DE102020115596A1

DE102020115596A1 - Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem

Info

Publication number: DE102020115596A1
Application number: DE102020115596.4A
Authority: DE
Inventors: Dominik Riesterer
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2020-06-12
Filing date: 2020-06-12
Publication date: 2021-12-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor, welcher umfasst: ein feststehendes Motorbauteil, ein um eine Rotationsachse (50) drehbares Motorbauteil, ein fluiddynamisches Lagersystem, welches mindestens ein fluiddynamisches Radiallager (30, 32) und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager (34, 36) umfasst und zur Drehlagerung des drehbaren Motorbauteils ausgebildet ist, einen Lagerspalt (24), der zwischen den Lagerflächen des feststehenden und des drehbaren Motorbauteils angeordnet ist und mit einem Lagerfluid gefüllt ist, einen Dichtungsspalt (28) zur Abdichtung des Lagerspalts (24), mindestens einen Rezirkulationskanal (48) der voneinander entferne Abschnitte (24c, 24d, 24e) des Lagerspalts (24) direkt miteinander verbindet, und ein elektromagnetisches Antriebssystem (42, 44) zum Antrieb des drehbaren Motorbauteils, wobei der Dichtungsspalt (28) und der Rezirkulationskanal (48) in axialer Richtung verlaufen aber in axialer Richtung nicht überlappen und im Wesentlichen denselben radialen Abstand von der Rotationsachse (50) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem zum Antrieb von Festplattenlaufwerken oder Lüftern oder dergleichen sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt.
Diese Spindelmotoren werden zunehmend in mobilen Geräten eingesetzt, sodass ein großes Bestreben besteht, die Baugröße, insbesondere die Bauhöhe und den Durchmesser dieser Spindelmotoren und der damit angetriebenen Geräte, wie z. B. Festplattenlaufwerke, Lüfter, Laserscanner oder dergleichen, zu verringern.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2010 020 317 A1 einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, welches zwei fluiddynamische Radiallager und ein fluiddynamisches Axiallager aufweist und welcher eine relativ geringe Bauhöhe von beispielsweise sieben Millimeter aufweist. Allerdings ist der Durchmesser des Lagersystems aufgrund der großen Lagerbuchse und des außenliegenden Dichtungsspalts des Lagerspalts relativ groß.
Die DE 10 2017 123 624 A1 umfasst einen Spindelmotor ähnlicher Bauart wie er oben beschrieben wurde, wobei das Lagersystem hier aufgrund der Anordnung des Rezirkulationskanals in der Lagerbuchse und des außen liegenden Dichtungsspalts ebenfalls einen relativ großen Durchmesser aufweist.
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem anzugeben, bei dem der Durchmesser des Lagersystems im Vergleich zum Stand der Technik reduziert ist. Außerdem soll der Spindelmotor eine geringe Bauhöhe aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Spindelmotor umfasst ein feststehendes Motorbauteil, ein um eine Rotationsachse drehbares Motorbauteil und ein fluiddynamisches Lagersystem, welches mindestens ein fluiddynamisches Radiallager und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager umfasst und zur Drehlagerung des drehbaren Motorbauteils ausgebildet ist. Ein Lagerspalt ist zwischen den Lagerflächen des feststehenden und des drehbaren Motorbauteils angeordnet und mit einem Lagerfluid gefüllt, und es ist ein Dichtungsspalt zur Abdichtung des Lagerspalts vorgesehen. Über mindestens einen Rezirkulationskanal sind voneinander entferne Abschnitte des Lagerspalts direkt miteinander verbunden. Ein elektromagnetisches Antriebssystem dient zum Antrieb des drehbaren Motorbauteils.
Erfindungsgemäß verlaufen der Dichtungsspalt und der Rezirkulationskanal in axialer Richtung, aber überlappen in axialer Richtung nicht und weisen im Wesentlichen denselben radialen Abstand von der Rotationsachse auf.
Aufgrund dessen, dass der Rezirkulationskanal und der Dichtungsspalt beide in axialer Richtung verlaufen, aber axial nicht miteinander überlappen und etwa denselben radialen Abstand zur Rotationsachse aufweisen, lässt sich ein Lagersystem mit geringem Durchmesser aufbauen, d. h. dessen Durchmesser kann im Vergleich zu einem bekannten ähnlichen Lagersystem um einige Millimeter verringert werden, ohne dass auf einen Rezirkulationskanal verzichtet werden müsste.
