液体动压轴承马达专利技术探析

廖雪华

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510530）

液体动压轴承马达专利技术探析

廖雪华

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510530）

液态动压轴承马达（Fluid Dynamic Bearing Motors）使用流体层实现轴承功能，有利于实现装置的实现小型化、薄型化以没有振动噪声高精度进行回转。随着便携式信息终端机器的普级，要求放置在其中的硬盘装置等信息记录再现装置实现小型化、薄型化，因而盘驱动装置的主轴电机已普遍采用液态动压轴承马达。文章统计国内采用液压轴承马达的盘驱动装置的相关专利，根据统计结果分析专利文件，并对液态动压轴承马达的技术发展以及专利申请方向进行展望和预测。

液态动压轴承马达；专利；驱动

1 液体动压轴承马达的概况

液态动压轴承马达（Fluid Dynamic Bearing Motors）技术过去一直被应用于精密机械工业，其技术核心是用液态动压轴承代替滚珠轴承。液态动压轴承(Fluid Dynamic Bearing，简称FDB)技术诞生于50多年前，也可称为液压轴承、流体动力轴承、液态轴承等。早期应用于陀螺仪高精度仪器以及潜艇中要求低噪声的机械环节。液态轴承技术在l997年首先被Seagate公司（希捷公司）引入硬盘主轴电机中。

硬盘主轴电机，即硬盘马达，一直以来都在使用普通的滚珠轴承。这种轴承马达应用了数十年，其具有硬盘的工作噪音比较大和运行稳定性差的问题，这点在早期的7200RPM IDE硬盘身上得到了充分的体现。因此自2001年开始，硬盘厂商开始在IDE硬盘上应用比较新的液态动压轴承马达技术。

液态动压轴承马达跟传统钢珠型轴承主轴马达不同之处在于它使用油膜取代传统的钢珠，由很薄的流体层来实现轴承的功能，也就是说它在转动的时候并未出现金属接触，理论上就不会有磨损的问题，将在根本上减小或消除振动。这使得轴承能够达到静音运作，并能够有效吸收外来的震动，保护轴承表面，使其能够承受更大的撞击力、延长了寿命。目前，液态动压轴承马达除了用于硬盘，主要还用于散热风扇、陀螺仪、激光打印多面镜以及对发热和振动要求较高的电机设备（见图1）。

图1 硬盘和风扇中的液态动压轴承马达

2 中国专利文献分析

液态动压轴承马达在专利的IPC分类中的H02K电机中没有具体的分类号，检索发现其分类大多依据具体改进的结构所在的位置进行分类。因此本次检索以关键词为主，分类号为辅。液态动压轴承马达专利分析主要研究国内专利申请量、申请的国家和该领域重要的申请人。我国液态动压轴承马达专利从2002年开始迅速增长，在2004～2006年达到一个高峰段，此时液态动压轴承的基础技术已经趋于完善，在2010～2012年达到另一个高峰，这个阶段的专利大多是对液态动压轴承马达的密封和进一步小型化的研发（见图2）。

图2 申请量随时间的变化

在申请的专利文献中，申请人所属国家较为集中（见图3）。我国专利申请中，日本申请人最多，其次为韩国，接下来是国内申请人。因而在今后相关案件的检索过程中需重视对外文的检索，并使用日本分类号FI、FT。同时，由于缺少准确的IPC分类号，对于CNTXT的检索很有必要。

图3 专利申请国家

电学领域液态动压轴承马达专利主要的申请人中个人申请较少，大部分为公司申请，其中日本电产株式会社申请的专利最多。我国的横店集团东磁有限公司、鸿海精密工业股份有限公司和台湾地区的台达电子工业股份有限公司、建准电机工业股份有限公司都具有一定的申请量（见图4）。

3 液态动压轴承马达专利的特点

3.1 不同申请人的液态动压轴承马达基本结构特点

液态动压轴承马达的基本结构，包括固定轴、旋转套筒和外环件。旋转套筒具有与固定轴的一周表面相对的第一微小间隙；外环件具有相对的表面和内周表面，上述相对的表面跨过第二微小间隙与旋转套筒的底表面的相对，而上述内周表面跨过第三微小间隙与旋转套筒的外周表面相对并固定设置。第一、第二和第三微小间隙装满一种产生动态压力的流体，通常称润滑流体（见图5）。

图4 专利申请的主要申请人

图5 液态动压轴承马达的基本结构（希捷科技）

日本电产株式会社、松下电器产业株式会社、NTN株式会社、索尼公司和美蓓亚株式会社申请的液态动压轴承马达的结构上都较为相似。日本电产株式会社（见图6）和松下电器产业株式会社（见图7）两家公司具有代表性的液态动压轴承马达，组成的部件相似，能够找到对应关系，如都具有与轴部固定配合或一体成形的上止推部和下止推部，也具有帽部件用于密封润滑油的上表面。

