CN1340899A - 动压含油轴承电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明将公开动压含油轴承电动机。它包括:具有垂直贯通的轴孔的轴套,在其中央部分管状一体向上突出的轴承座;磁芯;垂直插入于轴孔中且可旋转,其下部设有与轴套的推进器一体形成的轴;与上述轴的上部一体结合,延长部分的末端内围通过磁芯相互作用产生电磁场的,用于配置磁铁的轮毂;盖片。本发明不但增强了制作工程中的加工性及生产性,而且由于结构性的强度及耐用性的增加改善了电动机的NRRO和RRO特性,可延长使用寿命,并提高性能。

Description

动压含油轴承电动机
本发明涉及的是安装于小型精密仪器内的电动机。尤其涉及为提高安装精确度而改善不规则振动特点的动压(hydrodynamic)含油轴承电动机。
通常，配置于硬盘等精密仪器中的电动机，不仅需要很高的驱动力，也需要精密控制的特点。
例如，随着个人电脑的飞跃性增加，具有保存功能的硬盘记录密度也急速增大。并且为提高数据存取速度，将电动机的旋转速度由每分钟7200转以下提高到10000转以上，达到高速化，但与此同时，对于稳定性及安静性的要求也越来越高，也是一个实情。
满足这种特点的滚珠轴承的性能也达到了极限。为解决此种问题，将更替过去的金属轴承或滚珠轴承，最近采用了一种可支持轴的支撑件，且振动及噪音少、内冲击力显著的油体动压轴承。
此种动压含油轴承电动机，根据轴的旋转与否大致可分为轴旋转型与轴固定型两种，通常此种电动机为将旋转体高速、圆滑地旋转而采用油。
另外，上述油自轴和包围于此轴的外围的轴套之间填充，将此轴与轴套之间由于直接接触而产生的摩擦力最小化，并维持轴总是位于轴套的中心。
图1至图2所示的是，采用于过去油体动压轴承中的轴旋转的轴旋转电动机。如图所示，形成电动机的组成部分包括由轴承座100、轴套110、以及卷线120形成的固定部件与，由轴130、轮毂140及磁铁150形成的旋转部件。
轴套110的中央部由于按垂直方向贯通，插入的轴130可自由旋转，内径面上为产生动压而形成槽111，从而沿轴130的径向产生油体动压。
尤其是上述轴套110的内径部，由轴130的下部配置的圆盘环状的推进器160与轴130一同可旋转结合在一起，外径部在外围端部固定配置可缠绕线圈的磁芯120。
在此，在上述推进器160的上部与下部为产生动压而形成槽161，从而沿轴向形成油体动压。
另外，上述轴套110的下部内径被盖片170盖住而与外部隔离，此盖片170的上侧由推进器160相对结合，并可旋转。
并且，在上述轴套110的内径部插入的，可旋转的轴130的上部一体结合轮毂140，此轮毂140为往下开放的罩形形状，延长部分的内径面上与磁芯120的外径面相对应的位置配置磁铁150。
此种结构中，轴套110的内径面与轴130及推进器160之间微细地形成油隙G，而此油隙G内填满具有一定粘度的油。
当轴130旋转时，由于油隙G内的油集中于轴套110之间形成的产生动压用槽111与推进器160之间形成的产生动压用槽161，而经常均衡维持油隙G，而支持轴130稳定的驱动。
具有上述结构的过去式轴旋转型油体动压轴电动机由外部将电源传达到磁芯120，上述磁芯120与磁铁150之间通过磁力相互作用而使安装于磁铁150的轮毂140旋转，最终使与轮毂140相结合的轴130同时进行旋转。
此种电动机驱动时，在轴套110的内径部插入的轴130，通过轴套110的内径部与轴130的外径部形成的产生动压用槽111之间产生的油体动压，在与轴套110的内径部非接触的状态下可圆滑地旋转。