Dadurch kann auch insgesamt der Durchmesser des Spindelmotors verringert werden, oder bei gleichem Durchmesser verbleibt mehr Bauraum für das elektromagnetische Antriebssystem.
Die Nabe ist vorzugsweise topfförmig ausgebildet und weist eine der Stirnseite der Lagerbuchse zugewandte Unterseite und einen umlaufenden Rand auf, wobei zwischen der Stirnseite der Lagerbuchse und der Unterseite der Nabe ein erster radial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts gebildet ist.
Entlang des ersten radial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts kann beispielsweise ein fluiddynamisches Axiallager angeordnet sein, oder es können auf den entsprechenden Oberflächen der Lagerbuchse oder der Nabe Pumprillenstrukturen vorgesehen sein, die eine gerichtete Pumpwirkung auf das im radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts befindliche Lagerfluid ausüben.
Der Dichtungsspalt ist vorzugsweise radial außerhalb der Nabe angeordnet und durch eine äußere Umfangsfläche des umlaufenden Randes der Nabe und eine innere Umfangsfläche des feststehenden Motorbauteils begrenzt.
Insbesondere kann der Dichtungsspalt durch eine innere Umfangsfläche eines Haltebauteils oder einer Lagerhülse gebildet sein, welches bzw. welche die Lagerbuchse aufnimmt.
Der Dichtungsspalt ist ringförmig ausgebildet und verläuft in axialer Richtung etwa parallel zur Rotationachse des Lagersystems, wobei dessen Öffnung in Richtung des Rotorbauteils gerichtet ist.
Vorzugsweise ist der Dichtungsspalt als konischer kapillarer Dichtungsspalt ausgebildet.
Zwischen dem Außenumfang der Welle und der Wandung der Lagerbohrung der Lagerbuchse ist ein erster axialer Abschnitt des Lagerspalts gebildet, entlang welchem mindestens ein fluiddynamisches Radiallager oder vorzugsweise zwei in einem axialen Abstand zueinander angeordnete fluiddynamische Radiallager angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Lagerbuchse an ihrer äußeren Umfangsfläche eine Abstufung auf, welche die Lagerbuchse in einen Abschnitt mit größerem Durchmesser und einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser unterteilt. Der Abschnitt der Nabe mit größerem Durchmesser ist in dem Haltebauteil gehalten.
Der umlaufende Rand der Nabe umgibt den Abschnitt der Lagerbuchse mit kleinerem Durchmesser, wobei zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Abschnitts der Lagerbuchse mit kleinerem Durchmesser und der inneren Umfangsfläche des umlaufenden Randes der Nabe ein zweiter axial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts verläuft.
Der Dichtungsspalt ist auf derselben axialen Höhe wie die ersten und zweiten axial verlaufenden Abschnitte des Lagerspalts und ist parallel zu diesen angeordnet.
Das Rotorbauteil, welches mit der Nabe und/oder der Welle verbunden ist, weist einen inneren umlaufenden Rand sowie einen äußeren umlaufenden Rand auf.
Eine äußere Umfangsfläche der Lagerhülse und eine innere Umfangsfläche des inneren umlaufenden Randes des Rotorbauteils bilden einen ringförmigen Luftspalt, der das offene Ende des Dichtungsspalts mit der Umgebungsatmosphäre verbindet.
Alternativ kann dieser Luftspalt durch eine äußere Umfangsfläche des Haltebauteils und eine innere Umfangsfläche des inneren umlaufenden Randes des Rotorbauteils gebildet sein.
Am Ende der Welle ist eine Druckplatte angeordnet, die in einer Aussparung der Lagerbuchse aufgenommen ist. Die Stirnflächen der Druckplatte können zusammen mit den Stirnflächen der Lagerbuchse bzw. Stirnflächen der Abdeckung mindestens ein fluiddynamisches Axiallager bilden.
Der Rezirkulationskanal erstreckt sich in axialer Richtung, ausgehend von der für die Druckplatte vorgesehenen Aussparung der Lagerbuchse, bis in einen Übergangsbereich zwischen dem zweiten axial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts und dem Dichtungsspalt und verbindet den zweiten und/oder dritten radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts direkt mit dem zweiten axial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts und/oder dem Dichtungsspalt.
