Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor, insbesondere einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, wie er beispielsweise zum Antrieb von Festplattenlaufwerken, Lüftern, Laserscannern oder ähnlichen Geräten verwendet wird.The invention relates to a spindle motor, in particular a spindle motor with a fluid dynamic bearing system, as is used, for example, to drive hard disk drives, fans, laser scanners or similar devices.
Ein Spindelmotor ist eine elektrische Maschine mit einem feststehenden Motorbauteil und einem drehbaren Motorbauteil, die z. B. mittels eines fluiddynamischen Lagersystems relativ zueinander drehbar gelagert sind. Das feststehende Motorbauteil ist auf einer Basisplatte aufgebaut, die eine Oberseite und eine Unterseite umfasst, wobei auf der Oberseite der Basisplatte eine Statoranordnung mit mehreren Statorwicklungen angeordnet ist, wobei die Statorwicklungen mehrere Wicklungsdrähte umfassen. Die Basisplatte weist eine oder mehrere Durchgangsbohrungen auf, welche die Oberseite der Basisplatte mit deren Unterseite verbinden. Jeder Wicklungsdraht wird durch eine Durchgangsbohrung der Basisplatte von der Oberseite der Basisplatte auf die Unterseite der Basisplatte geführt, wo er elektrisch kontaktiert wird. Mittels einer Vergussmasse, welche in die Durchgangsbohrungen eingebracht ist, werden die Durchgangsbohrungen luftdicht verschlossen.A spindle motor is an electrical machine with a fixed motor component and a rotatable motor component, the z. B. are rotatably supported relative to each other by means of a fluid dynamic bearing system. The fixed motor component is constructed on a base plate, which comprises an upper side and a lower side, a stator arrangement having a plurality of stator windings being arranged on the upper side of the base plate, the stator windings comprising a plurality of winding wires. The base plate has one or more through bores, which connect the top of the base plate with its underside. Each winding wire is passed through a through hole in the base plate from the top of the base plate to the bottom of the base plate, where it is electrically contacted. The through holes are sealed airtight by means of a casting compound which is introduced into the through holes.
Festplattenlaufwerke der neuesten Generation werden zur Verringerung der Reibung an den drehenden Teilen mit einem Gas, vorzugsweise Helium, gefüllt, sodass die Vergussmasse zur Abdichtung der Durchgangsbohrungen heliumdicht sein muss. Es muss ferner sichergestellt sein, dass sich die Vergussmasse im Laufe der Zeit nicht von den Wandungen der Durchgangsbohrungen ablöst oder Risse bildet, welche die Heliumdichtigkeit gefährden.The latest generation of hard disk drives are filled with a gas, preferably helium, to reduce the friction on the rotating parts, so that the sealing compound must be helium-tight to seal the through holes. It must also be ensured that the casting compound does not become detached from the walls of the through bores in the course of time or that cracks form which endanger the helium tightness.
Auf Grund von Temperaturunterschieden entstehen in der Vergussmasse Spannungen, insbesondere Scherspannungen und radiale Spannungen, die zu einem Ablösen der Vergussmasse an den Bohrungsrändern oder einem Reißen der Vergussmasse führen können.Due to temperature differences, stresses arise in the potting compound, in particular shear stresses and radial tensions, which can lead to detachment of the potting compound at the borehole edges or tearing of the casting compound.
Bisher war es üblich, die Ränder der Durchgangsbohrungen mit Senkungen oder Fasen zu versehen, die einen etwa um 10 bis 20 % größeren Durchmesser aufwiesen als der Durchmesser der Durchgangsbohrungen. Der Öffnungswinkel der Senkungen war hierbei beispielsweise 90 Grad. Diese Fasen bzw. Senkungen dienen zur Entgratung und erleichtern das Einfüllen der Vergussmasse in die Durchgangsbohrungen.It was previously customary to provide the edges of the through bores with countersinks or chamfers, which had an approximately 10 to 20% larger diameter than the diameter of the through bores. The opening angle of the countersinks was 90 degrees, for example. These chamfers or depressions are used for deburring and make it easier to fill the potting compound into the through holes.
Es wurde festgestellt, dass insbesondere Spannungsspitzen im Übergangsbereich zwischen den Durchgangsbohrungen und den Fasen bzw. Senkungen an den Enden der Durchgangsbohrungen entstehen.It was found that in particular stress peaks occur in the transition area between the through holes and the chamfers or depressions at the ends of the through holes.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor anzugeben, bei welchem die Spannungen der in den Durchgangsbohrungen befindlichen Vergussmassen reduziert sind, sodass die Gefahr einer Leckage in den Durchgangsbohrungen durch Schäden an der Vergussmasse reduziert wird.It is the object of the invention to specify a spindle motor in which the tensions of the casting compounds located in the through holes are reduced, so that the risk of leakage in the through holes is reduced by damage to the casting compound.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by a spindle motor with the features of claim 1.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention and further advantageous features are specified in the subclaims.
Es hat sich herausgestellt, dass die internen Spannungen in der Vergussmasse in z. B. einer der Durchgangsbohrung wesentlich reduziert werden können, wenn die Senkung der Durchgangsbohrung auf der Oberseite der Basisplatte des Spindelmotors eine bestimmte Größe aufweist und deutlich größer ist als die bisher verwendeten Senkungen.It has been found that the internal stresses in the sealing compound in e.g. B. one of the through hole can be significantly reduced if the reduction of the through hole on the top of the base plate of the spindle motor has a certain size and is significantly larger than the previously used countersinks.
