DE102013013726A1

DE102013013726A1 - Rotor magnet for use in an electrical machine

Info

Publication number: DE102013013726A1
Application number: DE201310013726
Authority: DE
Inventors: Thilo Rehm
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2015-02-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotormagnet in Ringform zur Verwendung in einer elektrischen Maschine, wobei der Rotormagnet zur Befestigung an einem Rotorbauteil der elektrischen Maschine ausgebildet ist und eine dem Rotorbauteil zugewandte Umfangsfläche und eine dem Rotorbauteil abgewandte Umfangsfläche aufweist. Erfindungsgemäß weist die dem Rotorbauteil zugewandte Umfangsfläche des Rotormagneten mindestens eine Aussparung auf.The invention relates to a rotor magnet in ring form for use in an electrical machine, wherein the rotor magnet is designed for attachment to a rotor component of the electric machine and has a peripheral surface facing the rotor component and a peripheral surface facing away from the rotor component. According to the invention, the peripheral surface of the rotor magnet facing the rotor component has at least one recess.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft einen Rotormagneten für die Verwendung in einer elektrischen Maschine, insbesondere in einem Spindelmotor zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks.The invention relates to a rotor magnet for use in an electrical machine, in particular in a spindle motor for driving a hard disk drive.

Stand der TechnikState of the art

Spindelmotoren, wie sie beispielsweise zum Antrieb von Festplatten eingesetzt werden, rotieren mit hohen Geschwindigkeiten und benötigen daher entsprechend geeignete Antriebssysteme.Spindle motors, such as those used for driving hard disks, rotate at high speeds and therefore require correspondingly suitable drive systems.

Das elektromagnetische Antriebssystem umfasst in bekannter Weise eine Statoranordnung mit Statorwicklungen, die ein sich zeitlich änderndes elektromagnetisches Feld erzeugen. Am Rotorbauteil des Spindelmotors ist ein in der Regel ringförmiger Rotormagnet angeordnet, welcher im Falle von Außenläufer-Motoren die Statoranordnung radial umgibt und durch das von der Statoranordnung erzeugte elektromagnetische Feld das Rotorbauteil in Drehung versetzt.The electromagnetic drive system comprises in a known manner a stator arrangement with stator windings which generate a time-varying electromagnetic field. Arranged on the rotor component of the spindle motor is a generally annular rotor magnet which, in the case of external rotor motors, radially surrounds the stator arrangement and causes the rotor component to rotate by virtue of the electromagnetic field generated by the stator arrangement.

Der Rotormagnet ist in bekannter Weise ringförmig mit zylindrischen äußeren und inneren Umfangsflächen ausgebildet. Des Weiteren sind Ausführungen bekannt, bei denen die äußere Umfangsfläche konisch ausgebildet ist. Der ringförmige Rotormagnet weist mehrere über den gesamten Umfang verteilte verschiedene radial ausgerichtete Magnetisierungen auf, so dass der Nordpol entlang des Umfangs des Rotormagneten abwechselnd radial nach innen oder außen zeigt.The rotor magnet is formed in a known manner annular with cylindrical outer and inner peripheral surfaces. Furthermore, embodiments are known in which the outer circumferential surface is conical. The annular rotor magnet has a plurality of circumferentially distributed different radially oriented magnetizations, so that the north pole along the circumference of the rotor magnet alternately shows radially inwards or outwards.

Bei kleinen Elektromotoren, beispielsweise Spindelmotoren zum Antrieb von Speicherplattenlaufwerken, sind aufgrund der kleinen Baugröße der Motoren relativ starke Rotormagnete notwendig, die jedoch wegen der im Magnetmaterial enthaltenen seltenen Erden relativ teuer in der Herstellung sind.For small electric motors, such as spindle motors for driving storage disk drives, relatively strong rotor magnets are necessary due to the small size of the motors, but because of the rare earth contained in the magnetic material are relatively expensive to manufacture.

Es wird daher angestrebt, die Rotormagneten möglichst klein und Material sparend auszubilden. Insbesondere könnte durch eine Verringerung der Wandstärke des Rotormagneten Material eingespart werden, ohne dass die magnetischen Eigenschaften sich erheblich verschlechtern würden. Allerdings erhöht sich bei sehr dünnwandigen Rotortmagneten bei der Montage das Risiko des Zerbrechens des Magneten, so dass hier eine bestimmte Mindest-Wandstärke, beispielsweise im Bereich von mindestens einem Millimeter eingehalten werden muss.It is therefore desirable to make the rotor magnets as small as possible and material-saving. In particular, could be saved by reducing the wall thickness of the rotor magnet material without the magnetic properties would deteriorate significantly. However, the risk of breakage of the magnet increases with very thin-walled rotor magnets during assembly, so that a certain minimum wall thickness, for example in the range of at least one millimeter, must be maintained here.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Rotormagneten für eine elektrische Maschine anzugeben, der preisgünstig und dennoch stabil ausgebildet ist, ohne dabei seine magnetischen Eigenschaften merklich zu verschlechtern.It is an object of the invention to provide a rotor magnet for an electrical machine, which is inexpensive and yet stable, without worsening its magnetic properties noticeably.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotormagneten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a rotor magnet having the features of claim 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention and further advantageous features are indicated in the dependent claims.

