用于数据存储设备的磁轴承的制作方法

用于数据存储设备的磁轴承


技术实现要素：

1.在某些实施方案中，一种硬盘驱动器包括耦合到盖子的底座、耦合到所述底座的电机组件、以及耦合到所述电机组件的磁记录介质。所述电机组件包括具有水平磁轴承部件和垂直磁轴承部件的磁轴承。
2.在某些实施方案中，电机组件包括固定部件，所述固定部件耦合到或包括具有第一磁极性的第一磁极。所述电机组件包括可旋转部件，所述可旋转部件耦合到或包括具有排斥第一磁极性的第二磁极性的第二磁极。所述第一磁极和所述第二磁极相对于彼此布置以形成第一对排斥磁极，从而构成水平磁轴承部件。电机组件包括第二对排斥磁极以构成垂直磁轴承部件。
3.在某些实施方案中，硬盘驱动器的底座包括底板部分和侧壁部分。电机组件耦合到所述底板部分，并且包括固定部件和可旋转部件。所述电机组件包括具有水平磁轴承部件和垂直磁轴承部件的磁轴承。所述磁轴承布置成使得所述可旋转部件悬浮且不接触固定部件。
4.虽然公开了多个实施方案，但是根据示出并描述本发明的说明性实施方案的以下具体实施方式，本发明的其他实施方案对于本领域技术人员将变得显而易见。因此，附图和具体实施方式本质上应被认为是说明性的而不是限制性的。
附图说明
5.图1示出根据本公开的某些实施方案的硬盘驱动器的分解透视图。
6.图2示出根据本公开的某些实施方案的图1的硬盘驱动器的顶视图。
7.图3示出根据本公开的某些实施方案的电机的示意性剖面图。
8.图4示出根据本公开的某些实施方案的图3的电机部分的示意性顶视图。
9.图5示出根据本公开的某些实施方案的电机的示意性剖面图。
10.虽然当前公开可具有各种修改和替代形式，但是在附图中通过示例的方式示出具体的实施方案，并且在下面对其进行了详细描述。然而，其意图不是将当前公开限制为所描述的特定实施方案，而是旨在覆盖落入所附权利要求的范围内的所有修改、等同形式和替代形式。
具体实施方式
11.硬盘驱动器等数据存储设备使用可旋转电机来旋转磁性介质。这些电机通常包括液体动力轴承或滚珠轴承。然而，这两种类型的轴承均使用含油润滑剂，油可能会从电机中泄漏出来，致使数据存储设备性能降低。因此，本公开的某些实施方案针对不一定需要含油润滑剂的电机。更具体地说，某些实施方案的特征在于具有磁轴承的电机。
12.图1示出硬盘驱动器100的分解透视图，所述硬盘驱动器具有底座102和顶盖104，所述顶盖构成容纳硬盘驱动器100各种部件的外壳。图2示出硬盘驱动器100的顶视图。并非图1中所示的所有部件都在图2中示出，反之亦然。
13.硬盘驱动器100包括通过磁盘夹110耦合到电机组件108的磁记录介质106(单独称为磁记录介质)。硬盘驱动器100还包括致动器组件112，所述致动器组件将读/写头114定位在磁记录介质106的数据磁道116上。在操作期间，电机组件108旋转磁记录介质106，同时致动器组件112由音圈电机组件118驱动，围绕枢轴轴承120枢转。
14.读/写头114通过产生磁场并向磁记录介质106发射磁场将数据写入磁记录介质106，所述磁场在期望的数据磁道116上感应磁极化转变。磁极化转变即为数据表征方式。读/写头114通过磁换能器感测(或“读取”)磁极化转变。磁记录介质106在读/写头114附近旋转时，磁极化转变将变化的磁场感应到读/写头114的磁换能器中。磁换能器再将变化的磁场转换成读取信号，读取信号传送到前置放大器，然后传送到读取通道进行处理。读取通道将读取信号转换成数字信号，然后进行处理并提供给主机系统(例如，服务器、膝上型计算机、台式计算机)。
15.图3示出硬盘驱动器100和电机组件108的侧面剖视图。图4示出电机组件108一部分的顶视图。电机组件108包括固定部件和可旋转部件。正如将在下文详细描述的那样，可旋转部件可以相对于电机组件108的固定部件旋转并且与其一起工作，以形成使电机组件108平稳旋转的轴承。图3所示轴承是磁轴承，而不是液体动力轴承或滚珠轴承。
