專利名稱：主軸電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及一個主軸電機。更具體地，本發(fā)明涉及利用流體動力壓力軸承支撐在軸承部分內(nèi)的旋轉軸的主軸電機，旋轉軸被封閉在軸承部分內(nèi)的潤滑油所圍繞。
背景技術：
近幾年，增加了對較小尺寸和較輕重量主軸電機的需求。在數(shù)據(jù)記錄裝置中，例如用于計算機的磁盤和光盤，也增加了對較高記憶容量密度的需求。這些發(fā)展從技術上提高了對用于驅(qū)動這些磁盤的電機在增加轉速和改善旋轉精度方面的要求。
在數(shù)據(jù)存儲裝置中，為了滿足采用軸承支撐旋轉軸的要求，趨勢越來越傾向于采用流體動力壓力軸承替代傳統(tǒng)的滾珠軸承。當軸旋轉時，流體動力壓力軸承通過在潤滑流體內(nèi)產(chǎn)生流體動力壓力來支撐旋轉的軸。
在本領域，流體動力壓力軸承的技術是公知的。采用流體動力壓力軸承作為支撐主軸電機旋轉軸的軸承的結構也是公知的(例如，見日本專利2937833)。公知的傳統(tǒng)的流體動力壓力軸承的例子表示在

圖19A-19C。
如圖19A-19C所示，旋轉軸40為了旋轉被支撐在一個軸承套41內(nèi)，這樣界定了軸承部分。潤滑油12被封閉在形成在軸承套41的內(nèi)周表面和底表面及旋轉軸的外表面之間的間隙44內(nèi)。一個徑向動力壓力產(chǎn)生槽42形成在軸承套支撐部分的內(nèi)周表面，而一個軸向推力動力壓力產(chǎn)生槽43形成在軸承套41的底表面。
當軸40旋轉時，徑向動力壓力產(chǎn)生槽42和軸向推力動力壓力產(chǎn)生槽43分別在徑向和軸向方向產(chǎn)生梯度壓力，使得旋轉軸能夠在軸承套內(nèi)，在它們之間帶有潤滑油膜的以懸浮狀態(tài)旋轉。
在上述主軸電機工作期間，封閉在旋轉軸40和套41之間的間隙內(nèi)的潤滑油12向上升到在套41的頂邊緣部分的開口表面。潤滑油上升現(xiàn)象可以通過體積的變化而產(chǎn)生，體積變化來自溫度變化引起的潤滑油膨脹和收縮、軸承尺寸的膨脹位移、軸旋轉開始和停止處抽吸作用產(chǎn)生的內(nèi)部運動或在旋轉過程離心力和動力壓力的作用。
上述潤滑油的上升以至達到和溢出軸承套的開口表面從而產(chǎn)生潤滑油泄漏問題。潤滑油從軸承套內(nèi)的泄漏和損耗導致流體動力壓力不足，潤滑減弱，和在某些情況，發(fā)生在旋轉軸和軸承套之間接觸區(qū)域產(chǎn)生燒灼。此外，泄漏的潤滑油能消除磁盤上的紀錄。
如圖19A-19C所示，逐漸擴大部分46有一個可以設置在軸承套上部分阻止?jié)櫥托孤┑腻F形表面45。逐漸擴大部分46以在軸承套41的內(nèi)表面和間隙開口邊緣區(qū)域的軸線之間測得的特殊的傾斜角α擴大。這樣，間隙的上部分在開口表面方向逐漸變寬。而且，如在19C所示，軸承也可以包括設置在軸承套41的內(nèi)表面上，錐形表面45下面的潤滑油蓄積槽47。
如上面提到的日本專利2937833(′833專利)公開的，一個潤滑油蓄積槽可以設置在軸承套的內(nèi)表面?！?33專利中所表示的逐漸擴大部分包括這樣一個結構間隙朝著軸承套的開口表面擴大。以α作為間隙朝著外側擴大的角度，間隙變化部分的內(nèi)表面可以以0°或更大的角度α傾斜。如′833專利公開的，0°的間隙傾斜角度α表明有部分間隙變化區(qū)域平行于旋轉軸是可接受的。
在傳統(tǒng)的流體動力壓力軸承的結構中提供了一個寬度變化的間隙，其中在旋轉軸和軸承套之間的間隙朝著套的開口表面逐漸變寬。通過這樣的結構產(chǎn)生的軸承結構是復雜和難于制造的，這樣增加了軸承且因此也就增加了使用該軸承的主軸電機的總費用。
同時，也看不出有這樣一個間隙變寬部分的必要性。在上面描述的間隙結構中，間隙在開口處變寬，碎石和灰塵容易落入且和潤滑油混合導致潤滑油性能的惡化。
發(fā)明概述為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種軸承結構能阻止由于抽吸作用等產(chǎn)生的潤滑劑上升導致的泄漏。在主軸電機旋轉過程其帶給在潤滑油上的軸承伴隨的離心力和推力板向上和向下的移動。具體地，本發(fā)明致力于實現(xiàn)具有阻止?jié)櫥托孤┑闹档貌毮康目煽啃缘牧黧w動力壓力軸承，該軸承在截面上也是薄的。當潤滑油在軸承內(nèi)的間隙內(nèi)移動時它也減小流體通道的阻力，并且它阻止空穴現(xiàn)象，空穴現(xiàn)象使得帶有低的運動動力損失的穩(wěn)定的旋轉軸旋轉支撐成為可能。
為了解決上述問題，本發(fā)明優(yōu)選的設計表示在圖3A-3C。在圖3A-3C中，一個軸承套7的內(nèi)表面27在整個套筒的長度方向上平行于軸11的軸線。這樣一個第一固定寬度間隙部分21形成在旋轉軸11和軸承套7的內(nèi)表面之間。一個第二固定寬度間隙部分31形成在軸承間隙的頂部。間隙部分31的內(nèi)壁平行于軸承套7的軸線地被形成。第二間隙部分31內(nèi)的套的內(nèi)徑比在第一間隙部分21內(nèi)的套的內(nèi)徑大。第二間隙部分31在位于頂部流體動力徑向壓力產(chǎn)生槽24之上的特殊位置P和軸承套7的上表面(開口表面W)之間延伸。結果在位置P之上的軸承套的內(nèi)徑比在位置P之下的軸承套的內(nèi)徑大。
如圖3A-3C進一步表示的，一個近似半圓形截面的圓周槽32形成在第二間隙部分31的內(nèi)表面上。這在結構上導致一個包括圓周槽32的潤滑油蓄積器29形成在第二間隙部分31。圓周槽32的形狀不必須是半圓形截面；它也可以是矩形，三角形或其它類似形狀。因此如圖4A所示，為了易于切削大直徑間隙部分31的拐角可以是圓或有半徑R的形狀或C形表面。
當軸11靜止時，對潤滑油蓄積器29的容積和供給軸承的潤滑油的數(shù)量進行選擇，使得潤滑油流體表面(靜態(tài)流體表面S0)是位于流體動力壓力產(chǎn)生槽24之上。此外，當軸11旋轉時，容積和潤滑油的數(shù)量被選定為使得潤滑油流體表面是在軸承槽7的頂部之下(開口表面W)。因此在軸旋轉過程(S1-S0)潤滑油的上升全部產(chǎn)生在第二間隙部分31內(nèi)。
圖3A-3C所示的本發(fā)明能被進一步改進。在位置P處的大直徑部分31的較低表面有高的流體通道阻力和由于沿著表面的壓力變化可以產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。這個增加的阻力和空穴現(xiàn)象能引起動力損失和旋轉軸不良的旋轉支撐。
具體體現(xiàn)改進的本發(fā)明的主軸電機的特征如下一個帶有流體動力壓力軸承的主軸電機包括一個旋轉軸，一個套和一個在套的內(nèi)表面的動力壓力產(chǎn)生槽；在套和旋轉軸之間的間隙內(nèi)的潤滑油，旋轉軸在潤滑油中被動力壓力支撐以便在套內(nèi)自由旋轉；套的內(nèi)表面有錐形開口部分，其從頂部動力壓力產(chǎn)生槽的上方朝著套的頂部邊緣逐漸擴大，并且其有一個大直徑部分，其從錐形擴大的開口部分到套的頂部邊緣形成；一個潤滑劑蓄積圓周槽可以形成在大直徑部分；當軸固定時，潤滑油流動表面保持在壓力產(chǎn)生槽的上方，當軸旋轉時潤滑油流動表面保持在軸承開口表面的下面。
