DE102009031219A1

DE102009031219A1 - Spindelmotor

Info

Publication number: DE102009031219A1
Application number: DE102009031219A
Authority: DE
Inventors: Olaf Winterhalter; Andreas Kull; Ronald Gönner; Volker Messmer
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor, der ein feststehendes Motorbauteil und mindestens ein drehbar gelagertes Motorbauteil umfasst, wobei die Drehlagerung mittels eines fluiddynamischen Lagersystems um eine Rotationsachse erfolgt. Das Lagersystem umfasst mindestens ein fluiddynamisches Radiallager und ein fluiddynamisches Axiallager. Das drehbar gelagerte Motorbauteil wird durch ein elektromagnetisches Antriebssystem angetrieben. Erfindungsgemäß sind Mittel zur Erzeugung einer magnetischen Vorspannung für das Axiallager vorhanden, die ausschließlich aus Bauteilen des elektromagnetischen Antriebssystems bestehen. Insbesondere für niedrige Drehzahlen, beispielsweise weniger als 4200 U/min und darunter und geringen Lasten bei Verwendung von höchstens zwei Speicherplatten kann die benötigte Axiallagerkraft und damit auch die benötigte Kraft für die magnetische Vorspannung verringert werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Spindelmotoren werden beispielsweise zum Antrieb von Festplattenlaufwerken oder Lüftern eingesetzt.
Stand der Technik
Die DE 10 2007 039 231 A1 offenbart einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem, der mindestens ein feststehendes Motorbauteil und mindestens ein mittels des Lagersystems um eine Rotationsachse drehbar gelagertes Motorbauteil aufweist. Das Lagersystem umfasst mindestens ein fluiddynamisches Radiallager und ein fluiddynamisches Axiallager. Das drehbar gelagerte Motorbauteil wird durch ein elektromagnetisches Antriebssystem angetrieben. Da der Spindelmotor lediglich ein einziges fluiddynamisches Axiallager aufweist, das eine einseitig gerichtete Kraftkomponente erzeugt, sind in bekannter Weise Mittel zur Erzeugung einer Vorspannung für das Axiallager vorhanden, welche eine entgegengesetzt zum Axiallager gerichtete Kraftwirkung erzeugen. Vorzugsweise wird dabei eine magnetische Vorspannung verwendet. Hierzu liegt dem Rotormagneten axial ein ferromagnetischer Ring gegenüber, der an der Basisplatte des Motors befestigt ist. Der ferromagnetische Ring wird von dem Rotormagneten durch eine magnetische Kraft angezogen, die entgegengesetzt der Kraft des fluiddynamischen Axiallagers wirkt. Zusätzlich zu dieser Anordnung kann der Rotormagnet relativ zur Statoranordnung axial versetzt sein und zwar nach oben in Richtung des fluiddynamischen Axiallagers. Durch diesen axialen Versatz ergibt sich zwischen dem Stator und dem Rotormagneten nicht nur eine radial wirkende magnetische Kraftkomponente, sondern auch eine axial wirkende magnetische Kraftkomponente, die zusätzlich zur Vorspannung des Axiallagers verwendet wird.
Zum Antrieb von Festplattenlaufwerken mit einem Formfaktor von 2,5 Zoll werden oftmals Spindelmotoren mit einem fluiddynamischen Axiallager und einer Kombination aus magnetischer Vorspannung zwischen dem Stator und dem Rotormagneten und dem Rotormagneten und dem ferromagnetischen Ring verwendet. Dieser ferromagnetische Ring erfordert jedoch bei der Montage einen zusätzlichen Montageschritt, wobei er meist auf die Basisplatte geklebt wird. Diese Klebung kann sich lockern und der Ring kann den Motor blockieren. Zudem verursacht der Einbau eines ferromagnetischen Rings nicht unerhebliche zusätzliche Kosten.
Offenbarung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem insbesondere zum Antrieb von Festplattenlaufwerken anzugeben, der für niedrigere Geschwindigkeiten und geringe Lasten ausgelegt ist und kostengünstig hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Spindelmotor umfasst ein feststehendes Motorbauteil und mindestens ein drehbar gelagertes Motorbauteil, wobei die Drehlagerung mittels eines fluiddynamischen Lagersystems um eine Rotationsachse erfolgt. Das Lagersystem umfasst mindestens ein fluiddynamisches Radiallager und ein fluiddynamisches Axiallager. Das drehbar gelagerte Motorbauteil wird durch ein elektromagnetisches Antriebssystem angetrieben.