16.在图3所示的示例中，固定部件是轴122(例如，圆柱形轴)，并且可旋转部件是转子124，所述转子可以具有至少部分地包围轴122的环形结构。轴122在底座102的底板与顶盖104之间延伸。例如，可以通过将轴122固定(比如，粘附、焊接、压装、紧固)到底板以将轴122与底板耦合。轴122还可以通过不同的方式，例如通过紧固件125，耦合到顶盖104。
17.转子124耦合到或包括毂126。磁记录介质106耦合到毂126。这样，当毂126旋转时，磁记录介质106和转子124也旋转。电机组件的各部件的特定形状和相对位置可能与图中所示不同。例如，转子124可以具有面向轴122的单一内表面，使得轴122和转子124之间的间隙沿着轴122的大部分或全部是均匀的。
18.转子124由电机组件108的电磁电机部分引起旋转。在某些实施方案中，电机组件108包括磁体128(例如，永磁体)和定子绕组130。当选择性地激励定子绕组130时(例如，通过向定子绕组130加载电流)，磁体128与被激励的定子绕组130产生的磁场相互作用，致使毂126旋转。磁体128可以形成为整体环形环，或者可以形成为围绕毂126外围隔开的多个单独磁体。磁体128被磁化以形成两个或多个磁极。有关电磁电机部分的更多详细信息，请参阅第us 9,196,294号美国专利，为了提供关于本文所述电机组件的电磁电机部分的附加细节，在此将其引入作为参考。
19.如上所述，与液体动力轴承或滚珠轴承不同，耦合到轴122和转子124(或其部分)的部件形成磁轴承。具体地说，磁轴承由位于沿轴122和转子124不同位置的一对或多对排斥磁极构成。这些排斥磁极使转子124悬浮或漂浮，从而在轴122和转子124之间形成间隙(例如，气隙)，且使得轴122和转子124不会彼此物理接触。由于轴122和转子124彼此不接触，因此电机组件108不一定需要在轴122和转子124部件之间使用润滑剂。
20.如上所述，润滑剂可能会从电机泄漏到硬盘驱动器的外壳上。泄漏的油会污染硬盘驱动器的部件，从而导致发生错误甚至故障。此外，润滑剂的性能(如粘度、润湿性)会随温度发生变化，因此硬盘驱动器的总体性能可能会因环境变化而发生变化。此外，发生冲击事件时，具有液体动力轴承或滚珠轴承的电机部件会彼此接触(例如，金属与金属接触)，从
而产生金属屑，这会影响电机和硬盘驱动器100的性能。例如，金属屑可能会卡进磁记录介质106和读/写头114之间的接口中。
21.使用磁轴承可有助于缓解上述液体动力轴承和滚珠轴承的一些问题。此外，与使用液体动力轴承或滚珠轴承的电机相比，使用磁轴承可允许使用高度更短和/或直径更小的电机组件。
22.在图3所示的示例电机组件108中，电机组件108的磁轴承包括水平磁轴承部件和垂直磁轴承部件。水平磁轴承部件由一对或多对磁极(例如，第一磁极132和第二磁极134)构成，这些磁极在水平方向上彼此隔开，并且相互具有排斥磁极性。例如，第一磁极132和第二磁极134可以都是正极性或负极性，使得它们彼此排斥(因此轴122和转子124部件也彼此排斥)。
23.第一磁极132可以耦合到轴122或形成所述轴的一部分。例如，磁体可以耦合到轴122以构成第一磁极132。又比如，轴122本身可以被磁化以构成第一磁极132。在某些实施方案中，轴122的有限部分被磁化，而不是整个轴122被磁化。
24.第二磁极134可以耦合到转子124或形成所述转子的一部分。例如，磁体可以耦合到转子124以构成第二磁极134。又比如，转子124本身可以被磁化以构成第二磁极134。在某些实施方案中，转子124的有限部分被磁化，而不是整个转子124被磁化。
