DE102018129709A1 - Spindelmotor - Google Patents

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DE102018129709A1 DE102018129709.2A DE102018129709A DE102018129709A1 DE 102018129709 A1 DE102018129709 A1 DE 102018129709A1 DE 102018129709 A DE102018129709 A DE 102018129709A DE 102018129709 A1 DE102018129709 A1 DE 102018129709A1
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fluid dynamic
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Andreas Kull
Chunhui Gu
Lei Jiang
Oliver Vogt
Fumiyasu Higuchi
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MinebeaMitsumi Inc
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, umfassend: ein feststehendes Motorbauteil,ein um eine Rotationsachse (18) drehbar gelagertes Motorbauteil,ein elektromagnetisches Antriebssystem,einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (16) mit einem offenen Ende,wobei zwischen einer Lagerbuchse (10) des feststehenden Motorbauteils und einer Welle (12) des drehbaren Motorbauteils ein axial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts (16) angeordnet ist, entlang dessen ein erstes (20) und ein zweites fluiddynamisches Radiallager (22) in einem axialen Abstand voneinander angeordnet sind, und zwischen einem mit der Welle (12) verbundenen Lagerbauteil (24) und der Lagerbuchse (10) mindestens ein erster radial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts (16) angeordnet ist, entlang dessen mindestens ein erstes fluiddynamisches Axiallager (26) vorgesehen ist, und einen Dichtungsspalt (42), der das offene Ende des Lagerspalts (16) abdichtet und der zumindest teilweise parallel zur Rotationachse (18) angeordnet ist und in axialer Richtung mit dem axialen Abschnitt des Lagerspalts (16) überlappt, wobei der Durchmesser der Welle (12) größer oder gleich 3 mm beträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Spindelmotoren in Form von permanentmagnetisch erregten Gleichstrommaschinen werden insbesondere zum Antrieb von Festplattenlaufwerken, Lüftern und optoelektronischen Geräten, beispielsweise Laserscannern verwendet.
  • Ein Spindelmotor für den Antrieb eines Festplattenlaufwerks ist beispielsweise aus der DE 10 2012 020 228 A1 bekannt. In dieser Veröffentlichung ist ein sogenanntes Single-Plate-Lager zur Drehlagerung eines Spindelmotors beschrieben. Das Single-Plate-Lager umfasst eine Lagerbuchse und eine in der Lagerbuchse drehbar angeordnete Welle, zwischen denen ein mit Lagerfluid gefüllter Lagerspalt angeordnet ist. Neben zwei fluiddynamischen Radiallagern, die entlang eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts angeordnet sind, ist an einem Ende der Welle eine Druckplatte angeordnet. Die beiden Stirnflächen der Druckplatte bilden mit entsprechenden Gegenflächen der Lagerbuchse bzw. einer Gegenplatte zwei einander entgegengesetzt gerichtete fluiddynamische Axiallager. Die beiden Stirnflächen der Druckplatte begrenzen jeweils radial verlaufende Abschnitte des Lagerspalts. Derartige Single-Plate-Lager sind sehr zuverlässig und werden in Festplattenlaufwerken häufig eingesetzt. Ein Nachteil dieser Spindelmotoren mit Single-Plate-Lagersystem ist der relativ hohe Stromverbrauch aufgrund von jeweils zwei fluiddynamischen Axiallagern und zwei fluiddynamischen Radiallagern. Ein weiterer Nachteil ist das relativ kleine Reservoir für das Lagerfluid, aus welchem verdunstendes Lagerfluid ersetzt wird. Das Volumen des Fluidreservoirs bestimmt unter anderem die Lebensdauer des Spindelmotors. Ein weiterer Nachteil eines Single-Plate-Lagersystems für Spindelmotoren ist, dass dieses Lagersystem keine Möglichkeit der Zirkulation des Lagerfluids im Lager umfasst, sodass Luftblasen, die in das Lager eindringen bzw. bereits im Lagerfluid gelöst waren, im Lager verbleiben und nicht entweichen können. Solche Luftblasen können sich im Lagerspalt sammeln und das Lager beschädigen, da dieses im Bereich der Luftblasen trocken läuft.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem zu verbessern, insbesondere den Lagerwiderstand und damit den Stromverbrauch des Spindelmotors, die Zirkulation des Lagerfluids, die Lagersteifigkeit sowie die Lebensdauer des Lagers.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Der Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem umfasst ein feststehendes Motorbauteil, welches eine Basisplatte und eine in der Basisplatte angeordnete Lagerbuchse des fluiddynamischen Lagersystems umfasst, und ein um eine Rotationsachse drehbares Motorbauteil, welches eine in der Lagerbuchse drehbar gelagerte Welle und ein mit der Welle verbundenes Rotorbauteil und/oder eine Nabe umfasst. Ferner ist ein elektromagnetisches Antriebssystem vorhanden, bestehend aus einer am feststehenden Motorbauteil angeordneten Statoranordnung und einem am drehbaren Motorbauteil angeordneten Permanentmagneten. Ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt weist ein offenes Ende auf, wobei zwischen der Lagerbuchse und der Welle ein axial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts angeordnet ist, entlang des axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts ein erstes und ein zweites fluiddynamisches Radiallager in einem axialen Abstand voneinander angeordnet sind und zwischen einem mit der Welle verbundenen Lagerbauteil und der Lagerbuchse mindestens ein erster radial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts angeordnet ist, entlang dessen mindestens ein erstes fluiddynamisches Axiallager vorgesehen ist. Ein Dichtungsspalt dichtet das offene Ende des Lagerspalts ab, wobei der Dichtungsspalt zumindest teilweise parallel zur Rotationachse angeordnet ist und in axialer Richtung mit dem axialen Abschnitt des Lagerspalts überlappt. Erfindungsgemäß ist der Durchmesser der Welle größer oder gleich 3 mm.
  • Durch den großen Wellendurchmesser von größer oder gleich 3 mm, und insbesondere bevorzugt größer oder gleich 3,5 mm ergibt sich eine hohe Lagersteifigkeit. Im Vergleich zu anderen Single-Plate-Lagern in Spindelmotoren zum Antrieb von 2,5-Zoll-Festplattenlaufwerken ist der Durchmesser der Welle deutlich größer, sodass sich die Lagersteifigkeit erhöht.
  • Weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass das offene Ende des Lagersystems durch einen Dichtungsspalt abgedichtet ist, der nicht wie beim Single-Plate-Lager im Anschluss an den Lagerspalt in axialer Verlängerung angeordnet ist, sondern über einen radialen Abschnitt des Lagerspalts mit dem Lagerspalt verbunden ist. Der Dichtungsspalt verläuft in axialer Richtung parallel zum Axialabschnitt des Lagerspalts und überlappt in axialer Richtung mit dem Lagerspalt, sodass die Lagerlänge durch die Anordnung des Dichtungsspalts nicht verkürzt wird.
