DE102015013717A1

DE102015013717A1 - Spindle motor with fluid dynamic bearing system

Info

Publication number: DE102015013717A1
Application number: DE102015013717.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kull
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, mit einer feststehenden Lagerbuchse (14) und einer in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse (14) angeordneten und relativ zur Lagerbuchse (14) um eine Rotationsachse (46) drehbaren Welle (16), wobei Lagerbuchse (14) und Welle (16) zwischen einander zugeordneten Lagerflächen einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (18) ausbilden, wobei die Welle (16) mindestens einen ersten Wellenabschnitt (16a) mit größerem Durchmesser und einen zweiten Wellenabschnitt (16b) mit kleinerem Durchmesser aufweist, und einander zugeordnete Lagerflächen des ersten Wellenabschnitts (16a) und der Lagerbuchse (14) ein erstes fluiddynamisches Radiallager (20) mit Radiallagerrillen (20a) ausbilden, und einander zugeordnete Lagerflächen des zweiten Wellenabschnitts (16b) und der Lagerbuchse (14) ein zweites fluiddynamisches Radiallager (22) mit Radiallagerrillen (22b) ausbilden, wobei eine stirnseitige Fläche des ersten Wellenabschnitts (16a) zusammen mit einer Abdeckplatte (26) ein fluiddynamisches Axiallager (24) mit Axiallagerrillen ausbildet, wobei eine Abdichtung des Lagerspalts (18) mittels eines Dichtungsspalts (30) erfolgt, der zwischen zwei relativ zueinander feststehenden Flächen der Lagerbuchse (14) und einer an der Lagerbuchse angeordneten Abdeckkappe (28) gebildet ist, wobei an einen dritten Wellenabschnitt (16c) eine Nabe (36) angeordnet ist, die durch ein elektromagnetisches Antriebssystem (38, 40) angetrieben ist.The invention relates to a spindle motor with a fluid-dynamic bearing system, comprising a stationary bearing bush (14) and a shaft (16) rotatable about a rotation axis (46) in a bearing bore of the bearing bush (14) and rotatable relative to the bearing bush (14) ) and shaft (16) between mutually associated bearing surfaces form a bearing gap (18) filled with a bearing fluid, wherein the shaft (16) has at least one first shaft portion (16a) of larger diameter and a second shaft portion (16b) of smaller diameter, and mutually associated bearing surfaces of the first shaft portion (16a) and the bearing bush (14) form a first fluid dynamic radial bearing (20) with radial bearing grooves (20a), and associated bearing surfaces of the second shaft portion (16b) and the bearing bush (14) a second fluid dynamic radial bearing ( 22) with radial bearing grooves (22b) form, wherein an end face of the first Wellena a fluid-dynamic thrust bearing (24) with axial bearing grooves is formed along with a cover plate (26), wherein a sealing of the bearing gap (18) by means of a sealing gap (30) between two relatively fixed surfaces of the bearing bush (14) and a covering cap (28) arranged on the bearing bush is formed, wherein a hub (36), which is driven by an electromagnetic drive system (38, 40), is arranged on a third shaft section (16c).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, insbesondere zum Antrieb eines Lüfters oder eines Festplattenlaufwerkes.The invention relates to a spindle motor with fluid dynamic bearing system, in particular for driving a fan or a hard disk drive.

Stand der TechnikState of the art

Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem umfassen im Wesentlichen ein drehbares Motorbauteil, das mittels des fluiddynamischen Lagersystems relativ zu einem feststehenden Motorbauteil drehbar gelagert ist. Das drehbare Motorbauteil wird elektromotorisch angetrieben.Spindle motors with a fluid-dynamic bearing system essentially comprise a rotatable engine component which is rotatably mounted relative to a stationary engine component by means of the fluid-dynamic bearing system. The rotatable engine component is driven by an electric motor.

Eine bekannte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem ist in der DE 10 2011 111 062 A1 offenbart. Dieser Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem umfasst eine feststehende Lagerbuchse und eine Welle, die in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse angeordnet und relativ zur Lagerbuchse um eine Rotationsachse drehbar angetrieben ist. Die Lagerbuchse und die Welle bilden zwischen einander zugeordneten Lagerflächen einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt. Die Welle umfasst mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern, wobei ein erster Abschnitt der Welle mit kleinerem Durchmesser zusammen mit der Lagerbuchse ein erstes fluiddynamisches Radiallager mit Radiallagerrillen ausbildet, und ein zweiter Abschnitt der Welle mit größerem Durchmesser zusammen mit der Lagerbuchse ein zweites fluiddynamisches Radiallager mit Radiallagerrillen ausbildet. Der Durchmesser als auch die Umfangsfläche des zweiten Radiallagers ist gegenüber dem ersten Radiallager vergrößert, wodurch eine große Kippsteifigkeit des Lagersystems erreicht wird.A known embodiment of a spindle motor with fluid dynamic bearing system is in the DE 10 2011 111 062 A1 disclosed. This fluid-dynamic bearing system spindle motor comprises a stationary bearing bush and a shaft which is arranged in a bearing bore of the bearing bush and is rotatably driven relative to the bearing bush about a rotation axis. The bearing bush and the shaft form between bearing surfaces assigned to one another with a bearing fluid filled bearing gap. The shaft includes a plurality of sections of different diameters, wherein a first portion of the smaller diameter shaft forms a first fluid dynamic radial bearing with radial bearing grooves, and a second portion of the larger diameter shaft forms a second fluid dynamic radial bearing with radial bearing grooves together with the bearing bush , The diameter and the peripheral surface of the second radial bearing is enlarged relative to the first radial bearing, whereby a large tilting rigidity of the bearing system is achieved.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen flach bauenden Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem anzugeben, der eine große Steifigkeit aufweist und insbesondere zum Antrieb eines Lüfters geeignet ist.The object of the invention is to provide a flat-build spindle motor with fluid dynamic bearing system, which has a high rigidity and is particularly suitable for driving a fan.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments and modifications of the invention are the subject of the dependent claims.

