CN100431244C

CN100431244C - 动压轴承电机

Info

Publication number: CN100431244C
Application number: CNB031313248A
Authority: CN
Inventors: 李镐; 朴祥焕
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: US20040135447A1; US6897585B2; KR100499170B1; JP2004218823A; CN1518192A; KR20040064097A

Abstract

公开了一种动压轴承电机，它具有附加动压力产生装置，从而使得电机轴能够在高速下稳定地旋转，并且显著地减小振动，从而提高了电机的性能。该动压轴承电机包括支撑单元，设置在电机轴的外表面，以及轴支架安装在电机轴之上。此外，在支撑单元的外表面上形成有产生动压力的槽。延伸部分设置在轴支架以与具有槽的支撑单元的外表面接触的方式支撑支撑单元。

Description

动压轴承电机

技术领域

本发明通常涉及动压轴承电机，特别涉及具有附加的动态压力产生装置的动压轴承电机，从而使得电机轴能够在高速下稳定地旋转并且减少振动，从而提高了电机的性能并且减少了电机的制造成本。

背景技术

如本技术领域中的普通技术人员所公知的，在诸如激光打印机中使用的扫描器电机的恒速高速电机中使用了轴承。轴承用于支撑电机轴以避免在电机高速旋转时发生倾斜，以便电机轴直立。传统的轴承通常分成两种，即，烧结的保油轴承(oil retaining bearing)和流体动力轴承(fluid dynamic bearing)。

图1示出了传统的装有烧结的保油轴承的电机的截面图。参照图1，传统的装有烧结的保油轴承的电机具有圆柱形的轴承支架10。轴承支架10具有中空的部分，其中插入了电机轴2。环形凸缘(annularboss)10a位于轴承支架10的外表面。基板9以在环形凸缘10a支持的方式位于轴承支架10的外表面。

此外，定子组件装到轴承支架10的外表面，并且具有缠绕有线圈8的铁芯8a。

轴承支架10被设计为使得电机轴2旋转地插入到轴承支架10。电机轴2通过轴承支架10中的烧结的保油轴承1被在垂直和水平方向上支撑。

烧结的保油轴承1是通过烧结工艺制造的，所以存在许多的颗粒间气孔(inter-particle pore)。由于油是在真空状态下注入到颗粒间气孔中的，所以在电机轴2的初始旋转阶段，以及在电机轴2转动和停止的时候，油是均匀地在轴承1中分布的。

轴支架3是装在电机轴2的上部之上的。光学多面体5牢固地座在轴支架3的上部上。

转子外壳6装在轴支架3的下部。磁铁7以面对定子组件的方式附装在转子外壳6的内表面上。在磁铁7和定子组件之间定义有预定的间隙。

如此构造的传统的具有烧结的保油轴承的电机的运转如下。首先，当将电流通过安装在轴承支架10的外表面的基板9施加到缠绕有线圈8的铁芯8a的时候，在铁芯8a、线圈8、和附装在转子外壳6的磁铁7之间产生磁力。通过这种磁力，磁铁7、转子外壳6、轴支架3和光学多面体5同时围绕电机轴2旋转。

此时，位于电机轴2的外表面的烧结的保油轴承1在支撑电机轴2的同时使得电机轴2顺畅地旋转。

传统的具有烧结的保油轴承1的电机的优点在于易于制造，制造成本低，并且具有高耐久性。

但是，传统的具有烧结的保油轴承1的电机的缺点在于由于电机轴2和轴承1之间的间隙可能产生振动，所以速度的变化很高并且其寿命变短。

因此，为了解决问题，所以提出了若干避免振动的方法。即，在烧结的保油轴承1和电机轴2之间可以定义大约1～3μm的小间隙。此外，烧结的保油轴承1可以具有增加的轴向长度。

但是，这种方法具有一个问题，就是虽然周期振动减小了，但是仍旧存在周期振动。此外，当烧结的保油轴承1和电机轴2之间的间隙小的时候，能量消耗就增加了，这是不希望的，并且加工精度也降低了。

同时，图2示出了装有流体动力轴承的另一种传统电机。如图2所示，传统的电机包括中空的圆柱形衬套20。电机轴12插入到中空部分。基板19安装到衬套20的上部分的外表面，并且具有缠绕有线圈的铁芯。

