CN1316718C - 带有具有减小的外直径的流体动力止推轴承的低功率轴电机 - Google Patents

带有具有减小的外直径的流体动力止推轴承的低功率轴电机 Download PDF

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Abstract

一种用于磁盘驱动器的轴电机，其具有转子组件和定子组件；转子组件具有套筒和具有外直径的旋转轴，套筒被安装用于在旋转轴上旋转；定子组件具有带有底部开口的轴承套，旋转轴插入到轴承套中以旋转；挡板插入轴套的底部开口中并由此将底部开口关闭，止推板以与挡板相对的关系安装在旋转轴上，止推板具有外直径；流体动力止推轴承形成于挡板和止推板之间；为了减小轴电机的功率损耗，减小轴的外直径与止推板的外直径之间的比率。

Description

带有具有减小的外直径的流体 动力止推轴承的低功率轴电机
相关申请
本申请要求于2002年3月12日提交的序号为60/363,818的美国临时专利申请的所有优先权。
技术领域
下面的发明涉及用于磁盘驱动器的电子轴电机，并且特别涉及用于上述电机的流体动力止推轴承中的改进。
背景技术
多年来磁盘驱动器系统被用于计算机或其他电子设备中以用于数字信息的存储。信息被记录在磁盘媒体的同心记忆轨道上，实际信息以磁转化的形式存储在媒体上。磁盘本身被旋转安装在轴上，信息通过设置于在磁盘表面上径向移动的枢轴臂上的转换器所访问，为了确保正确的读写信息，读/写头或转换器必须沿磁盘上的存储轨道精确排列，这样，磁盘必须旋转平稳。
用于磁盘驱动器的电子轴电机按照惯例依靠滚珠轴承支持在一固定件如轴上的旋转件如旋转套筒。众所周知，滚珠轴承具有磨损部分，随着时间增加的摩擦将导致电机故障。此外，滚珠轴承以灰尘或细小微粒的形式产生碎片，它们进入容纳电机驱动的磁盘的清洁室中。滚珠轴承固有的机械摩擦还产生热量、噪声和振动，所有这些都是磁盘驱动器电机所不希望的。
在轴驱动电机中，相对于传统的滚珠轴承，流体轴承具有相当大的改进。在这种类型的系统中，润滑流体、气体或液体的功能是充当在电机旋转轴或旋转套筒中的壳体或固定基座之间的实际轴承表面。例如，由油、更复杂的铁磁流体甚至空气构成的的流体润滑剂已被用于流体动力轴承系统。
图3表示了利用流体动力轴承的传统的轴电机的一个例子。如图所示，一个径向轴承安装于一个在轴承套内转动的轴上。止推板设置有压力产生凹槽部分(未示出)。按照凹槽的方向，宽度和角度相对于旋转方向的函数，轴的旋转搅拌并抽取流体。该抽取作用沿轴颈和止推板逐渐产生多个压力区，并且在旋转部分之间保持流体薄膜和提供轴承的刚性。然而根据图3设计的轴电机导致高的功率损耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有流体动力止推轴承的轴电机，其可以减小运行电流，进而减小轴电机的功率损耗。根据本发明的优选实施例，提供一种用于磁盘驱动器的轴电机，其包括；转子组件，所述转子组件进一步包括套筒和具有外直径的旋转轴，所述套筒被安装用于在所述旋转轴上旋转；定子组件，所述定子组件进一步包括具有底部开口的轴承套，所述旋转轴插入到所述轴承套中以旋转；插入到所述轴承套的底部开口中并由此关闭所述底部开口的挡板；和安装于所述旋转轴上并与所述挡板成相对关系的止推板，所述止推板具有外直径；其中，流体动力止推轴承形成于所述挡板和止推板之间；所述止推板的外直径与所述轴的外直径的比率小于1.86。
为了减小轴电机的功率损耗，可以减小轴的外直径与止推板的外直径之间的比率。
根据本发明，还提供一种具有轴电机的磁盘驱动器，所述轴电机包括：转子组件，所述转子组件进一步包括套筒和具有外直径的旋转轴，所述套筒被安装用于在所述旋转轴上旋转；定子组件，所述定子组件进一步包括带有底部开口的轴承套，所述旋转轴插入到所述轴承套中以旋转；插入到所述轴承套的所述底部开口中并由此关闭所述底部开口的挡板；和安装于所述旋转轴上并与所述挡板成相对关系的止推板，所述止推板具有外直径；其中，流体动力止推轴承形成于所述挡板和止推板之间；所述止推板的外直径与所述轴的外直径的比率小于1.86。
本发明的上述和其它目的、方面、结构和优点将结合附图从对优选实施例的描述中变得更显而易见。
附图说明
本发明将通过实施例的形式进行描述，但并不局限于此，附图中的图形只作为参考指示或相应部件，其中：
图1是具有含有整体止推垫圈和一个第一止推轴承及一个第二止推轴承的轴的电子轴电机的侧面剖视图，其中第一止推轴承位于止推垫圈和轴承套之间，第二止推轴承位于止推垫圈和挡板之间。
