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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Speicherplatte für ein elektromotorisch angetriebenes
Speicherplattenlaufwerk, gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Derartige
elektromotorisch angetriebene Speicherplattenlaufwerke werden vorwiegend
in Computern in Form von Festplattenlaufwerken, CD-Laufwerken oder
DVD-Laufwerken eingesetzt oder sind in eigenständigen CD-/DVD-Abspielgeräten und
Aufnahmegeräten
enthalten. Bekannte Speicherplattenlaufwerke, sowohl mit magnetischen
als auch optischen Speicherplatten, enthalten in der Regel einen
Spindelmotor zum rotatorischen Antrieb der mindestens einen Speicherplatte.
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Ein
Spindelmotor für
Speicherplattenlaufwerke bekannter Bauart ist in der
DE 202 19 216 U1 offenbart.
Dieser Spindelmotor umfasst ein drehendes Bauteil in Form eines
glockenförmigen
Rotors, dem ein ringförmiger
Permanentmagnet zugeordnet ist und der die Speicherplatte(n) trägt. Einem
stehenden Bauteil, dem Stator, ist ein mit Spulen bewickeltes Blechpaket
zugeordnet. Der Rotor ist gegenüber dem
Stator mittels eines geeigneten Lagersystems, z. B. eines Wälzlagersystems
oder eines hydrodynamischen Lagersystems, drehgelagert. Durch die
sequentielle Bestromung der Spulenwicklungen des Stators entstehen
umlaufende magnetische Felder, die im Zusammenwirken mit den vorzugsweise
radial ausgerichteten Polpaaren des Permanentmagneten das für den Antrieb
des Rotors erforderliche Drehmoment entstehen lassen.
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Bei
Speicherplattenlaufwerken geht der Trend zu immer kleineren und
flacheren Laufwerken, so dass in Folge die Bauhöhe der verwendeten Spindelmotoren
immer mehr reduziert werden muss. Speziell in tragbaren Geräten und
insbesondere tragbaren Computern sind solche Speicherplattenlaufwerke geringer
Baugröße gefragt.
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Aufgrund
vorgegebener Konstruktionsmerkmale von Spindelmotoren herkömmlicher
Bauart sind einer Verringerung der Bauhöhe jedoch hinsichtlich der
erforderlichen Laufgenauigkeit, Kippstabilität und Schockfestigkeit Grenzen
gesetzt.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Speicherplatte für ein elektromotorisch
angetriebenes Speicherplattenlaufwerk anzugeben, durch die eine
kostengünstige
Herstellung von Speicherplattenlaufwerken mit geringer Bauhöhe und einer gegenüber herkömmlichen
Laufwerken verringerten Anzahl an Bauteilen möglich wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den abhängigen
Ansprüchen
und der Beschreibung.
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Erfindungsgemäß bildet
die Speicherplatte zugleich den Rotor des Elektromotors. Mit anderen Worten
besteht der Rotor des Elektromotors im wesentlichen aus der Speicherplatte,
die scheibenförmig
ausgebildet ist und eine Mehrzahl von an ihrem Außenumfang
vorgesehene permanentmagnetische Pole umfasst, durch die sie beim
Anlegen eines elektromagnetischen Wechselfeldes in Rotation versetzt wird.
Das elektro-magnetische Wechselfeld wird vom Stator des Motors erzeugt,
der den Rotor zumindest teilweise umgibt. Diese Konstruktion macht
es unter anderem möglich,
die Speicherplatte, die gleichzeitig das rotierende Teil des Antriebs
eines Speicherplattenlaufwerks bildet, unabhängig vom feststehenden Teil
des Speicherplattenlaufwerks, also dem Stator des elektromotorischen
Antriebs, der Schreib-/Lesevorrichtung, der Elektronik, etc., zu
verwenden, ähnlich
einer CD bzw. CD-ROM für
ein optisches Laufwerk oder einer Diskette für ein Diskettenlaufwerk. Auf
diese Weise sind z.B. sogenannte Wechsel-Festplattenlaufwerke realisierbar,
bei denen nicht das gesamte Laufwerk portabel ist, sondern nur die
eigentliche Speicherplatte, die dann mit jeder kompatiblen Antriebs-
und Schreib-/Leseeinheit verwendbar ist.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung kann das Trägermaterial der Speicherplatte
aus nicht-magnetischem Material, vorzugsweise aus Kunststoff, Glas
oder Aluminium bestehen. Die magnetischen Pole werden in diesem
Fall aus einer Mehrzahl von am Außenumfang der aus dem Trägermaterial
bestehenden Scheibe angeordneten, kreissegmentförmigen Permanentmagneten gebildet.
