DE102020131948B3 - Hard disk drive - Google Patents

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Shafiqul Alam
Andreas Kull
Matthias Wildpreth
Tobias Kirchmeier
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit einem feststehenden Motorbauteil (10, 12, 14, 114) und einem drehbeweglichen Motorbauteil (16, 36, 18, 118), das mittels eines fluiddynamischen Lagersystems relativ zum feststehenden Motorbauteil drehgelagert ist und von einem elektromagnetischen Antriebssystem (34, 36) drehbar angetrieben ist, wobei das drehbewegliche Motorbauteil eine Nabe (16) umfasst, wobei das Verhältnis zwischen der axialen Höhe h der Nabe (16), gemessen von einer unteren Auflagefläche (16a) bis zu einem oberen Rand (16b) der Nabe (16), und der Masse m der Nabe (16) ohne Anbauteile größer als 0,47 mm/g ist.The invention relates to a spindle motor with a stationary motor component (10, 12, 14, 114) and a rotatable motor component (16, 36, 18, 118), which is rotatably mounted relative to the stationary motor component by means of a fluid dynamic bearing system and is driven by an electromagnetic drive system (34 , 36) is rotatably driven, the rotatable motor component comprising a hub (16), the ratio between the axial height h of the hub (16) measured from a lower bearing surface (16a) to an upper edge (16b) of the hub (16) and the mass m of the hub (16) without attachments is greater than 0.47 mm/g.

Description

Die Erfindung betrifft ein Festplattenlaufwerk mit einem mit Helium gefüllten Gehäuse und mehreren darin angeordneten Speicherplatten, die von einem Spindelmotor drehbar angetrieben sind.The invention relates to a hard disk drive having a housing filled with helium and a plurality of storage disks arranged therein, which are rotatably driven by a spindle motor.

In dem Datenblatt von NMB Technologies Corporation, 39830 Grand River Avenue, Suite B-1, Novi, Mi 48375, USA ist ein Spindelmotor des Typs BLCD FDB SP2B, Brushless 3, Phase DC Motor von MinebeaMitsumi beschrieben, vgl. URL https://www.datasheetarchive.com/whats_new/aa4ffb5921a34a38efee19fa328da3 ce.html. Dieser Spindelmotor umfasst ein feststehendes Motorbauteil und ein drehbewegliches Motorbauteil, das mittels eines fluiddynamischen Lagersystems relativ zum feststehenden Motorbauteil drehgelagert ist und von einem elektromagnetischen Antriebssystem drehbar angetrieben ist, wobei das drehbewegliche Motorbauteil eine Nabe umfasst, und wobei das Verhältnis zwischen der axialen Höhe der Nabe, gemessen von einer unteren Auflagefläche bis zu einem oberen Rand der Nabe, und der Masse der Nabe ohne Anbauteile größer als 0,47 mm/g ist.The data sheet from NMB Technologies Corporation, 39830 Grand River Avenue, Suite B-1, Novi, Mi 48375, USA describes a spindle motor of the type BLCD FDB SP2B, Brushless 3, phase DC motor from MinebeaMitsumi, see URL https: // www.datasheetarchive.com/whats_new/aa4ffb5921a34a38efee19fa328da3 ce.html. This spindle motor comprises a stationary motor component and a rotatable motor component which is rotatably mounted relative to the stationary motor component by means of a fluid dynamic bearing system and is rotatably driven by an electromagnetic drive system, the rotatable motor component including a hub, and wherein the ratio between the axial height of the hub, measured from a lower contact surface to an upper edge of the hub, and the mass of the hub without attachments is greater than 0.47 mm / g.

Die Veröffentlichungen DE 10 2012 006 021 A1 , DE 10 2018 124 286 A1 und DE 10 2011 101 827 A1 offenbaren Spindelmotoren zum Antrieb von Festplattenlaufwerken.The publications DE 10 2012 006 021 A1 , DE 10 2018 124 286 A1 and DE 10 2011 101 827 A1 disclose spindle motors for driving hard disk drives.

Festplattenlaufwerke sind nach wie vor eine der günstigsten Massenspeichermedien. Mittlerweile weisen Festplattenlaufwerke eine Speicherkapazität bis zu einigen zehn Terrabyte auf, wobei in Festplattenlaufwerken bis zu zehn Speicherplatten übereinander gestapelt auf dem Spindelmotor befestigt sind.Hard disk drives are still one of the cheapest mass storage media. In the meantime, hard disk drives have a storage capacity of up to a few tens of terabytes, with up to ten storage disks being attached to the spindle motor in a stacked manner in hard disk drives.

Durch die große Anzahl von Speicherplatten und die hierfür benötigte Bauhöhe der Nabe des Spindelmotors hat das rotierende Motorbauteil eine erhebliche Masse, zumal die Nabe des Spindelmotors in der Regel aus Stahl und die Speicherplatten aus Glas bestehen.Due to the large number of storage disks and the height of the hub of the spindle motor required for this, the rotating motor component has a considerable mass, especially since the hub of the spindle motor is usually made of steel and the storage disks are made of glass.

