液體動壓軸承馬達(dá)專利技術(shù)探析

廖雪華

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 510530）

液體動壓軸承馬達(dá)專利技術(shù)探析

廖雪華

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 510530）

液態(tài)動壓軸承馬達(dá)（Fluid Dynamic Bearing Motors）使用流體層實(shí)現(xiàn)軸承功能，有利于實(shí)現(xiàn)裝置的實(shí)現(xiàn)小型化、薄型化以沒有振動噪聲高精度進(jìn)行回轉(zhuǎn)。隨著便攜式信息終端機(jī)器的普級，要求放置在其中的硬盤裝置等信息記錄再現(xiàn)裝置實(shí)現(xiàn)小型化、薄型化，因而盤驅(qū)動裝置的主軸電機(jī)已普遍采用液態(tài)動壓軸承馬達(dá)。文章統(tǒng)計(jì)國內(nèi)采用液壓軸承馬達(dá)的盤驅(qū)動裝置的相關(guān)專利，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析專利文件，并對液態(tài)動壓軸承馬達(dá)的技術(shù)發(fā)展以及專利申請方向進(jìn)行展望和預(yù)測。

液態(tài)動壓軸承馬達(dá)；專利；驅(qū)動

1 液體動壓軸承馬達(dá)的概況

液態(tài)動壓軸承馬達(dá)（Fluid Dynamic Bearing Motors）技術(shù)過去一直被應(yīng)用于精密機(jī)械工業(yè)，其技術(shù)核心是用液態(tài)動壓軸承代替滾珠軸承。液態(tài)動壓軸承(Fluid Dynamic Bearing，簡稱FDB)技術(shù)誕生于50多年前，也可稱為液壓軸承、流體動力軸承、液態(tài)軸承等。早期應(yīng)用于陀螺儀高精度儀器以及潛艇中要求低噪聲的機(jī)械環(huán)節(jié)。液態(tài)軸承技術(shù)在l997年首先被Seagate公司（希捷公司）引入硬盤主軸電機(jī)中。

硬盤主軸電機(jī)，即硬盤馬達(dá)，一直以來都在使用普通的滾珠軸承。這種軸承馬達(dá)應(yīng)用了數(shù)十年，其具有硬盤的工作噪音比較大和運(yùn)行穩(wěn)定性差的問題，這點(diǎn)在早期的7200RPM IDE硬盤身上得到了充分的體現(xiàn)。因此自2001年開始，硬盤廠商開始在IDE硬盤上應(yīng)用比較新的液態(tài)動壓軸承馬達(dá)技術(shù)。

液態(tài)動壓軸承馬達(dá)跟傳統(tǒng)鋼珠型軸承主軸馬達(dá)不同之處在于它使用油膜取代傳統(tǒng)的鋼珠，由很薄的流體層來實(shí)現(xiàn)軸承的功能，也就是說它在轉(zhuǎn)動的時候并未出現(xiàn)金屬接觸，理論上就不會有磨損的問題，將在根本上減小或消除振動。這使得軸承能夠達(dá)到靜音運(yùn)作，并能夠有效吸收外來的震動，保護(hù)軸承表面，使其能夠承受更大的撞擊力、延長了壽命。目前，液態(tài)動壓軸承馬達(dá)除了用于硬盤，主要還用于散熱風(fēng)扇、陀螺儀、激光打印多面鏡以及對發(fā)熱和振動要求較高的電機(jī)設(shè)備（見圖1）。

圖1 硬盤和風(fēng)扇中的液態(tài)動壓軸承馬達(dá)

2 中國專利文獻(xiàn)分析

液態(tài)動壓軸承馬達(dá)在專利的IPC分類中的H02K電機(jī)中沒有具體的分類號，檢索發(fā)現(xiàn)其分類大多依據(jù)具體改進(jìn)的結(jié)構(gòu)所在的位置進(jìn)行分類。因此本次檢索以關(guān)鍵詞為主，分類號為輔。液態(tài)動壓軸承馬達(dá)專利分析主要研究國內(nèi)專利申請量、申請的國家和該領(lǐng)域重要的申請人。我國液態(tài)動壓軸承馬達(dá)專利從2002年開始迅速增長，在2004～2006年達(dá)到一個高峰段，此時液態(tài)動壓軸承的基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)趨于完善，在2010～2012年達(dá)到另一個高峰，這個階段的專利大多是對液態(tài)動壓軸承馬達(dá)的密封和進(jìn)一步小型化的研發(fā)（見圖2）。

