專利名稱：與一系列不同額定轉(zhuǎn)速的盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn)品一起使用的流體動力軸承馬達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種盤驅(qū)動器存儲裝置，并且更特別地涉及一種用于一系列不同額定轉(zhuǎn)速的盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn)品的方法和與之一起使用的流體動力軸承馬達，所述盤驅(qū) 動器存儲設(shè)備產(chǎn)品在存儲操作期間以不同的轉(zhuǎn)速運行。
背景技術(shù)：
盤驅(qū)動器存儲系統(tǒng)應(yīng)用于傳統(tǒng)的固定式計算環(huán)境，也應(yīng)用于移動環(huán)境，包括便攜 式筆記本計算機、數(shù)字相機、數(shù)字?jǐn)z像機、視頻游戲控制臺以及個人音樂播放器。這些存儲 系統(tǒng)存儲了記錄在磁盤介質(zhì)上同心軌道上的數(shù)字信息。至少一個盤可旋轉(zhuǎn)地安裝在主軸 上，并且使用讀/寫頭或換能器訪問所述可以磁轉(zhuǎn)換形式存儲在盤內(nèi)的信息。驅(qū)動器控制 器典型地用于根據(jù)從主機系統(tǒng)接收的指令控制盤驅(qū)動器系統(tǒng)。驅(qū)動器控制器控制盤驅(qū)動器 以從磁盤存儲和提取信息。讀/寫頭位于在盤表面上方徑向移動的樞轉(zhuǎn)臂上。所述盤在操 作期間使用電動馬達高速旋轉(zhuǎn)，所述電動馬達位于輪轂之內(nèi)或者盤下方。輪轂上的磁體與 定子互相作用，從而使得輪轂相對于定子旋轉(zhuǎn)。很多盤驅(qū)動器利用具有位于轉(zhuǎn)軸和軸套之間的流體動力軸承(FDB)的主軸馬達 以支撐輪轂和盤用于旋轉(zhuǎn)。軸承允許轉(zhuǎn)軸和軸套之間的轉(zhuǎn)動，同時精確地維持主軸和轉(zhuǎn)軸 之間的對準(zhǔn)。在流體動力軸承中，在盤驅(qū)動器的固定部件軸承面和旋轉(zhuǎn)部件軸承面之間提 供潤滑流體。由于操作的原因，這些移動設(shè)備常常受到各種大小的機械振動。因此，性能和 設(shè)計的需求更高了，包括改進的抗震性(包括軸向和角向抗震性)、振動響應(yīng)以及改進的穩(wěn) 健性。所述讀/寫頭必須精確地對準(zhǔn)盤上的存儲軌道，以確保正確的信息讀寫。流體動力 軸承的剛度很重要，這樣旋轉(zhuǎn)負(fù)載被精確和穩(wěn)定地支承在主軸上，而不發(fā)生擺動和傾斜。此 夕卜，對于增加的存儲容量和更小的磁盤驅(qū)動器也存在需求，這導(dǎo)致了更高記錄區(qū)域密度的 設(shè)計，從而讀/寫頭放置得更接近于盤表面。需要將磁頭精確地對準(zhǔn)存儲軌跡，以允許盤設(shè) 計為具有更大的軌道密度，從而允許更小的盤和/或更高的盤存儲容量。由于這些更高的性能和設(shè)計需求，以及滿足運行條件(包括馬達剛度和功率)的 需要，用于盤驅(qū)動器存儲設(shè)備的馬達(即2. 5英寸筆記本馬達)典型地有兩種性能等級可 售，也就是標(biāo)準(zhǔn)性能和高性能。標(biāo)準(zhǔn)性能產(chǎn)品通常以5400轉(zhuǎn)每分(RPM)的轉(zhuǎn)速運行，而高 性能產(chǎn)品需要更高的數(shù)據(jù)訪問速度，典型地通過使用以7200RPM轉(zhuǎn)速運行的馬達實現(xiàn)。高 性能7200RPM產(chǎn)品典型地比標(biāo)準(zhǔn)性能5400RPM產(chǎn)品具有更高的制造成本，而高性能產(chǎn)品通 常具有較低的銷售量，由于制造成本分?jǐn)偹a(chǎn)的較少驅(qū)動器上，導(dǎo)致了更高的生產(chǎn)成本。 而且，用于桌面盤驅(qū)動器存儲設(shè)備的馬達也以多種性能等級銷售，也就是低(即5400RPM)、 中(即7200RPM)和高(即10000RPM)性能，也同樣導(dǎo)致了較高的生產(chǎn)成本。當(dāng)前筆記本盤驅(qū)動器技術(shù)的不同點在于在膝上型計算機中使用了低功率模式以 延長電池壽命。低功率模式也稱為空閑模式，包括把讀/寫頭停在遠(yuǎn)離盤表面的斜面上， 并且使馬達轉(zhuǎn)動到較低速度，同時不訪問驅(qū)動器。這種節(jié)能的“空閑速度”明顯低于馬達的“額定速度”(5400或7200RPM)，但它高到足夠維持馬達的流體動力軸承的軸承間隙。馬達軸承粘滯損失和導(dǎo)致的運行電流由速度差的平方減小，同時軸承剛度也按比例地對速度減 少。在空閑模式運行期間的馬達軸承的剛度需求并不重要，因為頭是停止的，沒有讀或?qū)懖?作發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述了一種裝置和方法，用于提供一種與某類盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn)品一起使 用的流體動力軸承馬達，該存儲設(shè)備產(chǎn)品在存儲操作期間以不同的轉(zhuǎn)速運行。流體動力軸 承馬達包括固定組件、可旋轉(zhuǎn)組件以及軸承系統(tǒng)。固定組件和可旋轉(zhuǎn)組件具有放置為相對 旋轉(zhuǎn)的相對表面。軸承系統(tǒng)限定在固定組件和可旋轉(zhuǎn)組件之間；配置成減少對于溫度變化 的軸承剛度敏感性和功率敏感性；配置成在可旋轉(zhuǎn)組件以第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時保持運行電流低 于第一預(yù)定限制；并且配置成在可旋轉(zhuǎn)組件以第二轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時保持運行電流低于第二預(yù)定 限制，而不超過供給到馬達的電壓。第一轉(zhuǎn)速低于所述第二轉(zhuǎn)速，并且第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速 為在對硬盤驅(qū)動器存儲設(shè)備的讀操作和寫操作的至少一個期間的轉(zhuǎn)速。通過閱讀以下詳細(xì) 說明將清晰地了解這些特征以及各種其它特征。概念以下概念為本申請所支持1. 一種流體動力軸承馬達，用于結(jié)合到具有一系列轉(zhuǎn)速的硬盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn) 品，包括a.)固定組件和可旋轉(zhuǎn)組件，其中固定組件和可旋轉(zhuǎn)組件具有放置為相對旋轉(zhuǎn)的 相對表面；以及b.)軸承系統(tǒng)i.限定在固定組件和可旋轉(zhuǎn)組件之間；ii.配置成減少對于溫度變化的軸承剛度敏感性和功率敏感性；iii.配置成在可旋轉(zhuǎn)組件以第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時保持運行電流低于第一預(yù)定限制； 并且iv.配置成在可旋轉(zhuǎn)組件以第二轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時保持運行電流低于第二預(yù)定限制，而 不超過供給到馬達的電壓，此時1.第一轉(zhuǎn)速低于第二轉(zhuǎn)速；并且2.第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速為對硬盤驅(qū)動器存儲裝置的讀操作和寫操作的至少一個 期間的轉(zhuǎn)速。2.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，還包括容納于軸承系統(tǒng)內(nèi)的流體，該 流體具有小于3. 0的粘滯率，粘滯率通過0攝氏度(V )下的流體粘滯度除以25°C下的流 體粘滯度算出。3.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，還包括容納于軸承系統(tǒng)內(nèi)的流體，當(dāng) 軸承系統(tǒng)流體溫度在-10攝氏度(°C )到70°C范圍內(nèi)時，流體的粘滯度在70厘泊(CP)到 4cP范圍內(nèi)。4.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，還包括容納于軸承系統(tǒng)內(nèi)的流體，流 體的粘滯度指數(shù)小于160。
