DE3049334A1

DE3049334A1 - "antriebsvorrichtung fuer magnetische festplattenspeicher"

Info

Publication number: DE3049334A1
Application number: DE19803049334
Authority: DE
Inventors: Bernhard 06070 Simsbury Conn. Schuh
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1980-03-05
Filing date: 1980-12-29
Publication date: 1981-10-29
Anticipated expiration: 2000-12-30
Also published as: DE3108204C2; JPS56166760A; DE3049334C2; US4438542A; DE3108204A1; DE3049334C3; JPS5753876A

Description

Antriebsvorrichtung für magnetische Festplattenspeicher
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für magnetische Festplattenspeicher mit einem einen Stator und einen Rotor aufweisenden Antriebsmotor zum Antreiben einer für die Aufnahme mindestens einer Festspeicherplatte bestimmten, innerhalb eines ersten Raumes des Festplattenspeichers liegenden Nabe.
Für die vorliegende Erfindung wird die Priorität der US-Anmeldung SN 127,404 in Anspruch genommen.
Festspeicherplatten eignen sich für die Einspeicherung großer Datenmengen, die mit Hilfe einer Magnetkopfanordnung geschrieben bzw. ausgelesen werden, wenn die Festspeicherplatte zu einer Drehbewegung mit Bezug auf die Magnetkopfanordnung veranlaßt wird.
In der Praxis wurde gefunden, daß gelegentlich Störungen durch Schmutzteilchen beim Einschreiben oder Auslesen der Daten auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung für Festplattenspeicher zu schaffen,die solche Störungen bei der Datenein-und ausgabe vermeidet.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Ursache des geschilderten Mangels Schmutzteilchen sein können, die von dem Antrieb ausgehen. Dabei können Schmutzteilchen nicht nur aus den Lagern, sondern auch von der Wicklung mit ihrer stark strukturierten Oberfläche ausgehen. Insbesondere können vom Lagersystem Fett-oder Abriebteilchen austreten. Im allgemeinen wurden die Schmutzteilchen aus dem Lagersystem durch aufwendige und damit teure Dichtungen, z.B. Ferrofl uidic-Dichtungen, zurückgehalten, welche eine Dichtwirkung zwischen stehenden und rotierenden Teilen hervorrufen durch eine kombinierte Wirkung von dort wirkenden Magnetfeldern und dort angeordneten Schmierstoffemulsionen, die magnetisch leitende Partikel enthalten.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen Schmutzteilchen abgebenden Antriebsteilen und dem für die Unterbringung der Festspeicherplatte bestimmten Bereich Labyrinthdichtungen angeordnet sind. Mit Hilfe solcher Labyrinthdichtungen ist es möglich, den Austritt von Schmutzteilchen aus dem Motorinnern in den Bereich der Festspeicherplatte ganz oder wenigstens zu einem erheblichen Teil zu unterbinden, so daß Störungen beim Einschreiben oder Auslesen der Daten nicht auftreten.
Vorzugsweise sind, benachbart dem einen axialen Ende des die Lager koaxial aufnehmenden Lagerrohrs,eine Labyrinthdichtung und benachbart dem anderen axialen Ende des Lagerrohrs, im Bereich des Flansches, eine weitere Labyrinthdichtung vorgesehen. Auf diese Weise werden Schmutzteilchen abgebende Teile des Antriebsmotors vom im wesentlichen schmutzteilchenfreien Bereich zur Unterbringung der Festspeicherplatten getrennt.
Der Antriebsmotor ist vorzugsweise als kollektorloser Gleichstromaußenläufermotor mit dauermagnetischem Rotor ausgelegt, wobei in einem umtaufenden Rotorgehäuse vorteilhaft ein einteiliger Dauermagnetring oder ein ringförmig gebogenes Dauermagnetband mit annähernd trapezförmiger Radialmagnetisierung über der Polteilung vorgesehen ist. Bei dem Dauermagneten kann es sich insbesondere um einen kunststoffgebundenen Magneten oder einen sogenannten Gummimagneten handeln. Solche Magnete bestehen aus Mischungen von Hartferriten und elastischem Material, insbesondere aus elastomergebundenem Bariumferrit.
Die Nabe kann ein Teil des umlaufenden Rotorgehäuses sein. In einem solchen Fall ist die magnetische Abschirmung zweckmäßig innerhalb des Rotorgehäuses untergebracht, wobei der Dauermagnet des Außenläufers vorzugsweise von der magnetischen Abschirmung glockenförmig umschlossen ist, so daß sich keinerlei magnetische Streufelder in Richtung der Nabe und der auf der Nabe sitzenden Feldspeicherplatten ausbreiten können. Um ene magnetiche Abschirmung zu erhalten, die einerseits relativ wenig Abschirmmaterial erfordert, andererseits aber eine besonders kostengünstige Ausführung derselben zur Unterdrükkung von Streufeldern zu erhalten, ist die magnetische Abschirmung zweckmäßig Teil des magnetischen Ruckschlußträgers für den Dauermagneten und als weichmagnetisches, topfartiges Tiefziehteil ausgebildet, dessen Boden im Kern eine koaxiale Ausnehmung aufweist.
