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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor, vorzugsweise einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem. Derartige Spindelmotoren werden beispielsweise zum Antrieb von Speicherplattenlaufwerken verwendet.
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Ein Spindelmotor der eingangs beschriebenen Art umfasst im wesentlichen ein feststehendes Motorbauteil sowie ein drehbewegliches Motorbauteil und mindestens ein zwischen diesen beiden Bauteilen angeordnetes Lagersystem. Als Lagersystem werden vorzugsweise fluiddynamische Lagersysteme eingesetzt. Das drehbewegliche Motorbauteil wird in bekannter Weise mittels eines elektromagnetischen Antriebssystems drehend angetrieben.
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Eine bekannte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem ist in der
DE 10 2007 008 860 A1 offenbart. Der Spindelmotor umfasst eine Grundplatte, in welcher eine Lagerbuchse eingesetzt ist. Die Lagerbuchse weist eine axiale Bohrung zur Aufnahme einer Welle auf. Die Welle ist relativ zur Lagerbuchse durch ein fluiddynamisches Lagersystem gelagert. Die Welle trägt eine Nabe, auf der z. B. eine oder mehrere Speicherplatten eines Speicherplattenlaufwerkes angeordnet werden können. Eine Verschiebung der beschriebenen Anordnung entlang der Rotationsachse wird durch ein fluiddynamisches Axiallager verhindert, das durch die Oberfläche der Stirnseite der Lagerbuchse sowie eine Fläche auf der Unterseite der Nabe gebildet wird. Da die beschriebene Anordnung nur ein Axiallager umfasst, ist es notwendig, eine axiale Gegenkraft oder Vorspannung zu erzeugen, die entgegen gesetzt der Kraft des Axiallagers wirkt. Dies wird oft durch magnetische Kräfte erzielt. Beispielsweise kann die feststehende Statoranordnung relativ zum Rotormagneten axial versetzt angeordnet werden, so dass eine Zugkraft auf die Nabe entsteht, die der Lagerkraft des Axiallagers entgegen wirkt. Zusätzlich kann unterhalb des Rotormagneten an der Basisplatte ein ferromagnetischer Zugring angeordnet sein, der durch den Rotormagneten angezogen wird und eine zusätzliche axiale Kraft erzeugt, die der Kraft des Axiallagers entgegen wirkt. Der Rotormagnet weist mehrere, über den Umfang verteilte magnetische Pole auf, beispielsweise 12 Pole, 6 Nordpole und 6 Südpole. Die Statoranordnung weist ebenfalls eine Reihe von Statorpolen auf, beispielsweise 9 Statorpole, die jeweils durch Nuten voneinander getrennt sind. Wenn der Rotormagnet sich um den Statorkern dreht, entsteht ein Drehmoment, das durch die Anziehung zwischen der Statoranordnung, die in der Regel als genutetes Statorblechpaket ausgebildet ist, und dem permanentmagnetischen Rotormagnet verursacht wird. Dieses im Allgemeinen unerwünschte Drehmoment wird als „Rastmoment” oder „cogging torque” bezeichnet. Je nach Rotorposition wirkt dieses Drehmoment abwechselnd periodisch antreibend und bremsend. Die Anzahl der Perioden des Rastmoments zwischen den Polen des Rotormagneten und den Statorpolen ergibt sich aus dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Anzahl der Pole des Rotormagneten und der Anzahl der Nuten der Statoranordnung, im gegebenen Fall also 36 mal pro Umdrehung. Durch die Variationen des Rastmoments als tangentiale Kraft zwischen Rotormagnet und Stator variiert auch die axiale Anziehungskraft zwischen dem Rotormagnet und dem Stator ebenfalls mit 36 Variationen über den Umfang. Das rührt daher, dass der magnetische Fluss zwischen Rotor und Stator variiert und sich in Abhängigkeit davon der magnetische Fluss zwischen Rotormagnet und ferromagnetischem Zugring ändert. Diese Variationen der magnetischen Anziehungskraft zwischen Rotormagnet und Stator äußern sich in Form von Vibrationen und einer erhöhten akustischen Geräuschentwicklung insbesondere bei Frequenzen, gemäß dem obigen Beispiel, die dem 36-fachen der Umdrehungsfrequenz oder deren Harmonischen entspricht.