图2是插入轴承套并带有大量交叉缝式凹槽的轴的透视图。
图3是现有技术中一电子轴电机的侧面剖视图。
具体实施方式
如图1所示，紧凑型电子轴电机10优选包括一中心轴12，其支撑带有套筒16的转子14旋转。当电机10用于磁盘驱动器时，在旋转过程中，套筒16将支撑和带动磁盘(未示出)。转子14包括环形的纵向转子支撑壁24，该转子支撑壁支撑转子磁铁26。定子18优选包括环形的纵向定子支撑壁20，该定子支撑壁支撑多个定子线圈22，以便定子线圈与转子磁铁26相对。
定子支撑壁20限定了一个内圆柱孔28。轴承套30插入内圆柱孔28并被固定安装在其上。轴承套30可以与孔28的内壁粘合。在优选实施例中，轴承套30具有一个内腔32，该内腔带有大致圆柱形的壁和腔的每一边上的开口。腔的一个底部开口优选的由挡板34关闭。中心轴12优选通过腔的顶部开口插入腔32，因此在轴12的外表面和腔32的内表面之间形成缝隙40。
中心轴12优选的包括一个纵向圆柱部分38和一个与纵向圆柱部分38一体形成并由此向外延伸的止推衬垫部分36。
轴承套的腔32优选地包括一个纵向部分44和一个向外延伸部分42，向外延伸部分的内直径大于纵向部分44的内直径。当轴12插入腔32时，轴12的垂直圆柱部分38优选大致位于腔32的纵向部分44中。相似的，轴12的止推垫圈部分36优选大致位于腔32的向外延伸部分42中。
在轴12的纵向圆柱部分38和腔32的纵向部分44内表面之间提供至少一个径向动力轴承。如图2所示，在旋转过程中，通过在轴12或腔32上没置的交叉缝式凹槽46产生动力压力。
在本发明的轴电机的优选实施例中具有两个止推轴承。一个止推轴承优选位于止推垫圈部分36的上表面50和位于与上表面50相对的向外延伸部分42的一个表面52之间。上表面50或者上表面52均可设置成产生动力压力的交叉缝式或螺旋式的凹槽。另一止推轴承优选形成于轴12的止推垫圈部分的下表面54和挡板34的上表面56之间。下表面54或者上表面56均可设置成产生动力压力的交叉缝式或螺旋式的凹槽。
具有流体动力止推轴承的轴电机的功率损耗决定于止推垫圈的外直径。在传统的轴电机中，具有与上述相似的流体动力轴承结构和具有一个传统的止推垫圈，当在止推垫圈的两边都形成止推凹槽时，电机的功率损耗增加四倍。为了减小现在所公开的和要求的电机的功率损耗，与现在用到的设计相比，止推垫圈36的外直径将被充分减小。
止推垫圈的外直径的尺寸依赖于电机(和磁盘)的尺寸因素，磁盘数量和电机的旋转速度。这样，磁盘驱动器的尺寸越小，所用磁盘数越少和旋转速度越高，则止推垫圈的外直径越小。为了确定所能导致本发明解释和要求的轴电机的低功率损耗的止推垫圈的外直径的尺寸范围，进行了实验性研究。这些研究的优选的结果被总结于下面的表I中。
表I
磁盘驱动器尺寸(英寸) 磁盘数量 旋转速度(转/分) 止推垫圈外直径OD1(毫米) 轴外直径OD2(毫米) 比率(OD1/OD2)
2.5 1 5400 5 3.002 1.666
2.5 2 7400 5 3.02 1.656
3.5 1 5400 7.1 3.989 1.780
3.5 1 7200 7.1 3.989 1.780
3.5 3 10000 7 3.989 1.755
通常，可以发现，对于3.5英寸磁盘驱动器来说，当比率OD1/OD2小于1.86时可以得到最好的功率损耗结果，对于2.5英寸和更小的磁盘驱动器，相同比率小于1.71时可以得到最好的功率损耗结果。
缝隙40被填充有润滑流体。止推垫圈36进一步设置有多个在轴12旋转过程中允许流体流通的流体流动通道58。腔32优选的含有一个向外的锥形上部60，为润滑流体提供一个储存处。锥形部分60也作为轴旋转过程中防止润滑流体溅出缝隙40的毛细密封。
在可替换的实施例中(未示出)，轴12可以固定于定子18或磁盘驱动器的顶盖上，轴承套30可以与套筒16粘合。在这个可替换的实施例中，轴承套30将随着电机的转子绕着固定轴12旋转。
为了方便读者，上述描述集中在所有可能的实施例的一个代表性的示例上，这个示例表明本发明的原理并揭示了最好实施方式。描述没有尝试穷举所有可能的变化。其它没有描述的变化或者修改也是可以的。例如，描述的多个可替换的实施例，在很多情况下，也可能将不同实施例的元件结合，或者将这里描述的实施例元件与其它未经描述的修改或变化结合。那些未描述的变化，修改中的许多将被涵盖在下述权利要求所表述的范围中，其它的则与权利要求相当。

