專利名稱：用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)(spindle motor)。更具體地講，本發(fā)明涉及一種帶有被設(shè)計(jì)用來(lái)通過(guò)偏移而產(chǎn)生預(yù)負(fù)載的氣動(dòng)軸承組件的主軸電機(jī)，其中機(jī)械和/或電偏移形成在定子的多個(gè)磁極(pole)和永磁體之間，并且由此產(chǎn)生的機(jī)械和/或電預(yù)負(fù)載以及預(yù)定大小的氣隙產(chǎn)生于定子和設(shè)置在定子上的輪轂(hub)之間，由此可防止因摩擦及在初始啟動(dòng)中產(chǎn)生的熱所引起的主軸電機(jī)故障。
一般而言，硬盤驅(qū)動(dòng)器用作計(jì)算機(jī)的輔助存儲(chǔ)設(shè)備，其由盤片(platter)、磁頭、主軸電機(jī)、磁頭臂以及印刷電路板電路板組成。硬盤驅(qū)動(dòng)器幫助通過(guò)讀出和再現(xiàn)經(jīng)磁頭儲(chǔ)存在盤片上的信息來(lái)操作計(jì)算機(jī)，或經(jīng)磁頭在盤片上寫(xiě)入信息來(lái)操作計(jì)算機(jī)。
在上述的硬盤驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)中，盤片是用磁性材料涂布的金屬圓盤，用于寫(xiě)入各種數(shù)據(jù)。盤片以疊在旋轉(zhuǎn)軸上的多排方式旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸被稱為主軸(spindle shaft)。用于旋轉(zhuǎn)主軸的電機(jī)稱為主軸電機(jī)。
用于讀/寫(xiě)儲(chǔ)存在盤片上的數(shù)據(jù)的磁頭與磁頭臂相連，從而用于存取所需的信息地址。磁頭臂由稱為音圈電機(jī)(VCM)的磁頭驅(qū)動(dòng)臂驅(qū)動(dòng)。下面將說(shuō)明常規(guī)的主軸電機(jī)。


圖1是使用至少一個(gè)滾珠軸承的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的常規(guī)主軸電機(jī)的立體分解圖，圖2是圖1的主軸電機(jī)的剖視圖；
如圖1和圖2所示，使用至少一個(gè)滾珠軸承的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的常規(guī)主軸電機(jī)10包括形成作為主軸電機(jī)下部的基座11、以垂直方向安裝在基座中心的主軸12、安裝在位于基座11上側(cè)的主軸12下部的第一滾珠軸承13、環(huán)繞第一滾珠軸承13安裝并被設(shè)計(jì)成使線圈14b纏繞鐵心(core)14a的定子14、安裝在主軸12上部的第二滾珠軸承15、可相對(duì)于第一滾珠軸承13和第二滾珠軸承15旋轉(zhuǎn)并蓋住基座11上部的輪轂16、以及安裝在輪轂16下部的內(nèi)圓周表面上并通過(guò)與線圈14b協(xié)同工作而生成的磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生使輪轂16旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力的環(huán)形永磁體17。
在具有上述結(jié)構(gòu)的使用至少一個(gè)滾珠軸承的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的常規(guī)主軸電機(jī)10中，當(dāng)對(duì)定子14的線圈14b通電時(shí)，在線圈14b和永磁體17之間產(chǎn)生磁場(chǎng)(圖中未示出)。線圈14b和永磁體17之間的磁場(chǎng)使得輪轂16沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。
然而，通過(guò)利用滾珠軸承13和滾珠軸承15使輪轂16旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)不可能實(shí)現(xiàn)具有嚴(yán)格旋轉(zhuǎn)精度的高速驅(qū)動(dòng)，因?yàn)楫?dāng)滾珠軸承以高速旋轉(zhuǎn)時(shí)上述結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生噪音和振動(dòng)。下面將針對(duì)圖3所示的氣動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
圖3是使用至少一個(gè)氣動(dòng)軸承的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的常規(guī)主軸電機(jī)的剖視圖。
如圖3所示，使用至少一個(gè)氣動(dòng)軸承的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的常規(guī)主軸電機(jī)20包括形成作為主軸電機(jī)下部的基座21、安裝在基座21上部中心的第一軸承22、環(huán)繞第一滾珠軸承22安裝并被設(shè)計(jì)成使線圈23b能夠纏繞鐵心23a的定子23、以垂直方向安裝在上部中心的主軸24、安裝在主軸24上部的第二滾珠軸承25、可繞主軸24旋轉(zhuǎn)并蓋住基座21上部的受支撐的輪轂26、安裝在輪轂26上內(nèi)部并能產(chǎn)生用以使輪轂26繞主軸24平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)的氣動(dòng)壓力的第一氣動(dòng)軸承27和第二氣動(dòng)軸承28、以及安裝在輪轂16下部的內(nèi)圓周表面上并通過(guò)與線圈23b協(xié)同工作而生成的磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生使輪轂26旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力的永磁體27。
在具有上述結(jié)構(gòu)的使用至少一個(gè)氣動(dòng)軸承的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的常規(guī)主軸電機(jī)20中，當(dāng)對(duì)定子23的線圈23b通電時(shí)，在線圈23b和永磁體27之間產(chǎn)生磁場(chǎng)(圖中未示出)。線圈23b和永磁體27之間的磁場(chǎng)使得輪轂26沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。
一旦輪轂26旋轉(zhuǎn)，空氣就開(kāi)始在第一氣動(dòng)軸承27和第二氣動(dòng)軸承28的內(nèi)表面上流動(dòng)。輪轂26旋轉(zhuǎn)的越快，空氣流動(dòng)就越強(qiáng)。這樣，流動(dòng)的空氣變成了在第一氣動(dòng)軸承27和第二氣動(dòng)軸承28、主軸24、第一軸承25、第二軸承22之間的與輪轂26的轉(zhuǎn)速成正比的具有預(yù)定剛性的空氣層。因此，帶有安裝的盤片(圖中未示出)的輪轂26繞主軸24旋轉(zhuǎn)，同時(shí)克服了來(lái)自主軸24和輪轂26之間起軸承作用的空氣層所施加的負(fù)載和擾動(dòng)。
然而，具有上述結(jié)構(gòu)的使用至少一個(gè)氣動(dòng)軸承的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的常規(guī)主軸電機(jī)在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)可提高空氣層的剛性，但是當(dāng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)超過(guò)固定速度時(shí)，空氣層的剛性幾乎保持恒定，而不會(huì)隨著轉(zhuǎn)速成正比例地增加。
此外，具有上述結(jié)構(gòu)的使用至少一個(gè)氣動(dòng)軸承的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的常規(guī)主軸電機(jī)被設(shè)計(jì)成使基座與第一軸承組裝在一起，而主軸則與第二軸承組裝在一起，從而使組裝的兩個(gè)裝置相對(duì)于氣動(dòng)軸承保持預(yù)定大小的氣隙。因此，其問(wèn)題在于主軸電機(jī)的組裝能力降低，并且難于不變地保持恒定的氣隙厚度。此外，主軸電機(jī)被設(shè)計(jì)成使輪轂通過(guò)氣隙環(huán)繞主軸獲得支撐，而不是使輪轂與主軸直接接觸。因此，在初始啟動(dòng)過(guò)程中，主軸電機(jī)會(huì)遭受氣動(dòng)軸承及第一和第二軸承的故障、磨損量、噪聲及振動(dòng)的影響，而這些都是由摩擦引起的。