Die Magnete können
z. B. von dem Material des Kerns, vorzugsweise Kunststoff, umspritzt
sein oder an dessen Umfang angeklebt werden. Es ist auch möglich, das
Kunststoffmaterial am Außenumfang
der Scheibe mit hartmagnetischem Material zu versetzen, d.h. kunststoffgebundene
Magnete zu verwenden. Um nun diese Scheibe zur Speicherplatte zu
machen, sind eine oder beide ihrer Seiten, oder auch nur die Flächen des
Trägermaterials,
mit einer magnetisch oder optisch auslesbaren und/oder beschreibbaren Beschichtung
versehen.
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In
einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass das Trägermaterial
selbst aus einer Mehrzahl von etwa kreissektorförmigen Permanentmagneten besteht,
welche die magnetischen Pole des Rotors ausbilden. Das heißt, der
gesamte Kern der Speicherplatte besteht aus hartmagnetischem Material,
das entsprechende magnetische Pole am Außenumfang der Platte ausbildet.
Bevor nun die magnetisierbare oder optische Schicht aufgebracht
werden kann, ist vorzugsweise auf dem permanentmagnetischen Material
des Kerns eine magnetisch isolierende Schicht aufgebracht, um magnetische
Störfelder
zu vermeiden. Diese magnetisch isolierende Schicht kann beispielsweise
aus Mu-Metall bestehen, das auf das Trägermaterial bzw. Magnetmaterial
der Speicherplatte aufgedampft wird.
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Natürlich ist
es im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass parallel zu der als
Rotor ausgebildeten Speicherplatte eine oder mehrere zusätzliche Speicherplatten
herkömmlicher
Bauart vorhanden sind, wie es z. B. bei modernen Festplattenspeichern üblich ist.
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Die
Erfindung umfasst auch einen Elektromotor mit einem durch die erfindungsgemäße Speicherplatte
gebildeten Rotor. Der Rotor (Speicherplatte) ist in bekannter Weise
von einer Statoranordnung zur Erzeugung eines elektro-magnetischen Wechselfeldes
umgeben, welches den Rotors antreibt.
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Die
Speicherplatte kann auch lediglich einseitig mit einer Speicherschicht
versehen sein. Der Rotormagnet kann dabei radial oder axial magnetisiert
sein, je nach der Lage des Statoranordnung, z.B. axial oder radial
in Bezug auf die Speicherplatte. In dem Fall einer einseitig mit
einer Speicherschicht versehenen Speicherplatte ist es ferner möglich, die Speicherplatte
axial anzutreiben (sogenannter Pancake-Motor). Generell kann die
Statoranordnung je nach Ausrichtung der Rotormagnete radial oder
axial zur Speicherplatte platziert sein.
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Die
oben beschriebene erfindungsgemäße Ausgestaltung
einer Speicherplatte für
ein Speicherplattenlaufwerk, die zugleich den Rotor des Antriebsmotors
ausbildet, erlaubt eine sehr kompakte und vor allem sehr flache
Bauweise eines solchen Laufwerks. Ferner kann man ein separates
Rotorbauteil einsparen, was eine rationelle und kostengünstige Herstellung
eines solchen Speicherplattenlaufwerks ermöglicht.
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Die
erfindungsgemäße Bauform
ist gleichermaßen
geeignet für
die Herstellung von Festplattenlaufwerken und CD-/DVD-Laufwerken.
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Die
Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug
auf die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen näher erläutert. Daraus ergeben sich
weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Speicherplatte, wobei in
der linken Hälfte
von 1 eine Speicherplatte gemäß einer ersten Ausgestaltung
der Erfindung gezeigt ist und in der rechten Hälfte von 1 eine
Speicherplatte gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf eine Speicherplatte gemäß 1, wiederum
in unterschiedlichen Ausgestaltungen in der linken und rechten Zeichnungshälfte.
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3 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
des Details X im Randbereich von 2.
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4 zeigt
einen schematischen Schnitt eines Elektromotors bzw. Speicherplattenlaufwerks
mit einer erfindungsgemäßen Speicherplatte
als Rotor, wiederum mit unterschiedlichen Ausgestaltungen der Speicherplatte
in der linken und rechten Zeichnungshälfte.
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5 zeigt
einen schematischen Schnitt eines Elektromotors bzw. Speicherplattenlaufwerks
mit einer erfindungsgemäßen Speicherplatte
als Rotor und einer axialen Anordnung des Stators.
