DE10240634B4

DE10240634B4 - Hydrodynamisches Lager für einen Spindelmotor

Info

Publication number: DE10240634B4
Application number: DE10240634A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kull
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: US20060098906A1; US7008110B2; US7125169B2; DE10240634A1; KR20030074397A; KR20030074398A; US20060098905A1; US6921209B2; US20030174914A1; US20030198413A1

Abstract

Hydrodynamisches Lager für einen Spindelmotor mit
einer Welle (14),
einer Lagerbuchse (12), welche die Welle (14) mit geringem radialem Abstand umgreift,
einer Druckplatte (32), die mit der Welle (14) drehfest verbunden ist, und
einem Widerlager (40), das mit der Lagerbuchse (12) drehfest verbunden ist,
wobei die Lagerbuchse (12) mit dem Widerlager (40) und die Welle (14) mit der Druckplatte (32) relativ zueinander rotieren,
die Welle (14) einseitig an einem offenen Stirnende der Lagerbuchse (12) herausgeführt ist,
im Bereich des offenen Stirnendes der Lagerbuchse (12) das Widerlager (40) angeordnet ist und mit der Druckplatte (32) zur Bildung eines hydrodynamischen Axiallagers zusammenwirkt, wobei die Druckplatte (32) zwischen dem Widerlager (40) und einer Vertiefung im Stirnende (46) der Lagerbuchse (12) zu liegen kommt, und
die Welle (14) an dem gegenüberliegenden Ende der Lagerbuchse (12) von dieser übergriffen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Welle...

Description

Die Erfindung betrifft bürstenlose Gleichstrommotoren der Bauart, die als Spindelmotoren in Plattenlaufwerken verwendet werden, und insbesondere ein hydrodynamisches Lager für solche Spindelmotoren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein derartiges Lager ist aus der US 6 040 648 A als nächstliegender Stand der Technik bekannt.

Plattenlaufwerk-Systeme wurden in Computern und anderen elektronischen Einrichtungen seit vielen Jahren zum Speichern digitaler Information verwendet. Information wird auf kon zentrischen Speicherspuren einer magnetischen Platte aufgezeichnet, wobei die eigentliche Information in Form magnetischer Übergänge in dem Plattenmedium gespeichert ist. Die Platten selbst sind drehbar auf einer motorisch angetriebenen Spindel montiert, wobei auf die Information mittels Wandlern zugegriffen wird, die auf einem Schwenkarm sitzen, der sich radial über die Oberfläche der Platte bewegt. Um einen fehlerfreien Informationsaustausch zu gewährleisten, müssen die Schreibe-/Leseköpfe oder Wandler exakt zu den Speicherspuren auf der Platte ausgerichtet sein. Voraussetzung für einen sicheren Datentransfer ist also eine stabile und präzise Drehlagerung der Spindel.

In bürstenlosen Gleichstrommotoren der beschriebenen Bauart, die als Spindelmotoren in Plattenlaufwerken eingesetzt werden, ist die angetriebene Spindel nach dem Stand der Technik traditionell mit Wälzlagern drehgelagert. Laufgenauigkeit und Präzision werden dadurch erreicht, daß die Lager spielfrei verspannt eingebaut werden. Außerdem kommen Wälzkörper und Lagerringe mit eingeengten Abmessungstoleranzen zum Einsatz. Systembedingte Nachteile, wie störende Abrollgeräusche und eingeschränkte Stoßfestigkeit, wurden bislang billigend in Kauf genommen.

Fluidlager oder hydrodynamische Lager stellen eine erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Kugellagern in Spindelmotoren dar. Bei diesen Arten von Systemen dient ein Schmierfluid – Gas oder Flüssigkeit – zur Trennung der Lagerflächen zwischen einer feststehenden Basis oder Gehäuse und der drehenden Spindel oder Nabe des Motors. Flüssige Schmiermittel umfassen z.B. Öl, komplexere ferromagnetische Fluide oder sogar Luft wurden in hydrodynamischen Lagersystemen eingesetzt.

Hydrodynamische Lager haben gegenüber Kugellagern den Vorteil verbesserter Laufgenauigkeit höherer Stoßfestigkeit und geringerer Geräuschentwicklung.