具體體現(xiàn)改進的本發(fā)明的另一個實施例的主軸電機的特征如下一個帶有流體動力壓力軸承的主軸電機包括一個旋轉軸，一個套和一個在主套的內(nèi)表面的動力壓力產(chǎn)生槽；在套和旋轉軸之間的間隙內(nèi)的潤滑油，旋轉軸在潤滑油中被動力壓力支撐以便在主套內(nèi)自由旋轉；套的內(nèi)表面有一個為半徑R的表面的彎曲的擴大的開口部分，R表面從上述流體動力壓力產(chǎn)生槽頂部的上方朝著上述套的頂部邊緣逐漸擴大，并且其有一個大直徑部分，其從彎曲的擴大的開口部分到套的頂部邊緣形成；一個潤滑劑蓄積圓周槽可以形成在大直徑部分；當軸固定時，潤滑油流動表面保持在壓力產(chǎn)生槽的上方，當軸旋轉時潤滑油流動表面保持在軸承開口表面的下面。
此外，一個排斥油的固態(tài)膜可以沿著上述套的頂端表面的開口邊緣形成，并且排斥油的固態(tài)膜可以形成在上述套的頂端位置之上的上述旋轉軸的外周表面上。
上述的各個方面、優(yōu)點和特性僅僅是實施例的代表。應該理解它們不是像權利要求那樣對本發(fā)明的限定。本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點將在下面描述、附圖和權利要求中顯現(xiàn)。
對附圖的簡要說明下面通過舉例說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受到這些例子的限制，相同或相似的附圖標記指示類似或相應部分，其中圖1A是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的主軸電機整個構成的橫截面圖；圖1B是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的主軸電機的定子裝置的結構；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的流體動力壓力軸承的分解的俯透視圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的流體動力壓力軸承的分解的底透視圖；圖3A是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的流體動力壓力軸承的橫截面放大的剖視圖；圖3B和3C是圖3A所示的軸承的局部橫截面視圖；圖3D是根據(jù)比較例構成的流體動力軸承的橫截面視圖；圖4A是本發(fā)明的流體動力軸承的詳細的剖視圖，表示了第一實施例的一個應用例子的詳細結構；圖4B是本發(fā)明的流體動力軸承的詳細的剖視圖，表示了第一實施例的另一個應用例子的詳細結構；圖5A是本發(fā)明的流體動力軸承的第一實施例的詳細的剖視圖，表示了第一實施例的一個應用例子的詳細結構；圖5B是本發(fā)明的流體動力軸承的第一實施例的詳細的剖視圖，表示了潤滑油的靜態(tài)流體表面；圖5C是本發(fā)明的流體動力軸承的第一實施例的詳細的剖視圖，表示了潤滑油的動態(tài)流體表面；圖6A是本發(fā)明的流體動力軸承的第二實施例的詳細的剖視圖，表示了第一實施例的一個應用例子的詳細結構；圖6B是本發(fā)明的流體動力軸承的第二實施例的詳細的剖視圖，表示了潤滑油的靜態(tài)流體表面；圖6C是本發(fā)明的流體動力軸承的第二實施例的詳細的剖視圖，表示了潤滑油的動態(tài)流體表面；圖6D是比較例的流體動力軸承詳細的局部放大的剖視圖；圖7A是本發(fā)明的流體動力軸承的第二實施例的放大的剖視圖，表示了潤滑油的動態(tài)流體表面；圖7B和7C是本發(fā)明的流體動力軸承的第二實施例的放大的剖視圖，表示了潤滑油的靜態(tài)流體表面；圖8A是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的主軸電機整個構成的橫截面圖；圖8B是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的主軸電機的定子裝置的結構；圖9A是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的流體動力壓力軸承的分解的頂透視圖；圖9B是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的流體動力壓力軸承的分解的底透視圖；圖10A是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的主軸電機的橫截面圖；圖10B是本發(fā)明的流體動力軸承的第三實施例的詳細的剖視圖表示了潤滑油的靜態(tài)流體表面；圖10C是本發(fā)明的流體動力軸承的第三實施例的詳細的剖視圖表示了潤滑油的動態(tài)流體表面；圖11A是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的主軸電機的橫截面圖；圖11B是本發(fā)明的流體動力軸承的第四實施例的詳細的剖視圖表示了潤滑油的靜態(tài)流體表面；圖11C是本發(fā)明的流體動力軸承的第四實施例的詳細的剖視圖表示了潤滑油的動態(tài)流體表面；
圖12A是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的主軸電機的橫截面圖；圖12B和12C是本發(fā)明的流體動力軸承的第五實施例的詳細的剖視圖表示了潤滑油的靜態(tài)和動態(tài)流體表面；圖13A是根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的主軸電機的橫截面圖；圖13B是本發(fā)明的流體動力軸承的第六實施例的詳細的剖視圖，表示了潤滑油的流體表面；圖13C是如圖13B所示的關鍵部分A的放大視圖；圖14A，14B和14C是本發(fā)明的流體動力軸承的第六實施例的詳細的剖視圖，表示了各個水平面的潤滑油的的流體表面；圖15A是第六實施例的流體動力軸承的詳細的透視圖；圖15B、15C和15D是第六實施例的流體動力軸承的詳細的透視圖，表示了各個水平面的潤滑油的流體表面；圖16是一個表格，表示了根據(jù)第六實施例在流體動力壓力軸承(FDB)上沖擊試驗的結果和傳統(tǒng)的FDB例子；圖17A-17C是照片表示了由于在傳統(tǒng)技術的流體動力壓力軸承上沖擊試驗而存在的潤滑油的泄漏；圖18A是流體動力軸承的第七個替換的實施例的剖視圖；圖18B是流體動力軸承的第八個替換的實施例的剖視圖；圖19A-C是傳統(tǒng)技術的流體動力壓力軸承的橫截面圖。
對推薦實施例的詳細說明下面將根據(jù)實施例結合附圖對本發(fā)明的主軸電機的實施例進行說明。
圖1A表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的主軸電機1的整體結構。圖1B表示圖1A所示主軸電機1的定子部分2。本發(fā)明的主軸電機1優(yōu)選地被用在數(shù)據(jù)貯存裝置，例如計算機中使用的磁盤或光盤。
如圖1A所示，本發(fā)明的主軸電機包括一個定子裝置2和轉子裝置3。定子裝置2包括一個框架4，其連接主軸電機1到數(shù)據(jù)貯存裝置的主單元(未示)。形成流體動力壓力軸承6的軸承套7設置在并附屬于框架4的圓柱體部分5內(nèi)。一個定子芯9連接于圓柱體部分5的外周。多對線圈繞組8圍繞著定子芯9從外圍插入。