Erfindungsgemäß sind Mittel zur Erzeugung einer magnetischen Vorspannung für das Axiallager vorhanden, die ausschließlich aus Bauteilen des elektromagnetischen Antriebssystems bestehen.
Insbesondere für niedrige Drehzahlen, von beispielsweise weniger als 4200 U/min und geringen Lasten kann bei Verwendung von höchstens zwei Speicherplatten die benötigte Axiallagerkraft verringert werden, und damit auch die benötigte Kraft für die magnetische Vorspannung. Erfindungsgemäß ist daher kein ferromagnetischer Ring dem Rotormagneten axial gegenüberliegend mehr notwendig. Diese Einsparung des ferromagnetischen Rings spart entsprechend Kosten und Montageaufwand und erhöht die Zuverlässigkeit des Motors, da ein Lösen des ferromagnetischen Ringes nicht mehr vorkommen kann. Die benötigte axiale Vorspannung wird erfindungsgemäß ausschließlich durch Komponenten des elektromagnetischen Antriebssystems aufgebracht. Das elektromagnetische Antriebssystem umfasst eine Statoranordnung und einen Rotormagneten, wobei die magnetische Mitte des Rotormagneten einen axialen Versatz zur magnetischen Mitte der Statoranordnung aufweist. Durch diesen axialen Versatz wird eine axiale magnetische Kraftkomponente erzeugt, die dem Axiallager entgegenwirkt und eine magnetische Vorspannung des Axiallagers bildet.
Das feststehende Motorbauteil umfasst eine Basisplatte, eine in der Basisplatte befestigte Lagerbuchse und die Statoranordnung des elektromagnetischen Antriebssystems. Das drehbar gelagerte Motorbauteil umfasst eine in der Lagerbohrung der Lagerbuchse aufgenommene Welle, ein mit der Welle verbundenes Rotorbauteil und einen am Rotorbauteil befestigten Rotormagneten. Gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung kann die Welle auch als feststehende Welle ausgebildet sein, wobei die Lagerbuchse drehbar auf der Welle gelagert ist.
Sowohl die Radiallager als auch das Axiallager weisen Lagerflächen auf, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind insbesondere zwei in einem axialen Abstand voneinander angeordnete Radiallager vorhanden, die durch einander zugeordnete Lagerflächen der Lagerbuchse und der Welle gebildet und durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet sind. Das Axiallager ist vorzugsweise durch einander zugeordnete Lagerflächen der Lagerbuchse und des Rotorbauteils beziehungsweise eines ersten Lagerbauteils gebildet und durch entsprechende Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet.
Vorzugsweise ist in der Lagerbuchse ein mit Lagerfluid gefüllter Rezirkulationskanal angeordnet, der voneinander entfernte Abschnitte des Lagerspaltes miteinander verbindet. Insbesondere verbindet der Rezirkulationskanal einen angrenzend an einen Stopperring angeordneten Bereich des Lagerspaltes mit dem im Bereich des Axiallagers verlaufenden Lagerspalt.
Eine Öffnung des Rezirkulationskanals mündet in den Bereich des Axiallagers, wobei in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Öffnung des Rezirkulationskanals durch die Lagerrillenstrukturen des Axiallagers nicht überdeckt wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Axiallager in seiner Fläche wesentlich kleiner als die Stirnfläche der Lagerbuchse, wobei die Lagerrillenstrukturen des Axiallagers ausschließlich radial innen liegend der Öffnung des Rezirkulationskanals angeordnet sind. Radial außerhalb des Axiallagers ist der Lagerspalt durch Dichtungsmittel, beispielsweise eine Kapillardichtung, abgedichtet.
An einem innerhalb der Lagerbuchse angeordneten Ende der Welle ist ein Stopperring als Sicherung gegen ein Herausfallen der Welle angeordnet. Der Stopperring kann gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich Dichtungsfunktionen erfüllen.
