CN1469529A - 主轴马达和装有该主轴马达的磁盘驱动器 - Google Patents

Abstract

一种主轴马达，在这种主轴马达中，采用了具有充满结构的动压力轴承，轴承结构使轴承油的内部压力平衡并把该内部压力保持在大气压或大气压之上。构造一些止推和径向轴承部分，使得充有油的轴承空隙位于转子、轴和包含轴的中空轴承元件之间。在轴承元件中设置一连通通道，该连通通道的一端开在止推轴承部分上，并沿着该止推轴承径向向内。在轴承元件和轴之间的轴承空隙的每一轴向端都通过该连通通道相连。该连通通道使得所说的油能在轴承空隙内进行重新分布。通过该连通通道来对保持在轴承元件和轴之间的油在轴向上端和下端之间的压力差进行补偿，从而可以防止在油内产生负压，并且可以防止在转子上施加过度提升。

Description

主轴马达和装有该主轴马达的磁盘驱动器

技术领域

本发明涉及这样的主轴马达，这种主轴马达采用动压力轴承，其中在该动压力轴承内的工作流体为油。本发明还涉及装配有这种主轴马达的磁盘驱动器。具体地说，本发明涉及用于驱动2.5英寸以及2.5英寸以下记录盘的微型的低轮廓的主轴马达，本发明还涉及装配有这种主轴马达的磁盘驱动器。

背景技术

迄今，在对硬盘或类似记录盘进行驱动的磁盘驱动器中，已经提出了利用动压力轴承来作为主轴马达的轴承，在这种动压力轴承中，为了对轴和套筒进行支撑，使得轴和套筒相对转动，采用了在轴和套筒之间所夹的诸如油的润滑油的流体压力。

图1表示出了采用了动压力轴承的主轴马达的一个例子。这种采用了传统的动压力轴承的主轴马达被构造成在马达轴b的圆周表面与马达套筒c的内圆周表面之间设有一对轴向相分开的径向轴承部分d，d，其中所说的马达轴b与转子a成为一个整体，所说的轴b被可转动地插在所说的马达套筒c内。同样，在盘形的止推盘e的上表面与在套筒c中所形成的台阶的平坦表面之间设置一对止推轴承部分g，g，其中所说的盘形止推盘e在轴b的其中一端从轴b的圆周表面沿径向向外突出，所说的这对止推轴承部分g，g也位于止推盘e的下表面与一止推轴衬f之间，所说的止推轴衬f用于关闭套筒c中的其中一个开口。

在轴b和止推盘e、以及套筒c和止推轴衬f之间形成一系列微小间隙，在这些微小间隙内连续不中断地保持有作为润滑流体的油。保持在微小间隙中的油只在一锥形密封区域h内才暴露于空气，所说的这个锥形密封区域h形成于在轴b的圆周表面与套筒c的内周面之间所形成的间隙的上端开口(套筒c的另一开口)处。(这种保持油的结构在下文中将被称作“充满结构”)

这种动压力轴承还具有一些人字形槽d1，d1和g1，g1，这些人字形槽是通过连接成对的螺旋形条纹而形成的，所说的螺旋形条纹设置在径向轴承部分d，d和止推轴承部分g，g中。随着转子a的转动，这些槽d1，d1和g1，g1就在条纹连接处的轴承部分中间区域中产生最大的动压力，以便支撑着作用在转子a上的荷载。

由于设置在这些充满结构中的动压力轴承，因此，当转子a开始转动时，由这些产生动压力的槽d1，d1及g1，g1产生泵送作用，这种泵送作用把油引向每个径向轴承部分d，d和止推轴承部分g，g的中心区域，从而在这个轴承中心区域内的流体动压力到达峰值；但是在沿着轴承边缘区域的这个区域的下侧，油的内部压力发生下降。具体地说，在产生动压力的槽d1，d1及g1，g1的泵送作用下，在成对的径向轴承部分d，d之间的区域中一其中在该区域中油被保持在轴b的圆周表面与套筒c的内周面之间，以及在位于止推轴承g，g之间的止推盘e的外周边附近的区域中一其中在该区域油被保持在该止推盘e的周围，油的内部压力会降低，并下降到大气压以下，最终变成负压。

例如，当这些轴承充有油时，在这种操作期间，如果在油内产生负压，那么，空气就会溶解到这些油内，并以气泡的形式存在。这些气泡迟早会因温度的升高而发生体积膨胀，从而使油渗出到轴承的外面。这种泄漏会损坏这种主轴马达的耐用性和可靠性。在油内产生的负压还会导致那些用于产生动压力的槽与气泡相接触，这就会因非重复性的偏斜NRRO(non-repeatable run-out)而产生振动。这会损坏主轴马达的转动精度。

如果由于在制造过程某种因素偏离，使得套筒的内圆周面与轴的圆周表面之间所形成的微小间隙的径向间隙的尺寸在下端轴向地地比上端的尺寸宽，那么，在径向轴承部分d，d中，在产生动压力的槽d1，d1所进行的泵送过程中会产生不平衡现象，并且，在套筒的内周面与轴的圆周表面之间所保持的油中，轴向地作用在上端的压力会变得高于轴向地作用在下端的压力。于是，压力就被从套筒的内周面与轴的圆周表面之间所形成的微小间隙的轴向上端传递到轴向下端，从而使得在止推盘底面与止推轴衬之间所保持的油的内部压力升高到高于所需压力，并造成在转子上的过度提升(over-lift)，这样就使得这个内部压力提升到大于预定的量。

作用在转子上的过渡提升，则会使止推盘和套筒相接触，从而产生摩擦磨损；磨损是造成损坏轴承耐用性和可靠性的一个因素。而且，在用于对硬盘进行驱动的主轴马达中，由于硬盘容量的缩放比例大的结果，硬盘的记录表面与磁头被设置得相互靠得特别近，于是，如果作用在转子上的过度提升，那么，硬盘和磁头就会相互接触，从而会引起硬盘的撞坏。