Gemäß der Erfindung ist es insbesondere vorgesehen, dass die Senkung der Durchgangsbohrung eine axiale Höhe zwischen dem 0,4-Fachen des Durchmessers d der Durchgangsbohrung und dem 0,6-Fachen des Durchmessers d der Durchgangsbohrung aufweist, bevorzugt das 0,5-Fache des Durchmessers d und einen maximalen Durchmesser D aufweist, der zwischen 1,8*d und 2,2*d beträgt, bevorzugt 2,0*d.According to the invention, it is provided in particular that the lowering of the through hole has an axial height between 0.4 times the diameter d of the through hole and 0.6 times the diameter d of the through hole, preferably 0.5 times that Diameter d and has a maximum diameter D which is between 1.8 * d and 2.2 * d, preferably 2.0 * d.
Gleicherweise gilt dann auch: Die Tiefe t der Senkung beträgt vorzugsweise 0,4*d bis 0,6*d, wobei die Senkung vorzugsweise einen Öffnungswinkel α von 90 Grad aufweist, sodass die radiale Randausdehnung (größter Durchmesser) der Senkung der Tiefe t entspricht. Es handelt sich vorzugsweise um eine kegelförmige Senkung.The same then also applies: The depth t of the depression is preferably 0.4 * d to 0.6 * d, the depression preferably being an opening angle α of 90 degrees, so that the radial edge extension (largest diameter) corresponds to the depression of the depth t. It is preferably a conical depression.
Es ist vorgesehen, dass die Toleranz der Tiefe t und des Durchmessers D der Senkung vorzugsweise +/- 0,1 Millimeter beträgt.It is provided that the tolerance of the depth t and the diameter D of the countersink is preferably +/- 0.1 millimeters.
Der Durchmesser d der Durchgangsbohrung beträgt vorzugsweise zwischen 0,8 Millimeter und 1,3 Millimeter.The diameter d of the through hole is preferably between 0.8 millimeters and 1.3 millimeters.
Die Durchgangsbohrung wird vorzugsweise über ihre komplette Länge einschließlich der Senkung mit einer Vergussmasse, beispielsweise mit einem gasdichten Klebstoff, gefüllt.The through hole is preferably filled over its entire length including the countersink with a potting compound, for example with a gas-tight adhesive.
Durch die erfindungsgemäße Geometrie der Senkung der Durchgangsbohrung wird vermieden, dass Risse oder Spannungen in der Vergussmasse entstehen oder sich die Vergussmasse von der Oberfläche der Durchgangsbohrung ablöst, wodurch die Gasdichtheit der durch die Vergussmasse verschlossenen Durchgangsbohrung gefährdet wird. Risse und Spannungen in der Vergussmasse entstehen durch unterschiedliche Temperaturausdehnungen des Klebstoffs und des Materials der Basisplatte sowie des durch die Durchgangsbohrung hindurchgeführten Wicklungsdrahts. Die Basisplatte besteht vorzugsweise aus Aluminium.The geometry according to the invention of the lowering of the through-hole prevents cracks or tensions from occurring in the potting compound or the potting compound becoming detached from the surface of the through-hole, thereby making the potting compound gas-tight closed through hole is at risk. Cracks and tensions in the potting compound result from different temperature expansions of the adhesive and the material of the base plate as well as the winding wire which is passed through the through hole. The base plate is preferably made of aluminum.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Hierbei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
- 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit zwei konischen fluiddynamischen Lagern.
- 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Basisplatte im Bereich der Durchgangsbohrung.
The invention is described in more detail below using several exemplary embodiments with reference to the drawings.
This results in further features and advantages of the invention. - 1 shows a section through an embodiment of a spindle motor according to the invention with two conical fluid dynamic bearings.
- 2nd shows an enlarged view of the base plate in the area of the through hole.
Der Spindelmotor von 1 kann vorzugsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks mit mehreren Speicherplatten eingesetzt werden.The spindle motor from 1 can preferably be used to drive a hard disk drive with several storage disks.
Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10 mit einer Bohrung, in welcher eine Welle 12 aufgenommen ist. Die Welle 12 ist vorzugsweise mittels einer Fügeverbindung in der Basisplatte 10 befestigt. Es kann dabei eine Presspassung oder eine Übergangspassung mit Klebstoffzusatz verwendet werden. Das Lagersystem ist als konisches fluiddynamisches Lagersystem mit zwei gegeneinander wirkenden konischen Lagern ausgebildet.The spindle motor includes a base plate 10th with a hole in which a shaft 12th is recorded. The wave 12th is preferably by means of a joint connection in the base plate 10th attached. A press fit or a transition fit with adhesive can be used. The bearing system is designed as a conical fluid dynamic bearing system with two conical bearings acting against each other.