25.因为排斥磁极以及因为转子124至少部分地包围轴122(如图4所示)，所以水平磁轴承部件有助于保持轴122和转子124之间的水平间距136。换句话说，排斥磁极有助于保持轴122和转子124之间的气隙，从而使两个部件不会相互接触。在电机组件108的操作期间(例如，通过选择性地激励定子绕组130)，转子124可以围绕轴122旋转而不接触轴122，并且不需要润滑剂即可平滑旋转。尽管图3中仅用参考编号示出一组排斥磁极，但水平磁轴承部件可以包括多对排斥磁极，以帮助保持部件之间的水平间距。
26.垂直磁轴承部件至少部分地由下磁极对(例如，第三磁极138和第四磁极140)形成，下磁极对在垂直方向上彼此隔开，并且具有排斥磁极性。例如，第三磁极138和第四磁极140可以都是正极性或负极性，使得它们彼此排斥。
27.第三磁极138可以耦合到底座102的底板或形成所述底座的底板一部分。例如，磁体或磁化结构(例如，凸台状结构)可以耦合到底座102以构成第三磁极138。又比如，底座102本身可以被磁化以构成第三磁极138。
28.第四磁极140可以耦合到转子124或形成所述转子的一部分。例如，磁体可以耦合到转子124以构成第四磁极140。又比如，转子124本身可以被磁化以构成第四磁极140。
29.垂直磁轴承部件还可以包括在垂直方向上彼此隔开并且具有排斥磁极性的上磁极对142。在图3所示的示例中，上磁极对142分别耦合到轴122和转子124或由所述轴和所述转子形成。例如，轴122可以包括或耦合到帽状结构144或从轴122水平延伸的部分。此帽状结构144可以耦合到磁极或形成磁极。
30.因为由上磁极对142的排斥所产生的力与由下磁极对的排斥所产生的力的方向相反，所以垂直磁轴承部件有助于保持轴122和转子124之间以及转子124与底座102和顶盖104之间的垂直间距。换句话说，排斥磁极有助于保持这些部件之间的气隙，从而使这些部件不会相互接触。例如，两对磁极可以使转子124在垂直方向上漂浮或悬浮。在电机组件108的操作期间(例如，通过激励定子绕组130)，转子124可以围绕轴122旋转而不接触轴122、底
座102的底板和顶盖104，并且不需要润滑剂即可平滑旋转。
31.图5示出硬盘驱动器200的一部分的侧面剖视图，所述硬盘驱动器带有电机组件202的另一种设计。与图3和图4中所示的电机组件108类似，电机组件202包括固定部件、可旋转部件和具有水平磁轴承部件和垂直磁轴承部件的磁轴承。
32.在图5所示的示例中，固定部件是套筒204(例如，具有中心开口的圆柱形套筒)，而可旋转部件是包括轴208的转子206。套筒204从底座的底板向外延伸。例如，可以通过将套筒204固定(比如，粘附、焊接)到底板以将套筒204与底板耦合。
33.转子206耦合到或包括毂210。磁记录介质耦合到毂210，使得当毂210旋转时，磁记录介质和转子206也旋转。电机组件的各部件的特定形状和相对位置可能与图中所示不同。例如，套筒204可以具有面向轴208的单一内表面，使得轴208和套筒204之间的间隙沿着轴208是均匀的。
34.转子206由电机组件202的电磁电机部分引起旋转。在某些实施方案中，电机组件202包括磁体212(例如，永磁体)和定子绕组214。当选择性地激励定子绕组214时，磁体212的磁场与被激励的定子绕组214产生的磁场相互作用，致使毂210旋转。磁体212可以形成为整体环形环，或者可以形成为围绕毂210外围隔开的多个单独磁体。磁体212被磁化以形成两个或多个磁极。
35.如上所述，与液体动力轴承或滚珠轴承不同，耦合到套筒204和转子206(或其部分)的部件形成磁轴承。具体地说，磁轴承由位于沿套筒204和转子206不同部分的多对排斥磁极构成。这些排斥磁极使转子206悬浮或漂浮，从而在套筒204和转子206之间形成间隙(例如，气隙)，并且套筒204和转子206不会彼此物理接触。由于套筒204和转子206彼此不接触，因此电机组件202不一定需要在套筒204和转子206部件之间包含润滑剂。
