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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator sowie mit einem fluiddynamischen Lagersystem zur Lagerung des Rotors relativ zu dem Stator gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Eine solche elektrische Maschine ist aus der
EP 1 280 147 A2 bekannt. Eine ähnliche Maschine zeigt die
US 5 434 695 A .
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind bürstenlose Gleichstrommotoren und andere Permanentmagnetmotoren, die als Außenläufer konfiguriert sind. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere elektrische Maschinen anwendbar, insbesondere auf solche mit hoher Stabilitätsanforderung.
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Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Maschine ist in Spindelmotoren für Speicherplattenlaufwerke, die magnetische oder optische Speicherplatten enthalten. Solche Speicherplattenlaufwerke kommen zum Beispiel in Computern, Videorekordern und anderen elektronischen Einrichtungen zum Speichern von digitaler Information zum Einsatz.
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Die Größe herkömmlicher Radialflussmaschinen wird im Wesentlichen vorgegeben durch die Größe des Stators in axialer und radialer Richtung. Ein miniaturisierter Motor ist beispielsweise in der
DE 10 2005 042 519 A1 offenbart. Wie sich aus
1 dieser Anmeldung ergibt, ist der Motor mit einer feststehenden Lagerhülse und einer rotierenden Welle ausgebildet, zwischen denen ein Lagerspalt gebildet ist. Um bei einem Motor mit solch geringen axialen Abmessungen ein in axialer und radialer Richtung ausreichend steifes Lager bereitzustellen, sind bei dem genannten Stand der Technik die Welle und die Lagerhülse mit relativ großen Durchmessern ausgebildet.
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Ein weiteres Beispiel eines Spindelmotors für ein kleingebautes Festplattenlaufwerk ist beschrieben in
JP 2000-175 405 A .
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Bei den bekannten elektrischen Maschinen mit kurzen fluiddynamischen Lagern, z. B. mit einer axialen Länge ≤ 4 mm, besteht das Problem, dass es schwierig ist, die notwendige Steifigkeit von Welle zu Lagerhülse zu erreichen, insbesondere bei Stoßbelastung und Kreiselbewegungen, die auf das Lager wirken.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine mit einem fluiddynamischen Lager anzugeben, die auch bei kleinsten Abmessungen in axialer Richtung eine ausreichende Lagersteifigkeit erreichen kann. Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Maschine ist das fluiddynamische Lager so aufgebaut, dass sein Lagerspalt in radialer Richtung außerhalb des Rotors und des Stators liegt. Die Maschine hat somit ein externes fluiddynamisches Lager mit integrierten elektromagnetischen Elementen. Dadurch kann der Lagerspalt des fluiddynamischen Lagers auf einen maximalen Durchmesser der elektrischen Maschine gelegt werden, wobei der Raum radial innerhalb des Lagerspaltes zur Unterbringung des Stators und Rotors der Maschine genutzt wird. Mit größerem Abstand zum Rotationszentrum der Maschine wirken sich mögliche Auslenkungen und Kreiselbewegungen zwischen Welle und Lagerhülse stärker aus, so dass das Lagerfluid, insbesondere Lageröl, in dem Lagerspalt eine stärkere Gegenkraft erzeugt. Dadurch können axiale, radiale und Kreisel-Auslenkungen besser ausgeglichen werden, und das Lager hat eine größere Steifigkeit.
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Die Verlagerung des Lagerspaltes des fluiddynamischen Lagers in Richtung des Außendurchmessers der elektrischen Maschine hat den zusätzlichen Vorteil, dass der Lagerspalt mit Kapillardichtungen ausgebildet werden kann, welche im Betrieb den Effekt der Zentrifugalkraft nutzen. So mündet der Lagerspalt gemäß der Erfindung in konischen Erweiterungen zur Bildung von Kapillardichtungen auf, wobei die Kapillardichtungen im Bereich der Stirnseiten des Lagerkörpers zum Zentrum des Lagers orientiert sind, so dass im Betrieb die Zentrifugalkraft das Lagerfluid in den Lagerspalt drückt.