5.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，運行電流的第一預(yù)訂規(guī)格限制和運行電流的第二預(yù)訂規(guī)格限制是在軸承系統(tǒng)流體溫度在約-10攝氏度(°C)到約70°C時確定 的。6.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，運行電流的第一預(yù)訂規(guī)格限制和運 行電流的第二預(yù)訂規(guī)格限制是在軸承系統(tǒng)流體溫度為以下之一時確定的約-20°C到約 10°C和約 20°C到約 400C O7.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，固定組件的材料與旋轉(zhuǎn)組件的材料 相比具有不同的熱膨脹系數(shù)，配置成在軸承系統(tǒng)溫度降低時增大位于其間的軸承間隙。8.如概念7所述的流體動力軸承馬達，其中，相對表面之一包括鋁、黃銅、青銅、塑 料、銅基燒結(jié)金屬和具有石墨填充物的聚酰亞胺中的一種，第二相對表面包括不銹鋼、400 系列不銹鋼、鐵基燒結(jié)金屬、陶瓷、碳化物和氮化物中的一種。9.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，固定組件對于第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速 構(gòu)造相同，可旋轉(zhuǎn)組件對于第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速構(gòu)造相同，并且軸承系統(tǒng)對于第一轉(zhuǎn)速和 第二轉(zhuǎn)速構(gòu)造相同。10.如概念9所述的流體動力軸承馬達，其中，流體動力軸承馬達具有最大扭矩常 數(shù)，其等于或小于以第二轉(zhuǎn)速運行的馬達的最大扭矩常數(shù)。11.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，還包括當(dāng)馬達以第一轉(zhuǎn)速運行時 連接到固定組件的第一底座部件和第一定子部件，以及當(dāng)馬達以第二轉(zhuǎn)速運行時連接到固 定組件的第二底座部件和第二定子部件，其中可旋轉(zhuǎn)組件對于第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速構(gòu)造相 同，其中軸承系統(tǒng)對于第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速構(gòu)造相同，其中第一底座件和第一定子部件與 第二底座部件和第二定子部件構(gòu)造不同，并且其中所述第一定子部件繞組電壓大于第二定 子部件繞組電壓。12.如概念11所述的流體動力軸承馬達，其中，流體動力軸承馬達具有最大扭矩 常數(shù)，其等于或小于以第一轉(zhuǎn)速運行的馬達的最大扭矩常數(shù)。13.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，流體動力軸承限定在相對表面之 間，相對表面包括以下之一轉(zhuǎn)軸和軸套，止推板和軸套，以及軸套和在其間限定了止推軸 承的第二表面。14.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，軸承系統(tǒng)包括流體，軸承流體選自 由二酯、多羥基酯、聚α石蠟(polyalphaolefin)、全氟聚醚和礦物烴構(gòu)成的組群。15.如概念14所述的流體動力軸承馬達，其中，軸承流體包括有效減少軸承流體 氧化的抗氧化添加劑、有效降低相對表面磨損的耐磨損添加劑、有效降低相對表面腐蝕的 防腐劑以及強化導(dǎo)電性添加劑中的至少一種。16.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，軸承系統(tǒng)包含的軸承流體為3-甲 基 _1，5_ 戊二酉享-二 -η-壬酸酉旨(3—methyl_l, 5_pentanediol_di_n_nonanoate) 17.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，軸承系統(tǒng)包含的軸承流體包含減少 軸承液體的粘滯率降低速率的添加劑，起到增加溫度的作用。18.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，第一轉(zhuǎn)速為5400轉(zhuǎn)每分(RPM)，而 第二轉(zhuǎn)速為7200RPM。19.如概念1所述的流體動力軸承馬達，其中，第一轉(zhuǎn)速為3600轉(zhuǎn)每分(RPM)到15000RPM范圍內(nèi)的速度，并且所述第二轉(zhuǎn)速為3600RPM到15000RPM范圍內(nèi)的速度。20. 一種使得流體動力軸承馬達滿足一系列轉(zhuǎn)速的硬盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn)品的操作需求的方法，包括i.)最小化軸承對于溫度的剛度敏感性和功率敏感性；ii.)選擇軸承尺寸，以滿足對一系列轉(zhuǎn)速硬盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn)品進行讀和寫操 作所需的軸承剛度；iii.)在馬達運行期間，在可旋轉(zhuǎn)組件以第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，保持運行電流低于第一 預(yù)定限制；并且iv.)在馬達運行期間，在可旋轉(zhuǎn)組件以第二轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，保持運行電流低于第二 預(yù)定限制，而不超過供給到馬達的電壓；其中，軸承系統(tǒng)限定在固定組件和可旋轉(zhuǎn)組件之間，其中固定組件和可旋轉(zhuǎn)組件 具有放置為相對旋轉(zhuǎn)的相對表面，其中第一轉(zhuǎn)速低于第二轉(zhuǎn)速，并且其中第一轉(zhuǎn)速和第二 轉(zhuǎn)速為對硬盤驅(qū)動器存儲設(shè)備的讀操作和寫操作的至少一個期間的轉(zhuǎn)速。