Der Rotormagnet ist in Ringform ausgebildet und für eine Befestigung, beispielsweise durch Kleben, an einem Rotorbauteil einer elektrischen Maschine ausgebildet. Der Rotormagnet weist eine dem Rotorbauteil zugewandte Umfangsfläche und eine dem Rotorbauteil abgewandte Umfangsfläche auf.The rotor magnet is formed in a ring shape and designed for attachment, for example by gluing, on a rotor component of an electrical machine. The rotor magnet has a peripheral surface facing the rotor component and a circumferential surface facing away from the rotor component.

Erfindungsgemäß weist die dem Rotorbauteil zugewandte Umfangsfläche des Rotormagneten mindestens eine Aussparung auf. Aufgrund dieser Aussparung wird das Materialvolumen des Rotormagneten, also die Masse des magnetischen Materials, verringert, ohne die mechanische Stabilität des Rotormagneten signifikant zu reduzieren oder die magnetischen Eigenschaften des Rotormagneten merklich zu verschlechtern.According to the invention, the peripheral surface of the rotor magnet facing the rotor component has at least one recess. Due to this recess, the material volume of the rotor magnet, that is, the mass of the magnetic material is reduced, without significantly reducing the mechanical stability of the rotor magnet or deteriorating the magnetic properties of the rotor magnet noticeably.

Das Volumen des erfindungsgemäßen Rotormagneten kann dadurch gegenüber einem Rotormagneten mit einer Umfangsfläche ohne Aussparungen um mindestens 10% verringert werden. Vorzugsweise wird durch die Einbringung von Aussparungen in eine Umfangsfläche des Rotormagneten eine Volumenreduktion des Rotormagneten sowie eine entsprechende Mengenreduktion des benötigten Magnetmaterials um mindestens 20% erreicht.The volume of the rotor magnet according to the invention can thereby be reduced by at least 10% compared to a rotor magnet having a peripheral surface without recesses. Preferably, the introduction of recesses into a peripheral surface of the rotor magnet, a volume reduction of the rotor magnet and a corresponding reduction in quantity of the required magnetic material is achieved by at least 20%.

Die magnetischen Eigenschaften des Rotormagneten bleiben ausreichend erhalten bei Wandstärken bis ≥ 0,5 mm.The magnetic properties of the rotor magnet are sufficiently preserved for wall thicknesses of ≥ 0.5 mm.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Rotormagnet an seiner dem Rotorbauteil zugewandten, d. h. der Statoranordnung abgewandten Umfangsfläche mehrere Aussparungen in Form von regelmäßig oder unregelmäßig verteilten Vertiefungen auf. Zwischen den Vertiefungen verbleiben in Umfangsrichtung des Magneten und/oder quer zur Umfangsrichtung verlaufende „Stege” in der ursprünglichen Materialstärke des Rotormagneten, so dass die mechanische Stabilität erhalten bleibt.In a preferred embodiment of the invention, the rotor magnet facing at its the rotor component, d. H. the stator facing away from the circumferential surface a plurality of recesses in the form of regularly or irregularly distributed depressions. Between the recesses remain in the circumferential direction of the magnet and / or transverse to the circumferential direction "ridges" in the original material thickness of the rotor magnet, so that the mechanical stability is maintained.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die Aussparung als eine oder mehrere ringförmige, entlang der ganzen dem Rotorbauteil zugewandten Umfangsfläche verlaufende Vertiefung ausgebildet sein. Diese Vertiefung kann in Form einer oder mehrerer Nuten ausgebildet sein, die in der Mitte oder am Rand des Rotormagneten angeordnet sind.In another embodiment of the invention, the recess may be one or more annular, along the whole of the rotor member facing peripheral surface extending recess may be formed. This recess may be formed in the form of one or more grooves, which are arranged in the middle or at the edge of the rotor magnet.

Durch die Aussparungen oder Vertiefungen ist die dem Rotorbauteil zugewandte Umfangsfläche des Rotormagneten in mindestens einen Abschnitt mit größerem Durchmesser und mindestens einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser unterteilt. Hierbei wird der Rotormagnet entweder an seiner Umfangsfläche mit kleinerem Außen- bzw. Innendurchmesser oder an seiner Umfangsfläche mit größerem Außen- bzw. Innendurchmesser am Rotorbauteil des Spindelmotors befestigt.Through the recesses or depressions, the peripheral surface of the rotor magnet facing the rotor component is divided into at least one section with a larger diameter and at least one section with a smaller diameter. Here, the rotor magnet is fastened either on its peripheral surface with a smaller outer or inner diameter or on its peripheral surface with a larger outer or inner diameter on the rotor component of the spindle motor.

