DE102021104212A1

DE102021104212A1 - spindle motor

Info

Publication number: DE102021104212A1
Application number: DE102021104212.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kull
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2022-08-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit einem drehbaren Motorbauteil (14), das mittels eines fluiddynamischen Lagersystems relativ zu einem feststehenden Motorbauteil (10) um eine Drehachse (50) drehbar gelagert ist, wobei das fluiddynamische Lagersystem mindestens ein feststehendes Lagerbauteil (12, 16, 18) aufweist, das mit dem feststehenden Motorbauteil (10) verbunden ist, und mindestens ein drehbares Lagerbauteil (20, 24), das mit dem drehbaren Motorbauteil (14) verbunden ist, wobei zwischen dem feststehenden (12, 16, 18) und dem drehbaren Lagerbauteil (20, 24) mindestens ein fluiddynamisches Lager angeordnet ist, und das drehbare Motorbauteil durch ein elektromagnetisches Antriebssystem rotatorisch antreibbar ist, wobei das drehbare Lagerbauteil (20, 24) über eine Verbindungsbuchse (30) mit dem drehbaren Motorbauteil (14) verbunden ist, wobei die Verbindungsbuchse (30) aus einem Material mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht als das drehbare Lagerbauteil (20, 24).

The invention relates to a spindle motor with a rotatable motor component (14) which is mounted to rotate about an axis of rotation (50) relative to a stationary motor component (10) by means of a fluid-dynamic bearing system, the fluid-dynamic bearing system having at least one stationary bearing component (12, 16, 18 ) connected to the stationary motor component (10), and at least one rotatable bearing component (20, 24) connected to the rotatable motor component (14), wherein between the stationary (12, 16, 18) and the rotatable Bearing component (20, 24) at least one fluid dynamic bearing is arranged, and the rotatable motor component can be driven in rotation by an electromagnetic drive system, wherein the rotatable bearing component (20, 24) is connected to the rotatable motor component (14) via a connecting bush (30), wherein the connecting sleeve (30) consists of a material with a higher coefficient of thermal expansion than the rotatable bearing component (2 0, 24).

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a spindle motor with a fluid dynamic bearing system according to the preamble of claim 1.

Generell umfasst ein Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem ein drehbares Motorbauteil, das mittels eines fluiddynamischen Lagersystems relativ zu einem feststehenden Motorbauteil um eine Drehachse drehbar gelagert ist, wobei das fluiddynamische Lagersystem mindestens ein feststehendes Lagerbauteil aufweist, das mit dem feststehenden Motorbauteil verbunden ist, und mindestens ein drehbares Lagerbauteil, das mit dem drehbaren Motorbauteil verbunden ist, wobei zwischen dem feststehenden und dem drehbaren Lagerbauteil mindestens ein fluiddynamisches Lager angeordnet ist. Das drehbare Motorbauteil ist mittels eines elektromagnetischen Antriebssystems rotatorisch antreibbar.In general, a spindle motor with a fluid dynamic bearing system comprises a rotatable motor component which is mounted by means of a fluid dynamic bearing system to rotate relative to a stationary motor component about an axis of rotation, the fluid dynamic bearing system having at least one stationary bearing component which is connected to the stationary motor component and at least one rotatable one Bearing component connected to the rotatable engine component, wherein at least one fluid dynamic bearing is arranged between the stationary and the rotatable bearing component. The rotatable motor component can be driven in rotation by means of an electromagnetic drive system.

Die DE 10 2013 009 491 A1 offenbart beispielsweise in 1 einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, der vorzugsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks vorgesehen ist. Das fluiddynamische Lagersystem besteht aus zwei getrennten und entlang einer feststehenden Welle angeordneten, konischen fluiddynamischen Lagern. Jedes konische fluiddynamische Lager umfasst ein drehbares Lagerbauteil in Form einer Lagerbuchse, wobei die Lagerbuchsen axial aneinander angrenzen und durch eine Dichtungsscheibe getrennt sind. Die Lagerbuchsen sind in einer Öffnung eines drehbaren Motorbauteils in Form einer Nabe aufgenommen und dort eingepresst. Es ist bekannt, die Nabe aus Aluminium zu fertigen, damit die darauf angeordneten Speicherplatten, die ebenfalls aus Aluminium bestehen, thermisch spannungsfrei gehalten werden können.the DE 10 2013 009 491 A1 disclosed, for example, in 1 a spindle motor with a fluid dynamic bearing system, which is preferably provided for driving a hard disk drive. The fluid dynamic bearing system consists of two separate conical fluid dynamic bearings arranged along a fixed shaft. Each conical fluid dynamic bearing includes a rotatable bearing component in the form of a bushing, the bushings being axially contiguous and separated by a sealing washer. The bearing bushes are accommodated in an opening of a rotatable motor component in the form of a hub and are pressed in there. It is known to manufacture the hub from aluminum so that the storage disks arranged thereon, which are also made of aluminum, can be kept thermally stress-free.