Zu einer Antriebsvorrichtung der vorliegend betrachteten Art gehören in der Regel eine Drehzahlregelschaltung und/oder eine Antriebselektronik, die im Falle eines kollektorlosen Bleichstrommotors insbesondere für die notwendige Kommutierung sorgt. Gehört zum Motor ein mit dem Stator verbundener Abschirmring, läßt sich dieser zugleich für die Kühlung der Drehzahlregelschaltung und/oder der Antriebselektronik nutzen, insbesondere indem Halbleiterbauelemente mit dem Abschrimring in wärmeleitendem Kontakt gehalten sind.
Zwecks Ausbildung der Lüftungszone trägt vorzugsweise der Rotor an der von der Nabe abliegenden Stirnseite einen Lüfter.
Eine solche Bauweise ist nicht nur besonders einfach, sondern läßt auch die Mantel fläche des Rotors frei als Bremsfläche für eine bei solchen Antriebsvorrichtungen häufig vorgesehene Bremse.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung nach der Erfindung.
Die in Fig.1 veranschaulichte Antriebsvorrichtung lo weist einen kollektorlosen Gleichstrommotor 11 mit einem mit einer Rotorwelle 12 fest verbundenen und zur Rotorwelle 12 konzentrischen Rotorgehäuse 14 auf. Zu dem Stator des Motors 11 gehört insbesondere ein Statorblechpaket 58, das eine Statorwicklung 29 trägt. Das Statorblechpaket 58 umfaßt ein Lagerrohr 44, das Teil einer zentralen Abstützung 22 ist. Die Rotorwelle 12 ist in dem Lagerrohr 44 mit Hilfe von zwei Lagern 48, 48' gelagert, die durch in Abstand voneinander liegende Sicherungsringe So an Ort und Stelle gehalten sind.
Eine Tellerfeder 52 stützt sich an der Unterseite des Lagers 48' und einem auf der Rotorwelle 12 sitzenden Sicherungsring 54 ab, wodurch die Lager 48, 48' axial gegeneinander ver spannt werden, Das Lagerrohr 44 bildet zusammen mit einem Montageflansch 30 ein einstückiges Druckgußteil. Statt dessen kann das Lagerrohr 44 auch mit Preßsitz in einer mit dem Flansch 30 verbundenen Nabe sitzen.
Das Rotorgehäuse 14 umschließt nicht nur unter Bildung eines zylindrischen Luftspalts 15 das Statorblechpaket 58, sondern ist an der von dem Montageflansch 30 abgewendeten Seite axial verlängert. Dadurch wird eine Nabe 70 erhalten. Die Nabe 70 dient der Lagerung und Mitnahme einer oder mehrerer (nicht gezeigter) Festspeicherplatten, die eine Mittelbohrung aufweisen, deren Durchmesser dem Außendurchmesser der Nabe 70 entspricht. Bei den Festspeicherplatten kann es sich um handelsübliche 5 1/4" oder 8"-Platten handeln. Die veranschulichte Bauweise erlaubt es, den Durchmesser der Antriebsnabe 70 der Mittelbohrung der Speicherplatten ohne Rücksicht auf die erforderliche Antriebsleistung des Motors 11 und dem daraus resultierenden günstigsten Durchmesser des Luftspalts 15 anzupassen. Eine gedruckte Leiterplotte 20 ist in dem freien Raum 26 im Inneren dez Nabe 70 untergebracht. Die Leiterplatte 20 ist ringförmig ausgebildet und mit der zentralen Abstützung 22 verbunden. Auf der Leiterplatte 20 sitzen die Antriebselektronik und eine Drehzahlregelschaltung, zu denen u.o. ein als Prehstellungsdetektor vorgesehener Hall-IC 35, Endstufentransistoren 61 und ein Potentiometer 64 gehören. Die zweckmäßig in einem Arbeitsgang, z.B.
im Tauchlötverfahren, hergestellten Lötverbindungen der Schaltungskomponenten der Antriebselektronik und der Drehzahlregelschaltung sind bei 65 angedeutet. Das Potentiometer 64 kann u.a. der Einstellung unterschiedlicher Arbeitspunkte oder dem Ausgleich von Bauelemententoleranzen dienen. Es kann mittels Schraubenzieher über eine nicht dargestellte Bohrung im Flansch 30 und eine der Nuten des Stotorblechpakets 58 verstellt werden. Eine zu der Leiterplatte 20 führende Leitung 31 ist an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen.
Die die Lötverbindungen 65 trogende Seite der Leiterplatte 20 ist dem Boden 40 des Rotorgehäuses 14 zugewendet.
Das Rotorgehäuse 14 besteht bei dieser Ausführungsform aus einem magnetisch nicht oder schlecht leitenden Werkstoff.
Beispielsweise ist das Rotorgehöuse als Druckgußteil aus einer Aluminiumlegierung aufgebaut. An der dem Statorblech 58 gegenüberstehenden Innenfläche des Rotargehöuses 14 sind eine Mehrzahl von Dauersegmentstücken oder ein einteiliger Dauermagnet 56 befestigt. Der Dauermagnet besteht vorzugsweise aus einer Mischung von Hartferrit, z.B. Bariumferrit, und elastischem Material. Es handelt sich also um einen sogenannten Gummimagneten. Dieser ist über der Polteilung trapezförmig oder annähernd trapezförmig bei relativ kleiner Pol lücke radialmagnetisiert.
Ein magnetischer Rückschlußring 57 befindet sich zwischen dem Rotorgehäuse 14 und dem Dauermagneten 56. Der magnetische Rückschlußring 57 ist gleichzeitig Teil der magnetischen Abschirmung.
Grundsätzlich ist es auch möglich, das Rotorgehäuse 14 aus magnetisch leitendem Werkstoff, insbesondere Weicheisen, zu fertigen und beispielsweise als Tiefziehteil zu fertigen oder auszubilden.
In einem solchen Fall kann ein besonderer Weicheisenrückschlußring entfallen.