轉子裝置3包括一個榖10和一個旋轉軸11，榖固定地安裝在旋轉軸的頂端以便榖和旋轉軸11一起旋轉。旋轉軸11插入軸承套7以便為了旋轉被軸承套支撐。如圖1A所示，優(yōu)選地榖10包括一個較低的榖部分10’，為了旋轉其被插入框架4的一個凹穴，以便榖的較低部分的外周位于與框架內(nèi)周部分相對關系的位置。一個軛狀物13安置在較低部分10’的內(nèi)周。一個永久磁鐵14固定地安置在軛狀物13的內(nèi)側上，這樣固定多個磁鐵的“N”和“S”極。
當電流流過線圈繞組8時，和排列在電磁區(qū)域內(nèi)的永久磁鐵14的區(qū)域相互作用而產(chǎn)生一個電磁區(qū)域。電磁鐵的交互作用產(chǎn)生一個施加于永久磁鐵的力且引起轉子旋轉。
數(shù)據(jù)存貯裝置的一個旋轉盤(未示，例如磁盤)，為了旋轉可以放在轉子3的頂部份15的外周上。當隨著主軸電機旋轉或停止磁盤時，通過用磁頭(未示)讀和寫數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)處理。
使用在這種類型的主軸電機中的流體動力壓力軸承的優(yōu)選實施例參考圖1，2和4被解釋。軸承套7有第一中空圓柱體部分16。第一圓柱體部分16朝著在軸承套7的較低側上的外側開口。有比第一圓柱體部分16較小內(nèi)徑的一個第二中空圓柱體部分17直接地形成在第一圓柱體部分16的上方。一個背板(軸向推力接受板)18放在第一圓柱體部分16內(nèi)，因此密封軸承的底部。
如圖2A和2B所示，推力板19固定安置在旋轉軸11的底端部分以便和旋轉軸一起旋轉。推力板19與背板18對峙關系地設置在較小直徑的第二圓柱體部分17內(nèi)。多個推力板通孔20以固定間隔沿著推力板19的內(nèi)徑形成，每個通孔面對旋轉軸11。
如圖3A所示，一個第一軸承間隙21形成在軸承套7和旋轉軸11之間，一個第二軸承間隙22形成在推力板19和第二圓柱體部分17之間，和一個第三軸承間隙23形成在推力板19和背板18之間。間隙21，22和23是互相鄰近的。加入到軸承套7和旋轉軸11之間的潤滑油12被封閉在這些互相鄰近的間隙21-23內(nèi)。
如圖2A和2B所示，兩組流體動力徑向壓力產(chǎn)生槽24優(yōu)選地形成在沿著軸承套7的內(nèi)表面的兩個位置(一個較上和一個較下位置)，面對旋轉軸11。當旋轉軸11在軸承套的開口40內(nèi)旋轉時，流體動力壓力產(chǎn)生槽24在潤滑油12內(nèi)產(chǎn)生一個徑向動力壓力以便阻止軸承套7和旋轉軸11之間的接觸或只有最小的接觸。
一個流體動力軸向推力壓力產(chǎn)生槽25優(yōu)選地形成在第二圓柱體部分17的最高處，面對推力板19的頂表面。另一個流體動力軸向推力壓力產(chǎn)生槽26形成在背板18的上表面，面對推力板9的底表面。當軸11在軸承套7內(nèi)旋轉時，推力板19相對于流體動力軸向推力壓力產(chǎn)生槽25和26旋轉，因而在封閉在第二軸承間隙22和第三軸承間隙23內(nèi)的潤滑油12部分內(nèi)的軸向推力方向產(chǎn)生動力壓力。這樣當旋轉軸11在軸承套7內(nèi)旋轉時，推力板懸浮在軸承套的第二圓柱體部分17的最高處和背板18的頂表面之間，不接觸兩者。推力板的懸浮是通過封閉的潤滑油作為媒介引起的。因此，當軸11被懸浮在軸承套7內(nèi)時，固定連接于軸11的推力板19被懸浮在第二圓柱體部分17內(nèi)。
如上面描述的并且表示在圖19A-C，傳統(tǒng)的流體動力壓力軸承帶有一個設置在軸承套41的頂端的逐漸擴大部分46的結構(其以特殊的間隙傾斜角度α逐漸擴大)。在旋轉軸旋轉階段或當旋轉軸靜止時，間隙寬度的改變部分46阻止?jié)櫥蛷妮S承套內(nèi)的頂部開口泄漏。
然而，該間隙寬度變化部分對于阻止油泄漏不是必需的。在許多主軸電機內(nèi)，在整個長度形成平行于軸承套軸線的軸承套7的內(nèi)表面是可接受的。在如圖3D所示的該主軸電機內(nèi)，潤滑油12被加入軸承間隙內(nèi)以便當主軸電機1靜止時，潤滑油12的靜態(tài)流體表面水平面S0位于在較上部的流體動力徑向壓力產(chǎn)生槽24上方的位置。此外，第一間隙21的容積被這樣計算，在旋轉軸旋轉過程當油水平面上升時，潤滑油的增加量能穩(wěn)定在靜態(tài)流體表面水平面S0和開口表面W之間的第一間隙21內(nèi)。因為潤滑油的增加量穩(wěn)定在第一間隙計算的容積內(nèi)，在旋轉過程即使?jié)櫥蜕仙浇咏S承套的開口表面，潤滑油12向外部的溢流能被阻止。
像上面討論的，對于例如使用在計算機中的磁盤和光盤這類可攜帶的數(shù)據(jù)貯存裝置的需求是減小用于這種數(shù)據(jù)貯存裝置的厚度和重量。但是當根據(jù)對于較低重量和厚度的期望設計主軸電機時，有時候不可能保證潤滑油的增加量在圖3D所示的利用軸承輪廓的上流體動力徑向壓力產(chǎn)生槽24之間的間隙內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，厚度小，重量輕的主軸電機能不使用設置在軸承套頂端的逐漸擴大部分的被構成。
如圖3A-3C所示，在本發(fā)明的流體動力軸承的第一優(yōu)選實施例中，一個第二固定間隙部分31形成在軸承間隙的頂部。間隙部分31的一個內(nèi)壁平行于軸承套7的軸線地形成。第二間隙部分31內(nèi)的套的內(nèi)徑比在第一間隙部分21內(nèi)的套的內(nèi)徑大。第二間隙部分31在位于頂部流體動力徑向壓力產(chǎn)生槽24上方的一個特殊位置P和軸承套7的上表面(開口表面W)之間延伸。結果，在位置P上方的軸承套的內(nèi)徑比在位置P下方的軸承套內(nèi)徑大。
如圖3A-3C進一步表示的，一個截面近似半圓形的圓周槽32形成在第二間隙部分31的內(nèi)表面上。這從結構上在此構成的潤滑油蓄積器29包括形成在第二間隙部分31內(nèi)的圓周槽32。圓周槽32的形狀不必須截面是半圓形的；它也可以是矩形，三角形，或其它類似形狀。此外，如圖4A所示，為了容易切削大直徑間隙部分31的拐角可以是圓的或半徑R的形狀或C形表面。
潤滑油蓄積器29的容量和提供給軸承的潤滑油12的量被這樣選擇使得當軸11靜止時潤滑油的流體表面(靜態(tài)流體表面S0)位于流體動力壓力產(chǎn)生槽24的上方。此外該容積和該油量被這樣選擇使得當軸11旋轉時潤滑油的流體表面位于軸承套7的頂部下方(開口表面W)。因此在軸旋轉過程(S1-S0)引起的潤滑油的上升都產(chǎn)生在第二間隙部分31內(nèi)。
進一步，如果這樣設計，不考慮主軸電機的方位在使用溫度范圍的極端溫度處，前面提到的靜態(tài)流體表面S0工況被實現(xiàn)，然后頂部流體動力壓力產(chǎn)生槽24產(chǎn)生一個在任何操作情況(甚至在起動情況)下的動力壓力。即使在最小的使用溫度(例如0°；用于筆記本電腦的-20°；用于自動化設備的-30°)下動力壓力流體收縮，軸承將完成任務。
