DE102005061853A1 - Spindelmotor - Google Patents

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DE102005061853A1
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DE102005061853A
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Andreas Kull
Martin Bauer
Frank Drautz
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Minebea Co Ltd
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, insbesondere für den Antrieb von Speicherplatten von Festplattenlaufwerken, mit einer Grundplatte, einer in einer Öffnung der Grundplatte angeordneten feststehenden Lagerbuchse, einer in einer axialen Bohrung der Lagerbuchse mittels des fluiddynamischen Lagersystems drehgelagerten Welle, einer mit der Welle verbundenen Nabe und einem elektromagnetischen Antriebssystem. Um eine höhere Steifigkeit des Motorsystems zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lagerbuchse einen Flansch aufweist, der in der Öffnung der Grundplatte befestigt ist und dessen Außendurchmesser deutlich größer als der Außendurchmesser der Lagerbuchse ist.

Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, wie er bevorzugt zum Antrieb von Festplattenlaufwerken eingesetzt wird.
  • Stand der Technik
  • Ein Spindelmotor umfasst im wesentlichen einen Stator, einen Rotor und mindestens ein zwischen diesen beiden Teilen angeordnetes Lagersystem. Der elektromotorisch angetriebene Rotor ist mit Hilfe des Lagersystems gegenüber dem Stator drehgelagert. Als Lagersystem werden vorzugsweise fluiddynamische Lagersysteme eingesetzt.
  • Eine bekannte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem ist in der DE 102 39 650 B3 offenbart. Der Spindelmotor umfasst eine Grundplatte mit einer im wesentlichen zentral angeordneten, angeformten Hülse, in die eine Lagerbuchse eingesetzt ist. Die Lagerbuchse weist eine axiale Bohrung zur Aufnahme einer Welle auf. Die Welle rotiert frei in der feststehenden Lagerbuchse und bildet zusammen mit dieser ein Radiallager. Die in gegenseitiger Wirkverbindung stehenden Lageroberflächen von Welle und Lagerbuche sind durch einen dünnen, konzentrischen und mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander beabstandet. In wenigstens einer Lageroberfläche ist eine Oberflächenstruktur eingearbeitet, welche infolge der rotatorischen Relativbewegung zwischen Welle und Lagerbuchse lokale Beschleunigungskräfte auf das im Lagerspalt befindliche Lagerfluid ausübt. Auf diese Weise entsteht eine Art Pumpwirkung, die zur Ausbildung eines homogenen und gleichmäßig dicken Schmiermittelfilms innerhalb des Lagerspalts führt, der durch Zonen fluiddynamischen Druckes stabilisiert wird.
  • Die Welle trägt eine Nabe, auf der z. B. eine oder mehrere Speicherplatten eines Festplattenlaufwerks angeordnet sind. Eine Verschiebung der beschriebenen Anordnung entlang der Rotationsachse wird durch entsprechend ausgestaltete fluiddynamische Axiallager verhindert. Die fluiddynamischen Axiallager werden vorzugsweise durch die beiden Stirnflächen einer bevorzugt an einem Ende der Welle angeordneten Druckplatte gebildet, wobei der einen Stirnfläche der Druckplatte eine entsprechende Stirnfläche der Lagerbuchse und der anderen Stirnfläche die innenliegende Stirnfläche einer Abdeckung zugeordnet ist. Die Abdeckung bildet ein Gegenlager zur Druckplatte und verschließt die offene Seite des Lagersystems und verhindert, dass Luft in den mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalt eindringt oder das Lagerfluid ausläuft. Bei dem gezeigten Lagersystem wird ein flüssiges Lagerfluid, beispielsweise ein Lageröl verwendet. Es ist ein elektromagnetisches Antriebssystem vorhanden, das aus einer am feststehenden Teil des Motors angeordneten Statoranordnung und einem an der Nabe angeordneten Permanentmagneten besteht.