即，轴130的外径部与轴套110的内径部之间填充有适量的油，当轴130旋转时，油沿在轴套110的内径部形成的产生动压用槽111流动而产生动压，从而减少旋转负荷，并可高速进行旋转。
图3至图4所示的是过去式油体动压轴承中轴固定的轴固定型电动机。如图所示，形成电动机的组成部分为，由轴承座100与磁芯120，以及轴130等部分形成的固定部件和轴套110与轮毂140及磁铁150形成的旋转部件构成。
此种轴固定型动压含油轴承电动机除了以固定于轴承座100的轴130为中心，形成轴套110与轮毂140一体结合旋转的结构外，几乎与上述轴旋转型动压含油轴承电动机具有相似的结构，均在轴套110的内径部和轴130之间形成的油隙G中填充具有一定粘度的油。
尤其是上述轴套110与在轴130的上部与圆盘环状的推进器160相结合，并可与轴130一同旋转。上述轴130的下端部一体轴固定于轴承座100的中央部。
在此，上述轴承座100的用于插入轴130的贯通孔的周围，向上侧突出一定高度，而这突出的延长部分的外围部分固定配置了缠着卷线的磁芯120。
在此，上述推进器160与电气线轴旋转型电动机相同，为产生动压而在其上、下部位形成槽161，从而产生轴向的油体动压。
另外，上述轴套110的上部，内径部由盖片170封闭被切断，而盖片170的下侧与推进器160间为旋转相对接触。
并且，在上述轴套110的上部外围，可旋转并一体坚固结合轮毂140，而此轮毂140的内围中固定相对附着于磁芯120外围的一对磁铁150。
如此结构中轴套110的内围与轴130及推进器160之间与电气线轴固定型电动机相同，形成油隙G，而油隙G中填充具有一定粘度的油。
若在上述结构的现有轴固定型动压含油轴承电动机的磁芯120中施加电源，此磁芯120与磁铁150之间相互产生一定的电磁场，配置磁铁150的轮毂140进行旋转，与轮毂140结合的轴套110一体结合于轴承座100的轴为中心，进行旋转。
上述轴固定型电动机，通过与轴160的外围形成的动压产生用槽131之间产生的油体动压，在非接触的状态下，轴套110进行旋转。
但如同上述形成的现有轴旋转型或轴固定型动压含油轴承电动机根据轴套110的组装程度决定震动特点。
即，现有动压含油轴承电动机，由于进行将轴套110压入轴承座100的压入工程，因向轴承座100侧加压，轴套110的形状变形，震源图不合格。
图5至图6所示的，是根据现有技术出具的油体动压电动机中测定的轴套110的震圆图及震直图的图表。
图5中所示的轴套110的震圆图中可看出，动压产生用槽111的设计值深度设定为4μm时，如图所示，轴套110的上、下之间产生差异，不但动压产生用槽111的形状不均衡，而且平均测定深度测定为3.5μm达不到设计值4μm。
另外，在附图6的震直图中可看出，轴承座100或轮毂140的组装力量直接施加于轴套110的下侧内径部，与上侧内径部相比，向内侧严重变形，产生大约2μm的内径差异。
如上述，轴旋转型电动机将轴套110压入轴承座100内，轴固定型电动机中将轴套110压入轮毂140内，由于各个部件之间的尺寸或组装偏差，轴套110的内径面在震圆图或震直图中产生相当大的偏差。
因此存在由于上述轴套110的组装程度或同轴度的偏差决定电动机的震动特点的缺点。
并且，各组装部件，应考虑结合力而进行加工，提高精密度具有一定的界限。尤其是部件之间因装配公差而产生缝隙，轴套110的同轴性产生错落现象，进而NRRO和RRO也加大。
油体动压轴承中旋转体倾向于一侧，若间隔狭窄，根据此现象的压力大，虽将旋转体还原，但是若变形的程度越大倾斜的程度越大，动压的变化也越大，NRRO、RRO等的震动特性也加大。