此外，用于产生动压力的‘＜’形的槽11通过切割工艺形成在插入到衬套20中的电机轴12的外表面的上和下部分。

在图2中，槽11形成在电机轴12的外表面上。但是，槽11可以形成在衬套20的内表面上。

轴支架13装在电机轴12的上部分上，并且光学多面体15牢固地座在轴支架13的上部分上。此外，转子外壳16装在轴支架13的下部。磁铁17以面对定子组件18的方式附装在转子外壳16的内表面。此时，在磁铁17和定子组件18之间定义有预定的间隙。

在这种传统的流体动力轴承电机中，通过在组成定子组件18的铁芯和线圈，以及附装在转子外壳16的磁铁17之间产生的电磁力，使磁铁17、转子外壳16、轴支架13和光学多面体15同时围绕电机轴12旋转。此时，激光束通过旋转的光学多面体15发射和反射。

在传统的流体动力轴承电机中，油(未示出)是分布在槽11中的。因此当电机轴12旋转的时候，油集中在槽11中，因此产生油压力。油压力使得电机轴12在与衬套20接触的同时顺畅的旋转。

传统的具有流体动力轴承的电机的优点在于避免了振动。但是这种电机的问题在于槽11必须形成在电机轴12的外表面或衬套20的内表面上，因此制造复杂，并且相对于具有烧结的保油轴承的电机，制造成本高。

此外，具有流体动力轴承的电机的另一个问题在于油必须始终提供到电机以便产生动压力，所以很难将油提供到电机并且油可能泄漏。

此外，当缺少油时，就不能获得希望的动压力。此时，电机轴12频繁地与衬套20摩擦接触，所以降低了电机寿命。由于在电机轴12和衬套20之间的摩擦接触，电机轴12可以被热熔到衬套20，从而电机可能会停转，这是不希望的。

发明内容

因此，鉴于上述的发生在现有技术中的问题，提出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种动压轴承电机，它具有附加的动力产生装置，从而使得电机轴在高速时稳定地旋转并且显著地降低振动，从而加强了电机的性能并且延长了电机的寿命。

本发明的另一个目的是提供一种易于制造并且制造成本低的动压轴承电机。

为了实现上述的目的，本发明提供一种动压轴承电机，包括：电机轴、支撑单元，用于支撑电机轴、轴支架，安装到电机轴的末端、以及附加的动压力产生装置，位于支撑单元和轴支架上。

附加的动压力产生装置包括：槽，形成在支撑单元的外表面上以产生动压力，以及延伸部分，位于轴支架上以支撑具有槽的支撑单元的外表面，同时与支撑单元的外表面接触。

支撑单元包括：轴承支架，位于第一轴承的外表面以围绕支撑电机轴的第一轴承，以及第一轴承，包括烧结的保油轴承。

支撑单元包括：衬套，或者支撑电机轴的烧结的保油轴承。

为了实现上述的目的，本发明提供了一种动压轴承电机，包括：电机轴、第一轴承，用于支撑电机轴、轴承支架，具有电机轴和第一轴承插入到其中的中空部分，具有形成在轴承支架的外表面上的槽以产生动压力、基板，装在轴承支架的外表面以便在轴承支架的外表面支撑、定子组件，装到轴承支架的外表面、轴支架，安装到电机轴之上，并且有以这样的方式设置的延伸部分，它与具有槽的轴承支架的外表面接触，从而支撑轴承支架、光学多面体，座在轴支架的上部上、转子外壳，安装到轴承支架的下部分、以及磁铁，以面对定子组件的方式附装在转子外壳的内表面，并且在定子组件和磁铁之间定义有预定的间隙。

第一轴承包括烧结的保油轴承。

为了实现上述的目的，本发明提供了一种动压轴承电机，包括：电机轴、圆柱形的衬套，具有其中插入电机轴的中空部分，具有形成在衬套的外表面上的槽以产生动压力、基板，安装到衬套的外表面、定子组件，安装到衬套的外表面、轴支架，装在电机轴之上并且具有延伸部分，该延伸部分与具有槽的衬套的外表面接触以支撑衬套、光学多面体，座于轴支架的上部、转子外壳，安装到轴支架的下部、以及磁铁，以面对定子组件的方式附装在转子外壳的内表面，并且在磁铁和定子组件之间定义有预定的间隙。