Eine große Rotormasse ist gleichbedeutend mit einem hohen Trägheitsmoment, was zum einen den Stromverbrauch des Festplattenlaufwerks erhöht und zum anderen das Verhalten des Festplattenlaufwerks bei Schockeinwirkung verschlechtert.A large rotor mass is synonymous with a high moment of inertia, which on the one hand increases the power consumption of the hard disk drive and on the other hand worsens the behavior of the hard disk drive in the event of shock.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Festplattenlaufwerk hinsichtlich seines Energieverbrauchs und seiner Schockfestigkeit zu verbessern.It is therefore the object of the invention to improve a hard disk drive with regard to its energy consumption and its shock resistance.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Festplattenlaufwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a hard disk drive with the features of claim 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention and further advantageous features are specified in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Festplattenlaufwerk umfasst ein mit Helium gefülltes Gehäuse und acht bis zehn darin angeordnete Speicherplatten, die von einem Spindelmotor drehbar angetrieben sind, wobei der Spindelmotor ein feststehendes Motorbauteil und ein drehbewegliches Motorbauteil umfasst, welches mittels eines fluiddynamischen Lagersystems relativ zum feststehenden Motorbauteil drehgelagert und von einem elektromagnetischen Antriebssystem drehbar angetrieben ist, wobei das drehbewegliche Motorbauteil eine Nabe umfasst. Das Verhältnis zwischen der axialen Höhe der Nabe, gemessen von einer unteren Auflagefläche der Speicherplatten bis zu einem oberen Rand der Nabe, und der Masse der Nabe ohne Anbauteile ist größer als 0,47 mm/g.The hard disk drive according to the invention comprises a housing filled with helium and eight to ten storage disks arranged therein, which are rotatably driven by a spindle motor, the spindle motor comprising a stationary motor component and a rotatable motor component which is rotatably mounted relative to the stationary motor component by means of a fluid dynamic bearing system and is supported by a electromagnetic drive system is rotatably driven, wherein the rotatable motor component comprises a hub. The ratio between the axial height of the hub, measured from a lower support surface of the storage disks to an upper edge of the hub, and the mass of the hub without attachments is greater than 0.47 mm / g.

Besonders bevorzugt beträgt das Verhältnis zwischen der axialen Höhe der Nabe und der Masse der Nabe mehr als 0,50 mm/g.The ratio between the axial height of the hub and the mass of the hub is particularly preferably more than 0.50 mm / g.

In einer noch bevorzugteren Ausgestaltung ist das Verhältnis zwischen der axialen Höhe der Nabe und der Masse der Nabe größer als 0,55 mm/g.In an even more preferred embodiment, the ratio between the axial height of the hub and the mass of the hub is greater than 0.55 mm / g.

Die maximale Höhe der Nabe ist auf Grund der genormten Formfaktoren für Festplattenlaufwerke im Wesentlichen vorgegeben. Bekannte Formfaktoren sind z. B. 3,5 Zoll und 2,5 Zoll.The maximum height of the hub is essentially given due to the standardized form factors for hard disk drives. Known form factors are e.g. B. 3.5 "and 2.5".

Die Masse der Nabe ist insbesondere abhängig vom verwendeten Material der Nabe, insbesondere hier Stahl.The mass of the hub is particularly dependent on the material used for the hub, in particular steel here.

Erfindungsgemäß wird es daher angestrebt, die Masse der Nabe gering zu halten bzw. zu reduzieren, sodass das Verhältnis zwischen der Höhe und der Masse der Nabe möglichst groß wird.According to the invention, the aim is therefore to keep the mass of the hub low or to reduce it, so that the ratio between the height and the mass of the hub is as large as possible.

Hierzu ist es insbesondere vorgesehen, dass zusätzlich zu den vorhandenen Aussparungen und Bohrungen in der Nabe weitere Bohrungen oder Aussparungen zur Massenreduktion vorgesehen werden.For this purpose, it is provided in particular that, in addition to the existing recesses and bores in the hub, further bores or recesses are provided to reduce mass.

Diese Bohrungen und Aussparungen zur Massenreduktion der Nabe werden vorzugsweise so platziert, dass die strukturelle Steifigkeit der Nabe möglichst wenig beeinträchtigt wird.These bores and recesses for reducing the mass of the hub are preferably placed in such a way that the structural rigidity of the hub is impaired as little as possible.

Bisher betrug die Masse der Nabe eines Spindelmotors zum Antrieb eines 3,5-Zoll-Festplattenlaufwerks typischerweise zwischen 42 und 43 Gramm.Previously, the hub of a spindle motor used to drive a 3.5-inch hard disk drive was typically between 42 and 43 grams.

Durch entsprechende gewichtsreduzierende Bohrungen und Aussparungen lässt sich die Masse der Nabe ohne merkliche Beeinträchtigung der strukturellen Steifigkeit auf beispielsweise 34 bis 37 Gramm reduzieren. Das entspricht einer Massenreduktion im Bereich von 20 %.The Reduce the mass of the hub to, for example, 34 to 37 grams without noticeably impairing the structural rigidity. This corresponds to a mass reduction in the range of 20%.

Die typische Höhe einer Nabe eines Spindelmotors für ein 3,5-Zoll-Festplattenlaufwerk beträgt zwischen 18 mm und 20 mm.The typical height of a hub of a spindle motor for a 3.5 inch hard disk drive is between 18 mm and 20 mm.

Die gewichtsentlasteten Bohrungen und Aussparungen können beispielsweise von der Oberseite der Nabe als Sackbohrungen oder als Durchgangsbohrungen von der Oberseite bis zur Unterseite ausgeführt sein.The weight-relieved bores and recesses can be designed, for example, from the top of the hub as blind bores or as through bores from the top to the bottom.

Ferner kann in der etwa glockenförmigen oder topfförmigen Nabe der ringförmige Hohlraum zur Aufnahme des elektrischen Stators in axialer Richtung nach oben vergrößert werden.Furthermore, in the approximately bell-shaped or pot-shaped hub, the annular cavity for receiving the electrical stator can be enlarged upward in the axial direction.

Festplattenlaufwerke sind mit Helium oder einem leichten inerten Gas gefüllt, um den Luftwiderstand der sich drehenden Speicherplatten zu minimieren.Hard disk drives are filled with helium or a light inert gas to minimize drag from the rotating storage disks.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings.

Hierbei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.