通過采納上面描述的設計，在主軸電機1旋轉過程，即使在開口W和潤滑油的靜態(tài)流體表面S0之間沒有固定的大空間，潤滑油12容量的增加能被容納在潤滑油蓄積器29內(nèi)。這樣潤滑油12在開口表面W之外的泄漏被阻止。
一個墊圈可以保持在軸承間隙內(nèi)的開口的上部拐角區(qū)域，在那里內(nèi)表面的微小部分和套7的頂邊緣表面已被移去(實施去毛刺)。去毛刺從工人操作安全的觀點著手進行。結果微小的去毛刺表面不落入形成傳統(tǒng)間隙寬度改變部分的結構內(nèi)。
潤滑油性能中的要避免的現(xiàn)象之一是在主軸電機操作過程的爬升現(xiàn)象。爬升現(xiàn)象可能有各種原因，例如由于在主軸電機1的旋轉過程產(chǎn)生熱和溫度變化而引起的電機部件(旋轉軸，軸承套等)尺寸的膨脹位移使得容積改變，潤滑油本身的膨脹和收縮，由于抽吸作用或在旋轉過程或起動時的動態(tài)壓力作用潤滑油的內(nèi)部運動，表面缺陷或旋轉過程作用在潤滑油上的離心力。
為了更密切地觀察在套7和旋轉軸11之間，即流體動力壓力軸承部分，注入的潤滑油的溫度變化的影響，由于溫度改變潤滑油熱膨脹和爬升。當上升的油通過開口表面W時，潤滑油產(chǎn)生泄漏。潤滑油流體表面的設定考慮潤滑油熱膨脹和由于溫度改變而上升的量。當由于主軸電機旋轉而產(chǎn)生熱時，引起潤滑油膨脹，在熱膨脹之前和之后對于潤滑油容積的改變由下列公式1計算。
公式1Va/Vb＝1+α·ΔT其中，Va是膨脹之后潤滑油的容積；Vb是膨脹之前潤滑油的容積；α是熱膨脹系系數(shù)；ΔT是潤滑油溫度的變化(℃)。
潤滑油熱膨脹系數(shù)受潤滑油特殊重力ρ影響，但α＝0.078×10-3/℃，并且由于主軸電機旋轉引起的溫度變化ΔT近似是100℃，這樣Va/Vb＝1+0.078×10-3/℃×100＝0.0078換言之，當主軸電機旋轉時，潤滑油膨脹大約0.78％。例如，如果加進的潤滑油容積是10mg，容積將膨脹大約0.0078[mmcc]。液體表面的上升可以根據(jù)上面的容積公式計算。注入軸承的潤滑油的量根據(jù)膨脹后計算的流體表面的位置確定。
在主軸電機1旋轉過程產(chǎn)生的熱或其它溫度變化引起的軸承套7的膨脹位移也可以引起容積的改變。容積的增加和基于潤滑油內(nèi)部運動的潤滑油的上升是由在旋轉變化的起動和停止時抽吸作用和動力壓力作用引起的，旋轉變化是依據(jù)設計條件例如溫度變化，潤滑油的類型，軸承構成材料，間隙尺寸和其它部件，及其它條件。這樣容積的增加為了特殊的電機工作方式而個別地決定，該工作方式是基于設計研究和/或經(jīng)驗的特殊技術和設計條件下。
根據(jù)上述分開的的結構，參考圖1-3說明了按照本發(fā)明的第一實施例的主軸電機的工作過程。當電流被引到線圈繞組9時，主軸電機1開始工作引起旋轉軸11旋轉。優(yōu)選地形成在軸承套7內(nèi)的第一流體動力壓力產(chǎn)生槽24相對于封閉在軸承套7和旋轉軸11之間的第一間隙21內(nèi)的潤滑油產(chǎn)生徑向方向的動力壓力。然后旋轉軸的周邊表面被均勻的壓力支撐以至由于油膜而居中的旋轉軸11不接觸軸承套7的內(nèi)表面。
在優(yōu)選實施例中，第一軸向推力軸承形成在第二圓柱體部分17的最高處和推力板19的頂表面之間，和第二軸向推力軸承形成在推力板19的底表面和背板18的頂表面之間。特別地，第一流體動力推力壓力產(chǎn)生槽25形成在第二圓柱體部分17的最高處和第二流體動力推力壓力產(chǎn)生槽26形成在背板18的頂表面。在主軸電機操作過程，槽25和26在潤滑油12內(nèi)軸向推力方向產(chǎn)生一個動力壓力，以便推力板19通過油膜而居中地懸浮在軸承套7的第二圓柱體部分17的最高處和背板18的頂表面之間，它以這種方式不接觸兩者地旋轉。
當主軸電機1旋轉時，潤滑油12的流體表面從圖3B所示的靜態(tài)流體表面位置S0向上上升到達圖3C所示的位置S1。如上面所示，流體表面的上升可以通過容積變化產(chǎn)生，該變化是由于來自電機受熱的溫度變化或軸承截面的膨脹位移，和/或來自旋轉開始和終止時的抽吸作用的一個內(nèi)部運動或作用在潤滑油上離心力產(chǎn)生的。
在本發(fā)明的主軸電機中，套7的內(nèi)表面平行于從套7的底端到頂端的中心軸線地形成，并且相時于旋轉軸11的第一間隙21也作為一個固定間隙形成；一個大直徑部分31從在上部第一流體動力壓力產(chǎn)生通道24的上方的特殊位置P到套7頂端(開口表面W)形成，并且大直徑部分31的內(nèi)表面有潤滑油蓄積間隙29，其上形成一個半圓形的潤滑油蓄積圓周槽32。因此，在靜止狀態(tài)如果在潤滑油流體表面到開口表面W沒有可靠的的大空間情況下，在主軸電機1旋轉過程上升的潤滑油12能被潤滑油蓄積間隙29容納，并且潤滑油從開口表面W的向外溢流被阻止。
結果，在旋轉軸向方向的主軸電機1的厚度能被縮短并且數(shù)據(jù)貯存裝置能被制造的較薄，制造的裝置適合于減小移動式個人計算機(便攜式個人計算機)的尺寸，此要求近幾年一直在增長。
圖4A表示大直徑部分易于切削的半徑R的拐角形狀或C形表面；在這種情況加入潤滑油以便靜態(tài)流體表面S0是在點Q的開口側(圖4A的放大圖中點Q上方)，在那里半徑和大直徑部分接觸并且互相連接。圖4B是一個例子，其中大直徑部分上拐角是圓的(圖4B中拐角“B”放大圖中的表面“C”)為的是易于測量靜態(tài)流體表面S0和易于加入潤滑油。
圖5A-5C表示第一優(yōu)選實施例的流體動力軸承，其有一個沿著在套7的頂表面28上的開口表面W的周邊緣形成的排斥油的固態(tài)膜30。提供厭油劑30為了更好地改善密封或蓄積器29的密封功能的可靠性。同時，排斥油的固態(tài)膜30’可以施加于恰恰在套7的上表面上方的旋轉軸11的表面。
然后，潤滑油12被厭油的固態(tài)膜30和30’排斥，即使添加的潤滑油12超出或溢出套的頂端。因此潤滑油溢流能被阻止，密封功能的可靠性也被改善。
圖6A-6C表示本發(fā)明的主軸電機的第二優(yōu)選的實施例。該實施例也采納一個結構，其中一個對應于旋轉過程潤滑油上升量的容積空間在軸向方向最短可能的距離內(nèi)取得。
類似于上面描述的第一實施例，第二實施例的流體動力軸承包括套7，其內(nèi)表面27沿著套7的整個長度平行于套7的中心軸線形成。這樣在套的內(nèi)表面和旋轉軸11之間的第一間隙21也作為一個固定寬度的間隙形成。最好為半圓形的潤滑油蓄積圓周槽32直接形成在套7的內(nèi)表面27上，該位置在上部流體動力壓力產(chǎn)生槽24上方和在開口表面W下方，這樣形成半圓形潤滑油蓄積間隙29。
潤滑油12被這樣加入以至它的靜態(tài)流體表面是在流體動力壓力產(chǎn)生槽上方的位置，并且一個對應于主軸電機1旋轉過程潤滑油上升量的容積空間在從靜態(tài)油表面S0到開口的軸向定向的潤滑油蓄積間隙29內(nèi)和間隙21內(nèi)取得。
如果，像上面描述的第一實施例，執(zhí)行一個設計以便在不管軸向電機方位，在使用溫度范圍內(nèi)的極端溫度處實現(xiàn)上述的靜態(tài)流體表面S0工況，然后頂部流體動力壓力產(chǎn)生槽24在任何操作工況(即使在起動過程)將產(chǎn)生一個動力壓力。即使在最小的使用溫度(例如0°；用于筆記本電腦的-20°；用于自動化設備的-30°)下動力壓力流體收縮，軸承將完成任務。