  • Die DE 102 39 650 B3 zeigt ein bei Festplattenmotoren häufig verwendetes Single-Plate-Design (d.h. es ist nur eine Druckscheibe vorhanden), insbesondere für den gängigen Formfaktor 3,5 Zoll. Der Motor umfasst relativ wenige, einfach und kostengünstig produzierbare und verbindbare Teile und Funktionskomponenten, und ist daher sehr robust, da Toleranzen und auch die Funktionsweise von radialem und axialem Lager praktisch unabhängig voneinander sind. Es ist eine Anordnung aller Bauteile des Motors unter der glockenförmigen Nabe möglich, insbesondere auch des Fluidlagersystems, das auf der Seite der Axiallager verschlossen ist, wobei die gegenüberliegende offene Seite durch eine Kapillardichtung abgedichtet ist. Es ist eine einfache Integration der Motorkomponenten in das Festplattenlaufwerk möglich, durch üblicherweise Einkleben oder Einpressen der Lagerbuchse in die in der Grundplatte vorgesehene Hülse, auf welche auch die Statoranordnung gepresst oder geklebt wird.
  • Für Festplattenlaufwerke mit höherer Speicherkapazität und damit größerer Plattenanzahl, z.B. mit vier Speicherplatten, oder Serverlaufwerke mit dickeren Speicherplatten, also insgesamt höherer Rotormasse, sowie allgemein durch höhere Datendichten steigende Anforderungen an Präzision und Laufruhe ist es notwendig, die Steifigkeit des gesamten Motorsystems zu vergrößern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Steifigkeit eines eingangs beschriebenen Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem zu verbessern, ohne die Grundkonstruktion des Single-Plate-Designs zu verlassen oder die Baugröße wesentlich zu verändern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist an die beispielsweise aus Stahl gefertigte Lagerbuchse ein Flansch angeformt, wobei der Flansch in der Öffnung der Grundplatte befestigt wird, so dass die Verbindung zwischen Grundplatte und Lagerbuchse beispielsweise im Bereich unterhalb des Außendurchmessers der Nabe realisiert wird. Der Flansch hat vorzugsweise einen deutlich größeren Durchmesser als die Lagerbuchse und besteht, wie auch die Lagerbuchse, aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul von größer 70 GPa, wie beispielsweise Stahl. Der Flansch kann auch aus einem Keramikwerkstoff, einem Kunststoff oder einer Metalllegierung hergestellt werden. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser des Flansches größer als das 1,5-fache des Außendurchmessers der Lagerbuchse.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann der Bereich der Grundplatte, in welchem die Lagerbuchse aufgenommen ist und der üblicherweise als Druckguss aus Aluminium hergestellt ist, durch einen beispielsweise aus Stahl gefertigten Flanschring ersetzt werden, der an seinem Innendurchmesser mit der Lagerbuchse und an seinem Außendurchmesser mit der Grundplatte verpresst, verschweißt oder verklebt wird.
  • Die Steifigkeit eines Motorsystems wird gewöhnlich durch entsprechende Vibrationstests ermittelt. Dabei wird insbesondere die Transferfunktion des Motorsystems für eine horizontale Anregung im Frequenzbereich nahe 500 Hz und die Amplitude der auftretenden Resonanzen bestimmt. Durch die Ausbildung des erfindungsgemäßen Flansches an der Lagerbuchse wird die Steifigkeit des Motorsystems erhöht, was die Auslenkungsamplitude bei 500 Hz dämpft und die erste Resonanzfrequenz, die für übliche Single-Plate-Designs typischerweise unter 2 kHz liegt, verringert und/oder zu höheren Frequenzen hin verschiebt.
  • Eine genaue Untersuchung des Gesamtmotorsystems hat ergeben, dass in dem genannten Frequenzbereich die Struktursteifigkeit der Grundplatte und die Anbindung der Lagerbuchse an diese den größten Einfluss haben.
  • Ein durch horizontale Beschleunigungskräfte am Rotor erzeugtes Drehmoment wird über das Lagersystem und die Lagerbuchse auf die Grundplatte übertragen. Die größten Deformationen treten daher im Bereich der Grundplatte unter der Nabe und der Statoranordnung an der Verbindungsstelle von Lagerbuchse und Hülse auf. Daher kann eine Versteifung des Gesamtsystems, ohne die vorgegebenen äußeren Abmessungen zu ändern, am besten durch konstruktive Maßnahmen in diesem Bereich erzielt werden.