  • 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines Spindelmotors eines erfindungsgemäßen Festplattenlaufwerks mit auf der Nabe befestigten Speicherplatten.
  • 2 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung des Rotorbauteils eines Spindelmotors mit darauf befestigten Speicherplatten.
  • 3 zeigt einen Schnitt durch eine dritte Ausgestaltung des Rotorbauteils eines Spindelmotors mit darauf befestigten Speicherplatten.
  • 4 zeigt einen Schnitt durch das Rotorbauteil des Spindelmotors von 1.
This results in further features and advantages of the invention.
  • 1 shows a section through a first embodiment of a spindle motor of a hard disk drive according to the invention with storage disks attached to the hub.
  • 2 shows a section through a second embodiment of the rotor component of a spindle motor with storage disks fastened thereon.
  • 3 shows a section through a third embodiment of the rotor component of a spindle motor with storage disks fastened thereon.
  • 4th FIG. 13 shows a section through the rotor component of the spindle motor of FIG 1 .

1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor eines erfindungsgemäßen Festplattenlaufwerks mit einem fluiddynamischen Lagersystem. Der Spindelmotor zum Antrieb des Festplattenlaufwerks umfasst ein fluiddynamisches Lagersystem mit zwei konischen fluiddynamischen Lagern, die im Wesentlichen identisch aufgebaut sind. Die Erfindung ist nicht auf Spindelmotoren mit zwei konischen fluiddynamischen Lagern beschränkt. Vielmehr können genauso gut andere bekannte Bauformen von fluiddynamischen Lagern oder Wälzlagern zur Drehlagerung des Spindelmotors verwendet werden. 1 shows a section through a spindle motor of a hard disk drive according to the invention with a fluid dynamic bearing system. The spindle motor for driving the hard disk drive comprises a fluid dynamic bearing system with two conical fluid dynamic bearings which are constructed essentially identically. The invention is not limited to spindle motors with two conical fluid dynamic bearings. Rather, other known designs of fluid dynamic bearings or roller bearings can just as well be used for the rotary bearing of the spindle motor.

Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10 mit einer Bohrung, in welcher eine Welle 12 drehfest aufgenommen ist. Die Welle 12 ist vorzugsweise mittels einer Presspassung und/oder mittels Klebstoff in der Basisplatte 10 befestigt.The spindle motor includes a base plate 10 with a hole in which a shaft 12th is rotatably received. The wave 12th is preferably by means of an interference fit and / or by means of adhesive in the base plate 10 attached.

Das Lagersystem ist als konisches fluiddynamisches Lagersystem mit zwei gegeneinander wirkenden konischen fluiddynamischen Lagern ausgebildet. An der Welle 12 sind in einem gegenseitigen axialen Abstand zwei gleichartige Lagerkonusse 14, 114 befestigt. Jeder Lagerkonus 14, 114 besitzt eine ringförmige, schräg zur Drehachse 38 ausgebildete Lagerfläche. Die Basisplatte 10, die Welle 12 und die beiden Lagerkonusse 14, 114 bilden die feststehende Komponente des Lagersystems, bzw. in Verbindung mit einer elektrischen Statoranordnung 34 bilden sie das feststehende Motorbauteil des Spindelmotors.The bearing system is designed as a conical fluid dynamic bearing system with two conical fluid dynamic bearings acting against one another. On the wave 12th are two bearing cones of the same type at a mutual axial distance 14th , 114 attached. Every bearing cone 14th , 114 has an annular, oblique to the axis of rotation 38 trained storage area. The base plate 10 , the wave 12th and the two bearing cones 14th , 114 form the fixed component of the bearing system or in connection with an electrical stator arrangement 34 they form the stationary motor component of the spindle motor.

Das drehbare Motorbauteil umfasst eine Nabe 16, die relativ zur Welle 12 und zu den Lagerkonussen 14, 114 um eine Drehachse 38 drehbar angeordnet ist. Die Nabe 16 umfasst eine mittige Lagerbohrung mit zwei konischen Aussparungen zur Aufnahme der Lagerkonusse 14, 114. Die Aussparungen bilden zwei ringförmige konische Lagerflächen, die den Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 jeweils gegenüberliegen. Aufgrund der konischen Ausgestaltung der Lagerflächen arbeiten die konischen Lager zugleich als Radial- und als Axiallager.The rotatable engine component includes a hub 16 relative to the shaft 12th and to the bearing cones 14th , 114 around an axis of rotation 38 is rotatably arranged. The hub 16 includes a central bearing bore with two conical recesses for receiving the bearing cones 14th , 114 . The recesses form two annular conical bearing surfaces that form the bearing surfaces of the bearing cones 14th , 114 each face opposite. Due to the conical design of the bearing surfaces, the conical bearings work at the same time as radial and axial bearings.