發(fā)明目的因此，本發(fā)明就是針對(duì)上述問(wèn)題而做出的，并且本發(fā)明的目的是提供一種用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)，其能夠利用由定子鐵心與永磁體之間的機(jī)械偏移所產(chǎn)生的機(jī)械預(yù)負(fù)載將輪轂和氣動(dòng)軸承組件之間的氣隙限定到預(yù)定的大小，從而可防止主軸電機(jī)因在初始啟動(dòng)過(guò)程中的摩擦和由此產(chǎn)生的熱而受到損害。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)，其能夠通過(guò)在沒(méi)有產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的初始驅(qū)動(dòng)期間產(chǎn)生靜轉(zhuǎn)矩以利用在輪轂和氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生電預(yù)負(fù)載的電偏移(electrical offset)將輪轂和氣動(dòng)軸承組件之間的氣隙限定到預(yù)定大小，從而可防止主軸電機(jī)因在初始啟動(dòng)過(guò)程中的摩擦和由此產(chǎn)生的熱而受到損害。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)，其能夠利用由機(jī)械和電偏移產(chǎn)生的機(jī)械和電預(yù)負(fù)載將輪轂和氣動(dòng)軸承組件之間的氣隙限定到預(yù)定大小，從而由于可防止主軸電機(jī)因摩擦和熱而受到損害，所以主軸電機(jī)具有改進(jìn)的安全性。

發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)這些目的，根據(jù)本發(fā)明所述的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)包括形成作為所述主軸電機(jī)下部的基座；可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述基座上、用于固定安裝盤片的輪轂；定子，其設(shè)計(jì)成使線圈纏繞多個(gè)磁極，所述磁極沿著鐵心的外圓周徑向形成，所述鐵心形成有開(kāi)口壓入配合部分；氣動(dòng)軸承組件，其包括與所述輪轂協(xié)同工作以產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的主軸承體和牢固支撐在所述定子的所述開(kāi)口壓入配合部分之中的輔助軸承體；以及永磁體，其安裝在所述輪轂的內(nèi)圓周表面上，用于通過(guò)與所述線圈協(xié)同工作以產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中由所述定子的線圈纏繞的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)以不與安裝在所述輪轂的內(nèi)圓周表面上的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)平齊的方式置于磁場(chǎng)內(nèi)，以在所述磁極和所述永磁體之間形成機(jī)械偏移，由此當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，在其間形成有機(jī)械偏移的所述磁極和所述永磁體之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力使得所述輪轂和所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載，從而保持所述輪轂與所述氣動(dòng)軸承組件之間的氣隙。
在上述結(jié)構(gòu)中，所述機(jī)械偏移被形成用以使所述輪轂的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)高于所述定子的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)，或者所述機(jī)械偏移被形成用以使所述輪轂的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)低于所述定子的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)。
本發(fā)明也可被實(shí)施成為一種用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)，其包括形成作為所述主軸電機(jī)下部的基座；可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述基座上、用于固定安裝盤片的輪轂；定子，其被設(shè)計(jì)成使線圈可纏繞多個(gè)磁極，所述磁極沿著鐵心的外圓周徑向形成，所述鐵心帶有開(kāi)口壓入配合部分；氣動(dòng)軸承組件，其包括與所述輪轂協(xié)同工作以產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的主軸承體和牢固支撐在所述定子的所述開(kāi)口壓入配合部分之中的輔助軸承體；以及永磁體，其安裝在所述輪轂的內(nèi)圓周表面上，用于通過(guò)與所述線圈協(xié)同工作以產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中，由所述定子的線圈纏繞的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)以與安裝在輪轂的內(nèi)圓周表面上的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)平齊的方式放置，同時(shí)每個(gè)所述磁極至少有一個(gè)在垂直方向延伸預(yù)定長(zhǎng)度的上端或下端，從而在所述磁極和所述永磁體之間形成電偏移以使每個(gè)所述磁極的上端與下端之間的磁通密度分布不同，由此當(dāng)通電時(shí)，所述電偏移使所述永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁通密度具有最大值的位置移動(dòng)，從而使輪轂和氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生電預(yù)負(fù)載，以保持所述輪轂與所述氣動(dòng)軸承組件之間的氣隙。
在上述結(jié)構(gòu)中，每個(gè)所述磁極的所述上端比所述下端長(zhǎng)，從而使所述下端比所述上端具有更高的磁通密度，或者每個(gè)所述磁極的所述下端比所述上端長(zhǎng)，從而使所述上端比所述下端具有更高的磁通密度。
本發(fā)明也可被實(shí)施成為一種用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)，其包括形成作為所述主軸電機(jī)下部的基座；可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述基座上、用于固定安裝盤片的輪轂；定子，其被設(shè)計(jì)成使線圈纏繞多個(gè)磁極，所述磁極沿著鐵心的外圓周徑向形成，所述鐵心帶有開(kāi)口壓入配合部分；氣動(dòng)軸承組件，其包括與所述輪轂協(xié)同工作以產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的主軸承體和牢固支撐在所述定子的所述開(kāi)口壓入配合部分之中的輔助軸承體；以及永磁體，其安裝在所述輪轂的內(nèi)圓周表面上，用于通過(guò)與所述線圈協(xié)同工作以產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中，由所述定子的線圈纏繞的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)以不與安裝在所述輪轂的內(nèi)圓周表面上的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)平齊的方式置于磁場(chǎng)內(nèi)，由此在所述磁極和所述永磁體之間形成機(jī)械偏移。同時(shí)，每個(gè)所述磁極具有在垂直方向延伸預(yù)定長(zhǎng)度的至少一個(gè)上端或下端，從而在所述輪轂和所述氣動(dòng)軸承組件之間形成電偏移，以使每個(gè)所述磁極的上端和下端之間的磁通密度分布不同，由此當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，在其間形成有機(jī)械偏移的所述磁極和所述永磁體之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力使得所述輪轂和所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載，從而保持輪轂與氣動(dòng)軸承組件之間的氣隙，并且由此當(dāng)通電時(shí)，所述電偏移使所述永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁通密度具有最大值的位置移動(dòng)，從而在不產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的初始驅(qū)動(dòng)過(guò)程中使所述輪轂與所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生電預(yù)負(fù)載，以保持所述輪轂與所述氣動(dòng)軸承組件之間的氣隙。