An der Welle 12 sind in einem gegenseitigen axialen Abstand zwei Lagerkonusse 14, 114 angeordnet. Das obere freie Ende der Welle 12 weist eine Gewindebohrung 44 auf und kann mittels einer in die Gewindebohrung 44 eingedrehten Schraube mit einem feststehenden Bauteil (nicht dargestellt) verbunden sein, welches beispielsweise ein Gehäusebauteil des Festplattenlaufwerks sein kann. Die Basisplatte 10, die Welle 12 und die beiden Lagerkonusse 14, 114 bilden die feststehende Komponente des fluiddynamischen Lagersystems. Zusammen mit einer elektrischen Statoranordnung 34 bilden sie das feststehende Motorbauteil des Spindelmotors.On the wave 12th are two bearing cones at a mutual axial distance 14 , 114 arranged. The top free end of the shaft 12th has a threaded hole 44 and can be inserted into the threaded hole 44 screwed screw can be connected to a fixed component (not shown), which can be a housing component of the hard disk drive, for example. The base plate 10th , the wave 12th and the two bearing cones 14 , 114 form the fixed component of the fluid dynamic bearing system. Together with an electrical stator arrangement 34 they form the fixed motor component of the spindle motor.
Jeder Lagerkonus 14, 114 besitzt eine ringförmige, schräg zur Drehachse 38 ausgebildete Lagerfläche. Ein Rotorbauteil 16 ist um die Drehachse 38 relativ zu den Lagerkonussen 14, 114 drehbar angeordnet. Das Rotorbauteil 16 umfasst einen als Lagerbuchse ausgebildeten inneren Teil, der ringförmige und schräg zur Drehachse 38 angeordnete Lagerflächen aufweist, die den Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 jeweils gegenüberliegen.Every bearing cone 14 , 114 has an annular, oblique to the axis of rotation 38 trained storage area. A rotor component 16 is about the axis of rotation 38 relative to the bearing cones 14 , 114 rotatably arranged. The rotor component 16 comprises an inner part designed as a bearing bush, which is annular and oblique to the axis of rotation 38 has arranged bearing surfaces, the bearing surfaces of the bearing cones 14 , 114 facing each other.
Bei der Montage des Lagers wird beispielsweise der untere Lagerkonus 114 auf der Welle 12 montiert, z. B. auf die Welle 12 aufgepresst, dann wird das Rotorbauteil 16 über die Welle 12 gesteckt und schließlich der Lagerkonus 14 in einem festgelegten axialen Abstand zum unteren Lagerkonus 114 auf der Welle 12 montiert. Die Montage erfolgt so, dass die einander gegenüberliegenden Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 und das Rotorbauteil 16 jeweils durch einen ringförmigen Lagerspalt 20, 120 definierter Breite voneinander getrennt sind. Die Lagerspalte 20, 120 haben eine Breite von wenigen Mikrometern und sind mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt.When mounting the bearing, for example, the lower bearing cone 114 on the wave 12th mounted, e.g. B. on the shaft 12th pressed on, then the rotor component 16 over the wave 12th and finally the bearing cone 14 at a fixed axial distance from the lower bearing cone 114 on the wave 12th assembled. The assembly is carried out so that the opposite bearing surfaces of the bearing cones 14 , 114 and the rotor component 16 each through an annular bearing gap 20 , 120 defined width are separated from each other. The bearing column 20 , 120 have a width of a few micrometers and are filled with a bearing fluid, for example a bearing oil.
Die Lagerspalte 20, 120 der beiden konischen Lager sind nicht miteinander verbunden, sondern weisen jeweils ein oberes und ein unteres offenes Ende auf, die mit der Außenumgebung des Lagers verbunden sind. Die jeweils außen liegenden Enden der Lagerspalte 20, 120 münden jeweils in Richtung des unteren bzw. oberen Endes der Welle 12, während die innenliegenden Enden der Lagerspalte 20, 120 innerhalb des Lagers in einen ringförmigen Freiraum 32 münden, der zwischen dem Außenumfang der Welle 12 und einem Innenumfang des Rotorbauteils 16 angeordnet ist. Der Freiraum 32 ist beispielsweise durch eine am Außenumfang der Welle 12 und/oder am Innenumfang des Rotorbauteils 16 vorgesehene Nut oder Rille gebildet.The bearing column 20 , 120 of the two conical bearings are not connected to each other, but each have an upper and a lower open end, which are connected to the external environment of the bearing. The outer ends of the bearing column 20 , 120 each open in the direction of the lower or upper end of the shaft 12th while the inner ends of the bearing column 20 , 120 inside the camp in an annular space 32 flow out between the outer circumference of the shaft 12th and an inner circumference of the rotor component 16 is arranged. The freedom 32 is, for example, by one on the outer circumference of the shaft 12th and / or on the inner circumference of the rotor component 16 intended groove or groove formed.