通過采納這樣一個結構，主軸電機工作過程潤滑油的上升能被蓄積圓周間隙29容納，如圖6C所示，即使在靜態(tài)流體表面S0和開口表面W之間的空間不像圖6D所示的比較例一樣大。第二實施例的其它優(yōu)點是間隙21的小的頂部開口阻止油污染(由于灰塵和其他污染物落入潤滑油潤滑油性能降級現(xiàn)象)。
此外，潤滑油蓄積圓周間隙29逐漸開口進入一個窄的第一間隙21的小脖徑內(nèi)，以致當主軸電機1旋轉時，一個迷宮作用由潤滑油蓄積圓周間隙29和第一間隙21脖徑之間的間隙差產(chǎn)生，以至在第一間隙21內(nèi)的潤滑油壓力比在潤滑油蓄積圓周間隙29內(nèi)的潤滑油壓力大，并且潤滑油難于從開口表面W溢流。
圖7A和它的主部分“C”的放大圖表示了本發(fā)明的主軸電機的變化的第二實施例。在該變化的第二實施例中，為了進一步改進密封功能的可靠性，一個厭油固態(tài)膜30沿著開口表面W的周邊緣在套7的上表面28形成。此外，一個厭油固態(tài)膜30’直接施加于在套的頂端上方的旋轉軸11的外表面。
在該變化的第二實施例中，即使因為某些原因潤滑油12超出和溢出套的頂端潤滑油12將被厭油劑30和30’排斥。
圖7B和7C表示了本發(fā)明的主軸電機1的另一個變化的第二實施例。在該變化的第二實施例中，在靜態(tài)流體表面位置(見圖7B)到套7的頂端之間沒有潤滑油。因此，在起動的很短時間和僅僅在指定的空間間隔內(nèi)發(fā)生無潤滑油狀態(tài)的旋轉。這樣，有可能在起動時旋轉軸11沒有油膜媒介地直接接觸套7的頂。
當無潤滑油距離范圍相對于由在旋轉軸11內(nèi)的套7決定的軸承表面的整個長度是短的時不產(chǎn)生具體問題。然而，當該范圍是長的時就不能忽略，并且在某些情況(例如當旋轉軸11在旋轉開始時旋轉離開它的軸線中心，或其它非安全旋轉操作)通過在旋轉軸11和套7的內(nèi)表面之間接觸引起的燒灼能產(chǎn)生。
為了消除在主軸電機1起動時非潤滑的問題，在圖示的變化的第二實施例中，上方的第一間隙21的內(nèi)徑D1比在蓄積圓周間隙29下方的第一間隙的內(nèi)徑D0大2d。因此當主軸電機1開始旋轉時旋轉軸11和套7不接觸。
這種結構，其中形成上間隙的套7內(nèi)徑制造的稍大點對于避免主軸電機1開始旋轉時無潤滑狀態(tài)的旋轉軸和套的接觸是明顯的；套內(nèi)徑擴大的程度完全不同于且非常小于為了阻止?jié)櫥托孤﹤鹘y(tǒng)技術提供的間隙寬度變化部分，并且該結構，結局和功能是實質(zhì)地不同。
圖8A、8B、9A和9B表示了結合了本發(fā)明的流體動力軸承的第二實施例的主軸電機1。因此，該主軸電機的操作和結構基本與第一實施例的主軸電機一致，這種結構和操作的描述將不重復。
如圖10A-10C所示，在本發(fā)明的主軸電機的第三實施例中，一個軸承套7的內(nèi)表面27平行于軸承套的軸線形成。這樣，第一間隙21形成在旋轉軸11和軸承套的內(nèi)表面之間。一個較大直徑間隙部分31形成在第一間隙21上方的軸承套內(nèi)并且延伸到軸承套的頂表面。在第一間隙21的上部分，套7的內(nèi)表面有一個錐形部分34，其從在上部動力壓力產(chǎn)生槽24上方位置的第一間隙朝著較大直徑間隙部分31的內(nèi)表面擴大。然后，大直徑間隙部分31的內(nèi)壁平行于軸承套7的軸線從錐形部分34的頂部到套7的頂部(開口表面W)形成。如圖10B和10C所示，錐形部分34在一個位于上流體動力槽24上方的特殊位置m和位于大直徑間隙部分31的底部的特殊位置u之間形成。結果，軸承套7的內(nèi)徑從位置m到位置u增加。
此外，近似半圓形的潤滑油蓄積圓周槽32形成在大直徑部分31的內(nèi)表面上。這在結構上導致一個潤滑油蓄積間隙29形成在第一間隙21的上部分。圓周槽32的形狀不必須是半圓形的；它也可以是矩形，三角形等。
潤滑油12加入軸承6以便當靜態(tài)時它的流體表面(靜態(tài)流體表面S0)在流體動力壓力產(chǎn)生槽24上方的位置，并且這樣一個相對于主軸電機1旋轉過程潤滑油上升的容積空間能僅僅保持在從位置m到套的頂部(開口表面W)的潤滑油蓄積間隙29內(nèi)。
加入軸承6的潤滑油12的量和潤滑油蓄積間隙29的容積應該是這樣的，即使溫度是在設計規(guī)范工作溫度范圍的最大或最小值并且不管操作姿態(tài)(在操作過程主軸電機的姿態(tài))對于上述的靜態(tài)油表面S0被滿足。因此，即使?jié)櫥驮谥鬏S電機最終用途設備的最小工作溫度(例如，正常的0℃，筆記本電腦-20℃，自動化設備-30℃)下收縮，潤滑油靜態(tài)流體表面將在上流體動力壓力產(chǎn)生槽24上方的位置，因此即使在起動時上流體動力壓力產(chǎn)生槽24將產(chǎn)生一個動力壓力。
通過采納這樣一個結構，在主軸電機1旋轉過程潤滑油12的上升部分能被容納在潤滑油蓄積間隙29內(nèi)，即使從開口W到潤滑油12靜態(tài)流體表面S0沒有取得大空間，因此潤滑油12向開口表面W之外的泄漏被阻止。
在主軸電機工作過程潤滑油12水平面增加的最初原因是潤滑油12溫度的增加。然而，潤滑油水平面受許多其他因素影響，例如在主軸電機1旋轉過程由于軸承部件，例如軸11，套7的膨脹或位移容積的改變，在旋轉過程或起動時由于抽吸作用或動力壓力作用潤滑油12的內(nèi)部運動，和旋轉過程作用在潤滑油12上的離心力的作用等。
當溫度增加時加入到套7和旋轉軸11之間的潤滑油熱膨脹和上升。當潤滑油12的水平面上升超過套7的頂面(軸承6的開口表面W)時，潤滑油產(chǎn)生泄漏。因此我們將解釋習慣于考慮由于溫度改變潤滑油熱膨脹和上升的量而設定的潤滑油流體表面。由于上面涉及到的熱膨脹引起的潤滑油12的容積改變通過上述的公式1計算。
換言之，當主軸電機旋轉時，潤滑油膨脹大約0.78％。例如，如果加入潤滑油的容量是10cc，膨脹的容積將是大約0.0078cc。潤滑油12水平面的上升通過公式1計算。
如上面描述的，潤滑油12的水平面的上升作用由多種因素引起，例如，在主軸電機1旋轉過程，由于軸承部件，例如軸11，套7等的膨脹和位移容積的改變，在旋轉過程或起動時由于抽吸作用或動力壓力作用潤滑油12的內(nèi)部運動，和旋轉過程作用在潤滑油12上的離心力的作用等。這些因素取決于設計工況，例如溫度變化，潤滑油類型，軸承結構材料，間隙尺寸和其他部件等。因此，它們基于選擇的特殊的設計工況被計算或它們通過試驗決定。
如圖11A-11C所示，在本發(fā)明的主軸電機的第四實施例中，軸承套7的內(nèi)表面27平行于軸承套軸線地形成。這樣，第一間隙21形成在旋轉軸11和軸承套的內(nèi)表面之間。在第一間隙21的上部分，套7的內(nèi)表面彎曲的擴大的開口部分25，其有一個半徑R表面，其從上流體動力壓力產(chǎn)生槽24上方位置朝著套的頂邊緣逐漸擴大。從彎曲的擴大的開口部分35的頂部到套7的頂部(開口表面W)形成一個大直徑間隙部分31。大直徑間隙部分31的內(nèi)壁平行于軸承套7的軸線地形成。一個近似半圓形的潤滑油蓄積圓周槽32形成在大直徑部分31的內(nèi)表面上。這在結構上導致潤滑油蓄積間隙29形成在第一間隙21的上部分。圓周槽32的形狀不必須是半圓的；它也可以是矩形，三角形等。彎曲的擴大的開口部分35在一個位于上流體動力槽24上方的特殊位置m和位于大直徑間隙部分31的底部的特殊位置u之間形成。結果，軸承套7的內(nèi)徑從位置m到位置u增加。
