DE102013018223A1

DE102013018223A1 - Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem

Info

Publication number: DE102013018223A1
Application number: DE201310018223
Authority: DE
Inventors: Chunhui Gu
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit einem feststehenden Motorbauteil und einem mittels eines fluiddynamischen Lagersystems um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Motorbauteil. Das drehbare Motorbauteil ist durch ein elektromagnetisches Antriebssystem angetrieben, das einen am drehbaren Motorbauteil angeordneten Rotormagnet und eine am feststehenden Motorbauteil angeordnete Statoranordnung umfasst, wobei die Statoranordnung aus einem ferromagnetischen Statorkern besteht, der radial abstehende Statorpole aufweist, welche mit Spulenwicklungen versehen sind. Desweiteren sind Mittel zur axialen Vorspannung des fluiddynamischen Lagersystems vorhanden. Erfindungsgemäß umfassen die Mittel zur axialen Vorspannung die Statoranordnung und den Rotormagnet, wobei ein radialer Schenkel eines magnetischen Rückschlusses für den Rotormagneten oder ein radialer Schenkel des Rotormagneten derart ausgebildet ist, dass er mit dem Kern (42a) der Statoranordnung (42) in radialer Richtung überlappt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem und magnetischer Vorspannung, insbesondere zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks oder Lüfters.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind auf die Anmelderin zurückgehende Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem bekannt, die als kombinierte fluiddynamische Radiallager und fluiddynamische Axiallager ausgebildet sind und zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks oder Lüfters verwendbar sind. Bei diesen fluiddynamischen Lagersystemen wird oftmals lediglich ein fluiddynamisches Axiallager verwendet, das eine einseitig gerichtete axiale Lagerkraft auf ein rotierendes Motorbauteil erzeugt. Es werden darüber hinaus auch fluiddynamische Lagersysteme mit zwei fluiddynamischen Axiallagern verwendet. Erzeugen diese eine unterschiedlich starke Kraft, so ergibt sich insgesamt ebenfalls eine einseitig gerichtete axiale Lagerkraft auf das rotierende Motorbauteil. Zur axialen Stabilisierung eines drehbaren Motorbauteils muss das fluiddynamische Axiallager vorgespannt werden, d. h. es muss eine bestimmte axiale Gegenkraft für das fluiddynamische Axiallager vorgesehen werden. Die Erzeugung einer magnetischen Vorspannung für das fluiddynamische Axiallager kann bei einem Spindelmotor durch einen ferromagnetischen Ring erfolgen, der im Feldfluss eines umlaufenden Rotormagneten eine magnetische Zugkraft auf das rotierende Motorbauteil (in der Regel die Nabe) ausübt. Hierbei ist es bekannt, den ferromagnetischen Ring unterhalb des Rotormagneten stirnseitig an einer Basisplatte des Spindelmotors zu befestigen. In der Regel wird der ferromagnetische Ring an die Basisplatte geklebt, d. h. stoffschlüssig mit der Basisplatte verbunden.
Grundsätzlich möchte man jedoch auf den ferromagnetischen Ring verzichten, da dieser einige Nachteile aufweist. Zum einen handelt es sich um ein weiteres herzustellendes Bauteil, das in einem eigenen Arbeitsschritt in das fluiddynamische Lager eingebaut werden muss. Das erhöht die Herstellungskosten eines solchen fluiddynamischen Lagersystems. Zum anderen wirkt der ferromagnetische Ring wie eine Wirbelstrombremse, die zusätzlichen Wirbelstromeisenverlust verursacht und somit den gesamten Stromverbrauch des Motors erhöht.
Durch den ferromagnetischen Ring, der unterhalb des Magnets einen magnetischen Kurzschluss bewirkt, geht ein Teil des magnetischen Flusses verloren, was wie eine Kürzung des Magnets wirkt.
Ferner ist der ferromagnetische Ring relativ schmal und hat daher nur eine kleine Stirnfläche, die als Klebefläche verwendet werden kann. Aufgrund der relativ kleinen Klebefläche zwischen dem ferromagnetischen Ring und der Basisplatte sind die erreichbaren Haltekräfte begrenzt und für bestimmte Anforderungen nicht ausreichend. Bei hohen mechanischen Belastungen, z. B. einem mechanischen Schock, kann es im Extremfall vorkommen, dass sich der ferromagnetische Ring von der Basisplatte löst. Beispielsweise kann die Klebeverbindung durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der Basisplatte und des ferromagnetischen Rings bei Erwärmung im Betrieb abreißen. In diesen Fällen ist die einwandfreie Funktion des Spindelmotors, insbesondere des fluiddynamischen Lagers, nicht mehr gewährleistet.
Ein weiterer Nachteil ist die erforderliche Bauhöhe des ferromagnetischen Rings. Gerade in modernen Spindelmotoren mit weniger als 7 mm Bauhöhe ist oftmals kein ausreichender Bauraum zur Unterbringung des ferromagnetischen Rings gegeben. Außerdem ist durch die geringe Bauhöhe des Spindelmotors nicht gewährleistet, dass der Abstand zwischen Magnet und ferromagnetischem Ring ausreichend ist. Bei zu geringem Abstand wird der Eisenverlust zu hoch.
Es sind Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem mit nur einem fluiddynamischen Axiallager bekannt, die ohne einen ferromagnetischen Ring auskommen. Die magnetische Vorspannung für das fluiddynamische Axiallager wird in diesem Fall durch einen axialen Versatz der elektrischen Statoranordnung und dem Rotormagnet erzeugt. Bei Motoren mit niedriger Bauhöhe ist allerdings ebenfalls der Stator sehr flach ausgebildet, wodurch ein axialer Versatz von Statormitte zu magnetischer Mitte des Rotormagneten nicht mehr ausreicht, um die Vorspannung für das fluiddynamische Axiallager zu gewährleisten.
Ein Spindelmotor kann auf einer Basisplatte aus magnetischem Material aufgebaut sein. In diesem Fall kann diese Basisplatte als „ferromagnetisches Bauteil” zur Erzeugung einer axialen magnetischen Kraft eingesetzt werden. Üblicherweise werden jedoch Basisplatten aus nicht magnetischem Material verwendet, so dass diese Option nicht möglich ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem und einer magnetischer Vorspannung anzugeben, der kostengünstiger und mit geringer Bauhöhe gefertigt werden kann und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Spindelmotor umfasst ein feststehendes Motorbauteil und ein mittels eines fluiddynamischen Lagersystems um eine Rotationsachse drehbar gelagertes Motorbauteil. Das drehbare Motorbauteil ist durch ein elektromagnetisches Antriebssystem angetrieben, das einen am drehbaren Motorbauteil angeordneten Rotormagnet und eine am feststehenden Motorbauteil angeordnete Statoranordnung umfasst, wobei die Statoranordnung aus einem ferromagnetischen Statorkern besteht, der radial abstehende Statorpole aufweist, welche mit Spulenwicklungen versehen sind. Es sind Mittel zur axialen Vorspannung des fluiddynamischen Lagersystems vorhanden.