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Das fluiddynamische Lager kann als einseitig offenes Lager mit einer Kapillardichtung oder beidseitig offenes Lager mit zwei Kapillardichtungen ausgebildet werden.
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In der bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst das fluiddynamische Lager eine Lagerhülse, welche den Rotor und den Stator koaxial umgibt. Rotor und Stator sind in einem zylindrischen Mantel aufgenommen, und der Lagerspalt des fluiddynamischen Lagers ist zwischen dem Mantel und der Lagerhülse gebildet. Ferner kann radial außerhalb des zylindrischen Mantels ein ringförmiger Lagerkörper angeordnet sein, wobei der Lagerspalt des fluiddynamischen Lagers zwischen dem Lagerkörper und der Lagerhülse und/oder zwischen dem Lagerkörper und dem zylindrischen Mantel gebildet wird. Dabei kann in einer Ausführung der Erfindung der Lagerkörper mit dem Außenumfang des zylindrischen Mantels verbunden sein. In einer anderen Ausführung ist die Lagerhülse mit dem zylindrischen Mantel gekoppelt. An der Außenfläche des Lagerkörpers oder der Innenfläche der Lagerhülse ist vorzugsweise eine druckerzeugende Rillenstruktur ausgebildet. Diese druckerzeugende Rillenstruktur kann sowohl der Umfangsfläche des Lagerkörpers zugeordnet sein, um eine radiale Lagerkomponente zu bilden, als auch den Stirnflächen des Lagerkörpers, um ein axiales Drucklager zu bilden.
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In der ersten Ausführung der Erfindung ist eine Grundplatte vorgesehen, welche den Stator und die Lagerhülse trägt. Alternativ kann die Grundplatte den Stator und den zylindrischen Mantel oder den Stator und den Lagerkörper tragen. Die verschiedenen Ausführungen der Erfindung sind unten mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Der Lagerkörper kann die Form eines Hohlzylinders, eines Kegelstumpfs mit zentraler Bohrung oder eine andere Form mit einem veränderlichen Durchmesser zwischen den gegenüberliegenden Stirnenden des Lagerkörpers aufweisen.
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In einer ersten Ausführung der Erfindung ist die elektrische Maschine als Radialflussmaschine ausgebildet, wobei der Rotor den Stator bzw. der Stator den Rotor koaxial umgibt. In einer anderen Ausführung der Erfindung ist die elektrische Maschine als Axialflussmaschine ausgebildet, wobei Stator und Rotor nach Art eines Scheibenläufers in axialer Richtung zueinander ausgerichtet sind.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungen in bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine mit fluiddynamischem Lager gemäß dem Stand der Technik:
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2 eine schematische Darstellung einer elektrische Maschine mit fluiddynamischem Lager gemäß der Erfindung zur Erläuterung der Unterschiede zwischen dem Stand der Technik und der Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung des Lagerverhaltens für eine elektrische Maschine gemäß dem Stand der Technik und für eine elektrische Maschine gemäß der Erfindung zur Erläuterung der Grundlagen der Erfindung;
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4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform;
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5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform:
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7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß einer vierten Ausführungsform;
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8 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß einer fünften Ausführungsform.
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Die 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung eine elektrische Maschine mit fluiddynamischem Lager gemäß dem Stand der Technik bzw. gemäß der Erfindung zur Erläuterung der Grundlagen der Erfindung. 1 zeigt schematisch einen Spindelmotor, der als ein Außenläufermotor konfiguriert ist, bei dem ein Rotor 10 einen Stator 12 koaxial umgibt. Der Rotor 10 ist an einer Nabe 14 angeordnet, die mit einer Welle 16 verbunden ist. Die Welle 16 ist in einer Lagerhülse 18 gelagert, wobei zwischen der Welle 16 und der Lagerhülse 18 ein fluiddynamisches Lager gebildet ist. Das fluiddynamische Lager weist einen Lagerspalt 20 auf, der mit einem Lagerfluid, beispielsweise ein Lageröl, gefüllt ist.