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Um diesen Schwingungen und damit der Geräuschentwicklung entgegen zu wirken, wird beispielsweise in dem nächstliegenden Stand der Technik gemäß
US 5 623 382 A ein Spindelmotor vorgeschlagen, der ein feststehendes Motorbauteil umfasst und ein drehbewegliches Motorbauteil, das relativ zum feststehenden Motorbauteil drehbar gelagert ist, ein fluiddynamisches Lagersystem mit mindestens einem fluiddynamischen Radiallager und mindestens einem Axiallager zur Lagerung des drehbeweglichen Motorbauteils, einen ringförmigen Rotormagneten, der am drehbeweglichen Motorbauteil angeordnet ist und eine Anzahl M von Magnetpolen aufweist, eine Statoranordnung, die am feststehenden Motorbauteil angeordnet radial gegenüberliegend dem Rotormagneten angeordnet ist und eine Anzahl von Nuten aufweist, wobei die Nuten zum Rotormagneten gerichtete Öffnungen aufweisen, einen ferromagnetischen Zugring, der dem Rotormagneten axial gegenüberliegend angeordnet ist und eine Gegenkraft zum Axiallager erzeugt, wobei der Zugring über den Umfang verteilt angeordnete Querschnittsschwächungen aufweist, deren Anzahl der Anzahl der Nuten entspricht. Dabei schwächen die Querschnittsschwächungen das magnetische Feld zwischen Rotormagnet und Zugring, was die Schwankungen der magnetischen Anziehung verringert und damit auch die Vibrations- und Geräuschentwicklung. Allerdings gibt die US-Schrift keine genauern Hinweise darauf, wie die Anordnung optimiert werden kann, um die Geräuschentwicklung möglichst gering zu halten.
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Die
US 7 342 338 B2 offenbart einen Elektromotor mit reduziertem Rastmoment, wobei ein Stator vorgesehen ist, der mindestens zweigeteilt ist und einen oberen Statorblock und einen unteren Statorblock aufweist. Der untere Statorblock ist um einen Winkel versetzt zum oberen Statorblock angeordnet, wodurch sich das Rastmoment zwischen Rotor und Stator verringert.
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Im Aufsatz von Zhu, Q.; Howe, D.: Influence of Design Parameters on Cogging Torque in Permanent Magnet Machines; IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol 15, No. 4, Dezember 2000, S. 407–412 ist offenbart, dass sich die Breite der Statornuten auf das Rastmoment auswirkt. Insbesondere wird gezeigt, dass das Rastmoment mit zunehmender Breite der Statornuten zunimmt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor anzugeben, der ein fluiddynamisches Axiallager mit magnetischer Vorspannung aufweist, wobei die Mittel zur Erzeugung dieser magnetischen Vorspannung hinsichtlich Geräuschentwicklung weiter optimiert sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Spindelmotor umfasst ein feststehendes Motorbauteil, ein drehbewegliches Motorbauteil, das relativ zum feststehenden Motorbauteil drehbar gelagert ist, ein fluiddynamisches Lagersystem mit mindestens einem fluiddynamischen Radiallager und mindestens einem fluiddynamischen Axiallager zur Lagerung des drehbeweglichen Motorbauteils, einen ringförmigen Rotormagneten, der am drehbeweglichen Motorbauteil angeordnet ist und eine Anzahl M von Magnetpolen aufweist, eine Statoranordnung, die am feststehenden Motorbauteil angeordnet radial gegenüberliegend dem Rotormagneten angeordnet ist und eine Anzahl N von Nuten aufweist, wobei die Nuten zum Rotormagneten gerichtete Öffnungen aufweisen, und der Rotormagnet außerhalb der magnetischen Mitte relativ zur Statoranordnung axial versetzt angeordnet ist, einen ferromagnetischen Zugring, der dem Rotormagneten axial gegenüberliegend angeordnet ist und eine Gegenkraft zum Axiallager erzeugt, wobei der Zugring über den Umfang verteilt angeordnete Querschnittsschwächungen aufweist, deren Anzahl der Anzahl N der Nuten entspricht, wobei die Querschnittsschwächungen des ferromagnetischen Zugrings in einem Winkel von (2n + 1) φ mit beliebiger ganzer Zahl n und mit φ = 180°/kgV (M, N) in Bezug auf die Position der Öffnungen der Nuten verdreht angeordnet sind, wobei die Öffnungen der Nuten eine definierte Breite aufweisen, und die Breite der Querschnittsschwächungen der Breite der Öffnungen der Nuten entspricht.