  • Durch die Befestigung der Lagerbuchse mittels eines Flansches mit größerem Durchmesser wird die Steifigkeit des Systems vergrößert, ohne die oben aufgeführten Vorteile des Single-Plate-Designs aufzugeben, so wie es z.B. bei Motoren mit stehender Welle (z.B. Conical-Design, mit konischen Lagerflächen) unweigerlich der Fall ist, und ohne zusätzlichen Bauraum für den Motor zu beanspruchen, was die Integration in das Festplattenlaufwerk erschweren würde und eventuell aufwendige Änderungen am Gesamtsystem zur Folge hätte.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass eine Abnahme der Gesamtsteifigkeit durch die üblichen Verbindungstechniken zur Verbindung der Grundplatte und Lagerbuchse, wie beispielsweise Kleben oder Pressen, stark reduziert oder ganz vermieden wird, da die Verbindungssteifigkeit mit größerem Durchmesser der Verbindungsmantelfläche nichtlinear ansteigt.
  • Das erfindungsgemäße Konstruktionsprinzip eines Spindelmotors ist für Festplattenlaufwerke mit höherer Plattenanzahl und damit höherer Rotormasse und Speicherkapazität geeignet. Ferner verbessern sich Präzision und Laufruhe sowie die Steifigkeit des gesamten Motorsystems.
  • Bisher werden bei Spindelmotoren keine Einrichtungen zur passiven Schwingungsdämpfung eingesetzt. Die Resonanzamplituden der mechanischen Schwingungen werden nur durch die Dissipationseigenschaften des verwendeten Fluids im Fluidlager begrenzt.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die Amplituden der Strukturresonanzen durch gezieltes Einbringen von diskreten Dämpfungselementen wirksam reduziert werden. Hierzu wird bei den oben beschriebenen Ausführungsvarianten beispielsweise in die Verbindungsstellen zwischen Lagerbuchse und Grundplatte oder Außendurchmesser des Stahlrings oder Lagerbuchsenflansch und Grundplatte ein viskoelastisches Dämpfungselement eingebracht. Vorzugsweise wird eine viskoelastische Polymerfolie verwendet. Diese Polymerfolie hat typischerweise eine Dicke von 0,4 bis 4 mil, also etwa 10 bis 100 μm und besitzt ein Elastizitätsmodul kleiner 1 GPa sowie einen Verlustfaktor (loss tangent) größer 0,1.
  • Der hier zur Anwendung kommende intrinsische viskoelastische Dämpfungsmechanismus ist umso effizienter, je stärker sich die Dämpfungselemente bei Krafteinwirkung verformen. Ideal wäre es demnach, wenn sich die Verformungen ausschließlich in den Dämpfungselementen konzentrieren würden, während sich die anderen Motorbauteile nicht verformen. Um dies zu erreichen, müssen auf der einen Seite Dämpfungselemente mit geringer Steifigkeit und guten Dämpfungseigenschaften ausgesucht werden. Auf der anderen Seite muss die restliche Struktur des Motors höchstmögliche Steifigkeit aufweisen.
  • Aufgrund der deutlich verbesserten gesamten Steifigkeit durch die vorgeschlagenen konstruktiven Änderungen, Auswahl von geeigneten Materialien mit einem hohen Elastizitätsmodul und insbesondere der deutlich höheren Steifigkeit der äußeren Verbindungsstelle durch den vergrößerten Außendurchmesser des Flansches der Lagerbuchse hat man genügend Spielraum, hier mit unterschiedlichen Verbindungsschichtdicken und -materialien für die Dämpfungselemente zu arbeiten.
  • Die Verwendung von Dämpfungselementen in der oben beschriebenen Art ermöglicht außerdem eine deutliche Reduzierung akustischer Emissionen beim Betrieb der Festplatten.
  • Durch die Dämpfungselemente wird die Grundplatte vom vibrierenden restlichen Teil des Motors entkoppelt und kann somit kaum noch Schall in die Umgebung abgeben.