Der Spindelmotor kann vorzugsweise zum Antrieb eines Lüfters, insbesondere eines Lüfters mit niedriger Bauhöhe und kleinem Außendurchmesser, verwendet werden. Auch der Einsatz für den Antrieb eines Festplattenlaufwerks und/oder Laserscanners ist möglich.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Hierbei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.

1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer ersten Ausgestaltung eines fluiddynamischen Lagersystems.
2 zeigt eine gegenüber 1 abgewandelte Ausgestaltung eines Spindelmotors.
3 zeigt einen Spindelmotor mit einer zweiten Ausgestaltung eines fluiddynamischen Lagersystems.
4 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Spindelmotors von 3.
5a zeigt einen Spindelmotor mit einer ersten Ausgestaltung der Nabe-Rotor-Komponente.
5b zeigt einen Spindelmotor mit einer zweiten Ausgestaltung der Nabe-Rotor-Komponente.

Der in 1 dargestellte Spindelmotor umfasst eine Motorbasis 10, auf welcher der Spindelmotor aufgebaut ist.
In einer Öffnung der Motorbasis ist ein Haltbauteil 12 angeordnet, welches die feststehenden Motorbauteile hält.
Das Haltebauteil 12 ist etwa hohlzylindrisch ausgebildet und weist im oberen Bereich eine Stufe auf, die einen Rand 12a mit einem entsprechend verringerten Durchmesser bildet.
Eine Lagerbuchse 16 ist in dem Haltebauteil 12 befestigt.
Die Lagerbuchse 16 ist etwa hohlzylindrisch ausgebildet und umfasst an ihrer äußeren Umfangsfläche eine Stufe, die die Lagerbuchse 16 in einen Abschnitt mit größerem Außendurchmesser und einen Abschnitt mit kleinerem Außendurchmesser unterteilt.
Die Lagerbuchse 16 ist mit ihrem Abschnitt mit größerem Außendurchmesser in dem Haltebauteil 12 befestigt, derart, dass die Stufe am Außenumfang der Lagerbuchse 16 an der Stufe am Innenumfang des Haltebauteils 12 anliegt. Die Lagerbuchse 16 sitzt demnach auf dem Haltebauteil 12 auf und ist an ihrem Außenumfang durch eine Press- und/oder Klebeverbindungmit dem Haltebauteil 12 verbunden.
In einer Lagerbohrung der Lagerbuchse 16 ist eine zylindrische Welle 18 drehbar gelagert, die an ihrem unteren Ende eine Druckplatte 18a aufweist, die in einer gegenüber der Lagerbohrung vergrößerten Aussparung der Lagerbuchse 16 zusammen mit der Welle 18 frei drehbar angeordnet ist.
Das untere Ende der Lagerbuchse 16 im Bereich der Druckplatte 18a ist von einer Abdeckung 20 abgedeckt.
An einem oberen freien Ende der Welle 18, das aus der Lagerbuchse 16 herausragt, ist eine Nabe 22 befestigt.
Die Nabe 22 ist scheibenförmig ausgebildet und weist einen äußeren umlaufenden Rand 22a auf, der sich über einen Abschnitt des Außenumfangs der Lagerbuchse 16 erstreckt und zwar über den Abschnitt der Lagerbuchse 16 mit kleinerem Außendurchmesser.
Zwischen dem Innenumfang des Randes 22a der Nabe 22 und dem Außenumfang der Lagerbuchse 16 verbleibt ein Spalt 26e, der ein Teil des Lagerspalts 26 ist.
Das fluiddynamische Lagersystem umfasst zwei fluiddynamische Radiallager 30, 32, die durch Lagerflächen des Außenumfangs der Welle 18 und der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung der Lagerbuchse 16 gebildet werden.
Die fluiddynamischen Radiallager 30, 32 sind entlang eines ersten axial verlaufenden Abschnitts 26a eines Lagerspalts 26 angeordnet.
Ein zweiter axial verlaufender Abschnitt 26e des Lagerspalts ist zwischen dem Außenumfang der Lagerbuchse und der inneren Umfangsfläche des Randes 22a der Nabe 22 angeordnet.
Ein erster radial verlaufender Abschnitt 26b des Lagerspalts 26 ist gebildet zwischen einer Stirnfläche der Lagerbuchse 16 und einer unteren Unterseite der Nabe 22.