Spindelmotoren für Datenträgerplatten, bei denen eine mit einem Rotor fest verbundene Motorwelle über ein hydrodynamisches Lagersystem gelagert ist, sind im Stand der Technik bekannt. Ein hydrodynamisches Lagersystem gemäß dem Stand der Technik besteht z.B. aus einer Lagerbuchse, die einseitig von einer Gegenplatte geschlossen sein kann. Innerhalb der Lagerbuchse befindet sich eine Motorwelle; die von einem Fluid, vorzugsweise einem Öl, umgeben ist. An der Innenfläche der Lagerbuchse oder an der Außenfläche der Motorwelle sind ein oder mehrere Rillenstrukturen vorgesehen, die zur Erzeugung eines hydrodynamischen Lagerdrucks dienen.

Es sind ferner hydrodynamische Lager mit axialem Spurkuppenlager in Niederleistungs-Spindelmotoren bekannt, bei denen die axialen Lagerkräfte in einer Richtung durch Abstützung des Lagers im Drehpunkt an einer Gegenplatte aufgenommen werden und die axiale Gegenkraft magnetisch erzeugt wird, beispielsweise durch das Zusammenwirken von Rotor und Stator. Diese Arten von hydrodynamischen Lagern haben jedoch eine sehr geringe axiale Steifigkeit, und ihre Verwendung beispielsweise in Festplattenlaufwerken ist problematisch, weil solche Anwendungen eine axiale Steifigkeit in beiden Axialrichtungen erfordern. Andererseits haben hydrodynamische Lager mit axialen Spurkuppenlagern den Vorteil eines sehr geringen Reibungsverlusts und somit einer geringen Leistungsaufnahme.

Ein Beispiel eines hydrodynamischen Lagers gemäß dem Stand der Technik, wie er oben beschrieben ist, ist aus der US 4 934 836 A bekannt.

Die US 6 271 612 B1 zeigt einen Spindelmotor für ein Festplattenlaufwerk mit einer Welle, die zusammen mit einer Stirnfläche der Lagerbuchse ein Spurkuppenlager bildet.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein hydrodynamisches Lager für einen Spindelmotor, insbesondere zur Verwendung in einem Plattenlaufwerk, anzugeben, das mit geringer Verlustleistung und hohem Wirkungsgrad arbeitet und somit die Leistungsaufnahme des Spindelmotors insgesamt verringert. Ferner soll das hydrodynamische Lager gemäß der Erfindung eine möglichst geringe Bauhöhe haben, so daß es in Anwendungen mit kleinsten Abmessungen, wie Mini-Disc-Drives, eingesetzt werden kann, und dennoch eine ausreichende axiale Steifigkeit aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch ein hydrodynamisches Lager mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Lager umfaßt eine Welle und eine Lagerbuchse, welche die Welle mit geringem radialen Abstand umgreift. Eine Druckplatte ist mit der Welle drehfest verbunden; ein Widerlager ist mit der Lagerbuchse drehfest verbunden, wobei die Lagerbuchse und das Widerlager relativ zu der Welle und der Druckplatte rotieren. Erfindungsgemäß ist die Welle an einem offenen Stirnende der Lagerbuchse einseitig aus der Lagerbuchse herausgeführt, wobei das Widerlager im Bereich dieses offenen Stirnendes der Lagerbuchse angeordnet ist und mit der auf der Welle sitzenden Druckplatte zur Bildung eines hydrodynamischen Axiallagers zusammenwirkt. An ihrem gegenüberliegenden Ende ist die Welle von der Lagerbuchse umschlossen und bildet in Verbindung mit einer stirnseitigen Innenfläche der Lagerbuchse ein Spurkuppenlager. Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines einseitig wirkenden, hydrodynamischen Axial- oder Drucklagers in Verbindung mit einem in aktiver Wirkverbindung stehenden Spurkuppenlagers, welches Stützkräfte in entgegengesetzter Richtung aufnehmen kann, erhält man ein Axiallager mit guter Steifigkeit in beide Richtungen. Dadurch, daß durch die rotatorische Relativbewegung der axial beabstandeten, einander gegenüberliegenden Lagerflächen ein hydrodynamisches Druckpolster entsteht, dessen resultierende Gesamtkraft sich über das Spurkuppenlager auf dem stirnseitigen Boden der Lagerscheibe abstützt, befindet sich das System in einem stabilen Kraft-Gleichgewicht. Durch die Kombination eines einseitigen wirkenden hydrodynamischen Axiallagers mit einem zusätzlichem Spurkuppenlager kann die Verlustleistung dieses Lagersystems gegenüber einem aus zwei in entgegengesetzte Richtungen arbeitenden hydrodynamischen Axiallagerpaar um bis zu 50% reduziert werden, was eine erhebliche Verbesserung in der Gesamtleistungsbilanz bedeutet. Diese Verbesserung ist insofern bemerkenswert, als die Verluste eines vollständigen aus Radial- und Axiallagern bestehenden hydrodynamischen Lagersystems bereits bis zu 80% der Gesamtverluste betragen können.