Die Lagerbuchsen sind vorzugsweise aus Stahl gefertigt. Aluminium hat einen sehr viel größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl. Bei Temperaturerhöhung dehnt sich daher die Nabe aus Aluminium stärker aus als die Lagerbuchsen aus Stahl. Dadurch verringert sich die Spaltbreite des axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts, wodurch eine Reduktion der Lagerkräfte durch eine verringerte Viskosität des Lagerfluids bei höheren Temperaturen kompensiert werden kann. Dadurch ergeben sich in etwa gleichbleibende Lagereigenschaften über einen weiten Temperaturbereich.The bearing bushes are preferably made of steel. Aluminum has a much higher coefficient of thermal expansion than steel. When the temperature increases, the aluminum hub therefore expands more than the steel bearing bushes. This reduces the gap width of the axially running section of the bearing gap, as a result of which a reduction in the bearing forces can be compensated for by a reduced viscosity of the bearing fluid at higher temperatures. This results in approximately constant bearing properties over a wide temperature range.

Des Weiteren offenbart die US 6 911 748 B2 in 2 einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, der ebenfalls vorzugsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks vorgesehen ist. Das fluiddynamische Lagersystem besteht aus zwei getrennten und entlang einer feststehenden Welle angeordneten, konischen fluiddynamischen Lagern. Jedes konische fluiddynamische Lager umfasst ein drehbares Lagerbauteil in Form einer Lagerbuchse, wobei die Lagerbuchsen axial aneinander angrenzen und durch eine Dichtungsscheibe getrennt sind. Die Lagerbuchsen sind in einer Öffnung eines drehbaren Motorbauteils in Form einer Verbindungsbuchse aufgenommen und dort eingepresst. Die Verbindungsbuchse besteht aus Stahl, da sie zur Vereinfachung der Montage einer Baueinheit aus Verbindungsbuchse und den Lagerbuchsen aus Stahl dient. Die Nabe ist aus Aluminium gefertigt, daher wird ein magnetischer Rückschluss aus Stahl benötigt.Furthermore, the U.S. 6,911,748 B2 in 2 a spindle motor with a fluid dynamic bearing system, which is also preferably provided for driving a hard disk drive. The fluid dynamic bearing system consists of two separate conical fluid dynamic bearings arranged along a fixed shaft. Each conical fluid dynamic bearing includes a rotatable bearing component in the form of a bushing, the bushings being axially contiguous and separated by a sealing washer. The bearing bushes are accommodated in an opening of a rotatable motor component in the form of a connection bush and are pressed in there. The connecting sleeve is made of steel because it is used to simplify the assembly of an assembly consisting of the connecting sleeve and the steel bearing bushes. The hub is made of aluminum, so a steel magnetic yoke is required.

Um die Speicherkapazität der Festplattenlaufwerke weiter erhöhen zu können, ist es vorteilhaft, die Speicherplatten aus Glas zu fertigen, da Glas eine höhere Datendichte zulässt und formstabiler ist als Aluminium. Speicherplatten aus Glas sind auch zur Datenaufzeichnung nach dem HAMR-Verfahren (Heat-Assisted Magnetic Recording) geeignet. Glas hat einen sehr viel geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Aluminium, der in etwa dem von Stahl entspricht, sodass für die Nabe vorzugsweise Stahl als Material verwendet wird, um thermische Spannungen der Glasspeicherplatten zu vermeiden.In order to be able to further increase the storage capacity of the hard disk drives, it is advantageous to manufacture the storage disks from glass, since glass permits a higher data density and is more dimensionally stable than aluminium. Storage disks made of glass are also suitable for data recording using the HAMR method (Heat-Assisted Magnetic Recording). Glass has a much lower coefficient of thermal expansion than aluminum, which is close to that of steel, so steel is the preferred material for the hub to avoid thermal stress on the glass storage disks.

Eine Nabe aus Stahl hat den Nachteil einer höheren Masse gegenüber einer Aluminiumnabe. Ferner bietet eine Stahlnabe keine Möglichkeit der Kompensation der sich ändernden Lagereigenschaften bei Temperaturänderung.A hub made of steel has the disadvantage of a higher mass than an aluminum hub. Furthermore, a steel hub offers no possibility of compensating for the changing bearing properties when the temperature changes.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem und einer Nabe aus Stahl anzugeben, der vergleichbare Eigenschaften wie ein Spindelmotor mit einer Nabe aus Aluminium aufweist.It is the object of the invention to specify a spindle motor with a fluid dynamic bearing system and a hub made of steel, which has comparable properties to a spindle motor with a hub made of aluminum.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a spindle motor having the features of claim 1 .