Die Druckplatte 18a, die in der Aussparung der Lagerbuchse 16 angeordnet ist, ist von der unteren Stirnseite der Lagerbuchse 16 durch einen zweiten radial verlaufenden Abschnitt 26c des Lagerspalts getrennt. Die Unterseite der Druckplatte 18a ist von der Oberseite der Abdeckung 22 durch einen dritten radial verlaufenden Abschnitt 26d des Lagerspalts getrennt.
Die Abschnitte 26a bis 26e des Lagerspalts 26 sind mit Lagerfluid gefüllt und weisen eine Spaltbreite von einigen Mikrometern bis einigen 10 Mikrometer auf.
Entlang des ersten radialen Abschnitts 26b des Lagerspalts zwischen dem Außenumfang der Welle 18 und der inneren Umfangsfläche des Randes 22a der Nabe 22 ist ein fluiddynamisches Axiallager 34 vorgesehen, das durch Lagerrillenstrukturen gebildet ist, die auf der Stirnseite der Lagerbuchse 16 und/oder der Unterseite der Nabe 22 angeordnet sind.
Ein weiteres fluiddynamisches Axiallager 36 ist zwischen einer oberen Stirnseite der Druckplatte 18a und einer unteren Stirnseite der Lagerbuchse 16 angeordnet und befindet sich entlang des zweiten radial verlaufenden Abschnitts 26c des Lagerspalts.
Die beiden fluiddynamischen Axiallager 34, 36 können spiralförmige oder fischgrätenförmige Lagerrillenstrukturen aufweisen, die eine neutrale oder eine radial nach innen gerichtete oder radial nach außen gerichtete Pumpwirkung auf das in den zugeordneten Lagerspalten 26b, 26c befindliche Lagerfluid ausüben.
Entlang des dritten radial verlaufenden Abschnitts 26d des Lagerspalts ist kein fluiddynamisches Axiallager angeordnet. Stattdessen können Pumprillenstrukturen 38 vorgesehen sein, die das Lagerfluid vorzugsweise radial nach innen in Richtung der Rotationsachse 50 pumpen. Diese Pumprillenstrukturen 38 sind entweder auf der Unterseite der Druckplatte 18a oder der Oberseite der Abdeckung 20 angeordnet.
Das Haltebauteil 12 weist eine Stufe auf, die vorzugsweise auf der Stufe der Lagerbuchse 16 aufliegt. Oberhalb der Stufe der Lagerbuchse 16 bildet der Abschnitt der Lagerbuchse mit geringerem Durchmesser mit dem Rand 12a des Haltebauteils 12 einen ringförmigen Freiraum, in welchen der Rand 22a der Nabe 22 hineinreicht.
Die innere Umfangsfläche des Randes 22a der Nabe 22 bildet mit der äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse 16 den axial verlaufenden Abschnitt 26e des Lagerspalts, der um die untere Stirnseite des Randes 22a der Nabe 22 herumläuft und in einen kapillaren Dichtungsspalt 28 übergeht, der durch die äußere Umfangsfläche des Randes 22a der Nabe 22 und eine abgeschrägte innere Umfangsfläche des Randes 12a des Haltebauteils 12 begrenzt ist.
Der Dichtungsspalt 28 öffnet sich konisch nach oben in Richtung der Nabe 22 und verläuft in axialer Richtung etwa parallel wie der erste axial verlaufende Abschnitt 26a des Lagerspalts und auf gleicher axialer Höhe wie der zweite axial verlaufende Abschnitt 26e des Lagerspalts 26.
In der Lagerbuchse 16 ist mindestens ein Rezirkulationskanal 48 vorgesehen, der im Bereich des größeren Außendurchmessers der Lagerbuchse 16 etwa parallel zum Außenumfang der äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse 16 verläuft und von der unteren Stirnseite der Lagerbuchse 16 bis zu der durch die Stufe der Lagerbuchse gebildeten Stirnfläche reicht.
Der Rezirkulationskanal 48 erstreckt sich von der Aussparung bzw. dem äußeren Durchmesser der Aussparung, in welcher die Druckplatte 18a liegt, bis zum Übergangsbereich zwischen dem axial verlaufenden Abschnitt 26e des Lagerspalts und dem Dichtungsspalt 28 und verbindet den zweiten radial verlaufenden Abschnitt 26c und/oder den dritten radial verlaufenden Abschnitt 26d des Lagerspalts 26 unmittelbar mit dem zweiten axial verlaufenden Abschnitt 26e des Lagerspalt und/oder dem Dichtungsspalt 28.
