CN1874120A - 主轴电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有高可靠性的主轴电动机，其即使在高速旋转下、在剧烈的温度变化下，也不会增加消耗的电力。该电动机具有转子部(12)；定子部(14)；和相对定子部使用润滑流体(20)可转动地支撑转子部的止推动压轴承(SB)及径向动压轴承(RB)，止推动压轴承具有产生相反方向动压的第一和第二止推轴承部(SB1、SB2)，润滑流体填充于转子和定子间的规定间隙、即填充部(M)中，填充部具有第一填充部(M1)和第二填充部(M2)，该第一填充部从向外部开放的一端侧(6)顺次连接第二止推动压轴承部、第一止推轴承部、径向动压轴承部，该第二填充部连接所述第一填充部上的第二及第一止推动压轴承部之间与第一止推轴承部及径向动压轴承部之间。

Description

主轴电动机
技术领域
本发明涉及一种主轴电动机，特别是，本发明涉及具有流体动压轴承的主轴电动机。
背景技术
具有流体动压轴承的主轴电动机由于高速旋转时的特性优良，所以多用在记录重放装置中，用于驱动磁盘或光盘等圆盘状记录介质。
在专利文献1中记载了使用这种流体动压轴承的现有主轴电动机的一个例子。
该专利文献1中记载的电动机具有由轴和套筒构成的一对径向轴承部、及由套筒上端面和轮毂内表面构成的一个止推轴承部。
另一方面，对于这种结构的电动机，作为移动式机器所要求的耐振性、耐冲击性优良的结构，研究出了具有下述构成的电动机，其中，在套筒侧沿轴向间隔地设置突出到其外侧的凸缘和密封板，并且在两者之间夹有设置在轮毂侧的止推环，所述电动机具有两个止推轴承部，所述轴承部由该止推环的上下两表面和各自相对的凸缘及密封板的表面构成。
作为这种电动机的一个例子，使用图10说明1英寸的硬盘装置(HDD)用主轴电动机151。
定子114具有电动机底座108、套筒104和铁心109，所述套筒安装到该电动机底座108上并在一端部侧形成凸缘部104a。
在铁心109上缠绕线圈110，在套筒104的另一端部侧固定环状的密封板117。
转子112，具有用于将环状的磁体111固定到其外周面的轮毂107。该轮毂107，在其中心一体地形成轴101，在该轴101的外周面插着筒状的外筒部113。
而且，在轮毂107的内周面固定有止推环103。
转子112的外筒部113***定子114的套筒104中，转子112相对于定子114通过下面说明的流体动压轴承可自由转动地被支撑。
止推动压轴承SB由止推环103、凸缘部104a、密封板117和填充到它们的间隙中的润滑流体(润滑剂)构成。
具体地说，形成在止推环103的轴向两表面上的一对动压槽通过伴随转子112的旋转产生动压来发挥止推轴承的功能。
即，在止推环103的下表面和密封板117的上表面产生使转子上升的动压，在止推环103的上表面和凸缘104a的下表面产生使转子下降的动压，通过两动压的平衡，转子112相对于定子114以浮起状态被支撑。
径向动压轴承RB由外筒部113、套筒104和填充到它们的间隙中的润滑剂构成。
具体地说，在外筒部113及套筒104的相互相对的表面的任一个上设置的动压槽通过伴随转子112的旋转产生动压，从而发挥径向轴承的功能。
该径向动压轴承RB沿轴向间隔地设置一对。
在上述结构中，设置润滑剂的填充路径，以便串联连接两个止推动压轴承部SB和径向动压轴承部RB。
而且，在止推动压轴承部SB产生的动压，设定其泵入(pump in)方向，以使旋转中润滑剂不会从动压轴承部流到外部。
当沿润滑剂的填充路径进行说明时，在止推动压轴承部SB产生的动压，使润滑剂朝向内侧的径向动压轴承部RB。