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Nach einem ersten Merkmal der Erfindung sind die Querschnittsschwächungen des ferromagnetischen Zugrings in einem Winkel von (2n + 1) φ mit beliebiger ganzer Zahl n und mit φ = 180°/KGV (M, N), also insbesondere um einen Winkel φ in Bezug auf die Position der Nutenöffnungen angeordnet.
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Nach einem zweiten Merkmal der Erfindung weisen die Öffnungen der Nuten eine definierte Breite auf, wobei die Breite der Querschnittsschwächungen der Breite der Öffnungen der Nuten entspricht.
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Es hat sich gezeigt, dass die in
US 5 623 382 A beschriebene Ausgestaltung und Anordnung des ferromagnetischen Zugringes die Geräuschentwicklung nicht optimal reduziert. Erfindungsgemäß hat sich nun herausgestellt, dass eine optimale Kompensation der Variationen in der magnetischen Kraft zwischen Rotormagnet und Zugring erzielt werden kann, wenn die Querschnittsschwächungen des Zugrings in einem Winkel (2n + 1) φ mit beliebiger ganzer Zahl n in Bezug auf die Position der Nutenöffnungen angeordnet wird. Der Winkel φ entspricht hierbei einem Winkel von 180° geteilt durch das kleinste gemeinsamen Vielfache der Anzahl der Pole des Rotormagneten und der Anzahl der Nuten, KGV (M, N). Der Winkel φ ergibt sich daraus, dass die Kraft der axialen Vorspannung, die durch den Rotormagneten auf den Zugring ausgeübt wird, entsprechend dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Anzahl der Pole des Magneten und der Nuten variiert. Jede Variation gleicht etwa einer Sinusschwingung mit einem Maximum und einem Minimum und einer Periode von 360°/KGV (M, N). Wird nun die Querschnittsschwächung des Zugringes in Bezug auf die Nutenöffnungen um die halbe Periode dieser Sinusschwingung versetzt (φ = 180°/KGV (M, N), so kompensiert die auf den Zugring wirkende Kraft die Variationen der Magnetkraft über den Umfang. Mit anderen Worten ist der Zugring durch die Querschnittsschwächungen unter den Nutenöffnungen und um den Winkel φ versetzt dünner bzw. schmaler als unter den Polen der Statoranordnung. Das ergibt eine verringerte Anziehungskraft zwischen dem Rotormagnet und dem Zugring. Die Ausprägung der Querschnittsschwächung hängt dabei von der zu kompensierenden Amplitude der Schwingung ab. Wird der Querschnitt zu stark geschwächt, so kann dies zu einer Überkompensation führen. Daher ist eine Anpassung in Abhängigkeit von der jeweiligen konstruktiven Ausgestaltung erforderlich.
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Die Querschnittsschwächungen können auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung können die Querschnittsschwächungen als Bohrungen im ferromagnetischen Zugring ausgebildet sein.
