專利名稱：用于盤片驅(qū)動器的、所含潤滑劑的氣泡形成趨勢減小的流體動力軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲裝置的流體動力軸承主軸電動機的領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種其潤滑劑的氣泡形成趨勢減小的電動機。
背景技術(shù)：
在工業(yè)中，諸如被稱為“溫徹斯特(Winchester)”型的盤片驅(qū)動器之類的盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲裝置是為人們所熟知的。在溫徹斯特盤片驅(qū)動器中，將數(shù)字數(shù)據(jù)寫入旋轉(zhuǎn)盤片表面上的可磁化材料薄層，或從該薄層讀取數(shù)據(jù)。寫入和讀取操作是通過載帶在浮動塊本體中的一換能器來實現(xiàn)的。浮動塊和換能器有時被一起稱作一磁頭，并且，通常各盤片表面與單個磁頭相關(guān)聯(lián)。磁頭在電子電路的控制下，由一致動器裝置可選擇地移動至盤片表面上的多條圓形的同心磁道中的任一條之上。各浮動塊本體包括一自作用的空氣支承表面。當磁盤旋轉(zhuǎn)時，盤片拖曳空氣支承表面下方的空氣，這就產(chǎn)生一升舉力，該升舉力使浮動塊抬起，并在盤片表面上方幾個微英寸的高度處飛行。
在目前一代的盤片驅(qū)動器產(chǎn)品中，最為普遍使用的致動器類型是旋轉(zhuǎn)式動圈致動器。盤片自身通常以“堆疊”的形式安置在一無刷直流主軸電動機的軸轂結(jié)構(gòu)上。主軸電動機的轉(zhuǎn)速由電動機驅(qū)動電路來加以精確控制，所述電動機驅(qū)動電路同時控制引導(dǎo)向電動機的定子繞組的通訊信號的時間設(shè)置和電功率的大小。典型的主軸電動機的速度在3600轉(zhuǎn)/分的范圍之內(nèi)。盡管如此，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)將主軸電動機的速度增加至7200轉(zhuǎn)/分、10,000轉(zhuǎn)/分以及更快的速度。
在盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲設(shè)備中的一個主要的噪音源是主軸電動機。盤片驅(qū)動器的制造廠商最近已開始考慮用“液力”軸承(如流體動力或流體靜力軸承)來替代傳統(tǒng)的滾珠或滾柱軸承。流體動力軸承依靠的是分隔諸支承表面的一流體薄膜，因而要比傳統(tǒng)的滾珠軸承安靜得多，且一般振動也較小。流體動力軸承是一種自泵送軸承，它在內(nèi)部產(chǎn)生壓力，以保持流體薄膜的分隔作用。流體動力軸承需要一外部的加壓流體源，以保持流體的分隔作用。流體動力軸承中的軸承表面之間的相對移動產(chǎn)生一剪切分量，該剪切分量完全地發(fā)生在流體薄膜內(nèi)，以致軸承表面之間不會發(fā)生接觸。
在一流體動力軸承中，諸如流體或氣體之類的一潤滑劑在殼體的靜止件與盤片軸轂的一轉(zhuǎn)動件之間提供一軸承表面。典型的潤滑劑包括油或鐵磁性流體。與包括一系列點狀接觸面的滾珠軸承相比，流體動力軸承將軸承表面分布在一更大的區(qū)域上。這是人們所希望的，因為軸承表面的增加減少了轉(zhuǎn)動件與固定件之間的搖晃或跳動。
在流體動力軸承中，一個主要的設(shè)計問題是在工作過程中防止?jié)櫥簭妮S承中泄漏出來。泄漏可能是由于主軸電動機的啟動一停止過程中的連續(xù)壓力循環(huán)而導(dǎo)致的。在高壓力時，空氣被捕獲在潤滑液中，并且當壓力減小時，被捕獲的空氣在流體中形成氣泡和/或泡沫。這樣的氣泡形成使軸承發(fā)生過早損壞或者潤滑液的泄漏。此外，泡沫和/或氣泡的形成減小了流體動力軸承的剛度，增加了響應(yīng)時間，減小了熱傳遞，并導(dǎo)致更高的工作溫度——所有這些都是在流體動力軸承的工作中所不希望發(fā)生的。
