DE3153783C2 - Hartplattenspeicheranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hartplattenspeicheranordnung mit wenigstens einer in einem Raum höchster Reinheit angeordneten Hartspeicherplatte sowie einem kollektorlosen Gleichstrommotor als Antrieb.

Aus DE 29 44 212 A1 ist bekannt, für den Antrieb der an einer Nabe drehfest angebrachter Speicherplatten einen elektrischen Antriebsmotor zu verwenden, dessen Abtriebswelle unmittelbar mit der Nabenwelle verbunden ist. Eine derartige Anordnung nimmt in axialer Richtung vergleichsweise viel Platz in Anspruch.

Es ist ferner aus US 4,101,945 bekannt, die Speicherplatte ober­ halb des Motors mit der Motorwelle zu verbinden und dabei das Lagersystem zwischen die Speicherplatte und den Motor einzufü­ gen. Eine solche Anordnung ist aber gleichfalls aufwendig, schwer und platzraubend.

Ein besonders kompakter Aufbau ergibt sich bei der Lösung nach US 4,062,049, bei welcher die Speicherplatte über eine ringför­ mige Nabe am Rotorgehäuse befestigt ist und der Stator mit sei­ nen Wicklungen innerhalb des Rotorgehäuses vorgesehen ist. Diese Lösung hat jedoch den entscheidenden Nachteil, daß die Mittel­ öffnungen der Speicherplatte und damit die Speicherplatte selbst nicht beliebig verkleinert werden können, da dies zwangsläufig zu einer Verkleinerung des Luftspaltdurchmessers zwischen Rotor und Stator und folglich zu einer Reduzierung der Antriebslei­ stung führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem oben erläuterten Plattenspeicher einen äußerst platz­ sparenden, robusten Antrieb zu schaffen, bei welchem der in­ nerhalb des Speicherplattenraumes angeordnete Antriebsmotor unabhängig von der Größe der Mittelöffnung der Speicherplatte dimensionierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 ange­ gebenen Merkmale gelöst.

Nach dieser Lösung wird eine sehr kompakte und stabile Hart­ plattenspeicheranordnung erzielt, welche die Verwendung sehr kleiner Speicherplatten mit kleinen Mittelöffnungen ohne Redu­ zierung der verfügbaren Antriebsleistung erlaubt.

Aus DE 26 18 293 A1 ist ein sogenannter Flachmotor, also ein Motor mit ebenem flachen Luftspalt, bekannt, bei welchem ähnlich wie bei der erfindungsgemäßen Lösung der Läufer einen Naben­ abschnitt besitzt, dessen Durchmesser unabhängig vom Außendurch­ messer des Läufers dimensionierbar ist. Da dieser Motor jedoch keinen zylindrischen Luftspalt besitzt, stellt sich die der Erfindung zugrundeliegende Problematik nicht. Im übrigen ist dieser Motor wegen der durch den ebenen Luftspalt bedingten wechselnden Axialbelastungen des Läufers sowie wegen der un­ geeigneten Nabenausbildung nicht als Antrieb für einen Hart­ plattenspeicher geeignet.

Gleichfalls ungeeignet ist trotz einer gewissen äußerlichen Ähnlichkeit der Magnetspeicherantrieb nach DE 29 02 818 A1. Bei diesem Magnetspeicher handelt es sich um eine sogenannte Floppy-Disk-Anordnung, bei welcher die flexible Magnetspeicherplatte durch einen Klemmechanismus mit dem Läufer verbindbar ist. Die­ ser Klemmechanismus setzt ein geteiltes Lagertragteil voraus, was in keiner Weise den bei Hartplattenspeicheranordnungen zu erfüllenden Genauigkeitsanforderungen entspricht. Im übrigen handelt es sich bei dem Antriebsmotor um einen ohne Permanent­ magneten arbeitenden Reluktanzmotor, der keinen rein zylindri­ schen Luftspalt besitzt, so daß dieser Motor einer anderen Gat­ tung zuzuordnen ist und für die erfindungsgemäße Lösung keine Anregung in naheliegender Weise gegeben hat.

Die Erfindung weiterbildende bzw. begünstigende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Hartplattenspeicheranordnung gestattet ferner eine besonders raumsparende Unterbringung der Elektronik im Inneren des Rotorgehäuses.