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Der Außenumfang 14 der Nabe ist so ausgebildet, dass diese eine oder mehrere Festplatten 22 aufnehmen kann. In der Praxis ist der Stator 12 ferner mit einer stationären Grundplatte 24 gekoppelt.
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Die Steifigkeit des fluiddynamischen Lagers wird maßgeblich durch dessen axiale Länge, die Breite des Lagerspaltes 20 und den Außendurchmesser der Lagerhülse 18 bestimmt. Grundsätzlich gilt, dass die Steifigkeit des Lagers, d. h., seine Unempfindlichkeit gegen radiale und axiale Belastung sowie Kreiselimpulse, mit zunehmendem Außendurchmesser des Lagerspaltes 20 zunimmt. Eine elektrische Maschine mit einem fluiddynamischem Lager mit geringem Außendurchmesser ist somit zunächst relativ instabil.
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Ferner gilt, dass mit abnehmender Spaltbreite die Steifigkeit, aber auch die Reibung und somit der Energieverbrauch zunimmt. Ein guter Kompromiss wird mit einer minimalen Spaltbreite von ca. 0,5–1 μm, einer maximalen Radialspaltbreite von ca. 10 μm und einer maximalen Axialspaltbreite von ca. 30 μm erreicht.
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Die Erfindung sieht daher eine elektrische Maschine mit einem fluiddynamischen Lager vor, wie sie schematisch in 2 dargestellt ist. Erfindungsgemäß ist der Lagerspalt 34 des fluiddynamischen Lagers in radialer Richtung nach außen verlegt. In der schematischen Darstellung der 2 umfasst diese Maschine einen Rotor 10 und einen Stator 12, wobei in 2 beispielhaft eine Axialflussmaschine gezeigt ist. Die Erfindung ist in gleicher Weise auf Axial- und Radialflussmaschinen anwendbar.
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Der Rotor 10 ist mit einer Nabe 26 gekoppelt, die auch eine Lagerhülse 28 bildet. Die Lagerhülse 28 wirkt mit einem zylindrischen Mantel 30 zusammen, um ein fluiddynamisches Lager zu bilden. Zwischen der Lagerhülse 28 und dem Mantel 30 ist ein Lagerspalt 34 gebildet, wobei der Mantel in radialer Richtung außerhalb des Stators 12 und des Rotors 10 angeordnet und, in der gezeigten Ausführung, mit einer Grundplatte 32 verbunden ist.
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Die beiden Maschinen der 1 und 2 haben dieselben radialen und axialen Abmessungen und insbesondere denselben Außendurchmesser der Nabe 14, 26 zur Aufnahme einer oder mehrerer Festplatten 22. Es ist jedoch offensichtlich, dass der Außendurchmesser des Lagerspaltes 20 bzw. 34 bei dem Design gemäß 1 deutlich kleiner ist als bei der erfindungsgemäßen Maschine gemäß 2. Aufgrund des größeren Außendurchmessers des Lagers erreicht die erfindungsgemäße Ausführung gemäß 2 eine deutlich höhere Steifigkeit des Lagers bei axialer und radialer Belastung sowie bei Kreiselimpulsen. Der Raum innerhalb des Lagers wird zur Aufnahme von Stator und Rotor genutzt.
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Das erfindungsgemäße Design ist besonders vorteilhaft zur Vermeidung von axialen und radialen Vibrationen sowie zum Korrigieren von Kreiselabweichungen im Lagerspalt. Die Welle und die Nabe selbst können mit einer geringeren Steifigkeit ausgebildet werden als im Stand der Technik. Bei dem externen fluiddynamischen Lager dürfen Lagerspalte größer sein als bei den üblicherweise innenliegenden Lagern, um dieselbe Steifigkeit zu erreichen. Durch den größeren Lagerspalt sind auch die Fertigungstoleranzen größer und es können kostengünstigere Materialien verwendet werden. Da die Reibungsverluste auch abhängig von dem Außendurchmesser des Lagerspaltes 34 sind, eignet sich die Erfindung insbesondere für kleinbauende elektrische Maschinen, speziell solche mit geringem Außendurchmesser. Grundsätzlich gilt, dass die Reibungsverluste proportional zu dem Durchmesser zunehmen. Dies kann teilweise durch eine Vergrößerung der Lagerspaltbreite ausgeglichen werden.
