專利名稱：復合式磁懸浮硬盤驅動器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種復合式磁懸浮硬盤驅動器。
背景技術：
計算機系統中最主要的幾個組件包括CPU、顯卡、主板、內存和硬盤。唯一只有硬盤是依靠機械方式來進行數據讀寫的，而機械系統運動的速度要遠遠慢于電路系統。因此，硬盤的讀寫速度成為進一步提高計算機速度的瓶頸。加快主軸的轉速可以提高硬盤的讀寫速度，但會導致硬盤機械系統的發熱、磨損、振動和噪音等問題。磁懸浮硬盤以磁力將硬盤盤片處于懸浮狀態，避免了上述問題，為硬盤提高主軸轉速提供了極大的空間。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種復合式磁懸浮硬盤驅動器。磁懸浮硬盤驅動器是利用磁力軸承的工作原理，用磁力軸承替代原來硬盤驅動器的主軸軸承，而硬盤驅動器其它的機構的結構及其工作原理均保持不變。
本發明的設計原理是在轉軸3徑向方向上，利用兩永磁鐵同性相斥所產生的斥力使轉軸3的軸線與永磁環13的軸線保持同心；在轉軸3軸向方向上，利用兩永磁鐵同性相斥所產生的斥力和受電流控制的電磁吸力，使轉軸3在其軸線方向上的受力達到平衡，使硬盤盤片處于懸浮狀態下旋轉，避免機械系統的發熱、磨損、振動和噪音等問題。為了控制硬盤盤片的旋轉姿態，由位移傳感器監測硬盤盤片的旋轉姿態，以計算機控制通過各個盤片軸承線圈的電流，調節各個盤片軸承所產生的電磁力的大小，保證硬盤盤片始終按要求的姿態旋轉。同時，通過消除硬盤盤片高速旋轉時與空氣摩擦所產生的靜電的措施，避免磁懸浮硬盤受靜電的干擾，提高了硬盤工作的可靠性。
本發明解決其技術問題的技術方案是包括盤片電機，硬盤盤片，轉軸及其支承、控制機構，測定硬盤盤片空間姿態的位移傳感器，以及由導電液和懸空地浸在其中的導電針構成的防靜電機構。支承機構是磁力軸承，其包括由永磁環、永磁錐盤組成的斥力型被動錐度徑向軸承，以及由鐵芯、線圈組成的盤片軸承。轉軸的上端、中部、下端頭分別與托盤、永磁錐盤、導電針固連，下部與彈性擋圈嵌連。永磁環、定子和盤片軸承裝在機座上，轉子裝在轉盤上，轉盤與轉軸的軸體固連。
本發明與現有技術相比，磁懸浮硬盤用磁力軸承替代原來硬盤驅動器的主軸軸承，以磁力將硬盤盤片完全懸浮于空間，避免了硬盤機械系統的發熱、磨損、振動和噪音等問題，為硬盤提高主軸轉速提供了極大的空間。


圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是圖1中彈性擋圈9接觸到底座8時的位置示意圖，本圖拆去了硬盤盤片1、壓盤2和托盤4零件。
圖3是圖1中鐵芯(6)、線圈(7)和位移傳感器(18)的平面位置示意圖。
圖4是圖3的A-A剖視圖，圖中彈性擋圈9處于懸浮狀態。本圖拆去了硬盤盤片1、壓盤2和托盤4零件。
具體實施例方式
本發明是一種復合式磁懸浮硬盤驅動器，其結構如圖1、圖2所示包括盤片電機，硬盤盤片1，轉軸3及其支承、控制機構，測定硬盤盤片1空間姿態的位移傳感器18，以及由導電液12和懸空地浸在其中的導電針10構成的防靜電機構。支承機構是磁力軸承，其包括由永磁環13、永磁錐盤14組成的斥力型被動錐度徑向軸承，以及由鐵芯6、線圈7組成的盤片軸承。轉軸3的上端、中部、下端頭分別與托盤4、永磁錐盤14、導電針10固連，下部與彈性擋圈9嵌連。永磁環13、定子15和盤片軸承裝在機座8上，轉子17裝在轉盤5上，轉盤5與轉軸3的軸體固連。
如圖3所示盤片軸承有4個，沿機座8的圓周方向均勻分布，兩兩相距90°。它們用以約束硬盤盤片1的旋轉姿態，即繞x、y坐標軸的2個轉動自由度，沿z坐標方向的1個移動自由度。在x-y平面上，x軸線上的兩個盤片軸承一起實現硬盤盤片1的差動控制，y軸線上的兩個盤片軸承一起實現硬盤盤片1的差動控制；并且與永磁部件一起約束沿z坐標方向的1個移動自由度。
位移傳感器18有3個，它們沿著機座8的圓周方向分布，并且不在一條直線上(見圖3)，這樣可以測量確定一個平面空間姿態，由此可滿足硬盤盤片1空間姿態的測定要求。硬盤盤片1可由壓盤2固連于托盤4上。