21.如概念20所述的方法，其中，還包括在不超過供給到馬達的電壓的情況下，最 大化馬達的轉(zhuǎn)動扭矩。22.如概念20所述的方法，其中，溫度范圍在約-10攝氏度(°C )到約70°C。23.如概念20所述的方法，其中，最小化軸承對于溫度的剛度敏感性和功率敏感 性包括利用容納在軸承內(nèi)的流體，其具有小于3. 0的粘滯率，該粘滯率通過0攝氏度(°C ) 下的流體粘滯度除以25°C下的流體粘滯度算出。24.如概念20所述的方法，其中，最小化軸承對于溫度的剛度敏感性和功率敏感 性包括利用用于固定組件的材料，其與旋轉(zhuǎn)組件的材料相比具有不同的熱膨脹系數(shù)，配置 成在軸承溫度降低時增大位于其間的軸承間隙。25. 一種流體動力軸承馬達，用于結(jié)合到具有一系列轉(zhuǎn)速的硬盤驅(qū)動器存儲設(shè)備 產(chǎn)品，包括a.)放置為相對旋轉(zhuǎn)的固定組件和旋轉(zhuǎn)組件；b.)軸承系統(tǒng)i.限定在固定組件和可旋轉(zhuǎn)組件之間；ii.配置成在固定組件和可旋轉(zhuǎn)組件之間生成預(yù)定阻力；iii.至少在可旋轉(zhuǎn)組件的第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速下具有小于3. 0的阻力分布率，此 時1.軸承系統(tǒng)溫度介于0攝氏度(°C )到25°C之間2.第一轉(zhuǎn)速低于第二轉(zhuǎn)速；并且3.第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速為對硬盤驅(qū)動器存儲裝置的讀操作和寫操作的至少一個 期間的轉(zhuǎn)速；其中阻力分布率為0°C下的軸承系統(tǒng)阻力除以25°C下的軸承系統(tǒng)阻力。26.如概念25所述的流體動力軸承馬達，其中，還包括容納在軸承系統(tǒng)內(nèi)的流體， 其具有小于3. 0的粘滯率，該粘滯率通過0攝氏度(V )下的流體粘滯度除以25°C下的流 體粘滯度算出。27.如概念25所述的流體動力軸承馬達，其中，還包括容納在軸承系統(tǒng)內(nèi)的流體，該流體為3-甲基-1，5-戊二醇-二 -η-壬酸酯。28.如概念25所述的流體動力軸承馬達，其中，固定組件的材料與旋轉(zhuǎn)組件的材料相比具有不同的熱膨脹系數(shù)，配置成在軸承溫度降低時增大位于其間的軸承間隙。29.如概念25所述的流體動力軸承馬達，其中，還包括在不超過供給到馬達的電 壓的情況下，最大化馬達轉(zhuǎn)動扭矩。30.如概念25所述的流體動力軸承馬達，其中，第一轉(zhuǎn)速為3600轉(zhuǎn)每分(RPM)到 15000RPM范圍內(nèi)的速度，并且第二轉(zhuǎn)速為3600RPM到15000RPM范圍內(nèi)的速度。31.如概念25所述的流體動力軸承馬達，其中，還包括容納在軸承系統(tǒng)內(nèi)的流體， 其粘滯度指數(shù)小于160。32.如概念25所述的流體動力軸承馬達，其中，相對表面之一包括鋁、黃銅、青銅、 塑料、銅基燒結(jié)金屬和具有石墨填充物的聚酰亞胺中的一種，第二相對表面包括不銹鋼、 400系列不銹鋼、鐵基燒結(jié)金屬、陶瓷、碳化物和氮化物中的一種。33.如概念25所述的流體動力軸承馬達，其中，固定組件對于第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn) 速構(gòu)造相同，可旋轉(zhuǎn)組件對于第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速構(gòu)造相同，并且軸承系統(tǒng)對于第一轉(zhuǎn)速 和第二轉(zhuǎn)速構(gòu)造相同。34.如概念33所述的流體動力軸承馬達，其中，流體動力軸承馬達具有最大扭矩 常數(shù)，其等于或小于以第二轉(zhuǎn)速運行的馬達的最大扭矩常數(shù)。35.如概念25所述的流體動力軸承馬達，其中，還包括當(dāng)馬達以第一轉(zhuǎn)速運行時 連接到固定組件的第一底座部件和第一定子部件，以及當(dāng)馬達以第二轉(zhuǎn)速運行時連接到固 定組件的第二底座部件和第二定子部件，其中可旋轉(zhuǎn)組件對于第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速構(gòu)造相 同，其中軸承對于第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速構(gòu)造相同，其中第一底座部件和第一定子部件與第 二底座部件和第二定子部件構(gòu)造不同，并且其中第一定子部件繞組電壓大于第二定子部件 繞組電壓。36.如概念35所述的流體動力軸承馬達，其中，流體動力軸承馬達具有最大扭矩 常數(shù)，其等于或小于以第一轉(zhuǎn)速運行的馬達的最大扭矩常數(shù)。37.如概念25所述的流體動力軸承馬達，其中，軸承包含的流體包含減少軸承液 體的粘滯率降低速率的添加劑，起到增加溫度的作用。38.如概念25所述的流體動力軸承馬達，其中，固定組件和旋轉(zhuǎn)組件為相對表面， 相對表面包括以下之一轉(zhuǎn)軸和軸套，止推板和軸套，以及軸套和在其間限定了止推軸承的
第一表面。


參考以下詳細(xì)說明，同時結(jié)合附圖，將可更容易地理解本發(fā)明的前述特征和許多 附加優(yōu)點，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的盤驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的俯視圖，其中本發(fā)明可 用；圖2為盤驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中使用的現(xiàn)有主軸馬達的側(cè)截面圖，其中本發(fā)明的 一個實施例可用；圖3Α為圖示以不同額定轉(zhuǎn)速運行的兩種不同的馬達設(shè)計在組件特性和油方面的區(qū)別的示意性表格；圖3B為圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的本發(fā)明的組件特性和油的示意性表格，它們被優(yōu)化以滿足以不同額定轉(zhuǎn)速運行的兩種不同馬達的性能需求；圖4為圖示與典型的流體動力軸承馬達盤驅(qū)動器存儲設(shè)備一起使用的三種當(dāng)前 油，以及用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的低粘滯度油3-甲基-1，5-戊二醇-二 -η-壬酸酯的油 粘滯度對比溫度的行為的示意性表格；圖5為圖示了以5400RPM與7200RPM的額定轉(zhuǎn)速為同期的單獨基于馬達的部件產(chǎn) 品在0°c采樣的運行電流并與本發(fā)明實施例具有5400RPM與7200RPM轉(zhuǎn)速的通用轉(zhuǎn)子產(chǎn)品 和通用馬達產(chǎn)品進行比較的示意性表格。