专利文献1：特开2004-11879
可是，在具有两个上述止推动压轴承部的电动机中，各动压槽的槽形状由于制造时的加工尺寸的偏差、材料的差别等而具有略微的差异而形成。当该差异达到某种程度以上时，在产生的动压中出现不能忽视的差，特别是在旋转越为高速时，这种情况越变得显著。
具体地说，转子由于该动压的不平衡而过度上升或下降，从而会产生转子和定子接触的情况。
另外，将润滑路径外侧的止推动压轴承部、即由止推环103的下表面和密封板117的上表面构成的止推动压轴承部形成为泵入装置的同时，对于内侧的止推轴承部、即，形成在止推环103的上表面和凸缘104a的下表面之间的止推动压轴承部，即使存在由制造时的加工尺寸的偏差或材料的差别引起的动压槽的槽形状不同的情况，也形成不能泵出的泵入装置。
可是，特别是，在旋转为高速的情况下，由两个止推动压轴承产生的泵入压力变强，而且，离心力作用在内侧的止推动压轴承部上，动压轴承内部的润滑剂的压力上升到必要值以上。
这样，将要使转子112和定子114分离的力变得过强，该力超过由内侧的止推动压轴承部产生的将使转子112下降的力，产生转子112和定子114接触的情况。
另一方面，润滑剂具有温度越低粘度越高的温度特性。因此，温度越低，泵入压力越高，根据情况不同，可能会使转子过度上升，转子和定子接触。
相反，润滑剂温度越高粘度越降低，所以泵入压力变低，根据情况不同，可能会使转子过度下降，转子和定子会接触。
即，温度变化越剧烈，转子和定子接触的可能性越高。
当转子和定子接触时，给转动增加负荷，消耗的电力增加。而且，产生轴振动变大、寿命变短这样涉及可靠性的问题。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种具有高可靠性的主轴电动机，其具有流体动压轴承，而且，即使在高速旋转时，也不会增加消耗的电力。
本发明还提供了一种具有高可靠性的主轴电动机，其具有流体动压轴承，而且，即使由于剧烈的温度变化，也不会增加消耗的电力。
为了实现上述目的，本发明作为技术方案具有下面的[1]～[3]的结构。
[1]一种主轴电动机(スピンドルモ一タ)(51)，具有转子部(12)；定子部(14)；和相对上述定子部(14)使用润滑流体(20)可自由转动地支撑上述转子部(12)的止推(スラスト)动压轴承(SB)及径向(ラジアル)动压轴承(RB)，其特征在于：上述止推动压轴承(SB)具有产生相反方向动压的第一和第二止推轴承部(SB1、SB2)，另一方面，上述润滑流体(20)填充到设置在上述转子部(12)和上述定子部(14)之间的规定空隙、即填充部(M)中，上述填充部(M)具有第一填充部(M1)和第二填充部(M2)，该第一填充部(M1)从向外部开放的一端侧(6)顺次连接上述第二止推动压轴承部(SB2)、上述第一止推轴承部(SB1)、上述径向动压轴承部(RB)，该第二填充部(M2)连接上述第一填充部(M1)上的上述第二及第一止推动压轴承部(SB2、SB1)之间与上述第一止推轴承部(SB1)及上述径向动压轴承部(RB)之间。
[2]一种主轴电动机(51，具有转子部(12)，其包括大致杯状的轮毂(7)、固定在该轮毂(7)的内周部(7c)上的环状止推环(3)、及与上述轮毂(7)一体的轴(1)；定子部(14)，其包括具有向径向外方突出的凸缘(4a)的大致圆筒状的套筒(4)、和密封板(17)，该密封板(17)固定到上述套筒(4)的外周部(4f)，在和上述凸缘部(4a)之间夹住上述止推环(3)；以及使用润滑流体(20)的径向动压轴承(RB)和止推动压轴承(SB)，上述轴(1)***上述套筒(4)中，上述转子部(12)相对于上述定子部(14)通