发明内容

本发明的一个目的是实现一种微型的轮廓低的但仍能稳定转动的主轴马达。

本发明的另一个目的是实现这样一种主轴马达，即，这种主轴马达能够使轴承空隙内所保持的油的内部压力保持在大气压或高于大气压，从而能防止在油内产生气泡。

本发明的另外一个目的是实现这样一种主轴马达，即，这种主轴马达能对轴承空隙内所保持的油的内部压力进行平衡。

本发明的另一个不同的目的是实现这样一种主轴马达，即，在这种主轴马达中，尽管轮廓微小，但是却能防止因负压而产生气泡，并且还能防止在转子上产生过度提升，而且还能抑制在轴承部分中发生撞击和刮擦。

本发明还实现了一种轮廓小、成本低、用于能使记录盘稳定转动的磁盘驱动器。

本发明的再一目的是实现一种具有优越可靠性和耐用性，并且能防止读/写错误发生的磁盘驱动器。

在根据本发明的主轴马达的一个实施例中，转子具有一圆形的平面，该圆形的平面从轴的圆周表面沿径向向外延伸，并且在转子的该平面与轴以及一中空的圆筒形轴承元件之间形成的一系列轴承空隙，在这一系列轴承空隙内充有油，所说的圆筒形轴承元件具有一轴承孔，所说的轴被可转动地插在这个轴承孔内。在轴承元件中的一开口处的端面与转子的所说平面之间形成一止推轴承部分；并且在轴承孔的内周面与轴的圆周表面之间形成一径向轴承部分；此外在轴承元件中还形成一连通通道，该连通通道用于对轴承空隙内的压力进行平衡。该连通通道的一端沿径向向内地开在止推轴承部分上，在轴承孔的内周面与轴的圆周表面之间所形成的轴承空隙的两轴向端(either axial end)通过这条连通通道相连通。

这种结构能防止产生负压，而且还能防止在采用了具有充满结构的动压力轴承的主轴马达中产生过度提升。

在轴承孔的内周面与轴的圆周表面之间所形成的轴承空隙的每一轴向端通过连通通道相连通，这样就能使油在这些轴承空隙内重新分布。因此，即使由于径向轴承中所设置的用于产生动压力的槽的尺寸误差、或由于在加工轴承孔的内周面与轴的圆周表面的过程中某种因素的偏离，而使得在轴承元件的内周面与轴的圆周表面之间所保持的油在轴向上端和下端之间产生压差，也能通过所说的连通通道来对这个压差进行补偿，从而可以防止在油内产生负压，而且还可以防止作用在转子上的过度提升。

同样，由于在利用止推轴承部分对压力进行密封的区域中，对油的内部压力进行了补偿，从而使得当马达减速时，可以缓冲油压的下降，这样就能抑制在轴承部分中产生撞击和刮擦，这也就意味着能保持马达高度的可靠性和耐用性。

在根据本发明的磁盘驱动器的一个实施例中，装配了本发明的主轴马达，用于驱动记录盘转动，在所用的主轴马达中，转子具有一圆形的平面，该圆形的平面从轴的圆周表面沿径向向外延伸，并且在转子的该平面与轴和一中空的圆筒形轴承元件之间形成一系列轴承空隙，在这一系列轴承空隙内充有油，所说的圆筒形元件具有一轴承孔，所说的轴被可转动地插在这个轴承孔内。在轴承元件中的一开口处的端面与转子的所说平面之间形成一止推轴承部分；在轴承孔的内周面与轴的圆周表面之间形成一径向轴承部分；此外在轴承元件中还形成一连通通道，该连通通道用于对轴承空隙内的压力进行平衡。该连通通道的一端沿径向向内地开在止推轴承部分上，在轴承孔的内周面与轴的圆周表面之间所形成的轴承空隙的任一轴向端(either axial end)通过这条连通通道相连通。

本领域普通技术人员通过下面的详细描述，并结合附图，就可以清楚容易地理解本发明的前面所提到的以及其它的一些发明目的、特征、方面和优点。

附图说明

图1是传统中的主轴马达的结构示意图；

图2是本发明第一实施例中的主轴马达的结构剖面图；

图3A是图2所示的主轴马达中的套筒结构的一部分的放大剖面图；

图3B是图2所示的主轴马达中的轴承部分的局部放大剖面图；

图4是图2所示的主轴马达的止推轴承部分的结构的平面示意图；

图5是本发明第二实施例中的主轴马达的结构剖面图；

图6是图5所示的主轴马达中的套筒结构一部分的放大剖面图；

图7是图5所示的主轴马达的止推轴承部分的结构的平面示意图；

图8是表示磁盘驱动器内部结构的剖面图。

具体实施方式

下面将参照图2至图8来描述本发明中的主轴马达和装有这种主轴马达的磁盘驱动器的一些实施例，但是，本发明并不局限于下面所描述的这些实施例。应当知道，尽管在描述本发明的实施例时为了方便起见，“上部/下部，上/下，等”是相对于图中的竖直方向而言的，但是，在主轴马达的实际安装状态中，这种主轴马达的方位是不受限制的。

I.第一实施例

(1)主轴马达的结构

首先，参照图2至图4来描述本发明第一实施例中的主轴马达。本发明第一实施例中的主轴马达包括：一转子2，该转子由一转子毂2a和一轴2b组成，其中的轴2b与所说的转子毂2a的转动中心同轴设置；一圆筒形外壳6，该圆筒形外壳被固定在一圆形夹持部件(circular boss part)4a内，所说的这个圆形夹持部件4a被设置一支架4上；一中空的类似圆筒形的套筒8，该套筒8被安装在外壳6内。转子毂2a的周边边缘设置有一法兰形的磁盘承载(carry)部分2c，记录盘(如图8中所示的磁盘53)例如硬盘就被承载在该磁盘承载部分2c上，沿着磁盘承载部分2c的底面设置一轭架l0(yoke)。一转子磁铁12通过粘合剂或类似方式被连接到轭架10的内周面上。此外，一定子14被固定到圆形夹持部件4a的圆周面上，该定子14在径向上与转子磁铁12相对置。