Bei der Montage des Lagersystems wird beispielsweise die Welle 12 in der Basisplatte 10 befestigt. Dann wird der untere Lagerkonus 114 an der vorgesehenen Position auf der Welle 12 montiert. Danach wird die Nabe 16 über die Welle 12 gesteckt und schließlich der obere Lagerkonus 14 in einem festgelegten axialen Abstand zum unteren Lagerkonus 114 auf der Welle 12 montiert. Die Montage des Lagersystems erfolgt derart, dass sich ein definiertes axiales Lagerspiel zwischen den Lagerflächen ergibt, wobei das Lagerspiel derart bemessen ist, dass bei Rotation des Lagers die einander gegenüberliegenden Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 und der Nabe 16 jeweils durch einen ringförmigen Lagerspalt 20, 120 mit definierter Breite voneinander getrennt sind. Die Lagerspalte 20, 120 haben in der Regel eine Breite von wenigen Mikrometern und sind mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt.When assembling the bearing system, for example, the shaft 12th in the base plate 10 attached. Then the lower bearing cone 114 at the intended position on the shaft 12th assembled. After that the hub 16 over the wave 12th inserted and finally the upper bearing cone 14th at a specified axial distance from the lower bearing cone 114 on the wave 12th assembled. The mounting of the bearing system takes place in such a way that there is a defined axial bearing play between the bearing surfaces, the bearing play being dimensioned in such a way that, when the bearing rotates, the bearing surfaces of the bearing cones lying opposite one another 14th , 114 and the hub 16 each through an annular bearing gap 20th , 120 are separated from each other by a defined width. The camp crevice 20th , 120 usually 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 haben keinen gemeinsamen Fluidkreislauf, d. h. sie sind nicht flüssigkeitsleitend miteinander verbunden. Stattdessen weisen die beiden Lagerspalte 20, 120 jeweils ein äußeres und ein inneres offenes Ende auf, die mittels Dichtungen abgedichtet sind. Als Dichtungen werden vorzugsweise Kapillardichtungen in Form von kapillaren Dichtungsspalten 22, 122 und 28, 128 verwendet. Die kapillaren Dichtungsspalte 22, 122 und 28, 128 sind mit den Lagerspalten 20, 120 verbunden und anteilig mit Lagerfluid gefüllt. Der Füllstand der Dichtungsspalte 22, 122 und 28, 128 mit Lagerfluid variiert und ist abhängig vom Betriebszustand des Lagersystems.The camp crevice 20th , 120 the two conical bearings do not have a common fluid circuit, ie they are not connected to one another in a fluid-conducting manner. Instead, the two bearing gaps point 20th , 120 each has an outer and an inner open end, which are sealed by means of seals. Capillary seals in the form of capillary sealing gaps are preferably used as seals 22nd , 122 and 28 , 128 used. The capillary sealing gap 22nd , 122 and 28 , 128 are with the Bearing columns 20th , 120 connected and partially filled with bearing fluid. The fill level of the sealing gap 22nd , 122 and 28 , 128 varies with bearing fluid and is dependent on the operating status of the storage system.

Die jeweils außenliegenden Enden der Lagerspalte 20, 120 werden durch äußere Dichtungsspalte 22, 122 abgedichtet, die vorzugsweise als konische Kapillardichtungen ausgebildet. Die äußeren Dichtungsspalte 22, 122 bilden ein Fluidreservoir für das Lagerfluid, welches die Temperaturausdehnung des Lagerfluids ausgleicht und als Vorratsvolumen für das Lagerfluid dient. Die äußeren Dichtungsspalte 22, 122 werden jeweils begrenzt durch eine äußere Dichtungsfläche der Lagerkonusse 14, 114 sowie eine gegenüberliegende innere Dichtungsfläche der Nabe 16. Die äußeren Dichtungsspalte 22, 122 sind jeweils von einer Abdeckung 18, 118 bedeckt, die mit der Nabe 16 fest verbunden sind. Zwischen einem inneren Rand der jeweiligen Abdeckung 18, 118 und der Welle verbleibt ein schmaler Spalt.The respective outer ends of the bearing gap 20th , 120 are through outer sealing gaps 22nd , 122 sealed, which are preferably designed as conical capillary seals. The outer sealing gaps 22nd , 122 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. The outer sealing gaps 22nd , 122 are each limited by an outer sealing surface of the bearing cone 14th , 114 and an opposing inner sealing surface of the hub 16 . The outer sealing gaps 22nd , 122 are each of a cover 18th , 118 covered that with the hub 16 are firmly connected. Between an inner edge of the respective cover 18th , 118 and a small gap remains in the shaft.

Die im Inneren des Lagersystems liegenden Enden der Lagerspalte 20, 120 werden durch innere Dichtungsspalte 28, 128 abgedichtet, die durch den Außenumfang der Welle 12 und eine innere Umfangsfläche der Lagerbohrung der Nabe 16 begrenzt sind. Entlang der inneren Dichtungsspalte 28, 128 können vorzugsweise dynamische Pumpdichtungen 30, 130 angeordnet sein. Die dynamischen Pumpdichtungen 30, 130 umfassen Rillenstrukturen, die auf der Oberfläche der Welle 12 und/oder der gegenüberliegenden Oberfläche der Nabe 16 angeordnet sind. Die Rillenstrukturen üben auf das in den inneren Dichtungsspalten 28, 128 befindliche Lagerfluid eine Pumpwirkung in Richtung des jeweiligen Lagerspalts 20, 120 aus. Die jeweils äußeren Dichtungsspalte 22, 122 münden jeweils in Richtung des unteren bzw. oberen Endes der Welle 12, während die innenliegenden Dichtungsspalte 28, 128 innerhalb des Lagers in einen Freiraum 32 münden, der zwischen dem Außenumfang der Welle 12 und einem Innenumfang der Nabe 16 angeordnet ist. Der Freiraum 32 ist beispielsweise durch eine am Außenumfang der Welle 12 und/oder am Innenumfang der Nabe 16 vorgesehene Nut oder Rille gebildet.The ends of the bearing column lying inside the bearing system 20th , 120 are through internal sealing gaps 28 , 128 sealed by the outer circumference of the shaft 12th and an inner peripheral surface of the bearing bore of the hub 16 are limited. Along the inner sealing gap 28 , 128 can preferably use dynamic pump seals 30th , 130 be arranged. The dynamic pump seals 30th , 130 include groove structures that are on the surface of the shaft 12th and / or the opposite surface of the hub 16 are arranged. The groove structures act on that in the inner sealing gaps 28 , 128 Storage fluid located has a pumping action in the direction of the respective bearing gap 20th , 120 out. The respective outer sealing gaps 22nd , 122 open in the direction of the lower or upper end of the shaft 12th , while the internal sealing gaps 28 , 128 inside the warehouse in a free space 32 open out between the outer circumference of the shaft 12th and an inner periphery of the hub 16 is arranged. The free space 32 is for example by one on the outer circumference of the shaft 12th and / or on the inner circumference of the hub 16 provided groove or groove formed.