过上述流体动压轴承(RB、SB)可自由转动地被支撑，其特征在于：上述径向动压轴承(RB)包含上述轴(1)和上述套筒(4)，上述止推动压轴承(SB)由第一止推动压轴承部(SB1)和第二止推动压轴承部(SB2)构成，该第一止推动压轴承部(SB1)包含上述止推环(3)和上述凸缘部(4a)的相互相对的表面(3a、4a1)，该第二止推动压轴承部(SB2)包含上述止推环(3)和上述密封板(17)的相互相对的表面(3b、17a)，作为填充上述润滑流体(20)的填充部(M)，具有从向外部开放的一端侧(6)顺次连接上述第二止推动压轴承部(SB2)、上述第一止推动压轴承部(SB1)、上述径向动压轴承部(RB)而形成的填充部(M1)，而且，上述套筒(4)具有连接上述填充部(M1)上的上述第一及第二止推动压轴承部(SB1、SB2)之间与上述第二止推轴承部(SB2)及上述径向动压轴承部(RB)之间的连接孔(21、M2)。
[3]如[1]或[2]所述的主轴电动机(51)，其特征在于：上述第二止推动压轴承部(SB2)构成为，伴随上述转子部(12)的转动产生使上述润滑流体(20)向上述径向动压轴承部(RB)移动的力。
根据本发明，即使高速旋转时，也不会增加消耗的电力，并能维持高的可靠性。
而且，即使剧烈的温度变化，也能实现不会增加消耗的电力，并能维持高的可靠性的效果。
附图说明
图1为表示本发明的主轴电动机的实施例的剖视图。
图2为放大图1的A部的局部剖视图。
图3为说明本发明的主轴电动机的实施例的示意图。
图4为表示本发明的主轴电动机的实施例的主要部分的视图。
图5为说明本发明的主轴电动机的实施例和比较例的特性的图表。
图6为说明本发明的主轴电动机的实施例和比较例的其它特性的图。
图7为说明相对本发明的主轴电动机的实施例的变形例的视图。
图8为说明相对本发明的主轴电动机的实施例的其它变形例的视图。
图9为说明本发明的主轴电动机的实施例的视图。
图10为说明现有的主轴电动机的实施例的视图。
具体实施方式
通过优选实施例、使用图1～图9说明本发明的实施方式。
图1为表示本发明的主轴电动机的实施例的剖视图。
图2为放大图1的A部的局部剖视图。
图3为说明本发明的主轴电动机的实施例的示意图。
图4为表示本发明的主轴电动机的实施例的主要部分的视图。
图5为说明本发明的主轴电动机的实施例和比较例的特性的图表。
图6为说明本发明的主轴电动机的实施例和比较例的其它特性的图。
图7为说明相对本发明的主轴电动机的实施例的变形例的视图。
图8为说明相对本发明的主轴电动机的实施例的其它变形例的视图。
图9为说明本发明的主轴电动机的实施例的视图。
实施例的主轴电动机为具有流体动压轴承并搭载在1英寸的硬盘装置(HDD)上的盘驱动用电动机，其配置在HDD的洁净空间内，并使安装在轮毂7上的至少一个硬盘和轮毂一起以3600转/分的固定转速旋转。
下面，使用图1至图9详细说明。
所述电动机51由定子14和转子12构成。
定子14包括电动机基座8、固定到该定子基座8上并被线圈10缠绕的环状铁心9、以及和环状铁心9同心地固定到电动机基座8上的套筒4。
电动机基座8通过铝压铸件的切削加工或者通过铝板或铁板的压力加工形成。
该电动机基座8具有中心孔8a，为了提高组装精度，套筒4通过粘结剂粘固到该中心孔8a中。
下面详细说明该定子14的各部件。
套筒4具有通孔4b并由C3602等铜类合金、铝或树脂形成。该通孔4b的电动机基座8侧的开口部由尾型外板(counter plate)5封闭。
由于该电动机51为三相驱动，铁心9具有九极凸极18(参见图9)。在各凸极18上卷绕线圈10。
该铁心9通过层叠硅钢板而形成，其表面通过电沉积涂覆或粉末涂刷等进行绝缘涂覆。
