具有阶梯形轴的小功率主轴电机的制作方法
专利名称：具有阶梯形轴的小功率主轴电机的制作方法
相关申请本申请要求的所有优先权是申请日是2002年3月12日的美国专利申请No.60/363818(审理中)和申请日是2002年8月22日的德国专利申请No.10238558.0(审理中)。
通常，用于磁盘驱动器的主轴电机靠球轴承来将一旋转件支撑在一固定件上，其中固定件如轴，旋转件如旋转轮毂。众所周知，球轴承是磨损性部件，随着时间的增加，其摩擦力将导致电机故障。另外，球轴承产生粉末或细小微粒形的碎片进入“干净的”腔室内，该腔室容纳着由电机驱动的旋转磁盘。球轴承固有的机械摩擦还会引起发热、噪声和振动，所有这些都是不希望在磁盘驱动电机中出现的。
在主轴驱动电机中，流体轴承相对于传统的球轴承具有相当大的进步性。在这种类型的系统中，润滑液、气体或液体，其功能是作为电机的旋转主轴或旋转轮毂的固定底座或壳体之间的实际支承表面。液体润滑剂，例如油、合成铁磁流体甚至空气已经用于流体动力轴承系统。与球轴承相比，流体动力轴承提高了运行精确度，增大了强度，并减小了产生的噪音。
美国专利No.5658080公开了一种采用了现有技术中的流体动力轴承的主轴电机的例子。该专利公开了一个主轴电机，其包括一个固定在轴固定器中的轴和一个提供给该轴的止推板。在止推板和轴固定器之间提供了一个止推动压流体轴承。在轴固定器和轴之间设置了一个径向动压流体轴承。在止推板外圆周表面和轴固定器内圆周表面之间形成的环形空间中部分地填充了油。在止推板外圆周表面上设置了环形突出部分。当电机以高速运转时，环形空间内的油保持在轴固定器上，并通过油使止推动压流体轴承内的油在其上和下表面之间进行相互交换。
本发明提供了一种用于磁盘驱动器的主轴电机，该主轴电机包括一个轴，其具有一个大直径部分和一个小直径部分以及在它们之间形成的一个台阶。该主轴电机还包括一个轴承套筒，其具有一个中心圆柱开口，轴插入该中心圆柱开口中。在轴和轴承套筒之间形成了一个轴承间隙，该轴承间隙中充满了润滑液。一个止推板在台阶区域牢牢地固定在轴上，以使止推板的顶面置于与大直径部分相邻接的位置，并使止推板的底面置于与轴的小直径部分相邻接的位置。
通过结合附图对优选实施例的描述，本发明的上述和其他目的、思路、特征和优点将更清楚。
图2是一个带有固定轴的主轴电机的侧面剖视图，其具有一个固定在轴的台阶区域上的止推垫圈。
图3是一个带有一个固定阶梯形轴的主轴电机的侧面剖视图，其具有一个止推垫圈，轴可以固定到磁盘驱动器的一个上壳盖(图中未示出)上。
图4是一个插入到轴承套筒中并带有多个人字形凹槽的轴的透视图。
在优选的实施例中，轴12优选地具有一个外直径为D1的第一圆柱部分38，一个外直径为D2的第二圆柱部分48和一个外直径为D3的第三圆柱部分58。第一圆柱部分38的外直径D1大于第二圆柱部分48的外直径D2。一个台阶42形成于轴第一和第二圆柱部分之间。轮毂16装配成在轴12的第三圆柱部分58上转动。第三圆柱部分的外直径D3可以与第一圆柱部分的外直径D1不同。一个止推垫圈36牢牢地固定在与台阶42相邻接的轴12的第二圆柱部分48上。止推垫圈36有一外直径D4。
在优选的实施例中，轴承套筒30有一个具有大体上是圆柱形壁的内部空腔32和至少三个具有不同内直径的腔。第一套筒腔34有一内直径d1，第二套筒腔44有一内直径d2以及第三套筒腔54有一内直径d3。第三套筒腔54的内直径d3略大于第二圆柱轴部分48的外直径D2。第二套筒腔44的内直径d2略大于止推垫圈36的外直径D4。
中心轴12优选地插入内部空腔32中，以使第二圆柱轴部分48置于第三套筒腔54内，并且使止推垫圈36置于第二套筒腔44内。轴12通过一个置于第一套筒腔34内的挡板46来防止其从空隙32中掉出。挡板46相对于轴承套筒30固定。挡板46具有一个内直径为d4的中心圆柱孔52。孔52的内直径d4略大于第一圆柱轴部分38的外直径D1，而小于止推垫圈36的外直径D4。因此，挡板46与止推垫圈36相邻接的部分保证止推垫圈固定在第二套筒腔44内，并可防止轴12从空腔32中掉出。
如上面所述的，孔52的内直径d4略大于第一圆柱轴部分38的外直径D1。因此，在轴12的外表面和孔52的内表面之间就形成了一个间隙40。间隙40中填充了一种适当的润滑液。孔52优选地具有一个圆锥形部分56，适当地选择其锥形斜面，以使轴承内的润滑液与孔52和轴12的壁之间具有足够的表面张力。转动过程中，润滑液始终通过由圆锥形部分56内的流体形成的毛细密封而保持在轴承内。圆锥形部分56也用作为润滑液的容器。
在第一圆柱轴部分38和孔52的相对侧壁之间形成了至少一个径向轴承50。在优选的实施例中，在第一圆柱轴部分38和第二圆柱轴部分48的区域内形成径向流体动力轴承50。如图4所示，在轴12的外表面，或在孔52的内表面形成动压生成槽60。在挡板46和止推垫圈36的相对侧之间形成顶部止推轴承62，在这些侧的任一侧上设置有人字形或螺旋形凹槽。在止推垫圈36和第二套筒腔44的相对侧之间形成底部止推轴承64，在这些侧的任一侧上设置有人字形或螺旋形凹槽。因此，如
图1所示，在止推垫圈与轴12的小直径部分相邻接的底面上形成了至少一个止推轴承。这两个止推轴承与阶梯形轴一起给轴12提供了一个足够的轴向支撑，并提供了止推垫圈的合适定位。