具體實施例方式示例性的實施方式將結(jié)合特定結(jié)構(gòu)進行說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能領(lǐng)會，在不超 出所附權(quán)利要求書范圍的情況下，可做出各種變化和修改。此外，公知的元件、設(shè)備、組件、 方法、處理步驟等不再詳細(xì)陳述，以避免使本發(fā)明變得不清楚。為了降低用于通常銷量不高的高端盤驅(qū)動器產(chǎn)品的盤驅(qū)動器馬達的生產(chǎn)成本，期 望使用單個馬達的設(shè)計，用于以不同額定轉(zhuǎn)速運行的一系列不同額定轉(zhuǎn)速的盤驅(qū)動器存儲 設(shè)備產(chǎn)品(即5400RPM與7200RPM轉(zhuǎn)速產(chǎn)品)。因此，總制造量增加了，可以避免與高端 7200RPM產(chǎn)品專用生產(chǎn)線相關(guān)的成本增加。然而，設(shè)計為以7200RPM運行的馬達通常包括 馬達扭矩常量(Kt)低于典型地用于5400RPM馬達的馬達扭矩常量，從而驅(qū)動電力可以在 低溫下(即0攝氏度)旋轉(zhuǎn)馬達直到額定速度，而不超出電源電壓。通過采用設(shè)計用于以 7200RPM運行的馬達，卻以5400RPM旋轉(zhuǎn)，更低的扭矩常量會導(dǎo)致明顯更高的運行電流，這 會降低5400RPM筆記本馬達的電池壽命。因此，需要為所有產(chǎn)品(即5400RPM與7200RPM 產(chǎn)品)設(shè)計同一種馬達，其滿足采用了用于兩種不同額定速度產(chǎn)品的不同設(shè)計的馬達技術(shù) 的當(dāng)前狀態(tài)的剛度、運行電流和電壓性能需求。在此描述了一種用于流體動力軸承馬達的裝置和方法，該流體動力軸承馬達在讀 寫存儲操作期間以不同轉(zhuǎn)速運行的多種不同盤驅(qū)動器存儲設(shè)備一起使用。讀寫速度為馬 達轉(zhuǎn)速，在該速度下存儲設(shè)備執(zhí)行讀寫操作，作為對照的是非存儲操作空閑速度，該速度用 于例如讀寫頭離開盤表面。在一個實施例中，本發(fā)明在與標(biāo)準(zhǔn)或者高端性能的盤驅(qū)動器一 起使用的多個額定速度下滿足全部操作需求，包括剛度和功率需求。本發(fā)明基本降低了高 端產(chǎn)品專用生產(chǎn)線相關(guān)的附加成本，從而允許單條生產(chǎn)線同時生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和高端產(chǎn)品。本 發(fā)明特別適用于降低2. 5英寸筆記本產(chǎn)品的成本，該產(chǎn)品典型地以兩個性能等級銷售，即 5400RPM標(biāo)準(zhǔn)性能產(chǎn)品與7200RPM高性能產(chǎn)品。很明顯，說明書和權(quán)利要求書的特征可用于盤驅(qū)動器存儲系統(tǒng)、超薄 (Iowprofile)盤驅(qū)動器存儲系統(tǒng)、主軸馬達、無刷DC馬達、滾珠軸承部件、各種流體動力軸 承設(shè)計，包括流體動力學(xué)和流體靜力學(xué)軸承，以及其它采用固定和可旋轉(zhuǎn)組件的馬達，包括 采用圓錐軸承的馬達。此外，本發(fā)明實施例可采用固定轉(zhuǎn)軸或旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸。而且，如此處使用 的，詞“軸向地”或“軸向”指的是沿轉(zhuǎn)軸中心軸線長度方向(即沿如圖2所示的轉(zhuǎn)軸202的 軸線260方向)，而“徑向地”或“徑向”指的是垂直于中心軸線260并貫穿中心軸線260的 方向。并且，如此處使用的，指示方向的短語，如“上”、“下”、“頂”、“底”、“高度”等，是應(yīng)用于涉及附圖正常觀察的意義上的，而不是特定操作期間任何方向意義上的。這些方向標(biāo)志只是簡單提供以便于和有助于將附圖理解為說明書描述的那樣，而不能解釋為限定。參照附圖，其中所有附圖中相同的參考標(biāo)記指代相同的元件，圖1為盤驅(qū)動器數(shù) 據(jù)存儲系統(tǒng)110的俯視圖，其中本發(fā)明可用。說明書和權(quán)利要求書的特征不限于該特定設(shè) 計，其被示出只是為了示例的目的。盤驅(qū)動器Iio包括基板112，其與蓋114(以斷裂分解視 圖示出)結(jié)合以形成封閉的環(huán)境，以保護內(nèi)部組件免收封閉環(huán)境外部元素的污染。盤驅(qū)動 器110還包括盤包(pack) 116，其通過盤夾118安裝在主軸馬達(圖2中描述)上用以旋 轉(zhuǎn)。盤包116包括多個單獨的盤，它們安裝為圍繞中心軸線共同旋轉(zhuǎn)。每個盤表面都有相 關(guān)的磁頭120 (讀取頭和寫入頭)，其安裝到盤驅(qū)動器110，用于與盤表面的通信。在圖1所 示的例子中，頭120由彎曲部122支持，彎曲部122又附連到致動器體126的頭安裝臂124 上。圖1所示的致動器為旋轉(zhuǎn)移動線圈致動器，并且包括音圈馬達，如128所示。音圈馬達 128圍繞樞軸轉(zhuǎn)軸130轉(zhuǎn)動致動器體126及其附連的頭120，以便沿著弧形路徑132將頭放 置在所需的數(shù)據(jù)軌道上方。這使得頭120在盤116表面的選定位置磁性地讀取和寫入編碼 fn息ο柔性部件為致動器部件提供了必不可少的電連接路徑，同時允許致動器體126在 運行期間樞轉(zhuǎn)運動。柔性部件(未示出)端接于柔性支架，用于與安裝到盤驅(qū)動器110底側(cè) 并且頭線連接到其上的印刷電路板通信；頭線沿著致動器臂124和彎曲部122引向頭120。 印刷電路板典型地包括電路，用于控制在寫入操作期間施加于頭120上的寫入電流；以及 前置放大器，用于放大讀取操作期間頭120生成的讀取信號。參照圖2，描述了與盤驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)110 —起使用的主軸馬達的側(cè)截面圖。 該流體動力軸承馬達包括圍繞固定組件相對可旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)組件，在其間限定了軸頸軸承 (journal bearing) 2060在這個例子中，可旋轉(zhuǎn)組件包括轉(zhuǎn)軸202和轂210。在另一替換 設(shè)計中，轉(zhuǎn)軸202為固定組件，而軸套204為可旋轉(zhuǎn)組件。轂210包括支持盤包116 (如圖 1所示)用于圍繞轉(zhuǎn)軸202的軸線260轉(zhuǎn)動的盤凸緣。轉(zhuǎn)軸202和轂210與護鐵215構(gòu)成 一體。一塊或多塊磁體216附連在護鐵215的外圍上。磁體216與附連到基底220的層疊 堆214互相作用，以使轂210旋轉(zhuǎn)。磁體216可形成為整體、環(huán)形的環(huán)，或者可由圍繞轂210 間隔設(shè)置的多個單獨磁體組成。磁體216被磁化而形成兩個或多個磁極。定子層疊堆214 包括齒，定子繞線211圍繞著齒纏繞。電路板施加并控制流經(jīng)定子繞線211以控制馬達轉(zhuǎn) 速的電壓。磁體216與定子繞線211的互相作用形成了必須保留在電源電壓(如下所述) 中的反EMF電壓。馬達生成的電壓(反EMF電壓)加上流經(jīng)馬達和驅(qū)動器電路電阻的測量 電壓必須不超過電源電壓(例如電池或者供給到馬達的功率)。固定組件包括軸套204和 定子繞組211，它們固定于基底220。軸承206形成在軸套204與旋轉(zhuǎn)軸202之間。止推軸 承207形成于轂210和軸套204之間。止推軸承207在轂210上提供了向上的力，以平衡 向下的力，包括轂210的重力、磁體216和吸引盤230之間的軸向力，以及定子層疊堆214 和磁體216之間的軸向力。