通过对金属片材进行挤压加工，使外壳6大致呈底部封闭的杯形。此外，套筒8由多孔的含油的烧结的金属材料制成，在这种金属材料中，铜粉，铁粉等被烧结，并用油浸渍。利用多孔的含油的烧结的金属来制造套筒8，意味着在制造套筒8的同时右以在该套筒内形成一些动压力生成槽，在后面将对这些动压力生成槽进行描述。从而可以降低制造成本。此外，多孔的含油的烧结的金属具有卓越的润滑作用，从而可以减小磨擦，提高轴承可靠性和耐用性。

在套筒8内沿着轴向穿过其中心设置一通孔(轴承孔)；轴2b被插在该通孔内。轴2b的圆周表面在径向上与套筒8的内周面对置，并且其间有一间隙，而轴2b的端面在轴向上与外壳6的封闭端部6a的内表面对置，其间有一间隙。对套筒8进行这样安装，即，使得套筒上端的端面的高度与外壳6的上端的端面的高度大致相同，并且把套筒下端的端面与外壳6的封闭端部的内表面以具有一间隙的方式相对置。同样，外壳6上端以及套筒8上端的端面在轴向上与沿着转子毂2a的底侧的圆形表面(平面)相对置，并且其间有一间隙。

在外壳6以及套筒8的上端的端面与沿着转子毂2a的底侧的表面之间形成的间隙；在套筒8的内周面与轴2的圆周面之间形成的间隙；在外壳6的封闭端部6a的内表面与轴2的端面之间形成的空隙；在邻接的套筒8下端的端面与外壳6的封闭端部6a的内表面之间形成的空隙(这些间隙/空隙中每一个间隙/空隙以及在后面将被简短描述的在通道9内所形成的空隙在下文中都被称做“轴承空隙”)全都是连贯的。油被无中断地持续地维持在这些连贯的空隙内，其中，形成一种充满结构。

此外，在套筒8的圆周表面内设置一些轴向槽8a，这些轴向槽8a从套筒上端的端面延伸至套筒下端的端面。通过把具有这种结构的套筒8连接到外壳6的内周面上，这样，利用这些轴向槽8a和外壳6的内周面来形成所说的通道9。油也被保持在这些通道9内，其中，保持在套筒8的内周面与轴2b的圆周表面之间形成的间隙中的油连续流经：在外壳6以及套筒8的上端的端面与沿着转子毂2a底侧的平面之间的所形成的间隙，在套筒8下端的端面与外壳6的封闭端部6a的内表面之间所形成的空隙，以及通道9。(在后面将详细描述油是怎样通过这些通道9被补偿的。)

外壳6的外周面的上端部被制造成一环形法兰6b，该环形法兰沿径向向外突出，并且具有斜面轮廓，从而使得随着与外壳6的上端面分离的增大，该环形法兰的外周面沿直径方向缩小。同样，位于沿着所说底侧的平面的径向外边缘的转子毂2a的一部分被制成垂向(depend toward)所说支架4的一周壁(peripheral wall)2d。周壁2d的内周面和法兰6b的外周面沿径向对置，并且相互不接触。

正如上面所提到的那样，通过把法兰6b的外周面制成具有一斜面轮廓，使得在周壁2d的内周面与法兰6b的外周面之间的间隙的径向间隙尺寸朝支架4(沿着周壁2d的末端边缘方向)逐渐扩大；也就是说，该间隙呈头部相反的锥形。这就意味着，通过周壁2d的内周面与法兰6b的外周面之间的功能联系(functional association)来形成一锥形密封区域16。只有在这个锥形密封区域16内，保持在上述空隙内的油与空气在油表面张力与大气压相平衡的界面中相接触，从而使油-空气界面形成一种弯液面。

锥形密封区域16用作储油器，从而根据保持在该锥形密封区域16内的油的量，使所说界面的形成位置能移动到适当的地方。这意味着，根据油的保持量的减小，保持在锥形密封区域16内的油被供应到后面描述的一些轴承部分，并且由于热膨胀或其它原因而造成的体积增大的油能被容纳在该锥形密封区域16内。

在外壳6的法兰6b部分的外周面与转子毂2a的周壁2d部分的内周面之间形成一锥形间隙，从而形成所说的锥形密封区域16，其中在这个锥形密封区域16内利用了表面张力，上述这个事实意味着一个沿直径方向较大的锥形密封区域16，以及一个轴向尺寸相对大的锥形密封区域16。于是，就增大了锥形密封区域16的内部容量，以便即使在充满结构的动压力轴承中所保持的大量的油发生膨胀的情况下也足以能相配。

利用粘合剂或类似方式把一环状夹持环18固定到周壁2d的末端边缘，并超过锥形密封区域16。该夹持环18紧密地与法兰6b的底部配合，但相互不接触，从而形成这样一种结构，即，外壳6夹持着转子2，以防止转子2脱出来。

用于夹持着转子2的结构被并排地设置在外壳6的圆周表面旁边，这就意味着这对径向轴承部分和该夹持结构并不设置在沿轴向方向的相同直线上。在后面将对这对径向轴承部分进行详细描述。这样就能将相互对置的轴2b的外圆周面和套筒的内周面的整个轴向高度尺寸用作一轴承，从而进一步减小这种马达的尺寸，同时还能保持轴承强度。

夹持环18的顶面和法兰6b的底面，以及夹持环18的内周面和外壳6的圆周表面都与锥形密封区域16相连贯，并且横跨一间隙而相互对置，所说的该间隙所具有的空隙尺寸小于锥形密封区域16间隙的最小径向空隙尺寸。

把在夹持环18的顶面与法兰6b的底面之间所形成的轴向间隙的间隙、以及在夹持环18的内周面与外壳6的圆周表面之间所形成的径向空隙尺寸设置得尽可能小，从而当主轴马达转动时，使在夹持环18与外壳6之间的这些间隙内的空气流速和在锥形密封区域16内形成的径向间隙内的空气流速的差别增大。外壳6、法兰6b以及夹持环18的用于形成间隙的一些表面起到迷宫式密封的作用，在该迷宫式密封中，空气流速的差别使得作用在由于油的气化已经产生的流出到轴承外部的蒸汽上的阻力增大，使得边界表面附近的蒸汽压力保持很高，从而可进一步防止油发生蒸发泄漏。