Erfindungsgemäß umfassen die Mittel zur axialen Vorspannung die Statoranordnung und den Rotormagnet, wobei ein radialer Schenkel des Rotormagnets oder ein radialer Schenkel oder eine radial verlaufende Fläche eines magnetischen Rückschlusses für den Rotormagneten derart ausgebildet ist, dass er mit dem Statorkern der Statoranordnung in radialer Richtung überlappt. Vorzugsweise ist der Teil des Statorkerns, der den Rotormagneten bzw. den magnetischen Rückschluss überlappt, der Bereich, in dem die Statorpole angeordnet sind.
Durch die radiale Überlappung von Teilen des Magnetsystems wird eine axiale magnetische Kraft erzeugt und verstärkt, die als Vorspannung für das fluiddynamische Axiallager dient. Gleichzeitig dient die vorstoßende magnetische Stirn als Verstärkung des magnetischen Hauptfelds und kann somit die Motorleistung zusätzlich erhöhen. Zwischen dem Rotormagnet und dem Statorkern bzw. den Statorpolen der Statoranordnung besteht ein magnetischer Fluss, so dass eine entsprechende axiale Kraft erzielt werden kann. Die axiale magnetische Kraft hängt sowohl von den magnetischen als auch den geometrischen Eigenschaften des Rotormagneten bzw. des magnetischen Rückschlusses und der Statoranordnung ab. Insbesondere spielen radiale Überlappung und axialer Abstand zwischen dem Rotormagneten bzw. dem magnetischen Rückschluss und dem Statorkern bzw. den Statorpolen der Statoranordnung eine Rolle.
Erfindungsgemäß kann auf den Einsatz eines ferromagnetischen Rings verzichtet werden. Dadurch können die Herstellungskosten und die Montagezeit reduziert werden und gleichzeitig kann der Stromverbrauch des Motors reduziert bzw. die Motorleistung erhöht werden.
Vorzugsweise ist der axiale Abstand zwischen dem Rotormagnet bzw. dem magnetischen Rückschluss und dem Statorkern bzw. den Statorpolen der Statoranordnung größer Null und liegt im Bereich der Überlappung in derselben Größenordnung wie der radiale Abstand zwischen dem Statorkern bzw. den Statorpolen der Statoranordnung und dem Rotormagneten.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotormagnet im Querschnitt L-förmig ausgebildet und umfasst einen axial verlaufenden Schenkel und einen radial verlaufenden Schenkel, der mit dem Statorkern bzw. den Statorpolen der Statoranordnung in radialer Richtung teilweise überlappt.
In dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der axiale Abstand zwischen dem radialen Schenkel des Rotormagneten und dem Kern der Statoranordnung kleiner als der Überstand des Rotormagneten, der sich in radiale Richtung erstreckt, in Bezug auf den Kern der Statoranordnung.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein separates Bauteil in Form eines magnetischen Jochs als magnetischer Rückschluss verwendet, welches den Rotormagneten teilweise umgibt. Hierbei ist das Joch im Querschnitt vorzugsweise L-förmig ausgebildet und umfasst einen axial verlaufenden Schenkel und einen radial verlaufenden Schenkel, der mit dem Statorkern bzw. den Statorpolen der Statoranordnung in radialer Richtung teilweise überlappt.
In dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der axiale Abstand zwischen dem radialen Schenkel des Joches und dem Kern der Statoranordnung kleiner ist als der Überstand des Joches, der sich in radiale Richtung erstreckt, in Bezug auf den Kern der Statoranordnung.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das drehbare Motorbauteil als magnetischer Rückschluss verwendet. Hierbei überlappt sich eine der Stirnseite des Rotormagneten benachbarte Fläche des drehbaren Motorbauteils mit dem Kern der Statoranordnung in radialer Richtung.
Die erfindungsgemäß erzeugte axiale magnetische Kraft kann durch die Länge der radialen Überlappung und den axialen Abstand zwischen dem Rotormagnet bzw. dem magnetischen Rückschluss und dem Kern der Statoranordnung eingestellt werden. Eine weitere Einstellung der axialen magnetischen Kraft ist dadurch möglich, dass der Rotormagnet oder der magnetische Rückschluss derart ausgebildet ist, dass der axiale Abstand zwischen dem Rotormagnet oder dem magnetischen Rückschluss einerseits und dem Kern der Statoranordnung andererseits im radialen Verlauf der Überlappung variiert.
Die Mittel zur magnetischen Vorspannung können neben der beschriebenen radialen Überlappung zwischen dem Kern der Statoranordnung und dem Rotormagneten bzw. dem magnetischen Rückschluss zusätzlich einen axialen Versatz zwischen der magnetischen Mitte der Statoranordnung und der magnetischen Mitte des Rotormagneten umfassen.
Ein solcher Spindelmotor kann vorzugsweise in einem Festplattenlaufwerk eingesetzt werden und mindestens eine Speicherplatte drehend antreiben, wobei das Festplattenlaufwerk eine Schreib-Leseeinrichtung zum Schreiben und Lesen von Daten auf und von der Speicherplatte aufweist.
Auch zum Antrieb eines Lüfters kann der Spindelmotor eingesetzt werden.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nun anhand der nachfolgenden Zeichnungsfiguren näher erläutert. Hierbei ergeben sich aus den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1: zeigt einen Schnitt durch eine erste bevorzugte Ausgestaltung eines Spindelmotors.
2: zeigt einen Schnitt durch eine zweite bevorzugte Ausgestaltung eines Spindelmotors.
3a: zeigt einen vergrößerten Schnitt durch eine dritte bevorzugte Ausgestaltung eines Spindelmotors.
3b: zeigt einen vergrößerten Schnitt durch eine vierte bevorzugte Ausgestaltung eines Spindelmotors.
4 zeigt einen Querschnitt durch einen Rotormagnet in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
5 zeigt einen Querschnitt durch einen Rotormagnet in einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit einem fluiddynamischen Lagersystem. Ein solcher Spindelmotor kann zum Antrieb von Festplattenlaufwerken oder Lüftern verwendet werden.
Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, die eine im Wesentlichen zentrale zylindrische Öffnung aufweist, in welcher ein feststehendes Lagerbauteil 16 aufgenommen ist. Das feststehende Lagerbauteil 16 ist im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet und weist eine zentrale Öffnung auf. Das feststehende Lagerbauteil 16 ist beispielsweise mit Übergangspassung in der Öffnung der Basisplatte 10 angeordnet und vorzugsweise zusätzlich mit Klebstoff befestigt.
Es ist eine zylindrische Welle 12 vorgesehen, die an einem Ende einen Flansch 12a aufweist, so dass die Welle 12 im Querschnitt etwa T-förmig ist. Der Flansch 12a der Welle 12 ist in der zentralen Öffnung des feststehenden Lagerbauteils 16 angeordnet, wobei der Flansch 12a mit seinem Außenumfang am Innenumfang des Lagerbauteils 16 angrenzt und vorzugsweise stoffschlüssig mit diesem verbunden ist. Diese stoffschlüssige Verbindung kann eine umlaufende Schweißnaht 13 sein. Das feststehende Lagerbauteil 16 kann auch einteilig mit dem Flansch 12a der Welle 12 ausgebildet sein. Der zylindrische Abschnitt der Welle 12 erstreckt sich von der radial verlaufenden Grundfläche des Flansches 12a in axialer Richtung nach oben.
An dem freien Ende der Welle 12 ist ein ringförmiges Stopperbauteil 18 angeordnet, dessen Durchmesser wesentlich größer als der Durchmesser der Welle 12 ist und das vorzugsweise kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Welle 12 befestigt ist. Insbesondere weist die Welle 12 an dem freien Ende einen verringerten Durchmesser auf, so dass sich eine Stufe bildet. Die Stufe der Welle 12 definiert einen Anschlag für das Stopperbauteil 18, auf dem das Stopperbauteil 18 aufliegt.
Die Welle 12 mit dem Flansch 12a bildet zusammen mit dem Lagerbauteil 16 und dem Stopperbauteil 18 eine kompakte Anordnung. Die Gesamtheit der genannten Bauteile 10, 12, 12a, 16 und 18 bildet das feststehende Lagerbauteil des Spindelmotors.
Der Spindelmotor umfasst ein Rotorbauteil 14, das eine zylindrische Lagerbuchse 14a umfasst, die vorzugsweise mit dem Rotorbauteil 14 einteilig ausgebildet ist und beispielsweise aus ferromagnetischem Stahl gefertigt sein kann. Das Rotorbauteil 14, genauer gesagt die Lagerbuchse 14a des Rotorbauteils 14, ist in einem durch die Welle 12, 12a und die beiden Bauteile 16, 18 gebildeten Zwischenraum relativ zu diesen Bauteilen 12, 12a, 16, 18 drehbar um eine Drehachse 40 angeordnet. Das Stopperbauteil 18 befindet sich zumindest teilweise in einer ringförmigen Aussparung der Lagerbuchse 14a. In dieser Aussparung ist am radial außen gelegenen Rand eine umlaufende Rille 19 in der Lagerbuchse 14a angeordnet, die das Verhalten des fluiddynamischen Lagers unter Schock verbessert. Aneinander angrenzende Flächen der Welle 12, 12a der Lagerbuchse 14 und der beiden Bauteile 16, 18 sind durch einen beidseitig offenen Lagerspalt 20 voneinander getrennt, der mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt ist.
Die Lagerbuchse 14a hat eine zylindrische Lagerbohrung, an deren Innenumfang zwei zylindrische Radiallagerflächen ausbildet sind, welche axial voneinander beabstandet sind. Die Radiallagerflächen umschließen die feststehende Welle 12 in einem Abstand von wenigen Mikrometern unter Bildung eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 20 und bilden mit jeweils gegenüberliegenden Lagerflächen der Welle 12 zwei fluiddynamische Radiallager 22, 24. Die Lagerflächen der beiden Radiallager 22, 24 sind beispielsweise mit sinus- oder parabelförmigen (herringbone) Lagerrillenstrukturen versehen. Das obere Radiallager 22 ist dabei weitgehend symmetrisch ausgebildet und übt keine gerichtete Pumpwirkung auf das Lagerfluid aus, während das untere Radiallager 24 vorzugsweise asymmetrisch ausgebildet ist und eine gerichtete Pumpwirkung in Richtung des oberen Radiallagers 22 auf das Lagerfluid ausübt. Zwischen den Radiallagern 22, 24 weitet sich der Lagerspalt zu einem Separatorspalt 26 auf, der im Vergleich zum axialen Abschnitt des Lagerspalts 20 eine deutlich größere Spaltbreite aufweist.
Unterhalb des unteren Radiallagers 24 geht der axial verlaufende Abschnitt des Lagerspalts 20 in einen radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 20 über, entlang dessen ein fluiddynamisches Axiallager 28 angeordnet ist. Das Axiallager 28 ist durch radial verlaufende Lagerflächen auf der Stirnseite der Lagerbuchse 14a und entsprechend gegenüber liegende Lagerflächen des Flansches 12a der Welle 12 gebildet. Das fluiddynamische Axiallager 28 ist in bekannter Weise durch beispielsweise spiralförmige Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die entweder auf der Stirnseite der Lagerbuchse 14a, dem Flansch 12a oder auf beiden Teilen angebracht werden können. Das Axiallager 28 erzeugt eine gerichtete Pumpwirkung auf das Lagerfluid in Richtung des zylindrischen Abschnitts der Welle 12.
Vorzugsweise ist die Axiallagerfläche lediglich angeordnet zwischen der radial verlaufenden Oberfläche des Flansches 12a und der gegenüber liegenden Unterseite der Lagerbuchse 14a. Die angrenzende und ebenfalls radial verlaufende Oberfläche des feststehenden Lagerbauteils 16 ist deutlich tiefer angeordnet als die radial verlaufende Oberfläche des Flansches 12a, wodurch sich im zusammengebauten Zustand des fluiddynamischen Lagers ein entsprechend größerer Spaltabstand zwischen den radial verlaufenden Flächen der Lagerbuchse 14a und dem feststehenden Lagerbauteil 16 ergibt.
In vorteilhafter Weise sind alle für die Radiallager 22, 24 und das Axiallager 28 notwendigen Lagerrillenstrukturen an entsprechenden Lagerflächen der Lagerbuchse 14a angeordnet, was die Herstellung des Lagers, insbesondere der hochgenauen Lagerflächen an der Welle 12 und dem Flansch 12a vereinfacht. Vorzugsweise münden die Axiallagerrillen radial außen in einen Ringspalt, der eine größere Spaltbreite aufweist als der Axiallagerspalt und zwischen der radial verlaufenden Oberfläche des feststehenden Lagerbauteils 16 und der gegenüberliegenden radial verlaufenden Fläche der Lagerbuchse 14a verläuft. Dieser Ringspalt beginnt etwa an der Stelle, an welcher ein Rezirkulationskanal 30, der innerhalb des Rotorbauteils 14 bzw. der Lagerbuchse 14a vorgesehen ist mündet.
