DE10361229B4

DE10361229B4 - Spindelmotor mit Lagersystem

Info

Publication number: DE10361229B4
Application number: DE10361229A
Authority: DE
Inventors: Oswald Kuwert
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP2005192387A; US20050140227A1; DE10361229A1

Abstract

Spindelmotor zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks, mit mindestens einem rotierenden Teil, das durch einen Rotor (20; 110) gebildet ist und mittels eines Lagersystems gegenüber mindestens einem feststehenden Teil drehbar gelagert ist, wobei das feststehende Teil durch eine Statorbasis (10; 100) gebildet ist, und ein elektromagnetisches Antriebssystem vorgesehen ist, dessen am feststehenden Teil des Motors angeordnete Statoranordnung durch einen Spalt von einer am rotierenden Teil angeordneten Magnetanordnung getrennt ist, wobei der Spalt gleichzeitig den Lagerspalt (30; 120) des Lagersystems ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20, 110) zwischen der Statorbasis (10; 100) und einer mit der Statorbasis lösbar verbundenen Abdeckplatte (12; 102) angeordnet ist, dass sowohl Statorbasis (10; 100) und Abdeckplatte (12; 102) als auch der Rotor (20; 110) einander gegenüberliegende und senkrecht zur Rotationsachse (36; 130) verlaufende Lageroberflächen ausbilden, und dass der Rotor (20; 110) an seinem Außendurchmesser eine ringförmige Ausnehmung zur Halterung mindestens einer Speicherplatte...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit Lagersystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Spindelmotoren bekannter Bauart, wie sie zum Beispiel zum Antrieb der Speicherplatten eines Festplattenlaufwerks eingesetzt werden, besitzen ein Lagersystem mit mindestens einem rotierenden Teil, zum Beispiel einer Welle, das mittels Wälzlagern, einem Gleitlager oder einem hydrodynamischen Lagersystem gegenüber mindestens einem feststehenden Teil, zum Beispiel einer Lagerhülse, drehbar gelagert ist. An dem rotierenden Teil, zum Beispiel der Welle, ist der eigentliche Rotor des Spindelmotors befestigt. Der Rotor trägt Teile des elektromagnetischen Antriebssystems des Motors und die Speicherplatten des Festplattenlaufwerks. Bei der beschriebenen Bauweise ist das Lagersystem eine eigenständige Einheit, deren rotierendes Teil mit dem Rotor verbunden werden muss. Es sind also separate Lagerbauteile notwendig, die einen zusätzlichen Platzbedarf und höhere Kosten verursachen.
GB 2 266 009 A offenbart einen Spindelmotor zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks, mit mindestens einem rotierenden Teil, das mittels eines Lagersystems gegenüber mindestens einem feststehenden Teil drehbar gelagert ist. Es ist ein elektromagnetisches Antriebssystem vorgesehen, dessen am feststehenden Teil des Motors angeordnete Statoranordnung durch einen Spalt von einer am rotierenden Teil angeordneten Magnetanordnung getrennt ist. Der Spalt zwischen der Statoranordnung und der Magnetanordnung bildet gleichzeitig den Lagerspalt eines als Luftlager ausgebildeten Radiallagers des Lagersystems.
Spindelmotoren anderer Bauart sind aus DE 102 32 933 A1 , US 5 914 832 A und US 6 499 881 B2 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Spindelmotor mit einem Lagersystem zu schaffen, der durch eine Reduzierung der Anzahl der benötigten Bauteile kleiner baut und die Möglichkeit schafft, sehr flach- und kleinbauende Festplattenlaufwerke herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Durch eine solche integrierte Rotor-Lager-Anordnung lassen sich sehr kleine Spindelmotoren und folglich auch kleine Festplattenlaufwerke herstellen.
Das Lagersystem ist vorteilhaft als hydrodynamisches Lagersystem ausgebildet.
Ferner entfällt durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein durch separate Bauteile gebildetes Lagersystem, das bisher zum Beispiel durch eine in einer feststehenden Lagerbuchse drehgelagerten Welle gebildet wurde.