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Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung
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Die 1 und 2 zeigen
einen Schnitt bzw. eine Draufsicht durch eine scheibenförmige Speicherplatte 10 bzw. 110 gemäß der beiden
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung. Diese Speicherplatten 10 bzw. 110 können z.
B. in Festplattenlaufwerken oder optischen Speicherlaufwerken verwendet
werden. Die Speicherplatte 10 bzw. 110 bildet
erfindungsgemäß das rotierende
Bauteil, also den Rotor oder Läufer,
eines Elektromotors. Hierfür sind
am Außenumfang
der Speicherplatte 10 bzw. 110 eine Anzahl von
magnetischen Polen vorgesehen, die jeweils über einen entsprechenden Winkelbereich
abwechselnd einen Nordpol und einen Südpol in Richtung der Ebene
der Speicherplatte 10 bzw. 110 ausbilden.
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Die
in der linken Hälfte
der 1 und 2 dargestellte Speicherplatte 10 umfasst
ein scheibenförmiges
Trägersubstrat 12,
das bevorzugt aus Kunststoff oder einem nicht-magnetischen Werkstoff besteht,
wobei eine zentrale Öffnung 20 zur
Aufnahme eines Lagersystems 22 vorgesehen ist. Am Außenumfang
des Trägersubstrats 12 sind
je nach Anzahl der benötigten
magnetischen Pole mehrere ringsegmentförmige Permanentmagnete 14 befestigt,
z. B. durch Ankleben oder Umspritzen der Magnete 14 mit
Kunststoff. Eine oder beide Seiten des Trägersubstrats 12 oder
auch der Permanentmagnete 14 tragen eine Speicherschicht 18,
die in bekannter Weise aus einer magnetisierbaren oder optisch auslesbaren und/oder
beschreibbaren Beschichtung besteht. Die Speicherschicht 18 kann
auch aus einer dünnen
Aluminiumplatte oder Metallplatte mit entsprechender magnetisierbaren
Beschichtung bestehen. Es kann sich auch um eine laserbeschreibbare,
auslesbare und wieder löschbare
Kunststoffbeschichtung handeln. Um insbesondere bei einer magnetisierbaren Speicherschicht 18 Störeinflüsse durch
das Magnetfeld der Permanentmagnete 14 zu verhindern, kann vorzugsweise
zwischen dem Trägersubstrat 12 bzw. den
Permanentmagneten 14 eine magnetisch isolierende Schicht 16 vorgesehen
sein.
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Die
rechte Hälfte
der 1 und 2 zeigt eine Speicherplatte 110,
die aus einer der benötigten Polzahl
entsprechenden Anzahl von kreissektorförmigen, miteinander verbundenen
Permanentmagneten 114 besteht. Die aus den Permanentmagneten gebildete
Scheibe wird zentral in einem Lagersystem 22 gelagert und
wie oben beschrieben zunächst
mit einer magnetisch isolierenden Schicht 16 versehen, auf
welche dann die eigentliche magnetisierbare Speicherschicht 18 bzw.
eine optische Speicherschicht aufgebracht wird, sowohl nur auf einer
als auch beiden Seiten, so dass eine Speicherplatte 110 entsteht,
die zugleich den Rotor des Antriebsmotors bildet.
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Wie
man im Detail aus 3 erkennt, sind die durch die
Magnete 14 bzw. 114 gebildeten magnetischen Pole 24,
immer abwechselnd Nordpol und Südpol,
so ausgerichtet, dass der magnetische Fluss im wesentlichen radial
nach außen
senkrecht zur Rotationsachse der Platte 10 bzw. 110 austritt.
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Je
nach Art und Bauweise des Motors, in den die Speicherplatte 10 bzw. 110 als
permanentmagnetischer Rotor verbaut wird, insbesondere der Anzahl der
Statorpole und der Phasen des Motors, muss die entsprechende Anzahl
an magnetischen Polen 24 gewählt werden. Erfindungsgemäß werden
die Permanentmagnete 14 vorzugsweise in einem sogenannten
Halbach-Array angeordnet. Durch diese Anordnung der Magnete erhält man gezielt
ausgerichtete Multipolfelder, die vorzugsweise nur in radialer Richtung
nach außen
nicht aber in axialer Richtung verlaufen, so dass von den Rotormagneten nur
geringe Störfelder
ausgehen, welche die Speicherschicht 18 negativ beeinflussen
könnten.
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In 4 ist
eine vereinfachte Darstellung eines solchen „Speicherplattenmotors" im Schnitt dargestellt.