  • Alle aufgezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung erfordern im Vergleich zum herkömmlichen Single-Plate-Design einen relativ kleinen Aufwand d. h. verursachen nur geringe Mehrkosten, ohne die oben dargestellten Vorteile aufzugeben, bei gleichzeitig großem Nutzen im Hinblick auf die beschriebenen Anforderungen.
  • Natürlich können die beschriebenen Ausführungsvarianten auch für andere Formgrößen von Spindelmotoren und Festplattenspeichern zur Verbesserung der Transferfunktion oder ohne Verschlechterung derselben zur Verringerung der Abmessungen der Grundplatte oder der gesamten Motorhöhe eingesetzt werden.
  • Wie Eingangs angedeutet, war das Lagerfluid das einzig wirksame Dämpfungselement bei bisherigen Motoren. Bei Verwendung von Luftlagern, muss möglicherweise mit anderen Dämpfungseigenschaften des Lagers gerechnet werden. Die Verfügbarkeit zusätzlicher Dämpfungselemente kann dann mitunter von entscheidendem Vorteil sein.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines Spindelmotors mit einer flanschartig verbreiterten Lagerbuchse.
  • 2 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung eines Spindelmotors mit Flanschring zwischen Lagerbuchse und Grundplatte.
  • 3 zeigt einen Schnitt durch eine dritte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit einer flanschartig verbreiterten Lagerbuchse und eingebrachtem Dämpfungselementen.
  • 4 zeigt einen Schnitt durch eine vierte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit einem Flanschring zwischen Lagerbuchse und Grundplatte und Dämpfungselement am Außendurchmesser des Flanschringes.
  • 5 zeigt einen Schnitt durch eine fünfte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit einem Flanschring zwischen der Lagerbuchse und der Grundplatte und Dämpfungselementen am Innen- und am Außendurchmesser des Flanschrings.
  • 6 zeigt einen Schnitt durch eine sechste Ausgestaltung eines Spindelmotors mit einem Flanschring zwischen Lagerbuchse und Grundplatte und Dämpfungselement am konisch abgeschrägten Außendurchmesser des Flanschringes.
  • 7 zeigt einen Vergleich der Schwingungsübertragungsfunktionen eines Spindelmotors nach dem Stand der Technik und eines erfindungsgemäßen Spindelmotors gemäß 1.
  • 8 zeigt einen Vergleich der Schwingungsübertragungsfunktionen eines herkömmlichen Spindelmotors und eines erfindungsgemäßen Spindelmotors gemäß 3 ohne Dämpfungselement und mit Dämpfungselementen verschiedener Dicken.
  • Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
  • Der in 1 dargestellte erfindungsgemäße Spindelmotor 10 umfasst eine Grundplatte 12 mit einer im wesentlichen zentralen Öffnung, in die eine Lagerbuchse 14 eingesetzt ist, die beispielsweise durch Verpressen, Verkleben oder Verschweißen mit der Grundplatte 12 verbunden ist. Die Lagerbuchse 14 weist eine axiale Bohrung zur Aufnahme einer Welle 18 auf, wobei zwischen dem Innendurchmesser der Bohrung und dem Außendurchmesser der Welle 18 ein ringförmiger konzentrischer Lagerspalt 20 verbleibt, der mit einem Lagerfluid, beispielweise Öl, gefüllt ist. Die Welle 18 kann daher frei in der feststehenden Lagerbuchse 14 rotieren und bildet zusammen mit dieser in bekannter Weise ein fluiddynamisches Radiallager aus.
  • Am freien Ende der Welle 18 ist eine Nabe 22 befestigt, auf der z. B. eine oder mehrere Speicherplatten (nicht dargestellt) eines Festplattenlaufwerks angeordnet sind. Eine Verschiebung der Lageranordnung entlang der Rotationsachse wird durch entsprechend ausgestaltete fluiddynamische Axiallager verhindert. Die fluiddynamischen Axiallager werden vorzugsweise durch die beiden Stirnflächen einer bevorzugt an einem Ende der Welle 18 angeordneten Druckplatte 26 gebildet, wobei der einen Stirnfläche der Druckplatte 26 eine entsprechende Stirnfläche der Lagerbuchse 14 und der anderen Stirnfläche die innenliegende Stirnfläche einer Abdeckplatte 28 zugeordnet ist. Die Abdeckplatte 28 bildet ein Gegenlager zur Druckplatte 26 und verschließt die offene Seite des Lagersystems und verhindert, dass Luft in den mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalt 20 eindringt oder Lagerfluid ausläuft. Der Motor wird durch ein elektromagnetisches Antriebssystem angetrieben, das im wesentlichen aus einer am feststehenden Teil des Motors angeordneten Statoranordnung 30 und einem an der Nabe angeordneten Permanentmagneten 32 besteht.