在上述結(jié)構(gòu)中，每個(gè)所述磁極的所述下端比所述上端長(zhǎng)，從而所述上端比所述下端有更高的磁通密度，并且同時(shí)所述輪轂的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)被置于比所述定子的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)高的位置，由此當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，通過(guò)所述磁極和所述永磁體之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力而在所述輪轂和所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載。在這種狀態(tài)下，當(dāng)通電時(shí)，所述永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁通密度具有最高強(qiáng)度的位置向下移動(dòng)。
可選擇地，每個(gè)所述磁極的所述下端比所述上端長(zhǎng)，從而所述下端比所述上端有更高的磁通密度，并且同時(shí)所述輪轂的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)被置于比所述定子的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)低的位置，由此當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，通過(guò)所述磁極和所述永磁體之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力而在所述輪轂和所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載，并且在這種狀態(tài)下，當(dāng)通電時(shí)，所述永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁通密度具有最高強(qiáng)度的位置向上移動(dòng)。
在另一種可選擇的形式中，每個(gè)所述磁極的所述上端比所述下端長(zhǎng)，從而所述下端比所述上端有更高的磁通密度，并且同時(shí)所述輪轂的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)被置于比所述定子的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)高的位置，由此當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，通過(guò)所述磁極和所述永磁體之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力而在所述輪轂和所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載，并且在這種狀態(tài)下，當(dāng)通電時(shí)，所述永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁通密度具有最高強(qiáng)度的位置向下移動(dòng)。
在還一種可選擇的形式中，每個(gè)所述磁極的所述上端比所述下端長(zhǎng)，從而所述下端比所述上端有更高的磁通密度，并且同時(shí)所述輪轂的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)被置于比所述定子的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)低的位置，由此當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，通過(guò)所述磁極和所述永磁體之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力而在所述輪轂和所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載，并且在這種狀態(tài)下，當(dāng)通電時(shí)，所述永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁通密度具有最高強(qiáng)度的位置向上移動(dòng)。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。
圖4是本發(fā)明帶有樞軸結(jié)構(gòu)的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)的立體分解圖，圖5是本發(fā)明帶有樞軸結(jié)構(gòu)的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)的局部剖視俯視立體圖，圖6是本發(fā)明帶有樞軸結(jié)構(gòu)的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)的局部剖視仰視立體圖，圖7的剖視圖示出了在本發(fā)明第一實(shí)施方案的帶有樞軸結(jié)構(gòu)的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)中的定子和永磁體間的機(jī)械偏移，圖8的剖視圖示出了在本發(fā)明第二實(shí)施方案的帶有樞軸結(jié)構(gòu)的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)中的定子和永磁體間的機(jī)械偏移。
如圖4至圖8所示，本發(fā)明的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)100被設(shè)計(jì)成在輪轂(hub)120和氣動(dòng)軸承組件140之間通過(guò)徑向和軸向(thrustdirection)中的磁力借助多個(gè)其上纏繞有定子130的線圈134的磁極134b與安裝在輪轂120的圓柱部分122的內(nèi)圓周表面上的永磁體160之間的機(jī)械偏移而產(chǎn)生預(yù)負(fù)載，從而維持輪轂120的下表面與氣動(dòng)軸承組件140的上表面之間的氣隙。
也就是說(shuō)，由于被定子130的線圈134纏繞的磁極134b與安裝在輪轂120的圓柱部分122的內(nèi)圓周表面上的永磁體160之間的機(jī)械偏移，本發(fā)明的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)100被設(shè)計(jì)成使定子130的磁極132b與永磁體160之間的吸引力同時(shí)施加在徑向和軸向上，因此可在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間產(chǎn)生預(yù)負(fù)載。當(dāng)最初啟動(dòng)主軸電機(jī)100時(shí)，輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間的預(yù)負(fù)載可以消除輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間的摩擦。
這里，對(duì)于定子130的磁極132b和永磁體160間的結(jié)構(gòu)而言，被定子130的線圈134所纏繞的磁極132b的垂直寬度的中點(diǎn)以不與安裝在輪轂120的圓柱部分122的內(nèi)圓周表面上的永磁體160的垂直寬度的中點(diǎn)齊平的方式置于磁場(chǎng)內(nèi)。利用這種結(jié)構(gòu)，即使沒(méi)有通電，也可利用磁極132b與永磁體160之間的徑向和軸向上所形成的磁力而在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載，這樣就可維持輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間的氣隙。
同時(shí)，在如上所述的結(jié)構(gòu)中，被定子130的線圈134纏繞的磁極132b與安裝在輪轂120的圓柱部分122的內(nèi)圓周表面上的永磁體160之間的高度差可以按如下方式形成如圖7所示，輪轂120的永磁體160的垂直寬度的中點(diǎn)與定子130的磁極132b的垂直寬度的中點(diǎn)相比處于較高位置；或如圖8所示，輪轂120的永磁體160的垂直寬度的中點(diǎn)與定子130的磁極132b的垂直寬度的中點(diǎn)相比處于較低位置。