在一个安装了流体动力止推轴承的典型主轴电机中，这种轴承必须要具有非常高的刚性强度。与目前常见的设计相比，本发明的上述实施例中，由于在止推垫圈的与轴的小直径部分相邻接的侧面上设置有至少一个止推轴承，所以只要顶部止推轴承62具有高刚性强度就能使电机具有很好的性能。而底部止推轴承64具有低刚性强度。底部止推轴承刚性的减小使得提供的主轴电机具有很小的功耗。
主轴电机的第二实施例如图2所示。根据第二实施例，一个微型主轴电机110优选地包括一个旋转套筒130，其用来支撑并带动具有轮毂116的转子114转动。轴承套筒130可被粘结到轮毂116上。当电机110用于一个磁盘驱动器时，轮毂116在转动期间可支撑并带动一个磁盘(图中未示出)旋转。转子114包括一个环形垂直转子支撑壁124，其用来支撑转子磁铁126。一个定子118优选地包括一个环形垂直定子支撑壁120，其用来支撑多个定子绕组122，以使定子绕组置于与转子磁铁126相对的位置。定子支撑壁120限定了一个内圆柱杯状开口128。一个中心固定阶梯形轴112插入到圆柱杯状开口128的底壁中，并牢牢固定在其中。
在第二优选实施例中，轴112优选地具有一个外直径为D11的第一圆柱部分138，一个外直径为D12的第二圆柱部分148和一个外直径从D12(沿着与第二圆柱部分148相连接的部分量出)变化到D13(沿着与杯状开口128的底壁相连接的部分量出)的圆锥形部分158。第一圆柱部分138的外直径D11大于第二圆柱部分148的外直径D12。在轴的第一和第二圆柱部分之间形成一个台阶142。优选地，圆锥形部分158的外直径D13小于同一个轴部分的外直径D12。一个止推垫圈136牢牢固定在轴112与台阶142相邻接的第二圆柱部分148上。止推垫圈136有一外直径D14。
在第二优选实施例中，轴承套筒130有一个具有大体上是圆柱形壁的内部空腔132和至少三个具有不同内直径的腔。第一套筒腔134有一内直径d11，第二套筒腔144有一内直径d12以及第三套筒腔154有一内直径d13。第三套筒腔154的内直径d13略大于第一圆柱轴部分138的外直径D11。第二套筒腔144的内直径d12略大于止推垫圈136的外直径D14。
中心轴112优选地插入内部空腔132中，以使第一圆柱轴部分138置于第三套筒腔154内，并且使止推垫圈136置于第二套筒腔144内。轴112通过一个置于第一套筒腔134内的挡板146来防止其从空隙132中掉出。挡板146相对于轴承套筒130固定。挡板146具有一个内直径为d14的中心圆柱孔152。孔152的内直径d14略大于第二圆柱轴部分148和圆锥形轴部分158的外直径D12，而小于止推垫圈136的外直径D14。因此，挡板146与止推垫圈136相邻接的部分保证止推垫圈固定在第二套筒腔144内，并可防止轴112从空腔132中掉出。
如上面所述的，孔152的内直径d14略大于第二圆柱轴部分148的外直径D12。因此，在轴112的外表面和孔152的内表面之间就形成了一个间隙140。间隙140中填充了一种适当的润滑液。圆锥形轴部分158形成一个圆锥形部分156，适当地选择其锥形斜面，以使在润滑液与孔152和轴112的壁之间具有足够的表面张力。转动过程中，润滑液始终通过由圆锥形部分156内的流体形成的毛细密封而保持在轴承内。圆锥形部分156也用作为润滑液的容器。
在第一圆柱轴部分138和第三套筒腔154的相对侧壁之间形成了至少一个径向轴承150。在优选的实施例中，在第一圆柱轴部分138和第二圆柱轴部分148的区域内形成径向流体动力轴承150。在轴112的外表面或在第三套筒腔154的内表面形成一些动压生成人字形槽。在挡板146和止推垫圈136的相对侧之间形成底部止推轴承162，在这些相对侧的任一侧上设置有人字形或螺旋形凹槽。在止推垫圈136和第二套筒腔144的相对侧之间形成顶部止推轴承164a，在这些相对侧的任一侧上设置有人字形或螺旋形凹槽。作为另一种选择，顶部止推轴承164b可形成在轴112的顶面166和套筒腔154的相对侧之间。因此，如图2所示，在止推垫圈与轴112的小直径部分相邻接的底边形成了至少一个止推轴承。这两个止推轴承与阶梯形轴一起给轴112提供了一个足够的轴向支撑，并提供了止推垫圈的适当定位。
与第一实施例相同的是，上述第二实施例的主轴电机具有至少一个设置在止推垫圈的与轴的小直径部分相邻接的侧面上的止推轴承，结果只要顶部止推轴承164a或164b具有高刚性强度就能使电机具有很好的性能。而底部止推轴承162具有低刚性强度。底部止推轴承刚性的减小使得提供的主轴电机具有很小的功耗。
主轴电机的第三实施例由图3所示。根据第三优选实施例，一个微型主轴电机210优选地包括一个旋转套筒230，其用来支撑并带动具有轮毂216的转子214转动。轴承套筒230可以粘结到轮毂216上。当电机210用于一个磁盘驱动器时，轮毂216在转动期间可支撑并带动一个磁盘(图中未示出)旋转。转子214包括一个环形垂直转子支撑壁224，其用来支撑转子磁铁226。一个定子218优选地包括一个环形垂直定子支撑壁220，其用来支撑多个定子绕组222，以使定子绕组置于与转子磁铁226相对的位置。定子支撑壁220限定了一个内圆柱杯状开口228。中心固定阶梯形轴212插入圆柱杯状开口228中，并牢牢固定在其中。中心轴212以适当压力装配到杯状开口228的底壁中，并可进一步固定在所提供的磁盘驱动器的顶盖(图中未示出)中。尽管轴的这个顶盖配件没有用于目前的2.5″磁盘驱动器中，但它可用于本发明提供的电机中，因为电机的功耗减小了。