因此，在本技術(shù)中需要一種其潤滑劑的氣泡形成趨勢減小的流體動力軸承。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)包括具有一中心軸線的殼體、相對殼體固定并與中心軸線共軸心的一靜止件、以及可相對靜止件繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的一轉(zhuǎn)動件。一定子相對殼體固定。一轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)動件支承，并與定子磁性耦連。至少一個數(shù)據(jù)存儲盤片附接至轉(zhuǎn)動件，并與之同軸心。一液力軸承互連靜止件和轉(zhuǎn)動件，并包括一潤滑液，所述潤滑液包括一基液和一用于減弱由于突然的壓力波動而在潤滑液中產(chǎn)生氣泡的趨勢的添加劑。
附圖簡述參照在附圖中所示的本發(fā)明的實施例，就可對上面所簡要介紹的本發(fā)明作出更為具體的說明，由此可獲得實現(xiàn)上面所引述的本發(fā)明特征的方式，并能詳細地理解它們。
不過，需注意的是，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實施例，因此不應(yīng)被認為是限制了本發(fā)明的保護范圍，這是因為，本發(fā)明可容許其它同樣有效的實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲裝置的俯視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一流體動力軸承主軸電動機的剖視圖；圖3是沿著圖2的線3-3截取的流體動力主軸電動機的示意性剖視圖，且為了清楚而去除了一些部分；以及圖4是帶有圓錐軸承表面的一流體動力軸承的剖視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲裝置，且它具有一流體動力或流體靜力軸承主軸電動機，其潤滑液組分對于特定的盤片驅(qū)動器需求呈現(xiàn)出較少氣泡形成趨勢。圖1是本發(fā)明可用于的一典型的盤片驅(qū)動器10的俯視圖。盤片驅(qū)動器10包括一殼體基底12，該殼體基底與頂蓋14結(jié)合，形成一密封的環(huán)境，以保護內(nèi)部元件免受該密封環(huán)境外部的物質(zhì)影響。
盤片驅(qū)動器10還包括一盤片疊16，它通過一盤片夾具18安裝在主軸電動機(未示出)上以進行旋轉(zhuǎn)。盤片疊16包括多個單片盤片，它們安裝成繞一中心軸線同步旋轉(zhuǎn)。各盤片表面有一相關(guān)的頭部20，該頭部安裝在盤片驅(qū)動器1 0以與盤片表面相通訊。在圖1所示的例子中，頭部20由柔性件22支承，柔性件22又附接至一致動器本體26的頭部安裝臂24。如圖1中所示的致動器屬于被稱為旋轉(zhuǎn)動圈致動器的類型，并包括一音圈電動機(VCM)，后者總的標示為28。音圈電動機28繞一樞軸30旋轉(zhuǎn)致動器本體26及其附接的頭部20，以將頭部20定位在沿著弧形路徑31的一所想要的數(shù)據(jù)軌道上。盡管在圖1中所示為一旋轉(zhuǎn)致動器，但本發(fā)明也可用于具有諸如直線致動器之類的其它類型致動器的盤片驅(qū)動器中。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一流體動力軸承主軸電動機32的剖視圖。主軸電動機32包括一靜止件34、一軸轂36和一定子38。在圖2所示的實施例中，靜止件是通過一螺母40和一墊片42固定和附接于基底12的一軸。軸轂36與軸34通過一流體動力軸承37互連，以繞軸34旋轉(zhuǎn)。軸承37包括徑向的工作表面44和46，以及軸向工作表面48和50。軸34包括流體口54、56及58，這些口用來供應(yīng)流體60和幫助流體沿著軸承的工作表面循環(huán)。由一流體源(未示出)向軸34供應(yīng)潤滑液60，該流體源以已知的方式聯(lián)接至軸34的內(nèi)部。
主軸電動機32還包括一推力軸承45，該推力軸承形成流體動力軸承37的軸向工作表面46和50。一擋板62支承在工作表面48上，以為流體動力軸承提供軸向穩(wěn)定性，并使軸轂36定位在主軸電動機32內(nèi)。一O形密封圈64設(shè)置在擋板62和軸轂36之間，以密封流體動力軸承。該密封件防止流體動力流體60從擋板62與軸轂36之間漏出。