Der Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem umfasst eine feststehende Lagerbuchse und eine in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse angeordnete und relativ zur Lagerbuchse um eine Rotationsachse drehbare Welle, wobei Lagerbuchse und Welle zwischen einander zugeordneten Lagerflächen einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt ausbilden. Die Welle weist mindestens einen ersten Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser und einen zweiten Wellenabschnitt mit kleinerem Durchmesser auf, wobei einander zugeordnete Lagerflächen des ersten Wellenabschnitts und der Lagerbuchse ein erstes fluiddynamisches Radiallager mit Radiallagerrillen ausbilden, und einander zugeordnete Lagerflächen des zweiten Wellenabschnitts und der Lagerbuchse ein zweites fluiddynamisches Radiallager mit Radiallagerrillen ausbilden, und wobei eine stirnseitige Fläche des ersten Wellenabschnitts zusammen mit einer Abdeckplatte ein fluiddynamisches Axiallager mit Axiallagerrillen ausbildet. Eine Abdichtung des Lagerspalts erfolgt mittels zwei Dichtungsspalten, wobei der erste Dichtungsspalt zwischen zwei relativ zueinander feststehenden Flächen der Lagerbuchse und einer an der Lagerbuchse angeordneten Abdeckkappe gebildet ist und der zweite Dichtungsspalt zwischen Flächen der Abdeckkappe und der Welle gebildet ist, wobei an einen dritten Wellenabschnitt eine Nabe angeordnet ist, die durch ein elektromagnetisches Antriebssystem angetrieben ist.The spindle motor with a fluid-dynamic bearing system comprises a stationary bearing bush and a shaft which is arranged in a bearing bore of the bearing bush and rotatable about a rotation axis relative to the bearing bush, bearing bush and shaft forming bearing gaps filled with a bearing fluid between mutually associated bearing surfaces. The shaft has at least a first shaft portion of larger diameter and a second shaft portion of smaller diameter, wherein mutually associated bearing surfaces of the first shaft portion and the bearing bush forming a first fluid dynamic radial bearing with radial bearing grooves, and associated bearing surfaces of the second shaft portion and the bearing bush a second fluid dynamic Form radial bearings with radial bearing grooves, and wherein an end face of the first shaft portion together with a cover plate forms a fluid dynamic thrust bearing with thrust bearing grooves. A sealing of the bearing gap by means of two sealing gaps, wherein the first sealing gap between two relatively fixed surfaces of the bearing bush and arranged on the bearing bush cap is formed and the second sealing gap between surfaces of the cap and the shaft is formed, wherein a third shaft portion a Hub is arranged, which is driven by an electromagnetic drive system.

Durch diese Bauweise des Spindelmotors wird ein sehr flacher Aufbau des Motors bei größtmöglicher Steifigkeit des Lagersystems erreicht. Durch den verbreiterten Abschnitt der Welle im Bereich des ersten Radiallagers ist einerseits ein separates Stopperbauteil zur Begrenzung der axialen Bewegung der Welle nicht mehr notwendig und andererseits wird die Lagersteifigkeit des Radiallagers erhöht. Durch die Verwendung einer Abdeckkappe ist das Lagerfluid vor Verschmutzung und übermäßiger Verdunstung geschützt, so dass dieser Spindelmotor insbesondere zum Antrieb von Lüftern geeignet ist, da die dort auftretenden Luftströmungen nicht direkt über die Oberfläche des Lagerfluids streichen können.This construction of the spindle motor achieves a very flat construction of the motor with the greatest possible rigidity of the bearing system. Due to the widened portion of the shaft in the region of the first radial bearing on the one hand a separate stopper member for limiting the axial movement of the shaft is no longer necessary and on the other hand, the bearing stiffness of the radial bearing is increased. By using a cap, the bearing fluid is protected from contamination and excessive evaporation, so that this spindle motor is particularly suitable for driving fans, since the air currents occurring there can not paint directly over the surface of the bearing fluid.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Radiallagerrillen des ersten Radiallagers symmetrisch ausgebildet, so dass das in einem ersten Abschnitt des Lagerspalts befindliche Lagerfluid gleichmäßig in beide Richtungen des Lagerspalts gefördert wird. Alternativ können die Radiallagerrillen des ersten Radiallagers asymmetrisch ausgebildet sein derart, dass das in einem ersten Abschnitt des Lagerspalts befindliche Lagerfluid überwiegend in Richtung des zweiten Radiallagers gefördert wird.In a preferred embodiment of the invention, the radial bearing grooves of the first radial bearing are formed symmetrically, so that the bearing fluid located in a first portion of the bearing gap is conveyed uniformly in both directions of the bearing gap. Alternatively, the radial bearing grooves of the first radial bearing may be formed asymmetrically such that the bearing fluid located in a first section of the bearing gap is predominantly conveyed in the direction of the second radial bearing.