在第三优选实施例中，轴212优选地具有一个外直径为D21的第一圆柱部分238，一个外直径为D22的第二圆柱部分248，一个外直径从D22(沿着与第二圆柱部分248相连接的部分量出)变化到D13(沿着与杯状开口228的底壁相连接的部分量出)的第一圆锥形部分258和一个外直径从D21(沿着与第一圆柱部分238相连接的部分量出)变化到D25(沿着与轮毂216相邻接的部分量出)的第二圆锥形部分268。第一圆柱部分238的外直径D21大于第二圆柱部分248的外直径D22。一个台阶242形成于轴的第一和第二圆柱部分之间。优选地，第一圆锥形部分258的外直径D23小于同一个轴部分的外直径D22。优选地，第二圆锥形部分268的外直径D25小于同一个轴部分的外直径D21。一个止推垫圈236牢牢地固定在与台阶242相邻接的轴212的第二圆柱部分248上。止推垫圈236有一外直径D24。
在第三优选实施例中，轴承套筒230有一个具有大体上为圆柱形壁的内部空腔232和至少三个具有不同内直径的腔。第一套筒腔234有一内直径d21，第二套筒腔244有一内直径d22以及第三套筒腔254有一内直径d23。第三套筒腔254的内直径d23略大于第一圆柱轴部分238的外直径D21。第二套筒腔244的内直径d22略大于止推垫圈236的外直径D24。
中心轴212优选地插入内部空腔232中，以使第一圆柱轴部分238和第二圆锥形轴部分268置于第三套筒腔254内，并且使止推垫圈236置于第二套筒腔244内。轴212通过一个置于第一套筒腔234内的挡板246来防止其从空隙232中掉出。挡板246相对于轴承套筒230固定。挡板246具有一个内直径为d24的中心圆柱孔252。孔252的内直径d24略大于第二圆柱轴部分248和第一圆锥形轴部分258的外直径D22，而小于止推垫圈236的外直径D24。因此，挡板246与止推垫圈236相邻接的部分保证止推垫圈固定在第二套筒腔244内，并可防止轴212从空腔232中掉出。
如上面所述的，孔252的内直径d24略大于第二圆柱轴部分248的外直径D22。同样地，第三套筒腔254的内直径d23略大于第一圆柱轴部分238的外直径D21。因此，在轴212的外表面与孔252和套筒230的内表面之间就形成了一个间隙240。间隙240中填充了一种适当的润滑液。圆锥形轴部分258和268在套筒230的上部和孔252的底部形成了圆锥形部分256。适当地选择部分256的锥形斜面，以使润滑液和部分256的壁之间具有足够的表面张力。转动过程中，润滑液始终通过由圆锥形部分256内的流体形成的毛细密封而保持在轴承内。圆锥形部分256也用作为润滑液的容器。
在第一圆柱轴部分238和第三套筒腔254的相对侧壁之间形成了至少一个径向轴承250。在优选的实施例中，在第一圆柱轴部分238和在第二圆柱轴部分248的区域内提供径向流体动力轴承250。在轴212的外表面或第三套筒腔254的内表面形成一些动压生成人字形凹槽。在挡板246和止推垫圈236的相对侧之间形成底部止推轴承262，这些相对侧的任一侧上设置有人字形或螺旋形凹槽。在止推垫圈236的上表面和第二套筒腔144的相对侧之间形成顶部止推轴承264，这些相对侧的任一侧上设置有人字形或螺旋形凹槽。因此，如图3所示，在止推垫圈与轴212的小直径部分相邻接的底面形成了至少一个止推轴承。这两个止推轴承与阶梯形轴一起给轴212提供了一个足够的轴向支撑，并提供了止推垫圈的适当定位。
与第一和第二实施例相同的是，上述第三实施例的主轴电机具有至少一个设置在止推垫圈的与轴的小直径部分相邻接的侧面上的止推轴承，结构只要顶部止推轴承264具有高刚性强度就能使电机具有很好的性能。而底部止推轴承262具有低刚性强度。底部止推轴承刚性的减小使得提供的主轴电机具有很小的功耗。
上述本发明应用在一个2.5″磁盘驱动器中时特别地有效。但本发明也可用于其它主轴电机。
为使读者方便，上面的说明着重于所有可能实施例中的一个有代表性的例子，这个例子说明了本发明的原理并揭示了完全体现该原理的最好实施例。上面的说明没有能够穷举所有可能的变化。其它没有描述的变化或变型也是可以的。例如，在很多情况下，描述的多个可替换的实施例可以是将不同实施例的元件进行组合，或者将上面描述的实施例中的元件与没有特别描述的其它变型或变化中的元件进行组合。没有描述的变化和变型都包含在下述权利要求所限定的范围内，其它的则与权利要求等同。
权利要求
1.一种主轴电机，其用于一个磁盘驱动器，所述主轴电机包括一个轴，其具有一个大直径部分和一个小直径部分以及在它们之间形成的一个台阶；一个轴承套筒，其具有一个中心圆柱开口，所述轴插入到所述中心圆柱开口中；一个轴承间隙，其在所述轴和所述轴承套筒之间形成，所述轴承间隙中充满着润滑液；以及一个止推板，其在所述台阶区域牢牢地固定在所述轴上，以使所述止推板的顶面置于与所述大直径部分相邻接的位置，并使所述止推板的底面置于与所述小直径部分相邻接的位置。
2.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，在轴的所述大直径部分上形成有一个第一径向流体动力轴承；以及在轴的所述小直径部分上形成有一个第二径向流体动力轴承。
3.如权利要求2所述的主轴电机，其特征在于，所述第一径向流体动力轴承和所述第二流体动力轴承是通过动压生成槽形成的，所述槽设置在所述轴的外表面或所述轴承套筒的内表面上。
4.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，一个挡板置于所述轴承套筒内以封住所述中心圆柱开口，这样所述挡板和所述止推板置于相对的位置。