Das Widerlager wird vorzugsweise durch eine Ringscheibe gebildet, welche das offene Stirnende der Lagerbuchse abschließt. Diese Ringscheibe kann auf das Stirnende der Lagerbuchse aufgesetzt oder in eine Vertiefung im Stirnende der Lagerbuchse eingesetzt sein. Die Druckplatte kommt zwischen dieser Ringscheibe und der kreisringförmigen Stirnfläche, die den Boden einer entsprechenden Vertiefung am stirnseitig offenen Ende der Lagerbuchse bildet, zu liegen.

Gemäß der Erfindung sind die Ringscheibe und die Druckplatte relativ zueinander derart angeordnet, daß ein zwischen der Ringscheibe und der Druckplatte gebildeter Spalt kleiner ist als ein zwischen der Druckplatte und dem Boden der Vertiefung im Stirnende der Lagerbuchse gebildeter Spalt. Dies kann durch eine geeignete Dimensionierung der Welle mit der Druckplatte darauf sowie der Lagerbuchse mit der Ringscheibe realisiert werden. Durch die erfindungsgemäße Dimensionierung wird erreicht, daß die axialen Kräfte, die in Richtung des geschlossenen Stirnendes der Lagerbuchse wirken, im Wesentlichen nur durch das Spurkuppenlager aufgenommen werden und die axialen Kräfte, welche in Richtung des offenen Stirnendes der Lagerbuchse wirken, durch das hydrodynamische Axiallager aufgenommen werden, welches zwischen der Druckplatte und dem Widerlager gebildet ist. Der größere Spalt zwischen der Druckplatte und dem Stirnende der Lagerbuchse verhindert Materialkontakt und reduziert Leistungsverluste in dem mit Lagerfluid gefüllten Spalt.

Vorzugsweise sind Rillenstrukturen an wenigstens einer der einander zugewandten Flächen des Widerlagers und der Druckplatte, der Druckplatte und des Stirnendes der Lagerbuchse sowie des Wellenendes und der Innenfläche der Lagerbuchse, bei der das Spurkuppenlager gebildet ist, vorgesehen. Durch die Rillenstrukturen kann ein Lagerdruck aufgebaut und Materialkontakt zwischen den Bauteilen des hydrodynamischen Lagers, welche relativ zueinander drehen, während des Betriebs vermieden werden.

Je nach Anwendung sind entlang der Länge der Welle ein oder zwei Radiallager durch eine Rillenstruktur auf dem Außendurchmesser der Welle und/oder der Innenfläche der Lagerbuchse gebildet.

Wie mit Bezug auf die Zeichnungen noch deutlicher wird, ergibt die erfindungsgemäße Bauweise des hydrodynamischen Lagers einen besonders kompakten Aufbau, der sich für kleinbauende Anwendungen eignet, mit geringer Leistungsaufnahme. Das Lager eignet sich insbesondere für Spindelmotoren, noch spezieller für Spindelmotor für Plattenlaufwerke, wie Festplattenlaufwerke, Diskettenlaufwerke, Minidisks, Wechsellaufwerke und dergleichen mit geringer Bauhöhe.