Die Radiallagerrillen des zweiten Radiallagers sind vorzugsweise asymmetrisch ausgebildet derart, dass sie das in einem zweiten Abschnitt des Lagerspalts befindliche Lagerfluid überwiegend in Richtung des ersten Radiallagers fördern.The radial bearing grooves of the second radial bearing are preferably asymmetrical in such a way that they promote the bearing fluid located in a second section of the bearing gap predominantly in the direction of the first radial bearing.

Die Radiallagerrillen der beiden Radiallager können vorzugsweise sinusförmig, fischgrätenförmig oder chevronförmig ausgebildet sein und entweder auf der Oberfläche der Welle, der Oberfläche der Lagerbuchse oder den Oberflächen beider Bauteile angeordnet sein. The radial bearing grooves of the two radial bearings may preferably be formed sinusoidal, herringbone or chevron-shaped and be arranged either on the surface of the shaft, the surface of the bearing bush or the surfaces of both components.

Die Axiallagerrillen des Axiallagers sind hingegen vorzugsweise spiralförmig ausgebildet und fördern das in einem scheibenförmigen Abschnitt des Lagerspalts befindliche Lagerfluid radial nach innen in Richtung der Rotationsachse, so dass im Axiallagerspalt ein starker Druck erzeugt wird. Die Axiallagerrillen können auf der Oberfläche der Welle und/oder der Oberfläche der Abdeckplatte angeordnet sein.On the other hand, the axial bearing grooves of the axial bearing are preferably formed spirally and convey the bearing fluid located in a disc-shaped section of the bearing gap radially inward in the direction of the axis of rotation, so that a strong pressure is generated in the axial bearing gap. The thrust bearing grooves may be disposed on the surface of the shaft and / or the surface of the cover plate.

Der Durchmesser des ersten Wellenabschnitts ist deutlich größer als der Durchmesser des zweiten Wellenabschnitts, vorzugsweise mindestens um das 1,1-fache größer.The diameter of the first shaft section is significantly larger than the diameter of the second shaft section, preferably at least 1.1 times larger.

In der Lagerbuchse ist ein Rezirkulationskanal vorhanden, der den Dichtungsspalt mit einem radial verlaufenden Kanal verbindet, der zwischen einer Stirnseite der Lagerbuchse und der Abdeckplatte angeordnet ist. Der radial verlaufene Kanal mündet in den scheibenförmigen Abschnitt des Lagerspalts. Der Rezirkulationskanal verläuft vorzugsweise parallel zur Rotationsachse innerhalb der Lagerbuchse.In the bearing bush, a recirculation passage is provided, which connects the sealing gap with a radially extending channel which is arranged between an end face of the bearing bush and the cover plate. The radially extending channel opens into the disk-shaped portion of the bearing gap. The recirculation passage preferably runs parallel to the axis of rotation within the bearing bush.

Da das erste Radiallager auf einem größeren Durchmesser liegt als das zweite Radiallager erzeugt es deutlich größere Radiallagerkräfte. Daher kann die axiale Länge des ersten Radiallagers kleiner gewählt werden als die axiale Länge des zweiten Radiallagers. Dadurch kann wiederum die Bauhöhe des Lagersystems bzw. des Spindelmotors verringert werden.Since the first radial bearing is located on a larger diameter than the second radial bearing, it generates significantly larger radial bearing forces. Therefore, the axial length of the first radial bearing can be made smaller than the axial length of the second radial bearing. As a result, in turn, the overall height of the storage system or the spindle motor can be reduced.

Die Anzahl der Radiallagerrillen des ersten Radiallagers kann größer sein als die Anzahl der Radiallagerrillen des zweiten Radiallagers. Dies ermöglicht ebenfalls eine Erhöhung der Lagerkräfte des ersten Radiallagers.The number of radial bearing grooves of the first radial bearing may be greater than the number of radial bearing grooves of the second radial bearing. This also allows an increase in the bearing forces of the first radial bearing.

Der erfindungsgemäße Spindelmotor kann sowohl zum Antrieb eines Lüfters als auch eines Festplattenlaufwerks oder für andere Antriebszwecke eingesetzt werden.The spindle motor according to the invention can be used both for driving a fan and a hard disk drive or for other drive purposes.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing figures.

1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem gemäß der Erfindung für den Einsatz in einem Lüfter. 1 shows a preferred embodiment of a spindle motor with fluid dynamic storage system according to the invention for use in a fan.