5.如权利要求4所述的主轴电机，其特征在于，在所述止推板和所述挡板之间形成一个止推流体动力轴承。
6.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，一个套筒台阶形成在与所述止推板相邻接的所述轴承套筒中。
7.如权利要求6所述的主轴电机，其特征在于，在所述止推板和所述轴承套筒台阶之间形成一个流体动力止推轴承。
8.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，一个锥形毛细密封形成于所述轴承套筒的一个开口端，所述锥形毛细密封将所述润滑液密封在所述轴承间隙内。
9.如权利要求4所述的主轴电机，其特征在于，一个锥形毛细密封形成于所述挡板的一个开口端，所述锥形毛细密封将所述润滑液密封在所述轴承间隙内。
10.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，所述轴的一端完全被所述轴承套筒围住。
11.如权利要求10所述的主轴电机，其特征在于，在轴的所述一端和所述轴承套筒之间形成一个流体动力止推轴承。
12.如权利要求1所述的主轴电机，其进一步包括一个底座和一个外壳盖，其特征在于，所述轴的一端固定到底座上，同时所述轴的另一端固定到外壳盖上。
13.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，所述轴是所述主轴电机的一个旋转元件。
14.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，所述轴是所述主轴电机的一个固定元件。
15.一种带有一个主轴电机的磁盘驱动器，所述主轴电机包括一个轴，其具有一个大直径部分和一个小直径部分以及在它们之间形成的一个台阶；一个轴承套筒，其具有一个中心圆柱开口，所述轴插入到所述中心圆柱开口中；一个轴承间隙，其在所述轴和所述轴承套筒之间形成，所述轴承间隙中充满着润滑液；以及一个止推板，其在所述台阶区域牢牢地固定在所述轴上，以使所述止推板的顶面置于与所述大直径部分相邻接的位置，并使所述止推板的底面置于与所述小直径部分相邻接的位置。
16.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，在轴的所述大直径部分上形成有一个第一径向流体动力轴承；以及在轴的所述小直径部分上形成有一个第二径向流体动力轴承。
17.如权利要求16所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述第一径向流体动力轴承和所述第二流体动力轴承是通过动压生成槽形成的，所述槽设置在所述轴的外表面或所述轴承套筒的内表面上。
18.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，一个挡板置于所述轴承套筒内以封住所述中心圆柱开口，这样所述挡板和所述止推板置于相对的位置。
19.如权利要求18所述的磁盘驱动器，其特征在于，在所述止推板和所述挡板之间形成一个止推流体动力轴承。
20.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，一个轴承套筒台阶形成在所述止推板相邻接的所述轴承套筒中。
21.如权利要求20所述的磁盘驱动器，其特征在于，在所述止推板和所述轴承套筒台阶之间形成一个流体动力止推轴承。
22.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，一个锥形毛细密封形成于所述轴承套筒的一个开口端，所述锥形毛细密封将所述润滑液密封在所述轴承间隙内。
23.如权利要求18所述的磁盘驱动器，其特征在于，一个锥形毛细密封形成于所述挡板的一个开口端，所述锥形毛细密封将所述润滑液密封在所述轴承间隙内。
24.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述轴的一端完全被所述轴承套筒围住。
25.如权利要求24所述的磁盘驱动器，其特征在于，在轴的所述端和所述轴承套筒之间形成一个流体动力止推轴承。
26.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其进一步包括一个底座和一个外壳盖，其特征在于，所述轴的一端固定到底座上，同时所述轴的另一端固定到外壳盖上。
27.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述轴是所述主轴电机的一个旋转元件。
28.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述轴是所述主轴电机的一个固定元件。
全文摘要
一种用于磁盘驱动器的主轴电机，该主轴电机包括一个轴，其具有一个大直径部分和一个小直径部分以及在它们之间形成的一个台阶。该主轴电机还包括一个轴承套筒，其具有一个中心圆柱开口，轴插入该中心圆柱开口中。在轴和轴承套筒之间形成了一个轴承间隙，该轴承间隙中充满了润滑液。一个止推板在台阶区域牢牢地固定在轴上，以使止推板的顶面置于与大直径部分相邻接的位置，并使止推板的底面置于与轴的小直径部分相邻接的位置。
文档编号H02K7/08GK1447496SQ03122699
公开日2003年10月8日 申请日期2003年3月12日 优先权日2002年3月12日