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Die Wirkung der erfindungsgemäßen Verlagerung des Lagerspaltes weg von der Rotationsachse der elektrischen Maschine ist im Folgenden nochmals mit Bezug auf 3 beschrieben. In 3 ist die Rotationsachse mit 36 bezeichnet, ein Lagerspalt, der nahe bei der Rotationsachse 36 liegt, ist mit 38 bezeichnet, und ein Lagerspalt, der gegenüber der Rotationsachse nach radial außen verlagert ist, ist mit 40 bezeichnet. Beide Lagerspalte 38, 40 haben dieselbe Breite B. Jeder Lagerspalt 38, 40 wird durch eine feststehende Wand 42 bzw. 44 sowie eine rotierende Wand 46 bzw. 48 eingegrenzt. Die ”rotierende Wand” 46 gemäß 3 entspricht der Welle 16 der elektrischen Maschine gemäß dem Stand der Technik, die in 1 gezeigt ist. Die ”rotierende Wand” 48 der 3 entspricht der Wand der Lagerhülse 28, die in der Ausführung der 2 mit der Nabe 26 gekoppelt ist. Diese rotierenden Teile sind während des Betriebs der elektrischen Maschine Stoßbelastungen sowie axialen und radialen Vibrationen und Kreiselbewegungen ausgesetzt. Dadurch kommt es zu Auslenkungen der rotierenden Wände, die in 3 durch die gestrichelten Linien 50, 52 angedeutet sind. Aus 3 wird deutlich, dass sich bei einer Auslenkung um denselben Winkel die Lage der rotierenden Wand 48 bzw. 52 innerhalb des Lagerspaltes 40 stärker verändert, so dass eine entsprechende stärkere Gegenkraft erzeugt wird. Dadurch wird einer entsprechenden Veränderung des Lagerspaltes mit einer stärkeren Kraft entgegengewirkt, so dass das Lager mit dem größeren radialen Außendurchmesser eine geringere Auslenkung der rotierenden Wand 48 bzw. 52 zulässt. Grundsätzlich gilt der Zusammenhang, dass je größer der Radius des Lagers ist, desto größere Dreh- und Fluidgeschwindigkeit treten auf, und desto größer ist auch die Steifigkeit.
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Diesen Effekt nutzt die Erfindung aus, wenn sie den Lagerspalt des fluiddynamischen Lagers in radialer Richtung außerhalb des Rotors und des Stators anordnet.
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Die Erfindung ist im Folgenden anhand einiger konkreter Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Die folgenden Figuren zeigen beispielhaft mögliche Designs der elektrischen Maschine gemäß der Erfindung, wobei die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Es ist möglich, die Merkmale der Designs der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele zu kombinieren, und grundsätzlich gelten viele der folgenden Erläuterungen in Bezug auf einzelne Ausführungsformen auch für die anderen Ausführungsformen. Ferner gelten die oben erläuterten Grundsätze für sämtliche Ausführungen der Erfindung. Insbesondere auch die Erläuterungen zu Rillenstrukturen und Kapillardichtungen, die im Folgenden in Bezug auf einzelne Ausführungen gemacht werden, können auch auf andere Ausführungen übertragen werden.
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4 zeigt eine elektrische Maschine gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung. Die Maschine umfasst einen Stator 54 und einen Rotor 56, der den Stator koaxial umgibt. Der Stator 54 ist über eine feststehende Welle 58 mit einer Grundplatte 60 verbunden. Der Rotor 56 ist über einen Rückschlussring 62 mit einer Nabe 64 gekoppelt.