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

Der erfindungsgemäße Spindelmotor zeichnet sich dadurch aus, dass das drehbare Lagerbauteil über eine Verbindungsbuchse mit dem drehbaren Motorbauteil verbunden ist, wobei die Verbindungsbuchse aus einem Material mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht als das drehbare Lagerbauteil und/oder das drehbare Motorbauteil.The spindle motor according to the invention is characterized in that the rotatable bearing component is connected to the rotatable motor component via a connecting bush, the connecting bush being made of a material with a higher coefficient of thermal expansion than the rotatable bearing component and/or the rotatable motor component.

Die Verbindungsbuchse besteht aus einem Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium, Magnesium oder deren Legierungen, was den Vorteil hat, dass die Gesamtmasse des drehbaren Motorbauteils bestehend aus einer stählernen Nabe, der Verbindungsbuchse und dem Lagerbauteil reduziert wird. Aluminium und Magnesium haben einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa α = 23-24 * 10^-6/ KThe connecting socket consists of a light metal, preferably aluminum, magnesium or their alloys, which has the advantage that the total mass of the rotatable engine component consisting of a steel hub, the connecting sleeve and the bearing component is reduced. Aluminum and magnesium have a thermal expansion coefficient of about α = 23-24 * 10 ^-6 / K

Das drehbare Lagerbauteil in Form der mindestens einen Lagerbuchse ist vorzugsweise aus Stahl gefertigt, kann aber auch ein Bronze- oder Messingteil sein. Stahl hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa α = 12-16 * 10^-6/ K.The rotatable bearing component in the form of the at least one bearing bush is preferably made of steel, but can also be a bronze or brass part. Steel has a thermal expansion coefficient of about α = 12-16 * 10 ^-6 / K.

Die aus einem Leichtmetall mit relativ großem thermischem Ausdehnungskoeffizienten gefertigte Verbindungsbuchse hat somit einen nahezu doppelt so großen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu Stahl. Bei Temperaturerhöhung dehnt sich die Verbindungsbuchse aus Aluminium stärker aus als die Lagerbuchsen aus Stahl, wodurch sich die Spaltbreite des Lagerspalts bei Erhöhung der Umgebungstemperatur reduziert. Die Spaltbreite des Lagerspalts beträgt in der Regel einige Mikrometer und verringert sich bei einer Temperaturerhöhung von 30°C beispielsweise um 1-2 Mikrometer. Durch die kleiner werdende Breite des Lagerspalts wird eine Reduktion der Lagerkräfte durch verringerte Viskosität des Lagerfluids bei höheren Temperaturen kompensiert. Dadurch erhält man in etwa gleichbleibende Lagereigenschaften über einen weiten Temperaturbereich.The connecting sleeve made from a light metal with a relatively high coefficient of thermal expansion thus has a coefficient of thermal expansion that is almost twice as large as that of steel. When the temperature increases, the aluminum connecting bush expands more than the steel bearing bushes, which reduces the width of the bearing gap when the ambient temperature increases. The width of the bearing gap is usually a few micrometers and decreases by 1-2 micrometers, for example, with a temperature increase of 30°C. Due to the decreasing width of the bearing gap, a reduction in the bearing forces due to reduced viscosity of the bearing fluid at higher temperatures is compensated. This results in approximately constant storage properties over a wide temperature range.

Das fluiddynamische Lagersystem umfasst bevorzugt ein erstes und ein zweites konisches fluiddynamisches Lager, die entlang der Drehachse des Lagersystems in einem gegenseitigen axialen Abstand auf einer feststehenden Welle angeordnet sind. Das drehbare Lagerbauteil umfasst eine erste Lagerbuchse, die dem ersten konischen fluiddynamischen Lager zugeordnet ist, und eine zweite Lagerbuchse, die dem zweiten konischen fluiddynamischen Lager zugeordnet ist.The fluid dynamic bearing system preferably comprises a first and a second conical fluid dynamic bearing arranged at a mutual axial distance along the axis of rotation of the bearing system on a stationary shaft. The rotatable bearing component includes a first bushing associated with the first conical fluid dynamic bearing and a second bushing associated with the second conical fluid dynamic bearing.

Die Verbindungsbuchse hat einen etwa T-förmigen Querschnitt, wobei deren äußere Umfangsfläche an einer inneren Umfangsfläche des drehbaren Motorbauteils anliegt und deren innere Umfangsfläche auf axialer Höhe der konischen fluiddynamischen Lager an der äußeren Umfangsfläche der jeweiligen Lagerbuchse anliegt.The connecting sleeve has an approximately T-shaped cross-section, with its outer peripheral surface abutting an inner peripheral surface of the rotatable motor component and its inner peripheral surface abutting the outer peripheral surface of the respective bearing bush at the axial level of the conical fluid dynamic bearings.