An seinem anderen Ende mündet der Rezirkulationskanal 30 in einem radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 20 zwischen der Stirnfläche der Lagerbuchse 14a und einer gegenüberliegenden Stirnfläche des Stopperbauteils 18 und bricht in die umlaufende Rille 19 durch. Der Rezirkulationskanal 30 verläuft schräg nach unten durch die Lagerbuchse 14a und mündet radial außerhalb des Axiallagers 28 in den Ringspalt.
An den radialen Abschnitt des Lagerspalts 20 im Bereich des Axiallagers 28 bzw. des Ringspalts schließt sich ein anteilig mit Lagerfluid gefüllter erster kapillarer Dichtungsspalt 34 an. Der Dichtungsspalt 34 ist durch einander gegenüberliegende im Wesentlichen axial verlaufende Flächen der Lagerbuchse 14a und des Lagerbauteils 16 gebildet und dichtet den Lagerspalt 20 an dieser Seite ab. Der Dichtungsspalt 34 umfasst einen radial verlaufenden Abschnitt, den gegenüber dem Lagerspalt 20 verbreiterten Ringspalt, der radial außerhalb des Axiallagers 28 angeordnet ist. Der kurze radial verlaufende Abschnitt des Dichtungsspalts 34 geht in einen längeren, sich konisch aufweitenden und nahezu axial verlaufenden Abschnitt über, der von einer äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse 14a und einer inneren Umfangsfläche des Lagerbauteils 16 begrenzt wird. Neben der Funktion als kapillare Dichtung dient der Dichtungsspalt 34 als Fluidreservoir und stellt die für die Lebensdauer des Lagersystems benötigte Fluidmenge bereit. Ferner können Fülltoleranzen und eine eventuelle thermische Ausdehnung des Lagerfluids ausgeglichen werden. Die beiden den konischen Abschnitt des Dichtungsspalts 34 bildenden Flächen der Lagerbuchse 14a und des Lagerbauteils 16 können beide jeweils im Verlauf des Dichtungsspalts zum Lageräußeren hin relativ zur Rotationsachse 40 nach innen geneigt sein. Der Neigungswinkel beträgt vorzugsweise zwischen 0 Grad und 5 Grad. Dabei ist der Neigungswinkel der äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse 14a größer ist als der Neigungswinkel der inneren Umfangsfläche des Lagerbauteils 16, wodurch sich eine konische Erweiterung der Kapillardichtung ergibt. Dadurch wird das Lagerfluid bei einer Drehung des Lagers aufgrund der Fliehkraft nach innen in Richtung des Lagerspalts 20 gedrückt.
Oberhalb des kapillaren Dichtungsspalts 34 schließt sich ein nahezu axial verlaufender, mit Luft gefüllter Spalt an, der in radialer Richtung und anschließend wieder in axialer Richtung abknickt und eine Labyrinthdichtung 35 bildet. Die Labyrinthdichtung 35 dient zur Reduzierung eines Austauschs des verdampften Lagerfluids, das sich oberhalb der Kapillardichtung befindet, mit der umgebenden Luft und verringert somit die Evaporation des Lagerfluids.
Auf der anderen Seite des Lagersystems ist das Rotorbauteil 14 bzw. die Lagerbuchse 14a im Anschluss an das obere Radiallager 22 so gestaltet, dass es eine radial verlaufende Fläche ausbildet, die mit einer entsprechend gegenüberliegenden Fläche des Stopperbauteils 18 einen radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 20 bildet. Entlang diesem radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 20 kann ein optionales zweites Axiallager 27 angeordnet sein. Dieses Axiallager 27 erzeugt vorzugsweise eine geringere axiale Lagerkraft, als das untere Axiallager 28. An den radialen Spalt schließt sich ein axial verlaufender zweiter Dichtungsspalt 36 an, der anteilig mit Lagerfluid gefüllt ist und den Lagerspalt 20 an diesem Ende abdichtet. Der zweite Dichtungsspalt 36 wird durch einander gegenüberliegende Oberflächen der Lagerbuchse 14a und des Stopperbauteils 18 begrenzt und weitet sich am äußeren Ende mit vorzugsweise konischem Querschnitt auf. Dabei ist die äußere Umfangsfläche des Stopperbauteils 18 im Verlauf zum Lageräußeren leicht nach innen in Richtung zur Drehachse 40 geneigt. Die gegenüber liegende innere Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 verläuft entweder parallel zur Drehachse 40 oder ist ebenfalls leicht nach innen geneigt, wobei der Neigungswinkel allerdings kleiner ist, als der Neigungswinkel der äußeren Umfangsfläche des Stopperbauteils 18, so dass sich eine konische Kapillardichtung ergibt. Der zweite Dichtungsspalt 36 kann vorzugsweise durch eine Pumpdichtung 38 ergänzt sein, die unterhalb der Kapillardichtung angeordnet ist. Die Pumpdichtung 38 ist vorzugsweise zwischen dem Außenumfang des Stopperbauteils 18 und der gegenüberliegenden Oberfläche der Lagerbuchse 14a gebildet. Die Pumpdichtung 38 umfasst Pumprillenstrukturen, die auf der Oberfläche des Stopperbauteils 18 oder vorzugsweise der Lagerbuchse 14a angeordnet sind und im axialen Verlauf nicht bis in den radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 20 reichen, da zwischen der Pumpdichtung 38 und dem radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 20 eine sogenannte Ruhezone benötigt wird, um zu vermeiden, dass Luft in das Lager gelangt. Während des Betriebs des Lagers, erzeugen die Pumprillenstrukturen der Pumpdichtung 38 eine Pumpwirkung auf das im Dichtungsspalt 36 befindliche Lagerfluid in Richtung des oberen Radiallagers 22.
Der zweite Dichtungsspalt 36 ist von einer ringförmig profilierten Abdeckung 32 abgedeckt. Die Abdeckung 32 ist auf einen Rand des Rotorbauteils 14 oder der Lagerbuchse 14a aufgesteckt und dort beispielsweise angeklebt, wobei die Abdeckung 32 auf einem umlaufenden Rand des Rotorbauteils 14 bzw. der Lagerbuchse 14a aufliegt. Ein innerer Rand der Abdeckung 32 bildet zusammen mit dem Außenumfang des Stopperbauteils 18 einen Luftspalt als Spaltdichtung 37. Die Spaltdichtung 37 erhöht die Sicherheit gegen ein Austreten von Lagerfluid aus dem Dichtungsspalt 36 bzw. verringert ein Abdampfen des Lagerfluids, verhindert ein Eindringen von Schmutz in das Lager und erhöht somit die Lebensdauer des Fluidlagers.
