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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Leiterplatte, insbesondere einen Elektromotor mit einer flexiblen Leiterplatte, die zur Kontaktierung der Motorwicklungen dient.
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Stand der Technik
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Elektromotoren zum Antrieb von Festplattenlaufwerken und Lüftern sind in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt. In der Regel sind diese Elektromotoren als bürstenlose, permanent erregte Gleichstrommaschinen ausgebildet. Die Ströme in den Motorwicklungen werden elektronisch kommutiert, wobei es bekannt ist, vorzugsweise an der Basisplatte des Elektromotors eine Leiterplatte anzuordnen, an welcher die Wicklungsdrähte angeschlossen sind, so dass sie extern mit Strom versorgt werden können.
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Am feststehenden Motorbauteil des Elektromotors ist eine Statoranordnung befestigt, welche die Statorwicklungen umfasst. Es ist bekannt, die freien Enden der Wicklungsdrähte der Statorwicklungen durch entsprechende Durchgangsöffnungen der Basisplatte hindurchzuführen und mit der Leiterplatte zu verbinden, die meist auf einer Unterseite einer Basisplatte des feststehenden Motorbauteils angeordnet ist. Über die Leiterplatte werden die Statorwicklungen kontaktiert und mit Strom versorgt. Die Leiterplatte kann als gedruckte Leiterplatte sowohl als starre Leiterplatte als auch vorzugsweise als flexible gedruckte Leiterplatte ausgebildet sein.
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Die Leiterplatte liegt geschützt in einer Aussparung der Basisplatte. Auf der Leiterplatte sind Anschlussflächen, vorzugsweise Lötflächen, angeordnet, mit denen die Wicklungsdrähte verlötet sind. Die fertig verlöteten Lötstellen weisen eine gewisse axiale Höhe auf, welche sich zur Bauhöhe der Leiterplatte addieren und eine entsprechend tiefe Aussparung in der Basisplatte erfordert, um zu vermeiden, dass die Leiterplatte und die Lötstellen über die Oberfläche der Basisplatte hinausragen.
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Bei sehr flach gebauten Elektromotoren, mit einer Bauhöhe von beispielsweise 7 mm oder weniger, wie sie insbesondere in Festplattenlaufwerken für die moderne Unterhaltungselektronik verwendet werden, ist die herkömmliche Kontaktierung der Wicklungsdrähte, wie sie oben beschrieben ist, auf Grund der eingeschränkten Platzverhältnisse nur schwer möglich. Insbesondere ist die Basisplatte relativ dünn ausgebildet und es kann, wenn überhaupt, nur eine flache Aussparung zur Aufnahme der Leiterplatte vorgesehen werden. Insbesondere ist die Höhe der Lötstellen ein Problem, die zusätzlich zur Höhe der Leiterplatte berücksichtigt werden muss.
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Zu diesem Problem offenbart die
DE 10 2012 016 803 A1 einen Elektromotor mit einem elektromagnetischen Antriebssystem, welches eine Statoranordnung aufweist, die mehrere Statorwicklungen umfasst, deren Wicklungsdrähte mit einer Leiterplatte verlötet sind. Es wird vorgeschlagen, in die Basisplatte ausreichend große Durchgangsöffnungen einzubringen und die Lötstellen so anzuordnen, dass sie innerhalb der Durchgangsöffnungen der Basisplatte zu liegen kommen. Dadurch benötigen die Lötstellen keine zusätzliche Bauhöhe, sondern liegen innerhalb der Bauhöhe der Basisplatte. Allerdings muss für diese Lösung eine spezielle Basisplatte mit vergrößerten Durchgangsöffnungen verwendet werden. Jede zusätzliche oder vergrößerte Öffnung in der Basisplatte schwächt die mechanische Steifigkeit der Basisplatte. Dies muss insbesondere bei sehr flach bauenden Basisplatten mit berücksichtigt werden, die nur 1–2 mm Bauhöhe aufweisen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor mit einer optimierten Leiterplatte anzugeben, die insbesondere für die Verwendung in einem flach bauenden Elektromotor geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Leiterplatte mit dem Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Der beschriebene Elektromotor umfasst ein feststehendes Motorbauteil mit einer Basisplatte, die mindestes eine Durchgangsöffnung zwischen einer Oberseite und einer Unterseite der Basisplatte aufweist, ein Rotorbauteil, das relativ zur Basisplatte um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, eine Leiterplatte, die an der Basisplatte angeordnet ist, und eine Statoranordnung mit mehreren Statorwicklungen, die am feststehenden Motorbauteil befestigt ist, wobei die Statorwicklungen mehrere Wicklungsdrähte mit freien Enden umfassen, wobei die freien Enden der Wicklungsdrähte zur Leitplatte geführt und dort mit zugeordneten Anschlussflächen elektrisch verbunden sind.