另外，推进器160根据轴130的热压入而组装。为加工推进器160的内径，需要极高的精密度，而且与轴130之间必须成直角。此种推进器160不但自加工相当难，而且组装时与轴130之间的直角处理也需要很高的工艺。
特别是，上述推进器160与轴130使用SUS系列的金属；相反，轴套110采用的是热膨胀系数相当大的黄铜或青铜材料，因为两个材料之间的热膨胀系数差异，在高温中油隙G显示出缝隙张大或变化相当大的特点，进而电动机的驱动显得不稳定。
如同上述，根据轴套110与轴承座100或轴套110与轮毂140之间的组装精密度而产生震动，因此震动电动机的性能不但偏低，而且导致产品的信誉度大大降低的现象。
本发明的主要目的在于提供动压含油轴承电动机，在轴旋转型电动机中将轴套一体配置于轴承座，在轴固定型电动机中将轴套一体配置于轮毂，根据装配公差将震动特性最小化，可提高制作性能与生产性能。
本发明的其他目的在于：轴套的材料采用了与SUS近似热膨胀系数的硅铝，将轴承座与轴套一体加工而调整随着温度上升的强度低下和RRO特性的降低。
为了达到上述目的，本发明出具的动压含油轴承电动机的特点在于：包括：具有垂直贯通的轴孔的轴套，在其中央部分管状一体向上突出的轴承座；与上述轴套的外围结合的磁芯；垂直插入于上述轴套的轴孔中且可旋转，其下部设有与轴套的推进器一体形成的轴；与上述轴的上部一体结合，向下延长的延长部分的末端内围通过磁芯相互作用产生电磁场的，用于配置磁铁的轮毂；封闭上述轴插入的轴套的轴孔下部的盖片。
本发明的特点在于：上述轴套由陶瓷-铝合金材料制作成型。
根据本发明出具的动压含油轴承电动机的特点在于：包括：具有由外围向上延长形成的垂直贯通中央的轴孔的轴承座；具有垂直贯通轴孔的轴套，在中央部分管状一体向下突出，外围向下延长，延长部分的内径部配置磁铁的轮毂；结合于上述轴承座的轴孔周围突出的突出延长部分外围，相对以轴为中心旋转的轮毂对称设置的磁铁之间的相互作用产生电磁场的磁芯；垂直插入于上述轴套的轴孔中可旋转，其下部与轴套的推进器一体形成的轴；封闭上述轴插入的轴套的轴孔下部的盖片。
本发明的特点在于：上述轴套由陶瓷-铝合金材料制作成型。
图1所示的是，根据现有技术出具的轴旋转型动压含油轴承电动机的断面图；
图2为图1的主要部分透视图；
图3为根据现有技术出具的轴固定型动压含油轴承电动机的断面图；
图4为图3的主要部分透视图；
图5为测定图1的动压含油轴承电动机的震圆图；
图6为测定图1的动压含油轴承电动机的震直图；
图7为根据本发明出具的轴旋转型动压含油轴承电动机的断面图；
图8为图7的主要部分透视图；
图9为根据本发明出具的轴固定型动压含油轴承电动机的断面图；
图10为图9的主要部分透视图；
图11为测定图7的动压含油轴承电动机的震源图；
图12为测定图7的动压含油轴承电动机的震直图；
图13至图14所示的是，根据本发明和现有技术，对于动压含油轴承电动机的负荷容量及强度、阻尼进行相互比较的图表
图15至图16所示的是，根据本发明和现有技术，对于动压含油轴承电动机的强度进行相互比较的图表
图17至图18所示的是，根据本发明和现有技术，对于动压含油轴承电动机的阻尼进行相互比较的图表。
●  有关图纸重要部分的符号说明
10：轴承座    15：磁铁
16：盖片      20：轴套
21：轴孔      22：动压产生用槽
30：轮毂      40：磁芯
50：轴        51：动压产生用槽
55：推进器    G：油隙
图7至图8所示的是，根据本发明出具的轴旋转型动压含油轴承电动机的断面图。如图所示，电动机大致分为维持固定状态的固定部件和；通过电源供应，与上述固定部件之间的相互作用旋转的旋转部件。
