廖雪華

（國(guó)家知識(shí)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(dòng)壓軸承馬達(dá)專利技術(shù)探析

廖雪華

（國(guó)家知識(shí)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(dòng)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(méi)有振動(dòng)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(jí)，要求放置在其中的硬盤(pán)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(pán)驅(qū)動(dòng)裝置的主軸電機(jī)已普遍采用液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)。文章統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)采用液壓軸承馬達(dá)的盤(pán)驅(qū)動(dòng)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(duì)液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)的技術(shù)發(fā)展以及專利申請(qǐng)方向進(jìn)行展望和預(yù)測(cè)。

液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)；專利；驅(qū)動(dòng)

1 液體動(dòng)壓軸承馬達(dá)的概況

液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)（Fluid Dynamic Bearing Motors）技術(shù)過(guò)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(dòng)壓軸承代替滾珠軸承。液態(tài)動(dòng)壓軸承(Fluid Dynamic Bearing，簡(jiǎn)稱FDB)技術(shù)誕生于50多年前，也可稱為液壓軸承、流體動(dòng)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(pán)主軸電機(jī)中。

硬盤(pán)主軸電機(jī)，即硬盤(pán)馬達(dá)，一直以來(lái)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(pán)的工作噪音比較大和運(yùn)行穩(wěn)定性差的問(wèn)題，這點(diǎn)在早期的7200RPM IDE硬盤(pán)身上得到了充分的體現(xiàn)。因此自2001年開(kāi)始，硬盤(pán)廠商開(kāi)始在IDE硬盤(pán)上應(yīng)用比較新的液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)技術(shù)。

液態(tài)動(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)軸承的功能，也就是說(shuō)它在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候并未出現(xiàn)金屬接觸，理論上就不會(huì)有磨損的問(wèn)題，將在根本上減小或消除振動(dòng)。這使得軸承能夠達(dá)到靜音運(yùn)作，并能夠有效吸收外來(lái)的震動(dòng)，保護(hù)軸承表面，使其能夠承受更大的撞擊力、延長(zhǎng)了壽命。目前，液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)除了用于硬盤(pán)，主要還用于散熱風(fēng)扇、陀螺儀、激光打印多面鏡以及對(duì)發(fā)熱和振動(dòng)要求較高的電機(jī)設(shè)備（見(jiàn)圖1）。

圖1 硬盤(pán)和風(fēng)扇中的液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)

2 中國(guó)專利文獻(xiàn)分析

液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)在專利的IPC分類中的H02K電機(jī)中沒(méi)有具體的分類號(hào)，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(hào)為輔。液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)專利分析主要研究國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)量、申請(qǐng)的國(guó)家和該領(lǐng)域重要的申請(qǐng)人。我國(guó)液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)專利從2002年開(kāi)始迅速增長(zhǎng)，在2004～2006年達(dá)到一個(gè)高峰段，此時(shí)液態(tài)動(dòng)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(gè)高峰，這個(gè)階段的專利大多是對(duì)液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)的密封和進(jìn)一步小型化的研發(fā)（見(jiàn)圖2）。

圖2 申請(qǐng)量隨時(shí)間的變化

在申請(qǐng)的專利文獻(xiàn)中，申請(qǐng)人所屬國(guó)家較為集中（見(jiàn)圖3）。我國(guó)專利申請(qǐng)中，日本申請(qǐng)人最多，其次為韓國(guó)，接下來(lái)是國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人。因而在今后相關(guān)案件的檢索過(guò)程中需重視對(duì)外文的檢索，并使用日本分類號(hào)FI、FT。同時(shí)，由于缺少準(zhǔn)確的IPC分類號(hào)，對(duì)于CNTXT的檢索很有必要。

圖3 專利申請(qǐng)國(guó)家

電學(xué)領(lǐng)域液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)專利主要的申請(qǐng)人中個(gè)人申請(qǐng)較少，大部分為公司申請(qǐng)，其中日本電產(chǎn)株式會(huì)社申請(qǐng)的專利最多。我國(guó)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(tái)灣地區(qū)的臺(tái)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(qǐng)量（見(jiàn)圖4）。

3 液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)專利的特點(diǎn)

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

液態(tài)動(dòng)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(duì)的第一微小間隙；外環(huán)件具有相對(duì)的表面和內(nèi)周表面，上述相對(duì)的表面跨過(guò)第二微小間隙與旋轉(zhuǎn)套筒的底表面的相對(duì)，而上述內(nèi)周表面跨過(guò)第三微小間隙與旋轉(zhuǎn)套筒的外周表面相對(duì)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(dòng)態(tài)壓力的流體，通常稱潤(rùn)滑流體（見(jiàn)圖5）。