36.在图5所示的示例电机组件202中，电机组件202的磁轴承包括水平磁轴承部件和垂直磁轴承部件。水平磁轴承部件由一对或多对216磁极构成，所述磁极具有单独的磁极，在水平方向上彼此隔开，并且具有排斥磁极性。在某些实施方案中，水平磁轴承部件包括上磁极对和下磁极对。每对216磁极可具有两个正磁极或负磁极，使得它们彼此排斥。
37.其中一个磁极可以耦合到套筒204或形成所述套筒的一部分。例如，磁体可以耦合到套筒204以构成第一磁极。又比如，套筒204本身可以被磁化以构成第一磁极。
38.另一个磁极可以耦合到转子206或形成所述转子的一部分。例如，磁体可以耦合到转子206以构成与第一磁极具有相同磁极性的第二磁极。又比如，转子206本身可以被磁化以构成第二磁极。在某些实施方案中，转子206的轴208包括磁极。如图5所示，轴208位于套筒204的中心开口内。
39.因为排斥磁极以及因为轴208至少部分地包围套筒204，所以水平磁轴承部件有助于保持套筒204和转子206之间的水平间距。换句话说，排斥磁极有助于保持套筒204和转子206之间的气隙，从而使两个部件不会相互接触。在电机组件202的操作期间，转子206可以围绕套筒204旋转而不接触转子206，并且不需要润滑剂即可平滑旋转。
40.垂直磁轴承部件由在垂直方向上彼此隔开并且具有排斥磁极性的一对或多对磁极218构成。例如，垂直磁轴承部件可以包括排斥磁极对和上排斥磁极对。
41.下排斥磁极对的磁极218可以耦合到套筒204和转子206，或形成所述套筒的一部分和所述转子的在套筒204一部分的下方延伸的一部分。例如，磁体可以耦合到套筒204和
转子206以构成相反的磁极218。又比如，套筒204和转子206的全部或部分可以被磁化，以构成相反的磁极218。
42.上排斥磁极对的磁极218可以耦合到套筒204和转子206，或形成所述套筒的一部分和所述转子的在套筒204上方延伸的一部分。例如，磁体可以耦合到套筒204和转子206以构成相反的磁极。又比如，套筒204和转子206的全部或部分可以被磁化，以构成相反的磁极。
43.因为由上磁极对的排斥所产生的力与由下磁极对的排斥所产生的力的方向相反，所以垂直磁轴承部件有助于保持套筒204和转子206之间以及转子206与底座和顶盖之间的垂直间距。换句话说，排斥磁极有助于保持这些部件之间的气隙，从而使这些部件不会相互接触。例如，两对磁极可以使转子206漂浮或悬浮。在电机组件202的操作期间，转子206可以在套筒204内旋转而不接触套筒204、底座的底板和顶盖，并且不需要润滑剂即可平滑旋转。
44.上述磁轴承允许电机组件的旋转部分相对于固定部分旋转，而不会彼此接触，也无需润滑的轴承。使用磁轴承，旋转部分可以漂浮或悬浮。如上所述，磁极可以通过耦合到电机组件的各部件上的单独磁体或通过对部件本身进行磁化来产生。使旋转部分悬浮所需的磁场力的大小可取决于旋转部分的质量、部件之间的期望间距(通常在毫米量级)以及其他因素。在某些实施方案中，各种磁极可由永磁体或电磁体产生。
45.在某些实施方案中，电机组件在安装到底座底板之前已完全组装完毕。在另一些实施方案中，电机组件在固定到底座之前，仅有电机组件的一部分部件组装在一起。电机组件固定到底座底板上后，即可将其余部件组装起来。组装好之后，硬盘驱动器的其他部件就可以与底座和/或电机组件耦合。
46.在某些实施方案中，电机组件可用于执行各种方法。例如，当电机组件的旋转部分相对于电机组件的固定部分悬浮或漂浮时，电机组件可用于旋转磁记录介质。因此，旋转部分可以同时旋转和悬浮。