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In einer anderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, die Querschnittsschwächungen als Vertiefungen auf der Oberfläche des Zugringes auszubilden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Querschnittsschwächungen als radiale Schlitze oder Aussparungen am Innenumfang oder am Außenumfang des Zugringes ausgebildet sein. Die Querschnittsschwächungen können auch als geschwungene oder winklige Einbuchtungen am Innenumfang des Zugringes ausgebildet sein.
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Der Zugring kann ferner aus einer Anzahl N von separaten Ringsegmenten bestehen, die ringförmig und durch Luftspalte getrennt voneinander angeordnet sind, wobei die Querschnittsschwächungen durch die Luftspalte gebildet sind.
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Die Nuten des Stators weisen zum Rotormagneten gerichtete Öffnungen auf, die eine bestimmte Breite haben. Wichtig ist, dass die Breite s der Querschnittsschwächungen im Wesentlichen der Breite der Öffnungen der Nuten entspricht, um eine optimale Geräusch reduzierende Wirkung zu erzielen.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Querschnitt durch einen Spindelmotor gemäß der Erfindung.
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2A, 2b zeigen schematisch die axialen Kräfte, die zwischen der Statoranordnung und dem Rotormagneten wirken, einmal für eine Statoranordnung ohne axialen Versatz 2A und einmal eine Statoranordnung mit axialem Versatz 2B.
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3A zeigt schematisch ein Diagramm der in der 2A dargestellten Kräfte sowie der Summenkraft.
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3B zeigt schematisch ein Diagramm der in der 2B dargestellten Kräfte sowie der Summenkraft für einen ferromagnetischen Zugring gemäß dem Stand der Technik und
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3C zeigt schematisch ein Diagramm der in der 2B dargestellten Kräfte sowie der Summenkraft für einen ferromagnetischen Zugring gemäß der Erfindung.
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4 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Ausgestaltung eines ferromagnetischen Zugringes.
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4A zeigt einen Schnitt durch den ferromagnetischen Zugring gemäß 4.
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5 zeigt die Anordnung des ferromagnetischen Zugringes in Bezug auf den Stator insbesondere die Öffnungen der Nuten des Stators.
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6 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines ferromagnetischen Zugringes gemäß der Erfindung.
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7 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines ferromagnetischen Zugringes gemäß der Erfindung.
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8 zeigt eine vierte Ausgestaltung eines ferromagnetischen Zugringes gemäß der Erfindung.
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9 zeigt ein Diagramm der Geräuschentwicklung verschiedener Spindelmotoren einmal mit einem Zugring ohne Querschnittsschwächungen, einmal mit einem Zugring mit Querschnittsschwächungen, jedoch ohne Winkelversatz in Bezug auf die Nutenöffnungen des Stators, und einmal mit einem Zugring mit Querschnittsschwächungen und mit einem Winkelversatz gemäß der Erfindung zwischen den Querschnittsschwächungen des Zugrings und den Nutenöffnungen des Stators.
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
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1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor, wie er erfindungsgemäß ausgestaltet werden kann. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, welche eine zentrale Öffnung zur Aufnahme einer Lagerbuchse 12 aufweist. Eine Welle 14 ist in einer Bohrung der Lagerbuchse 12 drehbar aufgenommen, wobei die Welle 14 an einem aus der Lagerbuchse 12 herausstehenden Ende eine Nabe trägt. Die Nabe 22 umfasst eine flache Unterseite, die der Stirnseite der Lagerbuchse 12 gegenüber liegt und von dieser durch einen Lagerspalt 20 getrennt wird. Die Unterseite der Nabe 22 bildet mit der Stirnseite der Lagerbuchse 12 ein erstes Axiallager 28, während die Welle 14 und die Lagerbuchse 12 durch den Lagerspalt 20 getrennt jeweils zwei Radiallager 24, 26 ausbilden. Der Lagerspalt erstreckt sich zwischen der Lagerbuchse 12 und der Welle 14 und weiter zwischen der Stirnseite der Lagerbuchse 12 und der Unterseite der Nabe 22. Am Außendurchmesser des Axiallagers 28 geht der Lagerspalt 20 in einen Spalt mit größerem Spaltabstand über, und bildet einen kapillaren konischen Dichtungsspalt 30, der sich entlang des Außenumfangs der Lagerbuchse 12 begrenzt durch einen axialen Ring der Nabe 22 fortsetzt.