Der Spindelmotor in 1 umfasst ein feststehendes Gehäuseteil 10 mit einer Öffnung, in welche eine hülsenförmige Motorhalterung 12 eingesetzt ist, welche die Motorkomponenten des Spindelmotors trägt. Die Motorhalterung 12 ist beispielsweise mit dem Gehäuseteil 10 verschweißt, verpresst oder verklebt. In der durch die Motorhalterung 12 gebildeten Öffnung ist eine Lagerbuchse 14 angeordnet, die beispielsweise in die Motorhalterung 12 eingefügt und/oder mit Klebstoff befestigt ist. Die Lagerbuchse 14 weist eine abgestufte axiale zylindrische Bohrung auf, in welcher eine Welle 16 drehbar aufgenommen ist. Die Welle 16 weist drei Wellenabschnitte 16a–16c mit unterschiedlichen Durchmessern auf.The spindle motor in 1 includes a fixed housing part 10 with an opening into which a sleeve-shaped motor mount 12 is inserted, which carries the engine components of the spindle motor. The engine mount 12 is for example with the housing part 10 welded, pressed or glued. In through the engine mount 12 formed opening is a bearing bush 14 arranged, for example, in the engine mount 12 inserted and / or fixed with adhesive. The bearing bush 14 has a stepped axial cylindrical bore, in which a shaft 16 is received rotatably. The wave 16 has three shaft sections 16a - 16c with different diameters.

Ein erster Wellenabschnitt 16a mit größerem Durchmesser und ein zweiter Wellenabschnitt 16b mit kleinerem Durchmesser sind in der Lagerbohrung der Lagerbuchse 14 aufgenommen, wobei die Lagerbohrung entsprechend den Durchmessern der Wellenabschnitte 16a, 16b abgestuft ausgebildet ist. Die entsprechenden Abschnitte der Lagerbohrung sind im Durchmesser geringfügig größer als die Wellenabschnitte 16a und 16b der Welle 16, so dass sich zwischen den Abschnitten 16a und 16b der Welle 16 und den angrenzenden Abschnitten der Lagerbohrung entsprechende Abschnitte 18a und 18b eines Lagerspaltes 18 ergeben. Der erste Abschnitt 18a des Lagerspalts 18 befindet sich auf einem deutlich größeren Durchmesser als der zweite Abschnitt 18b des Lagerspalts 18. Die beiden Abschnitte 18a, 18b des Lagerspalts weisen eine Spaltbreite von wenigen Mikrometern auf. Der gesamte Lagerspalt 18 ist mit einem geeigneten Lagerfluid, z. B. einem Lageröl, gefüllt.A first wave section 16a with a larger diameter and a second shaft section 16b with smaller diameter are in the bearing bore of the bearing bush 14 taken, wherein the bearing bore corresponding to the diameters of the shaft sections 16a . 16b is formed graduated. The corresponding portions of the bearing bore are slightly larger in diameter than the shaft portions 16a and 16b the wave 16 so that is between the sections 16a and 16b the wave 16 and the adjacent portions of the bearing bore corresponding sections 18a and 18b a storage gap 18 result. The first paragraph 18a of the storage gap 18 is on a much larger diameter than the second section 18b of the storage gap 18 , The two sections 18a . 18b of the bearing gap have a gap width of a few micrometers. The entire bearing gap 18 is with a suitable bearing fluid, eg. As a bearing oil filled.

Entlang des ersten Abschnittes 18a des Lagerspaltes 18 ist ein erstes fluiddynamisches Radiallager 20 angeordnet, das durch Radiallagerrillen 20a gekennzeichnet ist. Entlang des zweiten Abschnitts 18b des Lagerspaltes 18 ist ein zweites fluiddynamisches Radiallager 22 angeordnet, welches durch Radiallagerrillen 22a gekennzeichnet ist. Die Radiallagerrillen 20a, 22a der beiden Radiallager 20, 22 können sowohl auf der Oberfläche der Lagerbohrung der Lagerbuchse 14 als auch auf der Oberfläche der Welle 16 oder auf der Oberfläche beider Teile 14, 16 angeordnet sein.Along the first section 18a of the storage gap 18 is a first fluid dynamic radial bearing 20 arranged by radial bearing grooves 20a is marked. Along the second section 18b of the storage gap 18 is a second fluid dynamic radial bearing 22 arranged, which by radial bearing grooves 22a is marked. The radial bearing grooves 20a . 22a the two radial bearings 20 . 22 can both on the surface of the bearing bore of the bearing bush 14 as well as on the surface of the shaft 16 or on the surface of both parts 14 . 16 be arranged.

Die Radiallagerrillen 20a des ersten Radiallagers 20 sind vorzugsweise symmetrisch ausgebildet, so dass sie das in dem ersten Abschnitt 18a des Lagerspalts 18 befindliche Lagerfluid gleichmäßig in beide Richtungen des Lagerspalts fördern. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können die Radiallagerrillen des ersten Radiallagers asymmetrisch ausgebildet sein, und das in dem ersten Abschnitt des Lagerspalts befindliche Lagerfluid überwiegend in Richtung des zweiten Radiallagers fördern (nicht zeichnerisch dargestellt).The radial bearing grooves 20a of the first radial bearing 20 are preferably formed symmetrically, so that they in the first section 18a of the storage gap 18 promote bearing fluid evenly in both directions of the bearing gap. In another embodiment of the invention, the radial bearing grooves of the first radial bearing may be formed asymmetrically, and promote the located in the first portion of the bearing gap bearing fluid predominantly in the direction of the second radial bearing (not shown in the drawing).