Die Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 und/oder die Lagerflächen der Nabe 16 weisen Lagerrillenstrukturen 26, 126 auf, die bei Rotation der Nabe 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 betreffende konische Lager tragfähig macht. Die konischen Lagerflächen weisen beispielsweise fischgrätenartige Lagerrillenstrukturen 26, 126 auf, die in Richtung des äußeren Dichtungsspalts 22, 122 eine größere Anzahl von Ästen aufweisen als in Richtung des inneren Dichtungsspalts 28, 128. Aufgrund der größeren Anzahl der lageräußeren Äste und des größeren Durchmessers der zugehörigen konischen Lagerfläche erzeugen die lageräußeren Äste der Lagerrillenstrukturen 26, 126 eine größere Pumpwirkung als die innenliegenden Äste. Dadurch ergibt sich bei jedem konischen Lager insgesamt eine in das Lagerinnere in Richtung der inneren Dichtungsspalte 28, 128 gerichtete Pumpwirkung.The bearing surfaces of the bearing cones 14th , 114 and / or the bearing surfaces of the hub 16 have bearing groove structures 26th , 126 on when the hub rotates 16 relative to the bearing cones 14th , 114 a pumping effect on that in the respective bearing gap 20th , 120 Exercise located bearing fluid. This arises in the respective bearing gap 20th , 120 a fluid dynamic pressure that makes the conical bearing in question load-bearing. The conical bearing surfaces have, for example, herringbone-like bearing groove structures 26th , 126 on that in the direction of the outer sealing gap 22nd , 122 have a larger number of branches than in the direction of the inner sealing gap 28 , 128 . Due to the larger number of branches on the outside of the bearing and the larger diameter of the associated conical bearing surface, the branches on the outside of the bearing produce the bearing groove structures 26th , 126 a greater pumping effect than the internal branches. This results in a total of each conical bearing in the interior of the bearing in the direction of the inner sealing gap 28 , 128 directed pumping action.

Die beiden konusförmigen Fluidlager wirken insofern gegeneinander, als dass diese das Lagerfluid in Richtung der jeweils zugeordneten Pumpdichtung 30, 130 pumpen, sodass das Lagersystem insgesamt im Gleichgewicht ist.The two conical fluid bearings act against one another to the extent that they move the bearing fluid in the direction of the respectively assigned pump seal 30th , 130 pump so that the storage system as a whole is in equilibrium.

Um eine 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 von den äußeren Dichtungsspalten 22, 122 in Richtung der innenliegenden, zweiten Dichtungsspalte 28, 128 und den Pumpdichtungen 30, 130 befördert. Die Pumpdichtungen 30, 130 pumpen das Lagerfluid zurück in das Lagerinnere, und dieses fließt über die Rezirkulationskanäle 24, 124 wieder zurück zu den äußeren Dichtungsspalten 22, 122. Die Rezirkulationskanäle 24,124 verlaufen zunächst zwischen dem Außenumfang der Welle 12 und dem Innenumfang der Lagerkonusse 14, 114 und dann als Bohrungen radial nach außen durch die Lagerkonusse 14, 114 bis in den Übergangsbereich zwischen den Lagerspalten 20, 120 und den äußeren Dichtungsspalten 22, 122.To allow the bearing fluid to circulate in the bearing gaps 20th , 120 ensure are in the bearing cones 14th , 114 so-called recirculation channels 24 , 124 intended. Through the bearing grooves 26th , 126 that will be in the camp crevices 20th , 120 located bearing fluid starting from the outer sealing gaps 22nd , 122 in the direction of the inner, second sealing gap 28 , 128 and the pump seals 30th , 130 promoted. The pump seals 30th , 130 pump the bearing fluid back into the interior of the bearing, and this flows through the recirculation channels 24 , 124 back to the outer sealing gaps 22nd , 122 . The recirculation channels 24, 124 initially run between the outer circumference of the shaft 12th and the inner circumference of the bearing cones 14th , 114 and then as bores radially outwards through the bearing cones 14th , 114 up to the transition area between the bearing gaps 20th , 120 and the outer sealing gaps 22nd , 122 .

Die Nabe 16 wird mittels eines elektromagnetisches Antriebssystem gegenüber den feststehenden Motorbauteilen 10, 12, 14, 114 drehend 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 der Nabe 16 auf der Basisplatte 10 angeordnet und liegt einem Rotormagneten 36 direkt gegenüber. Der Rotormagnet 36 ist an einer inneren Umfangsfläche der Nabe 16 angeordnet und durch einen Luftspalt von der Statoranordnung 34 getrennt. Durch entsprechende Bestromung der Phasenwicklungen der Statoranordnung 34 wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, welches auf den Rotormagneten 36 wirkt und die Nabe 16 und somit den Rotor in Drehung versetzt. Auf ein separates Bauteil als magnetischer Rückschluss für den Rotormagneten 36 kann im dargestellten Beispiel verzichtet werden, da die Nabe 16 aus Stahl besteht und selbst den magnetischen Rückschluss bildet. Die äußere Umfangsfläche des Rotormagneten 36 liegt unmittelbar an einer inneren Umfangsfläche der Nabe 16 an.The hub 16 is opposed to the stationary engine components by means of an electromagnetic drive system 10 , 12th , 14th , 114 driven in rotation. The spindle motor is an electronically commutated direct current motor, the drive system of which is an annular stator arrangement 34 includes multiple phase windings attached to the base plate 10 is attached. The stator assembly 34 is within a recess in the hub 16 on the base plate 10 arranged and lies a rotor magnet 36 directly opposite. The rotor magnet 36 is on an inner peripheral surface of the hub 16 arranged and through an air gap from the stator assembly 34 separated. By appropriately energizing the phase windings of the stator arrangement 34 an alternating electromagnetic field is generated, which acts on the rotor magnet 36 acts and the hub 16 and thus set the rotor rotating. On a separate component as a magnetic return path for the rotor magnet 36 can be omitted in the example shown because the hub 16 consists of steel and forms the magnetic return itself. The outer peripheral surface of the rotor magnet 36 located directly on an inner peripheral surface of the hub 16 on.