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In radialer Richtung außerhalb des Stators 54 und des Rotors 56 ist ein zylindrischer Mantel 66 angeordnet, der mit der Grundplatte 60 verbunden ist. Der Mantel 66 bildet einen Teil des fluiddynamischen Lagers. Der zylindrische Mantel umgibt den Stator 54 und den Rotor 56 koaxial und definiert den minimalen Innendurchmesser des fluiddynamischen Lagers. Der Außendurchmesser des Lagers wird durch eine Lagerhülse 68 definiert, die in der Ausführung der 4 mit der Nabe 64 gekoppelt ist bzw. integral mit der Nabe 64 ausgebildet ist. Das fluiddynamische Lager könnte unmittelbar zwischen dem zylindrischen Mantel 66 und der Lagerhülse 68 gebildet werden. In dieser und in weiteren Ausführungen ist jedoch zwischen dem Mantel 66 und die Lagerhülse 68 ein Lagerkörper 70 eingefügt, der in der Ausführung der 4 mit dem zylindrischen Mantel 66 verbunden ist. Somit wird ein Lagerspalt 72 zur Erzeugung eines radialen Drucklagers zwischen dem Außenumfang des Lagerkörpers 70 und dem Innenumfang der Lagerhülse 68 gebildet.
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An einem Stirnende des Lagerkörpers 70 wird der Lagerspalt 72 durch die Nabe 64 begrenzt, und bei dem gegenüberliegenden Stirnende des Lagerkörpers 70 ist die Lagerhülse 68 durch eine Druckplatte 74 abgeschlossen. Im Bereich der beiden Stirnenden des Lagerkörpers 70 sind axiale Drucklager gebildet. An den Außenflächen des Lagerkörpers oder an den entsprechenden gegenüberliegenden Flächen der Nabe 64, der Lagerhülse 68 und des Druckrings 74 können entsprechende druckerzeugende Rillenstrukturen ausgebildet werden, die im Stand der Technik grundsätzlich bekannt sind.
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Der Lagerspalt
72 mündet in zwei Kapillardichtungen
76,
78, wobei der Lagerkörper
70 an diesen Stellen abgeschrägt ist, um eine konische Erweiterung des Lagerspaltes
72 zu bilden. Kapillardichtungen sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt und beispielsweise in der
US 6 154 339 A und
US 7 073 945 B2 aufgeführt.
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Die Verwendung des Lagerkörpers 70 hat den Vorteil, dass die Kapillardichtungen 76, 78 so ausgebildet werden können, dass die bei Betrieb der elektrischen Maschine erzeugte Zentrifugalkraft das Lageröl in den Lagerspalt 72 drückt. Zur optimalen Führung und Rezirkulation des Lagerfluids in dem Lagerspalt sind in dem Lagerkörper 70 eine oder mehrere Zirkulationsbohrungen 80 vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine hat gegenüber den bekannten Maschinen, bei denen das fluiddynamische Lager im wesentlichen im Zentrum der Maschine angeordnet ist, den Vorteil, dass die druckerzeugenden Rillen des fluiddynamischen Lagers soweit wie möglich vom Massenzentrum der Maschine in radialer Richtung nach außen verlagert sind, so dass das Lager jegliche radialen und axialen Abweichungen und Vibrationen, einschließlich Kreiselbewegungen der Nabe, zuverlässig ausgleichen kann. Die Außenfläche der Nabe 64, die in der Ausführung der 4 einteilig mit der Lagerhülse 68 ausgebildet ist, dient zum Tragen von Lasten, beispielsweise Festplatten, während ihre Innenfläche den dynamischen Druck für eine hochstabile Lagerung erzeugt. Da die dynamische Kraft auf eine große effektive Fläche des Lagerkörpers 70 aufgebracht wird und hohe Fluidgeschwindigkeiten vorherrschen, können axiale und radiale Auslenkungen gut eliminiert werden.
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Zusätzlich hat die Erfindung den Vorteil, dass die Kapillardichtung 76 so gestaltet werden kann, dass sie Zentrifugalkräfte zum Rückführen von Lagerfluid in den Lagerspalt 72 ausnutzt.