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Mit der Oberseite der Basisplatte ist dabei diejenige Seite der Basisplatte bezeichnet, die dem Elektromotor zugewandt ist, während die Unterseite auf der dem Elektromotor abgewandten Seite der Basisplatte liegt.
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Erfindungsgemäß weist die Leiterplatte mehrere von der Leiterplatte abstehende, elektrisch isolierende Anschlusshülsen auf, die in jeweils zugeordnete Durchgangsöffnungen der Basisplatte eingeführt sind, wobei die Anschlusshülsen an ihrem Innenumfang mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet sind, welches die Anschlussflächen für die Wicklungsdrähte bildet.
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Die Wicklungsdrähte sind erfindungsgemäß nicht mit entsprechenden Anschlussflächen auf der Oberseite oder der Unterseite der Leiterplatte verbunden, sondern an Anschlussflächen, die am Innenumfang der hohlen Anschlusshülsen gebildet sind. Die in den Abschlusshülsen angeordneten Anschlussflächen sind mit zugeordneten Leiterbahnen der Leiterplatte verbunden. Das Äußere der Anschlusshülsen besteht aus einem elektrisch isolierenden Material. Somit besteht kein elektrischer Kontakt zwischen der Basisplatte und den in den Durchgangsöffnungen der Basisplatte angeordneten Anschlusshülsen. Die Basisplatte besteht in der Regel aus Metall.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Lötverbindungen zur Kontaktierung der Wicklungsdrähte im Inneren der Anschlusshülsen ausgebildet sind und vollständig innerhalb der Basisplatte bzw. Leiterplatte liegen. Somit benötigen die Lötverbindungen keine zusätzliche axiale Bauhöhe. Daher können die Basisplatte und auch der gesamte Elektromotor sehr flach ausgebildet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zur Realisierung der beschriebenen Kontaktierungsart an der Basisplatte keine Veränderungen vorgenommen werden müssen Insbesondere können die Querschnitte der Durchgangsöffnungen klein gehalten werden, was die mechanische Stabilität der Basisplatte nicht beeinträchtigt. Ferner ist eine Berührung der Wicklungsdrähte mit metallischen Motorteilen nahezu ausgeschlossen, so dass elektrische Kurzschlüsse vermieden werden, selbst wenn die Isolation der Wicklungsdrähte beschädigt sein sollte. Ein zusätzliches Isolationsbauteil, beispielsweise eine isolierende Abdeckplatte, ist somit nicht mehr notwendig. Dadurch kann zusätzlicher Bauraum, beziehungsweise ein besonders flach ausgebildeter Elektromotor bereitgestellt werden.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann die Leiterplatte auf der Unterseite der Basisplatte angeordnet sein. Die Leiterplatte weist von ihrer Oberseite abstehende Anschlusshülsen auf, die von der Unterseite der Basisplatte in die Durchgangsöffnungen eingeführt sind. Die Wicklungsdrähte sind von der Oberseite der Basisplatte in die Anschlusshülsen eingeführt und werden vorzugsweise von der Unterseite der Basisplatte mit den in den Anschlusshülsen vorgesehenen Anschlussflächen verlötet. Die Wicklungsdrähte können alternativ von der Oberseite der Basisplatte mit den Anschlussflächen verlötet werden.
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In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Leiterplatte auf der Oberseite der Basisplatte angeordnet und weist von ihrer Unterseite abstehende Anschlusshülsen auf. Die Anschlusshülsen sind von der Oberseite der Basisplatte in die Durchgangsöffnungen eingeführt, wobei die Wicklungsdrähte ebenfalls von der Oberseite der Leiterplatte in die Anschlusshülsen eingeführt sind. Die Wicklungsdrähte werden vorzugsweise von der Unterseite der Basisplatte mit den in den Anschlusshülsen vorgesehenen Anschlussflächen verlötet. Die Wicklungsdrähte können alternativ von der Oberseite der Basisplatte mit den Anschlussflächen verlötet werden.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Leiterplatte nicht an der Basisplatte angeordnet ist, sondern an der Unterseite der Statoranordnung befestigt ist. Es kann ein Abstand zwischen der Leiterplatte und der Basisplatte vorhanden sein, der durch die Anschlusshülsen überbrückt wird, wobei die Anschlusshülsen bis in die Durchgangsbohren hinein reichen und diese vorzugsweise ganz durchdringen.
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Die Anschlusshülsen sind vorzugsweise so weit in die Durchgangsöffnungen eingeführt, dass die freien Enden der Anschlusshülsen bündig mit der Oberfläche der Basisplatte abschließen.
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Um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden enden die Wicklungsdrähte innerhalb der Anschlusshülsen und ragen nicht über die Oberfläche der Basisplatte hinaus In der Regel weist die Statoranordnung mehrere Wicklungsdrähte auf, die jeweils in eine zugeordnete und an der Leiterplatte angeordnete Anschlusshülse geführt und mit der dortigen Anschlussfläche verbunden sind. Bei einem beispielsweise dreiphasigen, permanent erregten Gleichstrommotor sind die Wicklungen beispielsweise in Sternschaltung verdrahtet, so dass vier freie Wicklungsdrähte vorhanden sind, die mit Hilfe von vier Anschlusshülsen mit der Leiterplatte elektrisch kontaktiert werden.
