液體動壓軸承馬達專利技術探析

廖雪華

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州 510530）

液體動壓軸承馬達專利技術探析

廖雪華

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州 510530）

液態動壓軸承馬達（Fluid Dynamic Bearing Motors）使用流體層實現軸承功能，有利于實現裝置的實現小型化、薄型化以沒有振動噪聲高精度進行回轉。隨著便攜式信息終端機器的普級，要求放置在其中的硬盤裝置等信息記錄再現裝置實現小型化、薄型化，因而盤驅動裝置的主軸電機已普遍采用液態動壓軸承馬達。文章統計國內采用液壓軸承馬達的盤驅動裝置的相關專利，根據統計結果分析專利文件，并對液態動壓軸承馬達的技術發展以及專利申請方向進行展望和預測。

液態動壓軸承馬達；專利；驅動

1 液體動壓軸承馬達的概況

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

硬盤主軸電機，即硬盤馬達，一直以來都在使用普通的滾珠軸承。這種軸承馬達應用了數十年，其具有硬盤的工作噪音比較大和運行穩定性差的問題，這點在早期的7200RPM IDE硬盤身上得到了充分的體現。因此自2001年開始，硬盤廠商開始在IDE硬盤上應用比較新的液態動壓軸承馬達技術。

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

圖1 硬盤和風扇中的液態動壓軸承馬達

2 中國專利文獻分析

液態動壓軸承馬達在專利的IPC分類中的H02K電機中沒有具體的分類號，檢索發現其分類大多依據具體改進的結構所在的位置進行分類。因此本次檢索以關鍵詞為主，分類號為輔。液態動壓軸承馬達專利分析主要研究國內專利申請量、申請的國家和該領域重要的申請人。我國液態動壓軸承馬達專利從2002年開始迅速增長，在2004～2006年達到一個高峰段，此時液態動壓軸承的基礎技術已經趨于完善，在2010～2012年達到另一個高峰，這個階段的專利大多是對液態動壓軸承馬達的密封和進一步小型化的研發（見圖2）。

圖2 申請量隨時間的變化

在申請的專利文獻中，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，接下來是國內申請人。因而在今后相關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

電學領域液態動壓軸承馬達專利主要的申請人中個人申請較少，大部分為公司申請，其中日本電產株式會社申請的專利最多。我國的橫店集團東磁有限公司、鴻海精密工業股份有限公司和臺灣地區的臺達電子工業股份有限公司、建準電機工業股份有限公司都具有一定的申請量（見圖4）。

3 液態動壓軸承馬達專利的特點

3.1 不同申請人的液態動壓軸承馬達基本結構特點

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

圖4 專利申請的主要申請人

圖5 液態動壓軸承馬達的基本結構（希捷科技）

日本電產株式會社、松下電器產業株式會社、NTN株式會社、索尼公司和美蓓亞株式會社申請的液態動壓軸承馬達的結構上都較為相似。日本電產株式會社（見圖6）和松下電器產業株式會社（見圖7）兩家公司具有代表性的液態動壓軸承馬達，組成的部件相似，能夠找到對應關系，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 日本電產株式會社

圖7 松下電器產業株式會社

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，LG伊諾特有限公司的液態動壓軸承馬達在主軸電機的軸承座中彎曲的弧形部分處或者弧形彎曲單元外側的芯體固定件上設置吸力磁體，根據吸力磁體的布置，轉軸可以在軸承中沿轉子的軸向豎直地移動。在弧形彎曲單元外側的芯體固定件42上設置有吸力磁體50（見圖8）。三星電子株式會社的結構沒有明顯的特征，與松下電器產業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動壓軸承馬達應用于硬盤主軸電機中。該企業申請的專利分入G11B較多，其結構較為簡單，希捷科技的主軸電機普遍使用液態動壓軸承馬達。我國的橫店集團東磁有限公司和臺灣的臺達電子工業股份有限公司，結構上部件相對地更接近于希捷科技的結構類似，部件比日本電產株式會社相對簡單。

3.2 液態動壓軸承馬達專利對現有技術的改進點

不同發明人申請的液態動壓軸承馬達專利在解決的技術問題和達到技術效果都較為相似。與液態動壓軸承馬達中軸承的潤滑油相關的專利占有很大比重，各企業中都有為實現潤滑流體的密封而申請的專利，采取的技術有設置帽部件、減少邊緣處槽的尺寸、設置專門的輔助槽、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；有的馬達工作環境對精密度要求較低，如散熱風扇，用戶可以自己補充潤滑流體即潤滑油，因而有專利涉及如何設置潤滑流體的流入通道，方便用戶添加潤滑油；在電機工作過程中，潤滑油可能產生氣泡，從而導致動壓軸承中實現軸承作用的流體薄層不理想，相關專利通過在旋轉部設置抽送槽列或排氣通道，確保潤滑油正常的工作；為了確保潤滑油實現軸承功能，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。在部件焊接環節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入潤滑流體中，因而統計的申請專利中用激光處理方法清潔焊接產生的微粒，有形成粘接劑存儲凹槽來儲存多余粘接劑防止其進入潤滑流體，有的還在凹槽外周涂敷疏油膜。

馬達的小型化和薄型化，也是這個行業的一個不斷努力創新的方向。所采取的技術手段涉及馬達的各個方面，例如設計徑向動壓槽減少動壓軸承的軸向尺寸，調整定子鐵芯與轉子磁體的高度位置關系實現薄型化，形成微小間隙進一步縮小形成動壓軸承的套筒的尺寸，電路板連接結構的改進等。液態動壓軸承馬達相關的專利中，對于馬達和盤驅動裝置的連接的改進也占有一定份額，例如對于轉臺的控制、旋轉盤和主軸電機的壓緊器的改進。

由此可見，液態動壓軸承馬達專利涉及方面較廣，但其要求保護主題大多為產品，有一部分簡化裝配過程和少部分改進材料來增強部件強度的方法專利。統計分類號，發現與IPC分類號即電機領域較為密切相關的IPC分類號為H02K5/00和H02K7/00這兩個大組，特別是H02K5/00機殼、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占有很達比重。由于該領域日本專利很多，且與H02K5/00相關的FT分類號對于軸承和軸的密封等特征具有多方面的分類，在實際案例檢索的時候要注重使用FT分類號。

4 結束語

液態動壓軸承馬達與傳統的滾珠軸承馬達相比，液態軸承的優勢顯而易見。主要優勢有：減少噪聲和降低溫度，降低因金屬磨擦而產生的噪聲和發熱問題；減少震動，油膜可有效地吸收震動，使設備的抗震能力得到提高；減少磨損，提高設備的工作可靠性和使用壽命。隨著液態動壓軸承馬達技術越來越成熟，在以后將得到越來越廣泛的應用。文章主要是通過對實際案例的審查和檢索學習到的關于液態動壓軸承馬達相關專利的認識和心得體會，由于對現有技術的學習還不夠深入，在進行數據統計時無法實現數據的完全準確性，對統計出來結果的歸納可能還不具備代表性，希望各位讀者可以進一步的探討。

TH137.51

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2096-2789（2016）12-0028-03