CN1272614C - 轴承检查方法和轴承检查装置 - Google Patents

Abstract

一种根据电阻及电容变化(阻抗变化)检测电动机的动压轴承部分工作状态的轴承检查装置。靠近电动机基板(2)配置的电极(11)上施加交流电压而产生电场，电力线通过盘片轮毂(5)、靠近配置的检测用电极(12)或动压轴承部分及基板(2)流到接地侧。旋转轴(4)相对套筒(3)作接触旋转时，经动压轴承部分流到接地侧的路径占优势，从检测用电极(12)获得的检测电压极小；相反非接触旋转状态时，从电极(12)获得的检测电压较大。用示波器(14)测定该检测电压波形，就能高精度检测接触转速等。例如可以用于监视硬盘用电动机的动压轴承部分的状态，判别为有异常时，在显示装置进行显示，并在计算机控制下对记录内容自动进行备份。

Description

轴承检查方法和轴承检查装置

技术领域

本发明涉及通常在旋转状态下轴要素与轴承要素之间保持非接触状态的轴承检查方法及装置。

此外，本发明涉及可检测出使用上述轴承的电动机的异常及寿命快到的电动机轴承监视装置。还有，本发明涉及具有这样的电动机监视装置的硬盘驱动器等存储装置。

背景技术

历来，一般采用在旋转状态下轴要素与轴承要素之间保持非接触状态的轴承。这样的轴承例如有动压轴承。

动压轴承的结构是在轴要素与轴承要素之间形成有利用油或空气等流体产生动压用的槽，如果这轴要素及轴承要素作相对旋转，随着其旋转速度的提高，动压也提高，一旦超过规定转速(悬浮转速)，轴要素就由于液体膜的作用而离开轴承要素向上浮起，转换成非接触旋转状态。反之，一旦旋转速度低于规定转速(接触转速)，则再次转换成接触旋转状态。这样的动压轴承例如可用作硬盘用电动机等那样的高速旋转电动机的轴承。

这样的悬浮转速或接触转速越高，电动机起动时或停止时接触旋转状态的持续时间就越长。而接触旋转状态越长，电动机断续驱动时轴承部分的磨损量就越多，导致轴承寿命下降。此外，由于润滑油温度越高，其粘性越低，所以温度越高，悬浮转速或接触转速也就越高，就有轴承部分的磨损量显著增加的危险性。因此，必须使常温下的悬浮转速或接触转速的值大大低于电动机额定转速。所以，动压轴承的悬浮转速或接触转速是重要的特性检验项目之一。

传统上，动压轴承接触转速的测定一般是用AE(Acoustic Emission声发射)法进行。该AE法是用振动传感器检测由于金属接触而产生的声能并将之变换成电压的方法。这种检测方法例如在日本特开平10-307081号公报中有披露。该AE法也用作测定轴承一般损伤状态及寿命用的轴承诊断方法。这样的方法例如在日本特开平8-159151号公报及日本特开平7-134063号公报中已公开。

图23中给出了利用AE法从具有油动压轴承的电动机获得的AE波形之一例及电动机转速的变化状态。将利用AE传感器从电动机轴承部分测出的振动强度变换成电压，从示波器的画面上观察AE波形。而电动机转速是利用测速发电机等测定的转速测量值(测速发电机的情况下是电压值)。

在电动机稳定旋转(图中的时刻A至B的区间)状态，由于电动机驱动电流的开关噪声占压倒优势，所以难于测出轴承部分发生的接触音。因此，在电动机停止驱动起至惯性旋转停止为止的期间(图中的时刻B至时刻D的区间)进行测定。

由于电动机停止驱动的时刻B之后再无开关噪声，故AE传感器可以检测实际上仅从轴承部分产生的振动能量。在驱动刚停止起至转速下降到某一程度为止的期间(图中的时刻B至时刻C为止的区间)，因为轴承部分由于油膜而能维持悬浮状态，所以测出的振动能量非常低，因此检测波形的振幅也很小。

若转速下降到超过时刻C，则油膜的悬浮力已不能支承轴承旋转部分的重量，轴承旋转部分从非接触旋转状态转变成接触旋转状态。结果是发生接触音，所以，从轴承部分测出的AE波形的振幅增大。其后，AE波形的振幅随着转速的降低而减小，随着旋转完全停止而变为零(图中的时刻D)。

但是，利用AE法检测动压轴承的悬浮转速或接触转速，或检测一般性轴承异常的方法，存在如下所述的问题。

首先，动压轴承例如油动压轴承，因为金属间(轴要素与轴承要素)是由润滑油进行润滑的，所以它们在接触状态下的接触音极微弱，难于从检测信号中完全除去噪声。因此，不能高精度检测接触转速等。

此外，AE法的情况下，须使接触音检测用的传感器与轴承部分或内装有轴承的电动机构成部件直接接触，如果传感器的接触不完全，则接触音的检测精度下降，就不能准确进行轴承的合格或不合格品的判断。

还有，因为检测灵敏度的差异较大，所以根据检测信号波形难于判断轴承是否合格。例如，轴承如果从非接触旋转状态转换成接触旋转状态，就会测出金属接触音，检测信号电平增大，但该检测信号的电平差异较大，所以难于设定作为转换成接触旋转的判断基准的阈值电压。结果是，不能进行自动检验，不得不依赖于人的感觉。这样，合格不合格品的判断就不明确。

另一方面，安装有作为检验对象的轴承的电动机正在驱动时，因驱动电流引起的噪声大小占极大比例，所以不能观察到表示轴承接触的接触波形(参见图23的时刻A至B的区间)。因此，历来只能切断电动机驱动电流，在使电动机惯性旋转至停止的期间进行轴承的检验。因为这样的检验需要数十秒至1分钟左右，所以不适用于大量生产的检验。

此外，硬盘用电动机等，因为须防止在该检验时发生附着尘埃等的污染，故在其制造工序中有时不能装上硬盘。采用AE法的情况下，如果不装上硬盘来增大惯性，则就不能增大到可测出轴承的接触能量的程度。因此，有时就不能进行检验。

此外，硬盘驱动器这样的存储装置具有例如装有多片硬盘的盘片电动机和对硬盘进行记录重放用的磁头，盘片电动机通过滚珠轴承或动压轴承将其转子支承，处于相对定子可自由旋转的状态。

这样的硬盘驱动器，如果盘片电动机发生异常，或者到其寿命，就会发生重放、记录的动作不正常的情况。极端的情况下，甚至会发生旋转不均匀或电动机卡住状态，不能再进行信息的记录重放。

这里，盘片电动机的动作不正常往往因轴承异常或其寿命到而发生。例如，具有滚珠轴承时，由于滚珠磨损、润滑剂枯干或金属屑等异物混入，电动机会发生旋转异常。而有油动压轴承的情况下，由于金属屑等异物经润滑膜混入可非接触旋转的轴承要素间、该轴承要素间的油枯干或该轴承要素间发生磨损等，电动机发生旋转异常。同样，具有空气动压轴承的情况下，由于异物混入这些轴承要素之间或该轴承要素间的磨损，电动机会发生旋转异常。

但是，传统的硬盘驱动器等存储装置并不具备预测因这样的电动机轴承异常而引起发生动作不正常的手段。因此，在发生了电动机旋转不均匀或电动机卡住等致命性故障的时刻，操作者才发觉发生了动作不正常。但在这样的状态下，往往是已不能读出记录数据，产生这样重大的问题危险性是很大的。

在滚珠轴承等滚动轴承的情况下，如果发生因油膜干枯等引起的金属间的摩擦接触状态，有时会发生异常音，故操作者如果发觉异常音，就可以在处于不能重放状态之前进行记录数据的重写等信息备份工作。但是，由于异常音未必会发生，因此凭操作者的听觉可靠性低。而动压轴承几乎不发生异常音，所以不能依赖操作者的听觉。

另一方面，作为电动机异常的检测方法，已知的有监视电动机驱动电流上升的方法。但是，因为电动机电流的异常上升，是在电动机轴承中金属摩擦接触引起开始烧结后才发生，所以在测出电动机电流上升的时刻，往往已处于接近不能进行记录数据重放的状态。因此，用该方法，不能在可复制记录数据的状态下进行电动机轴承的异常检测。

因此，现有的存储装置因电动机轴承异常引起电动机动作不正常将导致不能重放记录数据，使记录数据消失，这样的弊端可以说有一半是没有办法的事。

发明内容

鉴于上述现有轴承检查方法存在的问题，本发明的课题在于，提供一种不采用AE法可检测轴承旋转状态的轴承检查方法及轴承检查装置。尤其是，提供一种适合对安装在硬盘用电动机上的动压轴承进行检验的轴承检查方法及轴承检查装置。

此外，本发明提供一种在处于不能动作之前可检测出存储装置等安装的电动机轴承异常的电动机轴承监视装置。

还有，本发明的目的在于提供一种存储装置，它具有所述电动机轴承监视装置，在不能进行记录数据重放之前能进行事前警告，或者在处于不能重放记录数据之前，能将记录数据进行备份。