隔磁罩16將定子15與機座8隔開，同時可避免同鐵芯6、線圈7產生電磁干擾。
導電液12裝于導電液盒11內，導電液盒11的外殼與機座8的底部相連。
下面結合附圖簡述一下本發明的工作過程。
在非工作狀態即硬盤盤片1未運行時，轉軸3不旋轉，此時，轉軸3在永磁環13和永磁錐盤14所產生的斥力作用下向上移動，直至彈性擋圈9與機座8下部相接觸(見圖2)。
在工作狀態時，轉軸3在盤片軸承所產生的電磁力的作用下向下移動，電磁力的大小由通過線圈7中的電流決定，在控制系統的控制下，電磁力與斥力相平衡，使彈性擋圈9懸浮在機座8下方(見圖4)，同時盤片電機驅動轉軸3帶動硬盤盤片1旋轉。
當盤片電機有電流的情況下，電機定子15與轉子17之間產生旋轉磁場，轉盤5和轉軸3在旋轉磁場的驅動下旋轉，于是硬盤盤片1處于磁懸浮工作狀態。同時，位移傳感器18測量出轉盤5的空間姿態，通過由A/D、DSP、D/A及功率放大器組成的控制系統(參見ZL02115474.0“磁懸浮硬盤驅動器的防靜電技術”)，輸出盤片軸承的控制電流，電流在盤片軸承中產生電磁力，使硬盤盤片1隨時處于理想的懸浮狀態。
在硬盤盤片1高速旋轉時，其與空氣摩擦所產生的靜電通過轉軸3、導電針10、導電液12和導電液盒11構成的靜電釋放通道釋放，從而能夠避免損壞硬盤或者降低硬盤讀寫數據的可靠性。轉軸3、導電針10和電液盒11均由良好的導電材料制造，導電液由潤滑油添加具有導電性的物質組成(參見ZL02115474.0“磁懸浮硬盤驅動器的防靜電技術”)。
本實施例中未涉及的硬盤驅動器的其它機構，其結構及工作原理均同現有技術。
權利要求
1.一種復合式磁懸浮硬盤驅動器，包括盤片電機，硬盤盤片(1)，轉軸(3)及其支承、控制機構，測定硬盤盤片(1)空間姿態的位移傳感器(18)，以及由導電液(12)和懸空地浸在其中的導電針(10)構成的防靜電機構，其特征是支承機構是磁力軸承，其包括由永磁環(13)、永磁錐盤(14)組成的斥力型被動錐度徑向軸承，以及由鐵芯(6)、線圈(7)組成的盤片軸承；轉軸(3)的上端、中部、下端頭分別與托盤(4)、永磁錐盤(14)、導電針(10)固連，下部與彈性擋圈(9)嵌連；永磁環(13)、定子(15)和盤片軸承裝在機座(8)上，轉子(17)裝在轉盤(5)上，轉盤(5)與轉軸(3)的軸體固連。
2.根據權利要求1所述的復合式磁懸浮硬盤驅動器，其特征在于盤片軸承有4個，沿機座(8)的圓周方向均勻分布，兩兩相距90°。
3.根據權利要求1所述的復合式磁懸浮硬盤驅動器，其特征是位移傳感器(18)有3個，它們沿著機座(8)的圓周方向分布，并且不在一條直線上。
4.根據權利要求1所述的復合式磁懸浮硬盤驅動器，其特征是在定子(15)和機座(8)之間設有隔磁罩(16)。
5.根據權利要求1所述的復合式磁懸浮硬盤驅動器，其特征在于硬盤盤片(1)由壓盤(2)固連于托盤(4)上。
6.根據權利要求1所述的復合式磁懸浮硬盤驅動器，其特征是導電液(12)裝于導電液盒(11)內，導電液盒(11)的外殼與機座(8)的底部相連。
全文摘要
復合式磁懸浮硬盤驅動器，其包括盤片電機，硬盤盤片(1)，轉軸(3)及其支承、控制機構，測定硬盤盤片空間姿態的位移傳感器(18)，以及由導電液(12)和導電針(10)構成的防靜電機構。支承機構是磁力軸承，其包括由永磁環(13)、永磁錐盤(14)組成的斥力型被動錐度徑向軸承和由鐵芯(6)、線圈(7)組成的盤片軸承；轉軸的上端、中部、下端頭分別與托盤(4)、永磁錐盤、導電針固連，下部與彈性擋圈(9)嵌連；永磁環(13)、定子(15)和盤片軸承裝在機座(8)上，轉子(17)裝在與轉軸軸體相連的轉盤(5)上。本發明避免了硬盤機械系統的發熱、磨損、振動和噪音等問題，為硬盤提高主軸轉速提供了極大的空間。
文檔編號H02K7/09GK1606084SQ20041006103
公開日2005年4月13日 申請日期2004年11月2日 優先權日2004年11月2日
發明者王曉光, 江征風, 胡業發, 周祖德 申請人:武漢理工大學