Claims (20)

1.一种用于磁盘驱动器的轴电机，其包括；
转子组件，所述转子组件进一步包括套筒和具有外直径的旋转轴，所述套筒被安装用于在所述旋转轴上旋转；
定子组件，所述定子组件进一步包括具有底部开口的轴承套，所述旋转轴插入到所述轴承套中以旋转；
插入到所述轴承套的底部开口中并由此关闭所述底部开口的挡板；和
安装于所述旋转轴上并与所述挡板成相对关系的止推板，所述止推板具有外直径；
其中，流体动力止推轴承形成于所述挡板和止推板之间；所述止推板的外直径与所述轴的外直径的比率小于1.86。
2.根据权利要求1所述的轴电机，其中，所述轴电机用于尺寸为3.5英寸的倍数的磁盘驱动器。
3.根据权利要求2所述的轴电机，其中，所述止推板的外直径为7毫米。
4.根据权利要求2所述的轴电机，其中，所述比率为1.755。
5.根据权利要求2所述的轴电机，其中，所述比率为1.780。
6.根据权利要求1所述的轴电机，其中，所述轴电机用于尺寸为2.5英寸的倍数的或更小的磁盘驱动器。
7.根据权利要求6所述的轴电机，其中，所述止推板的外直径为5毫米。
8.根据权利要求6所述的轴电机，其中，所述比率为1.666。
9.根据权利要求6所述的轴电机，其中，所述比率为1.656。
10.根据权利要求1所述的轴电机，进一步包括形成于所述旋转轴和所述轴承套之间的流体动力径向轴承。
11.一种具有轴电机的磁盘驱动器，所述轴电机包括：
转子组件，所述转子组件进一步包括套筒和具有外直径的旋转轴，所述套筒被安装用于在所述旋转轴上旋转；
定子组件，所述定子组件进一步包括带有底部开口的轴承套，所述旋转轴插入到所述轴承套中以旋转；
插入到所述轴承套的所述底部开口中并由此关闭所述底部开口的挡板；和
安装于所述旋转轴上并与所述挡板成相对关系的止推板，所述止推板具有外直径；
其中，流体动力止推轴承形成于所述挡板和止推板之间；所述止推板的外直径与所述轴的外直径的比率小于1.86。
12.根据权利要求11所述的磁盘驱动器，其中，所述轴电机用于尺寸为3.5英寸的倍数的磁盘驱动器。
13.根据权利要求12所述的磁盘驱动器，其中，所述止推板的外直径为7毫米。
14.根据权利要求12所述的磁盘驱动器，其中，所述比率为1.755。
15.根据权利要求12所述的磁盘驱动器，其中，所述比率为1.780。
16.根据权利要求11所述的磁盘驱动器，其中，所述磁盘驱动器的尺寸为2.5英寸的倍数或更小。
17.根据权利要求16所述的磁盘驱动器，其中，所述止推板的外直径为5毫米。
18.根据权利要求16所述的磁盘驱动器，其中，所述比率为1.666。
19.根据权利要求16所述的磁盘驱动器，其中，所述比率为1.656。
20.根据权利要求11所述的磁盘驱动器，进一步包括形成于所述旋转轴和所述轴承套之间的流体动力径向轴承。
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