为了实现上述的目的，本发明提供了一种动压轴承电机，包括具有电机轴的定子单元、壳体，电机轴安装到它、以及定子组件、转子单元，具有装在电机轴之上的衬套、轮毂(hub)，装在衬套的外表面、以及磁铁，装到轮毂的内表面，与定子组件间隔预定的间隙、以及附加动压力产生装置，装在定子单元和转子单元上。

附加动压力产生装置包括动压力产生槽，形成在轮毂的外表面上，轮毂的一部分容纳在壳体中。

附图说明

本发明的上述的和其他的目的、特点和优点将通过下面结合附图的说明而变得更加明了，其中：

图1示出了传统的装有烧结的保油轴承的电机的截面图；

图2示出了另一个传统的装有流体动力轴承的电机的截面图；

图3示出了根据本发明的第一实施例的动压轴承电机的截面图；

图4示出了图3示出的动压轴承电机包括的轴承支架；

图5示出了根据本发明的第二实施例的动压轴承电机的截面图；

图6示出了根据本发明的第三实施例的动压轴承电机的截面图；

图7示出了包括在图6的动压轴承电机中的衬套的透视图；

图8示出了根据本发明的第四实施例的动压轴承电机的截面图。

具体实施方式

现在将参照附图说明，其中在整个的不同的图中的相同的参考编号用于指定相同的或相似的部件。

下面将参照若干实施例来详细地说明本发明的动压轴承电机。

图3示出了根据本发明的第一实施例的动压轴承电机的截面图。该动压轴承电机包括圆柱形轴承支架30。该圆柱形轴承支架30具有中空部分，其中插入电机轴32。环形凸缘30a装在轴承支架30的外表面以支撑基板39。

此外，缠绕有线圈38的定子铁芯38a装到轴承支架30的外表面。

电机轴32插入到轴承支架30的中空部分，并且被烧结的保油轴承31在水平和垂直方向支撑。烧结的保油轴承31装在轴承支架30中以围绕电机轴32。

轴支架33装在电机轴32的上部。光学多面体35牢固地座在轴支架33的上部上。

转子外壳36装在轴支架33的下部。磁铁37以面对缠绕有线圈38的定子铁芯38a的方式附装在转子外壳36的内表面上。此时，在磁铁37和定子铁芯38a之间定义有预定的间隙。

第一实施例的动压轴承电机具有与传统的烧结的保油轴承电机相同的结构，除了该动压轴承电机还包括有附加动压力产生装置。

即，根据本发明，动压轴承电机具有附加动压力产生装置，用于当电机轴32旋转时产生动压力，从而使得电机轴32在高速下稳定地旋转。

附加动压力产生装置具有用于在围绕电机轴32旋转的转子单元和支撑旋转电机轴32的定子单元之间产生动压力的结构。在这种情况下，转子单元包括轴支架33、光学多面体35、磁铁37、和转子外壳36。定子单元包括烧结的保油轴承31、轴承支架30、基板39和定子铁芯38a。

在根据本发明的第一实施例的动压力轴承电机中，附加动压力产生装置的结构如下。即，如图4所示，在轴承支架30的外表面上形成有多个动压力产生槽30b，延伸部分33a形成在轴支架33以在与具有动压力产生槽30b的轴承支架30的外表面接触的同时支撑轴承支架30。

延伸部分33a具有从轴支架33向下延伸的圆柱形状，并且与槽30b保持细小的间隙以便延伸部分33a不与槽30b接触。

即，槽30b形成在轴承支架30的外表面上，并且延伸部分33a位于轴支架33以便在与槽30b间隔预定的间隙的同时包围槽30b，从而使得在电机旋转的时候通过槽30b和延伸部分33a产生气动动压力。

根据本发明的如此结构的电机的运转如下。首先，电流通过装在轴承支架30的外表面的基板39施加到缠绕在定子铁芯38a上的线圈38，在定子铁芯38a、线圈38、和附装在转子外壳36的磁铁37之间产生电磁力。通过电磁力，磁铁37、转子外壳36、轴支架33以及光学多面体35同时围绕着电机轴32旋转。此时，安装到电机轴32的外表面的烧结的保油轴承31在支撑电机轴32的同时，使得电机轴32顺畅地旋转。

此外，根据本发明的第一实施例，槽30b形成在轴承支架30的外表面上，所以当电机轴32旋转的时候，气流集中到槽30b，因此产生了气动动力压力。该气动动力压力使得轴支架33在与轴承支架30接触的同时顺畅地旋转。

这样，本发明的动压轴承电机被设计为使得槽30b形成在轴承支架30的上部的外表面上并且轴支架33被设置为包围具有槽30b的轴承支架30的外表面，同时还具有与传统的烧结的保油轴承电机几乎相同的结构。

此时，通过上述构造的轴承支架30和轴支架33产生动压力，从而避免了振动并且不会发生可观的成本，因此提高了电机的性能并延长了电机的寿命。

在本发明的第一实施例中，附加动压力产生装置被应用到通常的具有烧结的保油轴承31的烧结的保油轴承电机。但是，本发明的附加动压力产生装置可以应用到具有烧结的保油轴承之外的轴承的电机，通过将电机设计为使得槽形成在轴承支架上，并且延伸部分装在轴支架以支撑具有槽的轴承支架的外表面。

此外，在本发明的第一实施例中，槽30b形成在轴承支架30的外表面并且轴支架33的延伸部分包围槽30b。但是，槽还可以形成在轴支架33的延伸部分33a的内表面上，以替代形成在轴承支架30的外表面上的槽。即使槽形成在延伸部分33a的内表面上，也会有相同的效果。

图5示出了根据本发明的第二实施例的动压轴承电机的截面图，其中附加动压力产生装置被应用到了具有烧结的保油轴承之外的轴承的电机。该动压轴承电机包括圆柱形的轴承支架50、基板59、定子铁芯58a、轴支架53、以及光学多面体55。该圆柱形轴承支架50具有中空部分，其中插入电机轴52。环形凸缘50a装在轴承支架50的外表面以支撑基板59。线圈58缠绕定子铁芯58a。轴支架53装在电机轴52的上部。光学多面体55牢固地座在轴支架53上。

此外，转子外壳56装在轴支架53的下部。磁铁57以面对缠绕有线圈58的定子铁芯58a的方式附装在转子外壳56的内表面上。此时，在磁铁57和定子铁芯58a之间定义有预定的间隙。

轴承51装在轴承支架50的中空部分中以支撑电机轴52。在轴承支架50的外表面上形成有产生动压力的多个槽50b。延伸部分以这样的方式安装到轴支架53，即接触轴承支架50的形成有槽50b的外表面。

此时，轴承51不是烧结的保油轴承，而是通常类型的轴承。这样，根据本发明的第二实施例，可以将附加动压力产生装置应用到具有烧结的保油轴承之外的轴承的电机上，从而提供了各种易于制造，制造成本低，并且使得电机轴在高速稳定旋转的各种电机。

图6示出了根据本发明的第三实施例的动压轴承电机的截面图。该动压轴承电机包括圆柱形衬套40。该衬套40具有中空部分，其中插入了电机轴42。基板49安装到衬套40的外表面。定子组件48安装到衬套40的上部的外表面，并且包括缠绕有线圈的铁芯。

此外，‘＜’形状的第一槽41通过切割工艺形成在插入到衬套40中的电机轴42的上或下部，以产生动压力。

轴支架43安装在电机轴42的上部之上。光学多面体45牢固地座在轴支架43的上部。转子外壳46安装到轴支架43的下部。磁铁47以面对定子组件48的方式附装在转子外壳46的内表面上。在磁铁47和定子组件48之间具有预定的间隙。

本发明的第三实施例的动压轴承电机具有与传统的流体动力轴承电机相同的结构，除了它还包括有附加的动压力产生装置。

附加的动压力产生装置具有用于在围绕电机轴42旋转的转子单元和支撑旋转的电机轴42的定子单元之间产生动压力的结构。此时，转子单元包括轴支架43、光学多面体45、磁铁47和转子外壳46。定子单元40包括衬套40、基板49和定子组件48。