而且，卷绕的线圈10的卷线末端10a通过电动机基座8的通孔8b，并被锡焊到安装在电动机基座8底面的软性印刷基板(FPC)15上。
在FPC15上设置锡焊连接线圈10的卷线末端10a的连接部、及HDD的图中未示出的驱动电路和焊盘部，连接部和焊盘部通过配线图案电连接。
另一方面，转子12具有轮毂7和环状的磁体11，该轮毂呈大致杯状、并具有一体地竖直设置在其旋转中心处的轴部1，该磁体固定到该轮毂7的外周面7a。在轴部1的外周面固定筒状的外筒部13。
该轮毂7通过切削精加工不锈钢材料而形成，在其上表面侧具有放置硬盘19的放置部7b。
轮毂7通常使用马氏体类、铁素体类或奥氏体类不锈钢形成，在其表面为了提高耐磨性而进行无电解镀镍等涂覆处理。
对于磁体11，使其外周侧(阴影线部分)磁化为12极，并在表面进行电沉积涂覆。
在上述结构中，由轮毂7、铁心9和磁体11形成该电动机51的磁路。由于当磁体11的磁化部分的上表面11a和轮毂7接触时，磁路会短路，所以在两者之间设置间隙16。
而且，转子12的外筒部13***套筒4的通孔4b中，该转子相对于定子14通过后面描述的径向及止推动压轴承部可自由转动地被支撑。
在这种状态下，当由HDD侧的电动机驱动电路给线圈10的各相依次通电时，该转子12旋转。
下面，分别说明支撑转子12的径向及止推动压轴承部RB、SB。
径向动压轴承部RB由外筒部13的外周面13a、套筒4的内周面4c、及填充在它们之间的流体润滑剂(润滑流体)20构成，并沿轴向隔开设置在两处。
即，在图1中成为上侧的第一径向动压轴承部RB1和下侧的第二径向动压轴承部RB2(两者统称为RB)。
在该径向动压轴承部RB的外筒部13的外周面13a上形成人字形或瑞利阶梯状(レイリ一ステップ)等的动压槽24。该动压槽24也可以形成在套筒侧。
而且，由于如上所述，在外筒部13和套筒4的间隙中填充润滑剂20，所以在转子12旋转时由该动压槽24产生动压，沿径向支撑该转子12。
填充润滑剂20的间隙、即润滑剂的填充部在第一及第二径向动压部RB1、RB2间相连。后面详细描述该填充部。
下面，对止推动压轴承部SB进行详细描述。
在轮毂7的内周面7c固定环状的止推环3。
在套筒4的轮毂7侧的端部形成向外侧突出的凸缘部4a，在相反侧的端部的外周面4f上粘固环状的密封板17，以使该板在其和凸缘部4a之间夹住止推环3。
在止推环3和夹住它的凸缘部4a及密封板17之间的相互相对的表面的间隙中填充润滑剂20。
而且，在止推环3的上下表面上分别形成止推动压槽。该止推动压槽为人字形或瑞利阶梯状等的槽，可以通过蚀刻或冲压等加工方法形成。
而且，由止推环3的上表面3a、凸缘部4a的下表面4a1、和填充在两者的间隙中的润滑剂20构成第一止推动压轴承部SB1。该第一止推动压轴承部SB1产生将润滑剂20送入内部的方向上的泵入压力。
而且，由止推环3的下表面3b、密封板17的上表面17a、和填充在两者的间隙中的润滑剂20构成第二止推动压轴承部SB2。该第二止推动压轴承部SB2也产生将润滑剂20送入内部的方向上的泵入压力。
在该第一和第二止推动压轴承部SB1、SB2中填充润滑剂20的填充部在两轴承部间相连。
另外，该填充部由第一止推动压轴承部SB1和第一径向动压轴承部RB1相连。
如此填充的润滑剂20由下面说明的锥形密封部6防止漏到外部。
锥形密封部6由密封板17的外周面17b和轮毂7的内周面7c中与该外周面17b相向的相对面7c1构成。
具体地说，外周面17b和相对面7c1为倾斜面，即，随着远离止推环3而分别接近旋转轴线C，与此同时两表面的间隔变大。而且，在制造时设定填充的润滑剂20的量，以使润滑剂20的液面20a位于该锥形密封部6的中途。