軸轂36包括一中心芯子65和一盤片裝載件66，該盤片裝載件66支承盤片疊16(如圖1所示)，以使其可繞軸線34旋轉(zhuǎn)。盤片疊16通過盤片夾具18(也如圖1所示)保持在盤片夾具上。一永久磁體70附接至軸轂36的外徑，用作主軸電動機32的轉(zhuǎn)子。芯子65由磁性材料形成，并用作磁體70的一護鐵。轉(zhuǎn)子磁體70可以形成為一個一體的圓形環(huán)，或者可由圍繞軸轂36的周緣間隔開的多個獨立的磁體形成。磁化轉(zhuǎn)子磁體70，以形成一個或多個磁極。
定子38附接至基底12，并包括定子疊片72和定子繞組74。定子繞組74附接至疊片72。定子繞組72與轉(zhuǎn)子磁體70徑向間隔開，以使轉(zhuǎn)子磁體70和軸轂36能繞一中心軸線80旋轉(zhuǎn)。定子38通過已知的方式附接至基底12，如通過螺栓78固定于基底的一個或多個C形夾76。
施加于定子繞組74的通訊脈沖產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場與轉(zhuǎn)子磁體70的磁場相通，并致使軸轂36繞軸承37上的中心軸線80旋轉(zhuǎn)。通訊脈沖是引導(dǎo)至依次選擇的定子繞組的定時的、極性選擇的直流脈沖，以驅(qū)動轉(zhuǎn)子磁體并控制其速度。
在圖2所示的實施例中，主軸電動機32是一“軸轂下方”型的電動機，其中定子38的軸向位置在軸轂36下方。定子38還具有在軸轂36外側(cè)的一徑向位置，以使定子繞組74固定在疊片72的內(nèi)徑表面82(圖3)。在另一實施例中，定子定位在軸轂內(nèi)，而不是軸轂下方。定子的徑向位置可以在軸轂內(nèi)或者軸轂外。此外，主軸電動機可具有一固定的軸(如圖2所示)，或者具有一轉(zhuǎn)動的軸。在軸轉(zhuǎn)動的主軸電動機中，軸承位于轉(zhuǎn)動軸與靜止的、與轉(zhuǎn)動軸共軸心的外套筒之間。
圖3是流體動力主軸電動機32沿著圖2的線3-3截取的示意性剖視圖，且為了清楚而去除了一些部分。定子38包括疊片72和定子繞組74，它們與轉(zhuǎn)子磁體70和中心芯子65共軸心。定子繞組74包括相繞組W1、V1、U1、W2，V2及U2，諸相繞組圍繞疊片72的齒卷繞。諸相繞組由線圈軸線垂直中心軸線80并與之相交的線圈形成。例如，相繞組W1的線圈軸線83垂直于中心軸線80。流體動力軸承37的徑向工作表面44和46由軸34的外徑表面和中心芯子65的內(nèi)徑表面形成。一潤滑液60將徑向工作表面44和46間隔開，且在正常工作的過程中保持一游隙。
如上所述，當流體動力軸承37內(nèi)的壓力連續(xù)地增加并然后減小時，由于突然的壓力波動，溶解的氣體分離出來，并在潤滑液60中形成泡沫和/或氣泡。根據(jù)本發(fā)明，潤滑液60包括一基液和至少一種用于減弱流體60形成氣泡和/或泡沫的趨勢的添加劑。較佳的基液包括全氟聚醚(PFPFE)、酯、合成烴以及高純的礦物烴。最佳的基液包括二酯、短鏈醇酯、多元醇酯以及多元α烯烴(PAO)。這些基液也可以混合在各種化合物中。
選擇添加劑以改變潤滑液60的氣體-潤滑劑分界面處的表面張力值。添加劑至少部分地溶解在基液中，并且與基液相比具有一較低的表面張力值。添加劑使?jié)櫥?0的表面張力到達一程度，使形成于其中的任何氣泡會破裂或打開以直至使氣體能逃逸。因此，本發(fā)明有利地減小了在潤滑液60中形成氣泡的趨勢，從而保持了流體動力軸承37的足夠的剛度、響應(yīng)時間、熱交換以及工作溫度。
本發(fā)明可使用的添加劑包括聚硅氧烷(硅酮)、聚丙烯酸酯(polyacrelate)、有機共聚物以及諸如PFPE之類的碳氟化合物。本發(fā)明可使用的特定PFPE包括FOMBLIN Z-DOL和FOMBLIN AM-200，它們都可從位于新澤西州莫里森鎮(zhèn)的Ausimont購得。Z-DOL是全氟環(huán)氧乙烷和全氟甲醛。AM-2000是雙官能芳族封端的全氟聚醚。本發(fā)明可使用的另一添加劑是VANLUBE DF 283，它可從位于康涅狄格州諾沃克的RT Vanderbilt購得。