Der Motor besteht aus einem Träger
oder Trägermaterial 32 in
welchem ein beispielsweise ein ringförmiger Stator 26 aufgenommen
ist, der den Speicherplattenrotor 10 bzw. 110 umgibt.
Der Stator 26 besteht z.B. aus dem Blechkern 28 und
definiert in Richtung der Speicherplatte 10 bzw. 110 gerichtete Statorpole,
die mit entsprechenden Statorwicklungen 30 versehen sind.
Das so entstandene ringförmige Gehäuseteil
kann die Basisplatte eines Speicherplattenlaufwerks ausbilden. Das
Gehäuseteil
wird jeweils oben und unten mit einer Deckplatte 34 bzw. 36 verschlossen,
so dass sich ein scheibenförmiger
Hohlraum bildet, in welchem der Rotor, sprich die Speicherplatte 10 bzw. 110,
rotiert. Die feststehenden Teile des Lagersystems 22 sind
an der oberen und unteren Deckplatte 34, 36 gehalten.
Zwischen dem Außenumfang
der Speicherplatte 10 bzw. 110 und dem Innenumfang
des Stators 26 verbleibt ein Luftspalt. Wenn die Statorwicklungen 30 entsprechend
mit elektrischem Strom beaufschlagt werden, z. B. nach der bekannten
Art der Blockkommutierung, so wird ein elektromagnetisches Wechselfeld
erzeugt, welches die Speicherplatte 10 bzw. 110 in
Rotation versetzt.
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4 zeigt
also die wesentlichen Bestandteile eines Speicherplattenlaufwerkes
mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor,
wobei die Komponenten zum Schreiben und Auslesen der Daten von der Speicherplatte,
also die Schreib-/Leseköpfe, und
die Elektronik zur Ansteuerung der Schreib-/Leseköpfe und
des Motors nicht dargestellt sind.
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5 zeigt
eine Darstellung eines Motors zum Antrieb der erfindungsgemäßen Speicherplatte im
Schnitt. Im Unterschied zu 4 ist hier
der Stator 226 axial zur Speicherplatte 210 angeordnet.
Der Stator 226 ist beispielsweise ringförmig ausgebildet und liegt
einer Seite der Speicherplatte 210 direkt gegenüber. Das
Blechpaket 228 des Stators bildet Pole aus, die jeweils
eine Statorwicklung 230 tragen. Die Statorpole liegen Permanentmagneten 214 gegenüber, die
an der dem Stator zugewandten Seite der Speicherplatte 210 angeordnet
sind.
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Die
Speicherplatte 210 besteht aus einem scheibenförmigen Trägersubstrat 12,
das einseitig mit einer Speicherschicht 18 versehen ist,
die in bekannter Weise aus einem magnetisierbaren oder optisch auslesbaren
und/oder beschreibbaren Material besteht. Vorzugsweise beide Seiten
des Trägersubstrats 12 sind
mit einer magnetisch isolierenden Schicht 16 versehen,
welche die durch die Permanentmagnete 214 erzeugten magnetischen
Felder von der Speicherschicht 18 fern halten. Auch in 5 sind
die Komponenten zum Schreiben und Auslesen der Daten von der Speicherplatte 210,
also die Schreib-/Leseköpfe, und
die Elektronik zur Ansteuerung der Schreib-/Leseköpfe und
des Motors nicht dargestellt.
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Charakteristisch
für die
Erfindung ist die Schaffung eines permanentmagnetischen Speicherplattenrotors
für einen
Gleichstrommotor zum Antrieb eines Speicherplattenlaufwerks. Durch
die damit erreichbare flache Bauweise des Elektromotors lässt sich
die Bauhöhe
des Speicherplattenlaufwerks drastisch reduzieren. Zudem lässt sich
ein derart ausgebildetes Speicherplattenlaufwerk aufgrund der geringen
Anzahl an benötigten
Einzelteilen kostengünstig aufbauen.
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- 10
- Speicherplatte
- 12
- Trägersubstrat
- 14
- Permanentmagnete
(Ringsegmente)
- 16
- magnetische
Isolierungsschicht
- 18
- Speicherschicht
(magnetisch/optisch)
- 20
- Aufnahmeöffnung
- 22
- Lagersystem
- 24
- magnetische
Pole
- 26
- Stator
- 28
- Blechkern
- 30
- Statorwicklungen
- 32
- Trägermaterial
- 34
- Deckplatte
- 36
- Deckplatte
- 110
- Speicherplatte
- 114
- Permanentmagnete
(Kreissektoren)
- 210
- Speicherplatte
- 214
- Permanentmagnete
- 226
- Stator
- 228
- Blechkern
- 230
- Statorwicklungen