Jede der beiden Lagerbuchsen weist am Außenumfang vorzugsweise eine Fügefläche auf, auf welcher jeweils ein axial verlaufender Abschnitt der Verbindungsbuchse aufgepresst ist. Die Fügeflächen der Lagerbuchsen befinden sich vorzugsweise jeweils auf axialer Höhe der Lagerflächen der zugeordneten Lagerbuchse.Each of the two bearing bushes preferably has a joint surface on the outer circumference, onto which an axially running section of the connecting bush is pressed. The joining surfaces of the bearing bushes are preferably located at the axial height of the bearing surfaces of the associated bearing bush.

Der erfindungsgemäße Spindelmotor ist vorzugsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks vorgesehen, eignet sich aber ebenso zum Antrieb eines Lüfters oder Laserscanners.The spindle motor according to the invention is preferably provided for driving a hard disk drive, but is also suitable for driving a fan or laser scanner.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben.

1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem.
2 zeigt einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausgestaltung des Spindelmotors von 1.

Preferred exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings, further features and advantages of the invention resulting.

1 shows a section through a spindle motor according to the invention with a fluid dynamic bearing system.
2 shows a section through a modified embodiment of the spindle motor of 1 .

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem. Das fluiddynamische Lagersystem umfasst zwei konische fluiddynamische Lager, die axial gegeneinander wirken und somit das Lagersystem axial im Gleichgewicht halten. 1 shows a spindle motor according to the invention with a fluid dynamic bearing system. The fluid dynamic bearing system comprises two conical fluid dynamic bearings which act against each other axially and thus keep the bearing system in balance in the axial direction.

Der Spindelmotor umfasst vorzugsweise eine Basisplatte 10, auf der alle Motorkomponenten angeordnet sind.The spindle motor preferably includes a base plate 10 on which all motor components are arranged.

Die Basisplatte 10 weist eine angeformte Hülse auf, in welcher ein Ende einer feststehenden zylindrischen Welle 12 gehalten ist. An dem freien Ende der Welle 12 ist ein erster Lagerkonus 16 befestigt. Unterhalb des ersten Lagerkonus 16 ist in einem axialen Abstand ein zweiter Lagerkonus 18 auf der Welle 12 befestigt. Die beiden Lagerkonusse 16, 18 sind beispielsweise auf die Welle 12 aufgepresst und besitzen konische Lagerflächen, die einander zugewandt sind. Die Welle 12 bildet zusammen mit den beiden Lagerkonussen 16, 18 das feststehende Lagerbauteil, das in der Basisplatte 10 gehalten ist. Die Basisplatte 10 ist Teil des feststehenden Motorbauteils.The base plate 10 has an integrally formed sleeve in which one end of a stationary cylindrical shaft 12 is retained. At the free end of the shaft 12, a first bearing cone 16 is attached. Below the first bearing cone 16, a second bearing cone 18 is attached to the shaft 12 at an axial distance. The two bearing cones 16, 18 are pressed onto the shaft 12, for example, and have conical bearing surfaces that face each other. The shaft 12, together with the two bearing cones 16, 18, forms the fixed bearing component, which is held in the base plate 10. The base plate 10 is part of the stationary engine component.

Das Lagersystem umfasst eine erste Lagerbuchse 20, die eine zylindrische Lagerbohrung mit einer einseitigen konischen Aussparung aufweist, und eine zweite Lagerbuchse 24, die ebenfalls eine zylindrische Lagerbohrung mit einer einseitigen konischen Aussparung aufweist. Die Welle 12 ist durch die zylindrische Lagerbohrung der ersten Lagerbuchse 20 hindurchgeführt, so dass der erste Lagerkonus 16 in der konischen Aussparung der ersten Lagerbuchse 20 positioniert ist. Die Welle 12 ist ebenfalls durch die zylindrische Lagerbohrung einer zweiten Lagerbuchse 24 hindurchgeführt, so dass der zweite Lagerkonus 18 in der konischen Aussparung einer zweiten Lagerbuchse 24 positioniert ist.The bearing system comprises a first bearing bushing 20, which has a cylindrical bearing bore with a conical recess on one side, and a second bearing bushing 24, which also has a cylindrical bearing bore with a conical recess on one side. The shaft 12 is guided through the cylindrical bearing bore of the first bearing bush 20 so that the first bearing cone 16 is positioned in the conical recess of the first bearing bush 20 . The shaft 12 is also passed through the cylindrical bearing bore of a second bearing bush 24 so that the second bearing cone 18 is positioned in the conical recess of a second bearing bush 24 .