在该锥形密封部6中，润滑剂20因表面张力防止其泄漏到外部，而且，转子12旋转时产生的离心力给润滑剂20施加朝向填充部内部的力，从而能进一步有效地防止漏出。
这里，使用图3对实施例的电动机51中填充润滑剂20的部分、即填充部M进行说明。
该填充部M由第一填充部M1和第二填充部M2构成。润滑剂20对应于伴随转子12的旋转所产生的压力在该润滑部M内流动。
图3为将上述结构中的润滑剂20的填充部M作为填充路径示意地表示的视图(由于润滑剂20可在该填充部M内流动，所以下面为便利，也称作填充路径M)。
即，润滑剂20从其液面20a所处的锥形密封部6经由第二止推动压轴承部SB2、第一止推动压轴承部SB1，通过凸缘部4a的侧面4a2、套筒4的上表面4d，并从第一径向动压轴承部RB1经第二径向动压轴承部RB2填充至到达轴部1和尾型外板5之间间隙的填充路径(第一填充部)M1。
这属于所谓的称作全填充型的润滑路径结构。
另外，实施例的主轴电动机51具有连结填充路径M1中第一及第二止推动压轴承部SB1、SB2之间与第一止推动压轴承部SB1和第一径向动压轴承部RB1之间的旁通路径(第二填充部)M2。
作为该旁通路径M2的具体形成例，具有如图2所示的连接孔21，该孔连结套筒4的上表面4d和套筒4的外周面上的凸缘部4a的底部。
图4示出具有该连接孔21的套筒4的一个例子。
在该套筒4中，在一处贯通设置直径Φ为0.3mm的圆形孔，即连接孔21。而且，在上表面4d的内周侧设置向凹入方向倾斜的倾斜面4e。
该倾斜面4e，在相对的轮毂7上，为了可提高强度用的加厚而设置在其轴部1的根部。当然如图1、图2所示不设置该倾斜面4e的套筒也可以。
通过设置该连接孔21、即旁通路径M2，特别是，即使在由于高速旋转时的泵入压力或离心力的影响，第一填充部M1的第一止推动压轴承SB1内部侧的压力进一步升高的情况下，该压力通过旁通路径M2并在第一止推动压轴承SB1的外部侧向填充路径M1开放，所以该压力也不会过度上升。
因此，特别是，高速旋转时的转子12的浮起量(上升量)稳定，从而能防止转子12和定子14的接触。
而且，由于能缓和在第一止推动压轴承SB1中产生的泵入压力给第二止推动压轴承SB2带来的影响，所以，即使存在剧烈的温度变化，转子的浮起量也稳定，从而能防止转子12和定子14的接触。
如图5和图6分别所示，对具有这种旁通路径M2的实施例的主轴电动机与不具有它的比较例的主轴电动机的、转子的浮起量和温度及转速的关系进行说明。
这里，虽然图5以转子的转速为3600转/分的情况为代表表示，而且，图6以温度为0℃的情况为代表表示，但是，在其它转速或温度下，以下说明的结果是同样的。
在图5所示的浮起率对温度的特性中，在比较例的主轴电动机中，在0℃以下，浮起率达到约80％以上，旋转负荷极大。
在浮起率这样高的情况下，止推环的上表面和套筒的凸缘部的下表面接触的可能性高，另外，在-20℃，浮起率为100％，即，产生接触。
而且，在80℃以上，浮起率变成20％以下的低率。因此，在该温度范围内，旋转负荷大，止推环的下表面和密封板的上表面接触的可能性高。
与此相对，在实施例的主轴电动机中，从一20℃到80℃的浮起率的变化幅度和比较例相比显著减小，浮起率处于35％～60％的范围内。因此，实施例的主轴电动机相对于温度变化具有极为稳定的特性。
另一方面，在作为浮起率对转速的特性的图6中，在比较例的主轴电动机中，在约5500转/分以上的转速区域，浮起率达到100％，发生接触。
与此相对，在实施例的主轴电动机中，在至少2000～10000转/分范围的转速区域，浮起率被限定到30～50％的良好范围内，非常稳定。