  • Da der Dichtungsspalt ringförmig und radial außerhalb des axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts und überlappend mit dem Lagerspalt angeordnet ist, kann der Dichtungsspalt ein sehr viel größeres Volumen aufweisen als vergleichsweise bei einem Single-Plate-Lager, sodass die Lebensdauer des Lagers verlängert wird, da ausreichend Lagerfluid als Ersatz für verdunstendes Lagerfluid im Reservoir enthalten ist.
  • Der erfindungsgemäße Spindelmotor bzw. dessen fluiddynamische Radiallager haben einen besonders großen Lagerabstand, wobei als Lagerabstand der Abstand des äußeren Randes des ersten fluiddynamisches Radiallagers vom äußeren Rand des zweiten fluiddynamischen Radiallagers definiert wird. Dieser Lagerabstand entspricht erfindungsgemäß mindestens dem 0,6-fachen der Gesamtlänge der Welle.
  • Durch den großen Lagerabstand der beiden fluiddynamischen Radiallager hat das Lager eine besonders große Steifigkeit, sodass der Spindelmotor einen besonders präzisen Lauf aufweist. Das obere erste fluiddynamische Radiallager des fluiddynamischen Lagersystems ist derart angeordnet, dass der Massenschwerpunkt des Spindelmotors im Bereich dieses ersten Radiallagers liegt. Dies trägt ebenfalls zur Verbesserung der Laufgenauigkeit des Spindelmotors bei.
  • Das fluiddynamische Lagersystem des Spindelmotors umfasst vorzugsweise mindestens ein erstes fluiddynamisches Axiallager. Das fluiddynamische Axiallager ist entlang eines radial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts angeordnet, der durch eine Stirnseite der Lagerbuchse und eine gegenüberliegenden Stirnseite eines rotierenden Lagerbauteils begrenzt ist. Das fluiddynamische Axiallager umfasst Lagerrillenstrukturen, die auf der oberen Stirnseite der Lagerbuchse und/oder der unteren Stirnfläche des Lagerbauteils angeordnet sind. Diese Lagerrillenstrukturen erzeugen bei Rotation des Lagers einen hydrodynamischen Druck im radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts. Das rotierende Lagerbauteil ist Teil des Rotorbauteils bzw. der Nabe des Spindelmotors. Der Dichtungsspalt wird begrenzt durch den Außenumfang der Lagerbuchse und einen Innenumfang des rotierenden Lagerbauteils.
  • Die axiale Gegenkraft zu dem ersten fluiddynamischen Axiallager wird vorzugsweise durch ein magnetisches Gegenlager erzeugt, das als ein magnetisches Axiallager ausgebildet ist. Dieses magnetische Axiallager wird vorzugsweise gebildet durch das elektromagnetische Antriebssystem, und insbesondere durch einen axialen Versatz der magnetischen Mitte der Statoranordnung und der magnetischen Mitte des Rotormagneten. Dieser axiale Versatz erzeugt eine axiale Gegenkraft zum fluiddynamischen Axiallager und hält das Lagersystem im axialen Gleichgewicht. Die magnetische Mitte des Rotormagneten ist axial nach oben in Richtung des fluiddynamischen Axiallagers verschoben.
  • In der Lagerbuchse ist vorzugsweise mindestens ein Rezirkulationskanal vorgesehen, der die Lagerbuchse in ihrer Längserstreckung durchläuft. Der Rezirkulationskanal verbindet einen im Inneren des Lagersystems angeordneten Abschnitt des Lagerspalts direkt mit dem Dichtungsspalt oder einem dem Dichtungsspalt angrenzenden radialen Abschnitt des Lagerspalts oder einem Verbindungsspalt zwischen Lagerspalt und Dichtungsspalt. Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist entlang dieses radialen Spaltabschnitts des Lagerspalts, in welchen der Rezirkulationskanal mündet, vorzugsweise auch das fluiddynamische Axiallager angeordnet.
  • An einem Ende der Welle, das innerhalb des fluiddynamischen Lagersystems in der Lagerbuchse angeordnet ist, kann ein sogenannter Stopperring angeordnet sein, der ein Herausfallen der Welle aus der Lagerbuchse verhindert. Unterhalb des Stopperrings ist das Lagersystem durch eine Abdeckplatte verschlossen, wobei eine Öffnung des Rezirkulationskanals in einen scheibenförmigen Spalt mündet, der zwischen der Unterseite der Welle und des Stopperrings und der Innenseite der Abdeckplatte angeordnet ist.
  • Die Lagerbuchse kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein und insbesondere aus zwei Teilen bestehen, nämlich einer inneren Lagebuchse, die vorzugsweise aus einer Messinglegierung besteht und als Reibungspartner der Welle dient, und einer äußeren Lagerbuchse, welche die innere Lagerbuchse umgreift und vorzugsweise aus Stahl besteht, was der inneren Lagerbuchse eine erhöhte strukturelle Stabilität gibt.
  • In dieser Ausgestaltung der Erfindung kann der Rezirkulationskanal an der Verbindungsstelle zwischen der inneren Lagerbuchse und der äußeren Lagerbuchse angeordnet sein, beispielsweise als Nut oder Kanal an einer Umfangfläche der inneren und/oder äußeren Lagerbuchse.
  • Bei der zweiteiligen Ausführung der Lagerbuchse ist das obere fluiddynamische Axiallager durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die auf der oberen Stirnseite der inneren und der äußeren Lagerbuchse und/oder der gegenüberliegenden Unterseite des Rotorbauteils gebildet sind. Hierbei kann die innere Lagerbuchse die Oberfläche der äußeren Lagerbuchse etwas überragen, sodass lediglich eine Berührung des rotierenden Lagerbauteils mit der Oberfläche der inneren Lagerbuchse möglich ist, was reibungstechnisch vorteilhaft ist, da die innere Lagerbuchse aus Messing besteht. Die Lagerrillenstrukturen des fluiddynamischen Axiallagers erstrecken sich jedoch sowohl über den Bereich der inneren als auch äußeren Lagerbuchse.
  • Zur Erzeugung einer magnetischen Gegenkraft kann an der Basisplatte des Spindelmotors axial unterhalb des Permanentmagneten ein sogenannter ferromagnetischer Ring angeordnet sein, der in axialer Richtung von dem Rotormagneten angezogen wird und eine axiale magnetische Gegenkraft zum fluiddynamischen Lagersystem bildet. Dieser ferromagnetische Ring kann zusätzlich oder alternativ zu dem oben beschriebenen axialen Versatz zwischen dem Stator und dem Rotormagneten vorgesehen sein.