在流體動力軸承主軸馬達的情況下，流體(例如潤滑油)填充 了轉(zhuǎn)軸202和軸套214之間、轂210和軸套204之間，以及其它固定和可旋轉(zhuǎn)組件之間的間 隔區(qū)域。盡管本圖在此使用潤滑油進行描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，可使用的流體包括 液體、氣體或液氣組合。圖3A為圖示了以不同額定轉(zhuǎn)速運行的兩種單獨的同期馬達設(shè)計產(chǎn)品的組件特性和油方面差別的示意性表格。在同期馬達設(shè)計中，典型的途徑為使用于7200RPM產(chǎn)品和用于5400RPM產(chǎn)品的馬達之間的通用性最大化，以便優(yōu)化組件和部件的加工成本。這造成了 用于兩種產(chǎn)品的不同流體動力軸承設(shè)計(即軸承尺寸和軸承間隙)，因為軸承剛度隨著速 度增加，而軸承中的粘滯度損失量必須減少，以維持合理的運行電流。此外，馬達扭矩常量 分別對于每個產(chǎn)品的特定額定速度進行優(yōu)化，典型地導(dǎo)致不同數(shù)目的定子繞線圈數(shù)和用于 不同速度產(chǎn)品的不同繞線電阻值。如同所述，與同期7200RPM馬達相比，同期5400RPM馬達使用更大數(shù)目的定子繞線 圈數(shù)。5400RPM馬達采用預(yù)定優(yōu)化的流體軸承尺寸，而7200RPM馬達采用與5400RPM馬達相 比相同或更小的軸承尺寸。5400RPM馬達采用預(yù)定優(yōu)化的流體軸承間隙，而7200RPM馬達采 用與5400RPM馬達相比更大的軸承間隙。5400RPM和7200RPM馬達都在流體動力軸承中采 用低粘滯度或中等粘滯度的油。這些設(shè)計差異用于獨立地優(yōu)化各自不同速度的剛度性能和 粘滯度損失。圖3B為圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例對本發(fā)明的組件特性和油進行優(yōu)化以滿用于以 不同額定轉(zhuǎn)速運行的兩種單獨馬達的性能需求的示意性表格。在設(shè)計用于具有不同額定速 度的多種產(chǎn)品的馬達時，理想的是通用性最大化，或者對于所有組件具有完全的通用性，以 用于在存儲操作期間以不同轉(zhuǎn)速運行的一系列不同額定轉(zhuǎn)速的盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn)品，以 便于獲得完全如前所述的潛在成本收益。圖3A與圖3B的比較說明了本發(fā)明對不同速度的產(chǎn)品來說相同的馬達組件與對于 不同速度產(chǎn)品來說采用不同馬達組件的同期設(shè)計之間的不同。如同所述，與同期5400RPM 馬達相比，同期7200RPM馬達典型地采用更少的定子繞線圈數(shù)。本發(fā)明的5400RPM馬達與本 發(fā)明的7200RPM馬達采用相同的定子繞線圈數(shù)。此外，本發(fā)明的馬達不管以5400RPM還是 以7200RPM運行所采用的流體軸承尺寸和流體軸承間隙都經(jīng)過了優(yōu)化，以最好地滿足轉(zhuǎn)速 需求。而且，本發(fā)明的馬達不管以5400RPM還是以7200RPM運行都采用允許在(TC/7200RPM 的電壓極值和25°C /5400RPM的剛度之間折衷的低粘滯度的軸承流體，以優(yōu)化而滿足各種 轉(zhuǎn)速需求。更大或更小的成本收益可以通過改變兩種不同額定速度產(chǎn)品間通用性的程度而 實現(xiàn)。當(dāng)本發(fā)明的設(shè)計與其它常用盤驅(qū)動器系統(tǒng)(即頭、頭堆疊部件、音圈馬達、盤等)一 起使用時，可以使用固件代碼的改變，以指示驅(qū)動器電子設(shè)備接入特定馬達(即5400RPM標(biāo) 準(zhǔn)驅(qū)動器或7200PRM高端驅(qū)動器)，以提供制造靈活性和成本收益?，F(xiàn)在看圖4，所示表格說明了同期流體動力軸承馬達盤驅(qū)動器存儲設(shè)備所使用的 三種油，以及根據(jù)本發(fā)明的實施例所使用的低粘滯度油3-甲基-1，5-戊二醇-二 -η-壬酸 酯的油粘滯度對比油溫的行為。與同期馬達設(shè)計一起使用的油包括高粘滯度臺式機盤驅(qū)動器油和兩種中粘滯度 筆記本盤驅(qū)動器油。當(dāng)前臺式機油1比本發(fā)明的油具有更高的粘滯度，并且典型地用在承 載較大負(fù)載且在12V電源下運行的較大的3. 5”臺式機盤驅(qū)動器。當(dāng)前筆記本油2和3具 有中等的粘滯度，并且在低溫(即0°C )和室溫(即25°C )之間具有較低的粘滯度變化，這 使得它們更適于支持具有較少和較小盤的較輕負(fù)載且依靠5V電池運行的筆記本盤驅(qū)動器 馬達。本發(fā)明利用的油特性包括總粘滯度等級(高、中、低等)和粘滯度對比溫度的“平直度”。在產(chǎn)業(yè)中這些特性典型地用公知為粘滯度指數(shù)(VI)的參數(shù)表示。粘滯度指數(shù)的特征在于通過在兩個特定溫度40°C和100°C下關(guān)于油粘滯度的計算得出的粘滯度對比溫度的平直度。盡管其可用于許多產(chǎn)業(yè)，但在硬盤驅(qū)動器和本發(fā)明的 情況下，感興趣的溫度范圍為約-10°c到70°C。為了優(yōu)化盤驅(qū)動器馬達的軸承和電磁設(shè)計， 有意義的設(shè)計考慮包括生成的反EMF電壓和在約-10°C到0°C下的運行電流，以及在約25°C 到35°C下的運行電流和軸承剛度。正因如此，油的粘滯度指數(shù)由于涉及不同的溫度范圍而 不那么有用。油粘滯度在冷區(qū)間的相對平直度不總是相關(guān)于其在熱區(qū)間的相對平直度。在 本發(fā)明的實施方式中，所使用的軸承流體的粘滯度系數(shù)小于160。如同所述，用于多種運行速度的本發(fā)明馬達設(shè)計利用了相比于同期軸承油既具有 低粘滯度又具有相對平直的粘滯度對比溫度的曲線的軸承油。在一個實施例中，本發(fā)明采 用了 3-甲基-1，5-戊二醇-二 -η-壬酸酯基油，對于本發(fā)明馬達來說，其足夠平直以滿足 同期單獨馬達設(shè)計的性能需求。如圖4所示，當(dāng)流體溫度在-10°C到70°C范圍內(nèi)時，軸承流 體具有60厘泊(cP)到4cP范圍內(nèi)的粘滯度。此處所述的粘滯度描述為絕對粘滯度(cP) 的形式，而不是以厘程(centistrokes，cSt)為單位的動態(tài)粘滯度。在一個實施例中，當(dāng)軸 承流體溫度在-10°C到70°C范圍內(nèi)時，使用的軸承流體在70cP到4cP的粘滯度范圍內(nèi)?？?選地，所采用的軸承流體可具有小于3. 0的粘滯率，該粘滯率通過0°C時的流體粘滯度除以 25°C時的流體粘滯度算出。在一個實施例中，使用具有2. 79粘滯率的3-甲基-1，5-戊二 醇-二-η-壬酸酯基油。在另一實施例中，本發(fā)明采用的油為來自多元醇類酯族油的特定基油，如美國專 利5，907，456所述，其公開在本申請中整體援引作為參考，這種油具有低粘滯度，并且在 0°C到25°C的溫度范圍內(nèi)足夠平直，其用于本發(fā)明可滿足同期單獨馬達設(shè)計的性能需求。特 別地，本發(fā)明的油使得在0°C和25°C之間，以及在5400RPM和7200RPM之間折衷的軸承剛度 和粘滯度損失能夠被優(yōu)化，以使同期單獨馬達的運行電流和剛度需求能夠被本發(fā)明對于多 種速度產(chǎn)品的馬達設(shè)計所滿足。