Der Spindelmotor ist vorzugsweise für Betriebsdrehzahlen von weniger als 4200 U/min vorgesehen. Insbesondere ist er zum Antrieb eines 2,5 Zoll Festplattenlaufwerkes vorgesehen. Das Festplattenlaufwerk umfasst vorzugsweise höchstens zwei Speicherplatten und eine Schreib- und Leseeinrichtung zum Schreiben und Lesen von Daten auf und von der Speicherplatte. Die Speicherplatte wird von dem Spindelmotor angetrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert. Dabei ergeben sich aus den Zeichnungen und deren Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1: zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines Spindelmotors gemäß der Erfindung
2: zeigt eine Draufsicht auf die Stirnseite der Lagerbuchse und eine Lagerfläche des fluiddynamischen Axiallagers
3: zeigt eine Draufsicht auf die Stirnseite der Lagerbuchse und eine Lagerfläche des fluiddynamischen Axiallagers gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
4: zeigt einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung eines Spindelmotors gemäß der Erfindung
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem. Das Lagersystem umfasst eine feststehende Lagerbuchse 10, die eine zentrale Bohrung aufweist. In die Bohrung der Lagerbuchse 10 ist eine Welle 12 eingesetzt, deren Durchmesser geringfügig kleiner ist, als der Durchmesser der Bohrung. Zwischen den Oberflächen der Lagerbuchse 10 und der Welle 12 verbleibt ein Lagerspalt 16, der mit einem Lagerfluid, beispielsweise Lageröl, gefüllt ist. Es sind zwei fluiddynamische Radiallager 18, 22 ausgebildet, mittels denen die Welle 12 um eine Rotationsachse 14 drehbar in der Bohrung der Lagerbuchse 10 gelagert ist. Die Radiallager sind durch Lagerrillenstrukturen 20, 24 gekennzeichnet, die bei Drehung der Lagerbauteile eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid erzeugen und die Radiallager tragfähig machen. Die Radiallager 18, 22 sind durch einen Separator 34 voneinander getrennt. Im Bereich des Separators ist die Spaltbreite des Lagerspalts vergrößert.
Ein freies Ende der Welle ist mit einem Rotorbauteil 26 verbunden. 1 zeigt ein Lagersystem im sogenannten Top-Thrust Design, d. h. es ist ein einziges fluiddynamisches Axiallager 28 vorhanden, welches zwischen der oberen Stirnseite der Lagerbuchse 10 und einer unteren Fläche des Rotorbauteils 26 ausgebildet ist. Eine der Lagerflächen des Axiallagers 28, vorzugsweise die Oberfläche der Lagerbuchse 10, ist mit Lagerrillenstrukturen 30 (2) versehen, die bei Rotation der Welle 12 eine Pumpwirkung auf das zwischen dem Rotorbauteil 26 und Stirnseite der Lagerbuchse 10 befindliche Lagerfluid ausüben, so dass das Axiallager 28 tragfähig wird. Der Lagerspalt 16 erstreckt sich axial entlang der Welle 10 und den Radiallagern 18, 22 und dann weiter radial entlang der Stirnseite der Lagerbuchse 10 und des Axiallagers 28.
Das Lager ist am unteren Wellenende durch eine Abdeckplatte 42 verschlossen, die in der Aussparung in der Lagerbuchse 10 dem unteren Ende der Welle gegenüber liegend angeordnet ist. An der Unterseite der Welle 12 ist ein einteilig mit der Welle oder ein separat ausgebildeter Stopperring 38 angeordnet, der einen vergrößerten Außendurchmesser im Vergleich zum Durchmesser der Welle aufweist. Der Stopperring 38 verhindert ein Herausfallen der Welle 12 aus der Lagerbuchse 10. Zwischen einem Spalt 36 am äußeren Rand des Axiallagers 28 und dem Spaltbereich angrenzend an den Außendurchmesser des Stopperrings 38 ist ein Rezirkulationskanal 32 vorgesehen. Der Rezirkulationskanal 32 verbindet voneinander entfernte Bereiche des Lagerspalts 16 miteinander. Der Rezirkulationskanal 32 verläuft von einem an den Stopperring 38 angrenzenden Bereich des Lagerspalts 16 bis zu einem im Bereich des Axiallagers 28 liegenden Abschnitt des Lagerspalts. Durch die Lagerrillenstrukturen der Axial- und Radiallager wird eine überwiegend in Richtung des Stopperrings 38 gerichtete Pumpwirkung auf das Lagerfluid ausgeübt. Das Lagerfluid zirkuliert im Lagerspalt 16 ausgehend vom Axiallager 28 über die Radiallager 18 und 22 nach unten und gelangt von dort über den Rezirkulationskanal 32 wieder an die Außenseite des Axiallagers 28, wo es durch die radial nach innen gerichtete Pumpwirkung des Axiallagers 28 wieder in Richtung der Radiallager 18, 22 gepumpt wird.