  • Erfindungsgemäß ist die Lagerbuchse 14 nicht vollkommen zylindrisch ausgebildet, sondern hat an ihrem einen Ende eine Verbreiterung in Form eines ringförmigen Flansches 16. Die Lagerbuchse 14 wird mit dem Flansch 16 in einer entsprechend dimensionierten Öffnung der Grundplatte 12 befestigt. Hierbei können die bekannten Verbindungsarten wie Verpressen, Verkleben oder Verschweißen zur Anwendung kommen. Der Durchmesser des Flansches 16 beträgt mindestens dem 1,5-fachen des Außendurchmessers der Lagerbuchse 14. Im gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht der Durchmesser des Flansches 16 nahezu dem Durchmesser der Nabe 22. Je größer der Durchmesser des Flansches und damit die effektive Verbindungsmantelfläche zwischen der Grundplatte 12 und dem Flansch 16 gewählt wird, desto größer wird die Verbindungssteifigkeit zwischen den beiden Teilen.
  • 2 zeigt einen Spindelmotor 110 von im wesentlichen gleicher Bauart wie in 1, bei dem der Flansch nicht einteilig mit der Lagerbuchse 114 ausgebildet ist, sondern als Flanschring 116. Der Flanschring 116 besteht vorzugsweise aus Stahl, wie auch die Lagerbuchse 114, und ist an seinem Innendurchmesser mit der Lagerbuchse 114 und an seinem Außendurchmesser mit der Grundplatte 12 verbunden. Gegenüber 1 hat diese Ausführungsform den Vorteil, dass die Lagerbuchse 114 und der Flanschring 116 einfacher und kostengünstiger herzustellen sind. Allerdings ist die erreichbare Steifigkeit nicht so groß wie beim Spindelmotor gemäß 1.
  • 7 zeigt einen Vergleich der Schwingungsübertragungsfunktionen im Frequenzbereich von 0 bis 2000 Hz eines Spindelmotors nach dem Stand der Technik und eines erfindungsgemäßen Spindelmotors 10 nach 1. Die Schwingungsübertragungskurve 200 eines herkömmlichen Spindelmotors zeigt eine deutliche Resonanzspitze bei einer Frequenz von ca. 1250 Hz. Beim erfindungsgemäßen Design, dargestellt durch die Schwingungsübertragungskurve 210, verschiebt sich die Resonanzspitze auf eine Frequenz von ca. 1600 Hz, wobei sich die Schwingungsamplitude etwa um die Hälfte verringert und somit eine wesentlich höhere Steifigkeit gegeben ist.
  • 3 zeigt einen Spindelmotor 10, der zu dem in 1 dargestellten und beschrieben Spindelmotor nahezu identisch ist. Für die Beschreibung dieses Motors wird daher auf 1 Bezug genommen, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Im Gegensatz zu 1 ist beim Spindelmotor 10 gemäß 3 der Flansch 16 nicht unmittelbar mit der Grundplatte 12 verbunden, sondern in den Verbindungsbereich zwischen dem Flansch 16 und der Grundplatte 12 ist ein viskoelastisches Dämpfungselement 34 eingebracht, das beispielsweise eingeklebt wird. Das Dämpfungselement 34 ist vorzugsweise eine viskoelastische Polymerfolie mit einer Dicke von vorzugsweise 10 bis 100 μm.
  • Das Dämpfungselement 34 entkoppelt die Grundplatte 12 von den restlichen Teilen des Motors, wobei sich dadurch die Schwingungsübertragung erheblich verringert.