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Ausgewählte Bereiche der Leiterplatte und/oder der Basisplatte, z. B. der Bereich um die Anschlusshülsen, können nach der Verschaltung der Wicklungsdrähte vorzugsweise mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse vergossen werden. Dadurch werden die Bauteile zueinander fixiert und elektrisch isoliert.
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Vorzugsweise ist jede Anschlusshülse in einer separaten Durchgangsöffnung der Basisplatte angeordnet. Alternativ kann es bevorzugt sein, dass die Anschlusshülsen gemeinsam in einer einzigen Durchgangsöffnung der Basisplatte angeordnet sind.
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Ebenso ist es in manchen Ausgestaltungen der Erfindung bevorzugt, wenn die Anschlusshülsen mit der Leiterplatte mechanisch fest oder einteilig verbunden sind. Insbesondere kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Leiterplatte über den Durchgangsöffnungen der Basisplatte angeordnet ist. Dadurch kann die elektrische Verbindung der Anschlusshülsen mit der Leiterplatte durch Verbinden der Leiterbahnen mit der Anschlusshülse, also ohne zusätzliche Verbindungsdrähte, realisiert werden. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Anschlusshülsen einteilig mit auf der Leiterplatte befindlichen Leiterbahnen ausgebildet sind. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Anschlusshülsen mit den Leiterbahnen elektrisch verbunden werden, beispielsweise durch eine Lötverbindung. In weiteren, alternativen Ausgestaltungen der Erfindung kann es zweckmäßig sein, wenn die Leiterplatte zu einer Hülse verformt wird, wodurch die Anschlusshülsen gebildet werden. In diesem Fall bestehen die Anschlusshülsen aus dem elektrisch isolierenden Material der Leiterplatte und auf der Leiterplatte aufgebracht Leiterbahnen können als Anschlussflächen für den Wickeldraht verwendet werden.
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Werden die Wicklungsdrähte jeweils über eine gesonderte Anschlusshülse mit der Leiterplatte verbunden, kann es zum Befestigen der Anschlussdrähte und/oder zum Herstellen der elektrischen Verbindung mit der Leiterplatte bevorzugt sein, dass jeweils ein Wicklungsdraht in eine zugeordnete Anschlusshülse eingeführt wird und die Anschlusshülsen zumindest teilweise mit einem Lot gefüllt werden.
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Dabei kann es besonders bevorzugt sein, dass das in die Anschlusshülsen eingebrachte Lot mittels einer elektrisch isolierenden Vergussmasse abgedeckt wird. Beispielsweise kann nach dem Einbringen des Lots zusätzlich eine isolierende Vergussmasse in die Anschlusshülsen eingebracht werden, so dass die Anschlusshülse vollständig gefüllt ist. Es ist dabei vorteilhaft, wenn die Vergussmasse nicht oder nur geringfügig aus der Anschlusshülse heraus ragt. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn auch Teile der Leiterplatte und insbesondere darauf befindliche Leiterbahnen von der Vergussmasse bedeckt werden. Vorzugsweise ist die Anschlusshülse in oder über einer Durchgangsöffnung der Leiterplatte angeordnet, so dass der Wickeldraht zum Befestigen durch die Anschlusshülse und durch die Durchgangsöffnung der Leiterplatte geführt werden kann. Nach dem Verlöten des Wickeldrahts innerhalb der Anschlusshülse kann der Wickeldraht dann gekürzt werden und das Lot mittels einer Vergussmasse isoliert werden.
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In einer alternativen, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Kontaktflächen zum Befestigen der Wicklungsdrähte in einer einzigen Anschlusshülse angeordnet. Beispielsweise kann dies dadurch erreicht werden, dass eine Leiterplatte verbogen und zu einer Anschlusshülse verformt wird, wobei zwei oder mehr Leiterbahnen in die Anschlusshülse führen. Diese Leiterbahnen können dann bis zu den Anschlussflächen zur Befestigung der Wicklungsdrähte geführt werden oder diese ausbilden.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Festplattenlaufwerk mit mindestens einer Speicherplatte, die von einem Elektromotor der oben beschriebenen Art drehend angetrieben ist. Das Festplattenlaufwerk weist in bekannter Weise eine Schreib- und Leseeinrichtung zum Schreiben und Lesen von Daten auf die bzw. von der Speicherplatte auf sowie ein Gehäuse zur Aufnahme des Elektromotors, der Speicherplatte und der Schreib- und Leseeinrichtung, wobei die Basisplatte des Elektromotors vorzugsweise ein Teil des Gehäuses des Festplattenlaufwerkes ist.