Am Außendurchmesser des Axiallagers 28 geht der Lagerspalt 16 in einen Dichtungsspalt über, der sich nun über den Außenumfang der Lagerbuchse 10 fort setzt und sich konisch nach außen in Form einer konischen Kapillardichtung 40 erweitert.
Die Lagerbuchse 10 ist in einer Basisplatte 46 gehalten, welche auch eine ringförmige Statoranordnung 48 trägt. Die Statoranordnung 48 ist umgeben von einem Rotormagneten 50, welcher am Rotorbauteil 26 befestigt ist. Der Rotormagnet 50 ist um einen Betrag d axial versetzt zur Statoranordnung 48 am Rotorbauteil 26 befestigt. Dadurch ist die magnetische Mitte des Rotormagneten 50 etwas oberhalb der Mitte des Statorkerns angeordnet, wodurch sich eine nach unten zur Basisplatte 46 hin gerichtete magnetische Kraft F_M ergibt, welche der durch das Axiallager 28 erzeugten Kraft entgegenwirkt.
Neben der magnetischen Kraft F_M wirkt die Gewichtskraft F_L auf den Rotor. Abhängig von der Lage des Spindelmotors im Raum ändert diese entsprechend ihre Richtung. Eine durch das hydrodynamische Axiallager wird eine hydraulische Kraft F_H erzeugt, die bei Umdrehung des Rotors entgegengesetzt zur Richtung der magnetischen Kraft F_M auf den Rotor wirkt und somit für ein Schweben des Rotors um einige Mikrometer oberhalb der Lagerbuchse sorgt. Dabei muss die hydraulische Kraft F_H stets größer sein als die Summe der Kräfte F_M und F_L, so dass gilt: F_H ≥ F_M + F_L. Bei im Vergleich zum Stand der Technik verringerten Drehzahlen des Motors nimmt die hydraulische Kraft F_H betragsmäßig entsprechend ab. Daher kann die entgegengesetzt wirkende Kraft F_M ebenfalls entsprechend betragsmäßig kleiner ausgebildet sein.
2 zeigt eine Draufsicht auf die Stirnseite der Lagerbuchse 10, die eine Lagerfläche des Axiallagers 28 ausbildet. Das Axiallager 28 ist durch spiralrillenförmige Lagerstrukturen 30 gekennzeichnet, die sich ausgehend von der Lagerbohrung der Lagerbuchse radial nach außen erstrecken. Da bei Spindelmotoren mit höchstens zwei Speicherplatten die axialen Lasten vergleichsweise gering sind, somit die Gewichtskraft F_L geringer ist und die benötigte hydraulische Axialkraft F_H nicht so groß ist, kann die Fläche des Axiallagers 28 im Vergleich zur gesamten Stirnfläche der Lagerbuchse 10 relativ klein gehalten werden. Außerhalb der Lagerrillenstrukturen 30 des Axiallagers 28 weist die Lagerbuchse 10 eine Stufe auf und geht über in eine Fläche 36a, die zusammen mit dem gegenüber liegenden Rotorbauteil 26 einen Spalt 36 mit vergrößerter Spaltbreite bildet. Dieser Spalt 36 geht über in den Dichtungsspalt 40 (1). Bei einem Spindelmotor zum Antrieb von 2,5 Zoll Festplattenlaufwerken beträgt der Durchmesser der Lagerbohrung bzw. der Durchmesser der Welle etwa 2,5 Millimeter. Der Außen-Durchmesser der auf der Lagerbuchse bzw. dem Rotorbauteil 26 angeordneten Lagerfläche des Axiallagers 28 beträgt weniger als 4,9 Millimeter. Der Gesamtdurchmesser der Lagerbuchse beträgt dagegen etwa 6,43 Millimeter.
Der Rezirkulationskanal 32 mündet vorzugsweise radial außerhalb des Axiallagers 28 in den Bereich der Fläche 36a, also in den Spalt 36.