Die durch die umlaufende Aussparung hervorgerufenen unterschiedlichen Außen- bzw. Innendurchmesser des Rotormagneten können dafür genutzt werden, um den Rotormagneten in axialer Richtung am Rotorbauteil zu zentrieren und positionieren. Durch die unterschiedlichen Außen- bzw. Innendurchmesser ergibt sich am Rotormagneten eine Stufe, deren radiale Fläche als axiale Anschlagsfläche zur Positionierung des Rotormagneten am Rotorbauteil dienen kann und wodurch in radialer Richtung Bauraum eingespart werden kann.The different outer and inner diameters of the rotor magnet caused by the circumferential recess can be used for centering and positioning the rotor magnet in the axial direction on the rotor component. Due to the different outer and inner diameter results in the rotor magnet a step whose radial surface can serve as an axial stop surface for positioning the rotor magnet on the rotor component and which can be saved in the radial direction of space.

Der Rotormagnet hat an seiner äußeren bzw. inneren Umfangsfläche einen größten Durchmesser D und im Bereich der Aussparungen eine geringste Wandstärke d. Um den erfindungsgemäßen Leichtbau zu erreichen, ist vorgesehen, dass das Verhältnis zwischen D und d zwischen 22 und 50 ist.The rotor magnet has at its outer or inner peripheral surface a largest diameter D and in the region of the recesses a lowest wall thickness d. In order to achieve the lightweight construction according to the invention, it is provided that the ratio between D and d is between 22 and 50.

Um die mechanische Stabilität des Rotormagneten zu erhöhen und die Materialkosten dennoch gering zu halten, können die an der Umfangsfläche vorgesehenen Aussparungen und Vertiefungen mit einem kostengünstigen Füllmaterial, beispielsweise einem ferromagnetischen oder unmagnetischen Material gefüllt sein. Das Füllmaterial kann beispielsweise Kunststoff sein.In order to increase the mechanical stability of the rotor magnet and still keep the material costs low, provided on the peripheral surface recesses and depressions may be filled with a low-cost filler, such as a ferromagnetic or non-magnetic material. The filling material may be plastic, for example.

Der Rotormagnet ist vorzugsweise für eine Verwendung in einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Spindelmotor geeignet.The rotor magnet is preferably suitable for use in an electrical machine, in particular a spindle motor.

Die Herstellung des Rotormagneten erfolgt beispielsweise dadurch, dass das Magnetmaterial in ein hohlzylindrisches Element eingepresst wird. Das hohlzylindrische Element dient zur Stabilisierung und besteht vorzugsweise aus ferromagnetischem oder unmagnetischem Material. Das hohlzylindrische Element kann am Rotormagneten verbleiben. Das eingepresste Material kann dann aus der Pressvorrichtung entnommen und durch Hitzeeinwirkung verbacken werden. Alternativ kann das gepresste Magnetmaterial noch innerhalb der Pressvorrichtung, beispielsweise durch induktive Erwärmung verbacken werden.The manufacture of the rotor magnet takes place, for example, in that the magnetic material is pressed into a hollow cylindrical element. The hollow cylindrical element is used for stabilization and is preferably made of ferromagnetic or non-magnetic material. The hollow cylindrical element can remain on the rotor magnet. The pressed material can then be removed from the pressing device and baked by the action of heat. Alternatively, the pressed magnetic material can still be baked within the pressing device, for example by inductive heating.

Die dem Rotorbauteil abgewandte und der Statoranordnung zugewandte Umfangsfläche des Rotormagneten weist vorzugsweise keine Aussparungen oder Vertiefungen auf, sondern hat eine gleichmäßig zylindrische Oberfläche, damit in Richtung der Statoranordnung ein gleichmäßiges und regelmäßiges Magnetfeld erzeugt wird.The peripheral surface of the rotor magnet facing away from the rotor component and facing the stator arrangement preferably has no recesses or depressions but has a uniformly cylindrical surface, so that a uniform and regular magnetic field is generated in the direction of the stator arrangement.

Die Erfindung ist in den nachfolgenden Zeichnungen für einen Außenläufermotor beschrieben, d. h. der Rotormagnet ist radial außerhalb der Statoranordnung angeordnet. Selbstverständlich kann die Erfindung auch bei einem Innenläufer eingesetzt werden.The invention is described in the following drawings for an external rotor motor, d. H. the rotor magnet is arranged radially outside the stator arrangement. Of course, the invention can also be used in an internal rotor.

