DE102005005414B3 - Fluid-dynamic bearing system for rotary bearing of spindle motor used in hard disk drive assembly, has bushings surrounding divided sections of tubular case surrounding rotary shaft, forming gap which is filled with bearing fluid - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere zur Drehlagerung eines Spindelmotors z.B. für den Antrieb der Speicherplatte(n) eines Festplattenlaufwerks.The The invention relates to a fluid dynamic bearing system, in particular for pivotal mounting of a spindle motor e.g. for driving the storage disk (s) a hard disk drive.
Spindelmotoren bestehen im wesentlichen aus Stator, Rotor und mindestens einem zwischen diesen beiden Teilen angeordneten Lagersystem. Der elektromotorisch angetriebene Rotor ist mit Hilfe des Lagersystems gegenüber dem Stator drehgelagert. Als Lagersystem werden unter anderem Wälzlager, neuerdings aber bevorzugt fluiddynamische Lagersysteme eingesetzt.spindle motors consist essentially of stator, rotor and at least one between these two parts arranged storage system. The electric motor driven rotor is with the help of the storage system against the Stator rotatably mounted. As a storage system, among other things rolling bearings, but recently used fluid dynamic storage systems preferred.
Eine
bekannte Ausgestaltung eines fluiddynamischen Lagersystems, offenbart
z.B. in der
Eine Verschiebung der beschriebenen Anordnung entlang der Rotationsachse wird durch mindestens ein entsprechend ausgestaltetes fluiddynamisches Axiallager verhindert. Bei einem fluiddynamischen Axiallager sind die in gegenseitiger Wirkverbindung stehenden Lageroberflächen, von denen wenigstens eine mit einer Oberflächenstruktur versehen ist, jeweils in einer zur Rotationsachse senkrechten Ebene angeordnet und durch einen dünnen, vorzugsweise ebenen, mit Schmiermittel gefüllten Lagerspalt axial voneinander beabstandet. Die zur Aufnahme der axialen Kräfte vorgesehenen fluiddynamischen Drucklager werden vorzugsweise durch die beiden Stirnflächen einer am Ende der Welle angeordneten Druckplatte gebildet, wobei der einen Stirnfläche der Druckplatte eine entsprechende Stirnfläche der Hülse und der anderen Stirnfläche die innenliegende Stirnfläche einer Abdeckung zugeordnet ist. Die Abdeckung bildet also ein Gegenlager zur Druckplatte und verschließt die offene Seite des Lagersystems und verhindert, dass Luft in den mit Schmiermittel gefüllten Lagerspalt eindringt.A Displacement of the described arrangement along the axis of rotation is characterized by at least one appropriately designed fluid dynamic Thrust bearing prevents. In a fluid dynamic thrust bearing are the mutually interacting bearing surfaces of which at least one is provided with a surface structure, each arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation and through a thin, preferably flat, filled with lubricant bearing gap axially from each other spaced. The provided for receiving the axial forces fluid dynamic Thrust bearing are preferably by the two end faces of a formed at the end of the shaft arranged pressure plate, wherein the one face the pressure plate has a corresponding end face of the sleeve and the other end face the inside end face associated with a cover. The cover thus forms an abutment to the pressure plate and closes the open side of the storage system and prevents air from entering the filled with lubricant Bearing gap penetrates.
Der Trend geht zu immer kleineren Spindelmotoren, vor allem immer geringeren Bauhöhen, was zu einer entsprechenden Miniaturisierung der Lagersysteme führt, wobei es aufgrund der immer kleiner werdenden Lagerabstände schwierig ist, eine geforderte Steifigkeit der Lagersysteme zu erzielen. Die Steifigkeit ist eine der wichtigsten Größen zur Bestimmung der Performance eines Lagers. Bei einem fluiddynamischen Lager hängt der Runout (Schlag) in hohem Maße von der Steifigkeit des Lagers ab.Of the Trend goes to smaller and smaller spindle motors, especially smaller and smaller heights, which leads to a corresponding miniaturization of the storage systems, wherein it is difficult due to the ever smaller bearing distances is to achieve a required rigidity of the storage systems. The stiffness is one of the most important sizes for Determining the performance of a warehouse. In a fluid dynamic Warehouse hangs the runout (blow) to a great extent from the rigidity of the bearing.