本發(fā)明的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)100包括基座110；可旋轉(zhuǎn)地安裝在基座110上并于其上裝有盤片(圖未示)的輪轂120；定子130，其包括沿著鐵心132的外圓周表面以相同間隔排列的多個(gè)磁極132b以及纏繞各個(gè)磁極132b的線圈134；氣動(dòng)組件140，其包括形成有用于與輪轂120協(xié)同工作以產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的氣槽142a和氣槽142b的盤狀主軸承體142及一體成型在主軸承體142下部用于通過(guò)定子130的開(kāi)口壓入配合部分132a而安裝在基座100上的輔助軸承體144；用于使輪轂120的旋轉(zhuǎn)中心可旋轉(zhuǎn)地支撐在氣動(dòng)軸承組件140的旋轉(zhuǎn)中心上的滾珠軸承150；以及環(huán)形永磁體160，其安裝在與被定子130的線圈134所纏繞的磁極132b相鄰的輪轂120的內(nèi)圓周表面上，用于通過(guò)與線圈134協(xié)同工作而產(chǎn)生的磁力來(lái)產(chǎn)生使輪轂120旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力。
如上所述的本發(fā)明的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)100適于提供由于輪轂120的永磁體160被放置成高于或低于定子130的磁極132b而引起的機(jī)械偏移，從而即使沒(méi)有通電，在定子130的磁極132b和輪轂120的永磁體160之間在徑向和軸向上也會(huì)同時(shí)產(chǎn)生磁力，從而在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140的輔助軸承體144之間形成預(yù)負(fù)載。
在上述狀態(tài)中，當(dāng)通電時(shí)，在被定子130的線圈134所纏繞的磁極132b和永磁體160之間產(chǎn)生磁場(chǎng)。然后輪轂120繞滾珠軸承150旋轉(zhuǎn)。這里，由于預(yù)負(fù)載在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間相互作用，所以在主軸電機(jī)100的初始啟動(dòng)過(guò)程中不會(huì)在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間產(chǎn)生摩擦。
如上所述，一旦輪轂120旋轉(zhuǎn)，空氣就開(kāi)始在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間流動(dòng)，從而形成空氣層?？諝鈱映惺艿拇蟛糠重?fù)載是非接觸態(tài)的軸向負(fù)載。
如上所述，本發(fā)明的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)100被設(shè)計(jì)成使輪轂120在徑向和軸向上繞與輪轂120的下側(cè)中心直接接觸的滾珠軸承150做樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使輪轂120做中心旋轉(zhuǎn)，并且在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間沒(méi)有機(jī)械接觸。而在現(xiàn)有技術(shù)的主軸電機(jī)100的初始啟動(dòng)過(guò)程中(慢速旋轉(zhuǎn)期間)，伴隨輪轂120的旋轉(zhuǎn)，這種機(jī)械接觸則會(huì)引起噪聲和啟動(dòng)失敗。
也就是說(shuō)，根據(jù)陀螺的旋轉(zhuǎn)原理(陀螺旋轉(zhuǎn)越快，旋轉(zhuǎn)慣性增加的越大。因此，陀螺以高速旋轉(zhuǎn)比以低速旋轉(zhuǎn)更容易。這種現(xiàn)象是從角動(dòng)量守恒定律推導(dǎo)出的)，本發(fā)明的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)100被設(shè)計(jì)成使輪轂120像陀螺一樣以點(diǎn)接觸的方式獲得支撐。這樣提高了軸承在高速旋轉(zhuǎn)而不是低速旋轉(zhuǎn)下的抗擾動(dòng)旋轉(zhuǎn)剛度并且提高了無(wú)傾斜旋轉(zhuǎn)的性能。由此使主軸電機(jī)100能獲得高的旋轉(zhuǎn)精度。
此外，本發(fā)明的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)100被設(shè)計(jì)成當(dāng)輪轂120高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)利用其主軸承體142設(shè)有單向氣槽142a和氣槽142b的氣動(dòng)軸承組件140在氣動(dòng)軸承組件140和輪轂120間產(chǎn)生氣動(dòng)壓力，這樣可在輪轂120高速旋轉(zhuǎn)時(shí)妥善處理輪轂120的軸向負(fù)載并不使輪轂120與主軸承體142接觸。
如上所述，本發(fā)明的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)100的特征是將氣動(dòng)軸承組件140和滾珠軸承150組合的結(jié)構(gòu)及使輪轂120按照與旋轉(zhuǎn)陀螺相同的點(diǎn)接觸方式獲得支撐的結(jié)構(gòu)。
下面將對(duì)本發(fā)明的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)100進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。首先，如圖4至圖8所示，基座110形成作為主軸電機(jī)100的下部?；?00設(shè)有座凹(seating recess)112，其形成為預(yù)定深度的同心凹入形狀。即，同心的座凹112以預(yù)定深度形成在基座110的上部。
按照上述內(nèi)容構(gòu)成的基座100在座凹112和可旋轉(zhuǎn)地安裝在基座110上方的輪轂120之間的空間內(nèi)設(shè)有定子130和氣動(dòng)軸承組件140。下面說(shuō)明定子130和氣動(dòng)軸承組件140。
輪轂120利用在定子130的線圈134與永磁體160之間產(chǎn)生的磁場(chǎng)而旋轉(zhuǎn)。如圖4和圖8所示，輪轂120包括帶有開(kāi)發(fā)的下部并安裝于基座110的座凹112內(nèi)的圓柱部分122以及與圓柱部分122結(jié)成一體并裝有被稱為“磁盤”的盤片(圖未示)的盤片安裝部分124。在這里，圓柱部分122的外直徑小于基座110的座凹112的外直徑，而圓柱部分122的外直徑大于氣動(dòng)軸承組件140的主軸承體142的外直徑。
按照上述內(nèi)容構(gòu)成的輪轂120以如下方式安裝圓柱部分122可旋轉(zhuǎn)地安裝在基座110的座凹112內(nèi)，而且在圓柱部分122的外圓周表面和座凹112的內(nèi)圓周表面之間、圓柱部分122的下表面和座凹112的底面之間、以及圓柱部分122的內(nèi)圓周表面和氣動(dòng)軸承組件140的主軸承體142的外圓周表面之間不產(chǎn)生機(jī)械接觸。
同時(shí)，輪轂120設(shè)有從輪轂120的下表面(即在盤片安裝部分和圓柱部分122之間以圓錐形式過(guò)渡的下表面)向下延伸的主軸126。主軸126插進(jìn)滾珠軸承150。屬于輪轂120上部的盤片安裝部分124設(shè)有向上開(kāi)口的腔124a，從而盡可能降低輪轂120的總重。
定子130的作用是通過(guò)磁場(chǎng)產(chǎn)生使輪轂120旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力，該磁場(chǎng)是利用電源與永磁體160的協(xié)同工作而產(chǎn)生的。如圖4至圖8所示，定子130固定安裝在氣動(dòng)軸承組件140的輔助軸承體144上，并與氣動(dòng)軸承組件140一同被置在基座110的座凹112與輪轂120的圓柱部分120之間的空間內(nèi)。
如上構(gòu)成的定子130包括在鐵心的中心帶有開(kāi)口壓入配合部分132a并由普通鋼質(zhì)疊片組成的磁感應(yīng)鐵心132、沿鐵心的外圓周邊緣以相同間隔結(jié)成一體的多個(gè)磁極132b以及纏繞每個(gè)磁極132b并通過(guò)使用電源將每個(gè)磁極132b轉(zhuǎn)變成電磁鐵而與永磁體160協(xié)同工作以產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈134。
如上構(gòu)成的定子130自身不是安裝在基座110的座凹112中，而是牢固地安裝在氣動(dòng)軸承組件140的輔助軸承體144的外圓周表面上，并置于基座110的座凹112與輪轂120的圓柱部分122之間的空間內(nèi)。
氣動(dòng)軸承組件140安裝在基座110和輪轂120之間的空間內(nèi)，當(dāng)輪轂120旋轉(zhuǎn)時(shí)其可與輪轂120的下表面協(xié)同工作以產(chǎn)生氣動(dòng)壓力。如圖4至圖8所示，氣動(dòng)軸承組件140包括在主軸承體的上表面和外圓周表面的至少一個(gè)上形成有氣槽142a和氣槽142b的盤狀主軸承體142、一體成型在主軸承體142下部并通過(guò)定子130的開(kāi)口壓入配合部分132a而安裝在基座110的座凹112中并置于基座110和輪轂120之間的空間內(nèi)的輔助軸承體144。