Bei einem Innenläufer, bei dem der Rotormagnet innerhalb der Statoranordnung angeordnet ist, sind die Aussparungen auf der inneren Umfangsfläche des Rotormagneten angeordnet, die dem Rotorbauteil zugewandt ist und mit welcher er am Rotorbauteil befestigt ist, während die äußere Umfangsfläche zylindrisch glatt ausgebildet ist und der Statoranordnung gegenüber liegt.In an inner rotor in which the rotor magnet is disposed inside the stator assembly, the recesses are disposed on the inner peripheral surface of the rotor magnet which faces the rotor member and with which it is secured to the rotor member while the outer peripheral surface is cylindrically smooth and the stator assembly is opposite.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor bekannter Bauart mit einem erfindungsgemäßen Rotormagneten. 1 shows a section through a spindle motor of known design with a rotor magnet according to the invention.

2 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Rotormagneten. 2 shows a second embodiment of a rotor magnet according to the invention.

3 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Rotormagneten. 3 shows a third embodiment of a rotor magnet according to the invention.

4 zeigt eine vierte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Rotormagneten. 4 shows a fourth embodiment of a rotor magnet according to the invention.

5 zeigt einen Ausschnitt eines Spindelmotors und die bevorzugte Anordnung des Rotormagneten aus 3 am Rotorbauteil. 5 shows a section of a spindle motor and the preferred arrangement of the rotor magnet 3 on the rotor component.

6 zeigt einen Rotormagneten gemäß dem Stand der Technik. 6 shows a rotor magnet according to the prior art.

7 zeigt einen Ausschnitt eines Spindelmotors und die bevorzugte Anordnung des Rotormagneten aus 4 am Rotorbauteil. 7 shows a section of a spindle motor and the preferred arrangement of the rotor magnet 4 on the rotor component.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der ErfindungDescription of preferred embodiments of the invention

6 zeigt einen ringförmigen Rotormagneten 438 gemäß dem Stand der Technik. Der Rotormagnet 438 weist zylindrische äußere und innere Umfangsflächen 438a, 438b auf, die glatt und ohne Aussparungen ausgebildet sind. 6 shows an annular rotor magnet 438 according to the prior art. The rotor magnet 438 has cylindrical outer and inner peripheral surfaces 438a . 438b on, which are formed smooth and without recesses.

1 zeigt einen Spindelmotor als Außenläufer mit einem fluiddynamischen Lagersystem nach bekannter Bauart. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, in welcher eine Lagerbuchse 12 gehalten ist. Die Lagerbuchse 12 weist eine Lagerbohrung auf, in der eine Welle 14 drehbar angeordnet ist. Der Durchmesser der Lagerbohrung in der Lagerbuchse 12 ist geringfügig größer als der Außendurchmesser der Welle 14, so dass zwischen Lagerbuchse 12 und Welle 14 ein Lagerspalt 16 verbleibt, der mit einem geeigneten Schmiermittel in Form eines Lagerfluids gefüllt ist. Entsprechende Lagerflächen der Lagerbuchse 12 und der Welle 14 bilden zwei axial voneinander getrennte fluiddynamische Radiallager 18, 20. An einem Ende der Welle 14 ist ein Stopperring 22 angeordnet, der in einer Aussparung der Lagerbuchse 12 angeordnet ist und eine übermäßige axiale Bewegung der Welle 14 in der Lagerbuchse 12 verhindert. Das Lagersystem ist an dieser Seite durch eine Abdeckplatte 28 verschlossen. Am anderen Ende der Welle 14 ist ein Rotorbauteil 24 befestigt, das zusammen mit einer Stirnfläche der Lagerbuchse 12 ein fluiddynamisches Axiallager 26 ausbildet, welches die axialen Lagerkräfte aufnimmt. Sowohl die fluiddynamischen Radiallager 18, 20 als auch das fluiddynamische Axiallager 26 weisen Lagerrillenstrukturen auf, die an einer oder beiden Lagerflächen angeordnet sind. Diese Lagerrillenstrukturen erzeugen bei Drehung des Lagers einen hydrodynamischen Druck im Lagerspalt 16. Der Lagerspalt 16 verläuft in radialer Richtung entlang des Axiallagers 26 und geht über in einen Dichtungsspalt 32, der vorzugsweise als konische Kapillardichtung ausgebildet ist und als Reservoir und Ausgleichsvolumen für das im Lagerspalt 16 befindliche Lagerfluid dient. Der Dichtungsspalt 32 ist teilweise mit Lagerfluid gefüllt. Die radial verlaufenden Abschnitte des Lagerspalts 16 sind durch einen Rezirkulationskanal 34 miteinander verbunden. 1 shows a spindle motor as external rotor with a fluid dynamic bearing system according to known design. The spindle motor comprises a base plate 10 in which a bearing bush 12 is held. The bearing bush 12 has a bearing bore in which a shaft 14 is rotatably arranged. The diameter of the bearing bore in the bearing bush 12 is slightly larger than the outer diameter of the shaft 14 , so between bushing 12 and wave 14 a bearing gap 16 remains filled with a suitable lubricant in the form of a bearing fluid. Corresponding bearing surfaces of the bearing bush 12 and the wave 14 form two axially separate fluid dynamic radial bearings 18 . 20 , At one end of the wave 14 is a stopper ring 22 arranged in a recess of the bearing bush 12 is arranged and excessive axial movement of the shaft 14 in the bearing bush 12 prevented. The storage system is on this side by a cover plate 28 locked. At the other end of the wave 14 is a rotor component 24 attached, together with an end face of the bearing bush 12 a fluid dynamic thrust bearing 26 forms, which receives the axial bearing forces. Both the fluid dynamic radial bearings 18 . 20 as well as the fluid dynamic thrust bearing 26 have bearing groove structures which are arranged on one or both bearing surfaces. These bearing groove structures generate a hydrodynamic pressure in the bearing gap when the bearing rotates 16 , The bearing gap 16 runs in the radial direction along the axial bearing 26 and goes over into a sealing gap 32 , which is preferably designed as a conical capillary seal and as a reservoir and compensation volume for in the bearing gap 16 located bearing fluid is used. The sealing gap 32 is partially filled with bearing fluid. The radially extending sections of the bearing gap 16 are through a recirculation channel 34 connected with each other.