Die
Die US 2004/0240104 A1 offenbart einen Spindelmotor, dessen Lagersystem in einen oberen und einen unteren Lagerabschnitt unterteilt ist.The US 2004/0240104 A1 discloses a spindle motor whose bearing system is divided into an upper and a lower bearing portion.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein fluiddynamisches Lagersystem für Spindelmotoren derart weiterzubilden, dass auch bei geringer axialer Bauhöhe eine hohe Lagersteifigkeit und Rotationsstabilität erreicht wird.The The object of the invention is a fluid dynamic bearing system for spindle motors in such a way that even at low axial height a high bearing stiffness and rotational stability is achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lagersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a Storage system solved with the features of claim 1.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further preferred and advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims specified.
Das erfindungsgemäße fluiddynamische Lagersystem umfasst eine feststehende Welle, eine die Welle umgebende und um eine Rotationsachse drehbare, rohrförmige Hülse sowie mindestens eine am Außenumfang der Hülse angeordnete Druckplatte, und eine die Stirnseiten der Druckplatte und der Hülse verschließende Abdeckung, wobei einander zugewandte und durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten inneren Lagerspalt voneinander beabstandete Oberflächen der Welle, der Hülse, der Druckplatte und der Abdeckung mindestens einen Radiallagerbereich und mindestens einen Axiallagerbereich ausbilden. Die Hülse weist an ihrem Außenumfang einen Bund auf, der die Hülse in einen oberen und einen unteren Abschnitt unterteilt, wobei der obere Abschnitt von einer oberen Lagerbuchse und der untere Abschnitt von einer unteren Lagerbuchse umgeben ist, so dass sich zwischen dem Innendurchmesser der Lagerbuchsen und dem Außendurchmesser der beiden Abschnitte der Hülse ein mit Lagerfluid gefüllter äußerer Lagerspalt ausbildet, der mit dem inneren Lagerspalt verbunden ist.The fluid dynamic La invention The system comprises a fixed shaft, a tubular sleeve surrounding the shaft and rotatable about an axis of rotation, and at least one pressure plate disposed on the outer circumference of the sleeve, and a cover closing the end faces of the pressure plate and the sleeve, facing one another and filled with a bearing fluid inner bearing gap spaced surfaces of the shaft, the sleeve, the pressure plate and the cover at least form a radial bearing region and at least one thrust bearing region. The sleeve has on its outer periphery a collar, which divides the sleeve into an upper and a lower portion, wherein the upper portion of an upper bearing bush and the lower portion is surrounded by a lower bearing bush, so that between the inner diameter of the bearing bushes and the outer diameter of the two portions of the sleeve forms a bearing fluid filled with outer bearing gap, which is connected to the inner bearing gap.
Erste und zweite Radiallagerbereiche werden durch den inneren Lagerspalt voneinander beabstandete Oberflächen des oberen Abschnitts der Hülse und der Welle sowie des unteren Abschnitts der Hülse und der Welle gebildet.First and second radial bearing areas are defined by the inner bearing gap spaced-apart surfaces the upper portion of the sleeve and the shaft and the lower portion of the sleeve and the shaft formed.
Dritte und vierte Radiallagerbereiche werden durch den äußeren Lagerspalt voneinander beabstandete Oberflächen des oberen Abschnitts der Hülse und der oberen Lagerbuchse sowie des unteren Abschnitts der Hülse und der unteren Lagerbuchse gebildet.third and fourth radial bearing areas are separated by the outer bearing gap spaced surfaces the upper portion of the sleeve and the upper bushing and the lower portion of the sleeve and the lower bearing bush formed.
Es sind vorzugsweise zwei Axiallagerbereiche vorgesehen, die durch voneinander beabstandete Oberflächen der Druckplatte und der Abdeckung sowie der Druckplatte und der Stirnflächen der oberen Lagerbuchse gebildet werden. Die Radiallagerbereiche und die Axiallagerbereiche sind durch Oberflächenstrukturen gekennzeichnet, die auf mindestens eine der gepaarten Lageroberflächen aufgebracht sind.It Preferably, two thrust bearing areas are provided by spaced-apart surfaces the pressure plate and the cover and the pressure plate and the faces the upper bearing bush are formed. The radial storage areas and the thrust bearing areas are characterized by surface structures, applied to at least one of the paired bearing surfaces are.
Die hohe Steifigkeit des erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagers wird durch eine höhere Anzahl von Radial- bzw. Axiallagerbereichen erzielt, sowie einen möglichst großen Lagerabstand der Radiallager.The high rigidity of the fluid dynamic bearing according to the invention is through a higher Number of radial or thrust bearing areas achieved, as well as a preferably huge Bearing clearance of radial bearings.