Bei herkömmlichem Aufbau sind die Antriebselektronik und die Drehzahlregelschaltung in einer vom Motor gesonderten Steuereinheit vorgesehen. Eine solche Steuereinheit benötigt zusätzlichen Raum und erfordert ein Kabel, über welches die Steuereinheit mit dem Motor, beispielsweise den Feldwicklungen des Motors, verbunden ist.

Gemäß Anspruch 2 kann ein Schaltungsträger für die Antriebselek­ tronik und/oder die Drehzahlregelschaltung am Lagertragteil auf der dem Nabenabschnitt des umlaufenden Außenläufers zugewandten Seite befestigt sein. Hiermit ist die Antriebselektronik, gege­ benenfalls samt Drehzahlregelschaltung, ein Teil des Hartlatten­ speicherantriebes, wodurch sich eine besonders kompakte Bauein­ heit ergibt. Wie im Anspruch 2 ferner angegeben ist, ist das die Antriebswelle umgebende Lagertragteil im Innern des Außenläufers als eine zu diesem koaxiale Hülse ausgebildet, welche auf der dem Nabenabschnitt abgewandten Seite mit einem Befestigungs­ flansch verbunden ist.

Zweckmäßigerweise können je nach Plattenstapelhöhe, d. h. je nach axialem Einbauraum, auch mehrere Schaltungsträger überein­ ander angeordnet sein. Die raumsparende Gesamtanordnung bildet auf diese Weise eine in sich geschlossene zuverlässig arbeitende Einheit, von der lediglich Leitungen zum Anschluß an eine exter­ ne Stromquelle abgehen.

Vorzugsweise ist die Hartplattenspeicheranordnung auch mit Wär­ meableitmitteln oder Kühleinrichtungen ausgestattet, deren Auf­ bau und Anordnung in den Unteransprüchen 4 bis 6 angegeben sind.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung zeigen:

Fig. 1 im Schnitt eine Seitenansicht einer Hartplatten­ speicheranordnung nach der Erfindung und

Fig. 2 in Draufsicht eine auseinandergezogene sche­ matische Darstellung des Anschlusses der Stator­ wicklung an den Schaltungsträger.

Die Hartplattenspeicheranordnung 10 weist einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit Außenläufer 14, also einen Außenläufer­ motor, auf, der mit einer drehbaren Antriebswelle 12 versehen ist und die Motorspulen, den Stator und die Dauermagnete umschließt. Die vorstehend genannten Komponenten des Motors sind als solche bekannt. Sie bilden zusammen mit einer Antriebs­ elektronik und einer Drehzahlregelschaltung einen herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem zylindrischen Luftspalt 16 zwischen Stator und Rotor.

Mit einem feststehenden zentralen als Hülse ausgebildeten La­ gertragteil 44 des Motors ist ein ringförmiger Schaltungsträger 20 verbunden, auf dem die Antriebselektronik und die Drehzahl­ regelschaltung montiert sind, so daß diese gemeinsam mit dem Motor eine kompakte Einheit bilden und eine vom Motor gesonderte Steuereinheit entfällt.

Entsprechend Fig. 1 sind der Schaltungsträger 20 mit den ver­ schiedenen Komponenten der Antriebselektronik und der Drehzahl­ regelschaltung, z. B. Endstufentransistoren 61, ein Potentio­ meter 64 und ein Hall-IC 35, sowie ein Kühlelement 60 in dem Raum 26 zwischen dem Boden 40 des Außenläufers 14 und der Sta­ torwicklung 29 untergebracht. Vom Schaltungsträger 20 gehen Leitungen 31 ab, die an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden können.