Die jeweiligen Enden der Lagerspalte 20, 120 sind durch Dichtungen, vorzugsweise Kapillardichtungen, in Form von Dichtungsspalten 22, 122 und 28, 128 abgedichtet. Die Dichtungsspalte 22, 122 und 28, 128 sind teilweise mit Lagerfluid gefüllt. Die jeweils äußeren Dichtungsspalte 22, 122 sind vorzugsweise als konische Kapillardichtungen ausgebildet und bilden ein Fluidreservoir für das Lagerfluid, welches die Temperaturausdehnung des Lagerfluids ausgleicht und als Vorratsvolumen für das Lagerfluid dient. Entlang der beiden inneren Dichtungsspalte 28, 128 sind darüber hinaus vorzugsweise Pumpdichtungen 30, 130 angeordnet. Die Pumpdichtungen 30, 130 umfassen Rillenstrukturen, die auf der Oberfläche der Welle 12 und/oder der gegenüberliegenden Oberfläche des Rotorbauteils 16 angeordnet sind. Die Rillenstrukturen üben auf das in den Dichtungsspalten 28, 128 befindliche Lagerfluid eine Pumpwirkung in Richtung des jeweiligen Lagerspalts 20, 120 aus. Die äußeren Dichtungsspalte 22, 122 werden jeweils begrenzt durch eine äußere Dichtungsfläche der Lagerkonusse 14, 114 sowie eine gegenüberliegende innere Dichtungsfläche einer Abdeckung 18, 118. Die Abdeckungen 18, 118 sind mit dem Rotorbauteil 16 fest verbunden.The respective ends of the bearing column 20 , 120 are by seals, preferably capillary seals, in the form of sealing gaps 22 , 122 and 28 , 128 sealed. The sealing column 22 , 122 and 28 , 128 are partially filled with bearing fluid. The respective outer seal gaps 22 , 122 are preferably designed as conical capillary seals and form a fluid reservoir for the bearing fluid, which compensates for the temperature expansion of the bearing fluid and serves as a storage volume for the bearing fluid. Along the two inner seal gaps 28 , 128 are also preferably pump seals 30th , 130 arranged. The pump seals 30th , 130 include groove structures on the surface of the shaft 12th and / or the opposite surface of the rotor component 16 are arranged. The groove structures practice this in the seal gaps 28 , 128 bearing fluid has a pumping action in the direction of the respective bearing gap 20 , 120 out. The outer seal gaps 22 , 122 are each limited by an outer sealing surface of the bearing cones 14 , 114 and an opposite inner sealing surface of a cover 18th , 118 . The covers 18th , 118 are with the rotor component 16 firmly connected.
Die Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 und/oder die Lagerflächen des Rotorbauteils 16 besitzen Lagerrillenstrukturen 26, 126, die bei Rotation des Rotorbauteils 16 relativ zu den Lagerkonussen 14, 114 eine Pumpwirkung auf das im jeweiligen Lagerspalt 20, 120 befindliche Lagerfluid ausüben. Dadurch entsteht im jeweiligen Lagerspalt 20, 120 ein fluiddynamischer Druck, der das Lager tragfähig macht. Beide konusförmigen Lager weisen beispielsweise fischgrätenartige Lagerrillen 26, 126 auf, die einen längeren Ast aufweisen, der dem Dichtungsspalt 22, 122 benachbart angeordnet ist, sowie einen kürzeren Ast, welcher einer Pumpdichtung 30, 130 benachbart angeordnet ist. Aufgrund der stärkeren Pumpwirkung der längeren Äste der jeweiligen Lagerrillen 26, 126 des konischen Lagers ergibt sich insgesamt eine in das Lagerinnere gerichtete Pumpwirkung. Aufgrund der konischen Ausgestaltung der Lagerkonusse 14, 114 wirken die konischen Lager zugleich als Radial- und als Axiallager. Die beiden konusförmigen fluiddynamischen Lager arbeiten insofern gegeneinander, als dass diese das Lagerfluid in Richtung der jeweils zugeordneten Pumpdichtung 30, 130 pumpen, sodass der Druck im Lagersystem insgesamt im Gleichgewicht ist.The bearing surfaces of the bearing cones 14 , 114 and / or the bearing surfaces of the rotor component 16 have bearing groove structures 26 , 126 that at Rotation of the rotor component 16 relative to the bearing cones 14 , 114 a pumping effect on that in the respective bearing gap 20 , 120 Apply the existing bearing fluid. This creates in the respective bearing gap 20 , 120 a fluid dynamic pressure that makes the bearing stable. Both conical bearings have, for example, herringbone bearing grooves 26 , 126 that have a longer branch that the seal gap 22 , 122 is arranged adjacent, and a shorter branch, which is a pump seal 30th , 130 is arranged adjacent. Due to the stronger pumping action of the longer branches of the respective bearing grooves 26 , 126 the conical bearing results in an overall pumping effect directed into the bearing interior. Due to the conical design of the bearing cones 14 , 114 the conical bearings act both as radial and as axial bearings. The two cone-shaped fluid dynamic bearings work against each other in that they move the bearing fluid in the direction of the respective pump seal 30th , 130 pump so that the pressure in the storage system is balanced overall.
Um eine gute Zirkulation des Lagerfluids in den Lagerspalten 20, 120 sicherzustellen, sind in den Lagerkonussen 14, 114 sogenannte Rezirkulationskanäle 24, 124 vorgesehen. Durch die Lagerrillen 26, 126 wird das in den Lagerspalten 20, 120 befindliche Lagerfluid ausgehend vom ersten Dichtungsspalt 22, 122 in Richtung der innenliegenden, zweiten Dichtungsspalte 28, 128 und der Pumpdichtungen 30, 130 befördert. Die Pumpdichtungen 30, 130 pumpen das Lagerfluid zurück in das Lagerinnere und über die Rezirkulationskanäle 24, 124 wieder zurück zum ersten Dichtungsbereich 22, 122. Die Rezirkulationskanäle 24 124 verlaufen zunächst zwischen dem Außenumfang der Welle 12 und dem Innenumfang der Lagerkonusse 14, 114 und dann radial nach außen durch die Lagerkonusse 14, 114 bis in den Übergangsbereich zwischen dem Lagerspalt 20, 120 und dem oberen Dichtungsspalt 22, 122.To ensure good circulation of the bearing fluid in the bearing gaps 20 , 120 ensure are in the bearing cones 14 , 114 so-called recirculation channels 24th , 124 intended. Through the bearing grooves 26 , 126 that will be in the camp columns 20 , 120 bearing fluid from the first seal gap 22 , 122 towards the inner, second seal gap 28 , 128 and the pump seals 30th , 130 promoted. The pump seals 30th , 130 pump the bearing fluid back into the bearing interior and through the recirculation channels 24th , 124 back to the first sealing area 22 , 122 . The recirculation channels 24th 124 initially run between the outer circumference of the shaft 12th and the inner circumference of the bearing cones 14 , 114 and then radially outwards through the bearing cones 14 , 114 to the transition area between the bearing gap 20 , 120 and the upper seal gap 22 , 122 .