Aufgrund der ineinander liegenden Anordnung des oberen Axiallagers sowie des oberen Radiallagers wird axialer Bauraum eingespart, wodurch die Konstruktion vergleichsweise flacher Lager möglich wird.by virtue of the nested arrangement of the upper thrust bearing and the upper radial bearing is saved axial space, whereby the Construction comparatively flat bearing is possible.
Das zentrale Teil dieser erfindungsgemäßen Anordnung ist die rohrförmige Hülse, die ein Teil des rotierenden Teils des Lagers bildet. Diese Hülse bildet zusammen mit den oberen und unteren Lagerbuchsen ein oberes und ein unteres Radiallager. Der Außendurchmesser und der Innendurchmesser der Hülse kann vorzugsweise zur Bildung von weiteren Radiallagerbereichen verwendet werden.The central part of this arrangement according to the invention is the tubular sleeve, the forms part of the rotating part of the bearing. This sleeve forms together with the upper and lower bushings an upper and a lower radial bearing. The outer diameter and the inner diameter of the sleeve may preferably be used to form further radial bearing areas be used.
Bei Verwendung eines oberen Axiallagers kann auf das äußere obere Radiallager, das gebildet ist zwischen dem Außendurchmesser der Hülse und der oberen Lagerbuchse, verzichtet werden.at Use of an upper thrust bearing can be on the outer upper Radial bearing formed between the outer diameter of the sleeve and the upper bushing, be waived.
Durch an beiden Seiten der Hülse angeordnete Radiallagerbereiche erhöht sich erfindungsgemäß die Steifigkeit des Lagers. Die beispielsweise im oberen Bereich der Hülse angeordnete Druckplatte bildet zusammen mit der Deckplatte und der oberen Lagerbuchse zwei Axiallagerbereiche aus. Vorzugsweise am anderen Ende der Hülse, oder an jedem beliebigen Punkt der Hülse, können weitere Druckplatten angeordnet werden, um die axiale Steifigkeit zu erhöhen.By on both sides of the sleeve arranged radial bearing areas increases according to the invention, the rigidity of the camp. The arranged, for example, in the upper region of the sleeve Pressure plate forms together with the cover plate and the upper bearing bush two thrust bearing areas. Preferably at the other end of the sleeve, or at any point of the sleeve, can additional pressure plates are arranged to increase the axial stiffness increase.
Die obere Seite des Lagers ist ein Beispiel für die Verwendung oder Anordnung eines Radiallagers und eines Axiallagers in der selben Ebene senkrecht zur Rotationsachse. Die Druckplatte ist auf der äußeren Seite der Hülse während das Radiallager auf der Innenseite angeordnet ist. Dadurch ergibt sich ein maximal möglicher Lagerabstand zwischen dem/den oberen und dem/den unteren Radiallager(n), wodurch sich der radiale Schlag des Lagers reduziert.The Upper side of the bearing is an example of use or arrangement a radial bearing and a thrust bearing in the same plane vertically to the axis of rotation. The pressure plate is on the outer side of the sleeve during the Radial bearing is arranged on the inside. This results a maximum possible Bearing distance between the upper and / or lower radial bearing (s), which reduces the radial impact of the bearing.
Um eine bestmögliche Zirkulation des Lagerfluids in den Lagerspalten zu gewährleisten, sind der äußere und der innere Lagerspalt vorzugsweise durch in der Hülse angeordnete radiale Bohrungen bzw. Verbindungskanälen direkt miteinander verbunden.Around a best possible To ensure circulation of the bearing fluid in the bearing gaps, are the outer and the the inner bearing gap preferably arranged in the sleeve radial bores or connecting channels directly connected.
Ferner kann die Welle vorzugsweise eine Einschnürung aufweisen, die zusammen mit der Hülse einen Hohlraum bildet, in welchen die offenen Enden des inneren Lagerspaltes münden. Der Hohlraum ist in den Übergangsbereichen zum inneren Lagerspalt teilweise mit Lagerfluid gefüllt und dient zur Abdichtung der inneren Lagerspalten und als Reservoir für das Lagerfluid.Further For example, the shaft may preferably have a constriction which together with the sleeve forms a cavity into which the open ends of the inner Storage gap open. The cavity is in the transition areas to the inner bearing gap partially filled with bearing fluid and serves to seal the inner bearing gaps and as a reservoir for the Bearing fluid.
Außerdem kann die Welle Bohrungen oder Kanäle zur Ent-/Belüftung des durch die Einschnürung gebildeten Hohlraumes aufweisen, so dass ein Druckausgleich im Hohlraum und anderen Bereichen des Lagersystems gewährleistet ist.In addition, can the shaft holes or channels for ventilation of the constriction formed cavity, so that a pressure equalization in the cavity and other areas of the storage system.