  • Ein derartiger Spindelmotor ist vorzugsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks im 3,5-Zoll-Format geeignet oder aber auch zum Antrieb eines Lüfters oder eines Laserscanners.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die ursprüngliche Bauweise des Single-Plate-Lagers des Spindelmotors beibehalten, wobei eine Druckplatte am Ende der Welle vorgesehen ist, an der ein erstes und ein zweites fluiddynamisches Axiallager angeordnet sind, die mit gegenüberliegenden Flächen der Lagerbuchse bzw. einer Abdeckplatte diese fluiddynamischen Axiallager bilden. Im Gegensatz zum ursprünglichen Single-Plate-Lager ist der Dichtungsspalt, der gleichzeitig das Fluidreservoir bildet, nicht in axialer Verlängerung des Lagerspalts vorgesehen, sondern auf der oberen Stirnseite der Lagerbuchse ist eine Abdeckung angeordnet, welche mit der Lagerbuchse einen radial und axial verlaufenden Spalt bildet, der mit Lagerfluid gefüllt ist und das Fluidreservoir ausbildet. Vorzugsweise ist der Dichtungsspalt als Durchmesserverringerung der Lagerbuchse ausgebildet, welche von der Abdeckung überdeckt wird, sodass sich ein konischer Kapillarspalt ergibt. Über einen radial verlaufenden ringförmigen Spalt ist dieser Dichtungsspalt mit dem axial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts verbunden.
  • Auch in dieser Ausgestaltung der Erfindung kann die Lagerbuchse zweiteilig ausgebildet sein mit einer inneren Lagerbuchse, beispielsweise bestehend aus Messing, und einer äußeren Lagerbuchse, beispielsweise bestehend aus Stahl.
  • In beiden Ausführungsformen dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ein Rezirkulationskanal vorhanden, der den Bereich des Lagerspalts im Bereich der Druckplatte mit dem radial verlaufenden Verbindungsspalt zwischen Lagerspalt und Dichtungsspalt miteinander verbindet. Bei einer zweiteiligen Ausführung der Lagerbuchse ist der Rezirkulationskanal besonders einfach im Verbindungsbereich der beiden Lagerbuchsen herzustellen.
    Ein magnetisches Axiallager wird in dieser Ausgestaltung der Erfindung nicht benötigt, kann aber vorgesehen sein, wenn die auf den Spindelmotor wirkenden axialen Kräfte sehr groß sind, z. B. wenn der Spindelmotor einen Lüfter antreibt.
  • Gemäß anderen Ausgestaltungen der Erfindung wird die Abdeckung zur Bildung des Fluidreservoirs bzw. Dichtungsspalts beibehalten, während die axiale Lagerung durch mindestens ein fluiddynamisches Axiallager und mindestens ein magnetisches Axiallager erfolgt.
  • Hierbei wird eine schmale Druckplatte mit deutlich größerem Durchmesser als die Welle verwendet, deren obere Stirnseite zusammen mit einer unteren Stirnfläche der Lagerbuchse ein fluiddynamisches Axiallager bildet. Ein zusätzliches magnetisches Axiallager wird durch einen axialen Versatz zwischen der Statoranordnung und dem Rotormagneten erreicht und/oder durch einen zusätzlichen ferromagnetischen Ring axial unterhalb des Rotormagneten.
  • Sofern große axiale Kräfte auf den Spindelmotor wirken, beispielsweise bei einem Einsatz im Lüfter, bei dem das Lüfterrad eine axiale Luftströmung und damit eine axiale Kraft erzeugt, kann ein weiteres fluiddynamisches Axiallager zwischen der Unterseite der Druckplatte und der gegenüberliegenden oberen Stirnseite der Abdeckplatte vorgesehen sein.
  • Auch in diesen Ausgestaltungen der Erfindung kann die Lagerbuchse einen Rezirkulationskanal umfassen. Es muss jedoch nicht zwingend ein Rezirkulationskanal vorhanden sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enden die Lagerrillenstrukturen der beiden fluiddynamischen Radiallager direkt in einem sogenannten Separatorspalt, der zwischen den Radiallagern angeordnet ist und eine größere Spaltbreite aufweist als der Lagerspalt. Die Enden der Lagerrillenstrukturen der beiden Radiallager enden vorzugsweise zueinander versetzt im Separatorspalt. Die DE 10 2010 026 531 A1 offenbart in 2 fluiddynamische Radiallager mit Lagerrillenstrukturen, die zueinander versetzt im Separatorspalt enden. Die Lagerrillenstrukturen und der Separatorspalt können vorteilhaft mittels eines elektrochemischen Abtragungsverfahrens (Electro-Chemical-Machining) hergestellt werden, wobei diese Strukturen vorzugsweise in die Oberfläche der Lagerbohrung der Lagerbuchse eingebracht werden. Dies ist beispielsweise aus der DE 10 2009 043 590 A1 bekannt.
  • Die beschriebenen Ausgestaltungen eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem und optional einem zusätzlichen magnetischen Axiallager können vorzugsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks, eines Lüfters oder eines Laserscanners verwendet werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei werden weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erläutert.
    • 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
    • 2 zeigt einen Schnitt durch eine gegenüber 1 abgewandelte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
    • 3 zeigt einen Schnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
    • 4 zeigt einen Schnitt durch eine gegenüber 3 abgewandelte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
    • 5 zeigt einen Schnitt durch eine dritte erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
    • 6 zeigt einen Schnitt durch eine gegenüber 5 abgewandelte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
    • 7 zeigt einen Schnitt durch eine gegenüber 5 abgewandelte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
    • 8 zeigt einen Schnitt durch eine gegenüber 5 abgewandelte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
    • 9 zeigt einen Schnitt durch eine vierte erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
    • 10 zeigt einen Schnitt durch eine gegenüber 9 abgewandelte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
    • 11 zeigt einen Schnitt durch eine gegenüber 9 abgewandelte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
    • 12 zeigt einen Schnitt durch einen um 180° gedrehten Ausschnitt X der 9 eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
  • 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit einem fluiddynamischen Lagersystem. Der Spindelmotor umfasst eine feststehende Lagerbuchse 10, die eine zentrale Bohrung aufweist und das feststehende Bauteil des Lagersystems ausbildet. In die Bohrung der Lagerbuchse 10 ist eine Welle 12 eingesetzt, deren Durchmesser geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung. Zwischen den Oberflächen der Lagerbuchse 10 und der Welle 12 verbleibt ein axial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts 16. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle 12 und der Lagebuchse 10 bilden zwei fluiddynamische Radiallager 20, 22 aus, mittels derer die Welle 12 um eine Rotationsachse 18 drehbar in der Lagerbuchse 10 gelagert ist. Die fluiddynamischen Radiallager 20, 22 sind durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die auf der Oberfläche der Welle 12 und/oder der Lagerbuchse 10 aufgebracht sind. Der Lagerspalt 16 ist mit einem geeigneten Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt. Die Lagerrillenstrukturen der fluiddynamischen Radiallager 20, 22 üben bei Rotation der Welle 12 eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 16 zwischen Welle 12 und Lagerbuchse 10 befindliche Lagerfluid aus. Dadurch wird im Lagerspalt ein hydrodynamischer Druck im axial verlaufenen Abschnitt des Lagerspalts 16 aufgebaut, der die Radiallager 20, 22 tragfähig macht.