为了实现上述目的，本发明提供一种轴承检查方法，该方法用于对同轴状态配置的轴要素及轴承要素以规定的相对转速以上旋转时可以保持非接触状态的轴承，检查所述轴要素与所述轴承要素是否处于接触旋转状态，其特征在于，使所述轴要素及所述轴承要素作相对旋转，检测在相对旋转状态下这些轴要素及轴承要素间的阻抗，根据该阻抗变化判别所述轴要素与所述轴承要素是否处于接触旋转状态。

即，在轴要素与轴承要素处于非接触旋转状态的情况下，因为它们之间形成有一定的间隙，且其中形成有液体的膜，所以可以测到一定的电阻和电容，相反，在接触旋转状态的情况下，因为轴要素及轴承要素是直接接触的，所以，它们间实际上不能测出电阻及电容，着眼于这一点，通过检测这样的电量变化，就能检测轴要素及轴承要素的旋转状态。

因此，不采用AE法就能检测出旋转状态。此外，因为是检测电阻及电容等的阻抗变化，所以也不会如AE法时那样，装有轴承的电动机驱动电流的开关噪声会妨碍检测。还有，能取得足够的检测信号电平，可以抑制检测精度的误差，所以能进行高精度的旋转状态检测。

作为阻抗变化，可以检测轴承部分的电阻变化或电容量变化，或者它们两者的变化。

此时，可以边使所述轴要素及所述轴承要素的相对转速发生变化，边检测所述阻抗变化，根据检测出的阻抗变化，检测所述轴要素及所述轴承要素从接触旋转状态转换成非接触旋转状态时的相对转速，或者检测它们从非接触旋转状态转换成接触旋转状态时的相对转速。

在这种情况下，在检测轴承的悬浮转速时，可以边使所述相对转速从零向上升，边检测所述轴要素及所述轴承要素从接触状态转换成非接触状态时刻的所述相对转速作为悬浮转速。

而在检测接触转速时，可以边使所述相对转速从稳定转速起向下降，边检测所述轴要素及所述轴承要素从非接触状态转换成接触状态时刻的所述相对转速作为接触转速。

下面，用本发明的方法就能根据所述阻抗变化，判别所述轴要素与所述轴承要素是否处于异常接触旋转状态。

在这种这种情况下，当所述相对转速为一定、所述阻抗变化发生不规则变化时，可以判别为，所述异常接触旋转状态是由于所述轴要素及所述轴承要素间混入异物并作不规则运动而引起的。

此外，在所述相对转速为一定、所述阻抗变化发生周期性变化时，可以判别为，所述异常接触旋转状态是由于所述轴要素或所述轴承要素本身引起的，或者是由于异物同步旋转而引起的。

在此，用本发明的方法，可以相对所述轴要素及所述轴承要素以非接触状态检测所述阻抗变化。

此外，本发明的方法可以应用于动压轴承的检查，该动压轴承在所述轴要素及所述轴承要素间形成有由流体产生动压用的槽。

此外，本发明的方法可以应用于将旋转电机中的转子加以支承、相对定子处于可自由旋转状态的旋转电机轴承的检查。

另一方面，本发明涉及实现上述本发明方法的轴承检查装置。本发明的轴承检查装置具有对随着相对旋转状态下的所述轴要素及轴承要素间的接触及非接触而变化的阻抗进行检测的阻抗检测电路。该阻抗检测电路的特征在于，具有对所述轴要素及所述轴承要素中的一方施加电压的电压施加手段和检测从另一方输出电压的输出电压检测手段，并能根据所述输出电压的变化，判别所述轴要素与所述轴承要素是否处于接触旋转状态。作为电压施加手段，可以采用施加交流电压的交流电压施加手段。

在此，可以使构成的所述交流电压施加手段具有靠近所述轴要素及轴承要素中的一方配置的激励用电极和对该激励用电极施加交流电压的交流电压源，并使构成的所述输出电压检测手段具有靠近所述轴要素及所述轴承要素中的另一方配置的检测用电极和对该检测用电极产生的输出电压进行检测的输出电压检测器。所述激励用电极及检测用电极可以做成环型或筒型。

在这种情况下，为了提高检测灵敏度，只要使所述阻抗检测电路由所述检测用电极与接地间串联连接有电感器的LC谐振电路形成即可。此外，使施加的交流电压的频率为LC谐振频率即可。此时，LC谐振频率可以通过在事前监视接触时及非接触时获得的检测电压波形并切换频率以使该波形变为最大振幅状态而获得。

使用单一电极构成阻抗检测电路时，只要所述交流电压施加手段由靠近所述轴要素及所述轴承要素中的一方配置的激励用电极、对该激励用电极施加交流电压的交流电压源及串联连接在它们之间的电阻所构成，所述输出电压检测手段由检测所述电阻两端电压的电压检测器形成即可。

接着，测出的输出电压波形用示波器等显示，用肉眼等进行确认，或由波形分析器进行自动分析，在这样的情况下，为了使显示的波形容易观察，或使作为分析对象的波形容易分析，最好配备通过AM解调、相位差检测及包络线检波等进行波形变换或波形整形的波形变换电路。

作为本发明装置的检测对象的轴承，可以举出在所述轴要素及轴承要素之间形成利用润滑液体产生动压用的槽的动压轴承。

在这种这种情况下，可以将装入该动压轴承来作为将硬盘用电动机中的转子支承并使其相对定子可自由旋转状态的轴承的装置作为检测对象。

此外，在该情况下，作为所述硬盘用电动机，有一种的结构为，具有基板和装有硬盘的盘片轮毂，所述基板上形成有作为所述轴承要素的套筒，所述盘片轮毂的中心形成有作为所述轴要素的旋转轴。

相反，也有一种的结构为，在基板上固定作为所述轴要素的支承轴，在所述盘片轮毂中心形成有作为所述轴承要素的套筒。

在这样的硬盘用电动机中，已知有一种的结构为，具有靠近所述基板或所述盘片轮毂配置的电动机壳体。在这种情况下，如果将该电动机壳体用作所述激励用电极或所述检测用电极，就可以省略配置一个电极。

此外，在硬盘用电动机中，已知有一种的结构为，在所述基板上配置有止推板，在该止推板与所述旋转轴的一端面之间构成动压止推轴承部分。在这种情况下，可以使所述止推板与所述基板电气绝缘，来用作所述激励用电极或所述检测用电极。

此外，本发明的电动机轴承监视装置，其特征在于，具有：检测电动机轴承状态的状态检测手段；根据由该状态检测手段测出的轴承状态来判别该轴承是否异常的异常判别手段；以及输出该异常判别手段的判别结果的输出手段。

在此，所述状态检测手段可以是检测所述轴承的阻抗的阻抗检测手段。即，当构成电动机轴承的相对旋转的第1和第2轴承要素处于非接触旋转状态时，因为它们之间形成有一定间隙且其中形成有流体的膜，所以，可以将其看成有一定的电阻及电容，相反，处于接触旋转状态时，因为第1和第2轴承要素直接接触，所以可以看成它们之间实际上处于无电阻和电容状态，着眼于这一点，通过检测这样的电量变化，就可以检测出轴承的旋转状态是接触状态还是非接触状态。

作为状态检测手段，可以采用普通已知的AE法(声发射法)，在这种情况下，用声音传感器检测所述轴承发生的声音即可。此外，作为状态检测手段，可以是检测所述轴承温度的温度传感器。

接着，最好利用所述异常判别手段来判别所述轴承是否寿命快到了。

所述输出手段可以是个人计算机画面、显示灯等的显示装置、扬声器、蜂鸣器及振动发生装置等。

作为所述轴承，可以采用如动压轴承等所代表的那种，即在规定转速以上的状态下可隔着流体膜形成非接触旋转状态的轴承。在这种情况下，当所述状态检测手段为阻抗检测手段时，所述异常检测手段可以根据所述阻抗变化，判别所述电动机起动时从所述轴承接触旋转状态转换成所述非接触旋转状态的时刻，当所之间的电阻的两端电压的电压检测器即可。

另外，所述异常判别手段最好具有对由所述输出电压检测手段测出的输出电压波形进行变换的波形变换电路，以便根据波形分析能高精度进行异常判别。

作为监视对象的所述轴承，可以举出将盘片用电动机中的转子以相对定子可自由旋转的状态进行支承的动压轴承。

在这种情况下，所述盘片用电动机可以做成这样的构成：具有基板及装有硬盘的盘片轮毂，所述基板上形成有所述第1和第2轴承要素之一方的套筒，所述盘片轮毂的中心形成有作为另一轴承要素的旋转轴。相反，也可以做成这样的构成：在基板上固定作为一方轴承要素的支承轴，在盘片轮毂的中心形成作为另一轴承要素的套筒。