Zwischen der Welle und der Innenfläche der zentralen Öffnung der Ringscheibe kann ein ringförmiger, sich konisch verjüngender Freiraum gebildet sein, der über einen kapillaren Ringspalt mit dem Lagerspalt zwischen Welle und Lagerbuchse verbunden ist und eine sogenannte Kapillardichtung des Lagerspaltes bildet. Die Grundlagen solcher "Kapillardichtungen" sind z.B. in der US 5 667 309 A beschrieben. Der konische Freiraum bildet ein Ausdehnungsvolumen und Reservoir, das mit dem Lagerspalt in Verbindung steht und in den das Lagerfluid aufsteigen kann, wenn der Fluidpegel bei zunehmender Temperatur ansteigt. Dadurch wird vermieden, daß das Lagerfluid aus dem Lagerspalt austritt.

Der ringförmige, konische Freiraum wird vorzugsweise durch eine Verjüngung der Welle im Bereich der Ringscheibe oder durch eine Fase an der Innenfläche der zentralen Öffnung der Ringscheibe gebildet.

Die Erfindung sieht auch einen Spindelmotor mit einem hydrodynamischen Lager der oben beschriebenen Art vor. Ferner sieht die Erfindung ein Plattenlaufwerk mit einem solchen Spindelmotor vor, wobei in einer Ausführungsform das aus dem offenen Stirnende der Lagerbuchse herausgeführte Ende der Welle mit einer Grundplatte oder einem Flansch des Spindelmotors oder mit einem Gehäuseabschnitt drehfest verbunden ist. In einer anderen Ausführungsform kann das aus dem offenen Stirnende der Lagerbuchse herausgeführte Ende der Welle mit einer Rotorglocke des Spindelmotors drehfest verbunden sein. Das Plattenlaufwerk kann insbesondere ein Festplattenlaufwerk, ein Diskettenlaufwerk, ein Minidisk-Drive, ein Wechselplattenlaufwerk oder dergleichen sein.

Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines Spindelmotors mit einem hydrodynamischen Lager gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Schnittdarstellung durch das hydrodynamische Lager der 1;
3 eine Schnittdarstellung eines Spindelmotors mit einem hydrodynamischen Lager gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
4 eine Schnittdarstellung des hydrodynamischen Lagers der 3.
Der in 1 gezeigte Spindelmotor umfaßt einen Flansch oder eine Grundplatte 10 zur Befestigung an einem Plattenlaufwerk, das in der Figur nicht gezeigt ist. Der Flansch 10 ist drehfest mit einer Lagerbuchse 12 zur Lagerung einer Welle 14 verbunden. Ein Rotor 16 ist drehfest mit der Welle 14 verbunden und dreht relativ zu dem Flansch 10 und der Lagerbuchse 12. Ein Stator 18 ist mit dem Flansch 10 drehfest verbunden.
Der Rotor 16 umfaßt eine Nabe 20 und die Welle 14, welche koaxial an der Rotornabe 20 befestigt ist. Ein Rotormagnet 22 ist mit der Innenseite einer Umfangswand der Rotornabe 20 verbunden, z.B. mit dieser verpreßt oder verklebt. Die Außenseite dieser Umfangswand der Rotornabe 20 ist so geformt, daß sie eine oder mehrere Magnetplatten (nicht gezeigt) halten kann.
Der Stator 18 umfaßt einen Kern 24 und Statorwicklungen 26, die um den Kern 24 gewickelt sind. Rotor 16 und Stator 18 sind über einen dünnen konzentrischen Luftspalt 28, der auch als Arbeitsluftspalt bezeichnet wird, berührungsfrei voneinander beabstandet.
Die Welle 14 erstreckt sich von der Rotornabe 20 in die Lagerbuchse 12 und ist an ihrem freien Ende 30 von der Lagerbuchse 12 umschlossen. Auf der Welle 14 befindet sich eine Druckplatte 32 in Form einer Ringscheibe, die auf die Welle 14 aufgepreßt oder auf andere Weise mit dieser drehfest verbunden sein kann. Die Lagerbuchse 12 kann in mehrere Abschnitte aufgeteilt werden, die in der Figur mit 34 bis 38 bezeichnet sind. Ein erster Abschnitt 34 der Lagerbuchse 12 liegt auf der Seite des offenen Stirnendes der Lagerbuchse und hat einen relativ großen, konstanten Innendurchmesser, wobei eine Ringscheibe 40 in diesen Abschnitt der Lagerbuchse eingefügt ist, z.B. durch Verpressen, Verkleben oder Verschweißen. Die Ringscheibe 40 bildet ein Widerlager, wie unten genauer beschrieben ist. Der zweite Abschnitt 36 der Lagerbuchse hat einen kleineren, konstanten Innendurchmesser und umgreift die Druckplatte 32 mit geringem Abstand, so daß umfangsseitig ein Lagerspalt 42 zwischen der Druckplatte 32 und dem zweiten Abschnitt 36 der Lagerbuchse gebildet ist. Der dritte Abschnitt 38 der Lagerbuchse hat einen nochmals kleineren, konstanten Innendurchmesser und endet in dem geschlossenen Stirnende 44 der Lagerbuchse. Der Innendurchmesser des dritten Abschnitts 38 der Lagerbuchse ist geringfügig größer als der Außendurchmesser der Welle 14, wobei dieser Buchsenabschnitt die Welle mit geringem radialen Abstand unter Bildung eines Lagerspaltes 42' umgreift.
Bei dem erfindungsgemäßen Lager kommt die Druckplatte 32 zwischen der Ringscheibe 40 und der inneren Stirnfläche der Lagerbuchse 12 zu liegen. Durch entsprechende Dimensionierung von Druckplatte 32 und Ringscheibe 40 sowie durch die relative Positionierung von Lagerbuchse 12 und Welle 14 ist der zwischen Ringscheibe 40 und Druckplatte 32 gebildete Spalt 48 kleiner als der zwischen Druckplatte 32 und der inneren Stirnfläche 46 der Lagerbuchse 12 gebildete Spalt 50. Das derart gestaltete hydrodynamische Drucklager nimmt primär äußere Kräfte auf, die in Richtung des Rotors 20 (in der Zeichnung nach oben) wirken. Äußere Kräfte in entgegengesetzter Richtung, sowie die inneren resultierenden Kräfte des hydrodynamischen Drucklagers werden primär von einem Spurkuppenlager 52 aufgenomen, das zwischen dem Wellenende 30 und der gegenüberliegenden Innenfläche der Lagerbuchse 12 gebildet wird.
Der Lagerspalt 42, 42', der Welle 14 und Druckplatte 40 umfangsseitig gegenüber der Lagerbuchse 12 beabstandet, ist mit einem Lagerfluid gefüllt. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird ein hydrodynamisches Lager mit einem hydrodynamischen Axiallager und einem Spurenkuppenlager gebildet, das eine maximale axiale Steifigkeit bei minimalen Reibungsverlusten bereitstellt. Um Materialkontakt während des Betriebs zu vermeiden, können Rillenstrukturen in den einander gegenüberliegenden Flächen von Ringscheibe 40 und Druckplatte 32, von Druckplatte 32 und Lagerbuchse 12 sowie im Bereich des Spurkuppenlagers 52 an der Welle 14 und/oder der gegenüberliegenden Fläche der Lagerbuchse 12 vorgesehen werden. Diese Rillenstrukturen können beispielsweise die Form von Spiralen und/oder eines Fischgrätmusters haben.