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Der Elektromotor ist außerdem zum Antrieb eines Lüfters geeignet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Hieraus ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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1 zeigt einen Schnitt durch einen Elektromotor und eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leiterplatte.
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2 zeigt eine vergrößerte Darstellung von 1 im Bereich der Leiterplatte.
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3 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer abgewandelten Ausgestaltung der Erfindung.
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4 zeigt eine Ansicht einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leiterplatte, wobei die Leiterplatte über eine einzige Durchgangsbohrung in der Basisplatte mit der Statorwicklung verbunden ist.
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5 zeigt einen Schnitt durch einen Elektromotor entlang der Schnittlinie A-A aus 4.
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6 zeigt eine Detailansicht des Ausschnitts Y der 5.
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7 zeigt eine Ansicht einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leiterplatte, wobei die Leiterplatte über mehrere Durchgangsbohrungen in der Basisplatte mit der Statorwicklung verbunden ist.
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8 zeigt einen Schnitt durch einen Elektromotor entlang der Schnittlinie A-A aus 7.
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9 zeigt eine Detailansicht des Ausschnitts Y der 8.
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10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung einer Anschlusshülse zum Verbinden einer Motorwicklung mit der erfindungsgemäßen Leiterplatte.
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11a zeigt eine Schnittansicht der Anschlusshülse aus 10.
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11b zeigt eine Schnittansicht einer alternativen Ausgestaltung der Anschlusshülse aus den 10 und 11a.
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
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Die 1 zeigt einen Schnitt durch einen Elektromotor 10 zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks.
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Der Elektromotor 10 umfasst eine Basisplatte 12, die ein feststehendes Bauteil des Elektromotors ausbildet. Auf der Basisplatte 12 ist ein Rotorbauteil 14 montiert, das relativ zur Basisplatte 12 um eine Rotationsachse 16 drehbar gelagert ist. Die Drehlagerung des Rotorbauteils 14 erfolgt durch ein fluiddynamisches Lagersystem. In einer Öffnung 13 der Basisplatte 12 ist eine Lagerbuchse 18 des Lagersystems drehfest angeordnet. Diese Lagerbuchse 18 weist eine zentrale Lagerbohrung auf und bildet zusammen mit der Basisplatte 12 das feststehende Bauteil des Elektromotors 10. In die Lagerbohrung der Lagerbuchse 18 ist eine Welle 20 eingesetzt, deren Durchmesser geringfügig, d. h. nur um einige Mikrometer, kleiner ist, als der Durchmesser der Lagerbohrung. Zwischen den Oberflächen der Lagerbuchse 18 und der Welle 20 verbleibt daher ein Lagerspalt 22 von wenigen Mikrometern Breite. Der Lagerspalt ist mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle 20 und der Lagebuchse 18 bilden entlang diese axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspaltes 22 vorzugsweise zwei fluiddynamische Radiallager 24, 26 aus. Die beiden fluiddynamischen Radiallager 24, 26 haben einen geringen axialen Abstand voneinander. Die fluiddynamischen Radiallager 24, 26 sind durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die auf die Oberfläche der Welle 20 und/oder der Lagerbuchse 18 aufgebracht sind. Die Lagerrillenstrukturen üben während der Rotation der Welle 20 eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 22 zwischen der Welle 20 und der Lagerbuchse 18 befindliche Lagerfluid aus, so dass im Lagerspalt 22 ein hydrodynamischer Druck entsteht, der die Radiallager 24, 26 tragfähig macht. Das obere Radiallager 24 hat vorzugsweise leicht asymmetrisch ausgebildete Lagerrillenstrukturen, die das Lagerfluid überwiegend in Richtung des unteren Radiallagers 26 pumpen. Das untere Radiallager 26 umfasst vorzugsweise symmetrisch ausgebildete Lagerrillenstrukturen, die eine gleichmäßige Pumpwirkung in beide Richtungen des Lagerspalts 22 erzeugen.
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Ein freies Ende der Welle 20 ist mit dem Rotorbauteil 14 verbunden, das zusammen mit der Welle 20 rotiert und einen inneren Rand aufweist, der die Lagerbuchse 18 teilweise umgibt. Eine untere, ebene Fläche des Rotorbauteils 14 ist durch einen radial verlaufenden und mit Lagerfluid gefüllten Abschnitt des Lagerspaltes 22 von einer angrenzenden Stirnfläche der Lagerbuchse 18 getrennt. Entlang dieses radial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 22 ist ein fluiddynamisches Axiallager 28 aus. Hierbei ist die entsprechende Stirnfläche der Lagerbuchse 18 und/oder die gegenüberliegende ebene Fläche des Rotorbauteils 14 mit vorzugsweise spiralförmigen Lagerrillenstrukturen versehen. Die Lagerrillenstrukturen des Axiallagers 28 üben bei einer Rotation des Rotorbauteils 14 eine radial nach innen in Richtung des oberen Radiallagers 24 gerichtete Pumpwirkung auf das in einem radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 22 befindliche Lagerfluid aus. Dadurch entsteht im radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 22, zwischen dem Rotorbauteil 14 und der oberen Stirnseite der Lagerbuchse 18, ein hydrodynamischer Druck, der das Axiallager 28 tragfähig macht.