此外，在所述盘片用电动机具有靠近所述基板或所述盘片轮毂配置的电动机壳体时，可以将该电动机壳体用作阻抗检测用的所述激励用电极或所述检测用电极。

此外，在所述基板上配置有止推板，且该止推板作为构成与所述旋转轴端面之间的动压止推轴承的轴承要素的情况下，可以将所述止推板与所述基板电气绝缘后，用作所述激励用电极或所述检测用电极。

另一方面，本发明涉及存储装置，该存储装置具有圆盘状记录媒体、旋转驱动该记录媒体的盘片电动机及对所述记录媒体至少进行信息记录及信息重放之中某一种的磁头手段，本发明的存储装置的特征在于，具有检测所述盘片电动机的轴承状态的状态检测手段、根据由该状态检测手段测出的轴承状态判别该轴承是否异常的异常判别手段、以及输出该异常判别手段的判别结果的输出手段。

在此理想的是，在所述异常判别手段判别轴承发生异常的情况下，所述输出手段输出表示轴承快到寿命的信息，以及旨在指令将所述记录媒体的存储内容保存到另一记录媒体的信息。操作者就可以根据该输出，在处于不能重放存储内容状态之前将存储内容备份。

此外理想的是，具有当所述轴承异常时、可写入所述记录媒体的记录内容的备份用辅助记录媒体。若备有该辅助记录媒体，就不必准备另外的记录媒体进行备份，故方便。

还有，若具有当所述异常判别手段判别所述轴承异常时、将所述记录媒体的记录内容写入所述辅助记录媒体的备份手段，操作者就可以不必动手就将记录媒述时刻的电动机转速比预先设定的悬浮转速还高时，判别为所述轴承发生异常。

或者，所述异常检测手段可以根据所述阻抗变化，判别所述电动机在稳定旋转状态下所述轴承是否处于接触旋转状态，处于接触旋转状态时，或者接触旋转状态在瞬间反复发生时，判别为所述轴承发生异常。

或者，所述异常检测手段可以根据所述阻抗变化，判别所述电动机停止时所述轴承从所述非接触旋转状态转换成接触旋转状态的时刻，当该时刻电动机转速比预先设定的接触转速更高时，判别为所述轴承发生异常。

当所述状态检测手段为声音传感器时，所述异常检测手段可以根据所述声音传感器的输出，判别所述电动机稳定旋转状态下所述轴承是否处于接触旋转状态，当处于接触旋转状态时，或接触旋转状态瞬间反复发生时，判别为所述轴承发生异常。或者，所述异常检测手段可以根据所述声音传感器的输出，判别所述电动机停止时所述轴承从所述非接触旋转状态转换成接触旋转状态的时刻，当该时刻的电动机转速比预先设定的接触转速还高时，判别所述轴承发生异常。

在此，作为状态检测手段的阻抗检测手段的构成，可以具有对所述轴承中以所述接触旋转状态或非接触旋转状态作相对旋转的第1和第2轴承要素中的一方施加交流电压等电压的电压施加手段，以及检测来自另一方的输出电压的输出电压检测手段。在这种情况下，所述异常判别手段根据所述输出电压的变化，判别所述第1和第2轴要素是否处于接触旋转状态。

此外，在所述电压施加手段为交流电压施加手段的情况下，可以使其具有靠近所述第1和第2轴要素中的一方配置的激励用电极，以及对该激励用电极施加交流电压的交流电压源，并可以使所述输出电压检测手段具有靠近另一方轴要素配置的检测用电极，以及对该检测用电极产生的输出电压进行检测的输出电压检测器。各电极可以做成环型或筒型。

在这种情况下，可以使所述阻抗检测电路由在所述检测用电极与接地间串联连接电感器的LC谐振电路形成。在这种情况下，最好使施加的交流电压的频率与LC谐振频率一致。通过事先监视接触时和非接触时的检测输出电压并调整频率以使其为最大振幅，可以求出这样的LC谐振频率。

电极为一个时，使构成的所述交流电压施加手段具有靠近所述第1和第2轴承要素之一方配置的激励用电极和对该激励用电极施加交流电压的交流电压源，并使所述输出电压检测手段为检测串联连接在所述激励用电极与所述交流电压源体的记录内容备份，很方便。

再有，若具有当所述异常判别手段判别所述轴承异常时、强制使所述电动机停止旋转的电动机停止手段，则可以避免电动机卡住等致命故障的发生。

此时，所述状态检测手段可以采用检测所述轴承阻抗的阻抗检测手段。或者，可以采用检测所述轴承发出的声音的声音传感器。或者，可以采用检测所述轴承温度的温度传感器。

所述状态检测手段也可以采用检测由所述磁头手段对所述记录媒体进行记录或重放时的重试次数的重试次数检测手段，来代替上述手段，并使所述异常判别手段根据测出的重试次数算出单位时间的平均重试次数，当该平均重试次数超过预先设定的次数时，判别所述轴承为异常。

所述输出手段可以是个人计算机画面及显示灯等显示装置、扬声器、蜂鸣器及振动发生装置等。

在所述轴承是在规定转速以上的状态、隔着流体膜形成非接触旋转状态的轴承的情况下，所述异常判别手段根据所述阻抗变化，判别所述电动机起动时所述轴承从接触旋转状态转换成所述非接触旋转状态的时刻，当该时刻的电动机转速比预先设定的悬浮转速还高时，就能判别所述轴承有异常。

此外，所述异常检测手段根据所述阻抗变化，判别所述电动机在稳定旋转状态时所述轴承是否处于接触旋转状态，当处于接触旋转状态时，或者接触旋转状态瞬间反复发生时，就能判别所述轴承有异常。

在这种情况下，可以以一定时间间隔进行所述轴承的状态检测及异常判别。此外，最好在进行记录或重放时不进行所述轴承的状态检测或异常判别，以不妨碍由所述磁头手段对所述记录媒体进行记录或重放的动作。

所述异常检测手段根据所述阻抗变化，判别所述电动机停止时所述轴承从所述非接触旋转状态转换成接触旋转状态的时刻，当该时刻电动机转速比预先设定的接触转速还高时，可以判别所述轴承有异常。

另一方面，所述异常检测手段根据所述声音传感器的输出，判别所述电动机在稳定旋转状态下所述轴承是否处于接触旋转状态，处于接触旋转状态时，或接触旋转状态瞬间重复发生时，可以判别所述轴承有异常。

在该情况下，也可以以一定时间间隔进行所述电动机在稳定旋转状态下的所述轴承的状态检测及异常检测。此外，所述电动机在稳定旋转状态下的所述轴承的状态检测及异常检测最好在未由所述磁头手段对所述记录媒体进行记录或重放动作的时刻进行。

此外，所述异常检测手段根据所述声音传感器的输出，判别所述电动机停止时所述轴承从所述非接触旋转状态转换成接触旋转状态的时刻，当该时刻的电动机转速比预先设定的接触转速还高时，可以判别所述轴承有异常。

还有，在采用阻抗检测手段作为所述状态检测手段的情况下，该阻抗检测手段的构成具有：将交流电压加到所述轴承在所述接触旋转状态或非接触旋转状态下作相对旋转的第1及第2轴承要素中的一个轴承要素上的交流电压施加手段、以及检测来自另一轴承要素的输出电压的输出电压检测手段，所述异常判别手段根据所述输出电压的变化，判别所述第1及第2轴要素是否处于接触旋转状态。

在此，所述交流电压施加手段的构成可以为，具有靠近所述第1及第2轴要素中一个轴要素配置的激励用电极、以及对该激励用电极施加交流电压的交流电压源，所述输出电压检测手段的构成可以为，具有靠近另一轴要素配置的检测用电极、以及检测该检测用电极产生的输出电压的输出电压检测器。

此外，所述阻抗检测电路可以采用在所述检测用电极与接地间串联连接电感器的LC谐振电路。

在此，如果使所述交流电压施加手段的构成为，具有靠近所述第1及第2轴承要素中的一个轴承要素配置的激励用电极、以及对该激励用电极施加交流电压的交流电压源，并使所述输出电压检测手段为对串联连接在所述激励用电极与所述交流电压源之间的电阻两端电压进行检测的电压检测器，则可以减少电极数。

另一方面，为了利用波形分析高精度进行异常判别，则所述异常判别手段最好具有对所述输出电压检测手段测出的输出电压波形进行变换的波形变换电路。

还有，所述轴承最好是动压轴承。在这种情况下，所述盘片电动机可以采用这样构成的电动机：具有基板和装有所述记录媒体的盘片轮毂，所述基板上形成有作为所述第1和第2轴承要素之一个轴承要素的套筒，所述盘片轮毂的中心形成有作为另一轴承要素的旋转轴。

此外，在这种情况下，当所述盘片电动机具有靠近所述基板或所述盘片轮毂配置的电动机壳体时，可以将该电动机壳体用作所述阻抗检测手段中的所述激励用电极或所述检测用电极。

再有，当在所述基板上，并在与所述旋转轴的端面之间配置有构成动压止推轴承的轴承要素的止推板时，可以使所述止推板与所述基板电气绝缘，用作所述阻抗检测手段中的所述激励用电极或所述检测用电极。