Der Rückschlußring 57 einschließlich Rundung 157 und der Abschirmring 60 umschließen glockenförmig den magnetisch aktiven Teil der Antriebsvorrichtung lo. Dadurch wird die Ausbreitung von magnetischen Streufeldern in den Bereich der auf der Nabe 70 sitzenden Feldspeicherplatten wirkungsvoll unterbunden. Durch den Ringspalt zwischen der Rundung 157 und dem Abschirmring 60 und Ausnehmungen des Abschirmringes 60 für den Durchtritt des Hall-IC 35 oder mehrerer derartiger Hall-ICs kann das Streufeld nicht in nennenswertem Umfang hindurchdringen, da die weichmagnetischen Abschirmringe dieses Feld auf sich ziehen. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der feststehende Abschirmrimg 60 gleichzeitig als Kühlblech für die Endstufentransistoren 61 genutzt, die mit dem Abschirmring 60 durch flächenhafte, satte Anlage wärmeleitend verbunden sind. Die Kühl körper der Endstufentransistoren 61 können erforderlichenfalls gegenüber dem Abschirmring 60 z.B. mittels einer Glimmerscheibe oder dergleichen elektrisch isoliert sein Es ist auch möglich, den Abschirmring 60 entsprechend der Zahl der Endstufentransistoren 61 zu unterteilen, um eine derartige elektrische Isolierung zu vermeiden.
Der Montageflansch 30 gestattet es, die Antriebsvorrichtung lo in der in Fig.l dargestellten Weise an einer Trennwand 72 des im übrigen nicht veranschaulichten Festplattenspeichers anzubringen.
Die Trennwand 72 trennt den zur Aufnahme der Festspeicherplatten bestimmten Raum höchster Reinheit vom übrigen Geräteinnern ab.
Aus dem Lager 48 gegebenenfalls austretende Schmutzteilchen, Fettdämpfe oder dergleichen werden durch die Labyrinthdichtungen 90, 91 zurückgehalten. Gebildet werden die Labyrinthdichtungen durch feststehende und umlaufende Teile, die im Innern der Antriebsvorrichtung jeweils koaxial ineinandergreifen.
Beim Lager 48 ist der Boden 40 als zylinderförmige Buchse 92 ausgebildet und erstreckt sich in das Lagerrohr 44 hinein. Nur ein sich axial möglichst weit erstreckender, kleiner Spalt 94 verbleibt für einen Austritt von Schmutzteilchen aus dem Lager 48, wobei die Wirkung der Labyrinthdicktung- 90 noch verstär#-t---wird durch den Spal-t 95, gebildet aus Ring 93 und Lagerrohr 44.
In gleicher Weise bildet der Rückschlußring 57 eine weitere Labyrinthdichtung 91. Dadurch, daß der Rückschlußring 57 in eine umlaufende Ausnehmung des Flansches So greift, verhindern auch hier die kleinen, aber in axialer Richtung langen Spalte (96), 97 den Austritt von Schmutzteilen aus dem Motorinnern.
Um die Wirkung der Labyrinthdichtungen beim Zurückhalten der Schmutzteilchen zu erhöhen, sind die axial gerichteten Spalte 94, 95, 96, 97 1+ jeweils möglichst schmal gehalten, im Gegensatz zu den radial gerichteten Spalten, welche axial z.B. 3 oder smm "dick" sind und radial möglichst unter lomm "Länge aufweisen. (Die genannten Werte beziehen sich auf eine Motorgröße, die im Durchmesser halb so groß ist, wie es der Größe in der Darstellung in Fig.l entspricht.) /+ d.h., sie sind in radialer Richtung klein, etwa 1 - 2 mm groß, jedoch in ihrer axialen Erstreckung möglichst lang, also z.B. 5 - 20mol, Zusätzlich sind weitere Spalte möglich.
So können Labyrinthelemente zusätzlich oder alternativ z.B.
von einer Wickelkopfabdeckung aus kammartigdin ihrer Form umgekehrt ausgebildete Vertiefungen im Boden eines glockenförmigen Außenrotorgehäuses eintauchen.
Prinzipiell gelten auch hierfür die Bemessungsregeln der Ansprüche 3 bis 5.
An dem freien, von der Nabe 70 abliegenden Ende der Rotorwelle 12 ist ein Lüfter 32 mit Lüfterflügeln 33 befestigt.
Der Lüfter 32 bewirkt eine intensive Luftbewegung im Bereich des Montageflansches 30, wodurch der Flansch gekühlt wird.
Ober das Lagerrohr 44 und den Flansch 30 wird auf diese Weise Verlustwärme aus dem Motor 11 wirkungsvoll nach außen geleitet.
Um eine die Betriebssicherheit des Plattenspeichers störende elektrische Aufladung der Rotorglocke auszuschließen, ist die Rotorwelle 12 über eine Lagerkugel 36 und einen nicht dargestellten Federkontakt zweckmäßig mit dem Gerätechassis elektrisch leitend verbunden.
Es versteht sich, daß die beschriebene Ausführungsform im Bedarfsfall abgewandelt werden kann.
Bei dem kollektorlosen Gleichstrommotor 11 kann es sich vorteilhaft um einen einsträngigen Elektronikmotor mit Reluktanzhilfsmoment (ein-oder zweipulsig) handeln (US-PS 3 873 897) oder aber um einen dreisträngigen Elektronikmotor, der in der älteren Anmeldung P 30 21 328,6 beschriebenen Art.
Die Leerlaufdrehzahl des Motors 11 kann bei 5.800 U/min.und die Nenndrehzahl bei beispielsweise 3.600 U/min. liegen.
Der Stator hat vorteilhaft vier ausgeprägte, bewickelte Pole, deren Polhörner so deformiert sind, daß sich die Breite des Luftspalts 15 im Bereich der Polhörner ändert und dadurch das Reluktanzhilfsmoment erzeugt wird.