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In der Lagerbuchse 18 kann ein Rezirkulationskanal 30 vorgesehen sein, der einen am radial äußeren Rand des Axiallagers 28 befindlichen Abschnitt des Lagerspalts 22 mit einem unterhalb des unteren Radiallagers 26 befindlichen Abschnitt des Lagerspalts 22 miteinander verbindet und eine Zirkulation des Lagerfluids im Lager unterstützt.
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An der in der Basisplatte 12 befestigten Stirnseite weist die Lagerbuchse 18 eine zur Lagerbohrung konzentrische Aussparung auf, deren Durchmesser deutlich größer ist als der Durchmesser der Lagerbohrung. Die Lagerbuchse 18 ist an dieser Seite durch eine Abdeckplatte 32 verschlossen. Innerhalb der Aussparung der Lagerbuchse 18 ist ein an einem Ende der Welle 20 befestigter Stopperring 34 angeordnet, der einen vergrößerten Außendurchmesser im Vergleich zum Durchmesser der Welle 20 aufweist. Die Aussparung, in welcher der Stopperring 34 angeordnet ist, ist mit dem Lagerspalt 22 sowie dem Rezirkulationskanal 30 verbunden und vollständig mit Lagerfluid gefüllt. Bei einer übermäßigen axialen Bewegung der Welle 20 stößt der Stopperring 34 an einer Stufe der Lagerbuchse 18 an, die durch den Übergang zwischen der Lagerbohrung und der Aussparung gebildet wird. Der Stopperring 34 verhindert dadurch ein Herausfallen der Welle 20 aus der Lagerbuchse 18.
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Am radial äußeren Ende seines radialen Abschnitts geht der Lagerspalt 22 in einen Spalt mit größerem Spaltabstand über, welcher als Dichtungsspalt 36 wirkt und anteilig mit Lagerfluid gefüllt ist. Der Dichtungsspalt 36 erstreckt sich anfänglich ausgehend vom Lagerspalt 22 radial nach außen und geht in einen axialen Abschnitt über, der sich entlang der äußeren Mantelfläche der Lagerbuchse 18 zwischen der Lagerbuchse 18 und dem inneren Rand des Rotorbauteils 14 erstreckt. Die äußere Mantelfläche der Lagerbuchse 18 sowie die innere Mantelfläche des inneren Randes des Rotorbauteils 14 sind weitgehend zylindrisch, jedoch vorzugsweise leicht konisch geneigt, und bilden die Begrenzung des Dichtungsspaltes 36. Dadurch, dass die obere Öffnung des Rezirkulationskanals 30 sehr nahe an der Übergangszone zwischen Lagerfluid und Atmosphäre angeordnet ist, können im Lagerfluid gelöste Luftblasen relativ leicht in die Atmosphäre entweichen.
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An der Basisplatte 12 ist radial außerhalb der Position der Lagerbuchse 18 eine Statoranordnung 38 angeordnet. Die Statoranordnung umfasst ein ferromagnetisches Statorblechpaket 40, welches mehrere Statorwicklungen 42 trägt. Die Statoranordnung 38 ist umgeben von einem äußeren Rand des Rotorbauteils 14, an dessen Innenseite ein ringförmiger Rotormagnet 46 angeordnet ist. Der Rotormagnet 46 umgibt die Statoranordnung 38 in radialer Richtung unter Bildung eines Luftspalts. 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 mit Strom wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das auf den Rotormagneten 46 wirkt und das Rotorbauteil 14 drehend antreibt.
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Unterhalb des Rotormagneten 46 ist vorzugsweise ein ferromagnetischer Metallring 48 angeordnet, der den Rotormagneten 46 in axialer Richtung anzieht, wodurch sich eine nach unten zur Basisplatte 12 hin gerichtete magnetische Kraft ergibt. Diese magnetische Kraft wirkt der axialen Lagerkraft des fluiddynamischen Axiallagers 28 entgegen und dient der axialen Vorspannung des Lagersystems.
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Der Elektromotor ist vorzugsweise Teil eines Festplattenlaufwerks, wobei mindestens eine auf dem Rotorbauteil 14 angeordnete Speicherplatte 58 durch den Elektromotor drehend angetrieben ist. Das Festplattenlaufwerk weist in bekannter Weise eine Schreib- und Leseeinrichtung 60 (nur sehr schematisch dargestellt) zum Schreiben und Lesen von Daten auf die, bzw. und von der, Speicherplatte 58 auf, sowie ein Gehäuse zur Aufnahme des Elektromotors 10, der Speicherplatte 58 und der Schreib- und Leseeinrichtung 60, wobei die Basisplatte 12 des Elektromotors vorzugsweise ein Teil des Gehäuses des Festplattenlaufwerkes ist.
