PT97048A - Motor de baixo perfil para accionamento de discos - Google Patents

Description

72 302 KMC-009

MEMÓRIA DESCRITIVA δΜΒΙΤΟ DO.....INVENTO. 0 presente invento refere-se a configurações para accionamento de disco de dados fechados e a componentes de suporte de almofada de deflexão utilizáveis em accionadores de disco de dados e noutras aplicações.

FUNDAMENTQ DO INVENTO

Este invento refere-se, em parte, a um rnotor para fazer rodar um disco magnético. Em particular, refere-se a um motor que é utilizado numa aplicação, em que discos magnéticos, cada um deles formado com uma camada magnética sobre um disco metálico, são conduzidos pelo motor e a informação é gravada no disco magnético e reproduzida do mesmo por cabeças magnéticas dispostas próximo das superfícies superior e inferior de cada disco magnético. Tais motores são vulgarmente referidos como motores accionadores de disco. 0 aumento da utilização de discos magnéticos rotativos como um meio de memória de computador criou uma necessidade de accionadores pequenos com velocidade elevada que façam rodar e posicionem com precisão discos magnéticos utilizados como memórias. Em tais accionadores tem sido utilizados motores do tipo rotor exterior que têm um rotor magnético permanente que circunda um estator, tal como um estator multípolar. Uma tal construção é mostrada na patente U.S. N2. 4 599 664 de Schok. 0 estator tem tipicamente um enrolamento de fase única, que produz um campo alternado e um momento de relutância auxiliar que, em cooperação com o binário electromagnético, produz um binário total de elevada constância. 0 veio do rotor está montado dentro do estator por meio de uma estrutura de rolamento de esferas, estando o rotor seguro à extremidade exterior do veio do rotor e definindo um suporte de apoio arqueado. 0 accionador do disco está seguro á extremidade oposta do veio do motor.

Os accionadores de disco requerem estruturas para suportar o rotor montado em cantilever, que proporcionem um suporte preciso ./7 72 302 KMC-009 m d 'r " (Í3 A~ e com vida longa- Têm sido sugeridos várias mangas e estruturas de apoio e elementos de rolamento (por exemplo, esferas), para utilização em motores de magneto permanente para accíonadores de disco.

Numa unidade de rolamento de esferas, descrita nos antecedentes da patente U.S. Nó. 4 762 250 para Seitz, um par de rolamentos de esferas, de elevada precisão de rotação e espaçados axialmente, estão seguros dentro de um cubo maquinado da estrutura do estator. A pista exterior de cada rolamento está encaixada dentro do cubo. A pista exterior de um primeiro rolamento está ligada dentro do cubo. 0 segundo rolamento é seguro no cubo durante a montagem por um componente anel tónico (o-ring) especial, localizado dentro de um rebaixo anular no cubo. As pistas interiores dos rolamentos estão encaixadas no veio do motor e, geralmente, numa relação de encosto com um ιι -.xalto de localização no veio e um componente cubo exterior na extremidade exterior do veio. Um anel de pressão em aço ou um espaçador inteiriço está entreposto, dentro de um rebaixo maquinado no cubo, entre os dois rolamentos. São entrepostas anilhas de rnola planas adequadas entre o anel de aperto e os respectivos rolamentos exteriores opostos dos ditos apoios espaçados, para carregar resilientemente os rolamentos e segurã-. los em posição com a precisão e suporte desejados. A patente de Seitz também descreve um rotor em forma de taça que se sobrepõe o estator e tem um veio de rotor apoiado em rotação no cubo por apoios de precisão selados e espaçados.

Embora, os apoios,ou chumaceiras de elemento de rolamento tais como rolamentos de esferas tenham sido e sejam presentemente largamente utilizados nos motores comercialmente disponíveis, a sua utilização apresenta vários problemas. Por exemplo, os rolamentos de esferas estão sujeitos a desgaste relativamente rápido e avarias rápidas, especialmente se o ambiente em que são localizados se tornar contaminado. Isto é, evidentemente, verdade para qualquer estrutura de suporte que se baseie em rolamentos ou outro contacto sólido entre os componentes rotativo e 72 302 KMC-009

•--e^irfggÇSF -5- estacionários. Adicionalmente, os rolamentos de esferas são volumosos e aumentam significativamente as dimensões tanto radial como vertical do accionador de disco. Por estas razões, os rolamentos de esferas afectam adversamente tanto o custo como a segurança dos accionadores de disco. Assim, mantém-se uma necessidade de melhorar as caracteristicas de funcionamento da estrutura de suporte do rotor, para minimizar o custo..

Existem, evidentemente, muitas alternativas conhecidas para apoios, ou chumaceiras, com elementos de rolamento (esferas, roletes e agulhas). Entre estes existem apoios, ou chumaceiras com elemento de articulação e apoios, ou chumaceiras, hidrodinâmicos» 0 presente inventor também desenvolveu um apoio, ou chumaceira, hidrodinâmico de almofada de deflexão, que inclui uma pluralidade de almofadas de apoio, ou de chumaceira e uma estrutura de suporte que suporta as almofadas de apoio, para deflexão numa maneira que optimiza a formação da cunha hidrodinâmica. Apesar dos recentes avanços nestas tecnologias alternativas de apoio, ou de chumaceira, mais notavelmente dos desenvolvimentos do presente inventor no campo dos apoios, ou chumaceiras, hidrodinâmicos, estas tecnologias não têm sido largamente utilizadas em accionadores de disco. De algum modo, isto pode ser o resultado de uma falha em reconhecer a aplicabilidade de outras formas de apoios, ou de chumaceiras, para accionadores de disco ou a natureza recente dos melhoramentos na tecnologia dos apoios, ou das chumaceiras.

Uma outra chumaceira conhecido é a chamada chumaceira lubrificada por gás. Taís chumaceiras são feitos pela formação (tipicamente por erosão) de uma superfície com contonos na superfície de um ou tanto do veio rotativo como do suporte de veio estacionário. Por conveniência de fabrico, o contorno é usualmente formado ern apenas uma das superfícies e uma das duas superfícies opostas é deixada polida. É rnantida uma folga de precisão entre a superfície de suporte e o veio, um dos quais tem, pelo menos, uma superfície com contonos de modo que, quando o veio começa a rodar, o fluxo de gás através da superfície com contonos torna-se turbulento e é pressurizado com o grau 72 302 KMC-009 -6- ..= - ****»**» •J· 4 necessário para suportar o veio. Se as tolerâncias forem cuidadosamente mantidas, de modo que o chumaceira funcione como desejado, o veio e o chumaceira não entram ern contacto; em vez disso, o veio é suportado numa almofada de ar pressurizado- Tais construções de chumaceira lubrificadas por gás podem ser aplicadas a chumaceiras tanto radial como de impulso. Adicionalmente, podem ser utilizadas várias formas de contornos, incluindo a cónica, a cónico-plana, em degrau, de cavidade, de ranhura, em espiral e contornos em forma de espinha de peixe. Pelo menos, para chumaceiras de impulso, acredita-se que um contorno de ranhura em espiral é provavelmente o melhor.

Uma das maiores desvantagens -das chumaceiras lubrificadas por gás convencionais, particularmente no que diz respeito ás chumaceiras radiais, são as pequenas tolerâncias de fabrico requeridas para manterem folgas de apertadas. Uma vez que as chumaceiras lubrificadas por gás, são tipicamente, utilizadas ern aplicações de carga ligeira e pequena, e a profundidade dos contornos pode estar na gama de 2,54 rnicron, tal espaçamento entre o veio e o componente de suporte deve ser muito pequeno. Na prática, tem-se encontrado dificuldades em fabricar economicamente com estas tolerâncias apertadas. Assim, apesar das vantagens que oferecem, as chumaceiras lubrificadas por gás também ainda não encontraram grande aceitação como substituto para as chumaceiras de elementos de rolamento e outros tipos de chumaceiras.

Ocorre uma desvantagem similar com uma outra chumaceira conhecida, referida de uma maneira comum como chumaceira plana ou lubrificada por grafite. Esta chumaceira é, simplesmente, uma manga polida formado por um metal poroso tal como, por exemplo, bronze. 0 metal poroso está carregado com um óleo ou grafite lubrificante. A superfície de suporte do elemento, que se move relativamente à chumaceira plana, desliza simplesmente no óleo, ou na superfície lubrificada por grafite, da chumaceira plana. Contudo, para se obter um desgaste uniforme e para se obter um posicionamento preciso do veio, a chumaceira tem que ser fabricada com tolerâncias extremamente apertadas. Consequentemen···· ~7- ~7- / 72 302 KMC-009 te, este tipo de chumaceira não é largamente utilizado em accionadores de disco.,

Como sugerido acima, as construções de chumaceira alternativas nâo foram ainda incorporadas em accionadores de discos de um modo comercialmente bem sucedido. Assim, apesar das desvantagens reconhecidas dos chumaceiras de elemento de rolamento, eles ainda prevalecem na indústria de accionadores de disco.