  • An der Unterseite der Welle 12 ist ein einteilig mit der Welle oder ein separat zur Welle ausgebildeter Stopperring 14 angeordnet, der einen vergrößerten Außendurchmesser im Vergleich zum Wellendurchmesser aufweist. Der Stopperring 14 verhindert ein Herausfallen der Welle 12 aus der Lagerbuchse 10. Das Lager ist an dieser Seite der Lagerbuchse 10 durch eine Abdeckplatte 30 verschlossen.
  • Zwischen den Oberflächen des Stopperrings 14 und den Oberflächen der Lagerbuchse 10 bzw. der Abdeckplatte 30 verbleibt ein mit Lagerfluid gefüllter Spalt, der mit dem Lagerspalt verbunden ist. Der Stopperring 14 dreht sich also zusammen mit der Welle 12 innerhalb der Aussparung zwischen Lagerbuchse 10 und Abdeckplatte 30 im Lagerfluid.
  • Ein freies Ende der Welle 12 ist mit einem topfförmigen Rotorbauteil 24 verbunden, welches die Lagerbuchse 10 teilweise umgibt. Eine untere, ebene Fläche des topfförmigen Rotorbauteils 24 bildet zusammen mit einer Stirnfläche der Lagerbuchse 10 einen radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 16, der mit Lagerfluid gefüllt und mit dem axial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 16 verbunden ist. Entlang des radial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 16 ist ein fluiddynamisches Axiallager 26 angeordnet. Die Stirnfläche der Lagerbuchse 10 und/oder die gegenüberliegende Fläche des topfförmigen Rotorbauteils 24 sind mit vorzugsweise spiralrillenförmigen Lagerrillenstrukturen versehen, die bei Rotation der Welle 12 eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 16 zwischen dem Rotorbauteil 24 und der Stirnseite der Lagerbuchse 10 befindliche Lagerfluid ausübt, sodass auch im radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 16 ein hydrodynamischer Druck erzeugt wird und das fluiddynamische Axiallager 26 tragfähig wird. Der Lagerspalt 16 umfasst demnach einen axialen Abschnitt, der sich entlang der Welle 12 und der beiden Radiallager 20, 22 erstreckt, und einen radialen Abschnitt, der sich entlang der Stirnseite der Lagerbuchse 10 und des Axiallagers 26 erstreckt.
  • In der Lagerbuchse 10 kann ein Rezirkulationskanal 28 vorgesehen sein, der entweder parallel oder schräg zur Rotationachse verlauft. Der Rezirkulationskanal 28 verbindet einen am äußeren Rand des radialen Abschnitts des Lagerspalts 16 mit einem unterhalb des Stopperrings 14 befindlichen Abschnitt des Lagerspalts 16 und unterstützt eine Zirkulation des Lagerfluids im Lagersystem. Außerdem gewährleistet der Rezirkulationskanal einen Druckausgleich im Lagerspalt und ermöglicht es, dass im Lagerspalt 16 befindliche Luftbläschen aus dem Lagersystem entweichen können. Luftbläschen können sich aus im Lagefluid gelösten Gasen bilden oder im Betrieb des Lagersystems in den Lagerspalt 16 gelangen.
  • Die Lagerbuchse 10 ist in einer Basisplatte 32 des Spindelmotors angeordnet, welche zusammen mit der Lagerbuchse und einer Statoranordnung 36 das feststehende Motorbauteil bildet. Am Außenumfang des topfförmigen Rotorbauteils 24 ist eine ringförmige Nabe 34 angeordnet, die an ihrem Außenumfang einen nach unten weisenden umlaufenden Rand aufweist. Die rotierenden Bauteile 24 und 34 können auch einteilig ausgebildet sein und bilden zusammen mit der Welle 12 das rotierende Motorbauteil. Die Statoranordnung ist an der Basisplatte 32 angeordnet und besteht aus einem ferromagnetischen Statorblechpaket, das mit entsprechenden Statorwicklungen bewickelt ist. Diese Statoranordnung 36 ist in einem radialen Abstand umgeben von einem ringförmigen Rotormagneten 38, welcher zusammen mit einem ferromagnetischen Rückschlussring 40 am Innenumfang des umlaufenden Randes der Nabe 34 befestigt ist.
  • Die magnetische Mitte des Rotormagneten 38 ist gegenüber der magnetischen Mitte der Statoranordnung 36 in nach oben in Richtung der Nabe axial versetzt, wodurch sich eine axial nach unten in Richtung der Basisplatte 32 gerichtete magnetische Kraft ergibt. Diese magnetische Kraft bildet ein magnetisches Axiallager und ist entgegengesetzt zu der Lagerkraft des fluiddynamischen Axiallagers 26 gerichtet. Sie dient der axialen Vorspannung des Lagersystems bzw. des fluiddynamischen Axiallagers.
  • Am radial äußeren Ende des radialen Abschnitts des Lagerspalts 16 ist ein kapillarer Dichtungsspalt 42 angeordnet. Der Dichtungsspalt 42 erstreckt sich entlang des Außenumfangs der Lagerbuchse 10 zwischen der Lagerbuchse 10 und einem zylindrischen Abschnitt des topfförmigen Rotorbauteils 24. Der Dichtungsspalt 42 verhindert ein Austreten von Lagerfluid aus dem Lagerspalt 16 und dient als großvolumiges Fluidreservoir, aus welchem während der Betriebsdauer des Spindelmotors verdunstendes Lagerfluid ersetzt wird, sodass das Lager nicht trockenläuft.
  • Der Dichtungsspalt 42 verläuft etwa parallel zur Rotationsachse 18 und radial außerhalb und axial überlappend mit dem axial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 16. Der Dichtungsspalt 42 hat vorzugsweise einen konischen Querschnitt, was durch entsprechende Formgebung der den Dichtungsspalt begrenzenden Flächen des Rotorbauteils 24 oder der Lagerbuchse 10 erreicht wird.