发明者安备烈亚斯·克尔 申请人:美蓓亚株式会社
相关申请本申请要求的所有优先权是申请日是2002年3月12日的美国专利申请No.60/363818(审理中)和申请日是2002年8月22日的德国专利申请No.10238558.0(审理中)。
通常，用于磁盘驱动器的主轴电机靠球轴承来将一旋转件支撑在一固定件上，其中固定件如轴，旋转件如旋转轮毂。众所周知，球轴承是磨损性部件，随着时间的增加，其摩擦力将导致电机故障。另外，球轴承产生粉末或细小微粒形的碎片进入“干净的”腔室内，该腔室容纳着由电机驱动的旋转磁盘。球轴承固有的机械摩擦还会引起发热、噪声和振动，所有这些都是不希望在磁盘驱动电机中出现的。
在主轴驱动电机中，流体轴承相对于传统的球轴承具有相当大的进步性。在这种类型的系统中，润滑液、气体或液体，其功能是作为电机的旋转主轴或旋转轮毂的固定底座或壳体之间的实际支承表面。液体润滑剂，例如油、合成铁磁流体甚至空气已经用于流体动力轴承系统。与球轴承相比，流体动力轴承提高了运行精确度，增大了强度，并减小了产生的噪音。
美国专利No.5658080公开了一种采用了现有技术中的流体动力轴承的主轴电机的例子。该专利公开了一个主轴电机，其包括一个固定在轴固定器中的轴和一个提供给该轴的止推板。在止推板和轴固定器之间提供了一个止推动压流体轴承。在轴固定器和轴之间设置了一个径向动压流体轴承。在止推板外圆周表面和轴固定器内圆周表面之间形成的环形空间中部分地填充了油。在止推板外圆周表面上设置了环形突出部分。当电机以高速运转时，环形空间内的油保持在轴固定器上，并通过油使止推动压流体轴承内的油在其上和下表面之间进行相互交换。
本发明提供了一种用于磁盘驱动器的主轴电机，该主轴电机包括一个轴，其具有一个大直径部分和一个小直径部分以及在它们之间形成的一个台阶。该主轴电机还包括一个轴承套筒，其具有一个中心圆柱开口，轴插入该中心圆柱开口中。在轴和轴承套筒之间形成了一个轴承间隙，该轴承间隙中充满了润滑液。一个止推板在台阶区域牢牢地固定在轴上，以使止推板的顶面置于与大直径部分相邻接的位置，并使止推板的底面置于与轴的小直径部分相邻接的位置。
通过结合附图对优选实施例的描述，本发明的上述和其他目的、思路、特征和优点将更清楚。
图2是一个带有固定轴的主轴电机的侧面剖视图，其具有一个固定在轴的台阶区域上的止推垫圈。
图3是一个带有一个固定阶梯形轴的主轴电机的侧面剖视图，其具有一个止推垫圈，轴可以固定到磁盘驱动器的一个上壳盖(图中未示出)上。
图4是一个插入到轴承套筒中并带有多个人字形凹槽的轴的透视图。
在优选的实施例中，轴12优选地具有一个外直径为D1的第一圆柱部分38，一个外直径为D2的第二圆柱部分48和一个外直径为D3的第三圆柱部分58。第一圆柱部分38的外直径D1大于第二圆柱部分48的外直径D2。一个台阶42形成于轴第一和第二圆柱部分之间。轮毂16装配成在轴12的第三圆柱部分58上转动。第三圆柱部分的外直径D3可以与第一圆柱部分的外直径D1不同。一个止推垫圈36牢牢地固定在与台阶42相邻接的轴12的第二圆柱部分48上。止推垫圈36有一外直径D4。
在优选的实施例中，轴承套筒30有一个具有大体上是圆柱形壁的内部空腔32和至少三个具有不同内直径的腔。第一套筒腔34有一内直径d1，第二套筒腔44有一内直径d2以及第三套筒腔54有一内直径d3。第三套筒腔54的内直径d3略大于第二圆柱轴部分48的外直径D2。第二套筒腔44的内直径d2略大于止推垫圈36的外直径D4。
中心轴12优选地插入内部空腔32中，以使第二圆柱轴部分48置于第三套筒腔54内，并且使止推垫圈36置于第二套筒腔44内。轴12通过一个置于第一套筒腔34内的挡板46来防止其从空隙32中掉出。挡板46相对于轴承套筒30固定。挡板46具有一个内直径为d4的中心圆柱孔52。孔52的内直径d4略大于第一圆柱轴部分38的外直径D1，而小于止推垫圈36的外直径D4。因此，挡板46与止推垫圈36相邻接的部分保证止推垫圈固定在第二套筒腔44内，并可防止轴12从空腔32中掉出。
如上面所述的，孔52的内直径d4略大于第一圆柱轴部分38的外直径D1。因此，在轴12的外表面和孔52的内表面之间就形成了一个间隙40。间隙40中填充了一种适当的润滑液。孔52优选地具有一个圆锥形部分56，适当地选择其锥形斜面，以使轴承内的润滑液与孔52和轴12的壁之间具有足够的表面张力。转动过程中，润滑液始终通过由圆锥形部分56内的流体形成的毛细密封而保持在轴承内。圆锥形部分56也用作为润滑液的容器。
在第一圆柱轴部分38和孔52的相对侧壁之间形成了至少一个径向轴承50。在优选的实施例中，在第一圆柱轴部分38和第二圆柱轴部分48的区域内形成径向流体动力轴承50。如图4所示，在轴12的外表面，或在孔52的内表面形成动压生成槽60。在挡板46和止推垫圈36的相对侧之间形成顶部止推轴承62，在这些侧的任一侧上设置有人字形或螺旋形凹槽。在止推垫圈36和第二套筒腔44的相对侧之间形成底部止推轴承64，在这些侧的任一侧上设置有人字形或螺旋形凹槽。因此，如
图1所示，在止推垫圈与轴12的小直径部分相邻接的底面上形成了至少一个止推轴承。这两个止推轴承与阶梯形轴一起给轴12提供了一个足够的轴向支撑，并提供了止推垫圈的合适定位。
在一个安装了流体动力止推轴承的典型主轴电机中，这种轴承必须要具有非常高的刚性强度。与目前常见的设计相比，本发明的上述实施例中，由于在止推垫圈的与轴的小直径部分相邻接的侧面上设置有至少一个止推轴承，所以只要顶部止推轴承62具有高刚性强度就能使电机具有很好的性能。而底部止推轴承64具有低刚性强度。底部止推轴承刚性的减小使得提供的主轴电机具有很小的功耗。