Die durch die konische Aussparung der ersten Lagerbuchse 20 gebildete konische Lagerfläche und die konische Lagerfläche des ersten Lagerkonus 16 sind durch einen ersten Lagerspalt 22 voneinander getrennt und bilden das erste konische fluiddynamische Lager. Der Lagerspalt 22 setzt sich zwischen dem Innenumfang der Lagerbohrung der ersten Lagerbuchse 20 und dem Außenumfang der Welle 12 in Richtung zur zweiten Lagerbuchse 24 fort und ist während des Betriebs des Lagers zumindest teilweise mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt.The conical bearing surface formed by the conical recess of the first bearing bush 20 and the conical bearing surface of the first bearing cone 16 are separated from one another by a first bearing gap 22 and form the first conical fluid dynamic bearing. The bearing gap 22 continues between the inner circumference of the bearing bore of the first bearing bush 20 and the outer circumference of the shaft 12 in the direction of the second bearing bush 24 and is at least partially filled with a bearing fluid, for example a bearing oil, during operation of the bearing.

Die durch die konische Aussparung der zweiten Lagerbuchse 24 gebildete konische Lagerfläche und die konische Lagerfläche des zweiten Lagerkonus 18 sind durch einen zweiten Lagerspalt 26 voneinander getrennt und bilden das zweite konische fluiddynamische Lager. Der Lagerspalt 26 setzt sich zwischen dem Innenumfang der Lagerbohrung der zweiten Lagerbuchse 24 und dem Außenumfang der Welle 12 in Richtung der ersten Lagerbuchse 20 fort und ist zumindest während des Betriebs des Lagers zumindest teilweise mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt.The conical bearing surface formed by the conical recess of the second bearing bush 24 and the conical bearing surface of the second bearing cone 18 are separated from one another by a second bearing gap 26 and form the second conical fluid dynamic bearing. The bearing gap 26 continues between the inner circumference of the bearing bore of the second bearing bush 24 and the outer circumference of the shaft 12 in the direction of the first bearing bush 20 and is at least partially filled with a bearing fluid, for example a bearing oil, at least during the operation of the bearing.

Auf einer oder auf beiden Lagerflächen der Lagerkonusse 16, 18 oder der Lagerbuchsen 20, 24 sind Lagerrillenstrukturen angeordnet, die bei einer Rotation der Lagerbuchsen 20, 24 um die Drehachse 52 eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid in den Lagerspalten 22, 26 ausüben, so dass in den Lagerspalten 22, 26 ein hydrodynamischer Druck erzeugt wird, der die beiden Lager tragfähig macht. Die Lagerkomponenten sind konzentrisch zur gemeinsamen Drehachse 52 der beiden Lager angeordnet.Bearing groove structures are arranged on one or both bearing surfaces of the bearing cones 16, 18 or the bearing bushes 20, 24, which exert a pumping effect on the bearing fluid in the bearing gaps 22, 26 when the bearing bushes 20, 24 rotate about the axis of rotation 52, so that in the bearing gaps 22, 26, a hydrodynamic pressure is generated, which makes the two camps viable. The bearing components are arranged concentrically to the common axis of rotation 52 of the two bearings.

Der erste und der zweite Lagerspalt 22, 26 sind nicht flüssigkeitsleitend miteinander verbunden, sondern bilden eigene Fluidsysteme. Die offenen Enden der beiden Lagerspalte 22, 26 sind durch kapillare Dichtungsspalte 32, 34, 36,38 abgedichtet. Abdeckkappen 44, 46 verschließen die konischen fluiddynamischen Lager nach außen. Zusätzlich können auf den Lagerbuchsen 20, 24 und/oder der Welle 12 Rillenstrukturen angeordnet sein, die als dynamische Pumpdichtungen 40, 42 wirken, welche die Abdichtung der Lagerspalte 22, 26 im Bereich der innen liegenden Dichtungsspalte 34, 38 unterstützen, indem das Lagerfluid in Richtung des Lagerspalts 22, 26 gefördert wird.The first and second bearing gaps 22, 26 are not connected to one another in a liquid-conducting manner, but form separate fluid systems. The open ends of the two bearing gaps 22, 26 are sealed by capillary sealing gaps 32, 34, 36,38. Cover caps 44, 46 close the conical fluid dynamic bearings to the outside. In addition, grooved structures can be arranged on the bearing bushes 20, 24 and/or the shaft 12, which act as dynamic pump seals 40, 42, which support the sealing of the bearing gaps 22, 26 in the area of the inner sealing gaps 34, 38 by the bearing fluid in Direction of the bearing gap 22, 26 is promoted.