附图说明

图1所示为应用本发明的轴承检查装置及作为检查对象的硬盘用电动机的简略构成图。

图2所示为图1所示电动机的一半剖视图，给出轴承检查装置的电极配置位置。

图3所示为图1的轴承检查装置的阻抗检测电路说明图，其中(a)为轴承接触旋转状态时的电路图，(b)所示为非接触旋转状态时的电路图。

图4所示为图1所示轴承检查装置的阻抗检测电路等效电路图。

图5所示为将图1中的轴承检查装置获得的检测电压波形与电动机转速及传统方法获得的AE波形一起给出的信号波形图。

图6所示为说明图1中的轴承检查装置的另一例子用的电动机半剖视图。

图7所示为图6的轴承检查装置的阻抗检测电路等效电路、轴承接触旋转状态时的电路图及轴承非接触旋转状态时的电路图。

图8所示为将图7中的轴承检查装置获得的检测电压波形与电动机转速及传统方法获得的AE波形一起给出的信号波形图。

图9所示为图1中的轴承检查装置的电极配置结构另一例子的电动机半剖视图。

图10所示为异物混入引起的异常旋转时图1的轴承检查装置获得的检测电压波形、其波形变换后的波形与电动机转速一起给出的信号波形图。

图11所示为装有应用本发明的电动机轴承监视装置的硬盘驱动器之一例的简略构成图。

图12所示为图11中的电动机其平面结构的简略构成图。

图13所示为图11的电动机轴承监视装置的阻抗检测电路说明图，其中(a)为轴承接触旋转状态时的电路图，(b)为非接触旋转状态的电路图。

图14所示为图11的电动机轴承监视装置的阻抗检测电路等效电路图。

图15所示为用图11的电动机轴承监视装置进行轴承异常判别动作的简略流程图。

图16所示为本发明电动机轴承监视装置另一例子说明用的电动机半剖视图。

图17所示为图16的电动机轴承监视装置的阻抗检测电路等效电路、轴承接触旋转状态时的电路图及轴承非接触旋转状态时的电路图。

图18所示为图11的电动机轴承监视装置中电极结构另外两个例子的说明图。

图19所示为图11的电动机轴承监视装置中电极配置结构的另一例子的电动机半剖视图。

图20所示为采用AE法时电动机轴承监视装置的轴承异常判别动作的简略流程图。

图21所示为使用温度传感器时电动机轴承监视装置的轴承异常判别动作的简略流程图。

图22所示为根据利用磁头的重试次数电动机轴承监视装置进行轴承异常判别动作的简略流程图。

图23所示为将传统的AE法获得的动压轴承的检测电压波形与电动机转速一起给出的信号波形图。

具体实施方式

以下参照附图，说明应用本发明的轴承检查装置的实施例。本例的轴承检查装置是检查装有油动压轴承的硬盘用电动机轴承部分用的轴承检查装置。

图1所示为安装有本例的轴承检查装置状态下硬盘用电动机的简略构成图，图2是其半剖视图。首先，参照这些图，说明本例硬盘用电动机1的简略构成。电动机1具有基板2，该基板2上以直立状态固定着套筒3，该套筒3内以可自由旋转状态同轴插入有旋转轴4。

旋转轴4的上端部分从套筒3向上方伸出，该上端部分以同心状态固定有下方敞开的大致杯状的盘片轮毂5。在该盘片轮毂5的外周部分上，如想像线所示，装有硬盘6。此外，在盘片轮毂5的下端部分的内周面，装有环状转子7a，在基板侧安装有由定子铁心和绕组构成的定子7b，处于被该转子7a包围的状态。

这里，在旋转轴4的外周面与套筒3的内周面之间，形成有动压发生用的槽并充填有润滑油，形成动压轴承。而在旋转轴4的下端部固定有环状止推轴承构件8，在旋转轴下端面4a和止推轴承构件8的下侧面与安装在基板侧的止推板9的上侧面9a之间，也形成有动压止推轴承。因此，在本例的电动机1中，旋转轴4和止推轴承构件8起轴要素的功能，而套筒3和止推板9起轴承要素的功能。

如果驱动电动机1使旋转轴4旋转，则在旋转轴4与套筒3之间及旋转轴4与止推板9之间，由润滑油产生动压。一旦转速超过某一个值，旋转轴4就离开套筒3及止推板9浮起，该旋转轴4以非接触状态进行旋转。一旦转速下降至低于规定值，旋转轴4则再次以与套筒3和止推板9接触的状态进行旋转。因为这样的动压轴承机构是众所周知的，故省略对其详细结构及作用的说明。

又，电动机各部分由如下所述的材料以通常的方式形成。基板2是铝制的，套筒3是铜或不锈钢制的，旋转轴4是不锈钢制的，止推轴承构件8是铜或不锈钢制的，止推板9是不锈钢制的。

轴承检查装置10用来检查该结构的硬盘用电动机1的接触转速等，轴承检查装置10是以阻抗变化来检测电动机1的动压轴承部分的接触状态及非接触状态的，在本例中，根据电阻和电容变化进行检测。

即，动压轴承部分所使用的润滑油的体积电阻率为10⁸Ωcm至10¹⁰Ωcm左右，旋转轴4悬浮状态(非接触旋转状态)下的油膜部分的电阻为数MΩ至数百MΩ。此外，由于悬浮时中间夹有作为绝缘体的润滑油，旋转轴4处于靠近套筒3的状态，换言之，处于金属相互靠近的状态，所以具有数百pF左右的电容量。

相反，在接触旋转状态下处于短路状态，电阻值为数kΩ以下，所以电阻和电容量都发生变化。本例的轴承检查装置10通过在非接触状态下检测这些电阻和电容的变化，可以检查出旋转轴是否处于接触旋转状态、其接触转速及是否有旋转异常。

首先参照图1、2说明本例轴承检查装置10的整体构成。本例轴承检查装置10具有激励用电极11、检测用电极12、对激励用电极11施加交流电压的交流电压源13、以及显示从检测用电极12测出的检测电压波形的示波器14。激励用电极11是靠近电动机1的盘片轮毂5和基板2配置的环状电极，用于对该电极11与基板2之间施加交流电压而产生电场。该电极11的内周面以同轴状态与盘片轮毂5的外周面相对。

检测用电极12同样是环状电极，以同轴状态相对于盘片轮毂5的圆形上端面5a靠近配置。该检测用电极12通过串联连接的电感器L1接地。该电感器L1产生的电压可以由示波器14进行显示。

图3是用本例的轴承检查装置10进行检查时、检测与电动机1之间构成的动压轴承部分的电阻、电容变化用的阻抗检测电路构成说明图，图4是其等效电路图。

如这些图所示，使用激励用电极11和检测用电极12，而动压轴承部分的构成与电阻R1、电容C1及表示接触非接触状态的开关SW并联连接的电路结构等效。此外，因为电极11靠近基板1和盘片轮毂5配置，所以，它们之间可以置换成具有规定电容量的电容器C5、C2。同样，因为电极12靠近盘片轮毂5配置，所以，它们之间可以置换成具有规定电容量的电容器C4。还有，电极11、12之间同样可以置换成具有规定电容量的电容器C3。结果是，用本例的轴承检查装置10进行电动机1的检查时，构成如图4所示的等效电路。

下面说明利用本例的轴承检查装置10进行检查的顺序。首先，用未图示的夹具保持电极11、12，并将其如图1、2所示相对基板2和盘片轮毂5靠近配置。在该状态下接通交流电压电源13，在电极11与基板2之间加上交流电压。

又，作为交流电压波形，可以采用方波、锯齿波等各种交流电压波形。

因加上交流电压而产生电场，进入盘片轮毂5的电力线经过该盘片轮毂5到达靠近配置的电极12一侧，同时通过动压轴承部分(SW、R1、C1)和基板2到达接地一侧。到达电极12侧的电力线分量通过电感器L1到达接地一侧。该电感器L1产生的电压作为由电极12测出的检测电压由示波器14进行显示。

一面用示波器14测定电感器1的电压，一面调整交流电压的频率，使其对准谐振点，就可以提高检测电压的检测灵敏度。换言之，本例的阻抗检测电路为LC谐振电路结构。又，这样的频率调整在电动机1停止时及旋转时进行都行。此外，为了获得LC谐振电路，也可以调整电感。

然后，边用示波器14监视检测电压波形，边驱动电动机1达到额定驱动旋转状态，接着，停止电动机1的驱动，使其作惯性旋转而停止旋转。将获得的检测电压波形S与电动机转速(测速发电机输出电压)及传统方法即AE法获得的AE波形一起在图5中给出。

下面参照该波形图进行说明。电动机在额定旋转状态(时刻A至B的区间)，因动压轴承部分产生的动压，处于旋转轴4向上悬浮的非接触旋转状态。该非接触旋转状态与如图3(b)所示开关SW断开的情况等效。因此，在该状态，进入盘片轮毂5的电力线的大部分分量进入检测用电极12，并经过电感器L1流至接地一侧。因此，检测电压大，其电压波形S的振幅大。