提供这种迷宫式密封，并使这种迷宫式密封与锥形密封区域16相连续，这样不仅能阻止油作为流体流出，而且在由于马达外部环境温度升高这样的原因而使油发生气化时能阻止所产生的油雾流出到马达外部。于是，就可以防止所保持的油的量发生减小，对于长时间使用能够保持稳定的轴承性能，从而使得轴承具有很强的耐用性和可靠性。

(2)轴承部分的结构

参照图3A，图中表示出了套筒8的剖面图。如图3A所示，在套筒8的内周面中沿着它的上端设置一些人字形槽20a，这些人字形槽20a用于当转子2转动时在油中产生流体动压力，这些人字形槽是通过把成对的螺旋形条纹连接起来而形成的，这些螺旋形条纹相对于转动方向从相互相反的方向相互倾斜地连接。这样，就在设有人字形槽20a的套筒8的内周面与轴2b的圆周表面之间形成一上部径向轴承部分20。

在上部径向轴承部分20的人字形槽20a中，沿着上侧定位的螺旋形条纹组在轴向尺寸上被设置成大于位于沿着下侧的螺旋形条纹组。当转子2转动时，这样形成的人字形槽20a就在从中心处向下偏移的地点产生一动压力最大值，同时，在产生向下对油进行挤压的压力。这个向内的挤压力使得位于比上部径向轴承部分20低的间隙内的油的内部压力保持在大气压或大于大气压。

同样，在套筒8的内周面中沿着它的下端设置一些人字形槽22a，这些人字形槽22a用于当转子2转动时在油中产生流体动压力，这些人字形槽是通过连接成对的螺旋形条纹而形成的，这些螺旋形条纹相对于转动方向从相互相反的方向相互倾斜地连接，其中，在该内周面和轴2b的圆周表面之间形成一下部径向轴承部分22。

在下部径向轴承部分22中形成的人字形槽被这样来设计，即，使得这些螺旋形条纹产生基本相等的泵送力，于是，这些槽的基本参数(groovefundamental)将是相同的，其中槽的基本参数是指轴向尺寸和相对于转动方向的倾斜角，或槽的宽度和深度。也就是说，这些螺旋形条纹被设计成相对于它们的连接处呈线性对称。因此，在下部径向轴承部分22中，在该轴承的轴向中部产生最大的动压力。

参照图4，图4中表示出了设置在外壳6上端的端面中的泵入的螺旋形槽24a，当转子2转动时，这些螺旋形槽24a产生沿径向向内(朝轴2b)的压力，其中，在沿着转子毂2a的底侧的平面与所说端面之间形成一止推轴承部分24。

应当知道，沿着轴2b的自由端部的端面与外壳6的封闭端部6a的内表面起到一静压(hydrostatic)轴承部分的作用，该静压轴承部分利用油的内部压力，该油的内部压力在止推轴承部分24的螺旋形槽24a的作用下而升高，对此将在后面进行详细描述。

(3)轴支撑方法

下面将详细描述具有上述结构的轴承部分的轴颈支撑方式。

随着转子2的转动，利用上部和下部的径向轴承部分20，22中的人字形槽20a和22a使泵送力升高，从而产生流体动压力。至于在上部和下部的径向流体动力轴承20，22中的压力分布而言，压力从人字形槽20a，22a的并排的每一端突然升高，并且在螺旋形条纹连接处达到最大。在上部和下部的径向液力轴承20，22中所产生的流体动压力被用于通过套筒8和轴2b的上部/下部轴向端部支撑着转子2，并且在对转子2进行对中和对转子进行纠偏方面发挥着作用。

随着转子2发生转动，借助于泵入螺旋形槽24a，在止推轴承部分24中的油中产生径向向内的压力。这个径向向内的压力使油的内部压力升高，从而沿着提升方向在转子2上产生流体动压力，同时，保持着油的压力为正压力，其中所说的油被保持在轴承空隙内(更朝向封闭的端部6a)的深度要深于止推轴承部分24内的深度。应当知道，在止推轴承部分24内产生的流体动压力并不突然升高，而对于上部和下部的径向液力轴承20，22来说是突然升高的；相反，在最大值处，这个流体动压力超过大气压达到一个一定程度的值。在止推轴承部分24内产生的朝内的压力的作用下，使保持在朝内要比止推轴承部分24更深的轴承空隙内的油以压力方式(pressure-wise)进入基本密封状态。

由于在上部径向轴承部分20中形成的人字形槽20的形状在轴向上是不对称的，因此，就会产生向下对油进行挤压的动压力，从而使所产生动压力在从这个轴承部分朝向下部径向轴承部分22偏离一定程度的地点处达到最大值。这个动压力经轴2b的轴向上侧支撑着轴2b，并使得在上部径向轴承部分20和下部径向轴承部分22之间的区域中的压力保持正压力一即保持大气压或更大，以便防止负压的产生。

正如上面刚提到的那样，在止推轴承部分24中产生的压力值稍微超过大气压力的水平，但仅根据这点要单独在转子2上施加足够的提升力(lift)则是成问题的。然而，如上所述，被保持在轴2b的端面和外壳6封闭端部6a的内表面之间的油的内部压力用作静压轴承部分，这是因为这个压力通过通道9被传递，从而使这个压力变得等于由在止推轴承24中产生的流体动压力所升高的油的内部压力。这些止推轴承24和静压轴承部分相关联地运作，以便使足够的提升力被施加到转子上。

在这相同方面，把一环状的压轭(thrust yoke)26设置在支架4上，并与转子磁铁12相对的位置处，其中该压轭是由铁磁性材料制成的，从而在转子磁铁12和压轭26之间产生沿着轴向方向上的磁吸引力。这个磁吸引力用于平衡作用在转子2上的提升力，从而能稳定地朝止推方向支撑着转子2，其中所说的作用在转子上的提升力是由止推轴承部分24和在轴2b的端面和外壳6封闭端部6a的内表面之间的静压轴承部分产生的。这种作用在转子2上的磁性作用力也可以通过例如使定子14和转子磁铁12的磁性中心沿轴向相互移动来实现。