Uma outra tendência, dentro do campo dos accionadores de disco, são os accionadores de disco de baixo perfil; isto έ particularmente verdade no campo dos computadores da última geração. Têm sido feitas numerosas tentativas para diminuir o perfil (altura vertical) dos accionadores de disco, sem afectar o rendimento. Um exemplo de uma tal tentativa ê descrita na patente U.8. NQ« 4 658 3.12 concedida a Elsasser, et al. As construções tais como, esta empregam tipicamente rolamentos de esferas e um veio e rotor separados; estas características limitam o grau de diminuição da altura vertical porque, por exemplo, o topo do alojamento do rotor tem que ser suficientemente espesso para permitir a ligação ao veio separado.

Assim, permanece uma necessidade para um accionador de disco de baixo perfil que seja seguro, não seja caro e tenha pouco peso. Existe também uma necessidade de meios, outros que não rolamentos de esferas, para suportarem o veio de uma construção de accionador de disco de baixo perfil- Finalmente, existe uma necessidade de uma chumaceira lubrificada por gãs que possa ser fabricada economicamente, isto é, não tenha que ser fabricada coro tolerâncias muito apertadas.

SUMARIO DO.....INVENTO 0 presente invento proporciona um motor de accionador de disco de baixo perfil, que ultrapassa as desvantagens dos motores accionadores de disco de baixo perfil conhecidos por, por exemplo, proporcionar um projecto modificado de rotor e/ou carcaça do estator. 0 presente invento proporciona também um motor de accionador de disco que inclui um componente de suporte de almofada de jf 72 302 KMC-0G9

-8- deflexão montado quer rio rotor quer no estator, para suportar o rotor, permitindo a sua rotação relativamente ao estator. 0 componente de suporte de almofada de deflexão pode ser um componente de suporte que tenha chumaceiras suportadas por uma estrutura de suporte, para formar assim uma cunha hidrodinâmica, ou um novo plano auto-ajustável, ou componente de suporte de almofada de deflexão lubrificada por gás aqui descritos. Adicionalmente, o presente invento proporciona urn componente original e novo de suporte de almofada de deflexão, que evita as desvantagens associadas aos suportes de chumaceira de elementos de rolamento; este novo componente de suporte de almofada de deflexão tem muitas aplicações e pode ser utilizado rio motor de accionador de disco do presente invento. 0 motor para accionamento de um disco magnético incluí uma carcaça de rotor que tem, pelo menos, um magneto permanente montado na mesma e que inclui, pelo menos, uma porção de superfície cilíndrica, prolongando-se axialmente, um estator, incluindo laminações e enrolamentos e, pelo menos, uma superfície cilíndrica que é coaxial com a superfície cilíndrica do rotor e espaçada dele por uma distância predeterminada e, pelo menos, um componente de suporte para suportar o rotor para rodar, relativamente, ao estator. 0 componente de suporte erstá montado no rotor ou no estator, para permitir a rotação relativa ao outro componente, tendo o outro componente a superfície de suporte. Se o componente de suporte é um componente de suporte de almofada de deflexão pode incluir uma pluralidade de almofadas, substancial-mente, rígidas e uma estrutura de suporte para suportar as almofadas. A estrutura de suporte é prorjectada para obrigar as almofadas a deflectír como desejado sob carga. No caso de chumaceira hidrodinâmica, isto significa deflexão para optimizar a formação da cunha. Para uma chumaceira plana ou lubrificada por gás, isto significa deflexão radial. 0 componente de suporte de almofada de deflexão está montado no componente estacionário ou no componente rotativo para pei— mitir o movimento rotativo de um componente relativamente ao outro. 0 outro componente tem uma superfície de suporte. 0 9 72 302 ΚΜ0009 componente de suporte de almofada de deflexão inclui uma pluralidade de almofadas, substancialmente, rígidas e uma estrutura de suporte para suportar as almofadas. Cada almofada tem uma superfície de almofada, adaptada para contactar com a superfície de suporte do componente, que roda relativamente a ela- A estrutura de suporte inclui uma porção de suporte primária substancialmente rígida que suporta as almofadas, uma porção de suporte secundária, semelhante a uma membrana, suportando a porção de suporte primária e uma porção de suporte terciária, substancial-mente rígida, que suporta a porção de suporte secundária, para se movimentar na direcção radial- A porção de suporte secundária é flexível apenas na direcção axial- A estrutura de suporte está disposta para inibir, substancialmente, o movimento das almofadas diferente do movimento directamente na direcção de ou afastando-se da superfície que contactam- Se o componente de suporte é para ser lubrificado por gás, é formado um contorno em, pelo menos, uma das superfície de almofada e superfície de suporte. 0 contorno á conformado de modo que, pela rotação do componente rotativo, o ar localizado entre as almofadas e a superfície é pressurizado, de modo que as almofadas deflectem, afastando-se da superfície de suporte e ficam separadas por uma película de fluido pressurizado. Se o componente de suporte é plano, então, pelo rnenos, as almofadas são formadas por um material poroso, preferivelmente, um metal como o bronze e um lubrificante tal como um óleo ou grafite é carregado no metal poroso.

Numa concretização, o motor de accionador de disco fechado inclui uma carcaça de rotor, que tem uma porção em forma de taça com paredes cilíndricas e uma extremidade fechada, e um veio que se prolonga a partir da extremidade fechada coaxial em relação ãs paredes cilíndricas, um estator tendo, pelo rnenos, uma porção montada no espaço cilíndrico entre as paredes e o veio, e um componente de suporte de almofada de deflexão para suportar o rotor em rotação relativamente ao estator.

Numa versão modificada desta concretização, o estator pode ter a forma de taça, assim como estar adaptado para se encaixar dentro do rotor (com as extremidades abertas dos respectivos -10- 72 302 KMC-009 componentes de taça, viradas em direcções opostas), de modo a, entre outras coisas, eliminar a necessidade de um conjunto de vedantes e permitir a redução adicional do perfil do accionador de disco» 0 componente de suporte de almofada de deflexão que suporta o rotor, permitindo o movimento de rotação relativamente ao esta-tor pode ser uma chumaceira de almofada de deflexão, uma chumaceira piaria, ou uma chumaceira lubrificada por gás, que é carregada por mola pela montagem numa almofada de deflexão radial, ou uma chumaceira combinada hidrodinâmica © lubrificada por gas, na qual é proporcionado um tipo de contorno de lubrificação por gás, na superfície de almofada de uma chumaceira hidrodinâmica, ou na superfície de suporte relativamente à qual a almofada se move» Normalmente, o componente de suporte está localizado entre o es-tator e o veio, que se prolonga a partir do rotor. Quando é utilizado um componente de suporte de almofada de deflexão (ou uma chumaceira hidrodinâmica, ou uma chumaceira plana ou uma chumaceira lubrificada por gás), o mesmo pode ser montado quer no estator quer no rotor» Se montado no rotor, as forças centrífugas fecharão a folga inicial, mas o resultado final será uma relaxação das tolerâncias de fabrico»

Numa outra concretização do presente invento, o accionador de disco de baixo perfil fechado pode ter uma construção, na qual tanto o estator como o rotor têm uma configuração em forma de taça e o rotor inclui adicionalmente às paredes cilíndricas que formam a sua periferia exterior, uma parede cilíndrica interior; a parede periférica exterior cilíndrica do estator prolonga-se no espaço entre as paredes periféricas interior e exterior do rotor» Nesta concretização, as chumaceiras de componente de suporte de almofada de deflexão são montadas entre as paredes cilíndricas coaxiais espaçadas dos componentes em forma de taça, isto é, entre a parede periférica cilíndrica do estator e uma das paredes do rotor» 0 tipo de chumaceira empregue nesta construção pode ser ou uma chumaceira de elemento de rolamento, ou uma chumaceira de almofada de deflexão, ou uma chumaceira lubrificada por gás, ou uma chumaceira piaria montada numa mola ou almofada de deflexão» -11- 72 302 KMC-009

Esta construção torna possível suportar o estator do motor numa forma em caritilevar e eliminar o suporte de veio, se desejado» Esta construção oferece uma vantagem adicionais, uma vez que é apenas necessário vedar uma extremidade do conjunto. 0 presente invento refere-se também a uma construção de chumaceira auto-ajustável plana ou lubrificada por gás, que é geralmente útil como um substituto para uma chumaceira de elemento de rolamento ou outro, e está particularmente bem adaptada para suportar o rotor, -do presente invento, relativamente ao estator. A chumaceira inclui uma almofada suportada por uma estrutura de suporte numa forma semelhante a uma rnola, para se movimentar radialmente para dentro e para fora na direcção do componente a ser suportado.