Die Radiallagerrillen 22a des zweiten Radiallagers 22 sind vorzugsweise asymmetrisch ausgebildet und fördern das in einem zweiten Abschnitt 18b des Lagerspalts 18 befindliche Lagerfluid überwiegend in Richtung des ersten Radiallagers 20. The radial bearing grooves 22a of the second radial bearing 22 are preferably formed asymmetrically and promote that in a second section 18b of the storage gap 18 located bearing fluid mainly in the direction of the first radial bearing 20 ,

Zwischen den beiden Radiallagern 20, 22 bilden die Welle 16 und die Lagerbohrung eine Stufe aus, wobei sich im Bereich der Stufe ein radial verlaufender kurzer Abschnitt 18c des Lagerspaltes 18 ergibt, der die beiden Abschnitte 18a und 18b des Lagerspalts miteinander verbindet. Die Stufe dient als Anschlagfläche, die eine übermäßige axiale Bewegung der Welle 16 begrenzt und ein Herausfallen der Welle 16 aus der Lagerbuchse 14 verhindert.Between the two radial bearings 20 . 22 form the wave 16 and the bearing bore from a step, wherein in the region of the step, a radially extending short section 18c of the storage gap 18 that yields the two sections 18a and 18b of the storage gap connects. The stage serves as a stop surface, which is an excessive axial movement of the shaft 16 limited and falling out of the shaft 16 from the bushing 14 prevented.

Zwischen dem ersten Wellenabschnitt 16a und dem zweiten Wellenabschnitt 16b weist die Welle 16 einen umlaufenden Einstich 21 auf.Between the first shaft section 16a and the second shaft portion 16b shows the wave 16 a circumferential puncture 21 on.

Unterhalb des ersten Wellenabschnitts 16a der Welle 16 ist die Lagerbohrung durch eine Abdeckplatte 26 luftdicht verschlossen. Zwischen der unteren Stirnseite des ersten Wellenabschnitts 16a und der Abdeckplatte 26 ist ein scheibenförmiger Abschnitt 18d des Lagerspaltes 18 angeordnet, der in radialer Richtung verläuft, wobei entlang dieses Abschnitts 18d des Lagerspalts 18 ein fluiddynamisches Axiallager 24 gebildet ist. Das Axiallager 24 ist durch Axiallagerrillen gekennzeichnet, die auf der unteren Stirnseite des ersten Wellenabschnitts 16a und/oder der der gegenüberliegenden Oberfläche der Abdeckplatte 26 angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Axiallagerrillen auf der Oberfläche der Abdeckplatte angeordnet. Die Axiallagerrillen des Axiallagers 24 sind vorzugsweise spiralförmig ausgebildet und fördern das in dem scheibenförmigen Abschnitt 18d des Lagerspalts 18 befindliche Lagerfluid radial nach innen in Richtung der Rotationsachse 46.Below the first shaft section 16a the wave 16 is the bearing bore through a cover plate 26 hermetically sealed. Between the lower end of the first shaft section 16a and the cover plate 26 is a disk-shaped section 18d of the storage gap 18 arranged, which extends in the radial direction, wherein along this section 18d of the storage gap 18 a fluid dynamic thrust bearing 24 is formed. The thrust bearing 24 is characterized by thrust bearing grooves located on the lower face of the first shaft section 16a and / or the opposite surface of the cover plate 26 are arranged. Preferably, the thrust bearing grooves are arranged on the surface of the cover plate. The thrust bearing grooves of the thrust bearing 24 are preferably formed spirally and promote that in the disc-shaped portion 18d of the storage gap 18 located bearing fluid radially inward in the direction of the axis of rotation 46 ,

Ein dritter Wellenabschnitt 16c, der beispielsweise den geringsten Durchmesser aller Wellenabschnitte 16a–16c aufweist, ist mit einer Nabe 36 verbunden, die beispielsweise auf den dritten Wellenabschnitt 16c aufgepresst ist.A third wave section 16c , for example, the smallest diameter of all shaft sections 16a - 16c has, is with a hub 36 connected, for example, to the third shaft section 16c is pressed on.