氣動(dòng)軸承組件140按如下方式安裝在基座110的座凹112內(nèi)首先，將氣動(dòng)軸承組件140的輔助軸承體144壓入配合進(jìn)定子130的開(kāi)口壓入配合部分132a中，從而將定子130固定在輔助軸承體144的外圓周表面上，隨后將輔助軸承體144的底表面以彼此同心排列的方式安裝固定在基座110的座凹112的底表面上。
如上所述的氣動(dòng)軸承組件140的主軸承體142，其外直徑比輪轂120的圓柱部分122的內(nèi)直徑小，從而主軸承體142的安裝可以不與輪轂120的圓柱部分122的內(nèi)圓周表面接觸。此外，氣動(dòng)軸承組件140的主軸承體142的安裝不允許主軸承體142的上表面與輪轂120的下表面接觸。
同時(shí)，形成在氣動(dòng)軸承組件140的主軸承體142上的氣槽142a和氣槽142b可以形成在主軸承體142的上表面和/或主軸承體142的外圓周表面上。此外，優(yōu)選地使氣槽142a同心地形成在主軸承體142的上表面，而氣槽142b單向地形成在主軸承體142的外圓周表面上。
滾珠軸承150用于使輪轂120的主軸126可旋轉(zhuǎn)地支撐在氣動(dòng)軸承組件140的中心上。如圖4至圖8所示，滾珠軸承150固定地安裝在中心通孔中，其穿過(guò)氣動(dòng)軸承組件140的旋轉(zhuǎn)中心，尤其是穿過(guò)氣動(dòng)軸承組件140的輔助軸承體144。
從輪轂120的下表面凸出的主軸126插進(jìn)滾珠軸承150的內(nèi)圈。換句話說(shuō)，輪轂120的主軸126在徑向和軸向上與同輪轂120的下中心直接接觸的滾珠軸承150樞接，從而在主軸電機(jī)100的初始啟動(dòng)過(guò)程中(在低速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中)，在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間將不再產(chǎn)生會(huì)引起啟動(dòng)失敗或在輪轂120旋轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲的機(jī)械接觸。
如上所述，在主軸電機(jī)10的初始啟動(dòng)過(guò)程中(在低速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中)，輪轂120的主軸126在徑向和軸向上受到滾珠軸承150補(bǔ)償性地支撐，從而在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間將不再產(chǎn)生會(huì)引起啟動(dòng)失敗或在輪轂120旋轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲的機(jī)械接觸。因此，輪轂120能夠在不偏離其旋轉(zhuǎn)中心的情況下旋轉(zhuǎn)。
相比而言，在主軸電機(jī)100的高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，通過(guò)氣動(dòng)軸承組件140的氣槽142a和氣槽142b而在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間產(chǎn)生的氣動(dòng)壓力使得輪轂120的大部分軸向負(fù)載支撐在氣動(dòng)軸承組件140上，從而提高了滾珠軸承150抗外部擾動(dòng)的旋轉(zhuǎn)剛度以及使輪轂120不傾斜旋轉(zhuǎn)的能力。因此，主軸電機(jī)100能保持高旋轉(zhuǎn)精度。
作為結(jié)果，即使在主軸電機(jī)上裝有滾珠軸承150，本發(fā)明的主軸電機(jī)100也可以高速旋轉(zhuǎn)。即，當(dāng)輪轂120低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠軸承150補(bǔ)償性地在徑向和軸向之上支撐了輪轂120的主軸126，從而滾珠軸承150受到來(lái)自輪轂120的徑向負(fù)載和軸向負(fù)載。相比而言，當(dāng)輪轂120高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣動(dòng)軸承組件140支撐了來(lái)自輪轂120的大部分徑向負(fù)載和軸向負(fù)載，從而使?jié)L珠軸承150受到來(lái)自輪轂120的輕微級(jí)別的軸向負(fù)載，以使主軸電機(jī)100能夠高速旋轉(zhuǎn)。
永磁體160利用磁場(chǎng)產(chǎn)生用于使輪轂120旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力，該磁場(chǎng)是通過(guò)通電而在定子130的線圈134和永磁體160之間產(chǎn)生的。如圖4至圖8所示，永磁體160安裝在與被定子130的線圈134纏繞的磁極132b相鄰的輪轂120的內(nèi)圓周表面上。因此，永磁體160可與線圈134協(xié)同工作以產(chǎn)生磁場(chǎng)。
永磁體160是圓環(huán)形的，其大小與輪轂120的圓柱部分122的內(nèi)徑相匹配。這樣，永磁體160固定在輪轂120的圓柱部分122的內(nèi)圓周表面上并面向定子130的磁極132b。
如上所述，由于永磁體160固定地安裝在輪轂120的圓柱部分122的內(nèi)圓周表面上，所以通過(guò)供電可在永磁體160和定子130的線圈134間產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而使輪轂120沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)100被設(shè)計(jì)成這樣，當(dāng)輪轂120低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)借助滾珠軸承150在徑向和軸向之上補(bǔ)償性地支撐輪轂120，在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間將不再產(chǎn)生會(huì)引起啟動(dòng)失敗和在輪轂120旋轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲的機(jī)械接觸；當(dāng)輪轂120高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)借助氣動(dòng)軸承組件140的氣槽142a和氣槽142b而在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間產(chǎn)生的氣動(dòng)壓力，使氣動(dòng)軸承組件140承受的輪轂120的大部分軸向負(fù)載。因此，主軸電機(jī)100能提高滾珠軸承150抗外部擾動(dòng)的旋轉(zhuǎn)剛度以及使輪轂120不傾斜地旋轉(zhuǎn)的能力，由此使主軸電機(jī)能夠保持高旋轉(zhuǎn)精度。
因此，即使在主軸電機(jī)上裝有滾珠軸承150，主軸電機(jī)100也可以高速旋轉(zhuǎn)。最后，通過(guò)提高滾珠軸承150抗外部擾動(dòng)的旋轉(zhuǎn)剛度以及使輪轂120不傾斜地旋轉(zhuǎn)的能力，主軸電機(jī)100能夠獲得很好的旋轉(zhuǎn)精度。
圖9的剖視圖示出了在本發(fā)明第三實(shí)施方案的帶有樞軸結(jié)構(gòu)的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)中的定子和永磁體之間的電偏移，圖10的剖視圖示出了在本發(fā)明第四實(shí)施方案的帶有樞軸結(jié)構(gòu)的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)中的定子和永磁體之間的電偏移。
在如圖9和圖10所示的本發(fā)明用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)200中，在輪轂220的下表面和氣動(dòng)軸承組件240的圓柱部分242的上表面之間通過(guò)被定子230的線圈234纏繞的多個(gè)磁極232b與安裝在輪轂220的內(nèi)圓周表面上的永磁體260之間的電偏移形成電預(yù)負(fù)載，從而維持輪轂220的下表面與氣動(dòng)軸承組件240的圓柱部分242的上表面之間的氣隙。
根據(jù)圖9和10所示的主軸電機(jī)200的結(jié)構(gòu)，磁極232b的垂直寬度的中點(diǎn)被放置成與永磁體260的垂直寬度的中點(diǎn)齊平，但是定子230的磁極232b在向上或向下方向上伸出，從而提供凸出的上端或下端。由于磁極232b的凸出的上端或下端，當(dāng)通電時(shí)，作用在帶有凸出的上端的磁極232b上的磁通量分布不同于作用在帶有凸出的下端的磁極230b上的磁通量。因此，永磁體260的垂直寬度的中點(diǎn)向磁極232b上磁通量可起最大作用的位置移動(dòng)。由于這種磁通量分布的不同，在輪轂220和氣動(dòng)軸承組件240之間形成電預(yù)負(fù)載，從而在輪轂220和氣動(dòng)軸承組件240間保持氣隙。