圖4 專利申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人

圖5 液態(tài)動(dòng)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(huì)社、松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社、NTN株式會(huì)社、索尼公司和美蓓亞株式會(huì)社申請(qǐng)的液態(tài)動(dòng)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(huì)社（見(jiàn)圖6）和松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社（見(jiàn)圖7）兩家公司具有代表性的液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)，組成的部件相似，能夠找到對(duì)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(rùn)滑油的上表面。

圖6 日本電產(chǎn)株式會(huì)社

圖7 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社

主要的申請(qǐng)人中LG伊諾特有限公司和三星電子株式會(huì)社是韓國(guó)企業(yè)，LG伊諾特有限公司的液態(tài)動(dòng)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(dòng)。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(jiàn)圖8）。三星電子株式會(huì)社的結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯的特征，與松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社等較為相似。

圖8 LG伊諾特有限公司

美國(guó)的希捷科技有限公司是最早將液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)應(yīng)用于硬盤(pán)主軸電機(jī)中。該企業(yè)申請(qǐng)的專利分入G11B較多，其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，希捷科技的主軸電機(jī)普遍使用液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)。我國(guó)的橫店集團(tuán)東磁有限公司和臺(tái)灣的臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司，結(jié)構(gòu)上部件相對(duì)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(huì)社相對(duì)簡(jiǎn)單。

3.2 液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)專利對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)點(diǎn)

不同發(fā)明人申請(qǐng)的液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)專利在解決的技術(shù)問(wèn)題和達(dá)到技術(shù)效果都較為相似。與液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)中軸承的潤(rùn)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(rùn)滑流體的密封而申請(qǐng)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(lái)減少潤(rùn)滑流體的油霧散出的問(wèn)題；有的馬達(dá)工作環(huán)境對(duì)精密度要求較低，如散熱風(fēng)扇，用戶可以自己補(bǔ)充潤(rùn)滑流體即潤(rùn)滑油，因而有專利涉及如何設(shè)置潤(rùn)滑流體的流入通道，方便用戶添加潤(rùn)滑油；在電機(jī)工作過(guò)程中，潤(rùn)滑油可能產(chǎn)生氣泡，從而導(dǎo)致動(dòng)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(guò)在旋轉(zhuǎn)部設(shè)置抽送槽列或排氣通道，確保潤(rùn)滑油正常的工作；為了確保潤(rùn)滑油實(shí)現(xiàn)軸承功能，除了保證足量的潤(rùn)滑油，其清潔度也很重要，不能在潤(rùn)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(rùn)滑流體中，因而統(tǒng)計(jì)的申請(qǐng)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(chǔ)凹槽來(lái)儲(chǔ)存多余粘接劑防止其進(jìn)入潤(rùn)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(gè)行業(yè)的一個(gè)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(gè)方面，例如設(shè)計(jì)徑向動(dòng)壓槽減少動(dòng)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(dòng)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(dòng)壓軸承馬達(dá)相關(guān)的專利中，對(duì)于馬達(dá)和盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置的連接的改進(jìn)也占有一定份額，例如對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)的控制、旋轉(zhuǎn)盤(pán)和主軸電機(jī)的壓緊器的改進(jìn)。

由此可見(jiàn)，液態(tài)動(dòng)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(jiǎn)化裝配過(guò)程和少部分改進(jìn)材料來(lái)增強(qiáng)部件強(qiáng)度的方法專利。統(tǒng)計(jì)分類號(hào)，發(fā)現(xiàn)與IPC分類號(hào)即電機(jī)領(lǐng)域較為密切相關(guān)的IPC分類號(hào)為H02K5/00和H02K7/00這兩個(gè)大組，特別是H02K5/00機(jī)殼、外罩、支承物，該分類號(hào)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(hào)對(duì)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(shí)候要注重使用FT分類號(hào)。

4 結(jié)束語(yǔ)

液態(tài)動(dòng)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(shì)顯而易見(jiàn)。主要優(yōu)勢(shì)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(wèn)題；減少震動(dòng)，油膜可有效地吸收震動(dòng)，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(dòng)壓軸承馬達(dá)技術(shù)越來(lái)越成熟，在以后將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。文章主要是通過(guò)對(duì)實(shí)際案例的審查和檢索學(xué)習(xí)到的關(guān)于液態(tài)動(dòng)壓軸承馬達(dá)相關(guān)專利的認(rèn)識(shí)和心得體會(huì)，由于對(duì)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(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完全準(zhǔn)確性，對(duì)統(tǒng)計(jì)出來(lái)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

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2096-2789（2016）12-0028-03