  • Auf einer ebenen Auflagefläche der Nabe 34 des Spindelmotors ist beispielsweise eine Speicherplatte vorgesehen, die durch den Spindelmotor drehend angetrieben wird und Teil eines Festplattenlaufwerks ist. Der Spindelmotor kann außerdem zum Antrieb eines Lüfters oder Laserscanners eingesetzt werden, wobei dann auf der Nabe 34 ein Lüfterrad oder entsprechende laseroptische Bauteile angeordnet sind.
  • Die 2 zeigt einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, der im Wesentlichen identisch zu dem in 1 gezeigten Spindelmotor ist. Der einzige Unterschied zu 1 ist, dass die Lagerbuchse 10 zweiteilig ausgebildet ist und aus einer inneren Lagerbuchse 10a und einer äußeren Lagerbuchse 10b besteht. Dadurch ist es möglich, die innere Lagerbuchse 10a aus einer Messinglegierung herzustellen, die zusammen mit der Welle 12, die aus Stahl besteht, sehr gute Reibungseigenschaften bietet. Zur Stabilisierung der inneren Lagerbuchse 10a aus Messing besteht die äußere Lagerbuchse 10b beispielsweise aus Stahl oder Keramik. Durch die äußere Lagerbuchse 10b aus Stahl oder Keramik wird zudem verhindert, dass sich bei Temperaturerhöhung die innere Lagerbuchse 10a nach außen zu stark ausdehnt, da Messing einen sehr viel höheren Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist als Stahl oder Keramik. Somit bleibt bei Temperaturerhöhung die Breite des Lagerspalts 16 im Wesentlichen konstant oder verringert sich sogar etwas, was einer Verringerung der Viskosität des Lagerfluids bei Temperaturerhöhung entgegenwirkt.
  • Der Rezirkulationskanal 28' kann sehr einfach realisiert werden, indem beispielsweise am Außenumfang der inneren Lagerbuchse 10a oder am Innenumfang der äußeren Lagerbuchse 10b eine Nut angeordnet wird, sodass sich der Rezirkulationskanal 28' zwischen dem Außenumfang der inneren Lagerbuchse 10a und dem Innenumfang der äußeren Lagerbuchse 10b befindet.
  • Die Lagerflächen des fluiddynamischen Axiallagers 26 erstrecken sich sowohl über die Stirnseite der inneren Lagerbuchse 10a als auch die Stirnseite der äußeren Lagerbuchse 10b. In vorteilhafter Weise kann die Stirnseite der inneren Lagerbuchse 10a im Bereich des Axiallagers 26 geringfügig, d. h. zum Beispiel einige Mikrometer, über die Stirnseite der äußeren Lagerbuchse 10b hinausragen, sodass bei Berührung der Lagerflächen des Axiallagers, d. h. Berührung mit dem Rotorbauteil 24, lediglich eine Berührung mit der inneren Lagerbuchse 10a aus Messing erfolgt, was reibungstechnisch von Vorteil ist.
  • 3 zeigt einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lager, beispielsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks. Der Spindelmotor umfasst eine feststehende Basisplatte 132, an der eine Statoranordnung 136, bestehend aus einem Statorkern und Wicklungen, angeordnet ist. Eine Welle 112 ist in einer axialen zylindrischen Bohrung einer Lagerbuchse 110 drehbar aufgenommen. Die Lagerbuchse 110 ist in einer Aussparung der Basisplatte 132 aufgenommen. Das freie Ende der Welle 112 trägt eine Nabe 134, die beispielsweise glockenförmig ausgebildet ist und auf der eine oder mehrere Speicherplatten (nicht dargestellt) des Festplattenlaufwerks angeordnet und befestigt werden können. An einem inneren unteren Rand der Nabe 132 ist ein von einem Rückschlussring 140 umgebener ringförmiger Permanentmagnet 138 mit einer Mehrzahl von Polpaaren angeordnet, die von der über einen Arbeitsluftspalt beabstandeten Statoranordnung 136 mit einem elektrischen Wechselfeld beaufschlagt werden, sodass die Nabe 134 zusammen mit der Welle 112 in Drehung versetzt wird.
  • Die Welle 112 bildet zusammen mit der Lagerbuchse 110 und einer an einem Ende der Welle 112 angeordneten Druckplatte 114 ein fluiddynamisches Lagersystem mit einem ersten und einem zweiten fluiddynamischen Radiallager 120, 122 und einem ersten und einem zweiten fluiddynamischen Axiallager 126, 127. Die Lagerflächen der fluiddynamischen Lager sind durch einen Lagerspalt 116 voneinander getrennt. Der Lagerspalt 116 ist mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt.
  • Das obere Stirnende der Lagerbuchse 110 ist von einer Abdeckkappe 144 abgedeckt, die nicht unmittelbar an der Stirnseite der Lagerbuchse 110 anliegt, sondern diese in einem Abstand überdeckt, sodass sich ein Ringspalt 146 zwischen dem Stirnende der Lagerbuchse 110 und der Abdeckkappe 144 bildet, der mit dem Lagerspalt 116 verbunden und mit Lagerfluid gefüllt ist.
  • Eine definierte Breite des Ringspalts 146 wird beispielsweise durch einen in der Abdeckkappe 144 integrierten Abstandhalter sichergestellt. An den Ringspalt 146 schließt sich ein Dichtungsspalt 142 an, der teilweise mit Lagerfluid gefüllt ist. Der Dichtungsspalt 142 wird gebildet durch eine ringförmige Stufe am oberen Ende der Lagerbuchse 110, die zusammen mit der Abdeckkappe einen im Querschnitt konischen Hohlraum bildet. Die Stufe ist abgeschrägt, sodass sich der Querschnitt des Dichtungsspalts 142 ausgehend vom Ringspalt 146 vergrößert. Eine Öffnung am unteren Rand der Abdeckkappe 144 dient als Belüftungsöffnung.
  • Der Spindelmotor von 3 weist ein fluiddynamisches Lagersystem auf, das grundsätzlich dem Aufbau eines bekannten Single-Plate-Lagersystems entspricht. Der Dichtungsspalt 142 in 3 befindet sich jedoch nicht in axialer Verlängerung des axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 116 wie bei einem herkömmlichen Single-Plate-Lager, sondern auf einem größeren Radius und parallel überlappend zu dem axial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 116.
  • 4 zeigt einen Spindelmotor in ähnlicher Ausgestaltung wie in der 3, bei dem jedoch als Unterschied zu 3 die Lagerbuchse 110 zweiteilig ausgebildet ist und aus einer inneren Lagerbuchse 110a und einer äußeren Lagerbuchse 110b besteht. Die innere Lagerbuchse besteht vorzugsweise aus einer Messinglegierung, während die äußere Lagerbuchse vorzugsweise aus Stahl oder Keramik besteht.