Am axial äußeren Ende des Dichtungsspaltes 36 weitet sich der Dichtungsspalt in einen Freiraum 46 auf, der vorzugsweise so groß ist, dass er das gesamte im Lager befindliche Volumen an Lagerfluid aufnehmen kann. Dieser Freiraum 46 dient insbesondere zum Befüllen des Lagers mit Lagerfluid. Hierbei wird der Lagerspalt und die Dichtungsspalte vorzugsweise evakuiert und das Gesamtvolumen an Lagerfluid in den Freiraum 46 gefüllt. Danach wird der Lagerspalt wieder belüftet, wodurch das Volumen an Lagerfluid aus dem Freiraum 46 in das Lager und die Dichtungsspalte gedrückt wird.
An einem inneren Rand der Basisplatte 10 ist eine Statoranordnung 42 befestigt. Die Statoranordnung 42 umfasst einen ferromagnetischen Statorkern 42a, der radial abstehende Statorpole 42b aufweist, welche mehrere Statorwicklungen tragen. Die Statoranordnung 42 ist umgeben von einem äußeren Rand des Rotorbauteils 14, an dessen Innenseite ein ringförmiger Rotormagnet 44 angeordnet ist. Der Rotormagnet 44 umgibt die Statoranordnung 42 in radialer Richtung unter Bildung eines Luftspalts mit der radialen Breite s. In 1 ist ein Außenläufermotor dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf einen Außenläufermotor beschränkt, sondern es kann erfindungsgemäß auch ein Innenläufermotor Verwendung finden. Durch entsprechende Versorgung der Statorwicklungen mit Strom wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das auf den Rotormagneten 44 wirkt und das Rotorbauteil 14 drehend antreibt.
Da der Spindelmotor vorzugsweise lediglich ein einziges fluiddynamisches Axiallager 28 aufweist, das auf das Rotorbauteil 14 eine Kraft in Richtung des Stopperbauteils 18 erzeugt, ist eine entsprechende Gegenkraft oder Vorspannkraft notwendig, die das Rotorbauteil 14 axial im Kräftegleichgewicht hält.
Die magnetische Vorspannung wird mit Hilfe des elektromagnetischen Antriebssystems erzeugt.
Der Rotormagnet 44 ist im Querschnitt nicht rechteckig ausgebildet, sondern etwa L-förmig und umfasst einen langen axial verlaufenden Schenkel 44a und einen kurzen radial verlaufenden Schenkel 44b. Der längere, axiale Schenkel 44a des Rotormagneten 44 ist an einer inneren axial verlaufenden Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 befestigt. Der kürzere radiale Schenkel 44b des Rotormagneten 44 liegt zumindest teilweise an einer unteren radial verlaufenden Fläche 14b des Rotorbauteils 14 an.
Erfindungsgemäß überlappt der radiale Schenkel 44b des Rotormagneten 44 den Statorkern 42a bzw. die Statorpole 42b der Statoranordnung 42 in radialer Richtung um einen Betrag d. Ein axialer Abstand h zwischen dem kurzen Schenkel 44b des Rotormagneten 44 und dem Statorkern 42a bzw. der Statorpole 42b der Statoranordnung 42 ist dabei relativ gering und liegt vorzugsweise in der Größenordnung eines radialen Spaltabstands s zwischen dem Außenumfang der Statoranordnung 42 und dem Innenumfang des Rotormagneten 44.
Der Rotormagnet 44 muss auf der radial außenliegenden Seite, die an dem Rotorbauteil 14 anliegt, magnetisch kurzgeschlossen werden. Da in diesem Ausführungsbeispiel das Rotorbauteil 14 aus ferromagnetischem Stahl gefertigt ist, dient es als magnetischer Rückschluss für den Rotormagneten 44. Somit ist der magnetische Rückschluss in dem Rotorbauteil 14 integriert.
Während in diesem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Außenläufermotor dargestellt ist, bei dem sich der radiale Schenkel 44b des Rotormagneten 44 vom axialen Schenkel 44a des Rotormagneten 44 aus betrachtet radial nach innen erstreckt, erstreckt sich der radiale Schenkel des Rotormagneten bei einem Innenläufermotor (nicht zeichnerisch dargestellt) vom axialen Schenkel des Rotormagneten aus betrachtet radial nach außen und überlappt dabei den Statorkern bzw. die Statorpole um den Betrag d.
Zusätzlich können die Statoranordnung 42 und der Rotormagnet 44 axial zueinander versetzt angeordnet sein, und zwar so, dass die magnetische Mitte des Rotormagneten 44 axial weiter entfernt von der Basisplatte 10 angeordnet wird als die Mitte der Statoranordnung 42. Dadurch wird vom Magnetsystem des Motors eine axiale Kraft auf das Rotorbauteil 14 ausgeübt, die entgegengesetzt zur Lagerkraft des Axiallagers 28 im Betrieb desselben wirkt.
Der Spindelmotor kann vorzugsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerkes eingesetzt werden, wobei auf dem Rotorbauteil 14 eine oder mehrere Speicherplatten befestigt werden können. Die Speicherplatten werden auf einem äußeren Flansch des Rotorbauteils 14 aufgelegt und durch einen Gewindering befestigt, der auf ein Gewinde 48 am Außenumfang des Rotorbauteils 14 aufgeschraubt wird.