  • 4 zeigt einen Spindelmotor 110, der zu dem in 2 dargestellten und beschrieben Spindelmotor nahezu identisch ist. Für die Beschreibung dieses Motors 110 wird daher auf 2 Bezug genommen, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Im Gegensatz zu 2 ist beim Spindelmotor 110 gemäß 4 der Flanschring 116 nicht unmittelbar mit der Grundplatte 12 verbunden sondern in den Verbindungsbereich zwischen dem Flanschring 116 und der Grundplatte 12 ist ein viskoelastisches Dämpfungselement 34 eingebracht, das beispielsweise eingeklebt wird. Das Dämpfungselement 34 ist wie bereits in Verbindung mit 3 beschrieben eine viskoelastische Polymerfolie mit einer Dicke von vorzugsweise 10 bis 100 μm. Das Dämpfungselement 34 entkoppelt die Grundplatte 12 von den restlichen Teilen des Motors, wobei sich dadurch die Schwingungsübertragung erheblich verringert.
  • 8 zeigt einen Vergleich der Schwingungsübertragungsfunktionen im Frequenzbereich von 0 bis 2000 Hz eines herkömmlichen Spindelmotors und eines erfindungsgemäßen Spindelmotors gemäß 1 ohne Dämpfungselement und gemäß 3 mit Dämpfungselementen verschiedener Dicken.
  • Im Vergleich zur Schwingungsübertragungsfunktion 300 eines herkömmlichen Spindelmotors nach dem Stand der Technik zeigt der Spindelmotor gemäß Figur 3 bereits ohne Dämpfungselemente eine Schwingungsübertragungsfunktion 310 mit einer deutlichen Verschiebung der Resonanzfrequenz von ca. 1250 Hz auf über 1500 Hz, sowie eine Reduktion der Schwingungsamplitude auf etwa die Hälfte.
  • Wird ein Dämpfungselement 34 mit einer Dicke von 10 μm zwischen den Flansch 10 und die Grundplatte 12 eingebracht, ergibt sich eine Schwingungsübertragungsfunktion 320. Man erkennt, dass sich die Beschleunigungswerte im Vergleich zur Kurve 310 nochmals um die Hälfte reduzieren und sich die Resonanzfrequenz auf ca. 1400 Hz verschiebt. Die Schwingungsübertragungsfunktion 330 eines Spindelmotors mit einem Dämpfungselement 34 mit einer Dicke von 20 μm zeigt eine nochmalige Verringerung der Beschleunigungsamplituden und eine Verschiebung der Resonanzfrequenz zu geringeren Werten. Ein noch dickeres Dämpfungselement von 50 μm bringt keine wesentliche Verbesserung gegenüber den vorhergehenden Werten, wie sich aus der Schwingungsübertragungsfunktion 340 ergibt.
  • 5 zeigt einen Schnitt durch eine fünfte Ausgestaltung eines Spindelmotors 110, der dem Spindelmotor von 4 entspricht. Der Flanschring 116 ist zwischen der Lagerbuchse 113 und der Grundplatte 12 angeordnet. Es sind Dämpfungselemente 34 und 134 zwischen dem Außendurchmesser des Flanschrings 116 und der Grundplatte 12 und zusätzlich zwischen dem Innendurchmesser des Flanschrings 116 und der Lagerbuchse vorgesehen.
  • 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Verbindungsstelle zwischen Grundplatte 12 und Flansch 116 konisch ausgeführt ist, so dass der Flansch 116 von unten gegen die Grundplatte 12 gedrückt werden kann. Das Dämpfungselement 34 verbindet dann die beiden Teile 12 und 116. Diese Bauform ermöglicht eine vereinfachte Montage und Verbindung von Grundplatte 12, Dämpfungselement 34 und Flanschring 116. In gleicher Weise kann auch die Verbindungsstelle zwischen Flanschring 116 und Lagerbuchse 114 konisch ausgebildet sein und auch diese Flächen mit einem Dämpfungselement verbunden werden.