Auch ein „sandwichartiger” Aufbau des Spindelmotors ist denkbar, bei dem der Stator zwischen Basisplatte (Statorbasis) und Abdeckplatte angeordnet ist.
Das rotierende und das feststehende Teil des vorzugsweise verwendeten hydrodynamischen Lagersystems sind durch den Lagerspalt voneinander beabstandet, wobei in den Lagerspalt ein Lagerfluid eingebracht ist. Das Lagerfluid kann eine Flüssigkeit, z. B. ein Lageröl, ein magnetisches Fluid, oder auch ein Gas, zum Beispiel Luft, sein. Erfindungemäß kann vorgesehen sein, dass der Rotor und die Statorbasis bzw. die Abdeckplatte sowohl ein Radiallager ausbilden, bei dem umfassen sowohl die Statorbasis als auch der Rotor einander gegenüberliegende und konzentrisch zur Rotationsachse verlaufende Lagerflächen aufweisen, als auch ein Axiallager ausbilden. In bekannter Weise sind die Lageroberflächen mit einer Oberflächenstruktur, zum Beispiel einem Rillenmuster, zur Erzeugung des hydrodynamischen Drucks innerhalb der Lagerspalte versehen. Außerdem können die Lageroberflächen eine reibungs- und/oder verschleißmindernde Beschichtung aufweisen.
Das Lagerfluid wird vorzugsweise durch Kapillardichtungen oder magnetische Dichtungen im Lagerspalt gehalten. Dabei können die Kapillardichtungen in vorteilhafter Weise ein Ausgleichsvolumen ausbilden, das sich in Verlängerung des Lagerspalts zwischen den Oberflächen des rotierenden und des feststehenden Teils fortsetzt und als Reservoir für das Lagerfluid dient.
Je nach Einsatzzweck des Spindelmotors kann der Rotor erfindungsgemäß als Innen- oder Außenläufer ausgebildet sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Aus den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung.
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen Spindelmotor mit erfindungsgemäßem Lagersystem in einer ersten Ausführungsform;
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen Spindelmotor mit erfindungsgemäßem Lagersystem in einer zweiten Ausführungsform.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung Der Spindelmotor nach 1 umfasst eine Statorbasis 10, die einen etwa T-förmigen Querschnitt aufweist und in Bezug auf eine Rotationsachse 36 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Im zentralen Teil der Statorbasis 10 befindet sich die Statoranordnung 14 mit den Phasenwicklungen, die den feststehenden Teil des elektromagnetischen Antriebssystems des Motors ausbilden. Die Statoranordnung 14 wird über elektrische Anschlüsse 16 mit Strom versorgt. Eine Abdeckplatte 12 ist auf die Statorbasis 10, aufgesetzt und über Befestigungsmittel 18, zum Beispiel eine zentrale Schraubverbindung, mit dieser verbunden.
Zwischen der Statorbasis 10, der damit verbundenen Abdeckplatte 12 und der dazwischen befindlichen Statoranordnung verbleibt ein ringförmiger Hohlraum, in welchem erfindungsgemäß ein ebenfalls ringförmiger Rotor 20 angeordnet ist. An seinem Innendurchmesser weist der Rotor 20 eine ringförmige Nut auf, in welcher ein in einem Joch 24 gehaltener und vorzugsweise ringförmiger Permanentmagnet 22 angeordnet ist. Der Permanentmagnet 22 ist in geringem Abstand gegenüberliegend der Statoranordnung 14 positioniert und bildet den rotierenden Teil des elektromagnetischen Antriebssystems des Motors.
An seinem Außendurchmesser weist der Rotor 20 eine ringförmige Ausnehmung auf, in welcher eine Speicherplatte 26 gehalten und vorzugsweise durch eine Klemmhalterung 28 gesichert ist.
Erfindungsgemäß bilden die einander zugewandten Oberflächen der Statorbasis 10, der Abdeckplatte 12 und des Rotors 20 ein hydrodynamisches Lagersystem mit einem Lagerspalt 30, der die sich relativ zueinander drehenden Teile der Lagersystems voneinander trennt. Der Lagerspalt 30 ist in bekannter Weise mit einem Lagerfluid, zum Beispiel einem Lageröl, gefüllt.