A estrutura de suporte inclui uma porção de suporte primária rígido, uma membrana flexível como uma porção de suporte secundária e urna porção de suporte terciária espaçada, disposta de modo que o componente de suporte secundário flecte de uma forma semelhante a um trampolim, para permitir o movimento da almofada radialmente para dentro e para fora, mas para inibir a deflexão em qualquer outra direcção. 0 componente de suporte pode ser dimensionado de modo que, no estado estático, as superfícies das almofadas fiquem em contacto directo com a superfície do componente rotativo a ser suportado. Por exemplo, se o componente de suporte é para ser montado no estator, para suportar o veio, o diâmetro interno do componente de suporte é projectado para ser ligeiramente mais pequeno do que o diâmetro exterior do veio a ser suportado, de modo que quando o veio está inserido no componente de suporte, as almofadas são obrigadas a deflectir para fora e são, subsequentemente, comprimidas no veio. Uma vez que a almofada está montada para deflectir radialmente para dentro e para fora na direcção do veio e porque é inicialmente ajustada com folga zero no veio, para pressionar prevlamente as almofadas na direcção do veio, as almofadas terão sempre a tendência para se movimentarem na direcção do veio. Quando o componente de suporte está seguro no rotor, para rodar relativamente ao estator, pode ser desejável dimensionar a periferia exterior dos KMC-009

.nfP componentes de suporte para ter uma ligeira folga relativamente á superfície de suporte do estator. Se isto é feito, a estrutura de suporte pode ser projectada de modo que as almofadas se movam para fora, como urn resultado da força centrífuga, para fechar a folga com o grau necessário, de modo a estabelecer uma espessura de película de fluido apropriada. Assim, a estrutura de suporte pode ser projectada para funcionar como uma rnola orientada radiai, mente., pressionando as almofadas para dentro ou para fora.

No caso de um componente de suporte lubrificado por gás, uma ou ambas a superfície de almofada e a superfícies a ser suportada são proporcionadas com uma forma com contonos de modo que quando o rotor começa a rodar, o gás (tal como o ar) passa através da superfície com contonos e é progressivamente pressurizado até atingir um ponto, em que a pressão de gás excede a rigidez característica da estrutura de suporte; neste caso, o ponto em que a pressão de gás se torna suficiente para flectir a membrana da porção de suporte secundária. Neste ponto, a almofada começa a deflectir radialmente para fora ern afastamento da superfície a ser suportada com precisão, de modo que se desenvolve uma película de gás pressurizado entre a almofada e a superfície a ser suportada. Eventualmente, é atingido um estado de equilíbrio e o veio é suportado numa película de gás pressurizado e não tem contacto com a superfície de suporte. Quando as almofadas são movidas na direcção da superfície de suporte, pela força centrífuga, a pres-são de gás equilibra a tendência das almofadas para se moverem radialmente para fora. Na prática, a película de fluido é estabelecida quase instantaneamente.

No caso de uma chumaceira plana, a superfície de almofada e a superfície de suporte são polidas e, pelo menos, uma delas é formada por material poroso, usualmente metal, carregado com urn lubrificante tal como óleo ou grafite.

Podem ser utilizadas várias formas de contornos, incluindo a cónica, a cónica-plana, em degrau, de cavidade, em ranhura, em espiral e contornos em espinha de peixe. Para uma chumaceira radial, uma construção de contorno em forma de espinha de peixe é 72 302 KMC-009 -13-

.X'/: -r» relativamente simples de formar e proporciona bons resultados» Consequentemente, é a construção recomendada para uma chumaceira radial. Por outro lado, para uma chumaceira de impulso, uma construção de contorno de ranhura em espiral é, provavelmente, a melhor»

As construções de chumaceiras planas e lubrificadas por gás do presente invento obviem os problemas experimentados com as chumaceiras planas e lubrificadas por gás conhecidas, por não existir a necessidade de fabricar o componente de suporte para as tolerâncias apertadas requeridas pelas construções conhecidas. Em ) vez disso, a distância entre a almofada e o veio a ser suportado é ajustada automaticamente; no caso de uma chumaceira lubrificada, por gás, isto é feito pela interacção da pressão de gás e da estrutura de suporte tipo mola de cada almofada de chumaceira» 0 presente invento também se refere a uma chumaceira hidrodinâmica lubrificada por gás que tem urna construção e funcionamento semelhante à chumaceira lubrificada por gás acima descrita., mas inclui uma estrutura de suporte, que obriga a almofada de chumaceira a formar uma cunha hidrodinâmica, relativamente à superfície de suporte» Podem ser utilizadas várias estruturas de suporte para se conseguir tal deflexão, incluindo as descritas aqui» >

De acordo com um outro aspecto do presente invento, a estrutura de suporte de almofada de deflexão pode ser modificada, para. permitir assim que seja montada no componente em movimento ou rotor, de uma forma que permite às almofadas funcionarem contra o estator» 0 presente invento também se refere ao funcionamento da estrutura de suporte de almofada que permite uma tal construção»

Quando os componentes de suporte de almofada de deflexão (quer sejam do tipo cunha ou do tipo de superfície dé contorno) são utilizados no accionador de disco do presente invento, é preferível utilizar chumaceiras formadas por materiais não magnéticos, por exemplo, materiais não metálicos, de modo que as forças magnéticas que actuam dentro do rotor, não afectem o 72 302 KMC-009

14- desempenho da chumaceira» 0 componente de suporte hidrodinâmico, plano ou lubrificado por gás do presente invento pode ser formado utilizando qualquer processo convencional» Por exemplo, as almofadas e estrutura de suporte podem ser formadas por moldação, extusão, corte por laser, corte por jacto de água, ou maquinagem por descarga eléctrica» Adicionalmente, uma maneira particularmente vantajosa de formar o contorno quer no componente rotativo quer no componente de suporte é o chamado processo de fotocorte, no qual uma película foto- -resistente é colocada sobre.o veio, e έ utilizado um raio especial, para corroer o metal do veio»

As chumaceiras lubrificadas por gás do presente invento utilizam a película de ar criada pelo contorno formado na superfície do veio ou a almofada, para gerarem um atrito de alta viscosidade no ar aspirado nas ranhuras pela alta velocidade de rotação do veio» 0 veio flutua na película de ar assim criada. A construção proporciona ainda o fabrico de um disco de baixo perfil simples e seguro. Proporcionando suportes de deflexão entre o estator ε o rotor, em vez de rolamentos de esferas, proporciona-se um suporte melhorado a uma fracção do custo dos rolamentos de esferas. Adicionalmente, os suportes de deflexão que obrigam o veio a ser suportado por uma película de fluido tem uma vida esperada bastante maior do que os rolamentos de esferas- Em particular, testes preliminares indicam que os componentes de suporte do presente invento terão uma duração muito maior do que os rolamentos de esferas.

Além disso, a construção fechada do presente invento pode ser montada muito mais facilmente do que as construções convencionais, devido às poucas partes utilizadas e porque a configuração da carcaça permite um maior grau de montagem modular»

BREVE.....DESCRIÇÃO.....DOS.....DESENHOS A FIG. 1 é um corte transversal algo esquemático de uma construção de accionador de disco, de acordo com o presente inven- "15" 72 302 KMC-009 to. A FIG. 2 é um corte transversal de uma outra concretização do presente invento. A Flfâ. 3A é um corte transversal de um suporte de veio, de acordo com o presente invento. A FIG. 3B é uma vista axial do suporte de veio da FIG. 3A. A FIG. 4A é um corte transversal parcial de um outro suporte de veio, de acordo com o presente invento. A FIG. 4B é um corte transversal de uma porção diferente do suporte de veio da FIG. 4A.

A FIG. 40 é uma vista axial do suporte de veio das FIGS. 4A e 4B. A FIG. 5 é uma vista algo esquemática de um outro accionador de disco, de acordo com o presente Invento. A FIG. 6 é um corte transversal algo esquemático de um outro accionador de disco, de acordo com o presente invento. A FIG. 7A é uma vista axial de um suporte de veio móvel, de acordo com o presente invento. A FIG. 7B é um corte transversal parcial do suporte de veio móvel da FIG. 7A. A FIG. 8A é uma vista axial de um outro suporte de veio móvel, de acordo com o presente invento. A FIG. 8B é um corte transversal parcial do suporte de veio móvel da FIG. 8A. A FIG. 8C é um corte transversal parcial diferente do su -16 72 302 KMC-009 porte de veio móvel da FIG. 8A. A FIG- 9A mostra um corte transversal parcial algo esquemático de um outro accionador de disco. A FIG- 9B mostra urn corte transversal parcial algo esquemático de ainda um outro accionador de disco. A F1'Q. 10A é uma vista em perspectiva parcial, mostrando um contorno em forma de espinha de peixe formado numa almofada de chumaceira. ) A FIG. 108 é uma vista ern perspectiva parcial, mostrando um contorno em forma de espinha de peixe formado num veio. A FIG. 10C é uma vista em perspectiva parcial, mostrando um contorno cónico formado num veio.

DESCRIÇÃO DETALHADA A FIG. 1 mostra um primeiro motor de accionador de disco de acordo com o presente invento. 0 motor de accionador de disco inclui um rotor 10, um estator 20, que tem um enrolamento motor, um par de suportes de veio estacionário 30, uma cavidade de óleo 35 entre os suportes de veio 30, e um par de meios de vedação tais como vedantes ferrofluidicos 40, vedando a cavidade de óleo 35. 0 rotor pode ser formado por materiais quer metálicos quer não metálicos, sendo geralmente adequado o alumínio.