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Die erfindungsgemäße Maschine eignet sich für Festplattenlaufwerke und alle anderen Anwendungen, die hohe Stabilität und Gleichlauf erfordern.
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5 zeigt schematisch eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Maschine, wobei im Folgenden nur die Abweichungen gegenüber 4 näher erläutert sind. Gleiche und entsprechende Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht nochmals beschrieben.
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Die Ausführung der 5 unterscheidet sich von 4 dadurch, dass der Rotor 56 koaxial innerhalb des Stators 54 angeordnet ist, wobei der Rotor 56 auch hier über einen Rückschlussring 62 mit der Nabe 64 verbunden ist. Der Stator 54 ist über den zylindrischen Mantel 56 mit der Grundplatte 60 gekoppelt, wobei ebenso wie bei der Ausführung der 4 der Lagerkörper 70 am Außenumfang des zylindrischen Mantels 66 angeordnet ist. Die Nabe 64, die Lagerhülse 68, der Lagerkörper 70 und der Druckring 74 können im Wesentlichen wie mit Bezug auf 4 beschrieben ausgebildet sein. Auch die Funktionen der einzelnen Komponenten sind die gleichen. 4 zeigt einen Außenläufermotor, während 5 einen Innenläufermotor zeigt. Zudem wird in der Ausführung der 5 gegenüber der 4 weniger Material benötigt, wobei dies auch eine geringeres elektromagnetisches Moment bedeutet.
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Die Ausführung der 5 unterscheidet sich somit von der 4 im Wesentlichen nur durch die relative Anordnung von Stator 54 und Rotor 56. Bezüglich des Lagerverhaltens sind die beiden Ausführungen gleich. Die ein oder andere Ausführung kann ein Fachmann beispielsweise abhängig von dem Pol-Nut-Zahl-Verhältnis zwischen Rotor und Stator oder anderen Vorgaben des Designs wählen.
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6 zeigt schematisch eine dritte Ausführung der erfindungsgemäßen Maschine. In der Ausführung der 6 umfasst die Maschinen einen Stator 82 und einen Rotor 84, der den Stator koaxial umgibt. Der Stator 82 ist über eine feststehende Welle 86 mit einer Grundplatte 88 gekoppelt. Die Magnete des Rotors 84 sind an dem Innenumfang eines Rückschlussrings 90 angebracht, welcher einen zylindrischen Mantel bildet, der den Stator und den Rotor koaxial umgibt. Dieser Rückschlussring bzw. Mantel 90 ist mit einem rotierenden Bauteil gekoppelt, welches in 6 nicht dargestellt ist.
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An dem Außenumfang des Rückschlussrings bzw. Mantels 90 ist ein Lagerkörper 92 angeordnet, der im Wesentlichen wie der Lagerkörper 70 der 4 und 5 aufgebaut ist. Eine Lagerhülse 94 ist mit der Grundplatte 88 verbunden, wobei ein Lagerspalt 96 zwischen der Lagerhülse 94 und dem Lagerkörper 92 gebildet ist. An den Stirnenden des Lagerkörpers 92 wird der Lagerspalt durch die Grundplatte 88 bzw. einen Druckring 98, der mit der Lagerhülse 94 verbunden ist, begrenzt. Der Lagerspalt 96 mündet in zwei Kapillardichtungen 100, und der Lagerkörper 92 weist eine Zirkulationsbohrung 102 auf. In Bezug auf das Lagerverhalten und Lagerdetails, wie die Kapillardichtungen 100, die Zirkulationsbohrung 102 sowie die druckerzeugenden Rillen, gilt das oben mit Bezug auf die 4 und 5 Gesagte.
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Grundsätzlich eignet sich der Aufbau der 4 insbesondere für Anwendungen, in denen große elektromagnetische Torsion gewünscht ist; 5 zeigt ein Design, das mit relativ wenig Teilen und zu geringen Kosten hergestellt werden kann; während der Aufbau der 6 sich besonders auch für andere als Festplattenlaufwerk-Anwendungen eignet.