特别是，在6000转/分以上的高速旋转区域，浮起率基本恒定，从数据的趋向看，即使在10000转/分以上的超高速旋转区域，也能期望得到稳定的浮起率。
这样，对于实施例的主轴电动机，不管温度变化或转速，转子的浮起率都能处于极好的数值范围内，而且，能非常稳定地保持。
上述实施例的旁通路径M2可以具有如下的变形例，而且，不限定于该实施例或变形例。
图7示出第一变形例。
该例的旁通路径M2不是圆孔，而是形成在凸缘部4a上的U字形切口部22。在这种情况中，切口部22的旋转轴线C侧的纵深部分22a位于第一和第二止推轴承部SB1、SB2之间，相当于旁通路径M2。
对于该例，由于切口部22的开口侧部分对应第一止推轴承部SB1，产生的动压稍低，所以作为旁通路径M2，优选如实施例那样的圆孔。
图8示出第二变形例。
该例的凸缘部4a形成为和套筒4非一体的环状凸缘23。在该环状凸缘23的内周部设置沿轴向延伸的槽23a，通过嵌装在套筒4上而形成相当于实施例的旁通路径M2的通孔。
在这些变形例中，可以得到和实施例相同的效果。
本发明的实施例不限于上述结构和次序，在不偏离本发明要旨的范围内当然可以进行变形。
例如，轴部1和轮毂7可以是非一体的，并可以通过压入等固定到设置在轮毂7上的通孔中。
而且，可以形成省略外筒部13、将轴部1直接***套筒4的通孔4b中的主轴电动机。在这种情况中，轴部1的外周面代替外筒部13的外周面，作为构成径向动压轴承部RB的表面而发挥作用。
另外，即使在具有如实施例那样的外筒部的情况下，当然也可以看作将该外筒部13包含在轴部的结构中。

Claims (3)

1.一种主轴电动机，具有转子部；定子部；和相对所述定子部使用润滑流体可自由转动地支撑所述转子部的止推动压轴承及径向动压轴承，其特征在于：
所述止推动压轴承具有产生相反方向动压的第一和第二止推轴承部，另一方面，所述润滑流体填充到设置在所述转子部和所述定子部之间的规定空隙、即填充部中，
所述填充部具有第一填充部和第二填充部，该第一填充部从向外部开放的一端侧顺次连接所述第二止推动压轴承部、所述第一止推轴承部、所述径向动压轴承部，该第二填充部连接所述第一填充部上的所述第二及第一止推动压轴承部之间与所述第一止推轴承部及所述径向动压轴承部之间。
2.一种主轴电动机，具有：转子部，其包括大致杯状的轮毂、固定在该轮毂的内周部上的环状止推环、及与所述轮毂一体的轴；定子部，其包括具有向径向外方突出的凸缘的大致圆筒状的套筒、和密封板，该密封板固定到所述套筒的外周部，在和所述凸缘部之间夹住所述止推环；以及使用润滑流体的径向动压轴承和止推动压轴承，所述轴***所述套筒中，所述转子部相对于所述定子部通过所述流体动压轴承可自由转动地被支撑，其特征在于：
所述径向动压轴承包含所述轴和所述套筒，
所述止推动压轴承由第一止推动压轴承部和第二止推动压轴承部构成，该第一止推动压轴承部包含所述止推环和所述凸缘部的相互相对的表面，该第二止推动压轴承部包含所述止推环和所述密封板的相互相对的表面，
作为填充所述润滑流体的填充部，具有从向外部开放的一端侧顺次连接所述第二止推动压轴承部、所述第一止推动压轴承部、所述径向动压轴承部而形成的填充部，而且，
所述套筒具有连接所述填充部上的所述第一及第二止推动压轴承部之间与所述第二止推轴承部及所述径向动压轴承部之间的连接孔。
3.如权利要求1或2所述的主轴电动机，其特征在于：所述第二止推动压轴承部构成为，伴随所述转子部的转动产生使所述润滑流体向所述径向动压轴承部移动的力。
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