Weiterhin befinden sich vorzugsweise ein oder mehrere Rezirkulationskanäle 16a, 18a innerhalb des ersten und des zweiten Lagerkonus 16, 18. Die Rezirkulationskanäle 16a, 18a ermöglichen eine Zirkulation des Lagerfluids im Lager. Die Rezirkulationskanäle 16a, 18a umfassen Schrägbohrungen in den Lagerkonussen 16, 18, die vom Bereich des größten Außendurchmessers der Lagerkonusse 16, 18 in einem Winkel von vorzugsweise größer als 65° relativ zur Drehachse 52 schräg nach innen bis an den Innendurchmesser der Lagerkonusse 16, 18 verlaufen. Dort setzen sich die Rezirkulationskanäle 16a, 18a am Innendurchmesser als axial verlaufende Nuten bis zur innen liegenden Stirnseite der Lagerkonusse 16, 18 fort.Furthermore, there are preferably one or more recirculation channels 16a, 18a within the first and second bearing cones 16, 18. The recirculation channels 16a, 18a allow the bearing fluid to circulate in the bearing. The recirculation channels 16a, 18a include oblique bores in the bearing cones 16, 18, which run from the area of the largest outer diameter of the bearing cones 16, 18 at an angle of preferably greater than 65° relative to the axis of rotation 52 obliquely inward to the inner diameter of the bearing cones 16, 18 get lost. There, the recirculation channels 16a, 18a continue on the inside diameter as axially running grooves up to the inner end face of the bearing cones 16, 18.

Die beiden Lagerbuchsen 20 und 24 grenzen aneinander an, sind jedoch durch eine Dichtungsscheibe 28 voneinander getrennt, die gleichzeitig zur Kompensation der Wärmeausdehnung der Bauteile Lagerbuchsen dient und als Dichtung gegen Kühlschmierstoffe und Reinigungsmittel wirkt. Der Zwischenraum, der zwischen den beiden Lagerbuchsen 20, 24, der Welle 12 und der Dichtungsscheibe 28 gebildet wird, ist mit der Umgebungsatmosphäre verbunden, um einen Druckausgleich herzustellen. Zur Belüftung kann die Welle 12 eine entsprechende Längsbohrung aufweisen, die über eine Querbohrung den Zwischenraum zwischen den Lagerbuchsen 20, 24 mit der Umgebung verbindet.The two bearing bushes 20 and 24 adjoin one another, but are separated from one another by a sealing disk 28, which at the same time serves to compensate for the thermal expansion of the bearing bush components and acts as a seal against cooling lubricants and cleaning agents. The gap formed between the two bearing bushes 20, 24, the shaft 12 and the sealing washer 28 is connected to the ambient atmosphere in order to establish pressure equalization. For ventilation, the shaft 12 can have a corresponding longitudinal bore, which connects the space between the bearing bushes 20, 24 with the environment via a transverse bore.

Die beiden Lagerbuchsen 20, 24 bilden das drehbare Lagerbauteil des fluiddynamischen Lagersystems und sind in eine Verbindungsbuchse 30 eingesetzt, vorzugsweise mittels Presssitz. Die Lagerbuchsen 20, 24 weisen vorzugsweise an einem Ende einen Bund auf, der an einer Stirnfläche der Verbindungsbuchse 30 zur Anlage gebracht wird und die Lagerbuchsen 20, 24 axial zueinander positioniert. Am Außenumfang der Verbindungsbuchse 30 ist die Nabe 14 befestigt, vorzugsweise mittels Presssitz und/oder einer Klebeverbindung. Die Nabe 14 und die Verbindungsbuchse 30 bilden einen Teil des drehbaren Motorbauteils.The two bearing bushes 20, 24 form the rotatable bearing component of the fluid dynamic bearing system and are inserted into a connecting bush 30, preferably by means of a press fit. The bearing bushes 20, 24 preferably have a collar at one end which is brought into contact with an end face of the connecting bush 30 and positions the bearing bushes 20, 24 axially with respect to one another. The hub 14 is fastened to the outer circumference of the connection socket 30, preferably by means of a press fit and/or an adhesive connection. The hub 14 and the connecting sleeve 30 form part of the rotatable engine component.

Die Verbindungsbuchse 30 wird durch Aufschrumpfen mit den Lagerbuchsen 20, 24 verbunden, wobei die Verbindungsbuchse 30 auf eine hohe Temperatur erhitzt wird und sich dadurch ausdehnt. Die Lagerbuchsen 20, 24 werden während des Fertigungsprozesses nacheinander in die Öffnung der erhitzten Verbindungsbuchse 30 eingepresst. Alternativ oder zusätzlich kann eine Klebeverbindung zwischen der Verbindungsbuchse 30 und den Lagerbuchsen 20, 24 vorgesehen sein.The connection sleeve 30 is connected to the bearing bushes 20, 24 by shrinking, the connection sleeve 30 being heated to a high temperature and thereby expanding. The bearing bushes 20, 24 are successively pressed into the opening of the heated connecting bush 30 during the manufacturing process. Alternatively or additionally, an adhesive connection between the connecting bush 30 and the bearing bushes 20, 24 can be provided.