這里，在通電情況下由于定子230的磁極232b中的磁通量變化(它基于定子230的磁極232b的截面變化(profile change))所引致的定子230的磁極232b中的電偏移會(huì)通過(guò)使磁極232b上端額外伸出而導(dǎo)致比施加于磁極232b下端更大的施加于磁極232b上端的磁通量，或者通過(guò)使磁極232b的下端額外伸出而導(dǎo)致比施加于磁極232b上端更大的施加于磁極232b下端的磁通量。
由于如上所述的電偏移，在沒(méi)有產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的初始驅(qū)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生了靜轉(zhuǎn)矩，從而在輪轂220和氣動(dòng)軸承組件240之間產(chǎn)生電預(yù)負(fù)載。結(jié)果，在輪轂220和氣動(dòng)軸承組件240之間產(chǎn)生了預(yù)定大小的氣隙。此氣隙可防止系統(tǒng)或主軸電機(jī)因在初始啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦或由此生成的熱而受到損害，從而使系統(tǒng)具有改進(jìn)的安全性。
根據(jù)本發(fā)明，如圖7和圖8所示，在定子130和永磁體160間提供有機(jī)械偏移，這樣即使沒(méi)有從外部通電，在定子130和永磁體160之間相互作用的徑向和軸向中的磁力使得在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間產(chǎn)生了預(yù)定大小的預(yù)負(fù)載。因此除非有外部撞擊，在輪轂120和氣動(dòng)軸承組件140之間不會(huì)產(chǎn)生摩擦。
如圖9和圖10所示，在定子230和永磁體260間提供有電偏移，這樣當(dāng)通電時(shí)，在定子230和永磁體260間產(chǎn)生磁通量差。這個(gè)磁通量差使得磁力作用于徑向和軸向之上。磁力使得在輪轂220和氣動(dòng)軸承組件240之間產(chǎn)生預(yù)定大小的預(yù)負(fù)載。該預(yù)負(fù)載使得輪轂220和氣動(dòng)軸承組件240之間限定出預(yù)定大小的氣隙，這樣氣隙可防止系統(tǒng)因在初始啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦或由此生成的熱而受到損害。從而使系統(tǒng)具有改進(jìn)的安全性。總之，由于電偏移在沒(méi)有產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的初始驅(qū)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生靜轉(zhuǎn)矩，從而在輪轂220和氣動(dòng)軸承組件240之間產(chǎn)生電預(yù)負(fù)載，從而可防止系統(tǒng)或主軸電機(jī)因初始摩擦或由此生成的熱而受到損害。
從上面自然可想到將能產(chǎn)生負(fù)載的機(jī)械偏移和電偏移同時(shí)應(yīng)用到主軸電機(jī)上。下面對(duì)將機(jī)械偏移和電偏移同時(shí)應(yīng)用到主軸電機(jī)上進(jìn)行說(shuō)明。
圖11的剖視圖示出了在本發(fā)明第五實(shí)施方案的帶有樞軸結(jié)構(gòu)的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)中的定子和永磁體之間的機(jī)械和電偏移，圖12的剖視圖示出了在本發(fā)明第六實(shí)施方案的帶有樞軸結(jié)構(gòu)的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)中的定子和永磁體之間的機(jī)械和電偏移，圖13的剖視圖示出了在本發(fā)明第七實(shí)施方案的帶有樞軸結(jié)構(gòu)的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)中的定子和永磁體之間的機(jī)械和電偏移，圖14的剖視圖示出了在本發(fā)明第八實(shí)施方案的帶有樞軸結(jié)構(gòu)的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)中的定子和永磁體之間的機(jī)械和電偏移。
如圖11和圖14所示，根據(jù)本發(fā)明的帶有采用機(jī)械偏移和電偏移的結(jié)構(gòu)的主軸電機(jī)300被設(shè)計(jì)成這樣，即，通過(guò)使由定子330的線圈304纏繞的磁極332b的垂直寬度的中點(diǎn)與安裝在輪轂320的內(nèi)圓周表面上的永磁體360的垂直寬度的中點(diǎn)不齊平以產(chǎn)生機(jī)械偏移，并在磁力范圍內(nèi)通過(guò)使通電過(guò)程中作用在可沿向上和向下任一方向延伸的定子330的磁極332b上的磁通量強(qiáng)度產(chǎn)生變化以產(chǎn)生電偏移。
在如上構(gòu)成的采用機(jī)械偏移和電偏移的主軸電機(jī)300中，當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，其間形成有磁偏移的磁極332b和永磁體360之間的徑向和軸向磁力使得在輪轂320和氣動(dòng)軸承組件340之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載，從而機(jī)械預(yù)負(fù)載能夠在輪轂320和氣動(dòng)軸承組件340間保持氣隙。相比而言，當(dāng)通電時(shí)，電偏移引起永磁體360的垂直寬度的中點(diǎn)向使磁極332b的磁通量強(qiáng)度有最大值的方向移動(dòng)，并使得在沒(méi)有產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的初始驅(qū)動(dòng)過(guò)程中在輪轂320和氣動(dòng)軸承組件340間產(chǎn)生電預(yù)負(fù)載，從而電預(yù)負(fù)載能夠在輪轂320和氣動(dòng)軸承組件340之間保持氣隙。
下文將說(shuō)明采用機(jī)械偏移和電偏移的主軸電機(jī)300的結(jié)構(gòu)。首先，在如圖11所示的結(jié)構(gòu)中，定子330的磁極332b具有向下方向凸出的下端。因此，磁極332b的上端比下端有更高的磁通密度。此外，永磁體360的垂直寬度的中點(diǎn)被置于比磁極332b的垂直寬度的中點(diǎn)高的位置。
在如上所述的采用機(jī)械偏移和電偏移的主軸電機(jī)300中，當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，通過(guò)磁極332b和永磁體360之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力使得輪轂320和氣動(dòng)軸承組件340之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載。在這種狀態(tài)下，通電引起永磁體360的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁極332b的磁通密度有最大值的位置向下移動(dòng)。
在如圖12所示的結(jié)構(gòu)中，定子330的磁極332b具有向下方向凸出的下端。因此，磁極332b的上端比下端有更高的磁通密度。此外，永磁體360的垂直寬度的中點(diǎn)被置于比磁極332b的垂直寬度的中點(diǎn)低的位置。
在如上所述的采用機(jī)械偏移和電偏移的主軸電機(jī)300中，當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，通過(guò)磁極332b與永磁體360之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力使得輪轂320和氣動(dòng)軸承組件340之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載。在這種狀態(tài)下，通電引起永磁體360的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁極332b的磁通強(qiáng)度有最大值的位置向上移動(dòng)。
在如圖13所示的采用機(jī)械偏移和電偏移的結(jié)構(gòu)中，定子330的磁極332b具有向上方向凸出的上端。因此，磁極332b的下端比上端有更高的磁通密度。此外，永磁體360的垂直寬度的中點(diǎn)被置于比磁極332b的垂直寬度的中點(diǎn)高的位置。