An der Basisplatte 10, radial außerhalb der Lagerbuchse 12, ist eine Statoranordnung 36 befestigt. Die Statoranordnung 36 besteht aus ferromagnetischen Blechen, die Statorpole ausbilden, welche von Wicklungsdrähten bewickelt sind und bildet zusammen mit einem am Rotorbauteil 24 befestigten Rotormagneten 38 das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors. Der Rotormagnet 38 stößt in axialer Richtung nach oben an eine Anschlagsfläche 40a des Rotorbauteils 24 an. Axial unterhalb des Rotormagneten 38 ist ein ferromagnetischer Ring 41 angeordnet, der vom Rotormagneten 38 magnetisch angezogen wird und eine axiale Gegenkraft zum fluiddynamischen Axiallager 26 erzeugt. Des Weiteren wird die axiale Gegenkraft zum fluiddynamischen Axiallager 26 verstärkt, dadurch dass die magnetische Mitte des Rotormagneten 38 zur (magnetischen) Mitte der Statoranordnung 36 axial nach oben, also in Richtung des Rotorbauteils 24, versetzt angeordnet ist.At the base plate 10 , radially outside of the bearing bush 12 , is a stator arrangement 36 attached. The stator arrangement 36 consists of ferromagnetic sheets that form stator poles wound by winding wires and together with one on the rotor component 24 attached rotor magnet 38 the electromagnetic drive system of the spindle motor. The rotor magnet 38 abuts in the axial direction up to a stop surface 40a of the rotor component 24 at. Axially below the rotor magnet 38 is a ferromagnetic ring 41 arranged by the rotor magnet 38 magnetically attracted and an axial counterforce to the fluid dynamic thrust bearing 26 generated. Furthermore, the axial counterforce to the fluid dynamic thrust bearing 26 reinforced, characterized in that the magnetic center of the rotor magnet 38 to the (magnetic) center of the stator assembly 36 axially upwards, ie in the direction of the rotor component 24 , is arranged offset.

Der Rotormagnet 38 weist eine dem Rotorbauteil 24 zugewandte äußere Umfangsfläche 38a sowie eine der Statoranordnung 36 zugewandte innere Umfangsfläche 38b auf, wobei an der äußeren Umfangsfläche 38a eine Aussparung 39 in Form von beispielsweise einer umlaufenden Nut vorgesehen ist. Diese Materialaussparung 39 verringert das Volumen und Gewicht des Rotormagneten 38 und insbesondere auch die Herstellungskosten, ohne dessen strukturelle Steifigkeit und magnetischen Eigenschaften deutlich zu verschlechtern.The rotor magnet 38 has a rotor component 24 facing outer peripheral surface 38a and one of the stator assembly 36 facing inner peripheral surface 38b on, wherein on the outer peripheral surface 38a a recess 39 is provided in the form of, for example, a circumferential groove. This material recess 39 reduces the volume and weight of the rotor magnet 38 and in particular also the production costs without significantly impairing its structural rigidity and magnetic properties.

Der Rotormagnet 38 ist mit seiner äußeren Umfangsfläche 38a am Rotorbauteil 24 befestigt. Aufgrund der Aussparung 39 liegt der Rotormagnet 38 nur mit Teilen seiner äußeren Umfangsfläche 38a an einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 24 an.The rotor magnet 38 is with its outer peripheral surface 38a on the rotor component 24 attached. Because of the recess 39 is the rotor magnet 38 only with parts of its outer peripheral surface 38a on an inner peripheral surface of the rotor member 24 at.

Der Rotormagnet 38 weist einen größten Außendurchmesser D auf sowie im Bereich der Aussparung 39 eine geringste Wandstärke d. Vorzugsweise ist das Verhältnis D/d zwischen 22 und 50.The rotor magnet 38 has a largest outer diameter D and in the region of the recess 39 a lowest wall thickness d. Preferably, the ratio D / d is between 22 and 50.

2 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung eines Rotormagneten 138 gemäß der Erfindung. 2 shows a modified embodiment of a rotor magnet 138 according to the invention.