(4)连通通道的结构和功能

设置在套筒8的圆周表面内的轴向槽8a可以被制造成如图4所示那样使断面呈半圆形，也可以被制造成使断面大致呈矩形或三角形，这可以这样来制造，即，在把多孔的含油的烧结金属制造成圆筒形形状的同时，对套筒8进行模具冲压。然而，可以在被制造成圆筒形之后，对套筒8进行机械加工来形成所说的轴向槽8a。

如图3B所示，当套筒8与外壳6的内周面相连接时，在外壳6的内周面与轴向槽8a之间就形成连通通道9，这些连通通道9从套筒8的上端沿着轴向方向延伸到下端。如前所述，在这些连通通道9内所保持的油与一系列轴承空隙内所保持的油是相连通的。类似地，保持在连通通道9内的油的内部压力与保持在轴承部分内的油的内部压力平衡。

要么通过使在设置有上部和下部径向轴承部分20和22的套筒8内周面与轴2b的圆周表面之间所形成的微小间隙的预定尺寸保持一致，要么使人字形槽20a和22a的预定精度保持一致，使得保持在轴承部分内的油至少与在止推轴承部分24内产生的压力相等，这就意味着油的内部压力不会变为负压。

另一方面，如果在加工套筒8的内周面或轴2b的圆周表面的过程中由于存在差异，那么，在套筒8的内周面与轴2b的圆周表面之间的所形成的微小间隙就被构造得在其上端沿轴向的宽度要比在其下端处的宽度宽，沿着下部径向轴承部分22所产生的动压力将会超过在上部径向轴承部分20内所产生的动压力，从而使油从沿着轴向下侧流向上侧，这样就会使沿着外壳6的封闭端部6a所保持的油，即，在轴承空隙内较深处保持的油的内部压力变为负压的危险。同样，如果在套筒8的内周面与轴2b的圆周表面之间所形成的微小间隙被制造成在轴向上在其上端要窄于其下端，那么，设置在上部径向轴承部分20中的人字形槽22a所产生的动压力就会超过预定的压力，造成在轴2b的端面和外壳6的封闭端部6a之间的负压。并且，在这种情况下，当油被设定成从轴向上侧流动到下侧时，存在这样的担心，即在轴2b的端面与外壳6的封闭端部6a之间的油的内部压力恐怕会升高到高于所需的值，从而在转子2上产生过度提升。

与这些方案相比较而言，通过提供连通通道9，使得在止推轴承部分24中产生的动压力稍微减小，这种减小会被传递给沿着外壳6的封闭端部6a所保持的油，从而在正常情况下，在这个区域中的油的内部压力不会变为负压。

如前面所提到的那样，由于其在轴向上呈非对称的形状，设置在上部径向轴承部分20中的人字形槽20a会产生动压力，所产生的这个动压力对油进行向下挤压，以便把位于上部径向轴承部分20与下部径向轴承部分22之间这个区域内的压力正压地保持在大气压或更大，以便防止产生负压。同时，这些人字形槽20a产生压缩力，这个压缩力不断地促使油进行流动，并且对油进行加压，以便使油循环地流到上部径向轴承部分20，从而形成一系列的送油的循环路径：从下部径向轴承部分22，以及从沿着套筒8的下端的端面和外壳6的封闭端部6a的内表面之间，经过连通通道9，以及经过位于沿着套筒8的上端的端面与转子毂2a底侧的平面之间的间隔，流向轴2b的圆周表面的轴向上端区域和套筒8的内周面。

这一系列的循环路径用于通过不断地使油在给定方向上流动从而对轴承空隙内的油的压力进行平衡。这可以防止因负压而产生气泡，并且可以防止在转子上产生过度提升，并且显著地扩大了制造过程中所允许的误差范围，因此，加快了生产速度。对此，即使在制造过程中的某一因素远远地不满足，以致使得沿着下部径向轴承部分22所产生的流体动压力的最大值超过在上部径向轴承部分20中所产生的向内挤压的压力，那么，这个压力差也会使油沿着与上述方向相反的方向流动，从而同样能形成可以消除这种压力差的循环路径。

应当知道，由于连通通道9被这样来设置，即，使得通道9在一端沿径向朝止推轴承部分24内敞开，使得高于大气压的区域内的油压被保持固定不变。这就意味着，比止推轴承部分24更向内的轴承部分在止推轴承部分24的作用下以压力方式(pressure-wise)进入基本密封状态。

例如，如果连通通道9在一端被敞开于轴承部分与锥形密封区域之间，那么，只要在该轴承部分中产生预定的动压力，例如当马达平稳转动时，就会产生足够的支撑刚度，并且，在轴承部分中的产生敲击或擦伤的可能性就会很小。然而，如果马达转速发生下降，例如当使马达停止时，由于连通通道9的一端开向与以压力方式密封的区域相分离的一个区域内，即，开向油压等于或小于大气压的一个区域内，由于与在连通通道9敞开的区域内的油压的这个压差，在轴承部分内的已经被保持在高压状态下的油压就会突降。

通过轴承部分内的压力这样的突然下降，转子2就易发生摇摆或转动偏心，这意味着在构成轴承部分的部件之间例如在轴2b和套筒8之间会发生撞击或擦伤。发生这种现象的一些可想得到的原因包括：在马达2中，通过转子毂2a承载有记录盘，在马达中重量不平衡；马达部件加工和组装方面的误差；或作用在定子14和转子磁铁12之间的磁作用力的不平衡，每当马达被停止时，在轴承部分中就会发生这种撞击和刮擦，这种对构成轴承部分的一些部件的撞击摩损和撕裂会降低马达的可靠性和耐用性。

与这个方案相比较而言，通过使连通通道9朝止推轴承部分24径向向内敞开，用于在油中产生径向向内作用的流体动压力的螺旋形槽24a持续进行泵送操作，直到稍稍在马达完全停止之前为止。由于止推轴承部分24起到一压力分隔壁作用，使得在轴承部分内的压力下降变得容易，从而减轻轴承部分的构成部件的撞击和刮擦，这样就抑制了马达可靠性和耐用性的变劣。