Die Antriebswelle 12 ist mit dem Boden 40 des Außenläufers 14 fest verbunden. Der glockenförmige Außenläufer 14 ist einseitig offen, so daß ein die Antriebswelle 12 umgebendes, mittig an­ geordnetes Lagertragteil 44 aus dem Außenläufer herausragen kann. Das Lagertragteil 44 stellt einen Teil der zentralen Hal­ terung dar und ist mit dem Befestigungsflansch 30 entweder mit Preßsitz verbunden oder bildet zusammen mit diesem ein einstückiges Druckgußteil. Die Antriebswelle 12 ist im Lagertragteil 44 mit­ tels zweier Lager 48, 48′ drehbar gelagert, so daß sie und der Außenläufer 14 gegenüber der Lagertragteil 44 und dem Flansch 30 rotieren, wenn der Flansch 30 in fester Lage mit Bezug auf be­ nachbarte Bauteile montiert ist, wie dies im folgenden näher erläutert ist. Zwei im Abstand voneinander liegende Sicherungs­ ringe 50 halten die Lager 48, 48′ an Ort und Stelle. Von einem weiteren Sicherungsring 54 gehaltene Tellerfedern 52 verspannen die Lager 48, 48′ axial gegeneinander.

An der Innenfläche des Außenläufers 14 sind ein einteiliger Dau­ ermagnetring 56 oder eine Anzahl von Dauermagneten befestigt, die sich zusammen mit dem Außenläufer 14 drehen. Der Dauerma­ gnetring 56 besteht vorzugsweise aus einer Mischung von Hartfer­ rit, 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 Pollücke radial magnetisiert. Der Außenläufer 14 ist vorzugsweise ein Druckgußteil aus einer Aluminiumlegierung. Dieses Material ist als magnetischer Rückschluß ungeeignet. Für den magnetischen Rückschluß ist daher ein Weicheisenring 57 vorgesehen. Bei einem aus ferromagnetischem Werkstoff tiefgezo­ genen Außenläufer 14 ist ein solcher Ring nicht erforderlich.

Aus Montagegründen ist bei der veranschaulichten Ausführungsform der Außendurchmesser des ringförmigen Schaltungsträgers 20 gleich oder kleiner als derjenige des die Statorwicklung 29 tragenden Wicklungskerns 58. Der Schaltungsträger 20 liegt damit radial innerhalb des Wicklungskerns 58 des Stators und bildet zusammen mit diesem eine über das Lagertragteil 44 gehalterte kompakte Einheit.

Das Lagertragteil 44 ist für die Unterbringung der elektroni­ schen Bauelemente von Antriebselektronik und Drehzahlregelschal­ tung über die Statorwicklung 29 hinaus axial verlängert. Außer für die Unterbringung der Bauelemente ist auch für die sachge­ rechte Wärmeabfuhr, z. B. für die Endstufentransistoren 61 der Antriebselektronik, zu sorgen. Hierfür ist ein scheibenförmiges Stanzbiegeteil als Kühlelement 60 vorhanden, mit dem die Kühl­ körper der Endstufentransistoren 61 durch flächenhafte, satte Anlage wärmeleitend verbunden sind. Das Kühlelement 60 selbst kann zweckmäßig ein ca. 0,6 bis 1 mm starkes Weißblechteil sein, das mittels Stützen 62 mit dem Schaltungsträger 20 verbunden ist.

Die Anordnung der elektronischen Bauteile erfolgt vorteilhaft in der in Fig. 1 dargestellten Art, da so sämtliche Lötverbindungen 65 in einem Arbeitsgang, z. B. im Tauchlötverfahren, herstellbar sind. Auch der Einsatz des Potentiometers 64, das beispielsweise zur Einstellung unterschiedlicher Arbeitspunkte oder zum Aus­ gleich von Bauelemententoleranzen dient, stört nicht. Das Poten­ tiometer 64 ist mittels Schraubenzieher über eine nicht dar­ gestellte Bohrung im Flansch 30, eine damit fluchtende Öffnung des Kühlelements 60 und eine der Nuten im Wicklungskern 58 ein­ stellbar. Die Einstellschraube des Potentiometers 64, die Boh­ rung im Flansch 30 und die Nut im Wicklungskern 58 liegen hier­ für annähernd auf einer Geraden.

Bei einem einstückigen Stanzbiegeteil als Kühlelement 60 müssen die Kühlkörper der Endstufentransistoren 61 elektrisch isoliert mit dem Kühlelement 60 verbunden sein. Vorteilhaft wird das Kühlelement 60 daher entsprechend der Zahl der Endstufentransi­ storen 61 unterteilt, so daß die Isolierung entfallen kann. Dies erspart Montagezeit und verschiedene Isolierteile bei gleich­ zeitig verbesserter Wärmeabfuhr.