Os componentes electromagnéticos do rotor 10 e do estator 20 são convencionais- Em particular, a carcaça exterior está munidacom uma pluralidade de segmentos magnéticos permanentes ou um segmento magnético parcial 11, como é conhecido na arte. 0 estator 20 incluí uma laminagem de estator 22 e um enrolamento de estator 21 como é conhecido na arte. Quando é proporcionada corrente ao enrolamento do estator, o campo electromagnétic-o do enrolamento coopera com o campo magnético do(s) magneto(s) permanente(s) para gerar um binário electromagnético, pelo qual o rotor é accionado. 72 302 KMC-009

yr 17 0 presente Invento é especificamente dirigido à. disposição estrutural do estator e do rotor, e do suporte do rotor para rotação relativamente ao estator, A FIG. 1 mostra uma primeira concretização, na qual o rotor 10 tem uma carcaça exterior em forma de taça e uma porção de veio central. Os suportes de veio estacionários 30, que são descritos em detalhe abaixo, suportam a porção central de veio do rotor 10 em rotação.

Proporcionando de uma porção de velo central inteiriça com o ) rotor 10, reduz-se o número de partes e simplifica-se a construção do accionador de disco, pela eliminação da necessidade de ligar um veio separado ao rotor ou, no caso de muitos acciona-dores de disco, proporcionar chumaceiras entre o rotor e um veio estacionário. Adicionalmente, o perfil (altura vertical) do accionador de disco pode ser reduzido, porque a porção de topo do rotor 10 não tem de ser tão espessa, como nas construções da arte anterior, nas quais o veio é encaixado à pressão ou enroscado no topo do rotor- Adicionalmente, o peso do conjunto pode ser reduzido, uma vez que, devido à ligação inteiriça do veio ao rotor, «a porção interior do veio pode ser oca (como mostrado em línas a traço-ponto na FIG. 1), se desejado, para assim reduzir o seu peso. ►

Se deve ser formado um acabamento, ou contorno, particular na porção de veio, pode ser desejável utilizar a porção de veio inteiriça como um poste de montagem para uma manga separada, o qual tem o acabamento, ou contorno, desejado. Por exemplo, se o veio deve ter um contorno formado, para utilização com uma chumaceira lubrificada por gás (explicado abaixo), podia ser montado uma manga separada 12 (mostrado em a traço-ponto), tendo o contorno desejado gravado na sua superfície, na porção de veio do rotor 10. Evidentemente, a porção de veio teria de ter uma dimensão radial reduzida, para acomodar a espessura radial da manga. Uma tal construção seria normalmente preferida para formar um contorno directamente na porção de veio do rotor, nos casos em que deve ser proporcionado um contorno ou outro acabamento. Mesmo 72 302 KMC-009 j-

-18- apesar desta construção requerer uma parte adicional, a manga* a mesma oferece ainda várias vantagens em relação âs construções convencionais, devido à ligação inteiriça da porção de veio, na qual a manga está montada com o resto do rotor. Especificarnerite, pode ainda ser obtido um baixo perfil e a porção de veio pode ainda ser oca., A FIG. 2 mostra um outro motor de accionador de disco de acordo com o presente invento. Este motor de accionador de disco tem uma construção fechada* geralmerite, semelhante à mostrada na FIG, 1, excepto que o estator 20 tem a forma de taça em vez da forma de anel. Por outras palavras, o estator incluí uma base de fundo inteiriça ou porção com tampa. Esta construção simplifica adicionalmente a montagem do motor, pela redução do número de partes, e fazendo as partes mais pequenas inteiriças com as partes maiores, para permitir uma construção tipo modular. Proporcionando um estator em forma de taça inteiriça elimina-se também a necessidade de um vedante ferrofluidico, ou outro, 40 numa extremidade do conjunto- Isto é porque, em virtude da construção inteiriça ou com tampa, o estator é estanque a fluidos na extremidade fechada. Adicionalmente, a extremidade fechada do estator pode ser utilizada como uma superfície para suportar chumaceiras de impulso 50. Qualquer chumaceira de impulso conhecida pode ser utilizada, contudo, acredita-se que podem ser obtidos bons resultados pela utilização das chumaceiras de impulso hidrodinâmicas, particularmente chumaceiras de impulso de almofadas de deflexão, do tipo desenvolvido pelo presente inventor.

Como notado acima relativamente às FIGS. 1 e 2, cada uma das construções de motor de accionador de disco, até aqui descrita, inclui suportes de veio estacionários de almofada de deflexão 30.. De acordo com um aspecto Importante do presente Invento, estes suportes de veio eliminam a necessidade de rolamentos para suportar a porção central de veio. Os suportes de; almofada de deflexão oferecem outras numerosas vantagens Incluindo uma vida mais longa, menos ruído, menor atrito, melhor posicionamento e alinhamento do veio, custo inferior, melhor estabilidade e 72 302 KMC-009 -19-

amortecímento, e um menor invólucro radial- Os suportes de veio podiam ser chumaceiras hidrodinâmicas, tal como as chumaceiras de almofada de deflexão desenvolvidas pelo presente inventor- Estas chumaceiras incluem urna pluralidade de almofadas de chumaceira, que são suportadas por uma estrutura de suporte, para deflexão sob carga, para definirem uma cunha entre o veio e a superfície de almofada de chumaceira- Dependendo da orientação das almofadas de chumaceira relativamente à estrutura de suporte, as chumaceiras são montadas quer no rotor quer no estator. Por exemplo, se a chumaceira está montada na porção de veio do roto Γ ΙΟ na Flfâ. 1, as almofadas de chumaceira devern ser colocadas radialmente para fora da estrutura de suporte; reciprocamente, se as chumaceiras são montadas no estator, as almofadas de chumaceira estão radialmente para dentro da estrutura de suporte -

De acordo com um aspecto do presente invento, as chumaceiras hidrodinâmicas do tipo desenvolvido pelo presente inventor podem ser modificadas para terem um efeito de lubrificação por gás, como descrito abaixo- Isto envolve basicamente formar um contorno (explicado abaixo) na superfície de almofada de chumaceira hidrodinâmica ou na superfície de suporte que se move relativamente à almofada- 0 presente invento também se refere a um tipo diferente de suporte de veio de almofada de deflexão, que pode ser utilizado em vez da chumaceira hidrodinâmica de almofada de deflexão- Este suporte de veio é um plano auto-ajustável, ou suporte de veio lubrificado por gás, e é descrito abaixo com referência às Fies. 3A, 3B , 4 A, 4B , 4C, 10A, 10B e 10C. Para chumaceiras hidrodinâmicas diferentes, estes suportes de veios são projectados para deflectirem directa e radialmente na direcçâo de e afastando-se do veio rotativo, para assim acomodarem o movimento do veio, sem formarem uma cunha entre a almofada de suporte e a superfície adjacente à almofada- Assim, a estrutura de suporte funciona como uma série de molas, suportando cada mola uma almofada para movimento radial.

As FIGS- 3A e 3B mostram um primeiro suporte estacionário de 72 302 KMC-009 /f

-20 veio auto-ajustável, ou lubrificado por gás, de acordo com o presente invento. Para fins de clarificação nestas e noutras figuras representando suportes de veio, as aberturas na estrutura de suporte estão escurecidas. Adicionalmente, na FIG. 3A e 3B, deverá ser entendido que o diâmetro interno do suporte de veio rodeia o veio a ser suportado. 0 diâmetro exterior do suporte de veio está montado no estator. Isto é também verdadeiro para o suporte de veio das FIGS. 4A~C, descrito abaixo. 0 suporte de veio plano, ou lubrificado por gás, incluí uma almofada de suporte de veio e uma estrutura de suporte 32, 33 e ) 34. A almofada 31 tem uma superfície que é parte de uma construção de chumaceira plana, ou lubrificada por gás, como descrito abaixo. A estrutura de suporte dá à chumaceira plana, ou lubrificada por gás uma característica de mola auto-a.justável desconhecida nas anteriores chumaceiras planas, ou de gás e incluí uma travessa tipo coto como porção de suporte primária 32, localizada centralmente em relação à almofada de suporte de veio 31, uma porção de suporte secundária em forma de membrana fina 33 e uma porção de suporte terciária definida por um par de travessas de suporte contínuas ou membros 34. A estrutura de suporte 32, 33, 34 está disposta neutralmente relativamente à almofada de suporte 31, para assim inibir qualquer deflexão da almofada de suporte 31, que não a deflexão radial pura. Em ) particular, a almofada de suporte 31 é relativamente espessa na direcção radial e tem uma dimensão circunferencial muito grande, para inibir a deflexão radial, axial ou circunferencial. Similarmente, a porção de suporte primária 32 e membros 34 são rígidos (devido ás suas dimensões radial e circunferencial) e tendem a não deflectir. Contudo, como pode ser visto particularmente bem na FIG. 3A, a membrana circunferencial 33, que se prolonga entre os membros 34 e suporta a travessa em forma de coto da primeira porção de suporte 32 da almofada de chumaceira 31 é bastante fina na direcção radial, e assim flexível.