在本發(fā)明的實施例中，潤滑液60所希望的表面張力為小于35達因/厘米，較佳的是在12至35達因/厘米的范圍內(nèi)。該添加劑較佳地使?jié)櫥?0的表面張力小于基液的表面張力。例如，典型的基液(例如酯油)的表面張力在28至35達因/厘米之間。添加劑占潤滑液60體積的0.02％至0.5％。這樣的一個添加劑對基液的比值將潤滑液60的表面張力減小至所希望的范圍。此外，添加劑對基液的比值選擇成不會犧牲所希望的潤滑特性，如抗養(yǎng)氧化性、抗腐蝕性以及抗磨損性，或者它不會與潤滑液60中所存在的其它有益的添加劑的作用相互抵消。
在一個例子中，基液包括TMP酯或二-2-2-乙基已基癸二酸酯(di-2-ethylhexlsebacic acid ester)，其表面張力在27至33達因/厘米之間；添加劑包括硅酮流體，其表面張力在20至22達因/厘米之間。在另一例子中，基液包括TMP酯或二-2-2-乙基已基癸二酸酯，其表面張力在27至33達因/厘米之間；添加劑包括PFPE，其表面張力在15至20達因/厘米之間。在上述兩個例子中，本發(fā)明都可減弱潤滑液60在突然的壓力波動下形成氣泡的趨勢。
在本發(fā)明的另一實施例中，包括上述基液和添加劑潤滑劑60在低壓環(huán)境中存儲。在低壓環(huán)境中存儲潤滑液60將減小潤滑液60在用于流體動力軸承37中時形成氣泡和/或泡沫的趨勢。潤滑液60可以存儲在壓力比大氣壓力低的一環(huán)境中，例如存儲在壓力在1至750托之間的一環(huán)境中。
請參見圖4，所示的流體動力軸承具有半球形的軸承表面，該流體動力軸承可用于在圖1所示的盤片驅(qū)動器10中驅(qū)動盤片。流體動力軸承所示為被用在一主軸電動機150中。該設(shè)計方案包括可聯(lián)接至一152軸的一驅(qū)動轉(zhuǎn)子或軸轂114。軸152包括接納在套筒158中的一上半球形或凸出部分154和一下半球形或凸出部分156，該套筒相對軸旋轉(zhuǎn)。軸固定地附接至一基底160，該基底160可以結(jié)合在或者支承于參照圖1所述的殼體基底12中。套筒158接納軸152的軸頸162，并具有一上半球形、凹入的座部164和一下半球形、凹入的座部166。固定件152的中的一貯槽159(如圖所示，上端)還設(shè)置一充注孔168，以向流體動力軸承供應(yīng)軸承流體。轉(zhuǎn)子114包括一擋板170，它用來對大氣封閉流體動力軸承的一端。在工作中，該圖中所示的軸承包括流體動力軸承，其中，諸如油之類的流體通過固定件與轉(zhuǎn)動件(在本實施例中為軸與套筒)之間的間隙循環(huán)。根據(jù)本發(fā)明，如上所述，可以向流體添加至少一種添加劑，以減弱其中的泡沫和/或氣泡形成。
盡管前述內(nèi)容針對本發(fā)明的較佳實施例，但也可以設(shè)想出本發(fā)明的其它實施例，而不背離本發(fā)明的基本范圍。本發(fā)明的保護范圍由下面的權(quán)利要求書來確定。
權(quán)利要求
1.一種盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有一中心軸線的殼體；相對殼體固定并與中心軸線共軸心的一靜止件；相對殼體固定的一定子；可相對靜止件繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的一轉(zhuǎn)動件；由轉(zhuǎn)動件支承并與定子磁性耦連的一轉(zhuǎn)子；附接至轉(zhuǎn)動件并與之同軸心的、至少一個數(shù)據(jù)存儲盤片；將一頭部支承在數(shù)據(jù)存儲盤片附近以與盤片進行通訊的一致動器；以及互連靜止件和轉(zhuǎn)動件的一液力軸承，它包括由潤滑液分隔開的工作表面，且所述潤滑液包括一基液和一用于減弱潤滑液中產(chǎn)生氣泡的趨勢的添加劑。
2.如權(quán)利要求1所述的盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于，添加劑減小基液的表面張力。
3.如權(quán)利要求2所述的盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于，潤滑液的表面張力在室溫下為12至35達因/厘米之間。
4.如權(quán)利要求3所述的盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于，添加劑選自以下材料組聚硅氧烷、聚丙烯酸酯、有機共聚物以及全氟聚醚。