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An ihrem unteren Ende weist die Welle einen Stopperring 16 auf, der beispielsweise einteilig mit der Welle 14 ausgebildet sein kann, aber auch als separates Bauteil mit der Welle 14 verbunden werden kann. Der Stopperring 16 liegt in einer Aussparung der Lagerbuchse, die durch eine Abdeckplatte 18 verschlossen ist. Die Aussparung der Lagerbuchse grenzt an den Lagerspalt an und ist mit Lagerfluid gefüllt. Der Stopperring verhindert durch Anschlagen an einer Stufe der Lagerbuchse 12 eine übermäßige axiale Bewegung der Welle in der Lagerbuchse.
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Die beiden Radiallager 24, 26 sind durch Lagerstrukturen gekennzeichnet, die auf einer oder beiden sich gegenüber liegenden Lageroberflächen angeordnet sind. Ebenfalls ist das Axiallager 28 durch Lagerstrukturen gekennzeichnet, die auf der Stirnseite der Lagerbuchse und/oder der Unterseite der Nabe 22 angeordnet sind.
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Der Spindelmotor umfasst ein elektromagnetisches Antriebssystem, der aus einer an der Basisplatte 10 angeordneten Statoranordnung 32 sowie einem an der Nabe 22 angeordneten Rotormagneten 34 besteht. Die Statoranordnung weist beispielsweise neun, durch Nuten getrennte Pole auf, wobei drei Pole jeweils eine gemeinsame Phasenwicklung tragen. Durch entsprechende Bestromung der unterschiedlichen Phasenwicklungen der Statoranordnung 32 wird ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugt, welches auf den Rotormagneten 34 einwirkt und die Nabe 22 in Drehung versetzt. Der Rotormagnet weist beispielsweise zwölf Magnetpole, d. h. sechs Polpaare auf, die in abwechselnder Reihenfolge über den Umfang des Rotormagneten verteilt angeordnet sind.
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Als Gegenlager zum Axiallager 28 können magnetische Mittel vorgesehen sein, welche beispielsweise aus dem Rotormagneten 34 und einem dem Rotormagneten axial gegenüber liegenden ferromagnetischen Ring 36 gebildet sind. Zusätzlich kann eine dem Axiallager 28 entgegen wirkende Kraft durch einen axialen Versatz zwischen dem Rotormagneten und der Statoranordnung 32 (so genannter magnetischer Offset) erzeugt werden.
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Um eine Zirkulation des Lagerfluids im Lagerspalt sicher zu stellen, kann ein Rezirkulationskanal 38 vorgesehen sein, der entfernte Abschnitte des Lagerspaltes miteinander verbindet.
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2A zeigt schematisch einen Schnitt durch die Statoranordnung 32 und den gegenüber liegenden Rotormagneten 34. Hier ist kein axialer Versatz zwischen der Statoranordnung 32 und dem Rotormagneten 34 vorgesehen, so dass die magnetischen Kräfte F1 und F2, die auf die obere bzw. die untere Hälfte des Statorpakets in axiale Richtung wirken, entgegengesetzt gleich groß sind. Zusätzlich wirkt eine über den Umfang konstante Kraft F3 auf einen ringförmigen ferromagnetischen Ring 36 ohne Querschnittsschwächungen gemäß dem Stand der Technik. Allerdings variieren die Kräfte F1 und F2 wie einleitend beschrieben jeweils über eine Umdrehung des Rotormagneten entsprechend dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Magnetpole und der Anzahl der Nuten des Stators. Die Summe aller drei Kräfte F1 + F2 + F3 zieht den Rotormagneten 34 in Richtung zum Zugring 36. Dies ist in 3A schematisch dargestellt.