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Wie man in 1 und insbesondere auch in der vergrößerten Darstellung 2 erkennt, werden die Enden der Wicklungsdrähte 44 nach unten aus den Statorwicklungen 42 herausgeführt.
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Zur Kontaktierung der Wicklungsdrähte 44 ist eine elektrische Leiterplatte 51 vorgesehen, die gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung in einer Aussparung 56 an der Unterseite 12b der Basisplatte 12 angeordnet ist. Die Leiterplatte 51 ist beispielsweise auf die Unterseite 12b der Basisplatte aufgeklebt oder mit dieser verschraubt oder lediglich mittels eines Rastmechanismus befestigt.
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In bekannter Weise besteht die Leiterplatte 51 aus einem elektrisch isolierenden Trägermaterial. Auf der Oberseite 51a oder der Unterseite 51b oder auf beiden Seiten der Leiterplatte 51 sind elektrisch leitende Leiterbahnen 52 aufgedruckt oder anderweitig aufgebracht. Ferner sind an der Leiterplatte 51 entsprechende Anschlussflächen zur elektrischen Kontaktierung der Wicklungsdrähte 44 sowie externen Anschlüssen vorhanden.
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Erfindungsgemäß weist die Leiterplatte 51 mehrere Anschlusshülsen 53 auf, die von der Oberfläche der Leiterplatte 51, im gezeigten Beispiel der Oberseite 51a der Leiterplatte 51, abstehen. Die Anschlusshülsen 53 sind vorzugsweise aus demselben elektrisch isolierenden Trägermaterial wie die Leiterplatte 51 hergestellt. Die röhrenförmigen Anschlusshülsen 53 sind an ihrer inneren Umfangsfläche mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet, welches erfindungsgemäß eine elektrische Anschlussfläche zur Kontaktierung der Wicklungsdrähte 44 bildet. Diese Anschlussflächen der Anschlusshülsen 53 sind mit entsprechenden Leiterbahnen der Leiterplatte 51 elektrisch verbunden.
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Die Enden der Wicklungsdrähte 44 müssen von der Oberseite 12a der Basisplatte 12, auf der sich die Statoranordnung 38 befindet, bis zur Leiterplatte 51 geführt werden, die auf der Unterseite 12b der Basisplatte 12 angeordnet ist. Hierzu weist die Basisplatte 12 mehrere Durchgangsöffnungen 50 auf, die vorzugsweise als Bohrungen ausgebildet sein können. Die Durchgangsöffnungen 50 befinden sich im Bereich der Basisplatte 12, an welchem die Leiterplatte 51 angeordnet ist. Jeder Durchgangsöffnung 50 ist eine Anschlusshülse 53 zugeordnet, die von Oberseite 51a der Leiterplatte 51 abstehen und direkt unterhalb der zugeordneten Durchgangsöffnung 50 angeordnet sind. Die Anschlusshülsen 53 sind so positioniert, dass sie in die jeweilige Durchgangsöffnung 50 eingeführt werden können. Der Außendurchmesser der jeweiligen Anschlusshülse 53 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der zugeordneten Durchgangsöffnung 50 so dass die Anschlusshülse 53 mit guter Passung in die Durchgangsöffnung 50 eingeführt werden kann. Die Enden der Anschlusshülsen 53 schließen vorzugsweise bündig mit der Oberfläche der Basisplatte 12, hier demnach die Oberseite 12a der Basisplatte 12, ab
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Die Wicklungsdrähte 44 sind von der Oberseite 12a der Basisplatte 12 in die Anschlusshülsen 53 eingeführt, und werden vorzugsweise von der Unterseite 12b der Basisplatte 12 mit den in den Anschlusshülsen 53 angeordneten Anschlussflächen verlötet. Durch Kapillarwirkung verbleib das verwendete Lötzinn innerhalb der Anschlusshülsen 53 und steht nicht über die Öffnungen der Anschlusshülsen 53 hinaus. Die Wicklungsdrähte 44 enden innerhalb der Anschlusshülsen 53 und sind so gekürzt, dass sie nicht über die Oberseite 12a der Basisplatte 12 hinausragen.
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Die Durchgangsöffnungen 50 und zugeordneten Anschlusshülsen 53 müssen sich nicht direkt unterhalb der entsprechenden Statorwicklung 42 befinden, sondern die Positionen der Statorwicklungen 42 und der zugeordneten Anschlusshülsen 53 können in der Aufsicht seitlich zueinander versetzt sein.