在如上所述的采用機(jī)械偏移和電偏移的主軸電機(jī)300中，當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，通過(guò)磁極332b和永磁體360之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力使得輪轂320與氣動(dòng)軸承組件340之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載。在這種狀態(tài)下，通電引起永磁體360的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁極332b的磁通強(qiáng)度有最大值的位置向下移動(dòng)。
在如圖14所示的采用機(jī)械偏移和電偏移結(jié)構(gòu)中，定子330的磁極332b具有向上方向凸出的上端。因此，磁極332b的下端比上端有更高的磁通密度。此外，永磁體360的垂直寬度的中點(diǎn)被置于比磁極332b的垂直寬度的中點(diǎn)低的位置。
在如上所述的采用機(jī)械偏移和電偏移的主軸電機(jī)300中，當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，通過(guò)磁極332b與永磁體360之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力使得輪轂320和氣動(dòng)軸承組件340之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載。在這種狀態(tài)下，通電引起永磁體360的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁極332b的磁通量強(qiáng)度有最大值的位置向上移動(dòng)。
總之，利用應(yīng)用機(jī)械偏移和電偏移的結(jié)構(gòu)，當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，機(jī)械偏移使得在輪轂320和氣動(dòng)軸承組件340之間產(chǎn)生預(yù)負(fù)載成為可能，從而預(yù)負(fù)載在輪轂320和氣動(dòng)軸承組件340之間限定出預(yù)定大小的氣隙。在這種狀態(tài)下，當(dāng)通電時(shí)就可在沒(méi)有產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的初始驅(qū)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生電預(yù)負(fù)載，從而電預(yù)負(fù)載使得在輪轂320和氣動(dòng)軸承組件340間保持氣隙成為可能。因此，氣隙可防止系統(tǒng)或主軸電機(jī)因初始啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦或由此生成的熱而受到損害。
盡管結(jié)合當(dāng)前被認(rèn)為最實(shí)際和最優(yōu)選的實(shí)施方案說(shuō)明了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解本發(fā)明不限于公開(kāi)的實(shí)施方案和附圖，相反本發(fā)明的意圖涵蓋了在所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和變化。
工業(yè)實(shí)用性從上述說(shuō)明可以看出，在本發(fā)明的主軸電機(jī)中，因定子的鐵心和永磁體之間的機(jī)械偏移引起的預(yù)負(fù)載使得輪轂可機(jī)械地漂浮，從而可在輪轂和氣動(dòng)軸承組件間限定出預(yù)定大小的氣隙。因此，改氣隙可防止系統(tǒng)或主軸電機(jī)因初始啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦或由此生成的熱而受到損害。
此外，由在沒(méi)有產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的初始驅(qū)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的靜轉(zhuǎn)矩引起的預(yù)負(fù)載使得輪轂可以電力地漂浮，從而可在輪轂和氣動(dòng)軸承組件之間限定出預(yù)定大小的氣隙。因此，該氣隙可防止系統(tǒng)或主軸電機(jī)因在初始啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦或由此生成的熱而受到損害，從而使系統(tǒng)具有改進(jìn)的安全性。
此外，由輪轂和氣動(dòng)軸承組件之間的機(jī)械偏移和電偏移可引起預(yù)負(fù)載，從而可在輪轂和氣動(dòng)軸承組件之間限定出預(yù)定大小的氣隙。因此，氣隙不僅可防止系統(tǒng)或主軸電機(jī)因摩擦和由此生成的熱而受到損害，而且可提高系統(tǒng)的安全性。即使系統(tǒng)僅利用一個(gè)滾珠軸承支撐輪轂，滾珠軸承也能承擔(dān)預(yù)負(fù)載，從而使系統(tǒng)具有改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)精度、降低的噪聲和振動(dòng)以及延長(zhǎng)的壽命。
權(quán)利要求
1.一種用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)，包括形成作為所述主軸電機(jī)下部的基座；可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述基座上、用于固定安裝盤片的輪轂；定子，其被構(gòu)成為使線圈纏繞多個(gè)磁極，所述磁極沿著定子鐵心的外圓周徑向形成，所述鐵心形成有開(kāi)口壓入配合部分；氣動(dòng)軸承組件，包括與所述輪轂協(xié)同工作以產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的主軸承體和牢固支撐在所述定子的所述開(kāi)口壓入配合部分之中的輔助軸承體；及永磁體，其安裝在所述輪轂的內(nèi)圓周表面上，用于通過(guò)與所述線圈協(xié)同工作以產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中由所述定子的線圈纏繞的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)以不與安裝在所述輪轂的內(nèi)圓周表面上的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)平齊的方式置于磁場(chǎng)內(nèi)，以在所述磁極和所述永磁體之間形成機(jī)械偏移，由此當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，在其間形成有機(jī)械偏移的所述磁極和所述永磁體之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力使得所述輪轂和所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載，從而保持輪轂與氣動(dòng)軸承組件之間的氣隙。
2.如權(quán)利要求1所述的主軸電機(jī)，其特征在于，所述機(jī)械偏移被形成用以使所述輪轂的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)高于所述定子的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的主軸電機(jī)，其特征在于，所述機(jī)械偏移被形成用以使所述輪轂的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)低于所述定子的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)。
4.一種用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)，包括形成作為所述主軸電機(jī)下部的基座；可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述基座上、用于固定安裝盤片的輪轂；定子，其被構(gòu)成為使線圈纏繞多個(gè)磁極，所述磁極沿著定子鐵心的外圓周徑向形成，所述鐵心帶有開(kāi)口壓入配合部分；氣動(dòng)軸承組件，包括與所述輪轂協(xié)同工作以產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的主軸承體和牢固支撐在所述定子的所述開(kāi)口壓入配合部分之中的輔助軸承體；及永磁體，其安裝在所述輪轂的內(nèi)圓周表面上，用于通過(guò)與所述線圈協(xié)同工作以產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中，由定子的線圈纏繞的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)以與安裝在輪轂的內(nèi)圓周表面上的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)平齊的方式放置，同時(shí)每個(gè)所述磁極至少具有在垂直方向延伸預(yù)定長(zhǎng)度的上端和下端之一，從而在所述磁極和所述永磁體之間形成電偏移以使每個(gè)所述磁極的上端與下端之間的磁通密度分布不同，由此當(dāng)通電時(shí)，所述電偏移使所述永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁通密度具有最大值的位置移動(dòng)，從而使輪轂和氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生電預(yù)負(fù)載，以保持所述輪轂與所述氣動(dòng)軸承組件之間的氣隙。