Die Kühlelemente 60 sind mit dem Schaltungsträger 20 verbunden, vorzugsweise über die Stützen 62 mit dem Schaltungsträger 20 verlötet. Das Verlöten der Kühlelemente 60 mit dem Schaltungs­ träger 20 erfolgt gleichzeitig mit dem Verlöten der übrigen Bauelemente. Bei Bedarf ist das Kühlelement 60 zusätzlich mit festen Teilen des Stators verbunden, z. B. durch Befestigungs­ elemente oder Klebeverbindungen 66 an der Hülse des Lagertragteils 44 oder im Be­ reich eines Kragens 68 oder über nicht dargestellte Zapfen einer Endscheibe 67. Diese Verbindungen verringern die Schwingmöglich­ keit des Kühlelements 60.

Entsprechend der axialen Verlängerung des Lagertragteiles 44 ist auch der Außenläufer 14 axial verlängert. Hierdurch entsteht der Nabenabschnitt 70, auf welchem mehrere Hartplattenspeicher 37 mit dem Nabenquerschnitt entsprechenden Mittelbohrungen aufge­ setzt sind. Bei diesem Aufbau kann der Durchmesser des Naben­ abschnittes 70 der Größe der Mittelbohrung ohne Rücksicht auf die erforderliche Antriebsleistung des Motors und dem daraus resultierenden günstigsten Durchmesser des Luftspaltes 16 ange­ paßt werden. Der freie Raum 26 im Inneren des Nabenabschnittes 70 dient der beschriebenen Unterbringung des Schaltungsträgers 20 einschließlich der elektronischen Bauteile und des Kühlelements 60.

Um Eindringen von Schmutzteilchen aus dem Motorinneren zu den Hartspeicherplatten 37 zu verhindern, sind der Außenläufer 14 einschließlich des Nabenabschnittes 70 und des Bodens 40 zum Motorinnern geschlossen. Die einzige direkte Verbindung zur Luft im Motorinnenraum erfolgt über einen Spalt 71 zwischen Außenläu­ fer 14 und Flansch 30. Durch entsprechende Länge des Spaltes 71 ist sichergestellt, daß der mögliche Austritt von Schmutzteil­ chen sehr gering und die Betriebssicherheit der Plattenspeicher­ anordnung nicht gestört ist. Eine abgebrochen gezeichnete Platte 72 trennt den Raum höchster Reinheit vom übrigen Geräteinneren, so daß aus dem Lager 48′ austretende Schmutzteilchen nicht stö­ ren.

Falls die Forderung nach Sauberkeit nicht so extrem hoch ist, können bei Bedarf auch Öffnungen im glockenförmigen Außenläufer vorhanden sein. Diese Öffnungen dienen der Wärmeabfuhr oder der Einstellung eines Potentiometers. Zur Kühlung kann ferner am freien Ende der Antriebswelle 12 ein Lüfterrad 32 mit einer Anzahl Lüfterflügeln 33 befestigt sein. Die intensive Luftbewegung im Bereich des Flansches 30 kühlt diesen, so daß über das Lager­ tragteil die Verlustwärme aus dem Motor wirkungsvoll nach außen abgeleitet wird. Um eine störende elektrische Aufladung des Außenläufers auszuschließen, ist die Antriebswelle 12 vorzugs­ weise über eine metallische Kugel 36 und einen nicht dargestell­ ten Federkontakt mit dem Gerätechassis elektrisch leitend ver­ bunden.

Wie in Fig. 2 angedeutet ist, ist die Statorwicklung 29 vorzugs­ weise bifilar ausgeführt, wie dies im einzelnen aus der DE 28 35 210 A1 bekannt ist. Die bifilare Bewicklung führt zu einer star­ ken Streuflußreduzierung, was bei Plattenspeicherantrieben von besonderem Vorteil ist. Bei der veranschaulichten Ausführungs­ form sind vier Statorpole vorgesehen. Die Statorwicklung wird zweipulsig betrieben. Der Motor ist so ausgelegt, daß er ein Reluktanzhilfsmoment entwickelt. Zur Erzeugung des Reluktanz­ hilfsmoments ist der magnetische Widerstand des Stators über den Drehwinkel des Rotors vorzugsweise kontinuierlich variabel. Die Änderung des magnetischen Widerstandsanteils im Stator über den Rotordrehwinkel wird zweckmäßig so realisiert, daß sich der Durchmesser des Statoreisens über den Drehwinkel verändert, wie dies im einzelnen aus DE 29 19 581 A1 her­ vorgeht.