  • 10
    Spindelmotor
    12
    Grundplatte
    14
    Lagerbuchse
    16
    Flansch
    18
    Welle
    20
    Lagerspalt
    22
    Nabe
    24
    Rotationsachse
    26
    Druckplatte
    28
    Abdeckplatte
    30
    Statoranordnung
    32
    Permanentmagnet
    34
    Dämpfungselement
    110
    Spindelmotor
    114
    Lagerbuchse
    116
    Flanschring
    134
    Dämpfungselement
    200
    Schwingungsübertragungskurve
    210
    Schwingungsübertragungskurve
    300
    Schwingungsübertragungskurve
    310
    Schwingungsübertragungskurve
    320
    Schwingungsübertragungskurve
    330
    Schwingungsübertragungskurve
    340
    Schwingungsübertragungskurve

Claims (15)

  1. Spindelmotor (10; 110) mit fluiddynamischem Lagersystem, insbesondere für den Antrieb von Speicherplatten von Festplattenlaufwerken, mit einer Grundplatte (12), einer in einer Öffnung der Grundplatte angeordneten feststehenden Lagerbuchse (14; 114), einer in einer axialen Bohrung der Lagerbuchse mittels des fluiddynamischen Lagersystems drehgelagerten Welle (18), einer mit der Welle verbundenen Nabe (22), und einem elektromagnetischen Antriebssystem (30, 32), dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (14; 114) einen Flansch (16; 116) aufweist, der in der Öffnung der Grundplatte (12) befestigt ist und dessen Außendurchmesser deutlich größer als der Außendurchmesser der Lagerbuchse ist und dass an der Verbindungsstelle zwischen dem Flansch (16; 116) und der Grundplatte (12) und/oder dem Flansch (116) und der Lagerbuchse (14; 114) ein Dämpfungselement (34; 134) angeordnet ist
  2. Spindelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Flansches (16; 116) mindestens dem 1,5-fachen des Außendurchmessers der Lagerbuchse entspricht.
  3. Spindelmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Flansches (16; 116) im wesentlichen dem Außendurchmesser der Nabe (22) entspricht.
  4. Spindelmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (16) einteilig mit der Lagerbuchse (14) ausgebildet ist.
  5. Spindelmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch als ein mit der Lagerbuchse (114) verbundener Flanschring (116) ausgebildet ist.
  6. Spindelmotor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Grenzflächen zwischen Flansch (16; 116) und Basisplatte (12) und oder zwischen Flanschring (116) und Lagerbuchse (114) konisch ausgebildet ist.
  7. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (16; 116) aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul E >= 70 GPa besteht.
  8. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (16; 116) wahlweise aus Metall, aus einer Metalllegierung, aus einem Keramikwerkstoff oder aus einem Kunststoff besteht.
  9. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (34) zwischen dem Außendurchmesser des Flanschrings (116) und dem Innendurchmesser der Öffnung der Grundplatte (12) angeordnet ist.
  10. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (134) zwischen dem Innendurchmesser des Flanschrings (116) und dem Außendurchmesser der Lagerbuchse (114) angeordnet ist.
  11. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (34) zwischen dem Außendurchmesser des Flansches (16) und dem Innendurchmesser der Öffnung der Grundplatte (12) angeordnet ist.
  12. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (34; 134) eine Dicke zwischen 10 und 100 μm aufweiset.
  13. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (34; 134) aus einem viskoelastischen Material besteht.
  14. Spindelmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (34; 134) aus einer viskoelastischen Polymerfolie besteht.