Die Nabe 36 weist einen Rand auf, an dessen innerer Umfangsfläche ein ringförmiger Rotormagnet 38 mit einer Mehrzahl von Polpaaren angeordnet ist. Der Rotormagnet 38 ist durch einen Arbeitsluftspalt von der Statoranordnung 40 beabstandet. Die Statoranordnung 40 erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches den Rotormagnet 38 zusammen mit der Nabe 36 und der Welle 16 in Drehung versetzt. Die Stromversorgung der Statorwicklungen erfolgt beispielsweise über eine elektrische Leiterplatte 44.The hub 36 has an edge, on whose inner peripheral surface an annular rotor magnet 38 is arranged with a plurality of pole pairs. The rotor magnet 38 is through a working air gap of the stator assembly 40 spaced. The stator arrangement 40 generates an alternating electromagnetic field, which is the rotor magnet 38 together with the hub 36 and the wave 16 set in rotation. The power supply of the stator windings, for example via an electrical circuit board 44 ,

Sobald die Nabe 36 und somit auch die Welle 16 in Rotation versetzt werden, baut sich im Lagerspalt 18 aufgrund der Lagerrillenstrukturen ein fluiddynamischer Druck auf, so dass die Lager tragfähig werden.Once the hub 36 and thus also the wave 16 be set in rotation, builds in the bearing gap 18 due to the Lagerrillenstrukturen a fluid dynamic pressure, so that the bearings are sustainable.

Der dritte Wellenabschnitt 16c ist aus der Lagerbuchse 14 herausgeführt. Die Lagerbuchse 14 ist an diesem Ende durch eine Abdeckkappe 28 abgedeckt, die die Stirnseite der Lagerbuchse 14 sowie einen Teil des sich anschließenden Außenumfangs der Lagerbuchse 14 überdeckt. Zwischen der Stirnseite der Lagerbuchse 14 und dem Boden der Abdeckkappe 28 ist ein Abstand vorgesehen, dessen Größe durch einen oder vorzugsweise mehrere Abstandshalter 28a bestimmt wird. Die Abstandshalter 28a sind vorzugsweise aus dem Material der Abdeckkappe 28 ausgeformt, können aber auch als Teil der Lagerbuchse 14 oder als separate Teile ausgebildet sein. Zwischen der Stirnseite der Lagerbuchse 14 und dem Boden der Abdeckkappe 28 bildet sich durch den eingehaltenen Abstand ein ringförmiger erster Dichtungsspalt 30, der an seinem radial innen liegenden Ende mit dem Lagerspalt 18 verbunden ist und im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse des Lagers verläuft. Der Dichtungsspalt 30 hat eine axiale Ausdehnung von vorzugsweise einige zehn Mikrometer, wobei sich dessen Querschnitt vorzugsweise radial nach außen aufweitet.The third wave section 16c is from the bushing 14 led out. The bearing bush 14 is at this end by a cap 28 covered the front of the bearing bush 14 and a part of the adjoining outer circumference of the bearing bush 14 covered. Between the front of the bearing bush 14 and the bottom of the cap 28 is provided a distance whose size by one or preferably a plurality of spacers 28a is determined. The spacers 28a are preferably made of the material of the cap 28 formed, but also as part of the bearing bush 14 or be formed as separate parts. Between the front of the bearing bush 14 and the bottom of the cap 28 forms by the distance maintained an annular first sealing gap 30 , which at its radially inner end with the bearing gap 18 is connected and extends substantially perpendicular to the axis of rotation of the bearing. The sealing gap 30 has an axial extent of preferably several tens of microns, with its cross-section preferably expanding radially outward.

Zwischen dem Außenumfang der Lagerbuche 14 und der diesen Bereich der Lagerbuchse 14 umgebenden Abdeckkappe 28 ist ein Reservoir 32 für das Lagerfluid angeordnet. Das Reservoir 32 ist über den ringförmigen ersten Dichtungsspalt 30 direkt mit dem Lagerspalt 18 verbunden. Das Reservoir 32 wird dadurch gebildet, dass der Außenumfang der Lagerbuchse 14 vorzugsweise einen Freistich in Form einer umlaufenden, sich in axialer Richtung konisch aufweitenden Aussparung aufweist. Zwischen der Abdeckkappe 28 und der Lagerbuchse 14 bildet sich dadurch ein konzentrischer, kegelförmiger Ringraum, der in einem Winkel bezüglich der Rotationsachse verläuft.Between the outer circumference of the bearing bush 14 and this area of the bearing bush 14 surrounding cap 28 is a reservoir 32 arranged for the bearing fluid. The reservoir 32 is above the annular first sealing gap 30 directly with the bearing gap 18 connected. The reservoir 32 is formed by the fact that the outer circumference of the bearing bush 14 preferably has an undercut in the form of a circumferential, conically widening in the axial direction recess. Between the cap 28 and the bearing bush 14 thereby forms a concentric, conical annular space which extends at an angle with respect to the axis of rotation.

Die Abdeckkappe 28 weist mindestens eine Öffnung 28b zur Entlüftung des Reservoirs 32 beim Aufpressen der Abdeckkappe 28 auf die Lagerbuchse 14 auf.The cap 28 has at least one opening 28b for venting the reservoir 32 when pressing the cap 28 on the bearing bush 14 on.