主轴电机的第二实施例如图2所示。根据第二实施例，一个微型主轴电机110优选地包括一个旋转套筒130，其用来支撑并带动具有轮毂116的转子114转动。轴承套筒130可被粘结到轮毂116上。当电机110用于一个磁盘驱动器时，轮毂116在转动期间可支撑并带动一个磁盘(图中未示出)旋转。转子114包括一个环形垂直转子支撑壁124，其用来支撑转子磁铁126。一个定子118优选地包括一个环形垂直定子支撑壁120，其用来支撑多个定子绕组122，以使定子绕组置于与转子磁铁126相对的位置。定子支撑壁120限定了一个内圆柱杯状开口128。一个中心固定阶梯形轴112插入到圆柱杯状开口128的底壁中，并牢牢固定在其中。
在第二优选实施例中，轴112优选地具有一个外直径为D11的第一圆柱部分138，一个外直径为D12的第二圆柱部分148和一个外直径从D12(沿着与第二圆柱部分148相连接的部分量出)变化到D13(沿着与杯状开口128的底壁相连接的部分量出)的圆锥形部分158。第一圆柱部分138的外直径D11大于第二圆柱部分148的外直径D12。在轴的第一和第二圆柱部分之间形成一个台阶142。优选地，圆锥形部分158的外直径D13小于同一个轴部分的外直径D12。一个止推垫圈136牢牢固定在轴112与台阶142相邻接的第二圆柱部分148上。止推垫圈136有一外直径D14。
在第二优选实施例中，轴承套筒130有一个具有大体上是圆柱形壁的内部空腔132和至少三个具有不同内直径的腔。第一套筒腔134有一内直径d11，第二套筒腔144有一内直径d12以及第三套筒腔154有一内直径d13。第三套筒腔154的内直径d13略大于第一圆柱轴部分138的外直径D11。第二套筒腔144的内直径d12略大于止推垫圈136的外直径D14。
中心轴112优选地插入内部空腔132中，以使第一圆柱轴部分138置于第三套筒腔154内，并且使止推垫圈136置于第二套筒腔144内。轴112通过一个置于第一套筒腔134内的挡板146来防止其从空隙132中掉出。挡板146相对于轴承套筒130固定。挡板146具有一个内直径为d14的中心圆柱孔152。孔152的内直径d14略大于第二圆柱轴部分148和圆锥形轴部分158的外直径D12，而小于止推垫圈136的外直径D14。因此，挡板146与止推垫圈136相邻接的部分保证止推垫圈固定在第二套筒腔144内，并可防止轴112从空腔132中掉出。
如上面所述的，孔152的内直径d14略大于第二圆柱轴部分148的外直径D12。因此，在轴112的外表面和孔152的内表面之间就形成了一个间隙140。间隙140中填充了一种适当的润滑液。圆锥形轴部分158形成一个圆锥形部分156，适当地选择其锥形斜面，以使在润滑液与孔152和轴112的壁之间具有足够的表面张力。转动过程中，润滑液始终通过由圆锥形部分156内的流体形成的毛细密封而保持在轴承内。圆锥形部分156也用作为润滑液的容器。
在第一圆柱轴部分138和第三套筒腔154的相对侧壁之间形成了至少一个径向轴承150。在优选的实施例中，在第一圆柱轴部分138和第二圆柱轴部分148的区域内形成径向流体动力轴承150。在轴112的外表面或在第三套筒腔154的内表面形成一些动压生成人字形槽。在挡板146和止推垫圈136的相对侧之间形成底部止推轴承162，在这些相对侧的任一侧上设置有人字形或螺旋形凹槽。在止推垫圈136和第二套筒腔144的相对侧之间形成顶部止推轴承164a，在这些相对侧的任一侧上设置有人字形或螺旋形凹槽。作为另一种选择，顶部止推轴承164b可形成在轴112的顶面166和套筒腔154的相对侧之间。因此，如图2所示，在止推垫圈与轴112的小直径部分相邻接的底边形成了至少一个止推轴承。这两个止推轴承与阶梯形轴一起给轴112提供了一个足够的轴向支撑，并提供了止推垫圈的适当定位。
与第一实施例相同的是，上述第二实施例的主轴电机具有至少一个设置在止推垫圈的与轴的小直径部分相邻接的侧面上的止推轴承，结果只要顶部止推轴承164a或164b具有高刚性强度就能使电机具有很好的性能。而底部止推轴承162具有低刚性强度。底部止推轴承刚性的减小使得提供的主轴电机具有很小的功耗。
主轴电机的第三实施例由图3所示。根据第三优选实施例，一个微型主轴电机210优选地包括一个旋转套筒230，其用来支撑并带动具有轮毂216的转子214转动。轴承套筒230可以粘结到轮毂216上。当电机210用于一个磁盘驱动器时，轮毂216在转动期间可支撑并带动一个磁盘(图中未示出)旋转。转子214包括一个环形垂直转子支撑壁224，其用来支撑转子磁铁226。一个定子218优选地包括一个环形垂直定子支撑壁220，其用来支撑多个定子绕组222，以使定子绕组置于与转子磁铁226相对的位置。定子支撑壁220限定了一个内圆柱杯状开口228。中心固定阶梯形轴212插入圆柱杯状开口228中，并牢牢固定在其中。中心轴212以适当压力装配到杯状开口228的底壁中，并可进一步固定在所提供的磁盘驱动器的顶盖(图中未示出)中。尽管轴的这个顶盖配件没有用于目前的2.5″磁盘驱动器中，但它可用于本发明提供的电机中，因为电机的功耗减小了。