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2B zeigt die Statoranordnung 32 und den Rotormagneten 34 mit einem axialen Versatz 6, auch Offset genannt, wobei der Betrag der Kraft F1', die auf die obere Hälfte des Statorpakets wirkt, aufgrund des axialen Versatzes größer ist als der Betrag der Kraft F2', die auf die untere Hälfte des Statorpakets wirkt. Auch die Variationen der Kräfte über den Umfang sind entsprechend größer bzw. kleiner, wie es sich aus 3B ergibt, so dass sich als resultierende Summenkraft F1' + F2' eine alternierende Kraft einstellt, welche die Ursache ist für akustische Emissionen des Spindelmotors. Die durch einen ringförmigen ferromagnetischen Zugring ohne Querschnittsschwächungen gemäß dem Stand der Technik erzeugte zusätzliche konstante Kraft F3 verhindert die Alternierung der Summe der Kräfte F1' + F2' + F3 nicht, sondern bewirkt lediglich eine Erhöhung.
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Die 3C zeigt die axialen Kräfte für den Fall eines ferromagnetischen Zugringes 36, der Querschnittsschwächungen gemäß der Erfindung aufweist. Hierdurch entsteht eine Kraft F3', die nicht mehr konstant, sondern über den Umfang ebenfalls alternierend ist und derart eingestellt wird, dass die Summe der Kräfte F1' + F2' + F3' weitgehend konstant ungleich Null ist.
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4 zeigt eine Aufsicht auf eine erste Ausgestaltung des ferromagnetischen Zugrings 36. Wie sich aus 4 und insbesondere aus 4A ergibt, weist der magnetische Zugring 36 eine Anzahl von Querschnittsschwächungen in Form von Vertiefungen 36a auf, deren Anzahl der Anzahl der Nuten der Statoranordnung entspricht. Die Dicke des Zugrings 36 beträgt bei einem Spindelmotor zum Antrieb eines 2,5 Zoll Festplattenlaufwerkes beispielsweise 0,5 mm. Die Querschnittsschwächungen bzw. die Vertiefungen können beispielsweise eine Tiefe von 0,125 mm aufweisen.
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5 zeigt schematisch die Statoranordnung 32 mit entsprechenden Nuten 32a. Die Nuten 32a weisen zum Rotormagneten 34 gerichtete Öffnungen 32b auf. Die Breite s der Vertiefungen 36a des Zugrings 36 entspricht dabei der Breite der Öffnungen 32b der Nuten 32a. Ferner ist die Anordnung der Vertiefungen 36a in Bezug auf die Öffnungen 32b der Nuten 32a relevant. Die Öffnungen 32b der Nuten 32a und die Vertiefungen 36a des Zugrings 36 sollen versetzt zueinander angeordnet sein, und zwar in einem Winkel von (2n + 1) φ mit beliebiger ganzer Zahl n (insbesondere n = 0) und mit φ = 180°/KGV (M, N), [kleinstes gemeinsames Vielfaches von Anzahl der Nuten und Anzahl der Magnetpole des Rotormagneten]. Im vorliegenden Beispiel hat der Rotormagnet zwölf Magnetpole und der Stator neun Nuten, wobei sich ein kleinstes gemeinsames Vielfaches von 36 ergibt. Der Winkel φ zwischen den Öffnungen 32b der Nuten 32a und den Vertiefungen 36a des Zugringes 36 beträgt in diesem Falle für n = 0 also φ = 180°/36 = 5°.
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6 zeigt eine andere Ausgestaltung eines magnetischen Zugrings 136, wobei die Querschnittsschwächungen hier als Bohrungen 136a ausgeführt sind, die entweder durchgehend oder als Sackbohrungen ausgebildet sein können.