固定部件由轴套20和轴承座10以及磁芯40组成，旋转部件由轴50和轮毂30以及磁铁15组成。
轴套20的中央部分形成按垂直方向贯通的轴孔21，此轴孔21中插入可旋转的作为旋转部件的轴50。
此种轴套20为动压产生，通常在轴孔21的内径部形成槽22，以便沿轴50的径向形成油体动压。
另外，上述轴套20与轴50之间，按一定间隔形成油隙G，此油隙G中为防止轴套20与轴50之间的磨擦填充油。
此种油在轴50旋转时沿轴50的旋转方向流动而形成一定的油压，轴50因此种油压的影响具备沿轴的径向和轴向移动的特性。
过去将在轴50的外围或与其对称的轴套20的内围，至少在一侧形成动压产生用槽。在油隙G中沿轴的径方向形成强力地油体动压。此时根据油体动压，在轴套20与轴50之间维持均匀的油隙G。
沿此轴的径向为产生油体动压形成的动压产生用槽22通常形成于轴50的外围，但若在旋转部件轴50中形成动压产生用槽时，轴50与油之间的作为旋转负荷的磨擦加剧。因此，现在通常在非驱动部件轴套20的内围中形成为产生油体动压的动压产生用槽22。
另外在上述轴套20的外围向外延部分固定安装有其上缠绕施加有电流的卷线的磁芯40。此磁芯40与后述的轮毂30的内围中配置的磁铁15对称配置，两者相互作用产生一定的电磁力。
在上述轴套20的下部通过粘合剂附着饼状盖片16，将从外部切断由垂直贯通的轴孔21的下部。此盖片16的上侧旋转接触具备推进器55的可旋转的轴50。
轴旋转型电动机中，推进器55设置于轴50的下部，以便在轴套20中形成与油体动压一同沿轴向产生油体动压，同样通过动压产生用槽22沿轴的径向产生油体动压。
上述轴套50的上部将外侧的末端结合于向下延长的延长部分的内围方向附着的磁铁15向下开放的罩型轮毂30，上述轮毂30中附着的磁铁15与磁芯40的外围相对配置。
此种结构的轴旋转型动压含油轴承电动机由外部施加电源时，通过磁芯40和磁铁15之间的相互作用产生的电磁力，轴50与轮毂30一同旋转驱动。
如同上述结构与过去轴旋转型动压含油轴承电动机的结构是几乎相同的，但本发明中最明显的特点是上述轴套20和轴承座10一体形成，推进器55一体形成于轴50中。
即上述轴承座10的中央部分以管状形象向上突出的轴套20通过加工等方法一体形成，此轴套20如前述相同在中央形成按垂直方向贯通的轴孔。
此种轴承座10的外延向上延长，延长部分的内围设置轮毂30的下段一部分。并且，中央部分向上突出形成的轴套20的轴孔21中与轮毂30一体旋转结合的轴50可旋转的情况下垂直插入。
另外，在上述轴承座10中一体形成的轴套20的轴孔中垂直插入的轴50，在下部与圆形饼状形成的推进器55一体形成。此轴50与推进器55在盖片16的上侧可旋转的情况下相对接触。
此种推进器55可防止轴50旋转时上部的浮起，推进器55的上部与轴套20的内径面，以及推进器55的下部与轴孔21的下部与外部切断形成的盖片16的上部面之间产生轴向的油体动压。
此时上述推进器55的上部面对称的轴套20的上部侧轴孔21与具有与其内径更大的下部轴孔21之间形成断次而在水平内径面形成动压产生用槽(未图示)的同时，在轴套20的下部为切断自外部的轴孔21而结合的盖片16的上部中也应形成轴套20的内径面形成的动压产生用槽(未图示)。
另外本发明也适用于轴固定型动压含油轴承电动机，如附图9至附图10所示。
如图所示，轴固定型动压含油轴承电动机将旋转部件的轴套20与轮毂30一体形成的同时，也可适用于推进器55一体形成于轴50的结构。
即轴固定型动压含油轴承电动机的固定部件由轴承座10、磁芯40，以及轴50组成，旋转部件由轴套20和轮毂30以及磁铁15组成。