Bei dem dargestellten Lagersystem mit zwei separaten konischen Lagern und jeweils Lagerspalten 20, 120 mit zwei offenen Enden ist es notwendig, dass die im Lagerinneren mündenden Öffnungen der Dichtungsspalte 28, 128 und 122 auf Umgebungsdruck gehalten werden, sodass an der Grenze zwischen dem in den Dichtungsspalten 28, 128, 122 befindlichen Lagerfluid Umgebungsdruck herrscht. Ein Druckausgleich des Lagerinneren erfolgt über den Motorraum, in welchem der Stator angeordnet ist. Der Motorraum steht unter Umgebungsdruck und ist über einen Freiraum 46 unterhalb der Abdeckung 118 mit einer Querbohrung 12b in der Welle 12 verbunden. Die Querbohrung mündet in eine axiale Bohrung 12a in der Welle 12, die über eine weitere Querbohrung 12c mit dem Freiraum 32 im Lagerinneren verbunden ist. Somit herrscht im Freiraum 32 und an den äußeren Enden der Dichtungsspalte 28, 128 derselbe Umgebungsdruck wie beispielsweise an der Außenseite des Lagers im Bereich des Dichtungsspalts 22. Der äußere Dichtungsspalt 122 des unteren konischen Lagers wird über den Freiraum 46 auf Umgebungsdruck gehalten.In the bearing system shown with two separate conical bearings and each bearing column 20 , 120 With two open ends, it is necessary that the openings of the sealing gap opening into the bearing interior 28 , 128 and 122 be kept at ambient pressure so that at the boundary between that in the seal gaps 28 , 128 , 122 existing bearing fluid ambient pressure prevails. A pressure equalization of the inside of the bearing takes place via the engine compartment in which the stator is arranged. The engine compartment is under ambient pressure and has a free space 46 below the cover 118 with a cross hole 12b in the wave 12th connected. The cross bore opens into an axial bore 12a in the wave 12th that have another cross hole 12c with the freedom 32 is connected inside the warehouse. So there is freedom 32 and at the outer ends of the seal gap 28 , 128 the same ambient pressure as, for example, on the outside of the bearing in the area of the sealing gap 22 . The outer seal gap 122 the lower conical bearing is over the free space 46 kept at ambient pressure.
Das Rotorbauteil 16 wird durch ein elektromagnetisches Antriebssystem drehend gegenüber den feststehenden Motorbauteilen angetrieben. Der Spindelmotor ist ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, dessen Antriebssystem eine ringförmige Statoranordnung 34 mit mehreren Phasenwicklungen umfasst, die an der Basisplatte 10 befestigt ist. Die Statoranordnung 34 ist innerhalb einer Aussparung des Rotorbauteils 16 angeordnet und liegt einem Rotormagneten 36 direkt gegenüber. Der Rotormagnet 36 ist an einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 16 angeordnet und durch einen Luftspalt von der Statoranordnung 34 getrennt. Durch entsprechende Stromversorgung der Phasenwicklungen der Statoranordnung 34 wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, welches auf den Rotormagneten 36 wirkt und das Rotorbauteil 16 in Drehung versetzt. Auf ein separates Bauteil als magnetischem Rückschluss für den Rotormagneten 36 kann erfindungsgemäß verzichtet werden, da das Rotorbauteil 16 vorzugsweise aus Stahl besteht und selbst den magnetischen Rückschluss bildet. Die äußere Umfangsfläche des Rotormagneten 36 liegt unmittelbar an einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 16 an.The rotor component 16 is driven by an electromagnetic drive system rotating against the fixed engine components. The spindle motor is an electronically commutated DC motor, the drive system of which is an annular stator arrangement 34 with multiple phase windings included on the base plate 10th is attached. The stator arrangement 34 is within a recess of the rotor component 16 arranged and is a rotor magnet 36 directly opposite. The rotor magnet 36 is on an inner peripheral surface of the rotor member 16 arranged and through an air gap from the stator assembly 34 Cut. By appropriate power supply to the phase windings of the stator arrangement 34 an alternating electromagnetic field is generated, which is applied to the rotor magnet 36 acts and the rotor component 16 spun. On a separate component as a magnetic inference for the rotor magnet 36 can be dispensed with according to the invention since the rotor component 16 preferably consists of steel and itself forms the magnetic yoke. The outer peripheral surface of the rotor magnet 36 lies directly on an inner peripheral surface of the rotor component 16 on.