Am Innenumfang der Nabe 16 ist vorzugsweise eine Stufe angeordnet, die einen Anschlag für die Stirnseite des Rotormagneten 36 bildet und die Stirnseite des Rotormagneten 36 teilweise überdeckt. Dieser Anschlag erleichtert die axiale Positionierung des Rotormagneten 36 und das Eintreten der magnetischen Feldlinien in die als magnetischer Rückschluss dienende Nabe 16.On the inner circumference of the hub 16 a step is preferably arranged which has a stop for the end face of the rotor magnet 36 forms and the face of the rotor magnet 36 partially covered. This stop facilitates the axial positioning of the rotor magnet 36 and the entry of the magnetic field lines into the hub serving as a magnetic return path 16 .

Bei dem dargestellten Lagersystem mit zwei separaten konischen Lagern und jeweils Lagerspalten 20, 120 mit zwei offenen Enden ist es wichtig, dass der Freiraum 32 und die im Lagerinneren mündenden Öffnungen der Dichtungsspalte 28, 128 sowie auch die Dichtungsspalte 22, 122 belüftet werden, sodass an der Grenze zwischen dem in den Dichtungsspalten 28, 128, 22, 122 befindlichen Lagerfluid und der umgebenden Luft Umgebungsdruck herrscht. Eine Belüftung des Lagerinneren erfolgt vorzugsweise durch eine in der Welle angeordnete axiale Sackbohrung 12a, die sich von der unteren Stirnseite der Welle 12 über mehr als die Hälfte der Länge der Welle 12 bis in die Höhe des Freiraums 32 erstreckt.In the illustrated storage system with two separate conical bearings and each bearing gaps 20th , 120 with two open ends it is important that there is free space 32 and the openings of the sealing gaps which open into the interior of the bearing 28 , 128 as well as the sealing gap 22nd , 122 be ventilated so that on the border between that in the sealing gaps 28 , 128 , 22nd , 122 The storage fluid located and the surrounding air is at ambient pressure. The interior of the bearing is preferably ventilated through an axial blind hole arranged in the shaft 12a extending from the lower face of the shaft 12th over more than half the length of the shaft 12th up to the height of the free space 32 extends.

Die axiale Sackbohrung 12a ist über eine erste Querbohrung 12b mit einem Freiraum 40 unterhalb der inneren Abdeckung 118 verbunden. Dieser Freiraum 40 ist über die ringförmige Aussparung 48 in der Nabe 16, in welchem sich die Statoranordnung 34 befindet, und einen Spalt zwischen der Basisplatte 10 und dem unteren Rand der Nabe 16 mit der Außenumgebung verbunden. Ferner ist die axiale Sackbohrung 12a an ihrem geschlossenen Ende über eine zweite Querbohrung 12c mit dem Freiraum 32 im Lagerinneren verbunden. Somit herrscht im Freiraum 32 ebenfalls Atmosphärendruck wie auch im Freiraum 40 und an der Außenseite des Lagers im Bereich des äußeren Dichtungsspalts 22.The axial blind hole 12a is via a first transverse bore 12b with a free space 40 below the inner cover 118 connected. This free space 40 is about the annular recess 48 in the hub 16 , in which the stator assembly 34 and a gap between the base plate 10 and the bottom of the hub 16 connected to the outside environment. Furthermore, there is the axial blind hole 12a at its closed end via a second transverse bore 12c with the free space 32 connected inside the warehouse. Thus there is free space 32 atmospheric pressure as well as in free space 40 and on the outside of the bearing in the area of the outer sealing gap 22nd .

Da das Festplattenlaufwerk mit Helium befüllt ist, muss das Gehäuse des Festplattenlaufwerks die notwendige Heliumdichtigkeit aufweisen. Daher ist die Öffnung der Sackbohrung 12a in der Welle 12 mittels eines eingeschweißten Metallstiftes 44 hermetisch verschlossen.Since the hard disk drive is filled with helium, the housing of the hard disk drive must have the necessary helium tightness. Hence the opening of the blind hole 12a in the wave 12th by means of a welded-in metal pin 44 hermetically sealed.

Das obere freie Ende der Welle 12 weist eine Gewindebohrung 42 auf und kann mittels einer in die Gewindebohrung 42 eingedrehten Schraube mit einem feststehenden Bauteil (nicht dargestellt) verbunden sein, welches beispielsweise ein Gehäusebauteil des Festplattenlaufwerks sein kann.The upper free end of the shaft 12th has a threaded hole 42 and can be inserted into the threaded hole by means of a 42 screwed-in screw can be connected to a stationary component (not shown), which can, for example, be a housing component of the hard disk drive.

Erfindungsgemäß sind Maßnahmen vorgesehen, um die Masse m der vorzugsweise aus Stahl bestehenden Nabe 16 zu verringern, wodurch sich die Gesamtmasse des Rotorbauteils verringert oder dessen Gesamtmasse gleich bleibt, während eine größere Last in Form von mehreren Speicherplatten 50 montiert wird. Die Speicherplatten 50 bestehen vorzugsweise aus einem Glassubstrat und haben eine Dicke von beispielsweise 0,5 bis 0,6 mm.According to the invention measures are provided to the mass m the hub, which is preferably made of steel 16 to reduce, whereby the total mass of the rotor component is reduced or its total mass remains the same, while a greater load in the form of several storage disks 50 is mounted. The storage disks 50 preferably consist of a glass substrate and have a thickness of, for example, 0.5 to 0.6 mm.