Während eine der Statoranordnung 36 zugewandte innere Umfangsfläche 138b glatt zylindrisch ausgebildet ist, weist eine dem Rotorbauteil 24 zugewandte äußere Umfangsfläche 138a jeweils paarweise und in regelmäßigen Abständen angeordnete Aussparungen 139 auf. Die Aussparungen 139 sind in axialer Richtung durch Stege voneinander getrennt. Der Rotormagnet 138 ist in radialer Richtung so magnetisiert, dass der Nordpol in Umfangsrichtung abwechselnd radial nach innen oder außen zeigt. Vorzugsweise sind die Aussparungen 139 an den Übergängen zwischen den unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen angeordnet.While one of the stator assembly 36 facing inner peripheral surface 138b is smooth cylindrical, has a rotor component 24 facing outer peripheral surface 138a in pairs and at regular intervals arranged recesses 139 on. The recesses 139 are separated in the axial direction by webs. The rotor magnet 138 is magnetized in the radial direction so that the north pole in the circumferential direction shows alternately radially inwards or outwards. Preferably, the recesses 139 arranged at the transitions between the different magnetization directions.

Gegenüber einem herkömmlichen Rotormagneten 438 gemäß 6 kann durch diese Aussparungen 139 das Materialvolumen des Rotormagneten 138 um etwa 10% verringert werden. Die strukturelle Steifigkeit sowie die magnetischen Eigenschaften werden jedoch nicht negativ beeinflusst.Compared to a conventional rotor magnet 438 according to 6 can through these recesses 139 the material volume of the rotor magnet 138 be reduced by about 10%. However, structural rigidity and magnetic properties are not adversely affected.

3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Rotormagneten 238 gemäß der Erfindung. Während eine der Statoranordnung 36 zugewandte innere Umfangsfläche 238b glatt zylindrisch ausgebildet ist, weist eine dem Rotorbauteil 24 zugewandte äußere Umfangsfläche 238a eine umlaufende Aussparung 239 auf, die nicht mittig, wie beispielsweise in 1, sondern an einem Rand des Rotormagneten 238 angeordnet ist. 3 shows a further embodiment of a rotor magnet 238 according to the invention. While one of the stator assembly 36 facing inner peripheral surface 238b is smooth cylindrical, has a rotor component 24 facing outer peripheral surface 238a a circumferential recess 239 on which are not centered, such as in 1 but at one edge of the rotor magnet 238 is arranged.

Durch die einseitige Aussparung 239 weist der Rotormagnet 238 an einer Seite einen größeren Durchmesser auf und an der anderen Seite einen kleineren Durchmesser, wobei sich eine Stufe ausbildet, die den Übergang zwischen den unterschiedlichen Außendurchmessern bildet und als Anschlagsfläche 40b des Rotormagneten 238 für das Rotorbauteil 24 dient.By the one-sided recess 239 indicates the rotor magnet 238 on one side of a larger diameter and on the other side a smaller diameter, forming a step that forms the transition between the different outer diameters and as a stop surface 40b of the rotor magnet 238 for the rotor component 24 serves.

5 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor im Bereich des Rotormagneten, wobei man erkennt, dass hier der Rotormagnet 238 aus 3 verbaut ist. Der Rotormagnet 238 wird beispielsweise im Bereich seines kleineren Außendurchmessers, also im Bereich der Aussparung 239, an einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 24 befestigt. Die Stufe an der äußeren Umfangsfläche 238a des Rotormagneten 238 liegt an einer Stirnfläche des Rotorbauteils 24 an und bildet eine entsprechende Anschlagsfläche 40b zur axialen Positionierung des Rotormagneten 238. Dadurch kann Bauraum in radialer Richtung eingespart werden. Des Weiteren kann der Rotormagnet 238 in axialer Richtung verkürzt werden, da er nicht an der Anschlagsfläche 40a des Rotorbauteils 24 anstoßen muss. Dadurch dass der Rotormagnet 238 an seiner Oberseite nicht mehr an der Anschlagsfläche 40a anliegt, wird auch der obere Bereich des Rotormagneten 238 nicht mehr magnetisch kurzgeschlossen. 5 shows a section through a spindle motor in the rotor magnet, where it can be seen that here the rotor magnet 238 out 3 is installed. The rotor magnet 238 is for example in the range of its smaller outer diameter, ie in the region of the recess 239 on an inner circumferential surface of the rotor component 24 attached. The step on the outer peripheral surface 238a of the rotor magnet 238 lies on an end face of the rotor component 24 and forms a corresponding stop surface 40b for axial positioning of the rotor magnet 238 , As a result, space can be saved in the radial direction. Furthermore, the rotor magnet 238 be shortened in the axial direction, as it is not on the stop surface 40a of the rotor component 24 must toast. Because of the rotor magnet 238 on its top no longer at the stop surface 40a is applied, is also the upper portion of the rotor magnet 238 no longer magnetically short-circuited.