Am Innenumfang des Rotorbauteils 16 ist vorzugsweise eine Stufe angeordnet, die eine Anschlagfläche 40 für die Stirnseite des Rotormagneten 36 bildet und die Stirnseite des Rotormagneten 36 teilweise überdeckt. Diese Anschlagfläche 40 erleichtert die axiale Positionierung des Rotormagneten 36 und das Eintreten der magnetischen Feldlinien in das als magnetischem Rückschluss dienende Rotorbauteil 16.On the inner circumference of the rotor component 16 a step is preferably arranged which has a stop surface 40 for the front of the rotor magnet 36 forms and the end face of the rotor magnet 36 partially covered. This stop face 40 facilitates the axial positioning of the rotor magnet 36 and the entry of the magnetic field lines into the rotor component serving as a magnetic yoke 16 .
Die Statoranordnung 34 verfügt über mehrere Wicklungsdrähte 48, die an der Unterseite des Wicklungspakets der Statoranordnung 34 austreten. Die Wicklungsdrähte 48 werden durch eine oder mehrere Durchgangsbohrungen 10a der Basisplatte 10 hindurchgeführt bis zur Unterseite der Basisplatte 10. Dort werden die Wicklungsdrähte 48 beispielsweise an entsprechenden Lötflächen an einer elektrischen Leiterplatte 50 kontaktiert.The stator arrangement 34 has several winding wires 48 that are on the underside of the winding package of the stator assembly 34 emerge. The winding wires 48 are through one or more through holes 10a the base plate 10th passed through to the underside of the base plate 10th . There are the winding wires 48 for example on corresponding soldering areas on an electrical circuit board 50 contacted.
Am Außenumfang des Rotorbauteils 16 ist eine Auflagefläche 42 vorgesehen, die als Auflage für eine oder vorzugsweise mehrere magnetische Speicherplatten des Festplattenlaufwerks dient.On the outer circumference of the rotor component 16 is a support surface 42 provided that serves as a support for one or preferably more magnetic storage disks of the hard disk drive.
Je nach der Anzahl der Phasen der Statorwicklungen und der Verschaltung der Wicklungsdrähte 48 kann die Statoranordnung 34 beispielsweise 3-6 Wicklungsdrähte 48 aufweisen. Oftmals weist die Statoranordnung drei Phasen auf und besitzt drei Wicklungsdrähte, die in Dreieckschaltung verdrahtet sind.Depending on the number of phases of the stator windings and the connection of the winding wires 48 can the stator assembly 34 for example 3-6 Winding wires 48 exhibit. Often the Stator arrangement on three phases and has three winding wires, which are wired in a delta connection.
Die Durchgangsbohrungen 10a in der Basisplatte 10 sind im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Die Durchgangsbohrungen 10a haben vorzugsweise keinen gleichbleibenden Durchmesser, sondern weiten sich jeweils an den Enden auf, beispielsweise in Form von Senkungen 10b, 10c.The through holes 10a in the base plate 10th are essentially cylindrical. The through holes 10a preferably do not have a constant diameter, but rather widen at the ends, for example in the form of depressions 10b , 10c .
Auf der Oberseite der Basisplatte 10, direkt unterhalb der Statoranordnung 34, ist eine Abdeckscheibe 52 angeordnet, die aus elektrisch isolierendem Material besteht. Die Abdeckscheibe 52 umfasst eine Anzahl von Öffnungen, die der Anzahl der Durchgangsbohrungen 10a der Basisplatte 10 entsprechen. Die Öffnungen der Abdeckscheibe 52 sind derart angeordnet, dass sie oberhalb der Durchgangsbohrungen 10a der Basisplatte 10 zu liegen kommen. Die Wicklungsdrähte 48 der Statoranordnung 34 werden einzeln durch die Öffnungen der Abdeckscheibe 52 hindurchgeführt und weiter durch die zugeordneten Durchgangsbohrungen 10a der Basisplatte 10, wobei sie durch die Öffnungen der Abdeckscheibe 52 bezüglich der Durchgangsbohrungen 10a der Basisplatte 10 vorzugsweise zentriert werden. Dadurch werden die Wicklungsdrähte 48 in einem Abstand zur Wandung der Durchgangsbohrungen 10a gehalten und ein physikalischer Kontakt zwischen den Wicklungsdrähten 48 und den Wandungen der Durchgangsbohrungen 10a der metallischen Basisplatte 10 vermieden. Die Wicklungsdrähte 48 sind zwar vorzugsweise mit einem isolierenden Schutzlack versehen, welcher jedoch durch die Montage beschädigt werden kann, sodass ein elektrischer Kontakt nicht auszuschließen ist.On the top of the base plate 10th , directly below the stator arrangement 34 , is a cover plate 52 arranged, which consists of electrically insulating material. The cover plate 52 includes a number of openings equal to the number of through holes 10a the base plate 10th correspond. The openings of the cover plate 52 are arranged so that they are above the through holes 10a the base plate 10th come to rest. The winding wires 48 the stator arrangement 34 are individually through the openings of the cover plate 52 passed and further through the assigned through holes 10a the base plate 10th , passing through the openings in the cover plate 52 regarding the through holes 10a the base plate 10th preferably be centered. This will make the winding wires 48 at a distance from the wall of the through holes 10a held and a physical contact between the winding wires 48 and the walls of the through holes 10a the metallic base plate 10th avoided. The winding wires 48 are preferably provided with an insulating protective lacquer, which, however, can be damaged by the assembly, so that electrical contact cannot be excluded.