圖12A-12C表示本發(fā)明的主軸電機的第五實施例。如圖12A和12B表示的第五實施例的流體動力軸承有這樣的特性，當它有像第三實施例的軸承同樣的結構時，一個厭油固態(tài)膜30沿著在套的頂端表面28上的開口表面W的圓周邊緣形成，為的是進一步改善密封功能的可靠性。同時，厭油固態(tài)膜30’施加于恰恰在套7的頂端上方的旋轉軸11的外表面。
表示在圖12C的一個變化的第五實施例的流體動力軸承有這樣的特性，當它有像第四實施例的軸承同樣的結構時，一個厭油固態(tài)膜30沿著在套7的頂端表面28上的開口表面W的圓周邊緣形成，為的是進一步改善密封功能的可靠性。同時，厭油固態(tài)膜30’施加于恰恰在套7的頂端上方的旋轉軸11的外表面。
根據(jù)第五實施例，即使因為某些原因充填的潤滑油12超出或溢出套的頂端，潤滑油12將被排斥固態(tài)膜30和30’排斥；因此，潤滑油溢流將被阻止，并且密封功能的可靠性能被進一步改善。
圖13A-17表示本發(fā)明的主軸電機的第六實施例。圖13A是表示第六實施例的整個結構的橫截面圖，圖13B是用于解釋關鍵部分的放大的視圖。圖13C是關鍵部分的套側面的進一步放大的視圖。在該本發(fā)明的流體動力壓力軸承實施例中，大體上，該結構與第五實施例基本是相同的，并且關于相同結構的解釋被刪去，并且解釋將聚焦在第六實施例的有與眾不同特性的結構。
根據(jù)第六實施例的主軸電機，如圖13A-13C和圖15A(其是根據(jù)第六實施例的主軸電機的中央部分的透視圖)所示，一個錐形部分34朝著套7的頂端逐漸變寬。錐形部分34形成在間隙21的較大直徑部分31和較小直徑部分33之間的邊界部分。
如圖13B和13C所示，錐形部分34相對于大直徑部分31的角度是角α。角α可以設置成例如30°，使它能夠減少在較大直徑部分31和較小直徑部分33之間的邊界部分的動力壓力流體經(jīng)過的流體通道阻力。一般地，錐形部分的角度能從0°(上面一個變化的第二實施例描述的)到近似75°，優(yōu)選地在30°和60°之間選擇。
一般地，根據(jù)第六實施例的主軸電機被制造，以便從套7的底端到在上流體動力壓力產(chǎn)生槽24上方的特殊位置m的套7的內(nèi)表面27被平行于套7的中心軸線地制造。這樣，在套7和旋轉軸11之間的第一間隙21以直到位置m有均勻間隙地被制造。逐漸朝外變寬的錐形部分34形成在位置m之上方并且延伸到在較大直徑部分31的壁上的位置u。較大直徑部分31平行于套7的中心軸線并且有比較小直徑部分33的內(nèi)徑大的內(nèi)徑。較大直徑部分31從位置u到套7的頂端(開口表面W)形成。如圖13B所示，錐形表面34以一個角度α傾斜地在位置u相交于套7的較大直徑部分31。
類似于在先描述的實施例，流體蓄積圓周槽32形成在較大直徑部分31的內(nèi)表面。然而在第六實施例中，槽32優(yōu)選地有一個三角形橫截面，包括一個錐形斜表面36和水平峰頂部分37。
錐形表面36以這種方式傾斜以便逐漸朝著水平峰頂部分37逐漸變成寬槽32。錐形表面36從位于高于錐形表面34的位置u的位置q延伸。錐形表面36相對于大直徑部分31的傾斜角度α優(yōu)選地設置成與錐形部分34(例如30°)相同。這樣，它能夠減少在潤滑油蓄積圓周槽32和較大直徑部分31之間的邊界部分的動力壓力流體經(jīng)過的流體通道阻力。
錐形表面36的頂邊緣和水平峰頂部分37的外邊緣相交。這樣，導致圓周槽32有一個近似直角三角形的形狀，其以較大直徑部分31，水平峰頂部分37和以角度α傾斜的錐形表面36的延伸線作為它的邊。注意錐形表面36和水平峰頂部分37相交的邊緣在潤滑油蓄積圓周槽32機械加工中形成彎曲的R表面。
揭示的流體動力軸承結構產(chǎn)生一個動力壓力流體蓄積間隙29，其比軸承間隙21寬并且包括三角形截面的圓周槽32。
如圖14A和14B所示，當主軸電機靜止時，靜態(tài)流體表面S0位于錐形部分34的位置u的上方，和當主軸電機旋轉時動態(tài)流體表面S1位于開口表面W的下方。如圖14C所示，在軸承的整個壽命過程油源能被耗盡，最初由于蒸發(fā)導致產(chǎn)生流體水平面S2。
當油增加量和動力壓力流體12的流體表面從靜態(tài)流體表面S0的位置上升到流體表面位置S1時，在表示在第六個例子的實施例中的主軸電機內(nèi)潤滑油流體從開口表面溢流。
這使得它可能減小主軸電機旋轉軸線方向的厚度，使得它可能制造更薄的數(shù)據(jù)貯存裝置。這使得它非常的適合被用于制造近年來所需求的移動式個人計算機(便攜式個人計算機)。
如上文所述，錐形部分34和圓周槽32都朝著套筒的上邊緣方向逐漸變寬，以降低流通阻力和減少氣穴現(xiàn)象。
尤其是，例如，一個旋轉軸11在旋轉狀態(tài)后停止，動力壓力流體的流體表面S突然從流體表面S1降下，如圖14B和15C所示。然后動力壓力流體從圓周槽32的內(nèi)部移到較大直徑部分31內(nèi)，和甚至進入較小直徑部分33內(nèi)。由于提供的結構，流體能沿著它的流動通道沒有有影響的阻力和沒有氣穴現(xiàn)象平穩(wěn)地移動。
應當注意，提供較大直徑部分31(如在先的實施例所描述的)所引起的問題就是在較小直徑部分33和較大直徑部分31之間的邊界邊緣形成的臺階增加了流體通道的阻力和產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。在第六實施例中的錐形部分34和錐形表面36的結構用于解決該問題，并且其在結構和功能上不同于圖19所示的傳統(tǒng)技術的錐形表面45。
圖14C和15D表示了在該第六實施例中主軸電機的動力壓力流體隨著時間的過套靜態(tài)流體表面變化的模擬試驗的結果。特別是，它們表示了假定在正常使用情況(例如，主軸電機作為在個人計算機的硬盤使用的驅(qū)動電機和在正常情況下用于個人計算機的使用)使用五年的動力壓力流體靜態(tài)流體表面模擬試驗的結果。
如圖14C和15D所示，如果主軸電機已經(jīng)使用在正常的情況下，五年后，動力壓力流體的靜態(tài)流體表面S0將在錐形部分34的位置，或者換言之，在第一流體動力壓力產(chǎn)生槽24上方的位置。因此，當人們考慮到這個事實，當主軸電機旋轉時，動力壓力流體的流體表面S即使將是較高的，主軸電機能沒有問題地被使用。
主軸電機經(jīng)常使用在移動裝置中，例如移動個人計算機(便攜式個人計算機)，這樣需要一個對震動的耐受力，這樣即使使用的這種類型的裝置被掉落或撞擊，或者有一個垂直方向或側向(左/右方向)的震動被主軸電機承受，動力壓力流體將不泄漏到外面。
根據(jù)第六實施例發(fā)明者對主軸電機進行了震動試驗。為了比較，對傳統(tǒng)的例子(圖19A所示)進行了同樣的震動試驗。因為震動試驗本身是一般地實施的震動試驗(對于一個震動試驗通過落下一個物體被施加，該物體通過改變落下高度調(diào)節(jié)加速度)，在此，特殊的解釋被刪去。