此种轴固定型动压含油轴承电动机的轴承座10中固定轴50的下段部分，以此轴50为中心，轴套20和轮毂30一体结合成可旋转的结构，轴套20的内径面和轴50的外围部分之间形成可填充油的油隙G。
并且上述轴套20的内径部分与下部相比，上部具有更大的内径。在轴50的上部具备由圆形饼状部件形成的推进器55，上述轴50插入的形成于轴套20的轴孔21中，在上部通过粘合剂附着饼状盖片16，并从外部截断垂直贯通的轴孔21的上部。
上述推进器55如前述的轴旋转型推进器55起着相同的作用，在此省略附加说明。
此结构如过去的轴固定型动压含油轴承电动机的结构几乎相同，但本发明的特点是，旋转部件的轴套20与轮毂30一体形成的同时，推进器55一体形成于轴50中。
即上述轮毂30的中央部分以管状形象向下突出的轴套20一体形成，此轴套20如前述相同过去形式，在中央形成沿垂直方向贯通的轴孔21。
此种轮毂30的外延向下延长，延长部分的内围附着磁铁15。此磁铁15与在轴套20中形成的突出部的外围结合的磁芯40，通过相互作用产生电磁力，从而以轴50为中心旋转轮毂30。
另外，在轮毂30中一体形成的轴套20的轴孔中垂直插入的轴50，在下部与圆形饼状形成的推进器55一体形成。
此种推进器55可防止轴50旋转时下部的移动，推进器55的上部与轴套20的断次内径面，以及推进器55的下部与轴孔21的下部与外部切断形成的盖片16的上部面之间产生轴向的油体动压。
此时上述推进器55的上部面对称的轴套20的上部侧轴孔21与具有与其内径更大的下部轴孔21之间形成断次而水平内径面形成动压产生用槽(未图示)的同时，在轴套20的下部为切断自外部的轴孔21而结合的盖片16的上部中也应形成轴套20的内径面形成动压产生用槽(未图示)。
另外，上述的轴旋转型及轴固定型动压含油轴承电动机的轴50与盖片16如过去一样采用不锈钢材料的金属，轴套20的材料适合采用比轴50与盖片16热膨胀系数低或近似的陶瓷铝合金。
即陶瓷-铝合金的成分中锰Mn可增强强度，镁Mg和硅Si以及铜Cu可增大耐蚀性、钢韧性。
上述陶瓷-铝合金与一般铝相比，对于油的腐蚀具有很高的耐蚀性，并且重量轻及强度强的特性。
如上述，将轴套20的材质由青铜转换成铝材料时，随着电动机的温度而起的RRO的特性变化，如下表。
轴套的材料 NO     RRO(um) 变化率
    常温     60℃
青铜     1     13.692     16.556     20.9
    2     16.110     15.011     -6.8
陶瓷铝合金     3     14.761     14.991     1.6
    4     23.865     25.548     7.0
以上可看出，青铜材料成型的轴套的电动机相比，陶瓷铝合金材料成型的轴套电动机的RRO变化小。
图11至图12所示的，是测定图7中的动压含油轴承电动机的震圆图及震直图的图表。
首先在图11中所示的轴套20的震圆图中可看出，若将动压产生用槽22的设计值深度为4μm时，本发明无须经过如过去压入工程等组装工程，动压产生用槽22的形状整体均一，并且具有一定的深度。
图12的震直图中可看出，如前述不经过过去的压入工程等组装工程，上、下内径之间无差异。
图13至图14将轴套20一体形成，将采用陶瓷-铝合金材料成型的电动机和过去黄铜或青铜材料成型的轴套20压入于轴承座10或轮毂30的电动机的负荷容量的比较表格。
这里的负荷容量所指的是，在轴承中支持产生动压的外部负荷的大小，轴承的负荷容量比实际负荷小时，无法产生充分的动压，成为轴承的性能低下的直接原因。