Como mencionado acima e mostrado nos desenhos, as estruturas de suporte mostradas nas FIGS. 3A, 3B, 4A, 4Ei e 4C são estrutu- 21- 72 302 KMC-009

ralmente neutrais, isto é, não têm tendência para deflectir numa direcção mais do que numa outra direcção.- Assim, quando uma força, é aplicada contra a almofada de suporte 31, ela actua através da. primeira porção de suporte 32 directamente no meio da membrana contínua 33 de modo que a membrana 33 deflecte-se directamente radialmente, de uma forma semelhante a um trampolim» Evidentemente, a deflexão efectiva da membrana é pequena, mas é suficiente para suportar deslizavelmente o veio rotativo» Neste modo, a almofada de chumaceira 31 tem capacidade, para deflectir radialmente como uma rnola para dentro e para fora, para suportar optimamente a porção de veio do rotor 10» Devido à construção ) neutral da estrutura de suporte, não há tendência para a almofada de suporte 31 deflectir em qualquer direcção» Assim, de modo diferente das chumaceiras de almofadas de deflexão anteriores dos presentes inventores, não existe a tendência das almofadas deflectirem, para formarem uma cunha hidrodinâmica. A superfície das almofadas e a superfície de suporte movem--se relativamente e podiam ser planas. Neste caso, uma das superfícies deveria ser construída num material poroso, que é carregado com um lubrificante tal como óleo ou grafite.

Contudo, de acordo com um aspecto importante do presente invento, quer uma chumaceira hidrodinâmica, cujas almofadas de-flectem para formarem uma cunha quer a construção de almofada radial que deflecte como uma mola, acima descrita, são idealmente adequadas para suportarem uma chumaceira lubrificada por gás, de modo que a chumaceira lubrificada por gás seja auto-ajustável. No sentido de realizar a função de chumaceira lubrificada por gás, quer a superfície de almofada quer a superfície suportada pela almofada ou ambas é/são gravadas para proporcionar uma superfície com contonos. A FIG. 10A mostra, algo esquematicamente, um contorno em forma de espinha de peixe, formado na almofada de chumaceira 31» Símilarmente, a FIG» 10B mostra um contorno em forma de espinha de peixe, formado num veio e a FIG. 10C rnostra um contorno cónico formado num veio. Todas estas representações são esquemáticas e mostram os contornos com dimensões exageradamente aumentadas. Na realidade a profundidade dos 72 302 KMC-009

"; 0S0* -22- sgí. . jf *· /iv ·- ~ 4 contornos está provavelmente na gama de 2,5 a 7,6 micron. A superfície com contonos pode ter várias formas, incluindo formas de contorno cónica, cónica-plana, em degrau, em ranhura, em espirrai e em espinha de peixe. A finalidade da superfície com contonos é pressurizar o ar ou outro gás aspirado rias ranhuras, quando o veio roda a altas velocidades. Quando o gás é pressurizado, desenvolve-se uma película de ar entre o componente rotativo e o estator, suportando esta película de ar o componente rotativo no estator.

De rnodo diferente das outras chumaceiras planas ou lubrificadas por gás, a chumaceira do presente invento não tem de ser maquinada com tolerâncias precisas, para proporcionar uma folga específica entre a superfície com contonos e a superfície que ela suporta, ou ó suportada- Isto é devido às almofadas de suporte serem suportadas pela estrutura de suporte, que pode ser projectada para deflectir, quer para formar uma cunha, no caso de urna chumaceira hidrodinâmica lubrificada por gás, ou radíalmente para fora ou para dentro, no caso da construção neutral descrita acima, em resposta à geração de pressão dentro da superfície com contonos, para chumaceiras lubrificadas por gás, ou pressionar as almofadas para um contacto constante com a superfície de suporte, no caso das chumaceiras planas. Assim, de acordo com o presente invento, as almofadas de suporte podem ser dimensionadas para estarem em contacto de folga zero com o componente a ser suportado, quando o veio está em repouso- Tipicamente, Isto é feito dimensionando as almofadas de suporte para terem um ajustamento de Interferência na superfície que suportam- Por exemplo, se o componente de suporte é para ser montado no estator para suportar o veio, o diâmetro interior do componente de suporte é projectado para ser ligeiramente mais pequeno do que o diâmetro exterior do veio a ser suportado, de modo que quando o veio é inserido no componente de suporte, as almofadas são obrigadas a deflectir para fora e são, subsequentemente, pressionadas no veio. Uma vez que a almofada está montada para deflectir radialmente para dentro e para fora, na direcçao do veio e devido a ser inícialmente encaixada com folga zero no veio para pressionar previamente as almofadas na direcçao do veio, as

72 302 KMC-009 — 23— almofadas terão sempre urna tendência para se moverem na direcção do veio» Isto é ideal para urna chumaceira plana» Numa chumaceira de gás ou ar, quando o veio começa a movei—se, é gerada pressão na superfície com contonos, obrigando esta pressão as almofadas a cieflectirem radialmente para fora o valor precisamente necessário, para se obter o suporte do veio. 0 rendimento conveniente da chumaceira é assegurado, projectando a estrutura de suporte de modo a ter uma característica de rigidez, na direcção radial, que seja menor do que a característica de rigidez do gás pressurizado, quando o veio começa primeiro a rodar e é Igual à característica de:· rigidez do gás pressurizado ) no momento do suporte óptimo do veio. Quando o componente de su porte está montado no componente rotativo para movimento relativamente a uma superfície de suporte estacionária, pode ser desejável dimensionar o componente de suporte, de modo a ter uma folga relativamente à superfície de suporte. Num tal caso, a estrutura de suporte pode ser projectada, de modo que as almofadas se movam radíalmerite para fora, em resposta à força centrífuga, para correcçao do excesso de folga.

Quando o rotor começa a rodar, o gás (tal como o ar) passa através da superfície com contonos e é, progressivamente, pressurizado, até atingir um ponto em que a pressão de gás excede a característica de rigidez da estrutura de suporte; neste caso, ) o ponto em que a pressão de gás se torna suficiente para de- flectir a membrana da porção de suporte secundária. Neste ponto, a almofada começa por deflectir radialmente para fora afastando--se da superfície a ser suportada, precísamente de modo que se desenvolve uma película de gás pressurizada entre a almofada e a superfície a ser suportada. Eventualmente, é atingido um estado de equilíbrio e o veio é suportado por uma película de gás pressurizada e não tem contacto com a superfície de suporte. Na prática, a película de fluido é estabelecida quase instantaneamente.

No caso de componentes de suporte lubrificados por gás ou chumaceiras utilizadas para suportarem o rotor do accioriador de disco do presente invento, acredita-se que uma superfície de -24- -24- 72 302 KMC-009 φ·,, " contorno em forma cie espinha de peixe proporciona os ^melhores resultados» Isto é porque, o contorno em forma de espinha de peixe, é relativamente fácil de formar, quer no veio quer na superfície da almofada e pode resultar na geração de ar de elevada viscosidade, para proporcionar assim bons resultados em funcionamento» Exemplos de contornos em espinha de peixe formados numa almofada de chumaceira 31 e veio 10, respectivamente, são mostrados nas FIOS» 10A e 10B» A FIG» 10C mostra um contorno cónico formado num veio 10» 0 contorno consiste em ranhuras, tendo uma profundidade de cerca de 2,5 a 7,6 micron e uma largura de entre 1,27 a 2,54 mm. Estas ranhuras podem ser formadas, utilizando qualquer técnica conhecida, contudo a erosão é, normalmente, a técnica mais utilizada. Uma outra técnica conhecida é referida como fotocorte; de acordo com esta técnica uma película foto-resistente, ou molde, é colocada sobre o veio, ou componente de suporte, e é utilizado um raio especial, tal como um laser, ou semelhante, para corroer o metal não protegido pelos moldes ou película fotorresistente»

Espera-se que, uma chumaceira construída de acordo com estas directivas, para utilização nos accionadores de disco do presente invento, deveria ter uma capacidade de suporte de carga de entre 0,7 e 1,05 Pa» Isto é mais do que suficiente para suportar as cargas experimentadas por uma chumaceira de accionador de disco» ) Consequentemente, a chumaceira lubrificada por gás auto-ajustável do presente invento é idealmente adequada para utilização na construção do accionador de disco de baixo perfil do presente invento» E mostrado urn outro suporte de veio estacionário nas FIGS. 4A, 4B e 4C» Esta estrutura de suporte de veio estacionário é semelhante à mostrada nas FIGS» 3A e 3B, excepto que, a porção de suporte terciária 34, é proporcionada por travessas axiais espaçadas, ou membros, em vez de por travessas cilíndricas contínuas ou membros» Apesar desta diferença, a porção de suporte secundária, ou membrana, 33, estica-se ainda entre os membros espaçados 34, e a construção é ainda neutral, de modo que a almofada 31 pode mover-se para dentro e para fora, mas não tende /9 25 72 302 KMC-009

Ur' a deflectir. Assim, a natureza do suporte de almofada é, essencialmente, a mesma que a da concretização das FIAS. 3A e 313, Similarmente, a construção de chumaceira plana ou lubrificada por gás, entre a superfície de almofada e a superfície a ser suportada, é a mesma que a descrita acima. Uma vantagem da construção das FIGS4A-4C é que, se desejado, podia ser facilmente moldada,. Isto é porque, como observado na FIG. 4C, o suporte não tem cavidades escondidas. Assim, a estrutura podia ser formada por um molde simples consistindo em duas metades, A FIG. 5 mostra um outro accionador de disco, de acordo com I o presente invento. A construção de accionador de disco da FIG., 5 é semelhante à da FIG. 1, excepto que o accionador de disco inclui suportes de veio 130, que rodam com a porção de veio do rotor em vez de suportes de veio estacionários. Exemplos de suportes de veio adequados são descritos em ligação com as FIGS, 7A, 7B, 8A, 8B e 8C. Alternativamente, podem ser utilizadas chumaceiras de almofada de deflexão hidrodinâmicas. Indiferente da forma do componente de suporte de almofada de deflexão, ou chumaceira, as almofadas devem estar radialmente para fora da estrutura de suporte. A FIG- 6 mostra uma outra construção de accionador de disco fechado, de acordo com o presente invento. Esta construção de ac-) cíonador de disco é semelhante à da Fig. 2, excepto que inclui suportes de veio 130, que rodam com o rotor em vez de suportes de veio estacionários 30, do tipo utilizado na construção da FIG. 2. Mais uma vez, podem ser utilizados os suportes de veio mostrados nas FIGS. 7A, 7B, BA, 8B e 80, ou chumaceiras hidrodinâmicas de almofada de deflexão.