电动机1的驱动停止并转换成惯性旋转状态之后，在旋转轴4还继续悬浮的非接触旋转状态继续期间，即开关SW断开期间，获得同样的检测输出电压(时刻B至时刻C的区间)。

如果在时刻C，旋转轴4与套筒3或止推板9接触而转换成接触旋转状态，则如图3(a)所示，与开关SW闭合时等效。在该状态，进入盘片轮毂5的电力线的大部分分量经过开关SW和基板2而流至接地一侧。其结果是，检测用电极12测出的检测电压急剧减小，因此，其电压波形S的振幅也大幅度减小。

结果是，比较图5中的本例的检测电压波形S与传统的AE波形可知，本例的轴承检查装置10的情况下，在旋转轴4处于非接触旋转状态的期间(时刻C为止的区间)检测电压波形几乎无变化，而一旦转换成接触状态，波形就急剧变小。而AE波形一旦电动机停止驱动，其输出波形就变小，然后一旦变为接触状态，输出波形就增大。这样，本例的输出波形按接触和非接触的状态，输出明显不相同，所以，用肉眼观察也不会出错，可高精度检测从非接触旋转状态转换至接触旋转状态的接触转速。

在以上说明中，是在电动机停止时检测接触转速，在电动机起动时的动压轴承部分的悬浮转速也可以同样进行检测。

此外，本例的轴承检查装置10是在非接触状态下对电动机1进行其动压轴承部分的检查。因此，可以避免尘埃附着在电动机零部件上造成污染这样的弊端。

勿用赘言，本发明的轴承检查装置由于只要具有能检测动压轴承部分的阻抗变化的阻抗检测电路即可，所以可以采用使接点与电动机零部件例如盘片轮毂5接触的结构。例如，通过使电刷状的电极与旋转轴4的上端部分的外周面接触，可以代替靠近配置的电极12。

(阻抗检测电路的另一例)

在上述轴承检查装置10的阻抗检测电路中，是检测动压轴承部分的电阻和电容的变化，但也可以仅检测电阻变化或电容量变化。还有，不使用检测用电极12，仅利用激励用电极11也能进行检测。

图6和图7所示为仅根据电阻变化检测动压轴承部分旋转状态用的轴承检查装置中的电极配置位置的说明图和电路构成。首先如图6、图7所示，在这种情况下，作为电极，仅具有将交流电压加到盘片轮毂5上用的激励用电极11a即可。该电极11a经电容C2与盘片轮毂5靠近配置。在该电极11a与交流电压源13之间串联连接有电阻R2。示波器14检测电阻R2的两端电压并加以显示。又，在这些图中，与图1至图4中的各部分对应的部位标上相同的符号，省略它们的说明。

这样构成情况下的等效电路如图7(a)所示，旋转轴4为接触状态时，如图7(b)所示，从电极11a经过电容器C2流入盘片轮毂5的电力线，其大部分分量经基板2流至接地侧，电阻R2内流过大电流，其两端电压为很大的值。相反，在旋转轴4非接触状态，如图7(c)所示，开关SW断开，电路实际上处于断开状态，所以流过电阻R2的电流少，因此检测电压也极小。

在图8中，以与图5相同的状态，将驱动电动机1时的检测电压波形Sa与电动机转速曲线及传统的AE波形一起给出。各时刻A至D的状态与图5时的情况相同。检测电压波形Sa与图5所示的检测电压波形S相反，在非接触旋转状态较小，而一旦转换成接触旋转状态则急剧变大。在这种情况下，也能比传统AE波形更正确地检测接触转速。

在如图6至图8所示仅检测电阻变化的情况下，与图1至图5所示构成相比，优点是可以简化电路结构。此外，仅采用激励用电极11时，结构也非常简单。

此外，在上述说明中，是对盘片轮毂5侧施加交流电压，但也可以对基板2侧施加交流电压。而在使检测用端子接触进行检测来代替非接触式电极的情况下，也可以不加上交流电压而是加上直流电压。

还有，在盘片轮毂5装有硬盘6的状态下当然可以进行检测，如果装上硬盘，利用该硬盘还可以获得电极11a与基板2之间可靠进行屏蔽的效果。

(电极结构的变形例)

在上述各例中，是将电极11、12或电极11a与电动机1靠近配置，但如果能省却电极构件，就能相应简化检查装置的结构和布线结构，更理想。作为省却电极构件的例子，在图1、2所示结构的硬盘用电动机1的情况下，可以考虑将其止推板9用作电极。

在这种情况下，如图9中斜线15所示，预先将套筒3与止推板9之间进行电气绝缘，并使轴承检查装置的电气接点16与止推板9的背面9b接触即可。又，该止推板9可以用作上述各例中的激励用电极11、11a，也可以用作检测用电极12。

(动压轴承部分的异常旋转检测)

上述说明是关于用本发明的轴承检查装置检测动压轴承部分的接触转速(或悬浮转速)时的情况。但本发明的轴承检查装置也可以对广泛的、普通异常旋转状态进行检测。

异常旋转状态的典型例子是金属粉等异物进入了动压轴承部分。在这种情况下，电动机1处于额定旋转状态时，旋转轴4本来是处于非接触状态，但由于有异物，转换成以不规则状态瞬间接触的状态，并输出与此对应的检测电压。在参照图1至图5进行说明的轴承检查装置1的情况下，如图10所示，在额定驱动旋转状态(悬浮或非接触旋转状态)，检测电压波形S出现振幅瞬间性变小的波形部分S1、S2(图10中的各时刻A至D等与图5中的相同)。因此，通过用肉眼观察这样的波形部分，或者用含有比较器等的检测电路进行判别，就能检查有否异物混入引起的轴承异常旋转。

异常旋转状态还有异物混入之外原因引起的。例如，如果由于旋转轴4与套筒3的制造误差或装配误差等而发生偏心旋转等时，有时会发生它们周期性瞬间接触的情况。在在这种情况下，在稳定旋转状态时，会周期性(有规则地)发生如上所述的波形部分S1、S2。因此，通过确认这样的波形部分，就能检查有否异常旋转状态。

(检测电压波形的变换)

-因为表示这样的异常旋转状态的波形部分是瞬间发生的，所以即使不加变换直接在示波器上显示检测电压波形S，看漏的可能性也很高。此外，在进行所述接触转速的检测时，电动机转速下降到轴承的接触转速，是从短时间断续性接触渐渐接触时间变长，再转变成稳定的接触旋转状态。作为接触转速，必须采用最初出现的瞬间性接触开始时的接触转速。因此，不加变换直接使用检测电压波形时，有可能不能高精度检测出接触转速。

例如如图10所示，如果对检测电压波形S进行波形变换，使振幅的大小关系翻转成如电压波形Sb所示，就能确认不定期发生的波形部分S1b、S2b而不看漏。此外，进行接触转速的检测时，也能确认最初的瞬间接触位置即波形部分S3b，而不看漏。

又，作为这样使视觉容易识别的波形变换方法，可以利用采用AM解调电路、相位差检测电路及包络线电路等众所周知的波形变换和整形方法。

(检查对象的轴承)

以上对将本发明应用于动压轴承检查的例子进行了说明，但作为检查对象的轴承，也可以是动压轴承之外的轴承。例如，也可以使用于对含有固体润滑材料等的烧结体构成的烧结轴承等滑动轴承、结构上插入有滚动体的滚珠轴承等滚动轴承的异常旋转检查。还有，作为检查对象的动压轴承，除了使用油作为流体的油动压轴承之外，当然也包括使用空气、水等高电阻的液体、气体的动压轴承。

此外，上述例子是为了检查装在硬盘用电动机中的动压轴承而应用本发明的例子，为了检查其它各种设备的轴承部分也可以应用本发明。例如，边使多面镜旋转边进行扫描的光扫描装置的旋转部分、复印装置的感光鼓等旋转部分及油循环泵的旋转部分等的检查，也可以应用本发明。

下面对装有本发明的电动机轴承监视装置的硬盘驱动器的实施例进行说明。本例的硬盘驱动器具有装有油动压轴承的盘片电动机。

图11为将本例的硬盘驱动器的剖面结构与控制系统一起给出的简略构成图，图12所示为其平面构成的简略构成图。本例的硬盘驱动器21具有盘片电动机22、由该盘片电动机22旋转驱动的多片磁盘23，以及对磁盘23进行信息的记录及重放用的磁头24，这些部分装在由上方敞开的扁平杯状的基座25和封闭该上侧开口的盖子26形成的电动机壳体内。

该硬盘驱动器21装在个人计算机27内或其外面，利用个人计算机27经驱动电路28进行记录和重放。

本例的盘片电动机22具有与基座25一体形成的直立状态的套筒31、以及以可自由旋转的同轴状态插入该套筒31内的旋转轴32。旋转轴32的上端部分从套筒31向上伸出，在该上端部分，同心状态固定着下方开口的大致杯状的盘片轮毂33。在该盘片轮毂33的外周部分，利用压板34装有磁盘23。