  15. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (34; 134) durch Kleben mit dem Flansch oder Flanschring und der Grundplatte oder der Lagerbuchse (14) verbunden ist.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009052689A1 (de) * 2009-11-11 2011-05-12 Minebea Co., Ltd. Fluiddynamisches Lager mit optimiertem Lagerreibungsverlust
DE102013014229A1 (de) * 2012-08-28 2014-03-06 Minebea Co., Ltd. Spindelmotor
DE102018115051A1 (de) * 2018-06-22 2019-12-24 Minebea Mitsumi Inc. Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem
DE202022103980U1 (de) 2022-07-14 2023-10-23 3W Turbo Gmbh Turbomaschine, insbesondere eine Mikro-Turbomaschine
DE102022117674A1 (de) 2022-07-14 2024-01-25 3W Turbo Gmbh Turbomaschine, insbesondere eine Mikro-Turbomaschine

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007058151B4 (de) * 2007-11-30 2024-02-08 Minebea Mitsumi Inc. Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem und feststehender Welle
DE102007059558A1 (de) * 2007-12-11 2009-06-18 Robert Bosch Gmbh Gewindespindel-Verstellantrieb
JP4347395B2 (ja) * 2008-03-13 2009-10-21 ファナック株式会社 ロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドル
DE102008062679A1 (de) * 2008-12-17 2010-06-24 Minebea Co., Ltd. Fluiddynamisches Lagersystem
US8493820B1 (en) 2012-05-25 2013-07-23 Timothy Edward Langlais Matched CTE drive

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5697709A (en) * 1995-07-18 1997-12-16 Ntn Corporation Dynamic pressure type bearing device
WO2000002204A1 (en) * 1998-07-01 2000-01-13 3M Innovative Properties Company Damped spacer articles and disk drive assemblies containing damped spacer articles
JP2001027226A (ja) * 1999-07-12 2001-01-30 Seiko Instruments Inc 円錐型流体動圧軸受及びスピンドルモータ
JP2001241433A (ja) * 2000-02-29 2001-09-07 Seibu Electric & Mach Co Ltd 動圧軸受における動圧発生溝の加工方法
JP2002343015A (ja) * 2001-05-15 2002-11-29 Nsk Ltd ディスクドライブ装置
DE10239650B3 (de) * 2002-08-29 2004-03-11 Minebea Co., Ltd. Hydrodynamisches Lagersystem

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6898051B2 (en) * 2001-11-27 2005-05-24 Seagate Technology Llc Disc drive spindle motor having a damper on a bottom surface of the spindle motor
CN1306684C (zh) * 2003-11-07 2007-03-21 日本电产株式会社 主轴马达和包括该主轴马达的记录磁盘驱动装置
EP1619772A3 (de) * 2004-07-21 2008-12-31 ebm-papst St. Georgen GmbH & Co. KG Anordnung mit einem Elektromotor
JP4616632B2 (ja) * 2004-12-16 2011-01-19 ヒタチグローバルストレージテクノロジーズネザーランドビーブイ 磁気ディスク装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5697709A (en) * 1995-07-18 1997-12-16 Ntn Corporation Dynamic pressure type bearing device
WO2000002204A1 (en) * 1998-07-01 2000-01-13 3M Innovative Properties Company Damped spacer articles and disk drive assemblies containing damped spacer articles
JP2001027226A (ja) * 1999-07-12 2001-01-30 Seiko Instruments Inc 円錐型流体動圧軸受及びスピンドルモータ
JP2001241433A (ja) * 2000-02-29 2001-09-07 Seibu Electric & Mach Co Ltd 動圧軸受における動圧発生溝の加工方法
JP2002343015A (ja) * 2001-05-15 2002-11-29 Nsk Ltd ディスクドライブ装置
DE10239650B3 (de) * 2002-08-29 2004-03-11 Minebea Co., Ltd. Hydrodynamisches Lagersystem

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Vibration Damping Tapes 434-435-436, 3M Indus- trial Adhesives and Tapes Division, St. Paul, MN, USA, Januar 2004. S. 1-3 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009052689A1 (de) * 2009-11-11 2011-05-12 Minebea Co., Ltd. Fluiddynamisches Lager mit optimiertem Lagerreibungsverlust
DE102013014229A1 (de) * 2012-08-28 2014-03-06 Minebea Co., Ltd. Spindelmotor
DE102018115051A1 (de) * 2018-06-22 2019-12-24 Minebea Mitsumi Inc. Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem
DE202022103980U1 (de) 2022-07-14 2023-10-23 3W Turbo Gmbh Turbomaschine, insbesondere eine Mikro-Turbomaschine
DE102022117674A1 (de) 2022-07-14 2024-01-25 3W Turbo Gmbh Turbomaschine, insbesondere eine Mikro-Turbomaschine

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