Claims

Patentansprüche Antriebsvorrichtung für magnetische Festplattenspeicher mit einem einen Stator und einen Rotor aufweisenden Antriebsmotor zum Antreiben einer für die Aufnahme mindestens einer Festspeicherplatte bestimmten, innerhalb eines ersten Raumes des Festplattenspeichers liegenden Nabe,insbes.nactä#SO+5q?2## d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen den Schmutzteilchen abgebenden Antriebsteilen und dem für die Unterbringung der Festspeicherplatte bestimmten Bereich des ersten Raumes Labyrinthdichtungen angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart dem einen etwa zur Mitte des ersten Raumes hin orientierten axialen Ende des die Lager koaxial aufnehmenden Lagerrohrs eine Labyrinthdichtung und im Bereich des anderen axialen Endes des Lagerrohres, im Bereich des Flansches, eine weitere Labyrinthdichtung vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzsichnet, daß die axiale Erstreckung (a) der Labyrinthspalte parallel zur Rotorachse größer als ihre radiale Erstreckung (r) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) des Labyrinthspaltes über seinen axialen Erstreckungen klein und über seinen radialen Erstreckungen groß ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß a/d > lo und r/d L 2 ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß statorseitige, kammartige Elemente in den Boden oder den Rand der Rotorglocke so eintauchen, daß zwischen die statorseitigen, kammartigen Elemente rotorseitige, kammartige Vorsprünge ragen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kammartigen Vorsprünge ungleiche Abstände haben.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge statorseitig und rotorseitig unterschiedliche Dicke haben.