Beide Lagerbuchsen 20 und 24 weisen am Außenumfang eine Fügefläche 20a, 24a auf, auf welcher jeweils ein axial verlaufender Abschnitt 30a bzw. 30b der Verbindungsbuchse 30 aufgepresst ist. Die Fügeflächen 20a, 24a für die Verbindungen zwischen den Abschnitten 30a, 30b der Verbindungsbuchse 30 und den Lagerbuchsen 20, 24 sind auf axialer Höhe der Lagerflächen der beiden konischen fluiddynamischen Lager angeordnet.Both bearing bushes 20 and 24 have a joining surface 20a, 24a on the outer circumference, onto which an axially running section 30a or 30b of the connecting bush 30 is pressed. The joining surfaces 20a, 24a for the connections between the sections 30a, 30b of the connecting bush 30 and the bearing bushes 20, 24 are arranged at the axial height of the bearing surfaces of the two conical fluid dynamic bearings.

Die Nabe 14 besteht aus Stahl, da sie vorzugsweise aus Glassubstrat gefertigte Speicherplatten (nicht dargestellt) eines Festplattenlaufwerks trägt, das von dem Spindelmotor angetrieben wird.The hub 14 is made of steel because it preferably supports storage platters (not shown) made of glass substrate from a hard disk drive which is driven by the spindle motor.

Die Verbindungsbuchse 30 ist erfindungsgemäß vorzugsweise aus Aluminium gefertigt und dient zur Gewichtseinsparung, insbesondere aber zur Kompensation der sich bei verschiedenen Temperaturen verändernden Lagereigenschaften, insbesondere der Veränderung der Viskosität des verwendeten Lagerfluids über die Temperatur.According to the invention, the connecting sleeve 30 is preferably made of aluminum and serves to save weight, but in particular to compensate for the bearing properties that change at different temperatures, in particular the change in the viscosity of the bearing fluid used over the temperature.

Bei Temperaturerhöhung dehnt sich die aus Aluminium bestehende Verbindungsbuchse 30 wesentlich stärker aus als die Nabe 14 oder die Lagerbuchsen 20, 24, die vorzugsweise aus Stahl gefertigt sind. Dadurch übt die Verbindungsbuchse 30 mit ihren Abschnitten 30a, 30b eine axial nach außen gerichtete Kraft auf die Lagerbuchsen 20, 24 aus. Die Lagerbuchsen 20, 24 werden dabei jeweils nach außen in Richtung der Lagerkonusse 16,18 geschoben und somit verringert sich die Breite der Lagerspalte 22, 26. Dadurch wird die Verringerung der Viskosität des Lagerfluids bei höheren Temperaturen kompensiert.When the temperature increases, the connecting sleeve 30, which is made of aluminum, expands significantly more than the hub 14 or the bearing sleeves 20, 24, which are preferably made of steel. As a result, the connecting sleeve 30 exerts an axially outwardly directed force on the bearing sleeves 20, 24 with its sections 30a, 30b. The bearing bushes 20, 24 are each pushed outwards in the direction of the bearing cones 16,18 and the width of the bearing gaps 22, 26 is thus reduced. This compensates for the reduction in the viscosity of the bearing fluid at higher temperatures.

Das drehbare Motorbauteil des Spindelmotors - im Wesentlichen bestehend aus der Nabe 14, der Verbindungsbuchse 30 und den beiden mit der Verbindungsbuchse 30 verbundenen Lagerbuchsen 20, 24 - wird angetrieben durch ein elektromagnetisches Antriebssystem, das aus einer an der Basisplatte 10 befestigten Statoranordnung 48 und einem Rotormagneten 50 besteht, der gegenüberliegend der Statoranordnung 48 sowie diese zentrisch umfassend an einem Innenumfang der Nabe 14 angeordnet ist. Als magnetischer Rückschluss für den Rotormagneten 50 dient die stählerne Nabe 14.The rotatable motor component of the spindle motor - consisting essentially of the hub 14, the connecting sleeve 30 and the two bearing sleeves 20, 24 connected to the connecting sleeve 30 - is driven by an electromagnetic drive system consisting of a stator assembly 48 fixed to the base plate 10 and a rotor magnet 50 consists, which is arranged opposite the stator arrangement 48 as well as centrically encompassing this on an inner circumference of the hub 14 . The steel hub 14 serves as a magnetic yoke for the rotor magnet 50.

2 zeigt einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausgestaltung des Spindelmotors von 1. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit denselben Funktionen sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie sie in 1 verwendet werden und beschrieben sind. 2 shows a section through a modified embodiment of the spindle motor of 1 . The same components or components with the same functions are provided with the same reference symbols as in 1 are used and described.