As FIGS. 7A e 7B ilustram um primeiro suporte de veio rotativo auto-ajustável plano ou lubrificado por gás para utilização em accionadores de disco do tipo Ilustrado nas FIGS. 5 e 6, e noutros dispositivos. 0 suporte de veio das FIGS. 7A e 7B é destinado a ser ligado à porção de veio central do rotor 10 dos accionadores de disco mostrados nas FIGS. 5 e 6. Os accionadores de disco estão munidos adícionalmente com uma manga cilíndrica 72 302 KMC-009

-26- polida 23, no diâmetro interior do estator. A manga 23 proporciona uma superfície de suporte polida ou com contonos para rodar contra as almofadas de suporte rnóvel (descrito abaixo). A superfície de suporte podia ser formada directamente no estator, se desejado. 0 suporte de veio 130 inclui um outro diâmetro externo que é substancialmente cilíndrico. 0 diâmetro externo é feito com três porções de almofadas de movimento circunferencial 131. As porções de almofada móveis 131 sâo relativamente espessas, por duas razões. Primeiro a espessura inibe a deflexão da porção rnóvel 131. • Adicionalmente, a espessura resulta num aumento da massa da porção de funcionamento 131 de modo que, quando o veio roda, a força centrífuga, que tende a puxar as porções 131 para fora é aumentada. Como notado acima, devido à tendência das almofadas 131 para deflectirem para fora, estas chumaceiras podem ser dimensionadas, para terem assim uma folga no veio de suporte. Num tal caso, o equilíbrio entre a força centrífuga e a pressão de gás resultará numa espessura de película apropriada, sem a necessidade de tolerâncias apertadas. A estrutura de suporte 132-134 para suportar as almofadas de suporte móvel 131 é análoga à estrutura de suporte estacionária, utilizada para suportar as almofadas de suporte 31 dos suportes ) de veio das FIGS. 3 e 4. Evidentemente, existem diferenças devido à orientação inversa dos suportes. As porções das porções rnóveis 131 são suportadas numa travessa de suporte em forma de coto ou pedestal 132, que funciona como uma primeira porção de suporte. A travessa de suporte 132 é muito rígida (devido às suas dimensões radial e circunferencial) de modo não deflectirá. A primeira travessa de suporte 132 e as almofadas móveis 131 são suportadas numa membrana contínua 133, a qual funcionam como uma segunda porção de suporte. A membrana 133 é muito fina na direcção radial (e, assim, é flexível nesta direcção) e prolonga-se entre as travessas de suporte ou membros 134 que funcionam como uma porção de suporte terciária. As membros de suporte 134 são rígidos, de modo que a membrana fina 133 é suportada numa forma de trampolim. Na concretização mostrada nas FIQ3. 7 A e 7B, as travessas de 72 302 KMC-009 j? f

27- suporte ou membros 134 são componentes cilíndricos contínuos,. A construção do suporte de veio das FIGS. 7A e 7B é neutra (isto é, equilibrada), de modo que a única deflexão que ocorre é a deflexão radial para dentro e para fora da membrana 133. Como um resultado desta deflexão, a pista 131, pode mover-se radial-mente para dentro e para fora como requerido para estabelecer suporte contra a superfície de estator polida ou com contonos 23,. Assim, quando o rotor 10 roda, o suporte de veio móvel 130 que está ligado ao rotor roda também. Como um resultado da rotação do componente 130, a força centrífuga que actua na almofada móvel 131, tende a forçar a almofada móvel para fora na direcçao da. superfície polida do estator. Se o componente de suporte ou chumaceira é projectado para ter urn ajustamento de interferência com o estator, a pressão de gás gerada deve ser suficiente para ultrapassar tanto a força centrífuga como a força de rnola da estrutura de suporte. Se o componente de suporte ou chumaceira tem uma folga relativamente à superfície de suporte, deve ser ultrapassada apenas a força centrífuga. Qualquer que seja o caso, geração de pressão de gás tende a obrigar a separação da superfície de almofada e a superfície de suporte, isto é, obriga a superfície de almofada a afastai—se da superfície de suporte.

Pode ser formada uma construção de chumaceira lubrificada por gás entre a almofada móvel 131 e a superfície, sobre a qual ela se move. Especificamente uma ou ambas as almofada de pista e a superfície, sobre a qual ela se move, podem ser formadas com um contorno. A forma e a função do contorno são as mesmas, como descrito acima e mostrado, por exemplo, nas FIGS. 10A, 10B e 100,. As almofadas 131 podem ser projectadas, isto é dimensionadas, para contactarem com a superfície, sobre a qual elas se movem, quando o veio está em repouso, ou de modo a terem uma folga. Por exemplo, as almofadas podem ser projectadas para terem um ajustamento de interferência na. superfície do estator. Quando o veio, e consequentemente as almofadas, se começam a mover, o ar que passa através das ranhuras é pressurizado no grau necessário,, para obrigar a deflexão das almofadas para dentro e para suportar as almofadas (e o veio) numa película de ar, da mesma maneira 72 302 KMC-009

28- que descrita acima para os suportes de veio estacionários, das FIGS- 3A, 3B, 4A, 4B e 4C.

Alternativamente, as almofadas e/ou as superfícies de suporte podem ter uma superfície plana, carregada com lubrificante como acima explicado- Oe novo, a compressão prévia das almofadas, para contacto com a superfície de suporte, pode ser vantajosa numa tal construção - A estrutura de suporte de veio móvel mostrada nas FIGS. SA, 8B e 80 é semelhante à mostrada em ligação com as FIGS- 7A e 7B e descritas acima- A diferença entre as duas construções reside, principalmente na construção das travessas de suporte, ou membros, 134. Especificamente, na construção das FIGS- 8A e 8B, as travessas, que se prolongam axialmente ou porções de membros 134, são maís utilizadas do que os membros circunferenciais contínuos das FIGS- 7A e 713- Não obstante esta diferença, o funcionamento do suporte de veio de móvel é, essencialmente, o mesmo- Especifi-camente, as almofadas móveis 131 e a primeira porção de suporte móvel 132 e as travessas axiais, ou membros, 134 são rígidos e a membrana fina 133, que se prolonga entre as porções de membro 134 tende a deflectir radialmente para dentro e para fora. Consequentemente, como um resultado da força centrífuga, resultante da rotação da almofada móvel 131 na almofada móvel 131, tende a deflectir para fora. Vulgarmente, as almofadas móveis 131 seriam projectadas de modo a estarem em contacto com, isto é, terem um ajustamento de interferência com a superfície móvel polida, ou com contonos, 23 do estator 20, quando o rotor está em repouso.