图13所示的是X轴方向的负荷容量，图14所示的是Y轴方向的负荷容量。如图所示，根据本发明的陶瓷-铝合金成型的轴套20在温度上升时也可维持稳定的负荷特性。与此相反，由黄铜或青铜成型的轴套20根据温度的上升成为比例，其特性非常不稳定。
另外，图15至图16所示的是本发明和过去技术相比较的强度图表，图15所示的是X轴方向的强度，图16所示的是Y轴方向的强度。
此中的强度，影响电动机固有频率的主要因素，通常将轴中的作用力和轴的位移之间的比称为其轴承的强度。
如图所示，由陶瓷铝-合金成型的轴套20一体采用的本发明的电动机随着温度上升其强度也增加，而由黄铜或青铜成型的轴套20组装的一般电动机的强度相对来说，则大大下降。
图17至图18所示的是本发明和过去技术相比较的阻尼图表，图15所示的是X轴方向的阻尼，图16所示的是Y轴方向的阻尼。
阻尼自任何外部受到外力或冲击力时，将减少此种力，与轴承的耐冲力有关。
如图所示，由陶瓷-铝合金成型的轴套20一体适用的本发明中的电动机随着温度的上升阻尼力增强显示稳定的特性，而黄铜或青铜成型的轴套20的一般电动机随着温度的上升，其阻尼力大大下降。
本发明中的轴旋转型电动机，将轴套20和轴承座10一体形成的同时，将推进器55与轴50一体形成；轴固定型电动机，将轴套20和轮毂30一体形成的同时，将推进器55与轴50一体制作。由于各个部件之间的直角度提高，制作更加简单、结构性强度增大、进而将电动机的耐磨性提高。
并将轴套20材料采用了比轴50和盖片16较低或近似的热膨胀系数的陶瓷-铝合金材料。电动机高速驱动时，在最低高温中的驱动初期，轴套20和轴50之间的油隙不再裂开，可减少了高温中的特性变化率，尤其可提高电动机的NRRO和RRO特性。
尤其是轴旋转型电动机将轴套一体制作于轴承座中，轴固定型电动机将轴套一体制作于轮毂中，不仅可增加结构性的强度及耐用性，并且可提高直角成型度，减少电动机的RRO，也减少由于结构震动而产生的噪音。
而且将推进器与轴一体制造，组装工程更加简单，可大大提高轴的同轴度，改善影响于电动机的震动与噪音的NRRO和RRO特性。
本发明不但增强了制作工程中的组装工程和加工性及生产性，而且由于结构性的强度及耐用性的增加改善了电动机的NRRO和RRO特性，可延长使用寿命，并提高性能的信誉，有良好的效果。

Claims (4)

1.一种动压含油轴承电动机，其特征在于：包括：
具有垂直贯通的轴孔的轴套，在其中央部分管状一体向上突出的轴承座；
与上述轴套的外围结合的磁芯；
垂直插入于上述轴套的轴孔中且可旋转，其下部设有与轴套的推进器一体形成的轴；
与上述轴的上部一体结合，向下延长的延长部分的末端内围通过磁芯相互作用产生电磁场的，用于配置磁铁的轮毂；
封闭上述轴插入的轴套的轴孔下部的盖片。
2.根据权利要求书的第一项所述的动压含油轴承电动机，其特征在于：上述轴套由陶瓷-铝合金材料制作成型。
3.一种动压含油轴承电动机，其特征在于：
具有由外围向上延长形成的垂直贯通中央的轴孔的轴承座；
具有垂直贯通轴孔的轴套，在中央部分管状一体向下突出，外围向下延长，延长部分的内径部配置磁铁的轮毂；
结合于上述轴承座的轴孔周围突出的突出延长部分外围，相对以轴为中心旋转的轮毂对称设置的磁铁之间的相互作用产生电磁场的磁芯；
垂直插入于上述轴套的轴孔中可旋转，其下部与轴套的推进器一体形成的轴；
封闭上述轴插入的轴套的轴孔下部的盖片。
4.根据权利要求书的第三项所述的动压含油轴承电动机，其特征在于：上述轴套由陶瓷-铝合金材料制作成型。
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