Aufgrund der Aussparung 239 hat der Rotormagnet 238 gegenüber dem Rotormagneten 438 gemäß dem Stand der Technik ein um etwa 20% verringertes Volumen ohne die strukturelle Steifigkeit oder die magnetischen Eigenschaften negativ zu beeinflussen.Because of the recess 239 has the rotor magnet 238 opposite the rotor magnet 438 According to the prior art, a reduced by about 20% volume without affecting the structural rigidity or the magnetic properties negative.

4 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Rotormagneten 338 mit einer glatt zylindrischen der Statoranordnung 36 zugewandten inneren Umfangsfläche 338b und einer dem Rotorbauteil 24 zugewandten äußeren Umfangsfläche 338a, die beidseitig zwei ringförmige Aussparungen 339 aufweist. 4 shows a further embodiment of a rotor magnet 338 with a smooth cylindrical of the stator assembly 36 facing inner peripheral surface 338b and a rotor component 24 facing outer peripheral surface 338a , the two annular recesses on both sides 339 having.

Der Bereich des Rotormagneten 338 mit größerem Außendurchmesser ist in dieser Ausgestaltung in der Mitte des Rotormagneten 338 vorgesehen, während seitlich an den Rändern des Rotormagneten 338 die beiden Aussparungen 339 angeordnet sind. Am Rotormagneten 338 bilden sich zwei Stufen, deren radiale Flächen als axialer Anschlag 40b für die Befestigung des Rotormagneten 338 am Rotorbauteil 24 dienen können. Dadurch kann der Rotormagnet 338 leichter am Rotorbauteil 24 positioniert und zentriert werden.The area of the rotor magnet 338 with larger outer diameter is in this embodiment in the middle of the rotor magnet 338 provided while laterally at the edges of the rotor magnet 338 the two recesses 339 are arranged. At the rotor magnet 338 form two stages whose radial surfaces as an axial stop 40b for fixing the rotor magnet 338 on the rotor component 24 can serve. This can cause the rotor magnet 338 lighter on the rotor component 24 be positioned and centered.

Die Materialeinsparung des Rotormagneten 338 gegenüber dem Rotormagneten 438 aus 6 beträgt hier ebenfalls etwa 20%. Die strukturelle Steifigkeit sowie die magnetischen Eigenschaften werden ebenfalls nicht negativ beeinflusst.The material savings of the rotor magnet 338 opposite the rotor magnet 438 out 6 here is also about 20%. The structural rigidity as well as the magnetic properties are also not adversely affected.

7 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor im Bereich des Rotormagneten, wobei man erkennt, dass hier der Rotormagnet 338 aus 4 verbaut ist. Die innere Umfangsfläche des Rotorbauteils 24 ist der Form des Rotormagnets 338 im oberen Bereich angepasst, so dass der Rotormagnet 338 und die innere Umfangsfläche des Rotorbauteil 24 sich an der Anschlagsfläche 40a, im oberen Bereich der Aussparung und der oberen Anschlagsfläche 40b berühren. Die obere Anschlagsfläche 40b dient hierbei zur axialen Positionierung des Rotormagneten 338. 7 shows a section through a spindle motor in the rotor magnet, where it can be seen that here the rotor magnet 338 out 4 is installed. The inner circumferential surface of the rotor component 24 is the shape of the rotor magnet 338 adjusted in the upper area, so that the rotor magnet 338 and the inner peripheral surface of the rotor component 24 on the stop surface 40a , in the upper area of the recess and the upper stop surface 40b touch. The upper stop surface 40b serves for the axial positioning of the rotor magnet 338 ,

Durch die Aussparungen 339 wird gegenüber dem Rotormagneten 438 aus 6 etwa 20% des Materials eingespart, ohne dabei die strukturelle Steifigkeit sowie die magnetischen Eigenschaften negativ zu beeinflussen.Through the recesses 339 is opposite to the rotor magnet 438 out 6 saved about 20% of the material without negatively affecting the structural rigidity and the magnetic properties.

Mit diesen Ausgestaltungen kann bei Rotormagneten für Spindelmotoren zum Antrieb von Festplattenlaufwerken, die beispielsweise einen Durchmesser von 15 bis 25 Millimeter aufweisen, die Wandstärke im Bereich der Aussparungen auf bis zu 0,5 Millimeter reduziert werden. Dabei bleibt die mechanische Stabilität ausreichend groß, um eine sichere Montage zu gewährleisten.With these embodiments, in rotor magnets for spindle motors for driving hard disk drives, for example, have a diameter of 15 to 25 millimeters, the wall thickness in the region of the recesses can be reduced to up to 0.5 millimeters. The mechanical stability remains sufficiently high to ensure safe installation.