II.第二实施例

下面将参照图5至7来描述本发明第二实施例中的主轴马达。

(1)主轴马达的结构

在前面的第一实施例中所描述的主轴马达具有这样一种结构，即在这种结构中，利用多孔的烧结金属来作用制造套筒8的材料，并且通过把套筒8与外壳6的组合来形成连通通道9。而下面所描述的第二实施例中的主轴马达具有这样一种结构，即在这种结构中，套筒是用铝合金、铜合金、或不锈钢来制造的，因此，就不需要在第一实施例中所描述外壳了。由于在第二实施例中的主轴马达不需要外壳，这就可以减小马达部件的数量，并且可以减小马达组装步骤的数量。

图5中所示的主轴马达具有：一转子106，该转子是由一转子毂102和一轴104构成的，所说的转子毂102由大致呈盘形的一上壁部分102a(顶盘)和一圆筒形周壁部分102b(圆筒形壁)构成，所说的圆筒形周壁部分102b从所说的上壁部分102a的外边缘向下悬垂，并且所说轴104的一端沿周边被固定地装配到转子毂102的顶壁部分102a的中心部分内；一中空的圆筒形套筒108，该套筒108可转动地支撑着所说的轴104；一盖元件110，该盖元件用于封闭套筒108的下部，并且与轴104的自由端相对置；一支架114，该支架与一圆筒形夹持部分(boss portion)112形成一个整体，所说的套筒108就被装配在这个圆筒形夹持部分112内。把具有许多齿的一定子116安装在该夹持部分112的圆周表面上。然后，把一转子磁铁118固定到转子毂102的周壁部分102b的内周面上，其中，转子磁铁118的径向向内的侧面与定子116相对置，并且它们之间具有一间隙。同样，在转子毂102的周壁部分102b的圆周表面的下端部分上设置一法兰形的磁盘承载部分102c，利用这个磁盘承载部分102c来承载着记录盘例如硬盘(如图8中所示的盘53)。在轴104中与它的转动轴线同轴地设置一孔104a，该孔104a在轴向延伸且直立。为了把记录盘保持在转子毂102的磁盘承载部分102c上，用于固定一夹具(图中未示出)的外螺纹(图中未示出)在转子毂102侧被固定在通孔104a的开口内。在这里，将不再对第二实施例中的主轴马达的对转子106进行固定用的固定器以及锥形密封区域的结构进行描述，因此它们基本上与第一实施例中的相同。

(2)轴承部分的结构

在套筒108的上端面与转子毂102的上壁部分102a的底面之间形成一系列微小间隙；并且，从转子毂的上壁部分102a在轴104的圆周表面与套筒108的内周面之间连续；并且在轴104的下端面与套筒108以及盖元件110的内表面连续，其中，油在全部的微小间隙内不中断地连续地被保持着。

如图6所示，在套筒108的内周面上沿着套筒的上端面(沿着转子毂102端)设置一些人字形槽122a，其中当转子106转动时，由这些人字形槽在油中产生动压力。这些人字形槽是通过把相对于转动方向相互朝着相反方向倾斜的成对的螺旋形条纹连接起来而形成的。这样，就在设有这些人字形形槽122a的套筒108内周面与轴104的外圆周面之间形成一上部径向轴承部分122。同样，沿着轴104的底端(沿着盖元件110)在套筒108的内周面上设置一些人字形槽124a，其中当转子106转动时，这些人字形槽124a就在油中产生动压力。这些人字形槽是通过把相对于转动方向相互朝着相反方向倾斜的成对的螺旋形条纹连接起来而形成的。这样，就在设有这些人字形槽124a的套筒108的内周面与轴104的外周面之间形成一下部径向轴承部分124。

在这种结构中，对于在用于构成在上部径向轴承部分122中形成的人字形槽122a的螺旋形条纹，那些位于套筒108上端旁边的螺旋形条纹在轴向上的尺寸被设计得比位于下部径向轴承部分124旁边的螺旋形条纹的尺寸要长。同样，对于在用于构成在下部径向轴承部分124中形成的人字形槽124a的螺旋形条纹，那些位于套筒108下端旁边的螺旋形条纹在轴向上的尺寸被设计得比位于上部径向轴承部分122旁边的螺旋形条纹的尺寸要长。这种结构使得，在上部径向轴承部分122和下部径向轴承部分124中最大压力出现在朝向螺旋形条纹相连接处的上径向轴承部分122和下部径向轴承部分124的中部偏压的地点，而不是出现在朝向这些轴承部分的纵向中心的地点。

此外，如图7所示，在套筒108上端面(在轴向上与上壁部分102a相对置)上设置一些泵入(pump-in)螺旋形槽126a，其中当转子106转动时，这些螺旋形槽126a在油中产生径向向内(朝着轴104)的压力。从而，在套筒108的上端面与转子毂102的上壁部分102a的底面之间形成一止推轴承部分126。此外，在盖元件110的内表面和与之轴向相对置的轴104的底端面之间形成一静压轴承128，该静压轴承128以与第一实施例中的主轴马达类似的方式利用止推轴承部分126的螺旋形槽126a来采用经升高的油的内部压力。在该第二实施例中，主轴马达的用于轴颈支撑的轴承结构支撑方式与第一实施例相似，因此在这里将不再描述。

(3)连通孔的结构和作用

在套筒108中沿轴向穿透地设置一连通孔132。利用该连通孔132把止推轴承部分126径向向内的区域、由轴104的下端面与套筒108和盖元件110的内表面所形成的区域都连通起来。与那些被保持在如上面所描述的一系列微小间隙内的油相相通的油被保持在该连通孔132内。在这里，连通孔132内所保持的油的内部压力也与轴承部分内所保持的油的内部压力相平衡。应当知道，该连通孔132的作用同样与第一实施例中的主轴马达中的对应部分的作用相同。

III.磁盘驱动器的结构

在示意图8中，表示出了通用的磁盘驱动装置50的内部结构。在一外壳51内部形成一个干净空间，在这个干净空间内灰尘和碎屑都非常少，在外壳51内安装一主轴马达52，把用于记录信息的盘状记录盘53装配在主轴马达52上。此外，在外壳51内设置一个磁头移动机构(head-shifting)，该磁头移动机构用于从盘53上读取信息以及向盘53上写入信息。磁头移动机构57由下列部件构成：一些磁头56，用于在盘53上读/写信息；一些臂55，用于支撑着所说的磁头56；一驱动器54，用于在盘53上的必要位置上移动所说的头56和臂55。