3 zeigt eine Draufsicht auf die Lagerbuchse 10 gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung. Hierbei erstrecken sich die Lagerrillenstrukturen 28 des Axiallagers 30 ausgehend von der Lagerbohrung bis an den äußeren Rand der Lagerbuchse. Der Rezirkulationskanal mündet innerhalb der Lagerrillenstrukturen 28 des Axiallagers 30.
Die 4 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines Spindelmotors mit feststehender Welle gemäß der Erfindung. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 146, die eine im Wesentlichen zentrale zylindrische Öffnung aufweist, in welcher ein erstes Lagerbauteil 113 aufgenommen ist. Das erste Lagerbauteil 113 ist etwa topfförmig ausgebildet und umfasst eine zentrale Öffnung, in welcher eine Welle 112 befestigt ist. An dem freien Ende der feststehenden Welle 112 ist ein zweites Lagerbauteil 138 angeordnet, das vorzugsweise ringförmig und einteilig mit der Welle 112 ausgebildet ist und unter anderem als Stopperring dient. Die genannten Bauteile 146, 112, 113 und 138 bilden die feststehende Komponente des Spindelmotors. Das Lager umfasst eine Lagerbuchse 110, die in einem durch die Welle 112 und die beiden Lagerbauteile 113, 138 gebildeten Zwischenraum relativ zu diesen Bauteilen drehbar angeordnet ist. Das obere Lagerbauteil 138 ist in einer ringförmigen Aussparung der Lagerbuchse 110 angeordnet. Aneinander angrenzende Flächen der Welle 112, der Lagerbuchse 110 und der Lagerbauteile 113, 138 sind durch einen beidseitig offenen Lagerspalt 116 voneinander getrennt, der mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt ist. Das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors wird in bekannter Weise gebildet durch eine an der Basisplatte 146 angeordnete Statoranordnung 148 und einem die Statoranordnung in einem Abstand umgebenden, ringförmigen Rotormagneten 150, der an einer inneren Umfangsfläche eines Rotorbauteils 126 angeordnet ist. Das Rotorbauteil 126 ist an der Lagerbuchse 110 befestigt. Prinzipiell ist es auch möglich, das Rotorbauteil 126 und die Lagerbuchse 110 einteilig auszubilden.
Die Lagerbuchse 110 hat eine zylindrische Bohrung an deren Innenumfang zwei zylindrische Radial-Lagerflächen ausbildet sind, welche durch eine dazwischen umlaufende Separator-Nut 134 getrennt sind. Diese Lagerflächen umschließen die stehende Welle 112 in einem Abstand von wenigen Mikrometern unter Bildung eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 116 und sind mit geeigneten Lagerrillenstrukturen 120, 124 versehen, so dass sie mit den jeweils gegenüberliegenden Lagerflächen der Welle 112 zwei fluiddynamische Radiallager 118 und 122 ausbilden.
An das untere Radiallager 122 schließt sich ein radial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts 116 an, der durch radial verlaufende Lagerflächen der Lagerbuchse 110 und entsprechend gegenüber liegende Lagerflächen des ersten Lagerbauteiles 113 gebildet wird. Diese Lagerflächen bilden ein fluiddynamisches Axiallager 128 in Form eines zur Rotationsachse 114 senkrechten Kreisringes (vgl. 2 und 3). Das fluiddynamische Axiallager 128 ist in bekannter Weise durch beispielsweise spiralförmige Lagerrillenstrukturen 130 gekennzeichnet, die entweder auf der Stirnseite der Lagerbuchse 110, dem ersten Lagerbauteil 113 oder beiden Teilen angebracht werden können.
Der Rotormagnet 150 ist um einen Betrag d axial versetzt zur Statoranordnung 148 am Rotorbauteil 126 befestigt. Dadurch ist die magnetische Mitte des Rotormagneten 150 etwas oberhalb der Mitte des Statorkerns angeordnet, wodurch sich eine nach unten zur Basisplatte 146 hin gerichtete magnetische Kraft F_M ergibt, welche in der dargestellten Lage im Raum zusammen mit der Gewichtskraft F_L des Rotors der durch das Axiallager 128 erzeugten hydraulischen Kraft F_H entgegenwirkt.