  • In beiden Ausführungen gemäß 3 oder 4 kann ein Rezirkulationskanal 128 bzw. 128' in der Lagerbuchse 110 vorgesehen sein. Der Rezirkulationskanal 128 bzw. 128' verbindet einen Abschnitt des Lagerspalts 116 im Inneren des Lagers, vorzugsweise im Bereich des Außendurchmessers der Druckplatte 114, und den Ringspalt 146 zwischen der Stirnseite der Lagerbuchse 110 und der Abdeckung 144. Zumindest eines der beiden fluiddynamischen Radiallager 120, 122 ist derart ausgestaltet, dass es das Lagerfluid in Richtung des Lagerinneren pumpt, sodass das Lagerfluid in den Bereich der Druckplatte 114 gelangt und dann über den Rezirkulationskanal 128 nach oben wieder zurück in den Bereich der Dichtungsspalte 144, 142 gelangt. Von dort gelangt das Lagerfluid wieder in den Lagerspalt 116 und der Kreislauf schließt sich.
    Das untere Axiallager 127 zwischen der Druckplatte 114 und der Abdeckplatte 130 ist vorzugsweise mit spiralrillenförmigen Lagerrillen ausgeführt.
    Am Innendurchmesser der Druckplatte 114 sind im Gegensatz zum bekannten Single-Plate-Lagersystem vorzugsweise keine Rezirkulationskanäle vorgesehen.
  • Der Spindelmotor nach 5 umfasst eine feststehende Basisplatte 232, an der eine Statoranordnung 236, bestehend aus einem Statorkern und Statorwicklungen, angeordnet ist. Eine Lagerbuchse 210 ist in einer Ausnehmung der Basisplatte 232 fest aufgenommen und weist eine axiale zylindrische Bohrung auf, in welcher eine Welle 212 drehbar aufgenommen ist. Das freie Ende der Welle 212 trägt eine Nabe 234, auf der eine oder mehrere Speicherplatten (nicht dargestellt) des Festplattenlaufwerks angeordnet und befestigt sind.
  • An dem inneren unteren Rand der Nabe 234 ist ein ringförmiger Permanentmagnet 238 mit einer Mehrzahl von Polpaaren angeordnet, die von der über einen Arbeitsluftspalt beabstandeten Statoranordnung 236 mit einem elektromagnetischen Feld beaufschlagt werden, sodass die Nabe 234 zusammen mit der Welle 212 in Drehung versetzt wird.
  • Zwischen dem Innendurchmesser der Lagerbuchse 210 und dem Außendurchmesser der Welle 212 verbleibt ein Lagerspalt 216, der mit einem Lagerfluid als Schmiermittel gefüllt ist. Die fluiddynamische Lageranordnung wird durch zwei fluiddynamische Radiallager 220, 222 gebildet, die durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet sind, die auf der Oberfläche der Welle 212 und/oder auf der Innenfläche der Lagerbohrung der Lagerbuchse 210 vorgesehen sind. Sobald die Nabe 234 und somit auch die Welle 212 in Rotation versetzt werden, baut sich aufgrund der Lagerrillenstrukturen ein fluiddynamischer Druck im Lagerspalt 216 auf, sodass das Lager tragfähig wird.
  • Ein durch eine mit der Welle 212 verbundene Druckplatte 214 und eine Abdeckplatte 230 gebildetes fluiddynamisches Axiallager 227 am unteren Ende der Welle 212 nimmt die axialen Kräfte der Lageranordnung auf. Die Abdeckplatte 230 bildet ein Gegenlager zur Druckplatte 214 und verschließt die gesamte Lageranordnung nach unten, sodass kein Schmiermittel aus dem Lagerspalt 216 austreten kann. Sowohl die Druckplatte 214 als auch die Abdeckplatte 230 sind in entsprechenden Ausnehmungen der Lagerbuchse 210 aufgenommen.
    In 5 wird eine axiale Gegenkraft zum fluiddynamischen Axiallager 227 magnetisch erzeugt und zwar zum einen durch einen axialen Versatz zwischen dem Rotormagneten 238 und der Statoranordnung 236 und/oder zum anderen durch einen ferromagnetischen Ring 248, der an der Basisplatte 232 axial unterhalb des Permanentmagneten 238 angeordnet ist. Durch diese Maßnahmen wird der Permanentmagnet in Richtung der Basisplatte magnetisch angezogen, wobei diese magnetische Kraft der fluiddynamischen Kraft des Lagers 227 entgegenwirkt.
  • Wenn der Spindelmotor beispielsweise zum Antrieb eines Lüfters eingesetzt wird, erzeugt das Lüfterrad eine weitere Druckkraft nach unten in Richtung der Basisplatte, wobei hier eine zusätzliche axiale Gegenkraft durch ein weiteres fluiddynamisches Lager 226 erzeugt werden kann. Das weitere fluiddynamische Lager 226 kann optional zwischen der Oberseite der Druckplatte 214 und einer unteren Fläche der Lagerbuchse 210 angeordnet sein.
  • Es ist vorzugsweise ein Rezirkulationskanal 228 vorgesehen, der als Längsbohrung in der Lagerbuchse 210 angeordnet ist. Der Rezirkulationskanal 228 verbindet einen radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts auf der Oberseite der Druckplatte 214 mit dem Dichtungsbereich, d. h. dem Dichtungsspalt 242, 246.
  • 6 zeigt einen Spindelmotor, der im Wesentlichen identisch ist zu 5, wobei jedoch hier kein Rezirkulationskanal (5, 228) vorhanden ist.
    Dies spart Fertigungskosten und die generierten axialen Lagerkräfte höher sein können, da die axialen Lagerflächen nicht vom Rezirkulationskanal unterbrochen sind.
  • 7 zeigt den Spindelmotor von 5 mit einer anderen Ausgestaltung des Rezirkulationskanals 228', der im Gegensatz zu 5 nicht gerade und parallel zur Rotationsachse 218 verläuft, sondern in einem Winkel schräg zur Rotationsachse 218. Der Rezirkulationskanal 228' beginnt am Außenumfang der Druckplatte 214, also auf einem relativ großen Durchmesser, und erstreckt sich längs der Lagerbuchse 210 nach oben und radial nach innen und mündet auf einem kleineren Durchmesser in dem Ringspalt 246.
  • 8 zeigt einen Spindelmotor gemäß 5, bei dem der Rezirkulationskanal 228" wiederum schräg zur Rotationsachse 218 angeordnet ist. Eine Öffnung des Rezirkulationskanals 228" mündet in den radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 216 am Ansatz der Druckplatte 214 an der Welle 212, also radial innenliegend, während die andere Öffnung des Rezirkulationskanals 228" in den Ringspalt 246 mündet, und zwar auf einem größeren Durchmesser.