47.尽管上述实施方案在旋转磁记录介质的电机组件中包括了磁轴承，但是仍然可以将磁轴承引入到枢轴轴承等其他部件或组件中。如上所述，电机组件108旋转磁记录介质106，而致动器组件112由音圈电机组件118驱动，以围绕枢轴轴承120枢转。传统上，枢轴轴承使用滚珠轴承，滚珠轴承放置在保持架中，并且至少部分处于润滑剂中。与液体动力轴承一样，枢轴轴承中的润滑剂可能会从枢轴轴承泄漏并污染硬盘驱动器。因此，在某些实施方案中，枢轴轴承120可以包括磁轴承而不是滚珠轴承。与上述电机组件类似，枢轴轴承120中的磁轴承可以包括一对或多对磁极。磁极可以相互排斥，以在枢轴轴承120的固定部件和旋转部件之间形成气隙。
48.在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所公开的实施方案进行各种修改和增加。例如，虽然上述实施方案涉及特定特征，但是本公开的范围还包括具有特征的不同组合的实施方案以及并非包括所有所述特征的实施方案。因此，本公开的范围旨在包括落入权利要求的范围内的所有这样的替代形式、修改和变型，以及它们的所有等同形式。进一步的示例：1.一种硬盘驱动器，包括：耦合到盖子的底座；耦合到所述底座的电机组件；以及耦合到所述电机组件的磁记录介质，所述电机组件包括具有水平磁轴承部件和垂直磁轴承部件的磁轴承。
2.根据示例1所述的硬盘驱动器，其中所述水平磁轴承部件包括第一对排斥磁极，所述垂直磁轴承部件包括第二对排斥磁极。3.根据示例1所述的硬盘驱动器，其中所述电机组件包括固定部件和可旋转部件。4.根据示例3所述的硬盘驱动器，其中所述固定部件是轴，且所述可旋转部件是转子。5.根据示例4所述的硬盘驱动器，其中所述转子耦合到毂，其中所述磁记录介质耦合到所述毂。6.根据示例4所述的硬盘驱动器，其中所述轴包括具有第一磁极性的第一磁极，其中所述转子包括具有与所述第一磁极性相同的第二磁极性的第二磁极，其中所述第一磁极和所述第二磁极形成所述水平磁轴承部件。7.根据示例6所述的硬盘驱动器，其中所述轴包括第三磁极，其中所述第一磁极和所述第三磁极形成所述垂直磁轴承部件。8.根据示例3所述的硬盘驱动器，其中所述固定部件是套筒，并且所述可旋转部件是轴。9.根据示例4所述的硬盘驱动器，其中所述轴耦合到毂，并且所述磁记录介质耦合到所述毂。10.根据示例9所述的硬盘驱动器，其中所述轴包括具有第一磁极性的第一磁极，并且所述转子包括具有排斥所述第一磁极性的第二磁极性的第二磁极。11.根据示例3所述的硬盘驱动器，其中所述固定部件与所述可旋转部件彼此隔开。12.根据示例1所述的硬盘驱动器，其中所述电机组件不包含润滑剂。13.一种电机组件，包括：耦合到或包括具有第一磁极性的第一磁极的固定部件；和耦合到或包括具有排斥所述第一磁极性的第二磁极性的第二磁极的可旋转部件，所述第一磁极和所述第二磁极相对于彼此布置以形成第一对排斥磁极，从而构成水平磁轴承部件；以及第二对排斥磁极，用于构成垂直磁轴承部件。14.根据示例13所述的电机组件，其中所述水平磁轴承部件布置成至少部分地保持所述固定部件和所述可旋转部件之间的水平间距。15.根据示例14所述的电机组件，其中所述垂直磁轴承部件布置成至少部分地保持所述固定部件和所述可旋转部件之间的垂直间距。16.根据示例13所述的电机组件，其中所述电机组件不包含润滑剂。17.一种用于硬盘驱动器的底座，所述底座包括：底板部分和侧壁部分；以及耦合到所述底板部分且包括固定部件和可旋转部件的电机组件，所述电机组件包括具有水平磁轴承部件和垂直磁轴承部件的磁轴承，所述磁轴承布置成使得所述可旋转部件悬浮并且不与所述固定部件接触。18.根据示例17所述的底座，其中所述电机组件不包含润滑剂。19.根据示例17所述的底座，其中所述垂直磁轴承部件包括一对上排斥磁极和一对下排斥磁极。20.根据示例19所述的底座，其中所述固定部件是轴，并且所述可旋转部件是定位成至少部分地包围所述轴的转子。