Der Rezirkulationskanal 48 ist zumindest teilweise mit Lagerfluid gefüllt und ist mit den Abschnitten 26c, 26d, 26e des Lagerspalts 26 und dem Dichtungsspalt 48 flüssigkeitsleitend verbunden.
Der Dichtungsspalt 28 und der Rezirkulationskanal 48 überlappen sich in axialer Richtung nicht und haben im Wesentlichen denselben radialen Abstand von der Rotationsachse 50.
Dadurch ist es möglich, den radialen Durchmesser des Lagersystems zu verringern im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Lagersystemen, ohne dass auf einen axial verlaufenden Rezirkulationskanal 48 oder einen axial verlaufenden Dichtungsspalt 28 verzichtet werden müsste.
Ein Rotorbauteil 24 ist mit der Nabe verbunden und weist einen inneren Rand 24a sowie einen äußeren Rand 24b auf, an welchen beispielsweise ein Lüfterrad 46 oder dergleichen befestigt werden kann.
Zwischen der äußeren Umfangsfläche des Randes 12a des Haltebauteils 12 und einer inneren Umfangsfläche des inneren Randes 24a des Rotorbauteils 24 ist ein Luftspalt 40 gebildet, der die Öffnung des Dichtungsspalts 28 mit der Außenumgebung und Außenatmosphäre verbindet. Somit herrscht am Dichtungsspalt 28 Umgebungsdruck.
An der äußeren Umfangsfläche weist das Haltbauteil 12 vorzugsweise eine Stufe auf, auf der eine Statoranordnung 42 des elektromagnetischen Antriebssystems des Spindelmotors angeordnet ist. An dem Rotorbauteil 24 bzw. dem äußeren Rand 24b des Rotorbauteils 24 ist an dessen Innenumfang ein Permanentmagnet 44 vorgesehen, welcher der Statoranordnung 42 getrennt durch einen Luftspalt radial gegenüberliegt.
2 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Spindelmotors und des Lagersystems von 1, wobei anstelle der relativ dünnen Abdeckung 20 zur Abdeckung der Unterseite der Lagerbuchse 16 eine dickere Abdeckplatte 21 verwendet wird.
Durch die Verwendung einer stärkeren Abdeckplatte 21 ist es möglich, nicht nur im oberen Bereich der Druckplatte 18a ein fluiddynamisches Axiallager 36 anzuordnen, sondern auch auf der Unterseite der Druckplatte 18a, die der Abdeckplatte 21 gegenüberliegt. Das fluiddynamische Axiallager 37 zwischen der Druckplatte 18a und der Abdeckplatte 21 ersetzt das in 1 dargestellte obere fluiddynamische Axiallager 34 oder kann zusätzlich zum oberen Axiallager 34 vorgesehen sein.
Anstelle des oberen Axiallagers 34 können in 2 Pumprillenstrukturen 39 vorgesehen sein, die das im ersten axial verlaufenden Abschnitt 26b des Lagerspalts befindliche Lagerfluid radial nach innen in Richtung der Drehachse 50 befördern und damit in Richtung des ersten axial verlaufenden Abschnitts 26a des Lagerspalts 26..
Ansonsten entspricht der Spindelmotor aus 1 dem Spindelmotor aus 2 und weist dieselben Bauteile und dieselbe Funktion auf.
3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem, bei dem gleiche Bauteile wie in 1 mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
3 unterscheidet sich von den Spindelmotoren der 1 und 2 dadurch, dass das Haltebauteil 112 sowie die Lagerbuchse 116 unterschiedlich ausgebildet sind und zusätzlich eine Lagerhülse 114 vorgesehen ist.
Das Haltebauteil 112 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und in einer Öffnung der Motorbasis 10 befestigt.
Das Haltebauteil 112 weist eine innere Stufe auf, auf welcher eine Lagerhülse 114 anliegt, die in dem Halteelement 112 befestigt ist.
Die Lagerhülse 114 wiederum dient zur Aufnahme der Lagerbuchse 116, die als Hohlzylinder ausgebildet ist. In der Lagerbuchse ist die Welle 18 drehbar gelagert.