Die Hülse besitzt vorzugsweise auf ihrer halben Länge einen Bund, der die Hülse mit den übrigen Teilen des Rotors, insbesondere der Rotorglocke, verbindet. Die Hülse und der Bund können dabei einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Die Stirnflächen dieses Bundes können zusammen mit den Stirnflächen der entsprechenden Lagerbuchsen ebenfalls als Axiallager verwendet werden.The sleeve preferably has on its half length a collar which connects the sleeve with the other parts of the rotor, in particular the rotor bell. The sleeve and the collar can be formed in one or more parts. The forehead Chen this federal can also be used as thrust bearing together with the end faces of the corresponding bushings.
Das gesamte Lager ist an beiden Enden der feststehende Welle befestigt. An einem Ende ist die Welle fest in einer Basisplatte aufgenommen. Am anderen Ende kann die Welle mit einer Schraube an einem Gehäuseteil befestigt werden. Die beidseitige Befestigung der Welle trägt ebenfalls zur Erhöhung der Steifigkeit des Lagers bei und verringert damit den Schlag.The entire bearing is attached to both ends of the fixed shaft. At one end, the shaft is firmly received in a base plate. At the other end, the shaft with a screw on a housing part be attached. The two-sided attachment of the shaft also contributes to increase the Stiffness of the bearing and thus reduces the impact.
Kurzbeschreibung der ZeichnungSummary the drawing
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungsfigur näher beschriebenfollowing is an embodiment of Invention described in more detail with reference to the drawing figure
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindungdescription a preferred embodiment the invention
Der
Spindelmotor umfasst eine feststehende Basisplatte
Zwischen
den einander zugewandten Oberflächen
der Druckplatte
Die
Hülse
Die
obere Lagerbuchse
Die
dargestellte Lageranordnung umfasst mindestens zwei, jedoch vorzugsweise
drei Radiallagerbereiche
Die
durch den inneren Lagerspalt
In
bekannter Weise sind die Radiallagerbereiche durch Oberflächenstrukturen
Die
axialen Kräfte
des Lagersystems werden durch zwei einander entgegengesetzt wirkende
Axiallager
Zur
Verbesserung der Steifigkeit des Lagersystems ist vorzugsweise ein
weiterer Radiallagerbereich
Man
erkennt, dass der äußere Lagerspalt
Die
Hülse
Wird
der Spindelmotor in einem Speicherplattenlaufwerk eingesetzt, trägt die Rotorglocke
Die
zum Betrieb des Spindelmotors notwendigen elektro-magnetischen Komponenten
sind an der Basisplatte
Die
Welle
Die
offenen Enden des äußeren Lagerspaltes
In
der Welle
- 11
- Basisplattebaseplate
- 22
- Wellewave
- 33
- Rotationsachseaxis of rotation
- 44
- Hülseshell
- 4a4a
- Hülsenabschnitt (oben)sleeve section (above)
- 4b4b
- Hülsenabschnitt (unten)sleeve section (below)
- 55
- Lagerspalt (innen)bearing gap (Inside)
- 66
- Druckplatteprinting plate
- 77
- Abdeckungcover
- 88th
- Lagerspalt (Axiallager)bearing gap (Thrust bearing)
- 99
- BundFederation
- 1010
- Lagerbuchse (obere)bearing bush (upper)
- 1111
- Lagerbuchse (untere)bearing bush (lower)
- 1212
- Lagerspalt (außen)bearing gap (Outside)
- 1313
- RadiallagerbereichRadial bearing region
- 1414
- RadiallagerbereichRadial bearing region
- 1515
- RadiallagerbereichRadial bearing region
- 1616
- RadiallagerbereichRadial bearing region
- 1717
- Oberflächenstruktursurface structure
- 1818
- Oberflächenstruktursurface structure
- 1919
- Axiallagerthrust
- 2020
- Axiallagerthrust
- 2121
- Verbindungskanalconnecting channel
- 2222
- Verbindungskanalconnecting channel
- 2323
- Rotorglockerotor bell
- 2424
- Statoranordnungstator
- 2525
- Permanentmagnetepermanent magnets
- 2626
- Hohlraum (Einschnürung)cavity (Constriction)
- 2727
- Zwischenraumgap
- 2828
- Kanälechannels
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R084 | Declaration of willingness to licence | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: MINEBEA MITSUMI INC., JP Free format text: FORMER OWNER: MINEBEA CO., LTD., NAGANO, JP |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: RIEBLING, PETER, DIPL.-ING. DR.-ING., DE |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |