[发明专利]轴承组件,使用其的电气马达,及旋转盘数据存储设备

说明书

本发明涉及用于支承可旋转组件的轴承，并且尤其涉及盘驱动器的致动器和主轴所使用的轴承。

现代计算机系统的扩展数据存储需要大容量的海量数据存储器。一种常用的存储设备是旋转磁盘机。

一个盘驱动器通常包含一个或多个刚性连接在公用主轴上的光滑平盘。各盘互相平行地堆叠在该主轴上，并且留有间隔从而它们不会接触。通过主轴马达各盘和主轴按恒速一同旋转。

每片盘是由在中心具有一个为主轴准备的孔的固体盘状基底或基片构成的。尽管基片可能是玻璃、陶瓷、塑料或其它材料，但通常基片是铝制的。基片涂复着一薄层能磁化的材料，并且可能另外还涂复着保护层。

数据记录在各磁盘表面上的可磁化层中。为了做到这一点，在该可磁化层中形成表示数据的微小磁化模式。通常把数据模式排列在环状同心道上。各条道进一步划分成为一些扇区。从而每个扇区构成一段圆弧，一个道上的所有扇区组成一个圆。

可移动致动器把传感器头定位在表面上的数据附近以读写数据。尽管较早的磁盘机设计采用沿直线轨迹前后移动的线性致动器，现在生产的大多数磁盘机采用沿一条轴转动的旋转式致动器。旋转式致动器好比唱机的(phonograph player)的拾音器臂，而磁头好比唱针一样。

对每个含有数据的盘表面存在一个传感器头。传感器头是一个在其上安装着磁性读/写传感器的空气动力形材料(通常是陶瓷)块。该块，或浮动块，当磁盘旋转时在离盘表面距离很近的上方飞行。为使传感器能对可磁化材料的数据模式进行读或写，对盘表面的精细靠近度是关键性的。存在着对传感器的几种不同设计，并且在某些情况下读传感器是和写传感器分开的。

典型地一个旋转致动器包括一个靠近带有朝着磁盘延伸的多个梳状臂的轴的固体块，一组连接在各臂上的悬架以及在轴的相反侧上的电磁马达。传感器头附着在悬架上，每个悬架带有一个磁头。致动器马达转动致动器，以把磁头定位在所要求的数据磁道上。一旦把磁头定位在该磁道上，磁盘的等速旋转最终将使所要求的扇区与磁头相邻，从而可以读或写数据。

随着计算机系统变得更强大、更快和更可靠，相应地增加了对改进型存储设备的需求。这些所需的改进有几种形式。所需的是降低成本、增大数据容量、提高驱动器运行的速度、减少电功率消耗并且提高机械冲击下和其它干扰下的磁盘机的弹性。

尤其，要求减小磁盘机的物理尺寸。在某种程度上，尺寸的减小可能对上述目标中的一部分有作用。但是同时，减小磁盘机的尺寸是它自身的要求。减小的尺寸使得把磁盘机包含在可移动应用范围内，如膝上计算机、便携寻呼机和智能卡，是切实可行的。

尺寸减小的一个例子是对磁盘机应用PCMCIA Type II标准。该标准最初是用于半导体插入设备的。随着小型化技术的改进，将有可能在符合PCMCIA Type II标准下构造磁盘机。

为了缩小磁盘机的尺寸，必须尽可能地减小各部件的尺寸。此外，由于PCMCIA Type II标准以及许多其它小形状因素机构是用于可移动应用的，必须使得这些机构能够忍受比如磁盘机落到硬地板上时可能出现的强机械冲击。设计成应用于桌上的常规磁盘机对冲击损害是敏感的。随着可移动应用变为更重要，需要寻求新的设计技术，以便得到尺寸和功能的减小、使小型化部件的组合件切实可行并且当遭受机械冲击时保护磁盘机免受损害。

常规地，可旋转磁盘的主轴组件和旋转致动器组件是由多组安装在环形轴承圈内的球轴承支承的。典型地，两组轴承用于盘主轴并且两组轴承用于旋转致动器。为了提供更大的稳定性，支承一特定组件的两组轴承在轴向是分离的。零件的数量增加了缩小轴承组件尺寸的难度。此外，当为小形状因素磁盘进行小型化设计时，各个滚珠变得特别小并且变得对机械冲击是敏感的。最后，多个滚珠造成明显的轴承阻力和机械滞后，后者对于经常改变方向的旋转致动器尤其是很麻烦的。

已经提出通过采用液体或流体轴承来处理主轴的轴承的小型化问题。这种轴承设计可潜在地减少零件，允许更大的速度和保证主轴轴承的抗冲击性。但是，在这种受限的空间中油的容器是一个主要问题，并且尚未完全克服。此外，液体轴承的正常运行需要连续高速旋转。典型地按高恒速旋转的磁盘主轴可能成为合适的应用对象。但是旋转磁盘的致动器通常沿短弧线来回移动。磁盘致动器的运动通常不能产生支持液体轴承的足够液压，从而液体轴承不适用于磁盘致动器组件。

因此，本发明的一个目的是提供一种支承可转动组件的增强型轴承。

本发明的另一个目的是提供一种增强型盘驱动器存储设备。

本发明的另一个目的是降低盘驱动器存储设备的成本。