Ein oder mehrere Radiallager können am Umfang der Welle 14 vorgesehen werden, wobei zugehörige Rillenstrukturen entweder am Außendurchmesser der Welle 14 oder am Innendurchmesser des dritten Abschnitts 38 der Lagerbuchse 12 ausgebildet werden, je nach zur Verfügung stehender Wellenlänge und Anforderung an die Steifigkeit des Radiallagers.
Im Bereich der zentralen inneren Öffnung der Ringscheibe 40, durch den die Welle 14 hindurchgeführt ist, ist ein sich konisch verjüngender Ringspalt 54 vorgesehen, der über einen Kapillarspalt mit dem Lagerspalt 42, 42' verbunden ist. Ein kontinuierlicher Kapillarfilm des Lagerfluids erstreckt sich von dem Lagerspalt 42, 42' über die Spalten 50, 42, 48 in den Ringspalt 54, der als Ausgleichsvolumen und Schmiermittelreservoir dient und eine sogenannte Kapillardichtung bildet.
Wie aus 1 ersichtlich, eignet sich der beschriebene Aufbau des hydrodynamischen Lagers besonders für flache Spindelmotoren, die hohe Anforderungen bezüglich einer möglichst geringen Verlustleistung des Lagers stellen und gleichzeitig eine relativ hohe axiale Steifigkeit erfordern.
2 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung des hydrodynamischen Lagers, das in dem Spindelmotor der 1 verwendet ist. Die gleichen Teile sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und werden hier nicht nochmals beschrieben. Das Lagerfluid, welches den Ringspalt zwischen der Lagerbuchse 12 und der Ringscheibe 40 einerseits und der Welle 14 und der Druckplatte 32 andererseits füllt, ist in 2 in Kreuzschraffur dargestellt. Ein kapillarer Schmiermittelfilm erstreckt sich von dem sich konisch verjüngenden Ringspalt 54 um die Druckplatte 42 herum in den Lagerspalt 42' zwischen der Welle 14 und der Lagerbuchse 12 bis in das Spurkuppenlager 52.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist in der Welle 14 ferner eine Bohrung 56 mit einem Innengewinde vorgesehen, die zur Befestigung der Magnetplatten auf der Rotorglocke des Spindelmotors (nicht gezeigt) gedacht ist.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Spindelmotors mit einem hydrodynamischen Lager gemäß der Erfindung. Der Spindelmotor der 3 ist ähnlich aufgebaut wie der Spin delmotor der 1, wobei in dieser Ausführungsform der Spindelmotor mit feststehender Welle 14 und drehender Lagerbuchse 12 ausgebildet ist. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist die Welle 14 drehfest mit dem Flansch 10 verbunden, und die Lagerbuchse 12 ist drehfest mit dem Rotor 16 und der Rotornabe 20 verbunden und dreht relativ zu dem Flansch 10 und der Welle 14. Der Stator 18 ist ebenfalls drehfest mit dem Flansch 10 verbunden. Im übrigen ist der Aufbau des Spindelmotors der 3 sehr ähnlich wie der in 1 gezeigte Aufbau, wobei dieselben Bezugszeichen verwendet und weitgehend auf die Beschreibung der 1 Bezug genommen wird. Anders als bei den Ausführungsformen der 1 und 2 ist bei der Ausführungsform der 3 der sich konisch verjüngende Ringspalt 54 durch eine entsprechende konische Verjüngung der Welle 14 gebildet, wobei die Ringscheibe 40, durch die die Welle 14 an dieser Stelle hindurchgeführt wird, eine zentrale, innere Öffnung mit konstantem Durchmesser hat. Die Funktion des Ringspaltes 54 ist im wesentlichen wie mit Bezug auf 1 beschrieben.
4 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung des hydrodynamischen Lagers, das in dem Spindelmotor der 3 verwendet wird. Die gleichen Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und hier nicht nochmals beschrieben. Auch in der 4 ist der Film des Lagerfluids, der den sich konisch verjüngenden Freiraum 54 sowie den Lagerspalt zwischen der Lagerbuchse 12 und der Ringscheibe 40 sowie zwischen der Welle 14 und der Druckplatte 32 füllt, durch Kreuzschraffur dargestellt. Im übrigen gilt das oben in bezug auf die 1 Gesagte.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.
Das erfindungsgemäße hydrodynamische Lager eignet sich insbesondere zur Drehlagerung der Rotoren in Spindelmotoren, die in Festplattenlaufwerken mit Formfaktoren von 2,5 Inch, 1,8 Inch und kleiner zum Antrieb der Magnetplatten eingesetzt werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von axialem Drucklager und Spurkuppenlager sowie durch die ge eignete Dimensionierung des Lagers kann die Verlustleistung minimiert und dennoch, auch bei kleiner Bauweise, eine zufriedenstellende axiale Steifigkeit des Lagers erreicht werden.