Die 2 zeigt eine andere Ausgestaltung eines Spindelmotors mit einem fluiddynamischen Lager gemäß der Erfindung. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 110, die eine im Wesentlichen zentrale zylindrische Öffnung aufweist. In der Öffnung der Basisplatte 110 ist eine Lagerbuchse 114a des Lagersystems drehfest angeordnet. Diese Lagerbuchse 114a weist eine zentrale Lagerbohrung auf und bildet zusammen mit der Basisplatte 110 das feststehende Bauteil des Spindelmotors. In die Lagerbohrung der Lagerbuchse 114a ist eine Welle 112 eingesetzt, deren Durchmesser geringfügig, d. h. nur um einige Mikrometer, kleiner ist, als der Durchmesser der Lagerbohrung. Zwischen den Oberflächen der Lagerbuchse 114a und der Welle 112 verbleibt daher ein einseitig offener Lagerspalt 120 von wenigen Mikrometern Breite. Der Lagerspalt 120 ist mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle 112 und der Lagerbuchse 114a bilden entlang eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspaltes 120 vorzugsweise zwei fluiddynamische Radiallager 122, 124 aus. Die beiden fluiddynamischen Radiallager 122, 124 sind durch einen Separatorspalt 126, der eine größere Spaltbreite aufweist als der axial verlaufende Lagerspalt 120 im Bereich der Radiallager 122, 124, in axialer Richtung voneinander getrennt. Die fluiddynamischen Radiallager 122, 124 sind durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die auf die Oberfläche der Welle 112 und/oder der Lagerbuchse 114a aufgebracht sind. Die Lagerrillenstrukturen üben während der Rotation der Welle 112 eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 120 zwischen der Welle 112 und der Lagerbuchse 114a befindliche Lagerfluid aus, so dass im Lagerspalt 120 ein hydrodynamischer Druck entsteht, der die Radiallager 122, 124 tragfähig macht. Das obere Radiallager 122 hat vorzugsweise leicht asymmetrisch ausgebildete Lagerrillenstrukturen, die das im Lagerspalt 120 befindliche Lagerfluid überwiegend in Richtung des unteren Radiallagers 124 pumpen. Das untere Radiallager 124 umfasst vorzugsweise symmetrisch ausgebildete Lagerrillenstrukturen, die eine gleichmäßige Pumpwirkung auf das Lagerfluid in beide Richtungen des Lagerspalts 120 erzeugen.
Ein freies Ende der Welle 112 ist mit einem Rotorbauteil 114 verbunden, das zusammen mit der Welle 112 um eine Drehachse 140 rotiert und einen inneren Rand aufweist, der die Lagerbuchse 114a unter Bildung eines Dichtungsspalts 134 teilweise umgibt. Das Rotorbauteil 114 kann aus Aluminium gefertigt sein, während die Lagerbuchse 114a beispielsweise aus Stahl gefertigt sein kann. Eine untere, ebene Fläche des Rotorbauteils 114 bildet zusammen mit einer angrenzenden Stirnfläche der Lagerbuchse 114a ein fluiddynamisches Axiallager 128 aus. Hierbei sind die entsprechende Stirnfläche der Lagerbuchse 114a und/oder die gegenüberliegende ebene Fläche des Rotorbauteils 114 mit vorzugsweise spiralförmigen Lagerrillenstrukturen versehen. Die Lagerrillenstrukturen des Axiallagers 128 üben bei einer Rotation des Rotorbauteils 114 eine radial nach innen in Richtung des oberen Radiallagers 122 gerichtete Pumpwirkung auf das in einem radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 120 befindliche Lagerfluid aus. Dadurch entsteht im radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 120, zwischen dem Rotorbauteil 114 und der oberen Stirnseite der Lagerbuchse 114a, ein hydrodynamischer Druck, der das Axiallager 128 tragfähig macht.
In der Lagerbuchse 114a kann ein Rezirkulationskanal 130 vorgesehen sein, der einen am radial äußeren Rand des Axiallagers 128 befindlichen Abschnitt des Lagerspalts 120 mit einem unterhalb des unteren Radiallagers 124 befindlichen Abschnitt des Lagerspalts 120 miteinander verbindet und eine Zirkulation des Lagerfluids im Lager unterstützt.
An ihrer in der Basisplatte 110 befestigten Stirnseite weist die Lagerbuchse 114a eine zur Lagerbohrung konzentrische Aussparung auf, deren Durchmesser deutlich größer ist als der Durchmesser der Lagerbohrung. Die Lagerbuchse 114a ist an dieser Seite durch eine Abdeckung 132 verschlossen. Innerhalb der Aussparung der Lagerbuchse 114a ist ein an einem Ende der Welle 112 befestigter Stopperring 118 angeordnet, der einen vergrößerten Außendurchmesser im Vergleich zum Durchmesser der Welle 112 aufweist. Die Aussparung, in welcher der Stopperring 118 angeordnet ist, ist mit dem Lagerspalt 120 sowie dem Rezirkulationskanal 130 verbunden und vollständig mit Lagerfluid gefüllt. Bei einer übermäßigen axialen Bewegung der Welle 112 stößt der Stopperring 118 an einer Stufe der Lagerbuchse 114a an, die durch den Übergang zwischen der Lagerbohrung und der Aussparung gebildet wird. Der Stopperring 118 verhindert dadurch ein Herausfallen der Welle 112 aus der Lagerbuchse 114a.
Am radial äußeren Ende seines radialen Abschnitts geht der Lagerspalt 120 in einen Spalt mit größerem Spaltabstand über, welcher den Dichtungsspalt 134 bildet und anteilig mit Lagerfluid gefüllt ist. Der Dichtungsspalt 134 erstreckt sich ausgehend vom Lagerspalt 120 anfangs radial nach außen und geht in einen axialen Abschnitt über, der sich entlang der äußeren Mantelfläche der Lagerbuchse 114a zwischen der Lagerbuchse 114a und dem inneren Rand des Rotorbauteils 114 erstreckt. Die äußere Mantelfläche der Lagerbuchse 114a sowie die innere Mantelfläche des inneren Randes des Rotorbauteils 114 sind weitgehend zylindrisch, jedoch vorzugsweise leicht konisch geneigt, und bilden die Begrenzung des Dichtungsspaltes 134. Dadurch, dass die obere Öffnung des Rezirkulationskanals 130 sehr nahe an der Übergangszone zwischen Lagerfluid und Atmosphäre angeordnet ist, können im Lagerfluid gelöste Luftblasen relativ leicht über den Dichtungsspalt 134 in die Atmosphäre entweichen.
An den kapillaren Dichtungsspalt 134 schließt sich ein nahezu axial verlaufender, mit Luft gefüllter Spalt an, der in radialer Richtung nach außen und anschließend wieder in axiale Richtung abknickt und eine Labyrinthdichtung 135 bildet. Die Labyrinthdichtung 135 dient zur Reduzierung des Verdampfens des Lagerfluids aus dem kapillaren Dichtungsspalt 134.
An der Basisplatte 110 ist radial außerhalb der Position der Lagerbuchse 114a eine Statoranordnung 142 befestigt. Die Statoranordnung 142 umfasst einen ferromagnetischen Statorkern 142a, der radial abstehende Statorpole 142b aufweist, welche mehrere Statorwicklungen tragen. Die Statoranordnung 142 ist umgeben von einem äußeren Rand des Rotorbauteils 114, an dessen Innenseite ein ringförmiger Rotormagnet 144 angeordnet ist. Der Rotormagnet 144 umgibt die Statoranordnung 142 in radialer Richtung unter Bildung eines Luftspalts mit der radialen Breite s. In 1 ist ein Außenläufermotor dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf einen Außenläufermotor beschränkt, sondern es kann erfindungsgemäß auch ein Innenläufermotor Verwendung finden. Durch entsprechende Versorgung der Statoranordnung 142 mit Strom wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das auf den Rotormagneten 144 wirkt und das Rotorbauteil 114 drehend antreibt.