5.如權(quán)利要求4所述的主軸電機(jī)，其特征在于，每個(gè)所述磁極的所述上端比所述下端長(zhǎng)，從而使所述下端比所述上端具有更高的磁通密度。
6.如權(quán)利要求4所述的主軸電機(jī)，其特征在于，每個(gè)所述磁極的所述下端比所述上端長(zhǎng)，從而使所述上端比所述下端具有更高的磁通密度。
7.一種用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)，包括形成作為所述主軸電機(jī)下部的基座；可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述基座上、用于固定安裝盤片的輪轂；定子，其被構(gòu)成為使線圈纏繞多個(gè)磁極，所述磁極沿著定子鐵心的外圓周徑向形成，所述鐵心帶有開(kāi)口壓入配合部分；氣動(dòng)軸承組件，包括與所述輪轂協(xié)同工作以產(chǎn)生氣動(dòng)壓力的主軸承體和牢固支撐在所述定子的所述開(kāi)口壓入配合部分之中的輔助軸承體；及永磁體，其安裝在所述輪轂的內(nèi)圓周表面上，用于通過(guò)與所述線圈協(xié)同工作以產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中，由所述定子的線圈纏繞的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)以不與安裝在所述輪轂的內(nèi)圓周表面上的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)平齊的方式置于磁場(chǎng)內(nèi)，以在所述磁極和所述永磁體之間形成機(jī)械偏移，并且其中，每個(gè)所述磁極至少具有在垂直方向延伸預(yù)定長(zhǎng)度的上端和下端之一，從而在所述磁極和所述永磁體之間形成電偏移，以使每個(gè)所述磁極的上端和下端之間的磁通密度分布不同，由此當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，在其間形成有機(jī)械偏移的所述磁極和所述永磁體之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力使得所述輪轂和所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載，從而保持輪轂與氣動(dòng)軸承組件之間的氣隙，并且由此當(dāng)通電時(shí)，所述電偏移使所述永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁通密度具有最大值的位置移動(dòng)，從而使所述輪轂與所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生電預(yù)負(fù)載，以保持所述輪轂與所述氣動(dòng)軸承組件之間的氣隙。
8.如權(quán)利要求7所述的主軸電機(jī)，其特征在于，每個(gè)所述磁極的所述下端比所述上端長(zhǎng)，從而所述上端比所述下端有更高的磁通密度，并且同時(shí)所述輪轂的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)被置于比所述定子的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)高的位置，由此當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，通過(guò)所述磁極和所述永磁體之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力而在所述輪轂和所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載，并且在這種狀態(tài)下，當(dāng)通電時(shí)，所述永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁通密度具有最高強(qiáng)度的位置向下移動(dòng)。
9.如權(quán)利要求7所述的主軸電機(jī)，其特征在于，每個(gè)所述磁極的所述下端比所述上端長(zhǎng)，從而所述上端比所述下端有更高的磁通密度，并且同時(shí)所述輪轂的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)被置于比所述定子的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)低的位置，由此當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，通過(guò)所述磁極和所述永磁體之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力而在所述輪轂和所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載，并且在這種狀態(tài)下，當(dāng)通電時(shí)，所述永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁通密度具有最高強(qiáng)度的位置向上移動(dòng)。
10.如權(quán)利要求7所述的主軸電機(jī)，其特征在于，每個(gè)所述磁極的所述下端比所述下端長(zhǎng)，從而所述下端比所述上端有更高的磁通密度，并且同時(shí)所述輪轂的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)被置于比所述定子的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)高的位置，由此當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，通過(guò)所述磁極和所述永磁體之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力而在所述輪轂和所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載，并且在這種狀態(tài)下，當(dāng)通電時(shí)，所述永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁通密度具有最高強(qiáng)度的位置向下移動(dòng)。
11.如權(quán)利要求7所述的主軸電機(jī)，其特征在于，每個(gè)所述磁極的所述下端比所述下端長(zhǎng)，從而所述下端比所述上端有更高的磁通密度，并且同時(shí)所述輪轂的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)被置于比所述定子的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)低的位置，由此當(dāng)沒(méi)有通電時(shí)，通過(guò)所述磁極和所述永磁體之間產(chǎn)生的徑向和軸向磁力而在所述輪轂和所述氣動(dòng)軸承組件之間產(chǎn)生機(jī)械預(yù)負(fù)載，并且在這種狀態(tài)下，當(dāng)通電時(shí)，所述永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)朝向磁通密度具有最高強(qiáng)度的位置向上移動(dòng)。
全文摘要
披露了一種用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸電機(jī)，其能夠通過(guò)使用機(jī)械和電偏移產(chǎn)生機(jī)械和電預(yù)負(fù)載以形成預(yù)定大小的氣隙，從而可防止主軸電機(jī)因在初始啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦和熱而受到損害。為此，使用機(jī)械和電偏移的主軸電機(jī)被設(shè)計(jì)成使定子的線圈纏繞的磁極的垂直寬度的中點(diǎn)以不與安裝在輪轂的內(nèi)圓周表面上的永磁體的垂直寬度的中點(diǎn)平齊的方式置于磁場(chǎng)內(nèi)，同時(shí)每個(gè)磁極的上端和下端的至少一個(gè)在垂直方向延伸預(yù)定的長(zhǎng)度，從而使每個(gè)磁極的上端和下端之間的磁通量密度分布不同。
文檔編號(hào)G11B5/55GK1596444SQ02823789
公開(kāi)日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2002年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者金尚郁 申請(qǐng)人:G&W技術(shù)株式會(huì)社