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7 zeigt eine andere Ausgestaltung eines ferromagnetischen Zugrings 236, bei dem anstelle von Vertiefungen oder Bohrungen am Innenumfang angeordnete Einbuchtungen 236a vorgesehen sind. Auch diese Einbuchtungen ergeben eine Querschnittsschwächung in diesen Bereichen.
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8 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines magnetischen Zugringes 336, wobei hier am Innenumfang des Zugringes ebenfalls Einbuchtungen in Form von Aussparungen 336a vorgesehen sind. Die Aussparungen 336a bzw. Schlitze weisen eine Breite s auf, die der Breite der Nutenöffnungen entspricht. Die Tiefe d der Aussparungen hängt von der Höhe der zu kompensierenden Axialkraft ab. Je größer die Tiefe, desto größer die Querschnittsschwächung des Zugrings 336 und je kleiner die Axialkraft, die der Zugring auf den Rotormagneten 34 ausübt.
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9 zeigt schematisch die Wirkung des erfindungsgemäßen Zugrings. Auf der Ordinate ist die so genannte Prägnanz in dB dargestellt. Die Prägnanz wird im englischen Sprachgebrauch auch als Prominence Ratio bezeichnet, welche die Energie einer tonhaltigen Frequenzgruppe, in diesem Falle der 36-fachen Drehfrequenz, in Relation zu den Energien ihrer Nachbarfrequenzgruppen beschreibt. Auf der Abszisse sind jeweils verschiedene Gruppen von Versuchsmotoren dargestellt.
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Die Kurve 40 beschreibt nun unterschiedliche Spindelmotoren einer ersten Gruppe, die einen magnetischen Zugring ohne Querschnittsschwächungen aufweisen. Man erkennt hier, dass die Geräuschemissionen bzw. die Prägnanz zwischen 7 dB und 14 dB liegt.
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Die Kurve 42 gilt für eine zweite Gruppe von Spindelmotoren, bei der der Zugring Querschnittsschwächungen aufweist, die in Bezug auf die Nutenöffnungen des Stators in einem Winkel φ = 0° verdreht angeordnet sind. Man erkennt hier, dass sich die Geräuschemission im Vergleich zur Kurve 40 nicht verbessert hat.
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Die Kurve 44 gehört zu einer dritten Gruppe von Spindelmotoren, bei der ein Zugring mit Querschnittsschwächungen verwendet wird. Die Querschnittsschwächungen sind hierbei in Bezug auf die Nutenöffnungen des Stators in einem Winkel von φ = 5° entsprechend φ = 180/KGV (M, N) angeordnet. Man erkennt hier deutlich, dass sich die Geräuschentwicklung insgesamt verringert hat und nur etwa zwischen 4 und 12 dB liegt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Basisplatte
- 12
- Lagerbuchse
- 14
- Welle
- 16
- Stopperring
- 18
- Abdeckplatte
- 20
- Lagerspalt
- 22
- Nabe
- 24
- Radiallager
- 26
- Radiallager
- 28
- Axiallager
- 30
- Dichtungsspalt
- 32
- Statoranordnung
- 32a
- Nuten
- 32b
- Öffnungen der Nuten
- 34
- Rotormagnet
- 36
- Ferromagnetischer Ring
- 36a
- Vertiefungen
- 38
- Rezirkulationskanal
- 40
- Kurve
- 42
- Kurve
- 44
- Kurve
- 136
- Ferromagnetischer Ring
- 136a
- Bohrungen
- 236
- Ferromagnetischer Ring
- 236a
- Einbuchtungen
- 336
- Ferromagnetischer Ring
- 336a
- Schlitze
- F1, F1'
- axiale Kraft
- F2, F2'
- axiale Kraft
- F3, F3'
- axiale Kraft
- S
- Breite der Aussparungen
- d
- Tiefe der Aussparungen
- δ
- axialer Versatz
- N
- Anzahl der Nuten
- M
- Anzahl der Magnetpole