其它的低粘滯度或相對平直粘滯度的油也可以為本發(fā)明的馬達所用，包括如美國 專利5，930，075所述的混合油，該專利公開在本申請中整體援引作為參考。在一個實施例 中，軸承流體選自由二酯、多羥基酯、聚α石蠟、全氟聚醚和礦物烴構(gòu)成的組群。此外，所示 的3-甲基-1，5-戊二醇-二 -η-壬酸酯基油也可使用包括抗氧化劑、抗磨損劑以及導(dǎo)電增 強劑的添加劑組合調(diào)配。在一個實施例中，本發(fā)明的軸承流體包括有效減少軸承流體氧化 的抗氧化添加劑、有效降低軸承相對表面磨損的抗磨損添加劑、有效降低相對表面腐蝕的 防腐添加劑以及強化導(dǎo)電性添加劑。在一個實施例中，軸承流體抗氧化劑選自由胺、苯酚及 其混合物構(gòu)成的組群。軸承流體及添加劑進一步參考美國專利5，970，456，其公開在本申請 中整體援引作為參考。在一個實施例中，本發(fā)明的軸承流體還包括至少一種減少軸承流體粘滯率降低速 率的添加劑，起到增加溫度的功能。軸承流體添加劑進一步參考美國專利6，952，324，其 公開在本申請中整體援引作為參考。在一個實施例中，軸承流體添加劑為選自由聚甲基甲 酯(polymethylacrylates)、聚異丁烯、石蠟共聚物和苯乙烯共聚物構(gòu)成的組群的聚合物。 可替代地，軸承流體添加劑為短鏈乙醇酯，其具有潤滑流體體積的約1-50%濃度，或具有 1000道爾頓到1，000, 000道爾頓范圍內(nèi)的摩爾重量。
圖5所示的表格表示了對于當(dāng)前額定轉(zhuǎn)速為5400RPM和7200RPM的基于馬達的部件(MBA)產(chǎn)品(用于5400RPM馬達的直條1、2、3，用于7200RPM馬達的直條1、2、3)，對比本 發(fā)明實施例5400RPM和7200RPM通用的轉(zhuǎn)子產(chǎn)品和通用的馬達產(chǎn)品(用于5400RPM馬達的 直條4、5，用于7200RPM馬達的直條4、5)，在0°C采樣的運行電流?！巴ㄓ棉D(zhuǎn)子”此處指的是 可用于在存儲操作期間以不同轉(zhuǎn)速運行的一系列不同額定轉(zhuǎn)速的盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn)品 的一種轉(zhuǎn)子設(shè)計?！巴ㄓ民R達”此處指的是可用于在存儲操作期間以不同轉(zhuǎn)速運行的一系列 不同額定轉(zhuǎn)速的盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn)品的一種馬達設(shè)計。在一個實施例中，本發(fā)明提供了單獨的流體動力馬達設(shè)計，其既可被結(jié)合到轉(zhuǎn)速 為例如5400RPM的盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn)品，也可被結(jié)合到轉(zhuǎn)速為7200RPM的盤驅(qū)動器存儲 設(shè)備產(chǎn)品。盡管整個說明書都指的是5400RPM和7200RPM馬達，在一個實施例中，本發(fā)明的 馬達設(shè)計也可有效地結(jié)合到其它轉(zhuǎn)速的盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn)品中，例如3600RPM、4200RPM、 5400RPM、5800RPM、5900RPM、7200RPM、10000RPM 以及 15000RPM，或包括介于 3600RPM 至Ij 15000RPM之間的其它轉(zhuǎn)速的盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn)品。而且，盡管本發(fā)明參照流體動力軸承 馬達進行了描述，上述其它馬達也可利用本發(fā)明的實施例。各種轉(zhuǎn)速為存取或?qū)懭氪鎯Σ?作期間盤驅(qū)動器存儲設(shè)備的速度。本發(fā)明實質(zhì)上降低了與高端產(chǎn)品專用生產(chǎn)線相關(guān)的成本 增加，藉此允許單一生產(chǎn)線同時服務(wù)于標(biāo)準(zhǔn)和高端產(chǎn)品。本發(fā)明對于降低典型地有兩種等 級的性能面市的2. 5英寸筆記本產(chǎn)品，也就是5400RPM標(biāo)準(zhǔn)性能產(chǎn)品和7200RPM高端性能 產(chǎn)品的成本特別有用。在一個實施例中，本發(fā)明滿足了用于標(biāo)準(zhǔn)或高端性能盤驅(qū)動器的多 個額定速度的所有產(chǎn)品的全部操作需求，包括剛度和功率需求。如圖5所示，本發(fā)明提供了用于馬達設(shè)計的不同等級的馬達通用性，既可用于 5400RPM產(chǎn)品，也可用于7200RPM產(chǎn)品，從而獲得各種等級的成本和收益。通用轉(zhuǎn)子和通 用馬達為本發(fā)明的設(shè)計。5400RPM馬達編號為1-5。5400RPM馬達1_3代表單個的基于馬 達部件(MBA)的產(chǎn)品，基礎(chǔ)是盤驅(qū)動器是基于其安裝的?！皢蝹€的”意味著5400RPM設(shè)計與 7200RPM設(shè)計相比是不同的。馬達2的直條圖(5400RPM)表示的是具有常用于5400RPM馬達的間隙和繞線Kt的 傳統(tǒng)馬達。類似的，馬達2的直條圖(7200RPM)表示的是具有常用于7200RPM馬達的間隙和 繞線Kt的傳統(tǒng)馬達。馬達3的直條圖(5400RPM)表示的是具有常用于5400RPM馬達的間隙 和繞線Kt的傳統(tǒng)馬達，但使用的是低粘滯度的油。類似地，馬達3的直條圖(7200RPM)表 示的是具有常用于7200RPM馬達的間隙和繞線Kt的傳統(tǒng)馬達，但使用的是低粘滯度的油。然后，5400RPM馬達4代表具有通用轉(zhuǎn)子的產(chǎn)品，該轉(zhuǎn)子為旋轉(zhuǎn)組件，包括磁體。在 “通用轉(zhuǎn)子”的情況下，馬達的所有旋轉(zhuǎn)和軸承相關(guān)部分都是通用的(即，包括轉(zhuǎn)動軸套和安 裝在軸套上封閉軸承的帽)，但基板和定子部件對于每個速度的產(chǎn)品都是獨有的。這使得 單條用于轉(zhuǎn)子部件(基于馬達的部件中復(fù)雜的部分)的生產(chǎn)線能夠為兩種不同的產(chǎn)品線服 務(wù)，帶來成本收益。然后，5400RPM馬達5代表具有通用馬達的產(chǎn)品(通用馬達為最高等級 的通用性)。在“通用馬達”的情況下，固定組件的構(gòu)造對于5400RPM轉(zhuǎn)速和7200RPM轉(zhuǎn)速 是相同的，可旋轉(zhuǎn)組件的構(gòu)造對于5400RPM轉(zhuǎn)速和7200RPM轉(zhuǎn)速是相同的，并且軸承的構(gòu)造 對于5400RPM轉(zhuǎn)速和7200RPM轉(zhuǎn)速是相同的。同樣地，7200RPM馬達編號為1-5。7200RPM馬達1_3代表單個的基于馬達部件 (MBA)的產(chǎn)品，基礎(chǔ)是盤驅(qū)動器是基于其安裝的?！皢蝹€的”意味著7200RPM設(shè)計與5400RPM設(shè)計相比是不同的。然后，7200RPM馬達4代表具有通用轉(zhuǎn)子的產(chǎn)品，該轉(zhuǎn)子為旋轉(zhuǎn)組件，包括磁體。如上所述，在“通用轉(zhuǎn)子”的情況下，馬達的所有旋轉(zhuǎn)和軸承相關(guān)部分都是通用 的，但基板和定子部件對于每個速度的產(chǎn)品都是獨有的。