为固定件的轴套20的阶梯状内柱面和盖板60的顶面上、或者设置与轴套20的内柱面相对的顶推部41的顶面和盖板60的顶面上，从而使电动机驱动时液压发生槽80与润滑油之间的摩擦力减至最小，因此提高了耐磨性，同时还使液压发生槽80均匀且容易加工。
在本发明中，轴套20采用热膨胀系数与主轴40所采用材料的热膨胀系数相同或更低的材料来制成，并且作为旋转件的主轴40的表面硬度高于作为固定件的轴套20的表面硬度。因此，减少了伴随电机高速工作的高温特性变化率，从而改善了影响电动机震动及噪音的NRRO和RRO特性。
根据上述本发明的结构和操作，通过提高在制造电动机时液压发生槽80的加工和工艺水平以及生产效率，并且改善驱动时的耐磨性以及NRRO和RRO特性，从而延长电动机的使用寿命，并提高产品的可靠性。

Claims (6)

1．一种主轴电动机，包括：
基座；
连接到所述基座的轴套，其中央垂直贯通，所述轴套内径部的下部扩大成阶梯状；
定子组件，它与所述基座上的所述轴套的外柱面相连接；
插入所述轴套内径部以进行旋转的主轴，其下部与内径扩大的所述轴套内径下部重合并且一体浇铸成型有凸缘状顶推部；
转子组件，其中，在所述主轴的上部一体成型地连接有轮毂中心部，在作为向下延伸的所述轮毂的外柱面边缘部的内柱面上附着有磁铁，所述磁铁通过与所述定子组件相互作用来产生电磁力；
用于产生主轴径向液压的第一组液压发生槽，它们分别在与所述主轴的外柱面相对的所述轴套内柱面的上部和下部上形成；以及
用于产生轴向液压的第二组液压发生槽，它们分别在与所述顶推部底面相对的盖板顶面、以及与所述顶推部顶面相对的所述轴套的阶梯状内柱面上形成，其中，所述盖板顶面封盖所述轴套内径部的下部。
2．如权利要求1所述的主轴电动机，其中，所述轴套由热膨胀系数与所述主轴所采用的材料的热膨胀系数相同或更低的材料制成。
3．如权利要求1所述的主轴电动机，其中，所述主轴由表面硬度比所述轴套所采用的材料的表面硬度高的材料制成。
4．一种主轴电动机，包括：
基座；
连接到所述基座的轴套，其中央垂直贯通，所述轴套内径部的下部扩大成阶梯状；
定子组件，它与所述基座上的所述轴套的外柱面相连接；
插入所述轴套内径部以进行旋转的主轴，其下部与内径扩大的所述轴套内径下部重合并且一体浇铸成型有凸缘状顶推部；
转子组件，其中，在所述主轴的上部一体成型地连接有轮毂中心部，在作为向下延伸的所述轮毂的外柱面边缘部的内柱面上附着有磁铁，所述磁铁通过与所述定子组件相互作用来产生电磁力；
用于产生主轴径向液压的第一组液压发生槽，它们分别在与所述主轴的外柱面相对的所述轴套内柱面的上部和下部上形成；以及
用于产生轴向液压的第二组液压发生槽，它们分别在与所述顶推部底面相对的盖板顶面、以及与所述轴套的阶梯状内柱面相对的所述顶推部顶面上形成，其中，所述盖板顶面封盖所述轴套内径部的下部。
5．如权利要求4所述的主轴电动机，其中，所述轴套由热膨胀系数与所述主轴所采用的材料的热膨胀系数相同或更低的材料制成。
6．如权利要求4所述的主轴电动机，其中，所述主轴由表面硬度比所述轴套所采用的材料的表面硬度高的材料制成。
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