Die Lagerhülse 114 ist durch eine Abdeckung 120 verschlossen, wobei zwischen der Abdeckung 120 und der unteren Stirnseite der Lagerbuchse 116 ein Freiraum verbleibt, in welchem die Druckplatte 18a der Welle 18 frei drehbar angeordnet ist.
In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird der Dichtungsspalt 128 zur Abdichtung des Lagerspalts durch eine äußere Umfangsfläche des Randes 22a der Nabe 22 und eine innere Umfangsfläche der Lagerhülse 114 gebildet.
Der obere Rand 114a der Lagerhülse 114 weist aufgrund einer Stufe am Innenumfang der Lagerhülse einen Abstand zur Lagerbuchse auf und bildet einen ringförmigen Freiraum, in welchem der Rand 22a der Nabe 22 eintaucht.
Der axial verlaufende Abschnitt 26e des Lagerspalts endet an der Stirnseite des Randes 22a der Nabe 22 und geht über in den axial verlaufenden Dichtungsspalt 128.
Das Lagersystem umfasst einen oder mehrere Rezirkulationskanäle 148, die sich in axialer Richtung zwischen dem Innenumfang der Lagerhülse 114 und dem Außenumfang der Lagerbuchse 116 erstrecken.
Der Rezirkulationskanal 148 oder die mehreren Rezirkulationskanäle 148 können als Nut am Außendurchmesser der Lagerbuchse 116 oder am Innendurchmesser der Lagerhülse 114 ausgebildet sein, wobei die Lagerhülse 114 und die Lagerbuchse 116 fest miteinander verbunden sind und den Rezirkulationskanal 148 umschließen. Der Rezirkulationskanal 148 verbindet den Freiraum im Bereich des Außendurchmessers der Druckplatte 18a, also das äußere Ende des radial verlaufenden Abschnitts 26c und/oder des Abschnitts 26d des Lagerspalts 26, direkt mit dem Verbindungsbereich zwischen dem zweiten axial verlaufenden Abschnitt 26e des Lagerspalts 26 und dem Dichtungsspalt 128.
Der Dichtungsspalt 128 und der Rezirkulationskanal 148 verlaufen beide in axialer Richtung, aber überlappen sich in axialer Richtung nicht. Der Dichtungsspalt 128 hat mindestens denselben radialen Abstand von der Rotationsachse 50 wie der Rezirkulationskanal 148 oder kann einen geringfügig größeren radialen Abstand von der Rotationsachse 50 aufweisen als der Rezirkulationskanal.
An der äußeren Umfangsfläche weist das Haltebauteil 112 eine Stufe auf, auf der eine Statoranordnung 42 des elektromagnetischen Antriebssystems des Spindelmotors angeordnet ist. An dem Rotorbauteil 24 bzw. dem äußeren Rand 24b des Rotorbauteils 24 ist an dessen innerer Umfangsfläche ein Permanentmagnet 44 angeordnet, der von der Statoranordnung durch einen Luftspalt in radialer Richtung getrennt ist.
4 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Spindelmotors von 3, der sich von 4 lediglich in der Ausgestaltung der Abdeckung unterscheidet, die hier als Abdeckplatte 121 ausgebildet ist.
Zwischen der Oberseite der Abdeckplatte 121 und der Unterseite der Druckplatte 18a ist in dieser Ausgestaltung ein fluiddynamisches Axiallager 137 gebildet.
Ansonsten entspricht der Spindelmotor von 4 dem Spindelmotor von 3.
Ferner ist im Bereich zwischen der Stirnseite der Lagerbuchse 116 und der Unterseite der Nabe 22 vorzugsweise kein fluiddynamisches Axiallager angeordnet, sondern es sind vorzugsweise Pumprillenstrukturen 139 angeordnet. Alternativ kann das fluiddynamische Axiallager 34 zusätzlich beibehalten werden.
5a, d. h. die linke Hälfte des dargestellten Spindelmotors, zeigt eine Ausgestaltung, die im Wesentlichen der Ausgestaltung von 3 entspricht.