10: Flansch oder Grundplatte
12: Lagerbuchse
14: Welle
16: Rotor
18: Stator
20: Rotornabe
22: Rotormagnet
24: Statorkern
26: Statorwicklungen
28: Spalt
30: Wellenende
32: Druckplatte
34: erster Abschnitt der Lagerbuchse
36: zweiter Abschnitt der Lagerbuchse
38: dritter Abschnitt der Lagerbuchse
40: Ringscheibe, Widerlager
42', 42: Lagerspalt
44: geschlossenes Stirnende
46: offenes Stirnende
47: Boden der Vertiefung
48, 50: Spalt
52: Spurkuppenlager
54: Ringspalt
56: Bohrung

Claims

Hydrodynamisches Lager für einen Spindelmotor mit einer Welle (14), einer Lagerbuchse (12), welche die Welle (14) mit geringem radialem Abstand umgreift, einer Druckplatte (32), die mit der Welle (14) drehfest verbunden ist, und einem Widerlager (40), das mit der Lagerbuchse (12) drehfest verbunden ist, wobei die Lagerbuchse (12) mit dem Widerlager (40) und die Welle (14) mit der Druckplatte (32) relativ zueinander rotieren, die Welle (14) einseitig an einem offenen Stirnende der Lagerbuchse (12) herausgeführt ist, im Bereich des offenen Stirnendes der Lagerbuchse (12) das Widerlager (40) angeordnet ist und mit der Druckplatte (32) zur Bildung eines hydrodynamischen Axiallagers zusammenwirkt, wobei die Druckplatte (32) zwischen dem Widerlager (40) und einer Vertiefung im Stirnende (46) der Lagerbuchse (12) zu liegen kommt, und die Welle (14) an dem gegenüberliegenden Ende der Lagerbuchse (12) von dieser übergriffen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (14) in Wirkverbindung mit einer stirnseitigen Innenfläche der Lagerbuchse (12) ein Spurkuppenlager (52) bildet und daß die Welle (14) und die Lagerbuchse (12) so dimensioniert sind, daß ein zwischen dem Widerlager (40) und der Druckplatte (32) gebildeter Spalt (48) kleiner ist als der Spalt (50), der zwischen der Druckplatte (32) und dem Boden (47) der Vertiefung gebildet wird.
Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (40) durch eine Ringscheibe gebildet ist, die das offene Stirnende der Lagerbuchse (12) abschließt.
Hydrodynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rillenstruktur an wenigstens einer der einander zugewandten Flächen des Widerlagers (40) und der Druckplatte (32) vorgesehen ist.
Hydrodynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rillenstruktur in wenigstens einer der einander zugewandten Flächen der Druckplatte (32) und dem Boden der Vertiefung in der Lagerbuchse (12) vorgesehen ist.
Hydrodynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rillenstruktur in wenigstens einer der einander zugewandten Flächen des Wellenendes und der Innenfläche der Lagerbuchse, bei der das Spurkuppenlager (52) gebildet ist, vorgesehen ist.
Hydrodynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Radiallager durch eine Rillenstruktur auf dem Außendurchmesser der Welle (14) und/oder an der Innenfläche der Lagerbuchse (12) gebildet ist.
Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 2 und einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Welle (14) und der Innenfläche der zentralen Öffnung der Ringscheibe (40) ein konischer, ringförmiger Freiraum (54) gebildet ist, der eine Kapillardichtung zwischen Welle (14) und Lagerbuchse (12) bildet.
Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige, konische Freiraum (54) durch eine Verjüngung der Welle (14) im Bereich der Ringscheibe (40) oder durch eine Fase an der Innenfläche der zentralen Öffnung der Ringscheibe (40) gebildet ist.
Plattenlaufwerk mit einem Spindelmotor, der ein hydrodynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem offenen Ende der Lagerbuchse (12) herausgeführte Ende der Welle (14) mit einer Grundplatte oder einem Flansch (10) des Spindelmotors oder einem Gehäuseabschnitt drehfest verbunden ist.
Plattenlaufwerk mit einem Spindelmotor, der ein hydrodynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem offe nen Ende der Lagerbuchse (12) herausgeführte Ende der Welle (14) mit einer Rotorglocke des Spindelmotors drehfest verbunden ist.