圖2 申請量隨時間的變化

在申請的專利文獻(xiàn)中，申請人所屬國家較為集中（見圖3）。我國專利申請中，日本申請人最多，其次為韓國，接下來是國內(nèi)申請人。因而在今后相關(guān)案件的檢索過程中需重視對外文的檢索，并使用日本分類號FI、FT。同時，由于缺少準(zhǔn)確的IPC分類號，對于CNTXT的檢索很有必要。

圖3 專利申請國家

電學(xué)領(lǐng)域液態(tài)動壓軸承馬達(dá)專利主要的申請人中個人申請較少，大部分為公司申請，其中日本電產(chǎn)株式會社申請的專利最多。我國的橫店集團(tuán)東磁有限公司、鴻海精密工業(yè)股份有限公司和臺灣地區(qū)的臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司、建準(zhǔn)電機(jī)工業(yè)股份有限公司都具有一定的申請量（見圖4）。

3 液態(tài)動壓軸承馬達(dá)專利的特點(diǎn)

3.1 不同申請人的液態(tài)動壓軸承馬達(dá)基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

液態(tài)動壓軸承馬達(dá)的基本結(jié)構(gòu)，包括固定軸、旋轉(zhuǎn)套筒和外環(huán)件。旋轉(zhuǎn)套筒具有與固定軸的一周表面相對的第一微小間隙；外環(huán)件具有相對的表面和內(nèi)周表面，上述相對的表面跨過第二微小間隙與旋轉(zhuǎn)套筒的底表面的相對，而上述內(nèi)周表面跨過第三微小間隙與旋轉(zhuǎn)套筒的外周表面相對并固定設(shè)置。第一、第二和第三微小間隙裝滿一種產(chǎn)生動態(tài)壓力的流體，通常稱潤滑流體（見圖5）。

圖4 專利申請的主要申請人

圖5 液態(tài)動壓軸承馬達(dá)的基本結(jié)構(gòu)（希捷科技）

日本電產(chǎn)株式會社、松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社、NTN株式會社、索尼公司和美蓓亞株式會社申請的液態(tài)動壓軸承馬達(dá)的結(jié)構(gòu)上都較為相似。日本電產(chǎn)株式會社（見圖6）和松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社（見圖7）兩家公司具有代表性的液態(tài)動壓軸承馬達(dá)，組成的部件相似，能夠找到對應(yīng)關(guān)系，如都具有與軸部固定配合或一體成形的上止推部和下止推部，也具有帽部件用于密封潤滑油的上表面。

圖6 日本電產(chǎn)株式會社

圖7 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社

主要的申請人中LG伊諾特有限公司和三星電子株式會社是韓國企業(yè)，LG伊諾特有限公司的液態(tài)動壓軸承馬達(dá)在主軸電機(jī)的軸承座中彎曲的弧形部分處或者弧形彎曲單元外側(cè)的芯體固定件上設(shè)置吸力磁體，根據(jù)吸力磁體的布置，轉(zhuǎn)軸可以在軸承中沿轉(zhuǎn)子的軸向豎直地移動。在弧形彎曲單元外側(cè)的芯體固定件42上設(shè)置有吸力磁體50（見圖8）。三星電子株式會社的結(jié)構(gòu)沒有明顯的特征，與松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社等較為相似。

圖8 LG伊諾特有限公司

美國的希捷科技有限公司是最早將液態(tài)動壓軸承馬達(dá)應(yīng)用于硬盤主軸電機(jī)中。該企業(yè)申請的專利分入G11B較多，其結(jié)構(gòu)較為簡單，希捷科技的主軸電機(jī)普遍使用液態(tài)動壓軸承馬達(dá)。我國的橫店集團(tuán)東磁有限公司和臺灣的臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司，結(jié)構(gòu)上部件相對地更接近于希捷科技的結(jié)構(gòu)類似，部件比日本電產(chǎn)株式會社相對簡單。

3.2 液態(tài)動壓軸承馬達(dá)專利對現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)點(diǎn)