圖16是一個表格，表示了實施的震動試驗的結果。在表格中，列表在樣品的“設備類型”中的“直接密封”是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的主軸電機，其有圖13A和15A的結構，并且震動試驗在具有相同結構的三個主軸電機(樣品號，G4M3、G4M4和G4M7)上實施。
在另一方面，“錐形密封”是有圖19所示結構的傳統(tǒng)的流體動力壓力軸承，并且震動試驗在具有相同結構的五個樣品(樣品號，G3M1、G3M3、G3M4、G3M5、和G3M7)上實施。
在表中，術語“vsa+”用于方向，其中加速度被施加，并且指示該情況其中主軸電機在向上的方向承受一個來自下方向的震動(特別地，該情況下落震動試驗在具有通常使用的方位的主軸電機上實施)，術語“vsa-”指示該情況其中主軸電機在向下的方向承受一個來自上方向的震動(特別地，該情況下落震動試驗在當具有通常使用的方位的主軸電機被倒置時在其上實施)，并且術語“hsa-”指示該情況其中主軸電機已經(jīng)承受一個來自側向的震動(例如，下落震動試驗在主軸電機從通常使用的方位旋轉90°的被實施)。
在該表中，“加速度(G)”指示震動的量級，或者換言之指示的“加速度”單位是按照1G＝9.8m/sec2。在該震動試驗中，五種類型的力被實施(100G、300G、5000G、700G和1000G)當震動沖擊隨每個樣品逐漸增加時，樣品狀態(tài)和是否有動力壓力流體從樣品泄漏的視覺檢查被實施，為的是檢查樣品的震動耐受力。在圖中“OK”指示甚至在震動已經(jīng)施加之后沒有潤滑油流體泄漏的狀態(tài)，“油落在軸止”和“油泄漏”指示觀察的情況其中潤滑油流體已經(jīng)泄漏。
這樣，確認在根據(jù)本明的第六實施例的主軸電機的樣品的每一個上的五個沖擊試驗沒有油泄漏，或換言之沒有動力壓力流體泄漏的情況。
在另一方面，根據(jù)傳統(tǒng)技術的主軸電機的樣品，由于在樣品號G3M1上的700G vsa+沖擊試驗在旋轉軸11上存在油滴，可以確認動力壓力流體的泄漏。這種情況表示在圖17A。注意對該樣品的沖擊試驗在動力壓力流體泄漏被確認的點被及時終止。
此外，根據(jù)傳統(tǒng)技術的主軸電機樣品，在樣品號G3M3上的100G vsa-沖擊試驗使得套7的圓柱體的頂表面上存在油斑點而確認動力壓力流體的泄漏。如圖17B所示。
類似地，也確認了用于根據(jù)傳統(tǒng)技術的主軸電機樣品的動力壓力流體泄漏。樣品號G3M4在100G vsa-沖擊試驗中存在的動力壓力流體的流體表面上升到溢出開口W(即高的油彎月面)。如圖17C所示。注意對樣品G3M3和G3M4的沖擊試驗在動力壓力流體泄漏被確認的點被及時終止。
從上面描述的沖擊試驗，當施加700G和1000G之間的沖擊時確認了在根據(jù)傳統(tǒng)技術的主軸電機中存在動力壓力流體的泄漏，但是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的主軸電機即使在朝下方向、朝上方向和側向相對于至少1000G的沖擊也沒有動力壓力流體泄漏，這就確認了它的耐沖擊性能。
注意，盡管沒有表示，即使在根據(jù)第六實施例的主軸電機中，一個包括R表面的彎曲的加寬部分35逐漸朝著套的頂邊緣變寬，當然如圖11B和11C所示，它在第四實施例中能被錐形部分34替代。如果使用這種方式彎曲的加寬部分35，動力壓力流體12移動時流動通道阻力將比較低，使流體可以被潤滑而沒有氣穴現(xiàn)象地平穩(wěn)地流動。
此外，雖然沒有表示，有排斥層30和30’也可以分別沿著開口表面W的圓周邊緣和軸的外表面在第六實施例中形成，像關于第五實施例的例子所示的。
本發(fā)明的流體動力軸承的第七個變化的實施例表示在圖18A。根據(jù)該實施例，較大直徑部分110形成在軸承間隙的上部分。較大直徑部分110包括一個第一錐形表面112，其關于套的軸線傾斜(或者垂直)；一個基本半圓形的圓周蓄積槽111；一個不平行于套的軸線的第二錐形表面114并且其優(yōu)選垂直于套的軸線；和一個位于第二錐形表面114上方的平行于套的軸線的內(nèi)表面。第二錐形表面的傾斜角113能充分地變化，如圖18A所示。
本發(fā)明的流體動力軸承的第八個變化的實施例表示在圖18B。根據(jù)該實施例，較大直徑部分120形成在上流體動力壓力產(chǎn)生槽。較大直徑部分120優(yōu)選地包括一個第一錐形表面122，其傾斜于或者垂直于套的軸線；一個基本半圓形的圓周蓄積槽121和一個不平行于套的軸線的第二錐形表面124并且其可以垂直于套的軸線。如圖18B所示，第二錐形表面的傾斜角123總是比平行于套的軸線的表面的角大。
為了方便讀者，上面的描述只說明了所有的實施例中的一些具有代表性的例子，每個例子都闡述了本發(fā)明的原理并傳達了實施它的最好的預期模式。上述描述沒有企圖詳盡地列舉所有可能的變化。其它沒有描述的變化或改變是可能的。例如，它可能結合不同實施例的要素，或者將這里描述的實施例的要素與沒有描述地表達的其它改變或變化的要素結合。這些沒有描述的變化和改變是在下面的權利要求的文字范圍內(nèi)，并且其它方面是相同的。
權利要求
1.一種流體動力軸承，其包括一個有內(nèi)表面和開口表面的套；一個位于所述套內(nèi)的軸；和一個在所述軸和所述套之間的間隙，在所述間隙中加入潤滑油；其中，一個流體動力壓力產(chǎn)生槽形成在所述套的所述內(nèi)表面和所述軸至少之一上；所述套的內(nèi)表面包括一個錐形部分，該錐形部分從所述動力壓力產(chǎn)生槽的上方的一位置沿所述套的所述開口表面的方向擴大；所述套有一個形成在所述錐形部分上方并且從所述錐形部分延伸到所述套的所述開口表面的大直徑部分；所述大直徑部分還包括一個圓周蓄積槽。
2.根據(jù)權利要求1所述的軸承，其中所述的圓周蓄積槽是半圓形的。
3.根據(jù)權利要求1所述的軸承，其中所述的圓周蓄積槽是三角形的。
4.根據(jù)權利要求1所述的軸承，其中所述的套還包括一個第一中空圓柱體部分和一個第二中空圓柱體部分；一個插入所述第一中空圓柱體部分的背板；一個設置在所述軸上并且插入所述第二中空圓柱體部分的有一個底表面和一個頂表面的推力板；一個第一組液力推力槽設置在所述推力板的底表面和所述背板之一上；和一個第二組液力推力槽設置在所述推力板的頂表面和所述第二中空圓筒體部分的一個表面之一上。
5.根據(jù)權利要求1所述的軸承，其中一個厭油固態(tài)膜沿著所述套的所述開口表面形成。
6.根據(jù)權利要求1所述的軸承，其中一個厭油固態(tài)膜形成在所述套的所述開口表面上方的所述軸上。
7.一個主軸電機，其包括一個有內(nèi)表面和開口表面的套；一個位于所述套內(nèi)的軸；一個用于旋轉所述軸的的裝置；和一個在所述軸和所述套之間的間隙，在所述間隙中加入潤滑油；其中，一個流體動力壓力產(chǎn)生槽形成在所述套的所述內(nèi)表面和所述軸至少之一上；所述套的所述內(nèi)表面包括一個錐形部分，錐形部分從所述動力壓力產(chǎn)生槽的上方的一位置沿所述套的所述開口表面的方向擴大；所述套有一個形成在所述錐形部分上方并且從所述錐形部分延伸到所述套的所述開口表面的大直徑部分；所述大直徑部分還包括一個圓周蓄積槽。