An den radialen Abschnitt des Lagerspalts 116 im Bereich des Axiallagers 128 schließt sich eine anteilig mit Lagerfluid gefüllte Kapillardichtung 140 an, die durch einander gegenüberliegende Flächen der Lagerbuchse 110 und des ersten Lagerbauteils 113 gebildet wird und das Ende des Fluidlagersystems an dieser Seite abdichtet. Neben der Funktion als kapillare Dichtung dient der Dichtungsspalt 140 als Fluidreservoir und stellt die für die Lebensdauer des Lagersystems benötigte Fluidmenge bereit.
An der anderen Seite des Fluidlagersystems ist die Lagerbuchse 110 im Anschluss an das obere Radiallager 118 so gestaltet, dass es eine radiale verlaufende Fläche ausbildet, die mit einer entsprechend gegenüberliegenden Fläche des zweiten Lagerbauteils 138 einen radialen Spalt bildet. An den radialen Spalt schließt sich ein axial verlaufender Dichtungsspalt 141 an, der das Fluidlagersystem an diesem Ende abschließt. Der Dichtungsspalt 141 umfasst vorzugsweise eine Pumpdichtung und weitet sich am äußeren Ende mit vorzugsweise konischem Querschnitt auf. Der Dichtungsspalt 141 wird durch einander gegenüberliegende Oberflächen der Lagerbuchse 110 und des Lagerbauteils 138 begrenzt und kann von einer ringförmigen Abdeckung 142 abgedeckt sein. Die Abdeckung 142 ist an einer Stufe der Lagerbuchse 110 befestigt.
Um eine kontinuierliche Durchspülung des Lagersystems mit Lagerfluid sicherzustellen, ist in bekannter Weise ein Rezirkulationskanal 132 vorgesehen. Der Rezirkulationskanal 132 ist erfindungsgemäß als axial oder leicht schräg verlaufender Kanal in der Lagerbuchse 110 ausgebildet, der vorzugsweise in einem spitzen Winkel in Bezug auf die Rotationsachse 114 des Lagers angeordnet ist. Der Rezirkulationskanal 132 verbindet die beiden radialen Abschnitte des Lagerspalts 116 zwischen den Lagerbereichen und den Dichtungsbereichen direkt miteinander und endet vorzugsweise im radial äußeren Abschnitt des Axiallagers, in welchem der axiale Spalt 136 größer ist als der Teil des Radiallagerspaltes, der näher zur Welle benachbart angeordnet ist. Aufgrund der gerichteten Pumpwirkung der Lagerrillenstrukturen des Axiallagers 128 und der Radiallager 118, 122 ergibt sich im Lagerspalt 116 vorzugsweise eine Strömung des Lagerfluids in Richtung des oberen Dichtungsspalts 141. Außerdem wird das Lagerfluid im Rezirkulationskanal 132 aufgrund der Wirkung der Fliehkraft im schrägen Kanal nach unten in Richtung des Axiallagers 128 gefördert, so dass sich ein stabiler Fluidkreislauf einstellt.
Bezugszeichenliste

10, 110: Lagerbuchse
12, 112: Welle
113: Lagerbauteil
14, 114: Rotationsachse
16, 116: Lagerspalt
18, 118: Radiallager
20, 120: Lagerrillenstrukturen
22, 122: Radiallager
24, 124: Lagerrillenstrukturen
26, 126: Rotorbauteil
28, 128: Axiallager
30, 130: Lagerrillenstrukturen
32, 132: Rezirkulationskanal
34, 134: Separator
36, 136: Spalt
36a: Fläche
38, 138: Stopperring, Lagerbauteil
40, 140: Kapillardichtung
141: Dichtungsspalt
42, 142: Abdeckplatte, Abdeckung
44: Speicherplatte
46, 146: Basisplatte
48, 148: Statoranordnung
50, 150: Rotormagnet
d: axialer Versatz
FM: magnetische Kraft
FL: Gewichtskraft
FH: hydraulische Kraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007039231 A1 [0002]

Claims

Spindelmotor mit mindestens einem feststehenden Motorbauteil und mindestens einem mittels eines fluiddynamischen Lagersystems um eine Rotationsachse (14; 114) drehbaren gelagerten Motorbauteil, wobei das Lagersystem mindestens ein fluiddynamisches Radiallager (18, 22; 118, 122) und ein einziges fluiddynamisches Axiallager (28; 128) aufweist, wodurch im Betrieb des Motors eine axiale hydraulische Kraft F_H generiert wird und wobei Mittel zur Erzeugung einer magnetischen Kraftkomponente F_M für das Axiallager (28; 128) vorhanden sind, und das drehbar gelagerte Motorbauteil durch ein elektromagnetisches Antriebssystem angetrieben wird, wobei die Kräfte F_H und F_M entgegengesetzt gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung einer magnetischen Vorspannung für das Axiallager (28; 128) ausschließlich aus Bauteilen des elektromagnetischen Antriebssystems bestehen.
Spindelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Antriebssystem eine Statoranordnung (48; 148) und einen Rotormagneten (50; 150) umfasst, wobei die magnetische Mitte des Rotormagneten (50; 150) um einen Betrag d in Bezug auf die magnetische Mitte der Statoranordnung versetzt ist, wodurch die axiale magnetische Kraft F_M erzeugt wird.
Spindelmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Motorbauteil eine Basisplatte (46; 146), eine in der Basisplatte befestigte Lagerbuchse (10) und die Statoranordnung (48) des elektromagnetischen Antriebssystems umfasst.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbar gelagerte Motorbauteil eine in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse (10) aufgenommene Welle (12), ein mit der Welle verbundenes Rotorbauteil (26) und den am Rotorbauteil befestigten Rotormagneten (50) aufweist.
Spindelmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Motorbauteil eine Basisplatte (46; 146), ein in der Basisplatte befestigtes erstes Lagerbauteil (113), eine feststehende Welle (112), ein zweites Lagerbauteil (138) und die Statoranordnung (148) des elektromagnetischen Antriebssystems umfasst.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbar gelagerte Motorbauteil eine um die Welle (112) drehbar angeordnete Lagerbuchse (110), ein mit der Welle verbundenes Rotorbauteil (126) und den am Rotorbauteil befestigten Rotormagneten (150) aufweist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (18, 22; 118, 122) und das Axiallager (28; 128) Lagerflächen aufweisen, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (16; 116) voneinander getrennt sind.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei in einem axialen Abstand voneinander angeordnete Radiallager (18, 22; 118, 122) aufweist, die durch einander zugeordnete Lagerflächen der Lagerbuchse (10; 110) und der Welle (12; 112) gebildet und durch Lagerrillenstrukturen (20, 24; 120, 124) gekennzeichnet sind.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (28) durch einander zugeordnete Lagerflächen des Lagerbuchse (10) und des Rotorbauteils (26) gebildet und durch Lagerrillenstrukturen (30) gekennzeichnet ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (128) durch einander zugeordnete Lagerflächen des Lagerbuchse (110) und des ersten Lagerbauteils (113) gebildet und durch Lagerrillenstrukturen (130) gekennzeichnet ist
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lagerbuchse (10; 110) ein mit Lagerfluid gefüllter Rezirkulationskanal (32; 132) angeordnet ist, der voneinander entfernte Abschnitte des Lagerspalts (16; 116) miteinander verbindet
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung des Rezirkulationskanals (32; 132) im Bereich des Axiallagers (28; 128) in den Lagerspalt (16; 116) mündet, wobei diese Öffnung des Rezirkulationskanals (32; 132) durch Lagerrillenstrukturen (30; 130) des Axiallagers (128) nicht überdeckt wird.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerrillenstrukturen (30; 130) des Axiallagers (28; 128) ausschließlich radial innerhalb der Öffnung des Rezirkulationskanal (32; 132) angeordnet sind.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein offenes Ende des Lagerspalts (16; 116) durch Dichtungsmittel (40; 140; 141) abgedichtet sind.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass an einem innerhalb der Lagerbuchse (10; 110) angeordneten Ende der Welle (12; 112) ein Stopperring (38; 138) angeordnet ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Betriebsdrehzahl kleiner als 4200 U/Min. ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass er in ein 2,5 Zoll Festplattenlaufwerken eingebaut ist.
Spindelmotor nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für hydraulische Kraft F_H und für die magnetische Kraft F_M die Ungleichung F_H ≥ F_M + F_L gilt, wobei F_L die Gewichtskraft des Rotors bezeichnet.
Festplattenlaufwerk mit einem Formfaktor von 2,5 Zoll und einem Spindelmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 zum Antrieb von höchstens zwei Speicherplatten (44), und einer Schreib- und Leseeinrichtung zum Schreiben und Lesen von Daten auf und von der Speicherplatte.