在盘片轮毂33下端部分的内周面上安装有环状转子35，而在基座25一侧，安装有由定子铁心和绕组构成的定子36，处于被该转子35包围的状态。

在旋转轴32的外周面与套筒31的内周面之间，形成有动压产生用的槽，并且充填有润滑油，构成动压轴承。此外，在旋转轴32的下端部，固定有环状止推轴承构件37，在该止推轴承构件37的下侧面与安装在基座25侧的止推板38的上侧面之间还形成有动压止推轴承。因此，在本例的盘片电动机22中，旋转轴32和止推轴承构件37具有作为构成动压轴承的第1和第2轴要素之中的一方的功能，而套筒31和止推板38具有作为另一方轴承要素的功能。

若驱动电动机22使旋转轴32旋转，则在旋转轴32与套筒31之间，以及在旋转轴32与止推板38之间产生润滑油引起的动压。转速一旦超过规定值(悬浮转速)，旋转轴32就离开套筒31和止推板38而产生悬浮，该旋转轴32以非接触状态进行旋转。一旦转速下降至低于规定的值(接触转速)，则旋转轴32再次以与套筒31及止推板38接触的状态进行旋转(接触旋转状态)。这样的动压轴承机构是众所周知的，所以对其详细结构及作用省略说明。

另外，电动机各部分由如下所述的材料以通常的方式形成。基座25是铝制的，套筒31是铜或不锈钢制成的，旋转轴32是不锈钢制成的，止推轴承构件37是铜或不锈钢制成的，止推板38是不锈钢制成的。

在本例的硬盘驱动器21中，具有监视其动压轴承部分旋转状态并在发生异常时加以显示的电动机轴承监视装置40。本例的电动机轴承监视装置40具有检测动压轴承部分的旋转状态的状态检测电路41、根据该检测输出判别动压轴承部分是否异常的异常判别电路42、以及发生异常时加以显示的显示装置43。这些电路部分由个人计算机27进行驱动控制。在本例中还具有在个人计算机27控制下发生异常时复制磁盘23的记录内容用的备份用存储器44。

电动机轴承监视装置40如已说明过的那样，根据阻抗变化，具体是根据电阻和电容变化，检测盘片电动机22的动压轴承部分的接触状态及非接触状态。

-具体是，如图11和图13所示，本例的电动机轴承监视装置40的状态检测电路41具有激励用电极51、检测用电极52、对激励用电极51施加交流电压的交流电压源53、以及将检测用电极52获得的检测电压输出到异常判别电路42用的电压检测器54。激励用电极51是靠近盘片电动机22的基座25配置的环状电极，用于对该电极51与基座25之间施加交流电压而产生电场。该电极51的内周面以同轴状态与盘片轮毂33的外周面相对。

本例的检测用电极52兼用作盖子26。即，盖26的内侧表面形成有塑料等构成的绝缘膜26a，与基座25电气绝缘，同时该盖26隔着绝缘膜26a，靠近旋转轴32和盘片轮毂33的上端面配置。该检测用电极52通过串联连接的电感器L1接地。该电感器L1产生的电压由电压检测器54进行检测。

在此，如图13和图14所示，使用激励用电极51和检测用电极52，而动压轴承部分的结构与电阻R1、电容C1及表示接触和非接触状态的开关SW并联连接的电路构成等效。此外，电极51靠近基座25及盘片轮毂33配置，所以它们之间可以置换成具有规定电容量的电容器C5和C2，同样，因为电极52(盖子26)靠近盘片轮毂33配置，所以，它们之间可以置换成具有规定电容量的电容器C4。还有，电极51、52之间也可以置换成规定电容量的电容器C3。因此，本例的状态检测电路41是如图14所示的等效电路构成的阻抗检测电路。

下面参照图15的流程图，对本例的硬盘驱动器1中的电动机轴承监视动作进行说明。关于信号波形，因为与已说明过的图5是相同的，故省略说明。首先，接通交流电压电源53，在电极51与基座25之间施加交流电压。又，作为交流电压波形，可以采用正弦波、方波及锯齿波等各种交流电压波形。

由此，因施加交流电压而产生电场，进入盘片轮毂33的电力线经过该盘片轮毂33流至靠近配置的电极52一侧，同时通过动压轴承部分(SW、R1、C1)及基座25，流到接地一侧。流到电极52(盖子26)一侧的电力线分量通过电感器L1流到接地一侧。该电感器L1产生的电压由电压检测器54进行检测。

另外，边用示波器测定电感器L1的电压，边调整交流电压的频率使其对准谐振点，就能提高检测电压的检测灵敏度。换言之，本例的阻抗检测电路为LC谐振电路的结构。这样的频率调整在电动机22停止状态及旋转中均可以进行。此外，为了获得LC谐振电路，调整电感量也行。

由电压检测器54测出的输出电压供给异常判别电路42。异常判别电路42在盘片电动机22起动时，即根据检测电压波形判别其动压轴承部分从接触旋转状态转换成非接触旋转状态的时刻，并求出此时的电动机转速(悬浮转速)(图15的步骤ST1-1)。此外，盘片电动机22处于稳定旋转状态时，同样根据输出电压波形判别动压轴承部分的旋转状态(处于接触旋转状态还是处于非接触旋转状态)(步骤ST1-2)。还有，盘片电动机22停止时，在其后的电动机惯性旋转时，判别动压轴承部分从非接触旋转状态转换成接触旋转状态的时刻，并求出该时刻的电动机转速(接触转速)(步骤ST1-3)。

此时的检测电压波形S与图5及图10所示的检测电压波形S相同。

参照这些波形图进行说明。在盘片电动机22稳定旋转状态(时刻A至B的区间)，由于动压轴承部分产生的动压，旋转轴12呈悬浮的非接触旋转状态。该非接触旋转状态与图13(b)所示的开关SW断开时等效。在该状态，进入盘片轮毂33的电力线的大多数分量进入检测用电极52(盖26)，并经电感器L1流到接地侧。因此，检测电压较大，其电压波形S的振幅也大。

在使盘片电动机22的驱动停止转换成惯性旋转状态之后，旋转轴32悬浮的非接触旋转状态仍继续的期间，获得同样的检测输出电压(从时刻B至时刻C的区间)。

在时刻C，旋转轴12与套筒11或止推板18接触，转换成接触旋转状态，即如图13(a)所示，与开关SW闭合时等效。在该状态，进入盘片轮毂33的电力线的大多数分量经过开关SW及基座25流出到接地侧。其结果是，检测用电极52(盖26)测出的检测电压急剧变小，因此，其电压波形S的振幅也大幅度减小。

异常判别电路42将测出的实际悬浮转速及接触转速分别与预先存储的悬浮转速及接触转速进行比较，当实际获得的转速比存储着的转速还高时，判别为动压轴承部分发生了异常(图15的步骤ST2)，并将该情况经个人计算机27在显示装置43上进行显示。还使显示装置43显示要进行硬盘记录内容的备份的提示信息(图15的步骤ST3-2)。

在测出有异常时，也可以在显示装置43显示该情况，并自动在备份用存储器44中进行硬盘记录内容的备份(图15的步骤ST3-3)。此外，也可以利用个人计算机27的扬声器功能，或者预先另外安装蜂鸣器等，使其发出发生异常的报警(图15的步骤ST3-1)。当然，也可以例如预先配置振动器代替视觉、听觉手段，或者与这样的报警输出同时使用，通过产生振动来进行这样的异常事态的报警。

-在未测出异常的情况下，不进行上述的报警输出，但例如可以在显示装置43的画面上形成硬盘驱动器的状态显示栏，在该栏始终输出“OK”(图15的步骤ST4)。

下面对稳定旋转状态下的异常检测进行说明。异常旋转状态的典型例子是在动压轴承部分混入了金属粉等异物。在这种情况下，盘片电动机22处于稳定旋转状态时，旋转轴32应该处于非接触旋转状态，但因为有异物，就会以不规则的状态转换成瞬时性接触状态，并输出与此对应的检测电压。

在这种情况下，如图10所示，在稳定驱动旋转状态(悬浮或非接触旋转状态)，检测电压波形S出现瞬间性振幅小的波形部分S1、S2。因此，异常判别电路42一测出这样的波形部分，即判别为轴承混入异物引起异常旋转状态，并向个人计算机27输出发生异常的信息。

作为异常旋转状态也有异物混入之外原因引起的。例如，由于旋转轴32和套筒31的制造误差、安装误差等引起偏心旋转等，这时它们会发生周期性瞬间接触。在这种情况下，在稳定旋转状态，会周期性(有规则地)发生如上所述的波形部分S1、S2。本例的异常判别电路42在这样的情况下，也向个人计算机27输出发生异常的信号。