  • 9 zeigt einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem in einer ähnlichen Ausgestaltung wie 1. Es sind hierbei entlang eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 316 zwischen der Welle 312 und der Lagerbuchse 310 zwei in einem Abstand voneinander angeordnete fluiddynamische Radiallager 320 und 322 vorgesehen sowie ein fluiddynamisches Axiallager 326, das zwischen der Stirnseite der Lagerbuchse 310 und der gegenüberliegenden Unterseite der Nabe 334 angeordnet ist. Eine Vorspannung bzw. Gegenkraft zur Lagerkraft des fluiddynamischen Axiallagers 326 wird vorzugsweise magnetisch erzeugt, beispielsweise durch einen axialen Versatz zwischen dem Rotormagneten 338 und der Statoranordnung 336 und/oder einen zusätzlichen ferromagnetischen Ring 348, der axial gegenüberliegend der unteren Stirnseite des Rotormagneten 338 angeordnet ist. In Fällen, bei denen der Spindelmotor zum Antrieb eines Lüfters eingesetzt wird, kann eine zusätzliche axiale Kraft notwendig werden, welche der durch die Luftbewegung des Lüfterrads erzeugten axialen Kraft entgegenwirkt. Bläst das Lüfterrad, das auf der Nabe 334 angeordnet ist, in Richtung nach oben, wird eine nach unten gerichtete axiale Kraft auf den Spindelmotor und das Lagersystem erzeugt, sodass zur Kompensation dieser axialen Kraft ein zusätzliches fluiddynamisches Lager oder Axiallager 327 vorgesehen sein kann. Dieses fluiddynamische Axiallager 327 wird zwischen der Abdeckplatte 330 und der Unterseite der Druckplatte 314 angeordnet.
  • In der Lagerbuchse 310 ist ein Rezirkulationskanal 328 angeordnet, dessen erste Öffnung in den Übergangsbereich zwischen der Welle 312 und der Druckplatte 314 mündet und dessen zweite Öffnung in den Übergangsbereich zwischen dem radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 316 und dem Dichtungsspalt 342 mündet.
  • Bläst das Lüfterrad nach unten, wird eine Kraft generiert, die das Rotorbauteil des Spindelmotors anhebt. Um diese axiale Kraft zu kompensieren, kann es daher vorgesehen sein, ein zusätzliches fluiddynamisches Axiallager 326 zwischen der Oberseite der Druckplatte 314 und einer unteren Stirnfläche der Lagerbuchse 310 anzuordnen.
  • Optional kann im Bereich des radial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 316 radial außerhalb des fluiddynamischen Axiallagers 326 eine umlaufende Nut oder Rille 350 angeordnet sein. Die Nut oder Rille 350 ist auf dem Durchmesser der Öffnung des Rezirkulationskanals 328 angeordnet und mit diesem verbunden. Diese Nut oder Rille 350 dient als zusätzliches Reservoir für das Lagerfluid und zur Verbesserung der Verteilung des Lagerfluids über den Umfang des Lagerspalts 316.
    Das fluiddynamische Lagersystems wird in einer Vakuumkammer unter Vakuum mit Lagerfluid befüllt. Dazu wird es auf den Kopf gestellt und der Dichtungsspalt 342 wird komplett mit Lagerfluid aufgefüllt. Durch Kapillarkräfte wandert das Lagerfluid in den Lagerspalt 316. Um auch die größeren Volumina, wie z. B. den Rezirkulationskanal 328 oder die Spaltbereiche um die Druckplatte 314 (bzw. Stopperring) zu füllen, wird die Vakuumkammer belüftet, sodass das Lagerfluid durch den von außen einwirkenden Druck vom Dichtungsspalt 342 in die noch nicht befüllten Hohlräume des Lagers gedrückt wird. Das große Volumen des Rezirkulationskanals 328 verursacht dabei einen großen Sog, wobei es vorkommen kann, dass das Lagerfluid im Dichtungsspalt 342 entlang des Umfangs nicht schnell genug in den Bereich des Rezirkulationskanals 328 nachfließen kann. Dadurch kann der Dichtungsspalt 342 im Bereich des Rezirkulationskanals 328 leer gesaugt werden, und es kann Luft in den Rezirkulationskanal gelangen. Um das Leersaugen und Eindringen von Luft zu vermeiden, ist die Nut oder Rille 350 vorgesehen, die ein zusätzliches Volumen an Lagerfluid zur Verfügung stellt, das im Umfangsrichtung schnell in Richtung des Rezirkulationskanals 328 in ausreichender Menge nachfließen kann. Die Tiefe der Nut oder Rille 350 ist deutlich größer als die Spaltbreite des Lagerspalts im Bereich des Axiallagers, vorzugsweise mindestens viermal so groß wie die Spaltbreite des Lagerspalts 316 im Bereich des Axiallagers.
  • Zusätzlich kann zwischen der Nut oder Rille 350 und dem Dichtungsspalt 342 in radialer Richtung eine Engstelle 352 vorgesehen sein, die den Durchfluss reduziert, sodass unter von außen einwirkendem Druck das Lagerfluid nur langsam vom Dichtungsspalt 342 über die Engstelle 352 in den Lagerspalt und den Rezirkulationskanal 328 gelangen kann. Dadurch wird einem örtlichen Leersaugen des Dichtungsspalts 342 im Bereich des Rezirkulationskanals 328 und einem Eindringen von Luft zusätzlich entgegengewirkt.
  • 10 zeigt einen Spindelmotor in gleicher Bauweise wie 9, bei dem jedoch der Rezirkulationskanal 328' einen geringeren Durchmesser aufweist als in 9. Dadurch können die generierten axialen Lagerkräfte höher sein, da die axialen Lagerflächen in geringerem Maße durch den Rezirkulationskanal unterbrochen sind.
  • 11 zeigt ein Spindelmotor gemäß 9, bei dem als einziger Unterschied zu 9 kein Rezirkulationskanal 328 vorgesehen ist. Aufgrund des oberen Axiallagers 326 und entweder einem unteren Axiallager 327 oder 329 sind die Druckverhältnisse im Lagerspalt ausgeglichen, sodass kein Rezirkulationskanal 328 zwingend notwendig ist.
  • 12 zeigt einen um 180° gedrehten Ausschnitt X der 9 eines Schnitts durch einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem.