在第三优选实施例中，轴212优选地具有一个外直径为D21的第一圆柱部分238，一个外直径为D22的第二圆柱部分248，一个外直径从D22(沿着与第二圆柱部分248相连接的部分量出)变化到D13(沿着与杯状开口228的底壁相连接的部分量出)的第一圆锥形部分258和一个外直径从D21(沿着与第一圆柱部分238相连接的部分量出)变化到D25(沿着与轮毂216相邻接的部分量出)的第二圆锥形部分268。第一圆柱部分238的外直径D21大于第二圆柱部分248的外直径D22。一个台阶242形成于轴的第一和第二圆柱部分之间。优选地，第一圆锥形部分258的外直径D23小于同一个轴部分的外直径D22。优选地，第二圆锥形部分268的外直径D25小于同一个轴部分的外直径D21。一个止推垫圈236牢牢地固定在与台阶242相邻接的轴212的第二圆柱部分248上。止推垫圈236有一外直径D24。
在第三优选实施例中，轴承套筒230有一个具有大体上为圆柱形壁的内部空腔232和至少三个具有不同内直径的腔。第一套筒腔234有一内直径d21，第二套筒腔244有一内直径d22以及第三套筒腔254有一内直径d23。第三套筒腔254的内直径d23略大于第一圆柱轴部分238的外直径D21。第二套筒腔244的内直径d22略大于止推垫圈236的外直径D24。
中心轴212优选地插入内部空腔232中，以使第一圆柱轴部分238和第二圆锥形轴部分268置于第三套筒腔254内，并且使止推垫圈236置于第二套筒腔244内。轴212通过一个置于第一套筒腔234内的挡板246来防止其从空隙232中掉出。挡板246相对于轴承套筒230固定。挡板246具有一个内直径为d24的中心圆柱孔252。孔252的内直径d24略大于第二圆柱轴部分248和第一圆锥形轴部分258的外直径D22，而小于止推垫圈236的外直径D24。因此，挡板246与止推垫圈236相邻接的部分保证止推垫圈固定在第二套筒腔244内，并可防止轴212从空腔232中掉出。
如上面所述的，孔252的内直径d24略大于第二圆柱轴部分248的外直径D22。同样地，第三套筒腔254的内直径d23略大于第一圆柱轴部分238的外直径D21。因此，在轴212的外表面与孔252和套筒230的内表面之间就形成了一个间隙240。间隙240中填充了一种适当的润滑液。圆锥形轴部分258和268在套筒230的上部和孔252的底部形成了圆锥形部分256。适当地选择部分256的锥形斜面，以使润滑液和部分256的壁之间具有足够的表面张力。转动过程中，润滑液始终通过由圆锥形部分256内的流体形成的毛细密封而保持在轴承内。圆锥形部分256也用作为润滑液的容器。
在第一圆柱轴部分238和第三套筒腔254的相对侧壁之间形成了至少一个径向轴承250。在优选的实施例中，在第一圆柱轴部分238和在第二圆柱轴部分248的区域内提供径向流体动力轴承250。在轴212的外表面或第三套筒腔254的内表面形成一些动压生成人字形凹槽。在挡板246和止推垫圈236的相对侧之间形成底部止推轴承262，这些相对侧的任一侧上设置有人字形或螺旋形凹槽。在止推垫圈236的上表面和第二套筒腔144的相对侧之间形成顶部止推轴承264，这些相对侧的任一侧上设置有人字形或螺旋形凹槽。因此，如图3所示，在止推垫圈与轴212的小直径部分相邻接的底面形成了至少一个止推轴承。这两个止推轴承与阶梯形轴一起给轴212提供了一个足够的轴向支撑，并提供了止推垫圈的适当定位。
与第一和第二实施例相同的是，上述第三实施例的主轴电机具有至少一个设置在止推垫圈的与轴的小直径部分相邻接的侧面上的止推轴承，结构只要顶部止推轴承264具有高刚性强度就能使电机具有很好的性能。而底部止推轴承262具有低刚性强度。底部止推轴承刚性的减小使得提供的主轴电机具有很小的功耗。
上述本发明应用在一个2.5″磁盘驱动器中时特别地有效。但本发明也可用于其它主轴电机。
为使读者方便，上面的说明着重于所有可能实施例中的一个有代表性的例子，这个例子说明了本发明的原理并揭示了完全体现该原理的最好实施例。上面的说明没有能够穷举所有可能的变化。其它没有描述的变化或变型也是可以的。例如，在很多情况下，描述的多个可替换的实施例可以是将不同实施例的元件进行组合，或者将上面描述的实施例中的元件与没有特别描述的其它变型或变化中的元件进行组合。没有描述的变化和变型都包含在下述权利要求所限定的范围内，其它的则与权利要求等同。
权利要求
1.一种主轴电机，其用于一个磁盘驱动器，所述主轴电机包括一个轴，其具有一个大直径部分和一个小直径部分以及在它们之间形成的一个台阶；一个轴承套筒，其具有一个中心圆柱开口，所述轴插入到所述中心圆柱开口中；一个轴承间隙，其在所述轴和所述轴承套筒之间形成，所述轴承间隙中充满着润滑液；以及一个止推板，其在所述台阶区域牢牢地固定在所述轴上，以使所述止推板的顶面置于与所述大直径部分相邻接的位置，并使所述止推板的底面置于与所述小直径部分相邻接的位置。
2.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，在轴的所述大直径部分上形成有一个第一径向流体动力轴承；以及在轴的所述小直径部分上形成有一个第二径向流体动力轴承。
3.如权利要求2所述的主轴电机，其特征在于，所述第一径向流体动力轴承和所述第二流体动力轴承是通过动压生成槽形成的，所述槽设置在所述轴的外表面或所述轴承套筒的内表面上。
4.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，一个挡板置于所述轴承套筒内以封住所述中心圆柱开口，这样所述挡板和所述止推板置于相对的位置。
5.如权利要求4所述的主轴电机，其特征在于，在所述止推板和所述挡板之间形成一个止推流体动力轴承。