Der Rotor 20 und die Statorbasis 10 bilden einerseits ein Radiallager mit einander gegenüberliegenden und konzentrisch zur Rotationsachse 36 verlaufenden Lagerflächen. Andererseits bilden der Rotor 20 und die Statorbasis 10 beziehungsweise die Abdeckplatte 12 ein Axiallager, mit einander gegenüberliegenden und im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse 36 verlaufenden Lageroberflächen. Zur Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks im Lagerspalt 30 sind die Lageroberflächen in bekannter Weise mit einer Oberflächenstruktur zum Beispiel in Form eines Rillenmusters versehen. Außerdem können die Lageroberflächen eine reibungs- und/oder verschleißmindernde Beschichtung aufweisen.
An den Enden des Lagerspalts 30 sind Dichtungsbereiche 32 vorgesehen, die ein Austreten von Lagerfluid in den Bereich der Speicherplatten 26 verhindern. Im dargestellten Beispiel werden sogenannte Kapillardichtungen verwendet. Der Querschnitt des Lagerspalt 30 weitet sich an seinen Enden im wesentlichen konusförmig auf, so dass sich jeweils ein ringförmiges Ausgleichsvolumen 34 ausbildet, das teilweise mit Lagerfluid gefüllt ist und als Reservoir für das Lagerfluid dient.
Der Spindelmotor nach 2 ist größtenteils identisch mit dem in 1 dargestellten Spindelmotor und umfasst ebenfalls eine etwa T-förmige Statorbasis 100. Eine mit mehreren Phasenwicklungen versehene Statoranordnung 104 ist am zentralen Teil der Statorbasis 100 vorgesehen und bildet den feststehenden Teil des elektromagnetischen Antriebssystems des Motors. Die Statoranordnung 104 wird über elektrische Anschlüsse 106 mit Strom versorgt. Eine Abdeckplatte 102 ist auf die Statorbasis 100 aufgesetzt und über Befestigungsmittel 108, zum Beispiel eine zentrale Schraubverbindung, mit dieser verbunden.
Zwischen der Statorbasis 100, der Abdeckplatte 102 und der Statoranordnung 104 verbleibt ein ringförmiger Hohlraum, in welchem erfindungsgemäß der Rotor 110 angeordnet ist. An seinem Innendurchmesser weist der Rotor 110 eine ringförmige Nut auf, in welcher ein in einem Joch 114 gehaltener und vorzugsweise ringförmiger Permanentmagnet 112 angeordnet ist.
An seinem Außendurchmesser weist der Rotor 110 eine ringförmige Ausnehmung auf, in welcher mehrere Speicherplatten 116 gehalten und vorzugsweise durch eine Klemmhalterung 118 gesichert sind.
Erfindungsgemäß bilden die einander zugewandten Oberflächen der Statorbasis 100, der Abdeckplatte 102 und des Rotors 100 ein hydrodynamisches Lagersystem mit einem Lagerspalt 120, der die sich relativ zueinander drehenden Teile der Lagersystems voneinander trennt. Der Lagerspalt 120 ist in bekannter Weise mit einem Lagerfluid, zum Beispiel einem Lageröl, gefüllt.
Im Unterschied zu 1 bildet die Abdeckplatte 102 nicht unmittelbar eine der feststehenden Lagerflächen aus, sondern es ist ein ringförmiges Gegenlager 128 in die Abdeckplatte 102 eingelassen, das direkt an den Lagerspalt 120 angrenzt und eine feststehende Lagerfläche definiert.
In gleicher Weise wie in 1 werden durch den Rotor 110, die Abdeckplatte 102 bzw. das Gegenlager 128 und die Statorbasis 100 sowohl ein Radiallager als auch ein Axiallager gebildet, deren Lagerspalte konzentrisch bzw. etwa senkrecht zur Rotationsachse 130 verlaufen.
An den Enden des Lagerspalts 120 sind Dichtungsbereiche 122 vorgesehen, die als Kapillardichtungen ausgebildet sind. An der Statorbasis 100 beziehungsweise der Abdeckplatte 102 sind Abschlussringe 126 angeordnet, deren innere Mantelflächen die Dichtungsbereiche 122 radial nach innen begrenzen. Der Lagerspalt 120 bildet zwischen dem Innendurchmesser der Abschlussringe 126 und dem Außendurchmesser des Rotors 110 zwei Ausgleichsvolumina 124 als Teil der Dichtungsanordnung.
Die erfindungsgemäße Rotor-Lager-Anordnung lässt sich auf vielfältige Weise modifizieren ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. So kann der Rotor 20 bzw. 110 sowohl als Außenläufer ausgebildet sein, so wie es in den Abbildungen dargestellt ist, er kann aber genau so gut als Innenläufer ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