Der Hall-IC 35 kann zweckmäßig an dem Kühlelement 60 gesichert sein, um eine definierte Position dieses Bauelements mit Bezug auf die Umlaufbahn des Außenläufers 14 zu gewährleisten.

Bei magnetischen Festplattenspeichern führen vom Antriebsmotor ausgehende Magnetfelder zuweilen zu Verlusten von eingespeicher­ ten Daten und/oder zu Störungen beim Einschreiben oder Auslesen der Daten. Insbesondere kann es zu einer Entmagnetisierung der Magnetschicht der Festspeicherplatten kommen. Um dem entgegen­ zuwirken, wird bei einem Plattenspeicherantrieb der vorliegend betrachteten Art vorzugsweise zwischen den Magnetfelder erzeu­ genden Antriebsteilen und dem für die Unterbringung der Fest­ speicherplatte bestimmten Bereich eine magnetische Abschirmung angeordnet. Bestehen das oder die Kühlelemente 60 aus magnetisch leitendem Werkstoff, können sie Teil einer solchen magnetischen Abschirmung sein. Zusätzlich kann für diesen Zweck insbesondere die Innenwand des Nabenabschnittes 70 mit einer magnetisch ab­ schirmenden Auskleidung versehen sein.

Claims (6)

1. Hartplattenspeicheranordnung mit wenigstens einer in einem Raum höchster Reinheit angeordneten Hartspeicher­ platte (37) sowie einem kollektorlosen Gleichstrommotor als Antrieb, bestehend aus einem glockenförmigen, mittels Permanentmagneten erregten Außenläufer (14) mit im we­ sentlichen zylindrischem Luftspalt (16), mit einem in axialer Verlängerung oberhalb des Luftspaltes (16) an­ geordneten, mit dem Außenläufer (14) einstückigen Naben­ abschnitt (70), an welchem drehfest und bleibend die Hartspeicherplatte (37) angebracht ist, wobei der Durch­ messer des Nabenabschnittes (70) unabhängig vom Durch­ messer des Luftspaltes (16) dimensionierbar ist, ferner bestehend aus einem Stator (29, 58), der mit einem ein­ stückigen Lagertragteil (44) fest verbunden ist, das zwei Lager (48, 48′) zur Lagerung des Außenläufers (14) aufweist, wobei das Lagertragteil (44) auf der dem Nabenabschnitt (70) zugewandten Seite des Stators (29, 58) über diesen hinaus axial verlängert ist.

2. Hartplattenspeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagertragteil (44) im Innern des Außenläufers (14) als eine zu diesem koaxiale Hülse ausgebildet ist, welche auf der dem Nabenabschnitt (70) abgewandten Seite mit einem Befestigungsflansch (30) verbunden ist und vorzugsweise auf der dem Nabenabschnitt (70) zugewandten Seite einen Schaltungsträger (20) auf­ nimmt, an welchem eine Antriebselektronik und/oder eine Drehzahlregelschaltung befestigt ist.

3. Hartplattenspeicheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (48, 48′) an den axialen Endbereichen des Lagertragteiles (44), insbeson­ dere der Hülse, vorgesehen sind.

4. Hartplattenspeicheranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Antriebselektronik und/oder die Drehzahl­ regelschaltung Endstufentransistoren (61) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper der Endstufentransi­ storen (61) durch flächenhafte, satte Auflage mit einem Kühlelement (60) wärmeleitend verbunden sind.

5. Hartplattenspeicheranordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Naben­ abschnitt (70) radiale, nach innen durchgehende Ausneh­ mungen für den Durchtritt einer gerichteten Strömung aufweist, die durch Ausnehmungen des Bodens (40) des Au­ ßenläufers (14) oder durch den Befestigungsflansch (30) eintritt.

6. Hartplattenspeicheranordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Außen­ läufer (14) und/oder dem Nabenabschnitt (70) und/oder einer mit dem Außenläufer (14) verbundenen Antriebswelle (12) ein Lüfterrad (32) oder Lüfterflügel angebracht ist/sind.