把前面所描述的这些实施例中的主轴马达用作磁盘驱动器50的主轴马达，就能降低磁盘驱动器的轮廓，并且能减小成本，同时还能提高稳定性、可靠性以及主轴马达的耐用性，从而能更可靠地进行磁盘驱动。

尽管在前面已经描述了本发明的主轴马达以及配备有这种主轴马达的磁盘驱动器的一些实施例，但是，本发明并不局限于所描述的这些实施例。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明作出各种变化和改变。

Claims (18)

1.一种主轴马达，包括：

一轴；

一单侧端开口的圆筒形轴承元件，该轴承元件具有一轴承孔和一封闭端面，所说的轴被插在该轴承孔内，该封闭端面沿轴向与所说轴的插入端面相对置；

一转子，该转子与所说的轴一起转动，并且具有一圆形平面，该圆形平面从所说轴的圆周表面沿径向朝外延伸；

一系列充有油的轴承空隙，这些轴承空隙形成于所说轴承元件、所说轴、以及所说转子的平面之间；

一止推轴承部分，该止推轴承部分设有一些动压力产生槽，这些槽的形状被构造成在所说转子的转动期间能沿径向向内在油上施加压力，而且这些槽形成于沿所说轴承元件开口端的端面与所说转子的平面之间；

一径向轴承部分，该径向轴承部分设有一些动压力产生槽，这些槽的形状被构造成在所说转子转动期间能从每一端沿轴向向内在油上施加压力，而且这些槽形成于所说轴承孔的内周面与所说轴的圆周表面之间；

一连通通道，该连通通道形成于所说轴承元件中，使得所说通道的一端在所说止推轴承部分上沿径向向内敞开，并且使得在所说轴承孔的内周面与所说轴的圆周表面之间所形成的轴承空隙的其中一个的任一轴向端通过所说通道相连通，以便对所说轴承空隙内的压力进行平衡。

2.一种根据权利要求1所述的主轴马达，其特征在于：设置一些具有泵入轮廓的螺旋形槽，用作在所说止推轴承部分内的动压力产生槽；

所说径向轴承部分沿轴向被分离开，从而在所说轴的圆周表面与所说轴承孔的内周面之间形成成对的组件；

设置一些人字形槽，这些人字形槽沿轴向呈不对称的结构，用作动压力产生槽，这些槽位于所说径向轴承部分的所说成对组件的至少其中一个中，以便从沿着所说轴承元件的开口端朝所说轴承元件的封闭端对油进行挤压。

3.一种根据权利要求1所述的主轴马达，其特征在于：

所说的轴承元件由：其内部设有所说轴承孔的一中空圆筒形套筒，和用于保持所说套筒的带有边缘的呈杯形的单侧端封闭的轴承外壳构成；

所说止推轴承部分形成于沿所说轴承外壳的边缘的端面与所说转子的平面之间；

所说的连通通道由在所说套筒的圆周表面中形成的轴向槽以及所说外壳的内周面构成。

4.一种根据权利要求3所述的主轴马达，其特征在于：还包括：

一圆筒形壁，该圆筒形壁设置在所说的转子上，并从转子的所说平面悬垂，而且该圆形壁沿径向与所说轴承外壳的圆周表面相对置，其间具有一间隙；

一锥形表面，随着该锥形表面随着其外径远离所说转子的所说平面在直径上缩小，该锥形表面形成于所说轴承外壳的圆周表面上；

油在所说锥形表面与圆筒形壁的内周面之间形成并保持一弯液面。

5.一种根据权利要求4所述的主轴马达，其特征在于：

一台阶部分形成于所说的轴承外壳上，在该处，与所说锥形表面相连续的轴承圆周表面沿径向向内凹进；

一径向向内突出的环状元件，其与所说的台阶部分相对应，并被固定到所说转子上的所说圆筒形壁的内周面，所说台阶部分和所说环状元件之间的接合构成一保持器，以便保持着所说的转子；

一微小间隙形成于所说环状元件的上表面与所说台阶部分的底面之间，起到迷宫密封的作用，该微小间隙的尺寸小于在所说轴承外壳的所说锥形表面与所说转子上的所说圆筒形壁的内周面之间形成的径向间隙的最小空隙尺寸。

6.一种根据权利要求1所述的主轴马达，其特征在于：

所说轴承元件由一中空的圆筒形套筒构成，所说的轴承孔形成在该套筒中，该套筒的一端由形成所说封闭端面的一盖元件来封闭；

所说止推轴承部分形成于沿所说套筒另一端的端面与所说转子的平面之间；

所说连通通道由一通孔形成，该通孔沿轴向贯穿所说套筒。

7.一种根据权利要求6所述的主轴马达，其特征在于：还包括：

一圆筒形壁，该圆筒形壁设置在所说转子上，并从所说转子的平面悬垂，该圆筒形壁沿径向与所说轴承外壳的圆周表面相对置，且其间有一间隙；

一锥形表面，形成于所说套筒的圆周表面上，随着锥形表面的外径远离所说转子的平面，该锥形表面就在直径上收缩；其中

所说的油在所说锥形表面与所说圆筒形壁的内周面之间形成一弯液面，并保持着该弯液面。

8.一种根据权利要求6所述的主轴马达，其特征在于：

一台阶部分形成于所说套筒上，在该处，与所说锥形表面相连续的套筒圆周表面沿径向向内凹进；

一径向向内突出的环状元件，其与所说的台阶部分相对应，并被固定到所说转子上的所说圆筒形壁的内周面，所说台阶部分和所说环状元件之间的接合构成一保持器，以便保持着所说的转子；

一微小间隙形成于所说环状元件的上表面与所说台阶部分的底面之间，起到迷宫密封的作用，该微小间隙的尺寸小于在所说套筒的所述锥形表面与所说转子上的所说圆筒形壁的内周面之间所形成的径向间隙的最小空隙尺寸。