Der Spindelmotor ist vorzugsweise Teil eines Festplattenlaufwerks, wobei mindestens eine auf dem Rotorbauteil 114 angeordnete Speicherplatte durch den Spindelmotor drehend angetrieben ist. Das Festplattenlaufwerk weist in bekannter Weise eine Schreib- und Leseeinrichtung (nicht dargestellt) zum Schreiben und Lesen von Daten auf die bzw. von der Speicherplatte auf, sowie ein Gehäuse zur Aufnahme des Spindelmotors, der Speicherplatte und der Schreib- und Leseeinrichtung, wobei die Basisplatte 110 des Spindelmotors vorzugsweise ein Teil des Gehäuses des Festplattenlaufwerkes ist.
Die magnetische Vorspannung wird mit Hilfe des elektromagnetischen Antriebssystem, insbesondere eines zusätzlichen Bauteils in Form eines ferromagnetischen Jochs 150 erzeugt, das als magnetischer Rückschluss des Rotormagneten 144 dient und das den Rotormagneten 144 teilweise umgibt.
Das Joch 150 ist im Querschnitt L-förmig ausgebildet und umfasst einen langen axial verlaufenden Schenkel 150a und einen kurzen radial verlaufenden Schenkel 150b. Der längere, axiale Schenkel 150a des Jochs 150 ist an einer inneren axial verlaufenden Umfangsfläche des Rotorbauteils 114 befestigt. Der kürzere radiale Schenkel 150b des Jochs 150 liegt zumindest teilweise an einer unteren radial verlaufenden Fläche 114b des Rotorbauteils 114 an.
Erfindungsgemäß überlappt der radiale Schenkel 150b des Jochs 150 den Statorkern 142a bzw. die Statorpole 142b der Statoranordnung 142 in radialer Richtung um einen Betrag d. Ein axialer Abstand h zwischen dem kurzen Schenkel 150b des Jochs 150 und dem Statorkern 142a bzw. der Statorpole 142b der Statoranordnung 142 ist dabei relativ gering und liegt vorzugsweise in der Größenordnung des radialen Spaltabstands s zwischen dem Außenumfang der Statoranordnung 142 und dem Innenumfang des Rotormagneten 144.
Zur Erzeugung einer zusätzlichen axialen magnetischen Kraft können die Statoranordnung 142 und der Rotormagnet 144 axial zueinander versetzt angeordnet sein, wie es weiter oben in Zusammenhang mit 1 beschrieben wurde.
3a zeigt eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors, der in seinem Aufbau größtenteils mit dem Spindelmotor von 1 übereinstimmt. Gleiche Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Im Unterschied zu 1 ist ein Rotormagnet 244 in herkömmlicher Weise im Querschnitt rechteckig ausgebildet und liegt teilweise an einer unteren, vorzugsweise radial verlaufenden Fläche 214b eines Rotorbauteils 214 an. Das Rotorbauteil 214 besteht aus ferromagnetischem Material und dient als magnetischer Rückschluss, wodurch ein Joch 250 im Rotorbauteil 214 integriert, das heißt einteilig ausgebildet, ist. Ein radialer Schenkel 250b des integrierten Jochs 250 ist derart ausgebildet, dass er in radialer Richtung den Statorkern 42a bzw. die Statorpolen 42b der Statoranordnung 42 um einen Betrag d überlappt und im Überlappungsbereich zwischen dem radialen Schenkel 250b und dem Statorkern 42a bzw. den Statorpolen 42b einen axialen Abstand h aufweist. Dieser axiale Abstand h liegt vorzugsweise in der Größenordnung eines radialen Spaltabstands s zwischen dem Außenumfang der Statoranordnung 42 und dem Innenumfang des Rotormagneten 244.
3b zeigt eine vierte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors, der in seinem Aufbau größtenteils mit dem Spindelmotor von 3a übereinstimmt. Gleiche Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Im Unterschied zu 3a ist ein Rotormagnet 344 in axialer Richtung länger nach oben ausgebildet, also in Richtung des Rotorbauteils 314, und liegt zumindest teilweise an einer unteren, vorzugsweise radial verlaufenden Fläche 314b des Rotorbauteils 314 an. Die magnetische Mitte der Statoranordnung 42 ist in diesem Ausführungsbeispiel also axial zur magnetischen Mitte des Rotormagnets 344 nach unten versetzt, also in Richtung zur Basisplatte 10. Ein radialer Schenkel 350b eines Jochs 350, das in dem Rotorbauteil 314 integriert, das heißt einteilig ausgebildet, ist, ist im Querschnitt L-förmig ausgebildet. Der sich axial in Richtung des Statorkerns 42a bzw. der Statorpole 42b erstreckende Teil des L-förmig ausgebildeten radialen Schenkels 350b liegt nicht am Rotormagneten 344 an, überlappt den Statorkern 42a bzw. die Statorpole 42b der Statoranordnung 42 in radialer Richtung um einen Betrag d und weist im Überlappungsbereich zwischen dem radialen Schenkel 350b und dem Statorkern 42a bzw. den Statorpolen 42b einen axialen Abstand h auf.
4 zeigt einen Schnitt durch einen Rotormagneten 444, ähnlich dem Rotormagneten von 1. Der Rotormagnet ist L-förmig ausgebildet und weist einen längeren axialen Schenkel 444a und einen kürzeren radialen Schenkel 444b mit einer freien Länge l auf. Die freie Länge l entspricht gerade der Summe der Überlappung d in radialer Richtung und des radialen Spaltabstands s.
5 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung eines Rotormagneten 544 ähnlich dem Rotormagneten von 4, bei dem der kürzere, radial verlaufende Schenkel 544b an seiner Unterseite in einem Winkel α abgeschrägt ist. Die abgeschrägte Unterseite liegt dem Statorkern 42a bzw. den Statorpolen 42b der Statoranordnung 42 gegenüber. Je größer der Winkel α ist, desto geringer ist die als Vorspannung dienende axiale magnetische Kraft zwischen dem Rotormagneten 544 und dem Statorkern 42a bzw. den Statorpolen 42b der Statoranordnung 42.