Der erste Dichtungsspalt 30 und das Reservoir 32 sind in vorteilhafter Weise zwischen zwei relativ zueinander feststehenden Flächen der Lagerbuchse 14 und der Abdeckkappe 28 ausgebildet. Dadurch entsteht keine Fluidreibung im ersten Dichtungsspalt 30 und Reservoir 32, da die Oberflächen still stehen. Ferner sind erster Dichtungsspalt 30 und Reservoir 32 durch die Abdeckkappe 28 gut geschützt und unempfindlich gegen den vom Lüfter erzeugten Luftstrom. Dadurch kann eine Verschmutzung und eine Verdunstung des Lagerfluids gering gehalten werden.The first sealing gap 30 and the reservoir 32 are advantageously between two relatively fixed surfaces of the bearing bush 14 and the cap 28 educated. This results in no fluid friction in the first sealing gap 30 and reservoir 32 because the surfaces are still. Furthermore, first sealing gap 30 and reservoir 32 through the cap 28 well protected and insensitive to the airflow generated by the fan. As a result, contamination and evaporation of the bearing fluid can be kept low.

Ein zweiter deutlich kürzerer Dichtungsspalt 31 ist zwischen den Flächen der Abdeckkappe 28 und der Welle 16 ausgebildet. Die Fläche der Abdeckkappe 28 verläuft dabei parallel zur Rotationsachse 46 während die Fläche der Welle 16 eine Schräge aufweise kann, wodurch sich ein konischer Querschnitt des zweiten Dichtungsspalts 31 ergibt. A second, significantly shorter sealing gap 31 is between the surfaces of the cap 28 and the wave 16 educated. The area of the cap 28 runs parallel to the axis of rotation 46 while the area of the shaft 16 may have a slope, resulting in a conical cross section of the second sealing gap 31 results.

Vorzugsweise ist in der Lagerbuchse 14 ein Rezirkulationskanal 34 vorhanden, der den ersten Dichtungsspalt 30 mit einem radial verlaufenden Kanal 48 verbindet, der zwischen einer Stirnseite der Lagerbuchse 14 und der Abdeckplatte 26 angeordnet ist. Der Kanal 48 verbindet den Rezirkulationskanal 34 mit dem scheibenförmigen Abschnitt 18d des Lagerspalts 18. Der Rezirkulationskanal 34 ermöglicht eine kontinuierliche Durchspülung des Lagersystems mit Lagerfluid Das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors wird gebildet durch die an der Motorhalterung 12 angeordnete Statoranordnung 40 und einen die Statoranordnung in einem Abstand umgebenden, ringförmigen Rotormagneten 38, der an einer inneren Umfangsfläche der Nabe 36 angeordnet ist.Preferably, in the bearing bush 14 a recirculation channel 34 present, the first sealing gap 30 with a radially extending channel 48 connects, between an end face of the bearing bush 14 and the cover plate 26 is arranged. The channel 48 connects the recirculation channel 34 with the disc-shaped section 18d of the storage gap 18 , The recirculation channel 34 allows a continuous flushing of the bearing system with bearing fluid The electromagnetic drive system of the spindle motor is formed by the on the motor mount 12 arranged stator arrangement 40 and an annular rotor magnet surrounding the stator assembly at a distance 38 attached to an inner circumferential surface of the hub 36 is arranged.

Als Gegenlager zu dem einzigen und einseitig wirkenden fluiddynamischen Axiallager 24 ist ein axialer Versatz zwischen den magnetischen Mitten des Rotormagneten 38 und der Statoranordnung 40 (ein so genannter magnetischer Offset) vorgesehen. Hierbei liegt die magnetische Mitte des Rotormagneten 38 weiter oben in Richtung der Oberseite der Nabe 36 als die magnetische Mitte der Statoranordnung 40, so dass die Nabe 36 entgegen der Kraft des fluiddynamischen Axiallagers 24 nach unten gezogen wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein unterhalb des Rotormagneten angeordneter ferromagnetischer Zugring vorgesehen sein. Der ferromagnetische Zugring wird von dem Rotormagneten magnetisch angezogen und erzeugt eine axiale Kraft auf die Nabe, die entgegengesetzt zu der durch das fluiddynamische Axiallager 24 erzeugten Kraft gerichtet ist. Diese axiale Kraft kann auch dadurch erreicht werden, in dem das Gehäuseteil aus Stahl gefertigt ist und somit ebenfalls von dem Rotormagneten angezogen wird.As an abutment to the single and unidirectional fluid dynamic thrust bearing 24 is an axial offset between the magnetic centers of the rotor magnet 38 and the stator assembly 40 (a so-called magnetic offset) provided. This is the magnetic center of the rotor magnet 38 further up towards the top of the hub 36 as the magnetic center of the stator assembly 40 so the hub 36 against the force of the fluid dynamic thrust bearing 24 is pulled down. Alternatively or additionally, a ferromagnetic pull ring arranged below the rotor magnet may be provided. The ferromagnetic pull ring is magnetically attracted to the rotor magnet and generates an axial force on the hub opposite to that through the fluid dynamic thrust bearing 24 directed force is directed. This axial force can also be achieved in that the housing part is made of steel and thus also attracted by the rotor magnet.