Hierbei ist das Rotorbauteil 24 an der äußeren Umfangsfläche der Nabe 22 befestigt, wobei die Nabe 22 bzw. deren Rand 22a einen axial verlaufenden Abschnitt 26a des Lagerspalts 26 und den Dichtungsspalt 128 begrenzen, während ein innerer Rand 24a des Rotorbauteils 24 zusammen mit einer äußeren Umfangsfläche der Lagerhülse 114 den Luftspalt 140 begrenzt.
5b zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung der Erfindung, bei der sowohl die Nabe 222 als auch das Rotorbauteil 224 direkt an der Welle 18 befestigt sind. Hierbei liegt das Rotorbauteil 224 gleichzeitig auf der Oberseite der Nabe 222 auf.
Die Nabe 222 bildet zusammen mit der Lagerbuchse 116 eine Begrenzung des zweiten axial verlaufenden Abschnitts 226e des Lagerspalts und zusammen mit der Lagerhülse 114 eine Begrenzung des Dichtungsspalts 228, während das Rotorbauteil 224 bzw. dessen innerer Rand 224a zusammen mit der äußeren Umfangsfläche des Randes der Lagerhülse 114 den Luftspalt 240 begrenzt.
Bezugszeichenliste

10: Motorbasis
12: Haltebauteil
12a: Rand des Haltebauteils
16: Lagerbuchse
18: Welle
18a: Druckplatte
20: Abdeckung
21: Abdeckplatte
22: Nabe
22a: Rand der Nabe
24: Rotorbauteil
24a: innerer Rand des Rotorbauteils
24b: äußerer Rand des Rotorbauteils
26: Lagerspalt
26a-e: Abschnitte des Lagerspalts
28: Dichtungsspalt
30: fluiddynamisches Radiallager
32: fluiddynamisches Radiallager
34: fluiddynamisches Axiallager
36: fluiddynamisches Axiallager
37: fluiddynamisches Axiallager
38: Pumprillenstrukturen
39: Pumprillenstrukturen
40: Luftspalt
42: Statoranordnung
44: Permanentmagnet
46: Lüfterrad
48: Rezirkulationskanal
50: Rotationsachse
112: Haltebauteil
114: Lagerhülse
114a: Rand der Lagerhülse
116: Lagerbuchse
120: Abdeckung
121: Abdeckplatte
128: Dichtungsspalt
137: fluiddynamisches Axiallager139 Pumprillenstrukturen
140: Luftspalt
148: Rezirkulationskanal
222: Nabe
222a: Rand der Nabe
224: Rotorbauteil
224a: innerer Rand des Rotorbauteils
224b: äußerer Rand des Rotorbauteils
228: Dichtungsspalt
240: Luftspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010020317 A1 [0004]
DE 102017123624 A1 [0005]

Claims

Spindelmotor, welcher umfasst: ein feststehendes Motorbauteil, ein um eine Rotationsachse (50) drehbares Motorbauteil, ein fluiddynamisches Lagersystem, welches mindestens ein fluiddynamisches Radiallager (30, 32) und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager (34, 36, 37) umfasst und zur Drehlagerung des drehbaren Motorbauteils ausgebildet ist, einen Lagerspalt (26), der zwischen den Lagerflächen des feststehenden und des drehbaren Motorbauteils angeordnet ist und mit einem Lagerfluid gefüllt ist, einen Dichtungsspalt (28, 128, 228) zur Abdichtung des Lagerspalts (26), mindestens einen Rezirkulationskanal (48, 148) der voneinander entferne Abschnitte (26c, 26d, 26e) des Lagerspalts (26) direkt miteinander verbindet, ein elektromagnetisches Antriebssystem (42, 44) zum Antrieb des drehbaren Motorbauteils, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsspalt (28, 128, 228) und der Rezirkulationskanal (48, 148) in axialer Richtung verlaufen, aber in axialer Richtung nicht überlappen und im Wesentlichen denselben radialen Abstand von der Rotationsachse (50) aufweisen.
Spindelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Motorbauteil eine Motorbasis (10), eine direkt oder indirekt an der Motorbasis befestigte Lagerbuchse (16, 116) und eine das Lagersystem einseitig verschließende Abdeckung (20, 21, 120, 121) umfasst, und dass das drehbare Motorbauteil eine in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse (16, 116) drehbar angeordnete Welle (18), eine mit der Welle (18) verbundene Nabe (22, 222) und ein mit der Nabe (22, 222) und/oder der Welle (18) verbundenes Rotorbauteil (24, 224) umfasst.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Welle (18) und Lagerbuchse (16, 116) ein erster axialer Abschnitt (26a) des Lagerspalt (26) gebildet ist, entlang welchem das mindestens eine fluiddynamische Radiallager (30, 32) angeordnet ist, und dass die Nabe (22, 222) topfförmig ausgebildet ist und eine einer Stirnseite der Lagerbuchse (16, 116) zugewandte Unterseite und einen umlaufenden Rand (22a, 222a) aufweist, wobei zwischen der Stirnseite der Lagerbuchse (16, 116) und der Unterseite der Nabe (22, 222) ein erster radial verlaufender Abschnitt (26a) des Lagerspalts (26) gebildet ist, entlang welchem das mindestens eine fluiddynamische Axiallager (34, 36, 37) angeordnet ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsspalt (28, 128) radial außerhalb der Nabe (22, 222) angeordnet ist und durch eine äußere Umfangsfläche des umlaufenden Randes (22a, 222a) der Nabe (22, 222) und eine innere Umfangsfläche des feststehenden Motorbauteils (12, 112, 114) begrenzt ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsspalt (28) durch eine äußere Umfangsfläche des umlaufenden Randes (22a) der Nabe (22) und eine innere Umfangsfläche eines die Lagerbuchse (16) haltenden Haltebauteils (12) gebildet ist, wobei die Öffnung des Dichtungsspalts in Richtung des Rotorbauteils (24) gerichtet ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsspalt (128, 228) durch eine äußere Umfangsfläche des umlaufenden Randes (22a, 222a) der Nabe (22, 222) und eine innere Umfangsfläche einer Lagerhülse (114) gebildet ist, wobei dessen Öffnung in Richtung des Rotorbauteils (124, 224) gerichtet ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (16) an ihrer äußeren Umfangsfläche eine Abstufung (16a) aufweist, welche die Lagerbuchse (16) in einen Abschnitt mit größerem Durchmesser und einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser unterteilt.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufene Rand der Nabe (22) den Abschnitt der Lagerbuchse (16) mit kleinerem Durchmesser umgibt und zwischen einer inneren Umfangsfläche des umlaufenen Randes (22a) der Nabe (22) und einer äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse (16) ein zweiter axial verlaufender Abschnitt (26e) des Lagerspalts (26) gebildet ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsspalt (28, 128, 228) auf derselben axialen Höhe wie die ersten und zweiten axial verlaufenden Abschnitte (26a, 26e) des Lagerspalts (26) und parallel zu diesen angeordnet ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil (24, 224) einen radial inneren umlaufenden Rand (24a, 224a) und einen radial äußeren umlaufenden Rand (24b, 224b) aufweist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Umfangsfläche des Haltebauteils (12) und eine innere Umfangsfläche des radial inneren umlaufenden Randes (24a) des Rotorbauteils (24) einen ringförmigen Luftspalt (40) bilden.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Umfangsfläche der Lagerhülse (114) und eine innere Umfangsfläche des radial inneren umlaufenden Randes (24a) des Rotorbauteils (24) einen ringförmigen Luftspalt (140) bilden.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende der Welle (18) eine Druckplatte (18a) angeordnet ist, die in einer Aussparung der Lagerbuchse (16) oder einer Aussparung zwischen der Lagerhülse (114) und der Lagerbuchse (116) aufgenommen ist, wobei zwischen einer Stirnseite der Druckplatte (18) und einer Stirnseite der Lagerbuchse (16, 116) ein zweiter radial verlaufender Abschnitt (26c) des Lagerspalts (26) gebildet ist und zwischen der anderen Stirnseite der Druckplatte (18) und einer Stirnseite der Abdeckung (20, 21, 120, 121) ein dritter radial verlaufender Abschnitt (26d) des Lagerspalts (26) gebildet ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rezirkulationskanal (28, 128) in axialer Richtung verläuft und den zweiten und/oder dritten radial verlaufenden Abschnitt (26c, 26d) des Lagerspalts (26) direkt mit dem zweiten axial verlaufenden Abschnitt (26e) des Lagerspalts (26) und/oder dem Dichtungsspalt (28, 128 ,228) verbindet.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass er zum Antrieb eines Lüfters oder eines Festplattenlaufwerks oder eines Laserscanners ausgebildet ist.