因为表示这样的异常旋转状态的波形部分是瞬间发生的，所以，即使异常判别电路42对检测电压波形S不加变化直接进行波形分析，有时也不能高精度进行异常判别。此外，进行上述的接触转速检测时，电动机转速下降到轴承接触转速，是从短时间断续接触起接触时间渐渐变长，再转换成稳定的接触旋转状态。而作为接触转速必须采用最初出现的瞬时性接触开始时刻的接触转速。因此，当不加变化直接采用检测电压波形时，就有可能通过波形分析不能高精度检测接触转速。

为了避免这样的弊端，如图10所示，对检测电压波形S进行波形变换，如电压波形Sb那样，使振幅的大小关系相反，并放大其振幅差，就能进行识别而不漏掉不定期发生的波形部分S1b、S2b。此外，进行接触转速的检测时，也能进行识别而不漏掉最初的瞬时接触位置即波形部分S3b。作为这样的波形变换方法，可以利用AM解调电路、相位差检测电路及包络电路等众所周知的波形变换和整形方法。

又，本例的电动机轴承监视装置40对盘片电动机22以非接触状态进行其动压轴承部分的检查。因此，可以避免尘埃等附着在磁盘及其它电动机零件上发生污染这样的弊端。

勿用赘言，作为可检测动压轴承部分的阻抗的阻抗检测电路，可以采用使接点与电动机零件例如盘片轮毂33接触的结构。例如，相对于旋转轴32的上端部分的外周面，使电刷状的电极接触，就能代替靠近配置的电极52。

此外，电动机稳定旋转状态下的轴承状态检测及异常判别每隔一定时间进行即可。还有，为了不影响用磁头24进行重放和记录动作，在该磁头24进行驱动时，最好不进行状态检测即不施加交流电压。

(阻抗检测电路的另外的例子)

用上述的电动机轴承监视装置40的阻抗检测电路42检测的是动压轴承部分的电阻及电容的变化，但也可以仅检测电阻变化，或者仅检测电容量的变化。还有，也可以不使用检测用电极52，而仅用激励用电极51进行检测。

图16、图17所示为根据电阻变化检测动压轴承部分的旋转状态用的电动机轴承监视装置40中的电极配置位置说明图、以及电路构成图。在这种情况下，作为电极，仅配备对盘片轮毂33施加交流电压用的激励用电极52a(盖26)即可。该电极52a隔着电容C2与盘片轮毂33靠近配置。在该电极52a与交流电压源53之间，串联连接有电阻R2。电压检测器54检测电阻R2的两端电压。

这样构成时的等效电路如图17(a)所示，旋转轴32处于接触旋转状态时，如图17(b)所示，从电极52a经电容C2流入盘片轮毂33的电力线，其大部分分量经过基座25流入接地侧，所以，电阻R2内流过大电流，其两端电压值较大。相反，旋转轴33处于非接触旋转状态时，如图17(c)所示，开关SW断开，电路实际上处于断开状态，故流过电阻R2的电流小，因此检测电压也极小。

另外，在图16及图17所示采用仅检测电阻变化的构成时，与图11至图15所示的构成相比，其优点是检测容易，且如果电极数采用一个(在本例的情况下，可以省略电极51)，可以简化电路结构。

此外，在上述说明中，是对盘片轮毂33侧施加交流电压，但也可以对基座25侧施加交流电压。另外，不用非接触式电极而使检测用端子接触进行检测时，也可以不施加交流电压而是施加直流电压。

还有，在盘片轮毂33上装有磁盘23的状态下，利用该磁盘，可获得将电极52与基座25之间可靠屏蔽的效果。

(电极结构的变形例)

在上述各例中，将电极52兼用作盖子26，但也可以在盖子26上安装用另外构件构成的电极。例如可以如图18(a)所示，在盖子26内侧表面的与盘片轮毂33的上端面相对的部分，通过绝缘性粘结剂层61粘贴电极片62。

此外也可以如图18(b)所示，使盖子26的与盘片轮毂33相对的部分向盘片轮毂上端面侧凸出，在该凸出部分26b的内侧表面，通过绝缘性粘结剂层63粘贴电极片64。

还有，在图11、图12所示结构的盘片电动机22的情况下，也可以将其止推板38用作电极。

在这种情况下，如图19中斜线70所示，预先将套筒31与止推板38之间进行电气绝缘，并使状态检测电路41的电气接点71与止推板38的背面38a接触即可。另外，该止推板38可以用作上述各例中的激励用电极51，也可以用作检测用电极52。

(状态检测电路的另外例子)

上述状态检测电路根据动压轴承部分的阻抗变化来检测动压轴承部分的状态，但也可以如下所述检测动压轴承部分的旋转状态，来代替上述的方法。

首先，可以利用测定动压轴承接触转速时一般采用的AE(声发射)法。该AE法是用振动传感器检测金属接触而产生的声能并将其变换成电压的方法。这种检测方法例如在日本特开平10-307081号公报有披露。该AE法也用作测定轴承一般性损伤及寿命用的轴承论断方法。这样的方法例如在日本特开平8-159151号公报及日本特开平7-134063号公报有披露。

利用AE法从具有油动压轴承的电动机例如图11、12所示结构的盘片电动机22获得的AE波形，与在传统技术中说明过的图23是相同的。AE波形是将AE传感器从电动机轴承部分测出的振动强度变换成电压，可在示波器画面上观察。而电动机转速是由测速发电机测出的转速测量值(测速发电机的电压值)。

在图23中，在电动机稳定旋转状态(图的时刻A至B的区间)，由于电动机驱动电流的开关噪声占压倒优势，所以要检测轴承部分产生的接触音很困难。因此，异常判别在电动机停止驱动起至惯性旋转停止的期间(图的时刻B至时刻D的区间)实施即可。

由于停止驱动的时刻B之后再无开关噪声，所以AE传感器实际上可以仅检测从轴承部分产生的振动能量。从刚停止驱动起到转速降低到某一转速为止的期间(图的时刻B至时刻C的区间)，轴承部分由于油膜而维持悬浮状态，所以测出的振动能量非常低，因此，检测波形的振幅也小。

这样，一旦转速下降超过时刻C，油膜形成的悬浮力就再也不能支承轴承旋转部分的重量，轴承旋转部分就从非接触旋转状态转换成接触旋转状态。其结果是产生接触音，因而从轴承部分检测到的AE波形的振幅增大。然后，AE波形的振幅随着转速的下降而减小，并与转速完全停止同时变为零(图的时刻D)。

因此，通过对该AE波形进行波形分析，异常判别电路42进行接触转速的检测，并能据此判别有无异常旋转状态。此外，在稳定旋转状态，如果能除去电动机驱动电流引起的噪声，则也能根据AE波形判别异常旋转状态。

在基于这样的AE波形的情况下，例如利用如图20所示的异常判别动作，也可以向操作者发出异常状态报警，同时进行硬盘记录内容的备份。

而作为电动机轴承部分异常的检测方法，还有一种方法是检测轴承部分的温度，并据此判别轴承是否异常。即，很多电动机发生卡住的原因在于，轴承部分无润滑状态下金属滑动引起的烧结。一旦发生烧结，金属滑动部分即呈高温状态，所以通过检测该温度的上升，可以检测轴承部分异常的发生。

在这种情况下，例如是图11、12所示的盘片电动机22时，只要使状态检测电路41为配置在其旋转轴32或套筒31附近的温度传感器，异常判别电路42将检测温度与预先存储的判别用温度进行比较，当检测温度比判别用温度还高时，则判断为轴承部分有异常即可。在这种情况下的异常判别动作的例子在图21中给出。

在硬盘驱动器21的情况下，其电动机轴承部分的异常检测方法也可以采用根据磁头24进行的重试次数的方法。即，一旦轴承部分发生异常，旋转振摆即增大，所以磁头24的跟踪误差增加。其结果是，对磁盘23进行写入、读出失败而再次进行写入、读出的重试次数就增加。

因此，电动机轴承监视装置40的状态检测电路41检测该重试次数，异常判别电路42计算重试次数的每单位时间的平均重试次数，当该平均重试次数超过预先设定的次数时，则判断为轴承有异常即可。在这种情况下的异常判别动作例子在图22给出。

(监视对象的轴承)

上述说明是对应用于油动压轴承的异常判别的例子，但作为监视对象的轴承，也可以是使用油之外的流体例如水、空气等高电阻液体、气体的动压轴承。并且也可以是动压轴承以外的轴承。例如，为了监视含有固体润滑剂之类润滑剂的烧结体构成的烧结轴承等滑动轴承，以及插入有转动体而构成的滚珠轴承等滚动轴承的异常旋转，当然可以应用本发明。

此外，上述例子是为了监视装在硬盘驱动器中的电动机动压轴承而应用本发明的例子，而为了监视其它各种机器的轴承部分也可以应用本发明。例如，为了监视边使多面镜旋转边进行扫描的光扫描装置的旋转部分、复印装置的感光鼓等旋转部分及油循环用的泵等旋转部分，也可以应用本发明。