Zur Verringerung ihrer Masse m besitzt die Nabe 16 eine oder vorzugsweise mehrere Sackbohrungen 46, die von der Oberseite der Nabe 16 eingebracht sind. Ferner kann die ringförmige Aussparung 48 in der Nabe 16, die zur Aufnahme der Statoranordnung 34 dient, in axialer Richtung nach oben vergrößert werden. Dadurch ist es möglich, die Masse der Nabe ohne Anbauteile wie den Rotormagnet 36, die Abdeckungen 18, 118, die Halteklammer 54, die Schrauben 56, die Abstandhalter 52 und die Speicherplatten 50 beispielsweise von ca. 43 g um etwa 20% auf 36 g zu verringern.To reduce their mass m owns the hub 16 one or preferably several blind bores 46 coming from the top of the hub 16 are introduced. Furthermore, the annular recess 48 in the hub 16 that are used to accommodate the stator assembly 34 serves to be enlarged in the axial direction upwards. This makes it possible to measure the mass of the hub without any add-on parts such as the rotor magnet 36 who have favourited covers 18th , 118 , the retaining clip 54 , the screws 56 who have favourited spacers 52 and the storage disks 50 for example to reduce from approx. 43 g by approx. 20% to 36 g.

Anstelle von Sackbohrungen 46 können in der Nabe 16 auch Durchgangsbohrungen vorgesehen sein, die von der Oberseite der Nabe 16 bis in den Bereich der Aussparung 48 reichen. Ferner können auf der Oberseite der Nabe frei geformte Aussparungen vorgesehen sein. Die Bohrungen 46 und die Aussparungen 48 sind an den Stellen der Nabe 16 vorgesehen, welche die strukturelle Steifigkeit der Nabe 16 nicht beeinträchtigen.Instead of blind holes 46 can in the hub 16 through bores may also be provided leading from the top of the hub 16 up to the area of the recess 48 pass. Furthermore, freely shaped recesses can be provided on the top of the hub. The holes 46 and the recesses 48 are in the places of the hub 16 provided which the structural rigidity of the hub 16 not affect.

Beim Spindelmotor von 1 sind insgesamt zehn Speicherplatten 50 auf der Nabe 16 montiert. Die unterste Speicherplatte 50 liegt auf einer horizontalen Auflagefläche 16a der Nabe 16 auf. Die nachfolgenden Speicherplatten 50 sind jeweils durch ringförmige Abstandhalter 52 getrennt und jeweils parallel zur jeweils untenliegenden Speicherplatte 50 auf der Nabe 16 montiert. Der Stapel von Speicherplatte 50 wird durch eine Halteklammer 54 gehalten, die mittels Schrauben 56 auf der Nabe 16 befestigt ist und auf die oberste Speicherplatte 50 des Stapels drückt.With the spindle motor from 1 are a total of ten storage disks 50 on the hub 16 assembled. The lowest storage disk 50 lies on a horizontal support surface 16a the hub 16 on. The subsequent storage disks 50 are each through annular spacers 52 separately and parallel to the storage disk below 50 on the hub 16 assembled. The stack of storage disk 50 is held by a retaining clip 54 held that by means of screws 56 on the hub 16 is attached and on the top storage disk 50 of the stack pushes.

2 zeigt einen Schnitt durch eine andere Ausgestaltung eines Rotorbauteils eines Spindelmotors. 2 shows a section through another embodiment of a rotor component of a spindle motor.

Das Rotorbauteil besteht aus der Nabe 16, einem am Innenumfang der Nabe im Bereich der Aussparung 48 angeordneten Rotormagneten 36 sowie aus den die äußeren Dichtungsspalte abdeckenden Abdeckungen 18, 118.The rotor component consists of the hub 16 , one on the inner circumference of the hub in the area of the recess 48 arranged rotor magnets 36 as well as from the covers covering the outer sealing gaps 18th , 118 .

An ihrer unteren Umfangsfläche weist die Nabe eine Auflagefläche 16a zur Auflage mehrerer Speicherplatten 50 auf, welche jeweils durch Abstandhalter 52 voneinander getrennt sind. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Stapel von Speicherplatten 50 insgesamt acht Speicherplatten 50 auf.The hub has a bearing surface on its lower circumferential surface 16a for supporting several storage disks 50 on which each by spacers 52 are separated from each other. In this embodiment, the stack of storage disks 50 a total of eight storage disks 50 on.

Auf der Oberseite der Nabe 16 ist eine Halteklammer 54 befestigt, welche auf die oberste Speicherplatte 50 des Stapels drückt und den Speicherplattenstapel fixiert. Die Halteklammer 54 ist mittels Schraube 56 auf der Nabe 16 befestigt.On top of the hub 16 is a retaining clip 54 attached to the top storage disk 50 of the stack presses and fixes the storage disk stack. The retaining clip 54 is by means of screw 56 on the hub 16 attached.

Die Höhe h der Nabe 16, gemessen von der Oberseite der Auflagefläche 16a bis zu einem oberen Rand 16b der Nabe 16, beträgt in dieser Konfiguration 18,479 mm.The height H the hub 16 , measured from the top of the support surface 16a up to an upper edge 16b the hub 16 , is 18.479 mm in this configuration.

Die Masse m der Nabe 16 ohne Anbauteile beträgt beispielsweise 35 g. Das Verhältnis zwischen der Höhe h der Nabe 16 und deren Masse m beträgt demnach h/m = 0,53 mm/g.The crowd m the hub 16 without attachments is, for example, 35 g. The relationship between the height H the hub 16 and their mass m is therefore h / m = 0.53 mm / g.

3 zeigt eine andere Ausgestaltung eines Rotorbauteils, welches dieselben Anbauteile aufweist wie sie in 2 beschrieben sind. Allerdings besteht der Stapel aus Speicherplatten 50 insgesamt aus neun Speicherplatten 50, die mittels der Halteklammer 54 auf der Nabe 16 montiert sind. 3 FIG. 11 shows another embodiment of a rotor component which has the same attachment parts as in FIG 2 are described. However, the stack consists of storage disks 50 a total of nine storage disks 50 that by means of the retaining clip 54 on the hub 16 are mounted.

Die Höhe h der Nabe 16 ist, im Vergleich zu 2, etwas größer, da die Anzahl der Speicherplatten 50 größer ist, und beträgt beispielsweise 19,202 mm. Die Masse m der Nabe beträgt ohne Anbauteile beispielsweise 35,5 g.The height H the hub 16 is, compared to 2 , slightly larger as the number of storage disks 50 is larger, for example 19.202 mm. The crowd m the hub without attachments is 35.5 g, for example.