5.如權(quán)利要求4所述的盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于，添加劑選自以下材料組FOMBLIN Z-DOL，F(xiàn)OMBLIN AM-200以及VANLUBE DF283。
6.如權(quán)利要求2所述的盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于，添加劑占潤滑液體積的0.02％至0.5％之間。
7.如權(quán)利要求1所述的盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于，潤滑液存儲在其壓力比大氣壓力低的一環(huán)境中。
8.如權(quán)利要求7所述的盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于，壓力在1至750托之間。
9.一種電動機，它包括具有一中心軸線的殼體；相對殼體固定并與中心軸線共軸心的一靜止件；相對殼體固定的一定子；可相對靜止件繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的一轉(zhuǎn)動件；由轉(zhuǎn)動件支承并與定子磁性耦連的一轉(zhuǎn)子；以及互連靜止件和轉(zhuǎn)動件的一液力軸承，它包括由潤滑液分隔開的工作表面，且所述潤滑液包括一基液和一用于減弱潤滑液中產(chǎn)生氣泡的趨勢的添加劑。
10.如權(quán)利要求9所述的電動機，其特征在于，添加劑減小基液的表面張力。
11.如權(quán)利要求10所述的電動機，其特征在于，潤滑液的表面張力在室溫下為12至35達因/厘米之間。
12.如權(quán)利要求11所述的電動機，其特征在于，添加劑選自以下材料組聚硅氧烷、聚丙烯酸酯、有機共聚物以及全氟聚醚。
13.如權(quán)利要求12所述的電動機，其特征在于，添加劑選自以下材料組FOMBLIN Z-DOL，F(xiàn)OMBLIN AM-200以及VANLUBE DF 283。
14.如權(quán)利要求10所述的電動機，其特征在于，添加劑占潤滑液體積的0.02％至0.5％之間。
15.如權(quán)利要求9所述的電動機，其特征在于，潤滑液存儲在其壓力比大氣壓力低的一環(huán)境中。
16.如權(quán)利要求15所述的電動機，其特征在于，壓力在1至750托之間。
17.一種電動機，它包括具有一中心軸線的殼體；相對殼體固定并與中心軸線共軸心的一靜止件；相對殼體固定的一定子；可相對靜止件繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的一轉(zhuǎn)動件；由轉(zhuǎn)動件支承并與定子磁性耦連的一轉(zhuǎn)子；互連靜止件和轉(zhuǎn)動件的一液力軸承，它包括由潤滑液分隔開的工作表面；以及用于減弱潤滑液中產(chǎn)生氣泡的趨勢的措施。
18.如權(quán)利要求7所述的電動機，其特征在于，用于減弱潤滑液中產(chǎn)生氣泡的趨勢的措施是添加于潤滑液基液的一添加劑，該添加劑減小了基液的表面張力。
19.如權(quán)利要求18所述的電動機，其特征在于，潤滑液的表面張力在室溫下為12至35達因/厘米之間。
20.如權(quán)利要求18所述的電動機，其特征在于，添加劑占潤滑液體積的0.02％至0.5％之間。
全文摘要
一種盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，它包括具有一中心軸線的殼體、相對殼體固定并與中心軸線共軸心的一靜止件、以及可相對靜止件繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的一轉(zhuǎn)動件。一液力軸承互連靜止件和轉(zhuǎn)動件，并包括一潤滑液，所述潤滑液包括一基液和一用于減弱潤滑液中產(chǎn)生氣泡的趨勢的添加劑。
文檔編號C10M101/02GK1613112SQ02826801
公開日2005年5月4日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月8日
發(fā)明者R·U·坎 申請人:西加特技術(shù)有限責任公司