9.一种根据权利要求1所述的主轴马达，其特征在于，所说转子在沿轴向作用的磁力的作用下被推向所说轴承元件的所说封闭端面。

10.一种磁盘驱动器，在该磁盘驱动器内安装一盘形记录媒体，在该记录媒体上可记录信息，所说的磁盘驱动器包括：一外壳；一主轴马达，该主轴马达被固定在所说外壳内，用于转动所说的记录媒体；一信息存取装置，用于把信息写入所说记录媒体上的所需要的位置或从这些所需要的位置读取信息；该磁盘驱动器的特征在于所说的主轴马达包括：

一轴；

一单侧端开口的圆筒形轴承元件，该轴承元件具有一轴承孔和一封闭端面，所说的轴被插入在该轴承孔内，该封闭端面沿轴向与所说轴的插入端面相对置；

一转子，该转子与所说的轴一起转动，并且具有一圆形平面，该圆形平面从所说轴的圆周表面沿径向朝外延伸；

一系列充有油的轴承空隙，这些轴承空隙形成于所说轴承元件、所说轴和所说转子的平面之间；

一止推轴承部分，该止推轴承部分设有一些动压力产生槽，这些槽的形状被做成在所说转子的转动期间能沿径向向内在油上施加压力，而且这些槽形成于沿所说轴承元件的开口端的端面与所说转子的平面之间；

一径向轴承部分，该径向轴承部分设有一些动压力产生槽，这些槽的形状被做成在所说转子转动期间能从每一端沿轴向向内在油上施加压力，而且这些槽形成于所说轴承孔的内周面与所说轴的圆周表面之间；

一连通通道，该连通通道形成于所说轴承元件中，使得所说连通通道的一端在所说止推轴承部分上沿径向向内敞开，并且使得在所说轴承孔的内周面与所说轴的圆周表面之间所形成的轴承空隙的其中一个的任一轴向端通过所说通道相连通，以便对所说轴承空隙内的压力进行平衡。

11.一种根据权利要求10所述的磁盘驱动器，其特征在于：

设置一些具有泵入轮廓的螺旋形槽，用作在所说止推轴承部分内的动压力产生槽；

所说径向轴承部分沿轴向被分离开，从而在所说轴的圆周表面与所说轴承孔的内周面之间形成成对的组件；

设置一些人字形槽，这些人字形槽沿轴向呈不对称的结构，用作动压力产生槽，这些槽位于所说径向轴承部分的所说成对组件的至少其中一个中，以便从沿着所说轴承元件的开口端朝所说轴承元件的封闭端对油进行挤压。

12.一种根据权利要求10所述的磁盘驱动器，其特征在于：

所说的轴承元件由：其内部设有所说轴承孔的一中空圆筒形套筒，和用于保持所说套筒的带有边缘的呈杯形的单侧端封闭的轴承外壳构成；

所说止推轴承部分形成于沿着所说轴承外壳的边缘的端面与所说转子的平面之间；

所说的连通通道由形成在所说套筒的圆周表面中的轴向槽以及所说外壳的内周面构成。

13.一种根据权利要求12所述的磁盘驱动器，其特征在于：还包括：

一圆筒形壁，该圆筒形壁形成于所说的转子上，并从转子的平面悬垂，而且该圆形壁沿径向与所说轴承外壳的圆周表面相对置，其间具有一间隙；

一锥形表面，随着该锥形表面的外径远离所说转子的平面，该锥形表面的在直径上缩小，该锥形表面形成于所说轴承外壳的圆周表面上；

油在所说锥形表面与圆筒形壁的内周面之间形成并保持一弯液面。

14.一种根据权利要求13所述的磁盘驱动器，其特征在于：

一台阶部分设置在所说的轴承外壳上，在该轴承外壳处，与所说锥形表面相连续的其圆周表面沿径向向内凹进；

一径向向内突出的环状元件被固定到所说转子上的所说圆筒形壁的内周边，并与所说的台阶部分相对应，所说台阶部分和所说环状元件之间的接合构成一保持器，以便保持着所说的转子；

一微小间隙形成于所说环状元件的上表面与所说台阶部分的底面之间，起到迷宫密封的作用，该微小间隙的尺寸小于在所说轴承外壳的所说锥形表面与所说转子上的所说圆筒形壁的内周面之间形成的径向间隙的最小空隙尺寸。

15.一种根据权利要求10所述的磁盘驱动器，其特征在于：

所说轴承元件由一中空的圆筒形套筒构成，所说的轴承孔设置在该套筒中，该套筒的一端由形成所说封闭端面的一盖元件来封闭；

所说止推轴承部分形成于沿所说套筒另一端的端面与所说转子的平面之间；

所说连通通道由一通孔形成，该通孔沿轴向贯穿所说套筒。

16.一种根据权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于：还包括：

一圆筒形壁，该圆筒形壁形成于所说转子上，并从所说转子的平面悬垂，该圆筒形壁沿径向与所说轴承外壳的圆周表面相对置，且其间有一间隙；

一锥形表面，形成于所说套筒的圆周表面上，随着锥形表面的外径远离所说转子的平面，该锥形表面就在直径上收缩；其中

所说的油在所说锥形表面与所说圆筒形壁的内周面之间形成一弯液面，并保持着该弯液面。

17.一种根据权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于：

一台阶部分形成于所说套筒上，在所说套筒上，与所说锥形表面相连续的其圆周表面沿径向向内凹进；

一径向向内突出的环状元件，其被固定到所说转子上的所说圆筒形壁的内周面，并与所说的台阶部分相对应，所说台阶部分和所说环状元件之间的接合构成一保持器，以便保持着所说的转子；

一微小间隙形成于所说环状元件的上表面与所说台阶部分的底面之间，起到迷宫密封的作用，该微小间隙的尺寸小于在所说轴承套筒的锥形表面与所说转子上的所说圆筒形壁的内周面之间所形成的径向间隙的最小空隙尺寸。

18.一种根据权利要求10所述的磁盘驱动器，其特征在于，所说马达在沿轴向作用的磁力的作用下被推向所说轴承元件的所说封闭端面。

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