    Der Spindelmotor mit ähnlichem Aufbau wie der Spindelmotor in 9 ist zum Befüllen des Lagers mit Lagerfluid auf den Kopf gedreht. Um die in Verbindung mit 9 angesprochenen Probleme beim Befüllen des Lagers mit Lagerfluid zu lösen, kann anstelle der Nut oder Rille 350 ein Streifen Kunststofffilm 354 in den Dichtungsspalt 342 eingebracht werden und so weit in den Lagerspalt 316 vorgeschoben werden, dass er die Öffnung des Rezirkulationskanals 326 zumindest teilweise überdeckt. Der Streifen Kunststofffilm 354 wird vor dem Einfüllen des Lagerfluids in das Lager eingeführt. Der Streifen Kunststofffilm verhindert ein schlagartiges Einströmen von Lagerfluid in den Rezirkulationskanal 326 bei der Belüftung der Vakuumkammer. Somit wird ein Eindringen von Luft in das Lager verhindert. Nachdem das Lagerfluid in das Lager eingefüllt wurde, kann der Kunststoffstreifen herausgezogen werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 10,110,210,310
    Lagerbuchse
    10a, 110a
    innere Lagerbuchse
    10b, 110b
    äußere Lagerbuchse
    12,112,212,312
    Welle
    14, 114, 214, 314
    Stopperring, Druckplatte
    16, 116, 216, 316
    Lagerspalt
    18, 118, 218, 318
    Rotationsachse
    20, 120, 220, 320
    Radiallager
    22, 122, 222, 322
    Radiallager
    24
    Rotorbauteil
    26, 126, 226, 326
    Axiallager
    127, 227, 327
    Axiallager
    28, 128, 228, 328
    Rezirkulationskanal
    28', 128', 228', 328'
    Rezirkulationskanal
    228"
    Rezirkulationskanal
    329
    Axiallager
    30, 130, 230, 330
    Abdeckplatte
    32, 132, 232, 332
    Basisplatte
    34,134,234,334
    Nabe
    36, 136, 236, 336
    Statoranordnung
    38, 138, 238, 338
    Rotormagnet
    40, 140
    Rückschlussring
    42, 142, 242, 342
    Dichtungsspalt
    144, 244
    Abdeckkappe
    146, 246
    Ringspalt
    248, 348
    ferromagnetischer Ring
    350
    Nut, Rille
    352
    Engstelle
    354
    Kunststoffstreifen
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012020228 A1 [0003]
    • DE 102010026531 A1 [0029]
    • DE 102009043590 A1 [0029]

Claims (13)

  1. Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, umfassend ein feststehendes Motorbauteil, welches eine Basisplatte (32, 132, 232, 332) und eine in der Basisplatte (32, 132, 232, 332) angeordnete Lagerbuchse (10, 110, 210, 310) des fluiddynamischen Lagersystems umfasst, ein um eine Rotationsachse (18, 118, 218, 318) drehbares Motorbauteil, welches eine in der Lagerbuchse (10, 110, 210, 310) drehbar gelagerte Welle (12, 112, 212, 312) und ein mit der Welle (12, 112, 212, 312) verbundenes Rotorbauteil (24) und/oder eine Nabe (34, 134, 234, 334) umfasst, ein elektromagnetisches Antriebssystem, bestehend aus einer am feststehenden Motorbauteil angeordneten Statoranordnung (36, 136, 236 ,336) und einem am drehbaren Motorbauteil angeordneten Permanentmagneten (38, 138, 238, 338), einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (16, 116, 216, 316) mit einem offenen Ende, wobei zwischen der Lagerbuchse (10, 110, 210, 310) und der Welle (12, 112, 212, 312) ein axial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts (16, 116, 216, 316) angeordnet ist und entlang des axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts (16, 116, 216, 316) ein erstes (20, 120, 220, 320) und ein zweites fluiddynamisches Radiallager (22, 122, 222, 322) in einem axialen Abstand voneinander angeordnet sind und zwischen einem mit der Welle verbundenen Lagerbauteil (24, 34, 134, 234, 334, 114, 214, 314) und der Lagerbuchse (10, 110, 210, 310) mindestens ein erster radial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts (16, 116, 216, 316) angeordnet ist, entlang dessen mindestens ein erstes fluiddynamisches Axiallager (26, 126, 226, 326) vorgesehen ist, einen Dichtungsspalt (42, 142, 242, 342), der das offene Ende des Lagerspalts (16, 116, 216, 316) abdichtet, wobei der Dichtungsspalt (42, 142, 242, 342) zumindest teilweise parallel zur Rotationachse (18, 118, 218, 318) angeordnet ist und in axialer Richtung mit dem axialen Abschnitt des Lagerspalts (16, 116, 216, 316) überlappt und wobei der Durchmesser der Welle (12, 112, 212, 312) größer oder gleich 3 mm beträgt.
  2. Spindelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Welle (12, 112, 212, 312) größer oder gleich 3,5 mm beträgt.
  3. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites fluiddynamisches Axiallager (127, 227, 327, 329) entlang eines zweiten radial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts angeordnet ist.
  4. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetisches Axiallager vorgesehen ist, das durch die Statoranordnung (36, 136, 236, 326) und den Rotormagneten (38, 138, 238, 338) und/oder den Rotormagneten (238, 338) und einen mit dem Rotormagneten (238, 338) zusammenwirkenden ferromagnetischen Ring (248, 348) gebildet ist.
  5. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lagerbuchse (10, 110, 210, 310) mindestens ein Rezirkulationskanal (28, 128, 228, 328) vorgesehen ist, der einen im Inneren des Lagersystems angeordneten radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts (16, 116, 216, 316) direkt mit dem Dichtungsspalt oder einem an den Dichtungsspalt (42, 142, 242, 242) angrenzenden radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts oder einem Ringspalt (146, 246) verbindet.
  6. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (10, 110) zweiteilig ausgebildet ist und eine innere Lagerbuchse (10a, 110a) und eine äußere Lagerbuchse (10b, 110b) umfasst.
  7. Spindelmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Lagerbuchse (10a, 110a) aus einer Messinglegierung besteht.
  8. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Lagerbuchse (10b, 110b) aus einem Material mit einem geringeren Temperaturausdehnungskoeffizienten als eine Messinglegierung besteht, insbesondere aus Stahl oder Keramik.
  9. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenschwerpunkt des Spindelmotors im Bereich des ersten fluiddynamischen Radiallagers (20, 120, 220, 320) angeordnet ist.
  10. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im radialen Abschnitt des Lagerspalts (316) zwischen dem ersten fluiddynamischen Axiallager (326) und dem Dichtungsspalt (342) eine Nut oder Rille (350) angeordnet ist, deren Tiefe deutlich größer ist als die Spaltbreite des Lagerspalts (316).
  11. Festplattenlaufwerk mit einem Spindelmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
  12. Lüfter mit einem Spindelmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
  13. Laserscanner mit einem Spindelmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
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