如上所述，本发明的轴承检查方法及轴承检查装置，着眼于轴承的轴要素和轴承要素在接触旋转时与非接触旋转时它们之间的电气特性即电阻、电容等阻抗会发生变化，并根据该阻抗变化来检测轴承的接触转速(悬浮转速)及异常旋转状态。

因此，若采用本发明，与根据轴承部分产生的声能进行的检查相比，可以高精度且短时间进行检查。

此外，检查电动机等的轴承部分时，可以在不受电动机驱动电流的开关噪声影响的情况下进行检查，无论电动机的驱动状态如何均可以进行检查。

还有，因为能以非接触状态进行轴承检查，所以还有这样的优点：在对硬盘用电动机的轴承进行检查等时，可以防止因检查装置的电极与电动机零件接触而引起的尘埃附着等的污染。

因此，根据本发明，能提供适合对大量生产的轴承以及具有轴承的装置全部进行检查的检查方法。

此外，本发明的电动机轴承监视装置的构成为，监视电动机轴承部分的状态，判别其异常，并在异常发生时输出该情况的报警。因此，根据本发明，能预测电动机卡住等致命性故障的发生，能对这样的故障防患于未然。

此外，在本发明的存储装置中，因为一旦测出其电动机轴承部分有异常，即能输出有异常的报警，同时输出促使进行存储内容备份的信息，所以可以避免发生电动机卡住、不能重放存储数据等致命性故障。还有，因为异常发生时，利用备份用辅助记录媒体，可以自动进行记录数据的备份，所以极安全且方便。

再有，本发明对动压轴承等的旋转异常状态着眼于它们之间的电气特性即电阻、电容等阻抗会发生变化这一点，根据该阻抗变化，检查轴承的接触转速(悬浮转速)及异常旋转状态。因此，能高精度检测轴承的异常等。

此外，根据阻抗变化的轴承异常判别因为能以非接触状态进行轴承状态的检测，所以，在监视硬盘驱动器等的电动机轴承时，还有的优点是，能防止监视装置侧的电极与电动机零件侧接触而引起尘埃附着等的污染。

Claims (27)

1.一种轴承检查方法，该方法用于对同轴状态配置的轴要素及轴承要素以规定的相对转速以上旋转时使其保持非接触状态的轴承，检查所述轴要素与所述轴承要素是否处于接触旋转状态，其特征在于，

使所述轴要素及所述轴承要素作相对旋转，

检测在上述相对旋转状态下这些轴要素及轴承要素间的阻抗，

根据检测信号的大小关系的翻转输出，检测所述阻抗的变化，

利用接触旋转时与非接触旋转时所述阻抗发生变化这一点，判别所述轴要素与所述轴承要素是否处于接触旋转状态。

2.根据权利要求1所述的轴承检查方法，其特征在于，检测所述相对旋转状态下所述轴要素及轴承要素间的电阻变化或电容量变化，或者它们两者的变化。

3.根据权利要求1所述的轴承检查方法，其特征在于，边使所述轴要素及所述轴承要素的相对转速发生变化，边检测所述阻抗变化，

根据检测出的阻抗变化，检测所述轴要素及所述轴承要素从接触旋转状态转换成非接触旋转状态时刻的相对转速，或者，检测它们从非接触旋转状态转换成接触旋转状态时刻的相对转速。

4.根据权利要求3所述的轴承检查方法，其特征在于，边使所述相对转速从零向上升，边检测所述轴要素及所述轴承要素从接触状态转换成非接触状态时刻的所述相对转速，并将其作为悬浮转速。

5.根据权利要求3所述的轴承检查方法，其特征在于，边使所述相对转速从稳定转速起向下降，边检测所述轴要素及所述轴承要素从非接触状态转换成接触状态时刻的所述相对转速，并将其作为接触转速。

6.根据权利要求1所述的轴承检查方法，其特征在于，根据所述阻抗变化，判别所述轴要素与所述轴承要素是否处于异常接触旋转状态。

7.根据权利要求6所述的轴承检查方法，其特征在于，所述相对转速为一定时，当所述阻抗变化以不规则状态发生时，判别为所述异常接触旋转状态是由于所述轴要素及所述轴承要素间混入了异物而引起的。

8.根据权利要求6所述的轴承检查方法，其特征在于，在所述相对转速为一定、所述阻抗变化发生周期性变化时，判别为，所述异常接触旋转状态是由于所述轴要素或所述轴承要素本身引起的，或者是由于异物与轴要素或轴承要素同步旋转而引起的。

9.根据权利要求1所述的轴承检查方法，其特征在于，相对所述轴要素及所述轴承要素以非接触状态检测所述阻抗变化。

10.根据权利要求1所述的轴承检查方法，其特征在于，所述轴承是动压轴承，所述动压轴承在所述轴要素及所述轴承要素间形成有由流体产生动压用的槽。

11.根据权利要求1所述的轴承检查方法，其特征在于，所述轴承是将旋转电机中的转子以相对于定子可自由旋转的状态加以支承的旋转电机的轴承。

12.一种轴承检查装置，该装置用于对同轴状态配置的轴要素及轴承要素以规定的相对转速以上旋转时使其保持非接触状态的轴承，检查所述轴要素与所述轴承要素是否处于接触旋转状态，其特征在于，

具有对随着相对旋转状态下的所述轴要素及轴承要素间的接触及非接触而变化的阻抗进行检测的阻抗检测电路，

该阻抗检测电路具有对所述轴要素及所述轴承要素中的一方施加电压的电压施加装置，以及检测来自另一方的输出电压的输出电压检测装置，

并能根据所述输出电压的变化，判别所述轴要素与所述轴承要素是否处于接触旋转状态。

13.根据权利要求12所述的轴承检查装置，其特征在于，所述电压施加装置是施加交流电压的交流电压施加装置。

14.根据权利要求13所述的轴承检查装置，其特征在于，

所述交流电压施加装置具有与所述轴要素及轴承要素中的一方靠近配置的激励用电极和对该激励用电极施加交流电压的交流电压源，

所述输出电压检测装置具有与所述轴要素及所述轴承要素中的另一方靠近配置的检测用电极和对该检测用电极产生的输出电压进行检测的输出电压检测器。

15.根据权利要求14所述的轴承检查装置，其特征在于，所述激励用电极及所述检测用电极为环型或筒型。

16.根据权利要求13所述的轴承检查装置，其特征在于，所述阻抗检测电路是在所述检测用电极与接地间串联连接有电感器的LC谐振电路。

17.根据权利要求16所述的轴承检查装置，其特征在于，加在所述激励用电极上的交流电压的频率为LC谐振频率。

18.根据权利要求17所述的轴承检查装置，其特征在于，所述LC谐振频率通过在事前监视接触时及非接触时的输出电压波形并进行选择以使该输出电压波形变为最大振幅而获得。

19.根据权利要求13所述的轴承检查装置，其特征在于，所述交流电压施加装置具有靠近所述轴要素及所述轴承要素中的一方配置的激励用电极及对该激励用电极施加交流电压的交流电压源，所述输出电压检测装置是对串联连接在所述激励用电极与所述交流电压源之间的电阻的两端电压进行检测的电压检测器。

20.根据权利要求12所述的轴承检查装置，其特征在于，所述输出电压检测装置具有对测出的输出电压波形进行变换的波形变换电路。

21.根据权利要求12所述的轴承检查装置，其特征在于，所述轴承是在所述轴要素及轴承要素之间形成有利用流体产生动压用的槽的动压轴承。

22.根据权利要求21所述的轴承检查装置，其特征在于，所述轴承是将硬盘用电动机中的转子从相对对定子可自由旋转状态加以支承的轴承。

23.根据权利要求22所述的轴承检查装置，其特征在于，所述硬盘用电动机具有基板和装有硬盘的盘片轮毂，所述基板上形成有作为所述轴承要素的套筒，所述盘片轮毂的中心形成有作为所述轴要素的旋转轴。

24.根据权利要求23所述的轴承检查装置，其特征在于，所述硬盘用电动机具有靠近所述基板或所述盘片轮毂配置的电动机壳体，并将该电动机壳体用作所述激励用电极或所述检测用电极。

25.根据权利要求23所述的轴承检查装置，其特征在于，

在所述基板上配置有止推板，在该止推板与所述旋转轴的一端面之间构成动压止推轴承，

所述止推板与所述基板电气绝缘，用作所述激励用电极或所述检测用电极。

26.根据权利要求22所述的轴承检查装置，其特征在于，所述硬盘用电动机具有基板和装有硬盘的盘片轮毂，所述基板上固定有作为所述轴要素的支承轴，所述盘片轮毂上形成有作为所述轴承要素的套筒。

27.根据权利要求26所述的轴承检查装置，其特征在于，所述硬盘用电动机具有与所述基板或所述盘片轮毂靠近配置的电动机壳体，并将该电动机壳体用作所述激励用电极或所述检测用电极。

Images