8.一個流體動力壓力軸承，其包括一個有內(nèi)表面和開口表面的套；一個位于所述套內(nèi)的軸；和一個在所述軸和所述套之間的間隙，所述間隙被加入潤滑油；其中，一個流體動力壓力產(chǎn)生槽形成在所述套的所述內(nèi)表面和所述軸至少之一上；所述套的所述內(nèi)表面包括一個有半徑表面的彎曲的擴大的開口部分，半徑表面從所述動力壓力產(chǎn)生槽的上方的一位置沿所述套的所述開口表面的方向擴大；所述套有一個形成在所述彎曲的擴大的開口部分上方并且從所述彎曲的擴大的開口部分延伸到所述套的所述開口表面的大直徑部分；所述大直徑部分還包括一個至少有一個錐形表面的圓周蓄積槽。
9.根據(jù)權利要求8所述的軸承，其中，所述的圓周蓄積槽包括一個三角形形狀。
10.根據(jù)權利要求8所述的軸承，其中，所述的圓周蓄積槽包括一個半圓形狀。
11.根據(jù)權利要求8所述的軸承，其中所述的套還包括一個第一中空圓筒體部分和一個第二中空圓筒體部分；一個插入所述第一中空圓柱體部分的背板；一個設置在所述軸上并且插入所述第二中空圓筒體部分的有一個底表面和一個頂表面的推力板；一個第一組液力推力槽設置在所述推力板的底表面和所述背板之一上；和一個第二組液力推力槽設置在所述推力板的頂表面和所述第二中空圓筒體部分的一個表面之一上。
12.根據(jù)權利要求8所述的軸承，其中一個厭油固態(tài)膜沿著所述套的所述開口表面形成。
13.根據(jù)權利要求8所述的軸承，其中一個厭油固態(tài)膜形成在所述套的所述開口表面上方的所述軸上。
14.一個主軸電機，其包括一個有內(nèi)表面和開口表面的套；一個位于所述套內(nèi)的軸；一個用于旋轉所述軸的的裝置；和一個在所述軸和所述套之間的間隙，在所述間隙中加入潤滑油；其中，一個流體動力壓力產(chǎn)生槽形成在所述套的所述內(nèi)表面和所述軸至少之一上；所述套的所述內(nèi)表面包括一個有半徑表面的彎曲的擴大的開口部分，半徑表面從所述動力壓力產(chǎn)生槽的上方的一位置沿所述套的所述開口表面的方向擴大；所述套有一個形成在所述彎曲的擴大的開口部分上方并且從所述彎曲的擴大的開口部分延伸到所述套的所述開口表面的大直徑部分；所述大直徑部分還包括一個至少有一個錐形表面的圓周蓄積槽。
15.一個有流體動力壓力軸承的主軸電機，所述軸承包括一個有一個內(nèi)孔的軸承套；一個為了旋轉支撐在所述套的所述孔內(nèi)的旋轉軸；一個在所述旋轉軸和所述軸承套之間形成的間隙，在所述間隙中加入潤滑油；和至少一個徑向流體動力壓力產(chǎn)生槽形成在所述套的所述內(nèi)孔的一個表面上；其中，所述內(nèi)孔包括一個形成在所述流體動力壓力產(chǎn)生槽上方且延伸到所述內(nèi)孔的一個開口的一個較大直徑部分；所述潤滑油蓄積圓周槽形成在所述較大直徑部分內(nèi)，所述潤滑油蓄積圓周槽有一個近似半圓形的橫截面，當所述旋轉軸是在非旋轉狀態(tài)時所述潤滑油被包容在所述較大直徑部分內(nèi)，當所述旋轉軸是在旋轉狀態(tài)時所述潤滑油被包容在所述內(nèi)孔的所述開口的下方。
16.根據(jù)權利要求15所述的主軸電機，其中，所述套還包括一個中心軸線，所述內(nèi)孔的所述表面平行于所述中心軸線。
17.根據(jù)權利要求15所述的主軸電機，還包括一個安裝在所述旋轉軸上的推力板和一個密封所述軸承套底部的背板。
18.根據(jù)權利要求17所述的主軸電機，還包括一個形成在所述軸承套內(nèi)的凹槽，其中所述推力板放置在所述凹槽內(nèi)和其中流體動力推力軸承形成在所述推力板和所述背板之間和所述推力板和所述凹槽的一個表面之間。
19.根據(jù)權利要求15所述的主軸電機，其中，一個厭油固態(tài)膜緊緊地靠近所述內(nèi)孔的所述開口形成。
20.根據(jù)權利要求15所述的主軸電機，其中，一個厭油固態(tài)膜形成在所述內(nèi)孔的所述開口上方的所述旋轉軸上。
21.一個有流體動力壓力軸承的主軸電機，所述軸承包括一個有一個內(nèi)孔的軸承套；一個為了旋轉支撐在所述套的所述孔內(nèi)的旋轉軸；一個在所述旋轉軸和所述軸承套之間形成的間隙，在所述間隙中加入潤滑油；和至少一個徑向流體動力壓力產(chǎn)生槽形成在所述套的所述內(nèi)孔的一個表面上；其中，一個潤滑油蓄積圓周槽形成在所述內(nèi)孔中，所述潤滑油蓄積圓周槽有一個近似半圓形的橫截面，當所述旋轉軸是在非旋轉狀態(tài)時所述潤滑油被包容在所述間隙內(nèi)，當所述旋轉軸是在旋轉狀態(tài)時所述潤滑油至少部分地保持在所述潤滑油蓄積圓周槽內(nèi)和被包容在所述內(nèi)孔的所述開口的下方。
22.根據(jù)權利要求21所述的主軸電機，其中，所述套還包括一個中心軸線和其中所述內(nèi)孔的所述表面平行于所述中心軸線。
23.根據(jù)權利要求21所述的主軸電機，還包括一個安裝在所述旋轉軸上的推力板和一個密封所述軸承套底部的背板。
24.根據(jù)權利要求23所述的主軸電機，還包括一個形成在所述軸承套內(nèi)的凹槽，其中所述推力板放置在所述凹槽內(nèi)和其中流體動力推力軸承形成在所述推力板和所述背板之間和所述推力板和所述凹槽的一個表面之間。
25.根據(jù)權利要求21所述的主軸電機，其中，一個厭油固態(tài)膜緊緊地靠近所述內(nèi)孔的所述開口形成。
26.根據(jù)權利要求21所述的主軸電機，其中，一個厭油固態(tài)膜形成在所述內(nèi)孔的所述開口上方的所述旋轉軸上。
27.一個主軸電機，其包括一個旋轉軸；一個支撐所述旋轉軸的軸承套；一個徑向流體動力槽形成在所述軸承套的一個內(nèi)表面和所述旋轉軸的外表面之一上；和一個圓周蓄積槽形成在所述徑向流體動力槽上方的所述軸承套的所述內(nèi)表面上，其中，所述軸承套的內(nèi)表面平行于所述軸承套的中心軸線。
28.根據(jù)權利要求27所述的主軸電機，其中，所述軸承套還包括一個在所述徑向流體動力槽上方和所述軸承套頂部開口下方延伸的較大直徑的內(nèi)部分，和其中所述圓周蓄積槽形成在較大直徑的內(nèi)部分內(nèi)。
29.根據(jù)權利要求27所述的主軸電機，還包括一個安裝在所述旋轉軸上的推力板和一個密封所述軸承套底部的背板。
30.根據(jù)權利要求29所述的主軸電機，還包括一個形成在所述軸承套內(nèi)的凹槽，其中所述推力板放置在所述凹槽內(nèi)和其中流體動力推力軸承形成在所述推力板和所述背板之間和所述推力板和所述凹槽的一個表面之間。
31.根據(jù)權利要求27所述的主軸電機，其中，一個厭油固態(tài)膜緊緊地靠近所述內(nèi)孔的所述開口形成。
32.根據(jù)權利要求27所述的主軸電機，其中，一個厭油固態(tài)膜形成在所述內(nèi)孔的所述開口上方的所述旋轉軸上。
全文摘要
一種主軸電機和一種用于主軸電機的流體動力軸承，其中，所述軸承包括一個具有一個區(qū)域的流體蓄積蓄積槽，其中具有一個增大直徑的套筒，一個套有固定直徑的區(qū)域，而且在該區(qū)域內(nèi)的槽有固定的半徑。本發(fā)明的優(yōu)點是可阻止?jié)櫥托孤?br> 文檔編號F16C32/00GK1693725SQ20041005507
公開日2005年11月9日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權日2004年4月30日
發(fā)明者小原陸郎 申請人:美蓓亞株式會社