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Die Anschlussflächen, die erfindungsgemäß als hülsenförmige Lötflächen am Innenumfang der Anschlusshülsen 53 ausgebildet sind, liegen vollständig innerhalb der Basisplatte 12 bzw. Leiterplatte 51 und benötigen demnach keine zusätzliche axiale Bauhöhe. Somit können die Basisplatte 12 und auch der gesamte Elektromotor sehr flach ausgebildet werden. Die Aussparung 56 zur Aufnahme der Leiterplatte 51 kann ebenfalls sehr flach ausgeführt werden oder sogar ganz entfallen.
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3 zeigt einen Schnitt durch eine gegenüber den 1 und 2 abgewandelte Ausgestaltung der Erfindung in vergrößerter Darstellung. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Leiterplatte 51 in einer Aussparung 56 auf der Oberseite 12a der Basisplatte 12 direkt unterhalb der Statoranordnung 38 befestigt. Die Aussparung 56 kann auch entfallen. Die Leiterplatte 51 weist Anschlusshülsen 53 auf, die von der Unterseite 51b der Leiterplatte 51 abstehen. Die Anschlusshülsen 53 sind derart ausgebildet und an der Leiterplatte 51 positioniert, dass sie in entsprechend zugeordnete Durchführungsöffnungen 51 der Basisplatte 12 eingeführt werden können und bündig mit der Unterseite 12b der Basisplatte 12 abschließen.
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Die vorzugsweise an der Unterseite der Statoranordnung 38 austretenden Enden der Wicklungsdrähte 44 werden an die Leiterplatte 12 herangeführt und in eine zugeordnete Anschlusshülse 53 eingeführt.
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Die in die Anschlusshülsen 53 eingeführten Enden der Wicklungsdrähte 44 werden vorzugsweise von der Unterseite 12b der Basisplatte 12 mit den Anschlussflächen am Innenumfang der Anschlusshülsen 53 verlötet. Durch Kapillarwirkung verbleib das verwendete Lötzinn innerhalb der Anschlusshülsen 53 und steht nicht über die Öffnungen der Anschlusshülsen 53 hinaus. Die Wicklungsdrähte 44 enden innerhalb der Anschlusshülsen 53 und sind so gekürzt, dass sie nicht über die Unterseite 12b der Basisplatte 12 hinausragen.
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In den 4 bis 6 ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leiterplatte 51 gezeigt, in der die Leiterplatte 51 über Anschlusshülsen 53, die in einer einzigen Durchgangsöffnung 50 der Basisplatte 12 angeordnet sind, mit dem Wicklungsdraht 44 des Elektromotors verbunden ist. In diesem Beispiel ist der Elektromotor zum Antrieb einer oder mehrerer Speicherplatten in einem Festplattenlaufwerk vorgesehen. 4 zeigt dabei einen Ausschnitt der Leiterplatte 51 im Bereich der Durchgangsöffnung 50 in der Basisplatte 12. Die Leiterbahnen werden von den Testanschlüssen der Leiterplatte 51 bis an die Durchgangsöffnung 50 geführt, so dass möglichst wenig Draht zur Verbindung mit den in der Durchgangsbohrung angeordneten Anschlusshülsen 53 nötig ist. Somit kann das Risiko von Kurzschlüssen oder Leckströmen aufgrund einer defekten Drahtisolation minimiert werden. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass überhaupt kein Draht zur elektrischen Verbindung benötigt wird, sondern dass Leiterbahnen 53 bis zu Kontaktflächen geführt werden, wobei jeder Anschlusshülse 53 eine Kontaktfläche zugeordnet und mit dieser elektrisch verbunden ist. In der Schnittansicht der 5 ist die Anordnung der Leiterplatte 51 and der Unterseite 12b der Basisplatte 12, sowie die Anordnung der Anschlusshülsen 53 in der Durchgangsöffnung 50 gut zu erkennen. Zur Befestigung und/oder zur elektrischen Isolation ist die Basisplatte 12 zumindest teilweise mit einer isolierenden Vergussmasse 60 umgossen. Ebenso sind in dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Leiterplatte 51 die Anschlusshülsen 53 im Bereich der Durchgangsöffnung 50 teilweise umgossen. Dadurch kann einerseits die Durchgangsöffnung 50 verschlossen und versiegelt werden und andererseits können die Anschlusshülsen 53 zusätzlich befestigt und an ihrem Außenumfang elektrisch isoliert werden. Am der Leiterplatte 12 abgewandten, axialen Ende der Anschlusshülsen 53 ist jeweils der vom Stator herausgeführt Wickeldraht 44 in die Anschlusshülsen geführt und dort befestigt. Der Ausschnitt Y ist in der 6 nochmals vergrößert dargestellt. Dort ist gut zu erkennen, wie entlang der Leiterplatte 51 die Leiterbahnen 52 bis zu den Anschlusshülsen 53 geführt sind. Ebenso ist gut zu erkennen, wie die Vergussmasse 62 die Leiterplatte 12 und die Anschlusshülsen 53 teilweise bedeckt.