6.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，一个套筒台阶形成在与所述止推板相邻接的所述轴承套筒中。
7.如权利要求6所述的主轴电机，其特征在于，在所述止推板和所述轴承套筒台阶之间形成一个流体动力止推轴承。
8.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，一个锥形毛细密封形成于所述轴承套筒的一个开口端，所述锥形毛细密封将所述润滑液密封在所述轴承间隙内。
9.如权利要求4所述的主轴电机，其特征在于，一个锥形毛细密封形成于所述挡板的一个开口端，所述锥形毛细密封将所述润滑液密封在所述轴承间隙内。
10.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，所述轴的一端完全被所述轴承套筒围住。
11.如权利要求10所述的主轴电机，其特征在于，在轴的所述一端和所述轴承套筒之间形成一个流体动力止推轴承。
12.如权利要求1所述的主轴电机，其进一步包括一个底座和一个外壳盖，其特征在于，所述轴的一端固定到底座上，同时所述轴的另一端固定到外壳盖上。
13.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，所述轴是所述主轴电机的一个旋转元件。
14.如权利要求1所述的主轴电机，其特征在于，所述轴是所述主轴电机的一个固定元件。
15.一种带有一个主轴电机的磁盘驱动器，所述主轴电机包括一个轴，其具有一个大直径部分和一个小直径部分以及在它们之间形成的一个台阶；一个轴承套筒，其具有一个中心圆柱开口，所述轴插入到所述中心圆柱开口中；一个轴承间隙，其在所述轴和所述轴承套筒之间形成，所述轴承间隙中充满着润滑液；以及一个止推板，其在所述台阶区域牢牢地固定在所述轴上，以使所述止推板的顶面置于与所述大直径部分相邻接的位置，并使所述止推板的底面置于与所述小直径部分相邻接的位置。
16.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，在轴的所述大直径部分上形成有一个第一径向流体动力轴承；以及在轴的所述小直径部分上形成有一个第二径向流体动力轴承。
17.如权利要求16所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述第一径向流体动力轴承和所述第二流体动力轴承是通过动压生成槽形成的，所述槽设置在所述轴的外表面或所述轴承套筒的内表面上。
18.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，一个挡板置于所述轴承套筒内以封住所述中心圆柱开口，这样所述挡板和所述止推板置于相对的位置。
19.如权利要求18所述的磁盘驱动器，其特征在于，在所述止推板和所述挡板之间形成一个止推流体动力轴承。
20.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，一个轴承套筒台阶形成在所述止推板相邻接的所述轴承套筒中。
21.如权利要求20所述的磁盘驱动器，其特征在于，在所述止推板和所述轴承套筒台阶之间形成一个流体动力止推轴承。
22.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，一个锥形毛细密封形成于所述轴承套筒的一个开口端，所述锥形毛细密封将所述润滑液密封在所述轴承间隙内。
23.如权利要求18所述的磁盘驱动器，其特征在于，一个锥形毛细密封形成于所述挡板的一个开口端，所述锥形毛细密封将所述润滑液密封在所述轴承间隙内。
24.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述轴的一端完全被所述轴承套筒围住。
25.如权利要求24所述的磁盘驱动器，其特征在于，在轴的所述端和所述轴承套筒之间形成一个流体动力止推轴承。
26.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其进一步包括一个底座和一个外壳盖，其特征在于，所述轴的一端固定到底座上，同时所述轴的另一端固定到外壳盖上。
27.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述轴是所述主轴电机的一个旋转元件。
28.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述轴是所述主轴电机的一个固定元件。
全文摘要
一种用于磁盘驱动器的主轴电机，该主轴电机包括一个轴，其具有一个大直径部分和一个小直径部分以及在它们之间形成的一个台阶。该主轴电机还包括一个轴承套筒，其具有一个中心圆柱开口，轴插入该中心圆柱开口中。在轴和轴承套筒之间形成了一个轴承间隙，该轴承间隙中充满了润滑液。一个止推板在台阶区域牢牢地固定在轴上，以使止推板的顶面置于与大直径部分相邻接的位置，并使止推板的底面置于与轴的小直径部分相邻接的位置。
文档编号H02K7/08GK1447496SQ03122699
公开日2003年10月8日 申请日期2003年3月12日 优先权日2002年3月12日
发明者安备烈亚斯·克尔 申请人:美蓓亚株式会社
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