Falls eine erhöhte strukturelle Steifigkeit des Rotormagneten gefordert ist, können die Aussparungen mit ferromagnetischem oder unmagnetischem Material, beispielsweise mit Kunststoff, gefüllt werden.If an increased structural rigidity of the rotor magnet is required, the recesses can be filled with ferromagnetic or non-magnetic material, for example with plastic.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Basisplattebaseplate
1212: Lagerbuchsebearing bush
1414: Wellewave
1616: Lagerspaltbearing gap
1818: fluiddynamisches Radiallagerfluid dynamic radial bearing
2020: fluiddynamisches Radiallagerfluid dynamic radial bearing
2222: Stopperringstopper ring
2424: Rotorbauteilrotor component
2626: fluiddynamisches Axiallagerfluid dynamic thrust bearing
2828: Abdeckplattecover
3030: Rotationsachseaxis of rotation
3232: Dichtungsspaltseal gap
3434: Rezirkulationskanalrecirculation
3636: Statoranordnungstator
38, 138, 238, 338, 43838, 138, 238, 338, 438: Rotormagnetrotor magnet
38a, 138a, 238a, 338a, 438a38a, 138a, 238a, 338a, 438a: äußere Umfangsflächeouter peripheral surface
38b, 138b, 238b, 338b, 438b38b, 138b, 238b, 338b, 438b: innere Umfangsflächeinner peripheral surface
39, 139, 239, 33939, 139, 239, 339: Aussparungrecess
40a40a: Anschlagsflächestop surface
40b40b: Anschlagsflächestop surface
4141: ferromagnetischer Ringferromagnetic ring
dd: geringste Wandstärke des Rotormagnetenlowest wall thickness of the rotor magnet
DD: Außendurchmesser des RotormagnetenOuter diameter of the rotor magnet

Claims

Rotor magnet ( 38 . 138 . 238 . 338 ) in ring form for use in an electrical machine, wherein the rotor magnet ( 38 . 138 . 238 . 338 ) for attachment to a rotor component ( 24 ) of the electrical machine and a rotor component ( 24 ) facing peripheral surface ( 38a . 138a . 238a . 338a ) and a rotor component ( 24 ) facing away from the peripheral surface ( 38b . 138b . 238b . 338b ), characterized in that the rotor component ( 24 ) facing peripheral surface ( 38a . 138a . 238a . 338a ) of the rotor magnet ( 38 . 138 . 238 . 338 ) at least one recess ( 39 . 139 . 239 . 339 ) having.

Rotor magnet ( 138 ) according to claim 1, characterized in that on the rotor component ( 24 ) facing peripheral surface ( 138a ) several recesses ( 139 ) are formed in the form of regularly or irregularly distributed depressions.

Rotor magnet ( 38 . 238 . 338 ) according to claim 1, characterized in that the recess ( 39 ; 239 ; 339 ) is formed as at least one annular recess, which along the whole of the rotor component ( 24 ) facing peripheral surface ( 38a ; 238a ; 338a ) runs.

Rotor magnet ( 38 . 238 . 338 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotor component ( 24 ) facing peripheral surface ( 38a . 238a . 338a ) has a larger diameter portion and at least one smaller diameter portion.

Rotor magnet ( 38 . 138 . 238 . 338 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the volume of the rotor magnet ( 38 . 138 . 238 . 338 ) with a peripheral surface ( 38a . 138a . 238a . 338a ) with recesses ( 39 . 139 . 239 . 339 ) relative to a rotor magnet ( 438 ) with a peripheral surface without recesses ( 438a ) is at least 10% smaller.

Rotor magnet ( 38 . 238 . 338 ) according to the preceding claim, characterized in that the volume of the rotor magnet ( 38 . 238 ; 338 ) with a peripheral surface ( 38a . 238a . 338a ) with recesses ( 39 . 239 ; 339 ) relative to a rotor magnet ( 438 ) with a peripheral surface ( 438a ) without recesses is at least 20% smaller.

Rotor magnet ( 38 . 138 . 238 . 338 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rotor magnet ( 38 ; 138 ; 238 ; 338 ) on a rotor component ( 24 ) facing peripheral surface ( 38a . 138a . 238a . 338a ) has a diameter D and in the region of the recess ( 39 . 139 . 239 . 339 ) has a least wall thickness d, wherein the ratio between the diameter D and the lowest wall thickness d is between 22 and 50.

Rotor magnet ( 38 . 138 . 238 . 338 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the recess ( 39 . 139 . 239 . 339 ) is filled with ferromagnetic or non-magnetic material.

Rotor magnet ( 238 . 338 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that a step between the larger diameter portion and the smaller diameter portion of the rotor component ( 24 ) facing peripheral surface ( 238a . 338a ) a stop surface ( 40b ), which for the axial positioning of the rotor magnet ( 238 . 338 ) on the rotor component ( 24 ) serves.

Electric machine with a rotor magnet ( 38 . 138 . 238 . 338 ) according to one of claims 1 to 9, which is arranged on a rotor component, and with a stator having a plurality of stator windings provided with stator poles.

Hard disk drive with an electrical machine according to the preceding claim.