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Die 7 bis 9 zeigen eine weitere, alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leiterplatte, wobei in dieser Ausführung jede Anschlusshülse 53 in einer gesonderten Durchgangsöffnung 50 der Basisplatte 12 angeordnet ist. Wie in der 7 zu sehen ist, sind im Beispiel vier Durchgangsöffnungen 50 vorgesehen, wobei die Leiterbahnen 53 der Leiterplatte 51 wiederum bis zu den Durchgangsöffnungen 50 geführt sind. Entsprechend ist im Schnitt A-A, 8, nur eine Anschlusshülse innerhalb der betreffenden Durchgangsöffnung 50 zu sehen. Das Detail Y der 8 ist nun in der 9 vergrößert dargestellt. Man erkennt, dass in dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leiterplatte die Anschlusshülsen nicht von der Vergussmasse 62 umgossen sind. Da jede Anschlusshülse 53 in einer gesonderten Durchgangsöffnung 50 angeordnet ist, kann auf eine zusätzliche Isolierung und insbesondere auf ein zusätzliches Befestigen durch die Vergussmasse 62 verzichtet werden.
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10 zeigt eine schematische und perspektivische Ansicht einer Anschlusshülse 53 zum Verbinden des Wickeldrahts 44 mit einer erfindungsgemäßen Leiterplatte 51. Die Anschlusshülse 53 ist vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus Kupfer, gefertigt und kann fest oder einteilig mit den Leiterbahnen 52 einer Leiterplatte 51 verbunden sein. Solch eine Ausführung der Anschlusshülse 53 ist in 11a als Schnittansicht dargestellt. Zur elektrischen Isolation ist am Außenumfang eine Isolation 53b, beispielsweise ein elektrisch isolierende Beschichtung, angebracht. Zusätzlich sind im Beispiel die Stirnseiten sowie die Innenseite der Anschlusshülse 53 im Bereich der Stirnseiten von der Isolation 53b bedeckt, so dass lediglich in einem Mittebereich am Innenumfang der Anschlusshülse 53 eine leitende Lötfläche 53a vorhanden ist. Die Isolierung 53b kann sich auch auf die mit der Anschlusshülse 53 verbundene Leiterbahn 52, beziehungsweise Leiterplatte 51, erstrecken.
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Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Anschlusshülse 53 aus einem isolierenden Material gefertigt ist und auf seiner Innenseite eine elektrisch leitende Lötfläche 53a angebracht ist. Dabei ist die Lötfläche 53a, beispielsweise über eine Öffnung in der Anschlusshülse 53, mit einer Leiterbahn 52, beziehungsweise mit der Leiterplatte 51, verbunden. Solch eine Ausgestaltung der Anschlusshülse 53 ist beispielhaft in der 11b dargestellt.
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Nach dem Einführen des Wickeldrahts 44 wird in die Anschlusshülse 53 das Lot 54 eingebracht, so dass der Wickeldraht in der Anschlusshülse 53 befestigt und mit der Lötfläche 53a elektrisch verbunden ist. Zum Führen des Wickeldrahtes 44 ist es dabei vorteilhaft, wenn die Anschlussbuchse 53 in oder über einer Öffnung 51c der Leiterplatte 51 angeordnet ist, so dass der Wickeldraht 44 durch die Leiterplatte 51 durchgeführt und nach dem Einbringen des Lots 55 abgeschnitten werden kann. Auf dieser, der Anschlussbuchse 53 abgewandten Seite der Leiterplatte 51 kann die Lötstelle schließlich durch eine Vergussmasse 62 elektrisch isoliert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektromotor
- 12
- Basisplatte
- 12a
- Oberseite (Basisplatte)
- 12b
- Unterseite (Basisplatte)
- 13
- Öffnung
- 14
- Rotorbauteil
- 16
- Rotationsachse
- 18
- Lagerbuchse
- 20
- Welle
- 22
- Lagerspalt
- 24
- fluiddynamisches Radiallager
- 26
- fluiddynamisches Radiallager
- 28
- fluiddynamisches Axiallager
- 30
- Rezirkulationskanal
- 32
- Abdeckplatte
- 34
- Stopperring
- 36
- Dichtungsspalt
- 38
- Statoranordnung
- 40
- Statorblechpaket
- 42
- Statorwicklung
- 44
- Wicklungsdraht
- 46
- Rotormagnet
- 48
- Metallring
- 50
- Durchgangsöffnung
- 51
- Leiterplatte
- 52
- Leiterbahnen
- 51a
- Oberseite (Leiterplatte)
- 51b
- Unterseite (Leiterplatte)
- 51c
- Öffnung (Leiterplatte)
- 53
- Anschlusshülse (Leiterplatte)
- 53a
- Lötfläche
- 53b
- Isolierung
- 54
- Lot
- 56
- Aussparung (Basisplatte)
- 58
- Speicherplatte
- 60
- Schreib- und Leseeinrichtung
- 62
- Vergussmasse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012016803 A1 [0006]