Die Unterseiten der radialen Schenkel 150b, 250b, 350b der Joche 150, 250, 350 können ebenfalls wie in 5 beschrieben in einem Winkel α abgeschrägt sein (nicht zeichnerisch dargestellt). Bei dem L-förmig ausgebildeten radialen Schenkel 350b betrifft die Abschrägung die Unterseite des sich in axialer Richtung erstreckenden Teils.
Bezugszeichenliste

10, 110: Basisplatte
12, 112: Welle
12a: Flansch
13: Schweißnaht
14, 114, 214, 414: Rotorbauteil
14a, 114a: Lagerbuchse
14b, 114b, 214b, 314b: Fläche
16: Lagerbauteil
18, 118: Stopperbauteil
19: umlaufende Rille
20, 120: Lagerspalt
22, 122: Radiallager
24, 124: Radiallager
26, 126: Separatorspalt
28, 128: Axiallager
30, 130: Rezirkulationskanal
32, 132: Abdeckung
34, 134: Dichtungsspalt
35, 135: Labyrinthdichtung
36: Dichtungsspalt
37: Spaltdichtung
38: Pumpdichtung
40, 140: Drehachse
42, 142: Statoranordnung
42a, 142a: Statorkern
42b, 142b: Statorpole
44, 144, 244, 344, 444, 544: Rotormagnet
44a, 444a, 544a: axialer Schenkel Rotormagnet
44b, 444b, 544b: radialer Schenkel Rotormagnet
46: Freiraum
48: Gewinde
150, 250, 350: Joch
150a, 250a, 350a: axialer Schenkel Joch
150b, 250b, 350a: radialer Schenkel Joch
α: Winkel
l: freie Länge
d: Überlapp in radialer Richtung
h: axialer Abstand
s: radialer Spaltabstand

Claims

Spindelmotor mit einem feststehenden Motorbauteil (10, 12, 12a, 16; 18, 110, 114a) und einem mittels eines fluiddynamischen Lagersystems um eine Rotationsachse (40, 140) drehbar gelagerten Motorbauteil (14, 14a, 112, 114, 118, 214, 314), wobei das drehbare Motorbauteil (14, 14a, 112, 114, 118, 214, 314) durch ein elektromagnetisches Antriebssystem angetrieben ist, das einen am drehbaren Motorbauteil (14, 14a, 112, 114, 118, 214, 314) angeordneten Rotormagnet (44, 144, 244, 344, 444, 544) und eine am feststehenden Motorbauteil (10, 12, 12a, 16; 18, 110, 114a) angeordnete Statoranordnung (42, 142) umfasst, wobei die Statoranordnung (42, 142) aus einem ferromagnetischen Statorkern (42a, 142a) besteht, der radial abstehende Statorpole (42b, 142b) aufweist, welche mit Spulenwicklungen versehen sind, und Mittel zur axialen Vorspannung des fluiddynamischen Lagersystems vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur axialen Vorspannung die Statoranordnung (42, 142) und den Rotormagnet (44, 144, 244, 344, 444, 544) umfassen, wobei ein radialer Schenkel (150b, 250b, 350b) eines magnetischen Rückschlusses (150, 250, 350) für den Rotormagneten (144, 244, 344) oder ein radialer Schenkel (44b, 444b, 544b) des Rotormagneten (44, 444, 544) derart ausgebildet ist, dass er mit dem Statorkern (42a, 142a) der Statoranordnung (42, 142) in radialer Richtung überlappt.
Spindelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Schenkel (150b, 250b, 350b) des magnetischen Rückschlusses (150, 250, 350) für den Rotormagneten (144, 244, 344) oder der radiale Schenkel (44b, 444b, 544b) des Rotormagneten (44, 444, 544) derart ausgebildet ist, dass er mit den Statorpolen (42b, 142b) der Statoranordnung (42, 142) in radialer Richtung überlappt.
Spindelmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Abstand (h), der größer als Null ist, zwischen dem Rotormagnet (44, 444, 544) oder dem magnetischen Rückschluss (150, 250, 350) einerseits und dem Statorkern (42a, 142a) und/oder den Statorpolen (42b, 142b) der Statoranordnung (42, 142) im Bereich der Überlappung andererseits vorhanden ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand (h) in derselben Größenordnung liegt wie ein radialer Abstand (s) zwischen dem Statorkern (42a, 142a) und/oder den Statorpolen (42b, 142b) der Statoranordnung (42, 142) und dem Rotormagneten (44, 144, 244, 344, 444, 544).
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormagnet (44, 444, 544) im Querschnitt L-förmig ausgebildet ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Joch (150) als magnetischer Rückschluss verwendet wird.
Spindelmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (150) im Querschnitt L-förmig ausgebildet ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Rotorbauteil (214, 314) einteilig ausgebildetes, integriertes Joch (250, 350) als magnetischer Rückschluss verwendet wird und sich ein radialer Schenkel (250b, 350b) des Jochs (250, 350) mit dem Statorkern (42a) und/oder den Statorpolen (42b) der Statoranordnung (42) in radialer Richtung überlappt.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil (214) als magnetischer Rückschluss verwendet wird und sich die der Stirnseite des Rotormagneten (244) benachbarte Fläche (214b) des Rotorbauteils (214) mit dem Statorkern (42a) und/oder den Statorpolen (42b) der Statoranordnung (42) in radialer Richtung überlappt.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand (h) zwischen dem Rotormagneten (44, 444, 544) oder dem magnetischen Rückschluss (150, 250, 350) einerseits und dem Statorkern (42a, 142a) und/oder den Statorpolen (42b, 142b) der Statoranordnung (42, 142) andererseits kleiner ist als der Überstand (d) des Rotormagneten (44, 444, 544) oder des magnetischen Rückschlusses (150, 250, 350), der sich in radialer Richtung erstreckt, in Bezug auf den Statorkern (42a, 142a) und/oder die Statorpole (42b, 142b) der Statoranordnung (42, 142).
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormagnet (544) oder der magnetische Rückschluss (150, 250, 350) derart ausgebildet ist, dass der axiale Abstand h zwischen dem Rotormagnet (544) oder dem magnetischen Rückschluss (150, 250, 350) einerseits und dem Statorkern und/oder den Statorpolen der Statoranordnung andererseits im radialen Verlauf der Überlappung variiert.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur magnetischen Vorspannung zusätzlich einen axialen Versatz zwischen der magnetischen Mitte der Statoranordnung (42, 142) und der magnetischen Mitte des Rotormagneten (44, 144, 244, 344, 444, 544) umfassen.
Festplattenlaufwerk mit einem Spindelmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
Lüfter mit einem Spindelmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.