這使得單條用于轉(zhuǎn)子部件(基于 馬達的部件中復(fù)雜的部分)的生產(chǎn)線能夠為兩種不同的產(chǎn)品線服務(wù)，帶來成本收益。然后， 7200RPM馬達5代表具有通用馬達的產(chǎn)品(通用馬達為最高等級的通用性)。在“通用馬達” 的情況下，固定組件的構(gòu)造對于5400RPM轉(zhuǎn)速和7200RPM轉(zhuǎn)速是相同的，可旋轉(zhuǎn)組件的構(gòu)造 對于5400RPM轉(zhuǎn)速和7200RPM轉(zhuǎn)速是相同的，并且軸承的構(gòu)造對于5400RPM轉(zhuǎn)速和7200RPM 轉(zhuǎn)速是相同的。馬達1和2(現(xiàn)有技術(shù))的直條圖說明了本發(fā)明馬達4和5的一些優(yōu)點。用于 5400RPM和7200RPM馬達的馬達2 (現(xiàn)有技術(shù))的直條圖為用于各自單獨轉(zhuǎn)速產(chǎn)品的馬 達。馬達1(7200RPM)的直條圖具有與馬達2(7200RPM)相同的運行電流，因為這些馬達 1和2(7200RPM)是相同的。然而，當(dāng)馬達2 (7200RPM)用作5400RPM的馬達時，馬達直條 1 (5400RPM)會導(dǎo)致運行電流可以超過運行電流規(guī)格限制(由于Kt為7200RPM做了優(yōu)化)。 此外，圖5說明了與傳統(tǒng)馬達1和2相比用于本發(fā)明馬達4和5的較低的運行電流。本發(fā)明流體動力軸承馬達設(shè)計可服務(wù)于一種以上的運行轉(zhuǎn)速，同時滿足設(shè)計用于 單個運行轉(zhuǎn)速的傳統(tǒng)單獨馬達的運行需求。執(zhí)行流體動力軸承的優(yōu)化以確定功率與剛度間 的期望折衷。設(shè)計考慮包括軸承粘滯度損失最小化和馬達扭矩常量最大化導(dǎo)致的最小化運 行電流。在一個實施例中，關(guān)于滿足5400RPM馬達和7200RPM馬達的運行需求的流體動力 軸承馬達，本發(fā)明采用了以下設(shè)計方法。軸承對于溫度變化的敏感度降低了。在室溫(即25°C)下，軸承間隙和軸承尺寸構(gòu)造為滿足運行在振動條件下 5400RPM馬達所需的運行剛度，因為剛度隨著轉(zhuǎn)速降低而降低。軸承剛度被優(yōu)化，以使馬達 對于由振動事件或其它振動生成源造成的基板振動的響應(yīng)最小化。響應(yīng)動作導(dǎo)致讀/寫頭 移動，有可能“脫軌”。如果所述動作很大，頭將不能跟隨盤數(shù)據(jù)軌道，并可能讀取或?qū)懭氪?盤失敗。在高頻下這種“脫軌”動作的敏感性會增加，因為移動頭的伺服系統(tǒng)可以更容易地 響應(yīng)于低頻振動。因此，軸承剛度可針對一定量的不同頻率區(qū)間的關(guān)系(即，結(jié)構(gòu)性共振的 周邊)而調(diào)節(jié)。在一個例子中，軸承剛度在軸承油溫度為約25°C到約70°C時調(diào)節(jié)。軸承間 隙為軸頸在兩個相對可旋轉(zhuǎn)的相對表面之間的徑向間隙。軸承間隙的典型范圍在約1. 5到 6 μ m，也可為2. 1到3. 5 μ m。軸承尺寸依賴于轉(zhuǎn)軸直徑(即1. 8mm到5mm)和馬達的軸向高 度。5mm到25mm的盤驅(qū)動器高度可具有依賴于盤包尺寸的寬的軸承長度范圍。筆記本馬達 典型地具有約2. 5到3. Omm的轉(zhuǎn)軸直徑，以及約1. 5到3mm的軸承長度(上下軸頸之和)。 止推軸承尺寸也可影響剛度。軸承剛度典型地隨著溫度升高而降低，而軸承剛度典型地隨著溫度降低而升高。 在低溫下，軸承油粘滯度較高而軸承較硬。因此，軸承流體選擇成具有平直粘滯度對比溫度 行為(“平直油”)，例如本發(fā)明圖4所述的油。這導(dǎo)致室溫(約25°C)和寒冷條件(典型 地約為0°C)之間的粘滯度損失增長較小。在一個實施例中，凈空電壓(headroom voltage) 在0°C計算。在這個溫度下，考慮了例如Kt、電壓和運行電流等因素，3-甲基-1，5-戊二 醇-二 -η-壬酸酯軸承油顯示出最低的粘滯度，提供了更好的馬達設(shè)計?？蛇x地，或除應(yīng)用“平直油”外，本發(fā)明采用面對軸承的熱力補償材料補償了軸承 溫度變化。熱力補償材料是由具有不同熱膨脹系數(shù)的材料所提供的。位于材料之間的軸承間隙隨著軸承溫度降低而增加。一個表面(即轉(zhuǎn)軸)的示例材料包括鋁、黃銅、青銅、塑料、銅基燒結(jié)金屬和具有石墨填充物的聚酰亞胺，相對表面(即軸套)的示例材料包括不銹鋼、 400系列不銹鋼、鐵基燒結(jié)金屬、陶瓷、碳化物和氮化物。關(guān)于溫度的粘滯度扭矩?fù)p失通過軸承系統(tǒng)阻力輪廓來表示。軸承阻力輪廓可由各 種方式影響，包括此處描述的那些包括“平直油”和具有不同熱膨脹系數(shù)的熱力補償材料組 件的方式。當(dāng)粘滯度扭矩?fù)p失乘以速度時，功率被確定。阻力為轉(zhuǎn)動扭矩，并可以是多個因 素的結(jié)果，這些因素包括軸承流體粘滯度、驅(qū)動器轉(zhuǎn)速、軸承直徑等。扭矩和功率都直接正 比于流體粘滯度。一旦軸承尺寸和粘滯度損失被優(yōu)化，就設(shè)計用于7200RPM運行的定子繞線，以確 保電壓極限足夠允許馬達以更高的7200RPM額定轉(zhuǎn)速(相比于5400RPM)旋轉(zhuǎn)。電壓極限 在產(chǎn)業(yè)上也稱為“凈空電壓”。馬達生成的電壓(反EMF電壓)加上經(jīng)過馬達和驅(qū)動電路 電阻測得的電壓不得超過電源電壓(即電池或馬達電源)。這可以通過不等式Vsource > Vemf+IXR表示。“Vsource”表示電源電壓，“Vemf ”表示反EMF電壓，“I”表示運行電流(安 培)，而“R”表示馬達和驅(qū)動電路電阻(歐姆)。運行電流為驅(qū)動設(shè)備提供給繞組線圈以便 旋轉(zhuǎn)馬達的電流。運行電流被最小化，以減少功率損失，并且典型地在7200RPM馬達中具有 與5400RPM馬達相比更大的運行電流。在一個例子中，運行電流在軸承油溫度約-10°C到約 0°C和約25°C到約35°C被最小化。盡管任何電源都是可行的，盤驅(qū)動器電源電壓對于薄盤 驅(qū)動器典型地為3. 3V，對于筆記本驅(qū)動器典型地為5V，對于3. 5寸盤驅(qū)動器典型地為12V。 在一個例子中，反EMF電壓根據(jù)約-10°C到約0°C的軸承油溫度進行調(diào)整。用于7200RPM馬達的馬達扭矩常量(Kt)范圍從約0. 45oz_in/A到0. 7oz_in/A。 用于5400RPM馬達的馬達扭矩常量(Kt)更高，范圍從約0. 7oz-in/A到1. Ooz-in/A。根據(jù) 單位，Kt也可表達為馬達電壓常量(Ke)。在一個實施例中(即通用轉(zhuǎn)子設(shè)計)，Kt被最大 化以減小運行電流。Kt可由于其它原因而最大化，例如馬達提供更高的扭矩，其會導(dǎo)致馬達 更快的上轉(zhuǎn)，更短的等待時間，更快的對下轉(zhuǎn)的電阻斷，以及用于停放頭的下轉(zhuǎn)中生成更大 的電流(例如盤驅(qū)動器電力供應(yīng)突然中斷的情況下)。有許多方法可以調(diào)整Kt，包括改變 磁體材料、磁力、定子迭片數(shù)目、定子直徑和定子繞線圈數(shù)等。一旦滿足了 7200RPM馬達的規(guī)格需求，之后通用馬達就使用上述方法去滿足用于 5400RPM馬達的規(guī)格需求(例如運行電流限制)。