Nach dem elektrischen Kontaktieren der Wicklungsdrähte 48 an der Leiterplatte 50 wird zumindest der Bereich der Lötflächen der Leiterplatte und der Durchgangsbohrungen 10a und den Senkungen 10b, 10c mittels einer elektrisch isolierenden Vergussmasse 56 vergossen. Dadurch, dass der Durchmesser der Durchgangsbohrungen 10a sich an der Unterseite der Basisplatte 10 aufweitet, also seitens der Leiterplatte 50, kann die isolierende Vergussmasse 56 relativ einfach eingebracht werden, weit bis in die Durchgangsbohrungen 10a eindringen und gewährleistet einen gasdichten Verschluss der Durchgangsbohrungen 10a.After electrical contacting of the winding wires 48 on the circuit board 50 at least the area of the soldering surfaces of the circuit board and the through holes 10a and the subsidence 10b , 10c by means of an electrically insulating potting compound 56 shed. Because of the diameter of the through holes 10a itself at the bottom of the base plate 10th expands, i.e. on the part of the circuit board 50 , the insulating sealing compound 56 can be introduced relatively easily, far into the through holes 10a penetrate and ensures a gas-tight seal of the through holes 10a .
Als elektrisch isolierende Vergussmasse kann beispielsweise ein 1-Komponenten-Epoxidharz verwendet werden, beispielsweise PLENSET AE-770. Dieses Epoxidharz gewährleistet eine schnelle Aushärtung bei geringer Ausgasung. Das Epoxidharz ist halogenfrei und weist eine hohe Glasübergangstemperatur bei sehr guter Hitzefestigkeit auf.A 1-component epoxy resin, for example PLENSET AE-770, can be used as the electrically insulating casting compound. This epoxy resin ensures quick curing with low outgassing. The epoxy resin is halogen-free and has a high glass transition temperature with very good heat resistance.
Wie oben bereits beschrieben ist die Welle 12 in einer Öffnung der Basisplatte 10 gehalten. Hierbei ist die Welle 12 in die Öffnung der Basisplatte eingefügt und/oder eingeklebt.The shaft is as already described above 12th in an opening in the base plate 10th held. Here is the wave 12th inserted and / or glued into the opening of the base plate.
Diese Fügeverbindung zwischen der Welle 12 und der Basisplatte 10 muss ebenfalls abgedichtet werden, damit kein Gasaustausch zwischen dem Inneren des Motorgehäuses und der Außenumgebung stattfinden kann. Die Längsbohrung 12a der Welle 12 an der unteren Stirnseite der Welle 12 wird beispielsweise mit einem Stopfen 54 verschlossen. Die Welle 12 und der Stopfen 54 bestehen vorzugsweise aus Stahl und werden miteinander verschweißt. Dann wird der Freiraum an der mit dem Stopfen 54 verschlossenen Stirnseite der Welle 12 mit einer Vergussmasse 58, beispielsweise PLENSET AE-770, verschlossen, die sich an die Stirnseite der Welle 12 und die anliegenden Wanderungen der Basisplatte abdichtend anlegt. Weiterhin kann noch eine Dichtungsscheibe 66 auf die vergossenen Bereiche aufgelegt und mit der Basisplatte 10 verklebt werden. Somit ist der Verbindungsbereich zwischen der Welle 12 und der Basisplatte 10 gasdicht verschlossen.This joint connection between the shaft 12th and the base plate 10th must also be sealed so that there is no gas exchange between the inside of the motor housing and the outside. The longitudinal bore 12a the wave 12th on the lower face of the shaft 12th for example with a stopper 54 locked. The wave 12th and the stopper 54 are preferably made of steel and are welded together. Then the free space on the with the stopper 54 closed end of the shaft 12th with a potting compound 58 , for example PLENSET AE-770, closed on the front side of the shaft 12th and sealing the adjacent migrations of the base plate. You can also use a sealing washer 66 placed on the encapsulated areas and with the base plate 10th be glued. Thus, the connection area between the shaft 12th and the base plate 10th sealed gastight.
2 zeigt einen Schnitt durch die Basisplatte 10 im Bereich der Durchgangsbohrung 10a. 2nd shows a section through the base plate 10th in the area of the through hole 10a .
Die Durchgangsbohrung mit dem Durchmesser d weist im Bereich der Oberseite der Basisplatte 10 eine Senkung 10b auf, die eine Tiefe t und einen maximalen Durchmesser D aufweist.The through hole with the diameter d points in the area of the top of the base plate 10th a cut 10b which has a depth t and a maximum diameter D.
Der Öffnungswinkel α der Senkung 10b beträgt vorzugsweise 90 Grad. Die Durchgangsbohrung 10a hat beispielsweise einen Durchmesser d = 1 Millimeter. Der Durchmesser des Wicklungsdrahts 48, der durch die Durchgangsbohrung 10a hindurchgeführt ist, beträgt beispielsweise 0,22 Millimeter.The opening angle α the lowering 10b is preferably 90 degrees. The through hole 10a for example, has a diameter d = 1 millimeter. The diameter of the winding wire 48 through the through hole 10a is passed, for example, 0.22 millimeters.
Erfindungsgemäß wird für die Tiefe t der Senkung 10b ein Betrag zwischen 0,4*d und 0,6*d gewählt, das heißt bei einem Durchmesser d = 1 mm der Durchgangsbohrung 10a zwischen 0,4 mm und 0,6 mm. Vorzugsweise beträgt die Tiefe t = 0,5*d = 0,5 Millimeter.According to the invention for the depth t of the depression 10b an amount between 0.4 * d and 0.6 * d is selected, that is, with a diameter d = 1 mm of the through hole 10a between 0.4 mm and 0.6 mm. The depth is preferably t = 0.5 * d = 0.5 millimeter.