在根据本发明的第三实施例的动压轴承电机中，动压力产生装置的结构如下。即，如图7所示，多个产生动压力的第二槽40b形成在衬套40的外表面上，并且延伸部分43a装在轴支架43以在接触具有第二槽40b的衬套40的外表面的同时支撑衬套40。

延伸部分43a具有从轴支架43向下延伸的圆柱形状，并且保持了与槽40b的细小间隙，以便延伸部分43a不与槽40b接触。

即，第二槽40b形成在衬套40的外表面上，并且延伸部分43a位于轴支架43以在与第二槽40b间隔预定的间隙的同时包围第二槽40b，从而使得当电机旋转的时候，通过第二槽40b和延伸部分43a产生气动动压力。

在根据本发明的第三实施例的动压轴承电机中，在铁芯和组成定子组件48的线圈以及附装在转子外壳46的磁铁47之间产生电磁力。通过电磁力，磁铁47、转子外壳46、轴支架42和光学多面体45同时绕着电机轴42转动。此时，激光束被旋转的光学多面体45发射并反射。

在如此构造的流体动力轴承电机中，油(未示出)散布在电机轴42上形成的第一槽41。因此，当电机轴42旋转时，油集中在第一槽41中，从而产生油压力。该油压力使得电机轴42顺畅的旋转而不与衬套40接触。

此外，根据本发明的第三实施例，作为附加的动压力产生装置的第二槽40b形成在衬套上，并且延伸部分43a以与第二槽40b接触的方式设置在轴支架43。因此，当电机轴42旋转的时候，气流集中到第二槽40b，从而产生气动动压力。该气动动压力使得轴支架43顺畅地旋转而不会接触到衬套40。

这样，本发明的流体动力轴承电机被设计为使得第二槽40b形成在衬套40的上部的外表面上，并且轴支架43被设置为包围具有第二槽40b的衬套40的外表面，同时具有与传统的流体动力轴承电机几乎相同的结构。在本发明的如此构造的流体动力轴承电机中，具有第二槽40b的衬套40与轴支架43协作从而产生动压力，因此，避免了振动，还不会发生显著的费用，从而提高了电机的性能并延长了电机的寿命。

同时，根据电机轴是否能够旋转，流体动力轴承电机被分成两种，即，旋转轴型电机和固定轴型电机。可以将本发明应用到固定轴型电机以及旋转轴型电机。

图8示出了根据本发明的第四实施例的动压轴承电机的截面图，其中将附加动压力产生装置应用到了通常的固定轴型电机。该流体动力轴承电机包括定子单元和转子单元。定子单元包括壳体100、铁芯120、以及轴130。转子单元包括衬套110、轮毂140和磁铁150。

这种固定轴型流体动力轴承电机被设计为使得衬套110和轮毂140一体化地围绕着安装到壳体100的轴130旋转。在衬套110的内周和轴130之间定义有油间隙G，以在其中包含具有预定粘度的油。

衬套110可旋转地安装在轴130之上，圆盘形状的止推轴承160插入到轴130的上部和衬套110之间。轴130在其下端固定到壳体100的中心。

壳体100从围绕插入轴130的孔的部分向上突出预定的高度。缠绕有线圈的铁芯120装在壳体100内侧突出部分的表面上。

此时，用于产生动压力的第一槽(未示出)形成在止推轴承160的顶和底表面上，与上述的转轴型电机相同，因此在轴向上产生了流体动压力。

衬套110的顶端由盖板170盖住。该止推轴承160与盖板170的底部可旋转地接触。

此外，轮毂140安装到衬套110的上部的外表面，以便能够与衬套110一起旋转。磁铁150以面对铁芯120的方式附装在轮毂的内表面。

此外，在衬套110的内周、轴130以及止推轴承160之间定义有间隙G，从而在其中包含油。

在轮毂140的下部的外表面上形成有产生动压力的多个第二槽140a，以便在壳体100和轮毂140之间定义有细小的间隙。因此，当电机旋转的时候，通过槽140a和壳体100产生气动动压力。