Im Unterschied zu 1 weisen die Lagerbuchsen 116, 118 anders verlaufende Rezirkulationskanäle 116a, 118a auf. Die Rezirkulationskanäle 116a, 118a umfassen Schrägbohrungen in den Lagerkonussen 116, 118, die vom Bereich des größten Außendurchmessers der Lagerkonusse 116, 118 in einem Winkel von vorzugsweise weniger als 45° relativ zur Drehachse 52 schräg nach innen bis an den Innendurchmesser der Lagerkonusse 116, 118 verlaufen. Dort setzen sich die Rezirkulationskanäle 116a, 118a am Innendurchmesser als axial verlaufende Nuten bis zur innen liegenden Stirnseite der Lagerkonusse 116, 118 fort.In contrast to 1 the bearing bushes 116, 118 have recirculation channels 116a, 118a running differently. The recirculation channels 116a, 118a include oblique bores in the bearing cones 116, 118, which run from the area of the largest outer diameter of the bearing cones 116, 118 at an angle of preferably less than 45° relative to the axis of rotation 52 obliquely inward to the inner diameter of the bearing cones 116, 118 get lost. There, the recirculation channels 116a, 118a continue on the inner diameter as axially running grooves up to the inner face of the bearing cones 116, 118.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Basisplattebase plate
1212: WelleWave
1414: Nabehub
1616: erster Lagerkonusfirst bearing cone
16a16a: Rezirkulationskanalrecirculation channel
1818: zweiter Lagerkonussecond bearing cone
18a18a: Rezirkulationskanalrecirculation channel
2020: Lagerbuchsebearing bush
20a20a: Fügeflächemating surface
2222: Lagerspaltbearing gap
2424: Lagerbuchsebearing bush
24a24a: Fügeflächemating surface
2626: Lagerspaltbearing gap
2828: Dichtungsscheibesealing washer
3030: Verbindungsbuchseconnection socket
30a,b30a,b: axial verlaufende Abschnitte der Verbindungsbuchseaxially extending sections of the connecting sleeve
3232: Dichtungsspaltsealing gap
3434: Dichtungsspaltsealing gap
3636: Dichtungspaltsealing gap
3838: Dichtungspaltsealing gap
4040: dynamische Pumpdichtungdynamic pump seal
4242: dynamische Pumpdichtungdynamic pump seal
4444: Abdeckkappecover cap
4646: Abdeckkappecover cap
4848: Statoranordnungstator assembly
5050: Rotormagnetrotor magnet
5252: Drehachseaxis of rotation
116116: erster Lagerkonusfirst bearing cone
116a116a: Rezirkulationskanalrecirculation channel
118118: zweiter Lagerkonussecond bearing cone
118a118a: Rezirkulationskanalrecirculation channel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102013009491 A1 [0003]
US 6911748 B2 [0005]

Claims

Spindle motor with a rotatable motor component (14) which is rotatably mounted by means of a fluid dynamic bearing system relative to a stationary motor component (10) about an axis of rotation (50), the fluid dynamic bearing system having at least one stationary bearing component (12, 16, 18; 116, 118 ) connected to the stationary motor component (10), and at least one rotatable bearing component (20, 24) connected to the rotatable motor component (14), wherein between the stationary (12, 16, 18; 116, 118 ) and the rotatable bearing component (20, 24) at least one fluid dynamic bearing is arranged, and the rotatable motor component can be driven in rotation by an electromagnetic drive system, characterized in that the rotatable bearing component (20, 24) is connected to the rotatable Motor component (14) is connected, wherein the connecting sleeve (30) consists of a material with a higher coefficient of thermal expansion than the rotatable bearing component (20, 24).

spindle motor after claim 1 , characterized in that the connecting sleeve (30) consists of light metal, such as aluminum, magnesium or their alloys.

Spindle motor according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the rotatable motor component (14) consists of steel.

Spindle motor according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the rotatable bearing component (20, 24) consists of steel, bronze or brass.

Spindle motor according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the outer peripheral surface of the connecting sleeve (30) bears against an inner peripheral surface of the rotatable motor component (14), and its inner peripheral surface bears against the outer peripheral surface of the rotatable bearing component (20, 24) at the axial level of the at least one fluid dynamic bearing .

Spindle motor according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the fluid dynamic bearing system has a first and a second conical fluid dynamic bearing, which are arranged along the axis of rotation (50) at a mutual axial distance, the rotatable bearing component (20, 24) having a first bearing bush (20), associated with the first conical fluid dynamic bearing and having a second bushing (24) associated with the second conical fluid dynamic bearing.

Spindle motor according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the connecting bush (30) is approximately T-shaped in cross section and has two axially extending sections (30a, 30b), the bearing bushes (20, 24) having a joining surface (20a, 24a) on the outer circumference, on which an axially running section (30a, 30b) of the connecting bush (30) is pressed on in each case, the joining surfaces (20a, 24a) of the bearing bushes (20, 24) each being arranged at the axial height of the bearing surfaces of the associated bearing bush (20, 24).

Hard disk drive with a spindle motor according to any one of Claims 1 until 7 .

Fan with a spindle motor according to any one of Claims 1 until 7 .

Laser scanner with a spindle motor according to one of Claims 1 until 7 .