Das Verhältnis zwischen der Höhe h der Nabe und der Masse m der Nabe beträgt in diesem Fall h/m = 0,54 mm/g.The relationship between the height H the hub and the mass m the hub in this case is H / m = 0.54 mm / g.

4 zeigt das Rotorbauteil von 1, d. h. die Nabe 16 mit sämtlichen Anbauteilen, nämlich den Rotormagneten 36, den Abdeckungen 18, 118, insgesamt zehn Speicherplatten 50 mit Abstandhaltern 52 und der Halteklammer 54, die mit der Schraube 56 auf der Nabe 16 fixiert ist. 4th shows the rotor component of 1, d . H. the hub 16 with all attachments, namely the rotor magnets 36 , the covers 18th , 118 , a total of ten storage disks 50 with spacers 52 and the retaining clip 54 that with the screw 56 on the hub 16 is fixed.

Die Höhe h der Nabe 16 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 19,837 mm. Die Masse m der Nabe beträgt ohne Anbauteile beispielsweise 35,91 g.The height H the hub 16 in this exemplary embodiment is 19.837 mm. The crowd m the hub without attachments is 35.91 g, for example.

Das Verhältnis zwischen der Höhe h der Nabe 16 und der Masse m der Nabe 16 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel h/m = 0,55 mm/g.The relationship between the height H the hub 16 and the crowd m the hub 16 is in this embodiment H / m = 0.55 mm / g.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
BasisplatteBase plate
1212th
Wellewave
12a, b, c12a, b, c
BohrungenDrilling
14, 11414, 114
LagerkonusBearing cone
1616
Nabehub
16a16a
AuflageflächeSupport surface
16b16b
oberer Randupper edge
18,11818.118
Abdeckungcover
20, 12020, 120
LagerspaltBearing gap
22, 12222, 122
äußerer Dichtungsspaltouter sealing gap
24, 12424, 124
RezirkulationskanalRecirculation channel
26, 12626, 126
LagerrillenBearing grooves
28, 12828, 128
innerer Dichtungsspaltinner sealing gap
30, 13030, 130
PumpdichtungPump seal
3232
Freiraumfree space
3434
StatoranordnungStator assembly
3636
RotormagnetRotor magnet
3838
DrehachseAxis of rotation
4040
Freiraumfree space
4242
GewindebohrungThreaded hole
4444
MetallstiftMetal pin
4646
SackbohrungBlind hole
4848
AussparungRecess
5050
SpeicherplatteStorage disk
5252
AbstandhalterSpacers
5454
HalteklammerRetaining clip
5656
Schraube screw
hH
Höhe der NabeHeight of the hub
mm
Masse der NabeMass of the hub

Claims (6)

Festplattenlaufwerk mit einem mit Helium gefüllten Gehäuse und acht bis zehn darin angeordneten Speicherplatten (50), die von einem Spindelmotor drehbar angetrieben sind, wobei der Spindelmotor ein feststehendes Motorbauteil (10, 12, 14, 114) und ein drehbewegliches Motorbauteil (16, 36, 18, 118) umfasst, das mittels eines fluiddynamischen Lagersystems relativ zum feststehenden Motorbauteil (10, 12, 14, 114) drehgelagert ist und von einem elektromagnetischen Antriebssystem (34, 36) drehbar angetrieben ist, wobei das drehbewegliche Motorbauteil (16, 36, 18, 118) eine Nabe (16) umfasst, wobei das Verhältnis zwischen der axialen Höhe h der Nabe (16), gemessen von einer unteren Auflagefläche (16a) für die Speicherplatten (50) bis zu einem oberen Rand (16b) der Nabe (16), und der Masse m der Nabe (16) ohne Anbauteile größer als 0,47 mm/g ist.Hard disk drive with a housing filled with helium and eight to ten storage disks (50) arranged therein, which are rotatably driven by a spindle motor, the spindle motor having a fixed motor component (10, 12, 14, 114) and a rotatable motor component (16, 36, 18, 118), which is rotatably mounted relative to the stationary motor component (10, 12, 14, 114) by means of a fluid dynamic bearing system and is rotatably driven by an electromagnetic drive system (34, 36), the rotatable motor component (16, 36, 18 , 118) comprises a hub (16), the ratio between the axial height h of the hub (16), measured from a lower support surface (16a) for the storage disks (50) to an upper edge (16b) of the hub (16), and the mass m of the hub (16) without attachments is greater than 0.47 mm / g. Festplattenlaufwerk gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der axialen Höhe h der Nabe (16) und der Masse m der Nabe (16) größer als 0,50 mm/g ist.Hard disk drive according to Claim 1 , characterized in that the ratio between the axial height h of the hub (16) and the mass m of the hub (16) is greater than 0.50 mm / g. Festplattenlaufwerk gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der axialen Höhe h der Nabe (16) und der Masse m der Nabe (16) größer als 0,55 mm/g ist.Hard disk drive according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the ratio between the axial height h of the hub (16) and the mass m of the hub (16) is greater than 0.55 mm / g. Festplattenlaufwerk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nabe (16) eine oder mehrere Bohrungen (46) und/oder eine oder mehrere Aussparungen (48) zur Massereduktion vorgesehen sind.Hard disk drive according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that one or more bores (46) and / or one or more recesses (48) are provided in the hub (16) for mass reduction. Festplattenlaufwerk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe h der Nabe (16) zwischen 18 und 20 mm beträgt.Hard disk drive according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the height h of the hub (16) is between 18 and 20 mm. Festplattenlaufwerk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (16) aus Stahl besteht und deren Masse m zwischen 34 und 37 g beträgt.Hard disk drive according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the hub (16) consists of steel and its mass m is between 34 and 37 g.
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