1 zeigt den Spindelmotor als Antrieb für einen Lüfter, wobei direkt an der Nabe 36 ein Lüfterrad 42 befestigt ist. Alternativ kann die Nabe selbst als Lüfterrad ausgebildet sein. 1 shows the spindle motor as a drive for a fan, being directly on the hub 36 a fan 42 is attached. Alternatively, the hub itself may be designed as a fan.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Gehäuseteilhousing part
1212: Motorhalterungengine mount
1414: Lagerbuchsebearing bush
1616: Wellewave
16a–c16a-c: Wellenabschnitteshaft sections
1818: Lagerspaltbearing gap
18a–d18a-d: Abschnitte des LagerspaltsSections of the storage gap
2020: Fluiddynamisches RadiallagerFluid dynamic radial bearing
20a20a: RadiallagerrillenRadial grooves
2121: Einstichpuncture
2222: Fluiddynamisches RadiallagerFluid dynamic radial bearing
22a22a: RadiallagerrillenRadial grooves
2424: Fluiddynamisches AxiallagerFluid dynamic thrust bearing
2626: Abdeckplattecover
2828: Abdeckkappecap
28a28a: Abstandhalterspacer
28b28b: Öffnungopening
3030: Dichtungsspaltseal gap
3131: Dichtungsspaltseal gap
3232: Reservoirreservoir
3434: Rezirkulationskanalrecirculation
3636: Nabehub
3838: Permanentmagnetpermanent magnet
4040: Statoranordnungstator
4242: Lüfterradfan
4444: Elektrische LeiterplatteElectrical circuit board
4646: Rotationsachseaxis of rotation
4848: Kanalchannel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011111062 A1 [0003]

Claims

Spindle motor with fluid-dynamic bearing system, with a fixed bearing bush ( 14 ) and one in a bearing bore of the bearing bush ( 14 ) and relative to the bearing bush ( 14 ) about a rotation axis ( 46 ) rotatable shaft ( 16 ), bearing bush ( 14 ) and wave ( 16 ) between bearing surfaces assigned to one another with a bearing fluid filled bearing gap ( 18 ), the wave ( 16 ) at least one first shaft section ( 16a ) with a larger diameter and a second shaft section ( 16b ) having smaller diameter, and associated bearing surfaces of the first shaft portion ( 16a ) and the bearing bush ( 14 ) a first fluid dynamic radial bearing ( 20 ) with radial bearing grooves ( 20a ) and mutually associated bearing surfaces of the second shaft portion ( 16b ) and the bearing bush ( 14 ) a second fluid dynamic radial bearing ( 22 ) with radial bearing grooves ( 22b ), wherein an end surface of the first shaft portion ( 16a ) together with a cover plate ( 26 ) a fluid dynamic thrust bearing ( 24 formed with axial bearing grooves, wherein a seal of the bearing gap ( 18 ) by means of two sealing gaps ( 30 . 31 ), wherein the first sealing gap ( 30 ) between two relatively fixed surfaces of the bearing bush ( 14 ) and arranged on the bearing bush cover ( 28 ) is formed and the second sealing gap ( 31 ) between surfaces of the cap ( 28 ) and the wave ( 16 ) is formed, wherein at a third shaft portion ( 16c ) a hub ( 36 ) arranged by an electromagnetic drive system ( 38 . 40 ) is driven.

Spindle motor according to claim 1, characterized in that the radial bearing grooves ( 20a ) of the first radial bearing ( 20 ) are formed symmetrically and in a first section ( 18a ) of the storage gap ( 18 ) promote bearing fluid evenly in both directions of the bearing gap.

A spindle motor according to claim 1, characterized in that the radial bearing grooves ( 20a ) of the first radial bearing ( 20 ) are formed asymmetrically and in a first section ( 18a ) of the storage gap ( 18 ) located bearing fluid predominantly in the direction of the second radial bearing ( 22 ).

Spindle motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the radial bearing grooves ( 22a ) of the second radial bearing ( 22 ) are formed asymmetrically and in a second section ( 18b ) of the storage gap ( 18 ) located bearing fluid predominantly in the direction of the first radial bearing ( 20 ).

Spindle motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the axial bearing grooves of the thrust bearing ( 24 ) are spirally formed and in a disc-shaped section ( 18d ) of the storage gap ( 18 ) located bearing fluid radially inwardly in the direction of the axis of rotation ( 46 ).

Spindle motor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the diameter of the first shaft portion ( 16a ) is at least 1.1 times larger than the diameter of the second shaft section ( 16b ).

Spindle motor according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the bearing bush ( 14 ) a recirculation channel ( 34 ) is present, the sealing gap ( 30 ) with a radially extending channel ( 48 ), which between one end face of the bearing bush ( 14 ) and the cover plate ( 26 ) and the recirculation channel ( 34 ) with the disk-shaped section ( 18d ) of the storage gap ( 18 ) connects.

Spindle motor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the axial length of the first radial bearing ( 20 ) is smaller than the axial length of the second radial bearing ( 22 ).

Spindle motor according to one of claims 1 to 8, characterized in that the number of radial bearing grooves ( 20a ) of the first radial bearing ( 20 ) is greater than the number of radial bearing grooves ( 22a ) of the second radial bearing ( 22 ).

Fan with a spindle motor according to one of claims 1 to 9.

Hard disk drive with a spindle motor according to one of claims 1 to 9.