如此构造的固定轴型流体动力轴承电机的运转如下。当电流施加到铁芯120的时候，在铁芯120和磁铁150之间产生预定量值的电磁力，所以磁铁150附装到的轮毂140旋转，此时，装在轮毂140的衬套110也绕着与壳体100一体的轴130旋转。

此时，通过在衬套110、轴130和止推轴承160之间定义的油间隙G来产生流体动压力，所以衬套110被旋转，同时它不会接触轴130。

此外，在轮毂140的下部的外表面上形成有产生动压力的第二槽140a，以便与壳体100的内表面接触，所以第二槽140a产生动压力，因此，使得轮毂140更加稳定的旋转。

如上所述，本发明提供了一种动压轴承电机，具有附加动压力产生装置，从而使得电机轴能够在高速下稳定地旋转，并且显著地减小了振动，从而提高了电机的性能和寿命。

此外，本发明提供了一种动压轴承电机，它易于制造并且制造成本低。

尽管以说明为目的公开了本发明的优选实施例，但是本技术领域中的普通技术人员可以理解，在不脱离所附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，可以对本发明进行各种修改、添加和替换。

Claims

1.一种动压轴承电机，包括：

电机轴；

支撑单元，用于支撑电机轴；

轴支架，安装到电机轴的末端；以及

附加的动压力产生装置，位于支撑单元和轴支架上；

其中附加的动压力产生装置包括：

槽，形成在支撑单元的外表面上以产生动压力，以及

延伸部分，位于轴支架上以支撑具有槽的支撑单元的外表面，同时与支撑单元的外表面接触。

2.根据权利要求1所述的动压轴承电机，其中

所述的支撑单元包括：轴承支架，位于第一轴承的外表面以包围第一轴承，所述的第一轴承用于支撑电机轴。

3.根据权利要求2所述的动压轴承电机，其中所述的第一轴承包括烧结的保油轴承。

4.根据权利要求1所述的动压轴承电机，其中所述的支撑单元包括衬套。

5.根据权利要求1所述的动压轴承电机，其中所述的支撑单元包括支撑电机轴的烧结的保油轴承。

6.一种动压轴承电机，包括：

电机轴；

第一轴承，用于支撑电机轴；

轴承支架，具有电机轴和第一轴承插入到其中的中空部分，具有形成在轴承支架的外表面上的槽以产生动压力；

基板，装在轴承支架的外表面以便在轴承支架的外表面支撑；

定子组件，安装到轴承支架的外表面；

轴支架，安装到电机轴之上，并且有以这样的方式设置的所述的延伸部分，它与具有槽的轴承支架的外表面接触，从而支撑轴承支架；

光学多面体，座在轴支架的上部上；

转子外壳，安装到轴承支架的下部分；以及

磁铁，以面对定子组件的方式附装在转子外壳的内表面，并且在定子组件和磁铁之间定义有预定的间隙。

7.根据权利要求6所述的动压轴承电机，其中所述的第一轴承包括烧结的保油轴承。

8.一种动压轴承电机，包括：

电机轴；

圆柱形的衬套，具有其中插入电机轴的中空部分，具有形成在衬套的外表面上的槽以产生动压力；

基板，安装到衬套的外表面；

定子组件，安装到衬套的外表面；

轴支架，装在电机轴之上并且具有延伸部分，所述的延伸部分与具有槽的衬套的外表面接触，从而支撑衬套；

光学多面体，座于轴支架的上部；

转子外壳，安装到轴支架的下部；以及

磁铁，以面对定子组件的方式附装在转子外壳的内表面上，并且在磁铁和定子组件之间定义有预定的间隙。

9.一种动压轴承电机，包括：

定子单元，包括：

电机轴；

壳体，电机轴安装到它；以及

定子组件，

转子单元，包括：

装在电机轴之上的衬套；

轮毂，装在衬套的外表面；以及

磁铁，以与定子组件间隔预定的间隙的方式装到轮毂的内表面，以及

附加动压力产生装置，装在定子单元和转子单元上；

其中附加动压力产生装置包括动压力产生槽，形成在轮毂的外表面上，所述轮毂的一部分容纳在壳体中。