图6 日本电产株式会社

图7 松下电器产业株式会社

主要的申请人中LG伊诺特有限公司和三星电子株式会社是韩国企业，LG伊诺特有限公司的液态动压轴承马达在主轴电机的轴承座中弯曲的弧形部分处或者弧形弯曲单元外侧的芯体固定件上设置吸力磁体，根据吸力磁体的布置，转轴可以在轴承中沿转子的轴向竖直地移动。在弧形弯曲单元外侧的芯体固定件42上设置有吸力磁体50（见图8）。三星电子株式会社的结构没有明显的特征，与松下电器产业株式会社等较为相似。

图8 LG伊诺特有限公司

美国的希捷科技有限公司是最早将液态动压轴承马达应用于硬盘主轴电机中。该企业申请的专利分入G11B较多，其结构较为简单，希捷科技的主轴电机普遍使用液态动压轴承马达。我国的横店集团东磁有限公司和台湾的台达电子工业股份有限公司，结构上部件相对地更接近于希捷科技的结构类似，部件比日本电产株式会社相对简单。

3.2 液态动压轴承马达专利对现有技术的改进点

不同发明人申请的液态动压轴承马达专利在解决的技术问题和达到技术效果都较为相似。与液态动压轴承马达中轴承的润滑油相关的专利占有很大比重，各企业中都有为实现润滑流体的密封而申请的专利，采取的技术有设置帽部件、减少边缘处槽的尺寸、设置专门的辅助槽、采用疏油剂或用粘接剂保证轴部和壳体的连接等。这类专利涉及主轴电机的气密性，采用专门的密封件来减少润滑流体的油雾散出的问题；有的马达工作环境对精密度要求较低，如散热风扇，用户可以自己补充润滑流体即润滑油，因而有专利涉及如何设置润滑流体的流入通道，方便用户添加润滑油；在电机工作过程中，润滑油可能产生气泡，从而导致动压轴承中实现轴承作用的流体薄层不理想，相关专利通过在旋转部设置抽送槽列或排气通道，确保润滑油正常的工作；为了确保润滑油实现轴承功能，除了保证足量的润滑油，其清洁度也很重要，不能在润滑油中混有粒子。在部件焊接环节形成的微小金属粒子易附着在部件表面，成为污染源或者粘接剂进入润滑流体中，因而统计的申请专利中用激光处理方法清洁焊接产生的微粒，有形成粘接剂存储凹槽来储存多余粘接剂防止其进入润滑流体，有的还在凹槽外周涂敷疏油膜。

马达的小型化和薄型化，也是这个行业的一个不断努力创新的方向。所采取的技术手段涉及马达的各个方面，例如设计径向动压槽减少动压轴承的轴向尺寸，调整定子铁芯与转子磁体的高度位置关系实现薄型化，形成微小间隙进一步缩小形成动压轴承的套筒的尺寸，电路板连接结构的改进等。液态动压轴承马达相关的专利中，对于马达和盘驱动装置的连接的改进也占有一定份额，例如对于转台的控制、旋转盘和主轴电机的压紧器的改进。

由此可见，液态动压轴承马达专利涉及方面较广，但其要求保护主题大多为产品，有一部分简化装配过程和少部分改进材料来增强部件强度的方法专利。统计分类号，发现与IPC分类号即电机领域较为密切相关的IPC分类号为H02K5/00和H02K7/00这两个大组，特别是H02K5/00机壳、外罩、支承物，该分类号涉及轴承支承装置H02K5/16和轴的密封H02K5/124占有很达比重。由于该领域日本专利很多，且与H02K5/00相关的FT分类号对于轴承和轴的密封等特征具有多方面的分类，在实际案例检索的时候要注重使用FT分类号。

4 结束语

液态动压轴承马达与传统的滚珠轴承马达相比，液态轴承的优势显而易见。主要优势有：减少噪声和降低温度，降低因金属磨擦而产生的噪声和发热问题；减少震动，油膜可有效地吸收震动，使设备的抗震能力得到提高；减少磨损，提高设备的工作可靠性和使用寿命。随着液态动压轴承马达技术越来越成熟，在以后将得到越来越广泛的应用。文章主要是通过对实际案例的审查和检索学习到的关于液态动压轴承马达相关专利的认识和心得体会，由于对现有技术的学习还不够深入，在进行数据统计时无法实现数据的完全准确性，对统计出来结果的归纳可能还不具备代表性，希望各位读者可以进一步的探讨。

TH137.51

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2096-2789（2016）12-0028-03