Para um componente de suporte lubrificado por gás, quer a superfície de almofada móvel quer a superfície, contra a qual se move (a superfície de suporte) quer ambas têm um contorno formado de modo que é conseguido um efeito de chumaceira de gás, como descrito acima, entre estas duas superfícies- Adicionalmente, devido ao suporte flexível das almofadas móveis, não existe a necessidade de maquinar os elementos de chumaceira de gás com as tolerâncias apertadas requeridas anteriormente. Por rotação, o movimento para fora da almofada móvel .131 ajusta-se ele própria /* 72 302 KMC-009 j,* -29- automaticamente, para estabelecer uma película de fluido entre a superfície móvel e a almofada móvel 131, da maneira descrita acima»

As FIGS» 9A e 9B mostram uma outra disposição de motor de accionador de disco fechado,, de acordo com o presente invento» Como os accionadores de disco descritos anteriormente, este accionador de disco inclui um rotor 10, um estator 20, que tem um enrolamento motor, e uma estrutura de vedação 40, tal como vedan-tes ferrofluidicos, ou semelhantes, para proporcionar uma vedação entre o rotor e estator- Contudo, nesta concretização o estator e rotor têm carcaças fechadas e os elementos de suporte (chumaceiras de elementos de rolamento, chumaceiras de almofada de deflexão, chumaceira lubrificada por gás e semelhantes) são montados na periferia exterior da construção de motor- 0 rotor 10 tem uma carcaça exterior em forma de taça, mas mão inclui uma porção central de veio» Em vez disso, o rotor inclui uma porção de taça interior 10A, na qual estão montados os segmentos magnéticos permanentes, ou elemento magnético simples, A porção de taça interior 10A circunda os enrolamentos de estator e laminagens e está espaçada da periferia exterior do rotor 10, para definir assim um espaço em forma de anel»

De acordo com esta concretização, o estator 20, tem também uma porção de invólucro em forma de taça, que inclui paredes cilíndricas 27» As paredes cilíndricas 2.7 são dimensionadas para se encaixarem dentro do espaço em forma de anel, entre a periferia exterior do rotor 10 e o componente em forma de taça 10A, como mostrado nas FIGS» 9A e 9B. Em virtude desta construção, o rotor 10 pode ser montado para rodar no estator 20, por uma disposição de chumaceira combinada de elemento angular de rolamento e impulso radial 31 (preferivelmente carregada por mola) como mostrado na FIG» 9A, ou por componentes de suporte de almofada de deflexão (tais como uma chumaceira hidrodinânica, uma chumaceira plana, ou componentes lubrificados por gás), como ilustrado esquematicamente em 30, na FIG» 9B» Na construção da FIG» 9B é também proporcionada uma chumaceira de impulso 50, do 72 302 KMC-009

...X -30 tipo descrito acima. A chumaceira de impulso 50 está* preferivelmente* localizada dentro do invólucro selado como mostrado.

Esta construção proporciona um invólucro de perfil extrema-mente baixo e permite suportar o rotor rnais próximo da periferia exterior das construções de motor, para proporcionar assim um suporte rnais estável. Também pode ser utilizada uma chumaceira de elemento de rolamento maior (noutras disposições a dimensão de elementos de rolamento que pode ser utilizada está limitada pelo diâmetro do veio), de modo que algumas das desvantagens resultantes de chumaceiras de elemento de rolamento pequenas são eliminadas. Adicionalmente, devido à construção de taça dupla fechada, é apenas requerido um vedante. Adicionalmente, embora não ilustrado, a construção das FIGS. 9A e 9B torna possível eliminar inteiramente o componente de veio. Se isto é feito, devem ser proporcionados alguns tipos de suporte em cantilever ou outros para enrolamentos de estator.

Embora a construção das FIGS. 9A e 9B possa utilizar, quer uma disposição de chumaceira de elemento de rolamento de impulso radial angular 31 (preferivelmente carregada por mola) quer chumaceiras de almofada de deflexão 30, acredita-se que as chumaceiras ou suportes de almofada de deflexão oferecem melhores resultados, incluindo vida mais longa, menos ruído, melhor alinhamento e posicionamento do veio, melhor estabilidade e amoí— tecimento, custo mais baixo, e uma capacidade para trabalhar dentro de um invólucro radial mais pequeno. Podem ser utilizadas ou chumaceiras de almofada de deflexão hidrodinâmicas, ou chumaceiras planas ou suportes de almofadas de deflexão lubrificados por gás, do tipo descrito acima (quer do tipo de almofada estacionária ou almofada deslizante). Não obstante, é uma vantagem desta construção, que devido à localização radialmente para fora das chumaceiras, podem ser utilizados rolamentos de esferas maiores, de melhor rendimento, tal como o dispositivo de rolamento de esferas angular ilustrado.

Claims (30)

1. 72 302 KMC-009

   -31 R..........N.....0 I C A C 0.....E.....S 1 - Motor para aecionamento de um disco magnético, earacte-rizado por compreender: um invólucro de rotor, tendo o invólucro de rotor, pelo menos, um rnagneto permanente rnontado no mesmo, e incluindo uma porção em forma de taça que tem uma parede exterior cilíndrica, uma extremidade fechada, e uma porção interior que tem uma periferia exterior cilíndrica, prolongando-se a partir da extremidade fechada, sendo a porção interior, substancialmente, coaxial com a parede exterior cilíndrica, para assim definir um espaço cilíndrico entre a parede exterior cilíndrica e a porção interior; um estator, incluindo o estator laminagens e enrolamentos, tendo o estator, pelo menos, uma sua porção montada no espaço cilíndrico proporcionado no rotor; pelo menos um componente de suporte, prolongando-se entre o estator e o rotor para suportar o rotor, permitindo a rotação deste relativamente ao estator»
2. 2 - Motor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a porção interior ser uma porção de veio inteira e por o componente de suporte prolongar-se entre a porção de veio inteira e o estator, para assim suportar o rotor, permitindo a rotação deste relativamente ao estator»
3. 3 - Motor de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o componente de suporte estar seguro na porção de veio para rodar relativamente ao estator, e o estator ter uma superfície de suporte na qual o estator é suportado»
4. 4 - Motor de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o componente de suporte ser um componente de suporte com almofadas de deflexão e lubrificado por gás auto-ajustado, que inclui uma pluralidade de almofadas de suporte e uma estrutura de suporte, para suportar as almofadas de suporte, tendo cada uma das al- 72 302 KMC-009 mofadas uma superfície de almofada adaptada para contacto com a superfície de suporte do estator, compreendendo a estrutura de suportei uma primeira porção de suportem, substancialmente, rígida, incluindo uma pluralidade de travessas tipo coto, suportando cada travessa uma das almofadas; uma segunda estrutura de suporte compreendendo, pelo menos, uma membrana flexível fina, suportando a. segunda estrutura de suporte as travessas tipo coto; e ) uma terceira porção de suporte compreendendo uma pluralidade de travessas rígidas, suportando a segunda estrutura de suporte para deflexão na direcçao radial; sendo a estrutura de suporte dimensionada e disposta para inibir assim, substancialmente, o movimento da almofada que não seja o directamente na direcçao da superfície do estator que ela contacta e afastando-se da mesma; e um contorno formado em, pelo menos, uma das superfícies de almofada e a superfície de suporte de estator, de modo que quando o veio roda, o ar dentro do contorno é pressurizado pelo movimen-) to das almofadas, relatívamente ao estator, sendo a almofada forçada para fora, afastando-se do estator, e o veio é suportado numa película de ar pressurizado entre a superfície da almofada e a superfície de suporte do estator,
5. 5 - Motor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o componente de suporte ser um apoio de almofada de deflexão hidrodinâmica, caracterizado por o apoio compreender: uma pluralidade de almofadas espaçadas circunferenciaimente e uma estrutura de suporte, para suportar as almofadas, compreendendo a estrutura de suporte uma pluralidade de componentes em forma de travessa, de modo a suportar as almofadas para deflexão, em resposta à rotação do veio, de modo que através da rotação do veio é formada uma cunha hidrodinâmica entre a almofada e a superfície que se move relativamente à almofada»
6. 6 - Motor de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender adícíonalmente um contorno formado na superfície das almofadas de apoio, de modo que o apoio funciona como um apoio combinado hidrodinâmico e lubrificado por gás»
7. 7 -- Motor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a porção interior ser um prolongamento cilíndrico oco, que tem uma parede interior, na qual é montada o magneto permanente, circundando a porção interior os enrolamentos do estator; e compreendendo o estator uma porção de invólucro em forma de taça que tem uma periferia exterior cilíndrica, definida por uma parede cilíndrica, prolongando-se axialmente, tendo uma dimensão radial que lhe permite ser encaixado entre a periferia exterior da porção interior do rotor e o interior das paredes exteriores cilíndricas do rotor»
8. 8 - Motor de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o componente de suporte prolongai—se entre a superfície interior das paredes exteriores cilíndricas e a superfície exterior das paredes cilíndricas da porção de invólucro em forma de taça do estator»
9. 9 - Motor de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o componente de suporte prolongai—se entre a superfície interna das paredes periféricas da porção de invólucro em forma de taça do estator e a superfície exterior da porção interior do rotor»
10. 10 - Motor de acordo com a reivindicação l, caracterizado por o componente de suporte ser inteiramente construído por materiais não metálicos»
11. 11 - Motor para accionamento de um disco magnético, caracterizado por compreender: um invólucro de rotor, tendo o invólucro de rotor, pelo ~34~ 72 302 KMC-009 menos, um rnagneto permanente montado no mesmo e incluindo, pelo menos, uma porção de superfície cilíndrica que se prolonga axial··· mente; um estator, incluindo o estator laminagens a enrolamentos e, pelo menos, uma superfície cilíndrica que é coaxial com a superfície do rotor e espaçada do mesmo por urna distância predeterminada; pelo menos, um componente de suporte com almofadas de deflexão para suportar o rotor, permitindo a rotação relatívamente ao estator, sendo o componente de suporte com almofadas de deflexão montado no rotor ou no estator, permitindo a rotação relatívamente ao outro componente, tendo o outro componente uma superfície de suporte, compreendendo o componente de suporte com almofadas de deflexão: uma pluralidade de almofadas substancíalmente rígidas e uma estrutura de suporte para suportar as almofadas, tendo cada almofada uma superfície de almofada adaptada para contactar a superfície de suporte do componente, relativamente ao qual a almofada roda, compreendendo a estrutura de suporte uma travessa rígida que suporta cada uma das almofadas, uma membrana flexível radial que suporta a travessa rígida e as almofadas e um par de travessas rígidas que suportam as extremidades opostas da membrana, de modo que é permitido â membrana deflectir radialmente para dentro e para fora, e um contorno formado, pelo menos, numa das superfícies da almofada e na superfície de suporte, sendo o contorno conformado de modo a provocar a pressurízação do ar pela rotação do contorno e a subsequente deflexão das almofadas, afastando-se da superfície de suporte, de modo a proporcionar uma película de ar pressurizado entre as almofadas e a superfície de suporte,
12. 12 - Motor de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o componente de suporte com almofadas de deflexão estar seguro ao rotor e rodar relativamente ao estator. -35- 72 302 KMC-009
13. 13 - Motor de acordo com a reivindicação 11-, caracterizado por o componente de suporte com almofadas de deflexão estar seguro ao estator e a superfície de suporte ser formada no rotor para rotação.
14. 14 - Componente de suporte com almofadas de deflexão para suportar um componente rotativo relativamente a um componente estacionário, sendo o componente de suporte com almofadas de deflexão montado no componente estacionário# ou no componente rotativo permitindo a rotação relativamente ao outro componente, tendo o outro componente uma superfície de suporte, caracterizado por o componente de suporte com almofadas de deflexão, compreender : uma pluralidade de almofadas substancialmente rígidas e uma estrutura de suporte para suportar as almofadas, tendo cada almofada urna superfície de. almofada adaptada para contacto com a superfície de suporte do componente que roda relativamente a ela, compreendendo a estrutura de suporte: uma primeira porção de suporte, substancialmente, rígida suportando as almofadas, uma segunda porção de suporte, suportando a primeira porção de suporte, sendo a segunda porção de suporte flexível apenas na. direcção radial, e uma terceira porção de suporte, substancialmente rígida, suportando a segunda porção de suporte para movimento na direcção radial, estando a estrutura de suporte disposta de modo a inibir, substancialmente, movimento das almofadas, que não seja o di rec tamente na direcção da superfície com a qual ela contacta ou em afastamento da. mesma, e um contorno formado, pelo menos, numa das superfícies de almofada e numa superfície de suporte, sendo o contorno conformado de modo que, através da rotação do componente rotativo, o ar, localizado entre as almofadas e a superfície, é pressurizado, de modo que as almofadas são pressionadas, afastando-se da superfície de suporte e ficam separadas por uma película de fluido pressurizado.
15. 15 - Componente de suporte com almofadas de deflexão de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por a primeira -36 72 302 KMC-009 porção de suporte compreender uma travessa substancialmente rígida;, a segunda porção de suporte compreender uma membrana flexível radial e a terceira porção de suporte compreender, pelo menos, duas travessas substancialmente rígidas.
16. 16 “ Componente de suporte com almofadas de deflexão de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o contorno ter uma forma em espinha.
17. 17 - Componente de suporte com almofadas de deflexão de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o contorno ter uma forma de ranhura em espiral.
18. 18 - Componente de suporte com almofadas de deflexão de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o contorno ter uma forma escalonada.
19. 19 - Componente de suporte com almofadas de deflexão de acordo com a reivindicação 14,, caracterizado por o componente de suporte com almofadas de deflexão ter uma forma facilmente moldável.
20. 20 - Construção de motor de accioriamento de disco ínterblo-queada, para accionamento de um disco magnético, caracterizada por o motor compreender: um rotor em forma de taça que tem uma extremidade fechada, uma parede exterior cilíndrica integrada na extremidade fechada e prolongando-se da mesma, e uma parede cilíndrica interior integrada na extremidade fechada e prolongando-se da mesma, definindo a parede cilíndrica interior coaxial com a parede exterior e espaçada radialmente para dentro da parede exterior, um espaço em forma de anel entre a parede cilíndrica interior e exterior, para, pelo menos, um magneto permanente montado no rotor; um estator, compreendendo o estator um invólucro em forma de taça, incluindo uma extremidade fechada e uma parede exterior cilíndrica, integrada na extremidade fechada e prolongando-se da 72 302 KMC-009