不同發(fā)明人申請的液態(tài)動壓軸承馬達(dá)專利在解決的技術(shù)問題和達(dá)到技術(shù)效果都較為相似。與液態(tài)動壓軸承馬達(dá)中軸承的潤滑油相關(guān)的專利占有很大比重，各企業(yè)中都有為實(shí)現(xiàn)潤滑流體的密封而申請的專利，采取的技術(shù)有設(shè)置帽部件、減少邊緣處槽的尺寸、設(shè)置專門的輔助槽、采用疏油劑或用粘接劑保證軸部和殼體的連接等。這類專利涉及主軸電機(jī)的氣密性，采用專門的密封件來減少潤滑流體的油霧散出的問題；有的馬達(dá)工作環(huán)境對精密度要求較低，如散熱風(fēng)扇，用戶可以自己補(bǔ)充潤滑流體即潤滑油，因而有專利涉及如何設(shè)置潤滑流體的流入通道，方便用戶添加潤滑油；在電機(jī)工作過程中，潤滑油可能產(chǎn)生氣泡，從而導(dǎo)致動壓軸承中實(shí)現(xiàn)軸承作用的流體薄層不理想，相關(guān)專利通過在旋轉(zhuǎn)部設(shè)置抽送槽列或排氣通道，確保潤滑油正常的工作；為了確保潤滑油實(shí)現(xiàn)軸承功能，除了保證足量的潤滑油，其清潔度也很重要，不能在潤滑油中混有粒子。在部件焊接環(huán)節(jié)形成的微小金屬粒子易附著在部件表面，成為污染源或者粘接劑進(jìn)入潤滑流體中，因而統(tǒng)計(jì)的申請專利中用激光處理方法清潔焊接產(chǎn)生的微粒，有形成粘接劑存儲凹槽來儲存多余粘接劑防止其進(jìn)入潤滑流體，有的還在凹槽外周涂敷疏油膜。

馬達(dá)的小型化和薄型化，也是這個行業(yè)的一個不斷努力創(chuàng)新的方向。所采取的技術(shù)手段涉及馬達(dá)的各個方面，例如設(shè)計(jì)徑向動壓槽減少動壓軸承的軸向尺寸，調(diào)整定子鐵芯與轉(zhuǎn)子磁體的高度位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)薄型化，形成微小間隙進(jìn)一步縮小形成動壓軸承的套筒的尺寸，電路板連接結(jié)構(gòu)的改進(jìn)等。液態(tài)動壓軸承馬達(dá)相關(guān)的專利中，對于馬達(dá)和盤驅(qū)動裝置的連接的改進(jìn)也占有一定份額，例如對于轉(zhuǎn)臺的控制、旋轉(zhuǎn)盤和主軸電機(jī)的壓緊器的改進(jìn)。

由此可見，液態(tài)動壓軸承馬達(dá)專利涉及方面較廣，但其要求保護(hù)主題大多為產(chǎn)品，有一部分簡化裝配過程和少部分改進(jìn)材料來增強(qiáng)部件強(qiáng)度的方法專利。統(tǒng)計(jì)分類號，發(fā)現(xiàn)與IPC分類號即電機(jī)領(lǐng)域較為密切相關(guān)的IPC分類號為H02K5/00和H02K7/00這兩個大組，特別是H02K5/00機(jī)殼、外罩、支承物，該分類號涉及軸承支承裝置H02K5/16和軸的密封H02K5/124占有很達(dá)比重。由于該領(lǐng)域日本專利很多，且與H02K5/00相關(guān)的FT分類號對于軸承和軸的密封等特征具有多方面的分類，在實(shí)際案例檢索的時候要注重使用FT分類號。

4 結(jié)束語

液態(tài)動壓軸承馬達(dá)與傳統(tǒng)的滾珠軸承馬達(dá)相比，液態(tài)軸承的優(yōu)勢顯而易見。主要優(yōu)勢有：減少噪聲和降低溫度，降低因金屬磨擦而產(chǎn)生的噪聲和發(fā)熱問題；減少震動，油膜可有效地吸收震動，使設(shè)備的抗震能力得到提高；減少磨損，提高設(shè)備的工作可靠性和使用壽命。隨著液態(tài)動壓軸承馬達(dá)技術(shù)越來越成熟，在以后將得到越來越廣泛的應(yīng)用。文章主要是通過對實(shí)際案例的審查和檢索學(xué)習(xí)到的關(guān)于液態(tài)動壓軸承馬達(dá)相關(guān)專利的認(rèn)識和心得體會，由于對現(xiàn)有技術(shù)的學(xué)習(xí)還不夠深入，在進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完全準(zhǔn)確性，對統(tǒng)計(jì)出來結(jié)果的歸納可能還不具備代表性，希望各位讀者可以進(jìn)一步的探討。

TH137.51

A

2096-2789（2016）12-0028-03