10: Statorbasis
12: Abdeckplatte
14: Statoranordnung
16: Elektrische Anschlüsse
18: Befestigungsmittel
20: Rotor
22: Magnet(anordnung)
24: Joch
26: Speicherplatte
28: Klemmhalterung (Speicherplatte)
30: Lagerspalt
32: Dichtungsbereich
34: Ausgleichsvolumen
36: Rotationsachse
100: Statorbasis
102: Abdeckplatte
104: Statoranordnung
106: Elektrische Anschlüsse
108: Befestigungsmittel
110: Rotor
112: Magnet
114: Joch
116: Speicherplatten
118: Klemmhalterung (Speicherplatte)
120: Lagerspalt
122: Dichtungsbereich
124: Ausgleichsvolumen
126: Abschlussring
128: Gegenlager
130: Rotationsachse

Claims

Spindelmotor zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks, mit mindestens einem rotierenden Teil, das durch einen Rotor (20; 110) gebildet ist und mittels eines Lagersystems gegenüber mindestens einem feststehenden Teil drehbar gelagert ist, wobei das feststehende Teil durch eine Statorbasis (10; 100) gebildet ist, und ein elektromagnetisches Antriebssystem vorgesehen ist, dessen am feststehenden Teil des Motors angeordnete Statoranordnung durch einen Spalt von einer am rotierenden Teil angeordneten Magnetanordnung getrennt ist, wobei der Spalt gleichzeitig den Lagerspalt (30; 120) des Lagersystems ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20, 110) zwischen der Statorbasis (10; 100) und einer mit der Statorbasis lösbar verbundenen Abdeckplatte (12; 102) angeordnet ist, dass sowohl Statorbasis (10; 100) und Abdeckplatte (12; 102) als auch der Rotor (20; 110) einander gegenüberliegende und senkrecht zur Rotationsachse (36; 130) verlaufende Lageroberflächen ausbilden, und dass der Rotor (20; 110) an seinem Außendurchmesser eine ringförmige Ausnehmung zur Halterung mindestens einer Speicherplatte (26; 116) aufweist.
Spindelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagersystem ein hydrodynamisches Lagersystem ist.
Spindelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20; 110) die Magnetanordnung des Antriebssystems trägt.
Spindelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Statorbasis (10; 100) die Statoranordnung angeordnet ist.
Spindelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Lagerspalt ein Lagerfluid eingebracht ist.
Spindelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20; 110) und die Statorbasis (10; 100) ein Radiallager ausbilden.
Spindelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Statorbasis (10; 100) als auch der Rotor (20; 110) einander gegenüberliegende, konzentrisch zur Rotationsachse (36; 130) verlaufende Lagerflächen ausbilden.
Spindelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20; 110) zusammen mit der Statorbasis (10; 100) oder der Abdeckplatte (12; 102) ein Axiallager ausbildet.
Spindelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageroberflächen mit einer Oberflächenstruktur zur Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks innerhalb des Lagerspalts (30; 120) versehen sind.
Spindelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageroberflächen eine reibungs- und/oder verschleißmindernde Beschichtung aufweisen.
Spindelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Lagerspalts (30; 120) durch Kapillardichtungen abgedichtet sind.
Spindelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Lagerspalts (30; 120) durch magnetische Dichtungen abgedichtet sind.
Spindelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillardichtungen ein Ausgleichsvolumen (34; 124) ausbilden, das in Verlängerung des Lagerspalts (30; 120) zwischen den Oberflächen des rotierenden und des feststehenden Teils ausgebildet ist und als Reservoir für das Lagerfluid dient.
Spindelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20; 110) als Innen- oder Außenläufer ausgebildet ist.