    -37 ú · mesma, para dentro do espaço em forma de anel, sendo a parede exterior do estator coaxial com a parede exterior cilíndrica do rotor e tendo uma dimensão radial que lhe permite encaixar-se dentro do espaço em forma de anel, definido pelas paredes interior e exterior do rotor; e pelo menos um apoio prolongando-se entre a parede exterior-cilíndrica do estator e uma das paredes cilíndricas do rotor-
21. 21 - Motor de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por o apoio ser um apoio de elemento de rolamento -
22. 22 - Motor de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por o apoio ser um apoio com almofadas de deflexão montado no rotor ou no estator, para movimento relativo do rotor e estator, tendo o apoio com almofadas de deflexão uma pluralidade de almofadas de apoio e uma estrutura de suporte para suportar as almofadas para deflexão, para assim formar uma cunha hidrodinâmica, relativamente ao componente, que se move em relação às almofadas -
23. 23 - Motor de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por compreender, adicionalmente, uma superfície de suporte formada no estator ou no rotor que se move relativamente âs almofadas de apoio, sendo a superfície de suporte colocada de modo a opoi— se às almofadas de apoio e um contorno formado, pelo menos, numa das superfícies da almofada de apoio e na superfície de suporte, tendo o contorno urna forma que provoca a pressurizaçâo do fluido entre a superfície de suporte e as almofadas de apoio, através de rotação do rotor -
24. 24 - Motor de acordo coiri a reivindicação 20, caracter izado por o apoio ser um plano de apoio, compreendendo o plano de apoio uma pluralidade de almofadas de apoio polidas e uma estrutura de suporte em forma de mola para suportar as almofadas para movimento radial-
25. 25 - Motor de acordo com a reivindicação 24, caracterizado por o plano de apoio ser formado de um material poroso e ser car-·

    72 302 KMC-0Q9 -38- regado um lubrificante dentro do material poroso»
26. 26 - Motor de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por o apoio ser um apoio lubrificado por gás, com montagem em malas., montado no rotor ou no estator, permitindo o movimento relativo do rotor em relação ao estator, compreendendo o apoio lubrificado por gás com montagem em moías: uma pluralidade de almofadas de apoio, sendo cada uma das almofadas de apoio suportada por uma estrutura de suporte em forma de mola para movimento na direcção radial; o motor compreender adicionalmente uma superfície de suporte formada no rotor ou no estator que se move relativamente às almofadas de apoio, sendo a superfície de suporte colocada de modo a opoi—se às almofadas de apoio; e um contorno formado numa das almofadas de apoio e nas superfícies de suporte, sendo o contorno conformado de modo a pressurizar o fluido entre as almofadas e a superfície de suporte pelo movimento relativo entre as almofadas e a superfície de suporte.
27. 27 - Motor de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por compreender adicionalmente uma manga montada no estator ou no rotor e prolongando-se o apoio entre a manga e o estator ou o rotor -
28. 28 - Apoio caracterizado por compreender urna pluralidade de almofadas de apoio carregadas por rnolas, tendo cada almofada uma superfície de almofada e uma estrutura de suporte em forma de mola para suportar as almofadas de apoio, compreendendo a estrutura de suporte; uma pluralidade de travessas tipo coto rígidas, suportando cada uma das travessas tipo coto uma almofada de apoio; suportando, pelo menos, uma membrana as travessas tipo coto rígidas, estando a membrana espaçada das almofadas de apoio pelas travessas 39 72 302 KMC-009 tipo coto e sendo flexível na dírecção das almofadas de apoio e afastando-se das mesmas, e uma pluralidade de travessas de suporte de membrana rígidas; suportando a membrana para deflexão na dírecção das almofadas de apoio e afastando-se das mesmas; estando a estrutura de suporte disposta de modo que cada almofada é suportada por uma travessa tipo coto, que é suportada numa porção de uma membrana flexível que se prolonga entre duas travessas de suporte de membrana espaçadas de tal modo que as almofadas de apoio são carregadas por mola.
29. 29 - Apoio de acordo com a reivindicação 28, caracterizado por o apoio ser um plano de apoio, as almofadas de apoio do mesmo serem polidas e adaptadas para deslizarem numa superfície de suporte, sendo, pelo menos, uma das superfícies da almofada e superfície de suporte formadas por um material poroso carregado com lubrificante»
30. 30 - Apoio de acordo com a reivindicação 28, earacterizado por o apoio ser um apoio lubrificado por gás, cuja superfície de almofada se move relativamente a uma superfície de suporte e por ser formado um contorno, pelo menos, numa das superfícies de almofada e na superfície de suporte, tendo o contorno uma forma que provoca a pressurização do fluido, localizado entre a superfície de almofada e a superfície de suporte através do movimento da superfície de suporte relativamente à superfície de almofada. Lisboa, . 15 NAU .1991 Por RUS3ELL 0. IDE