在一個實施例中，凈空電壓極限在7200RPM 最小化，用于冷啟動的情況(典型地為0°C )。因此Kt可被最大化，這樣會降低以5400RPM運 行的運行電流。在通用轉(zhuǎn)子的情況下，5400RPM流體動力軸承馬達具有最大化的扭矩常量， 其小于或等于以5400RPM轉(zhuǎn)速運行的馬達的最大扭矩常量。在通用馬達的情況下，5400RPM 流體動力軸承馬達具有最大化的扭矩常量，其小于或等于以7200RPM轉(zhuǎn)速運行的馬達的最 大扭矩常量。使用增加馬達Kt和增加的關(guān)于降低軸承對于溫度變化敏感性的粘滯度損失 極限的能力，對于運行溫度和在存儲操作期間以不同轉(zhuǎn)速運行的一系列盤驅(qū)動器存儲設(shè)備 產(chǎn)品，生成的馬達運行電流被降低。在不超出本發(fā)明的主題和范圍的同時，可以對公開的實施方式作出修改和改變。 上述實施方式和其它實施方式都落在權(quán)利要求書的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種馬達，包括第一組件；第二組件，可運行以相對于所述第一組件旋轉(zhuǎn)；以及流體，可運行以在所述第一和第二組件之間流動，以實現(xiàn)流體動力軸承，并且其中，所述第一和第二組件配置成使用低于第一閾值的運行電流以第一速度旋轉(zhuǎn)，其中所述第一和第二組件進一步配置成使用低于第二閾值的運行電流以第二速度旋轉(zhuǎn)，并且其中所述第一組件的熱膨脹系數(shù)不同于所述第二組件的熱膨脹系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的馬達，其特征在于，所述流體從由粘滯率小于3的流體、粘滯度 在約70厘泊到約4厘泊范圍內(nèi)的流體，以及粘滯度指數(shù)小于160的流體構(gòu)成的組群中選 擇。
3.如權(quán)利要求1所述的馬達，其特征在于，所述流體從由二酯、多羥基酯、聚α石蠟、全 氟聚醚、礦物烴以及3-甲基-1，5-戊二醇-二 -η-壬酸酯構(gòu)成的組群中選擇。
4.如權(quán)利要求1所述的馬達，其特征在于，所述流體包括添加劑，該添加劑從由可運行 以減少所述流體氧化的抗氧化添加劑、可運行以降低所述第一和第二組件磨損的抗磨損添 加劑、可運行以降低所述第一和第二組件腐蝕的防腐劑、強化導(dǎo)電性添加劑，以及可運行以 降低所述流體響應(yīng)于溫度變化的粘滯度變化率的添加劑構(gòu)成的組群中選擇。
5.如權(quán)利要求1所述的馬達，其特征在于，在所述第一組件和第二組件之間限定間隙， 其中所述第一和第二組件進一步配置為響應(yīng)于溫度變化而改變所述間隙的尺寸，并且其 中，所述第一和第二組件進一步配置為以所述第一和第二速度維持所述間隙的尺寸。
6.如權(quán)利要求1所述的馬達，其特征在于，所述第一組件包括從由鋁、黃銅、青銅、塑 料、銅基燒結(jié)金屬和具有石墨填充物的聚酰亞胺構(gòu)成的組群中選擇的材料。
7.如權(quán)利要求1所述的馬達，其特征在于，所述第二組件包括由不銹鋼、400系列不銹 鋼、鐵基燒結(jié)金屬、陶瓷、碳化物和氮化物構(gòu)成的組群中選擇的材料。
8.如權(quán)利要求1所述的馬達，其特征在于，所述第一和第二組件進一步配置為將所述 流體動力軸承實施為以所述第一速度和第二速度具有小于3的阻力輪廓比率。
9.一種運行馬達的方法，所述方法包括使用第一運行電流以第一速度相對于第二組件旋轉(zhuǎn)第一組件，其中所述第一運行電流 低于第一閾值；并且使用第二運行電流以第二速度相對于第二組件旋轉(zhuǎn)第一組件，其中所述第二運行電流 低于第二閾值；并且其中，流體可運行地在所述第一和第二組件間流動，以實現(xiàn)流體動力軸承，并且其中， 所述第一組件的熱膨脹系數(shù)不同于所述第二組件的熱膨脹系數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述流體從由粘滯率小于3的流體、粘滯度 在約70厘泊到約4厘泊范圍內(nèi)的流體以及粘滯度指數(shù)小于160的流體構(gòu)成的組群中選擇。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述流體從由二酯、多羥基酯、聚α石蠟、 全氟聚醚、礦物烴以及3-甲基-1，5-戊二醇-二 -η-壬酸酯構(gòu)成的組群中選擇。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述流體包括添加劑，該添加劑從由可運 行以減少所述流體氧化的抗氧化添加劑、可運行以降低所述第一和第二組件磨損的抗磨損 添加劑、可運行以降低所述第一和第二組件腐蝕的防腐劑、強化導(dǎo)電性添加劑，以及可運行以降低所述流體對應(yīng)于溫度變化的粘滯率變化的添加劑構(gòu)成的組群中選擇。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第一組件和第二組件之間限定間 隙，其中所述第一和第二組件進一步配置為響應(yīng)于溫度變化而改變所述間隙的尺寸，并且 其中，所述第一和第二組件進一步配置為以所述第一和第二速度維持所述間隙的尺寸。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一組件包括從由鋁、黃銅、青銅、塑 料、銅基燒結(jié)金屬和具有石墨填充物的聚酰亞胺構(gòu)成的組群中選擇的材料。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二組件包括由不銹鋼、400系列不銹 鋼、鐵基燒結(jié)金屬、陶瓷、碳化物和氮化物構(gòu)成的組群中選擇的材料。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一和第二組件進一步配置為將所述 流體動力軸承實施為以所述第一速度和第二速度具有小于3的阻力輪廓比率。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種流體動力軸承馬達和方法，以供由運行轉(zhuǎn)速進行分級的多種盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn)品使用。運行速度為那些在對存儲設(shè)備讀取或?qū)懭氪鎯Σ僮髌陂g測得的速度。一方面，本發(fā)明完全滿足多個額定速度下的運行需求，包括剛度和功率需求，以供標(biāo)準(zhǔn)性能或高端性能的盤驅(qū)動器產(chǎn)品使用。與用于高端產(chǎn)品的專用生產(chǎn)線相關(guān)的成本顯著地降低。單條生產(chǎn)線可服務(wù)于標(biāo)準(zhǔn)和高端盤驅(qū)動器存儲設(shè)備產(chǎn)品。本發(fā)明特別適用于降低2.5寸筆記本產(chǎn)品的成本，該產(chǎn)品典型地以兩種性能等級發(fā)售，即5400RPM標(biāo)準(zhǔn)性能產(chǎn)品和7200RPM高性能產(chǎn)品。
文檔編號F16C32/06GK101985957SQ20101050345
公開日2011年3月16日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者A·J·艾伊羅, C·M·沃爾德瑪, G·P·弗洛雷斯, 云惟人, 葉保銘, 林保來, 鄭俊鋒 申請人:希捷科技有限公司