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Zwei weitere Ausführungen, in denen die elektrische Maschine als Axialflussmaschine ausgebildet ist, sind in den 7 und 8 gezeigt. Zunächst mit Bezug auf 11 umfasst die Maschine einen Stator 146 und einen Rotormagnet 148, die einander in axialer Richtung gegenüberliegen. Der Stator ist mit einer Grundplatte 150 verbunden, und der Rotormagnet 148 ist an einer Nabe 152 angebracht.
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Wie in den zuvor beschriebenen Ausführungen ist die Nabe 152 integral mit einer Lagerhülse 154 ausgebildet, die den Außendurchmesser des fluiddynamischen Lagers bestimmt. Ähnlich wie in den Ausführungen der 4 und 5 ist ein zylindrischer Mantel 156 radial außerhalb des Stators 146 und des Rotors 148 angeordnet. Der zylindrische Mantel 156 ist mit der Grundplatte 150 fest verbunden. An dem Außenumfang des zylindrischen Mantels 156 ist ein Lagerkörper 158 angeordnet. Die Lagerhülse 154 ist an ihrem der Grundplatte 150 zugewandten Stirnende durch einen Druckring 160 abgeschlossen.
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Die Ausführung der 7 entspricht somit weitgehend den Ausführungen der 4 und 5, wobei die elektrische Maschine jedoch nicht als Radialflussmaschine sondern als Axialflussmaschine nach Art eines Scheibenläufers ausgebildet ist. In Bezug auf die Lagerung der Maschine gelten gleichwohl die obigen Erläuterungen zu den zuvor beschriebenen Ausführungen. Auch das fluiddynamische Lager der in 7 gezeigten Maschine hat einen Lagerspalt 162, der in zwei Kapillardichtungen 164, 166 mündet. Ferner ist eine Zirkulationsbohrung 168 für die Rezirkulation des Lagerfluids vorgesehen.
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Eine ähnliche Ausführung wie die der 7 ist in 8 gezeigt. Die Ausführung der 8 unterscheidet sich von 7 nur dadurch, dass anstelle eines Stators, der mit einem gestapelten Blechpaket aufgebaut ist, eine Luftspule 170 eingesetzt wird, so dass ein in axialer Richtung extrem flacher Motoraufbau erzielt werden kann. Im Übrigen gilt das oben mit Bezug auf 7 Gesagte.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotor
- 12
- Stator
- 14
- Nabe
- 16
- Welle
- 18
- Lagerhülse
- 20
- Lagerspalt
- 22
- Festplatte
- 24
- Grundplatte
- 26
- Nabe
- 28
- Lagerhülse
- 30
- Mantel
- 32
- Grundplatte
- 34
- Lagerspalt
- 36
- Rotationsachse
- 38
- Lagerspalt
- 40
- Lagerspalt
- 42, 44
- feststehende Wand
- 46, 48
- rotierende Wand
- 50, 52
- ausgelenkte rotierende Wand
- 54
- Stator
- 56
- Rotormagnet
- 58
- feststehende Welle
- 60
- Grundplatte
- 62
- Rückschlussring
- 64
- Nabe
- 66
- zylindrischer Mantel
- 68
- Lagerhülse
- 70
- Lagerkörper
- 72
- Lagerspalt
- 74
- Druckring
- 76, 78
- Kapillardichtungen
- 80
- Zirkulationsbohrung
- 82
- Stator
- 84
- Rotormagnet
- 86
- feststehende Welle
- 88
- Grundplatte
- 90
- Rückschlussring, Mantel
- 92
- Lagerkörper
- 94
- Lagerhülse
- 96
- Lagerspalt
- 98
- Druckring
- 100
- Kapillardichtung
- 102
- Zirkulationsbohrung
- 146
- Stator
- 148
- Rotormagnet
- 150
- Grundplatte
- 152
- Nabe
- 154
- Lagerhülse
- 156
- zylindrischer Mantel
- 158
- Lagerkörper
- 160
- Druckring
- 162
- Lagerspalt
- 164, 166
- Kapillardichtungen
- 168
- Zirkulationsbohrung
- 170
- Luftspule