Für den maximalen Durchmesser D der Senkung 10b wird ein Betrag zwischen 1,8*d und 2,2*d gewählt. Im folgenden Beispiel bei einem Durchmesser d = 1 mm der Durchgangsbohrung 10a demnach zwischen 1,8 und 2,2 Millimeter, vorzugsweise jedoch D = 2,0*d = 2,0 Millimeter.For the maximum diameter D of the counterbore 10b an amount between 1.8 * d and 2.2 * d is chosen. In the following example with a diameter d = 1 mm of the through hole 10a accordingly between 1.8 and 2.2 millimeters, but preferably D = 2.0 * d = 2.0 millimeters.
Die Durchgangsbohrung 10a bzw. die obere Senkung 10b ist durch eine Abdeckscheibe 52 abgedeckt, die zu Isolationszwecken und zur besseren Führung des Wicklungsdrahts 48 dient. Der Wicklungsdraht 48 wird im Bereich der Unterseite der Basisplatte 10 mit entsprechenden Anschlussflächen der Leiterplatte 50 verbunden.The through hole 10a or the upper depression 10b is through a cover plate 52 covered, for insulation purposes and for better guidance of the winding wire 48 serves. The winding wire 48 is in the area of the bottom of the base plate 10th with corresponding connection surfaces of the circuit board 50 connected.
Die Bohrung 10a hat eine untere Senkung 10c, die beispielsweise als Kombination einer kegelförmigen Senkung und zylindrischen Senkung ausgebildet ist. Seitens der unteren Senkung 10c wird die Bohrung 10a sowie die obere Senkung 10b nach dem Aufbringen der Abdeckscheibe 52 und Hindurchführen des Wicklungsdrahts 48 mit einer Vergussmasse 56 gefüllt.The hole 10a has a lower depression 10c , which is designed, for example, as a combination of a conical countersink and a cylindrical countersink. On the part of the lower depression 10c becomes the hole 10a as well as the top depression 10b after applying the cover plate 52 and passing the winding wire through 48 with a potting compound 56 filled.
Durch unterschiedliche Temperaturausdehnungen des Materials der Vergussmasse 56 und des Materials der Basisplatte 10 sowie des Materials des Wicklungsdrahts 48 können sich auch in der Vergussmasse 56 Spannungen bilden, die insbesondere an der Übergangskante im Übergangsbereich zwischen der Bohrung 10a und der oberen Senkung 10b auftreten.Due to different temperature expansions of the material of the casting compound 56 and the material of the base plate 10th as well as the material of the winding wire 48 can also be found in the sealing compound 56 Form tensions, especially at the transition edge in the transition area between the hole 10a and the top cut 10b occur.
Diese Spannungen in der Vergussmasse 56 können zu Rissen in der Vergussmasse oder einem Ablösen der Vergussmasse von der Oberfläche der Durchgangsbohrungen 10a bzw. der Senkung 10b führen. Dem kann durch geeignete Abmessungen der Senkung 10b entsprechend den erfindungsgemäßen Parametern entgegengewirkt werden, sodass ein Ablösen der Vergussmasse 56 von den Rändern der Durchgangsbohrung 10a bzw. der Senkungen 10b oder eine Bildung von Rissen in der Vergussmasse 56 vermieden wird.These tensions in the sealing compound 56 can cause cracks in the casting compound or detachment of the casting compound from the surface of the through holes 10a or the lowering 10b to lead. This can be achieved by suitable dimensions of the countersink 10b counteracted according to the parameters of the invention, so that a detachment of the potting compound 56 from the edges of the through hole 10a or the subsidence 10b or the formation of cracks in the potting compound 56 is avoided.
Die Erfindung stellt sicher, dass die Vergussmasse für die Lebensdauer des Festplattenlaufwerks gasdicht bleibt.The invention ensures that the potting compound remains gas-tight for the life of the hard disk drive.
BezugszeichenlisteReference list
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1010th
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BasisplatteBase plate
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10a10a
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DurchgangsbohrungThrough hole
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1212th
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Wellewave
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12a-c12a-c
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BohrungenHoles
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14, 11414, 114
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LagerkonusBearing cone
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1616
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RotorbauteilRotor component
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18, 11818, 118
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Abdeckungcover
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20, 12020, 120
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LagerspaltBearing gap
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22, 12222, 122
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erster Dichtungsspaltfirst sealing gap
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24, 12424, 124
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RezirkulationskanalRecirculation channel
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26, 12626, 126
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LagerrillenBearing grooves
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28, 12828, 128
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zweiter Dichtungsspaltsecond sealing gap
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30, 13030, 130
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PumpdichtungPump seal
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3232
-
Freiraumfree space
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3434
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StatoranordnungStator arrangement
-
3636
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RotormagnetRotor magnet
-
3838
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DrehachseAxis of rotation
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4040
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AnschlagflächeAbutment surface
-
4242
-
AuflageflächeContact surface
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4444
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GewindebohrungTapped hole
-
4646
-
Freiraumfree space
-
4848
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WicklungsdrahtWinding wire
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5050
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elektrische Leiterplatteelectrical circuit board
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5252
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AbdeckscheibeCover plate
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5454
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StopfenPlug
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5656
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VergussmasseSealing compound
