DE4136996A1 - Plattenspeicherantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor mit einer zentrischen Nabe, auf deren Außenfläche eine oder mehrere Festplat­ ten befestigbar sind, und mit zwei Kugellagern zwischen dem Rotor und dem Stator.

Derartige Plattenspeicherantriebe sind in den verschie­ densten Ausführungsformen, zum Beispiel mit einer an der Nabe befestigten drehenden Welle oder einer am Stator angeordneten, stationären Welle bekannt und dienen dazu, eine oder mehrere Speicherplatten anzutreiben, welche - unter Zwischenfügung von Abstandsringen - auf die Nabe aufgesetzt werden. Um das fehlerfreie Einschreiben und Auslesen von Informationen mittels zugeordneter Schreib- Leseköpfe zu gewährleisten, müssen derartige Platten­ speicherantriebe hoch präzise arbeiten. Darüber hinaus werden immer kleinere Abmessungen gefordert.

Derartigen bekannten Plattenspeicherantrieben ist allen gemeinsam, daß der Rotor mittels zweier Kugellager dreh­ bar gegen den Stator gelagert ist, und daß die Innenrin­ ge der beiden Kugellager auf der Welle, die Außenrin­ gen - bei einer drehenden Welle - am Stator bei einer stationären Welle dagegen am Rotor sitzen, vergleiche zum Beispiel die DE-PS 29 44 212. Zur Anwendung kommen bei den Lagersystemen der bekannten Plattenspreicheran­ triebe also Kugellager mit demselben Durchmesser, die axial beabstandet voneinander angeordnet sind. Die axi­ ale Bauhöhe des Motors des Plattenspeicherantriebs wird daher durch die Summe der axialen Bauhöhen der beiden verwendeten Kugellager nach unten hin begrenzt, wobei zur Erhöhung der Steifigkeit des Lagersystems die beiden Kugellager voneinander beabstandet angeordnet werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Plattenspeicheran­ trieb der Eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine Reduzierung der axialen Abmessungen und eine Erhöhung der Steifigkeit des Lagersystems verwirklicht wird.

Dieser Aufgabe wird bei dem Plattenspeicherantrieb der Eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste Kugellager den Rotor in geringerem radial Abstand, das zweite Kugellager den Rotor in größerem radial Abstand von der Rotationsachse gegen den Stator lagert.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß die beiden Kugellager des Lagersystems einen ver­ schiedenen Durchmesser besitzen, daß also das erste Kugellager den Rotor innen, das zweite Kugellager den Rotor weiter außen gegen den Stator lagert. Bei der heute üblichen Verspannung der Lagerringe gegeneinander kann erfindungsgemäß ein größerer virtueller Lagerab­ stand, und damit die Steifigkeit des Lagersystems erhöht werden. Der virtuelle Lagerabstand ist dabei definiert als der Abstand der Schnittpunkte der Rotationsachse mit denjenigen Wirkungsgeraden, welche durch die Berührungs­ punkte der Kugeln mit den zugehörigen Kugel-Laufbahnen der Laufringe gegeben sind. Durch den radialen Versatz der beiden Kugellager und bei geeigneter Verspannung der Laufringe gegeneinander läßt sich erfindungsgemäß ein vergleichsweise großer virtueller Lagerabstand erzielen, der bei den bekannten Plattenspeicherantrieben nur bei axial beabstandeten Kugellagern, d. h. bei einer axial wesentliche größeren Bauhöhe verwirklicht werden könnte.

Besonders bevorzugt ist der Außendurchmesser des ersten, inneren Kugellagers kleiner als der Innendurchmessers des zweiten, äußeren Kugellagers. Diese Ausführungsform der Erfindung besitzt den Vorteil, daß das erste Kugel­ lager teilweise oder ganz in dem durch das zweite Kugel­ lager aufgespannten Zylinder angeordnet werden kann, d. h. daß die beiden Kugellager axial teilweise oder ganz überlappend angeordnet werden. Der zur Realisierung einer notwendigen Steifigkeit erforderliche virtuelle Lagerabstand läßt sich erfindungsgemäß durch ausreichen­ den radialen Abstand der beiden Kugellager und der ge­ eigneten Verspannung verwirklichen. Die axiale Bauhöhe des Antriebs wird dann im wesentlichen nur noch durch das Höhere der beiden Kugellager begrenzt. Zusätzlich wird die Tragfähigkeit durch die Verwendung des äußeren, relativ großen zweiten Kugellagers gesteigert, durch die vergleichsweise große Kugelzahl des zweiten Kugellagers wird das Laufverhalten, insbesondere der NRRO verbes­ sert. Außerdem ist es erfindungsgemäß leichter möglich, den Massenschwerpunkt des Rotors in den Mittelpunkt des virtuellen Lagerabstandes zu legen, wodurch unerwünschte Schwingungen reduziert werden. Darüber hinaus entsteht ein günstiges Übersetzungsverhältnis für den Axialschlag vom Lager auf die Nabe.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich der Luftspalt des Antriebsmotors zwischen der Innenring-Mantelfläche des zweiten Kugella­ gers und der Außenring-Mantelfläche des ersten Kugella­ gers. Bei einer derartigen Anordnung ist die Statorwick­ lung radial einwärts vom Luftspalt angeordnet, und der Luftspalt wird radial nach außen durch einen Permanent­ magnet-Ring begrenzt, welcher entweder direkt der Innen­ ring-Mantelfläche des zweiten Kugellagers angeordnet ist oder auf einem am Rotor angeordneten axialen Rotorsteg sitzt, der aus magnetisierbarem Material besteht und einen Eisenrückschluß für das radial aus dem Permanent­ magnet-Ring austretende Magnetfeld bildet. Das zweite Kugellager befindet sich dann radial auswärts in vorge­ gebenem geringen Abstand von dem Rotorsteg, wobei der Innenring des zweiten Kugellagers an einer radial ver­ laufenden Rotorscheibe befestigt ist, während der Außen­ ring des zweiten Kugellagers auf dem Statorboden oder einer axialen Außenwand des Stators befestigt ist. Be­ sonders bevorzugt besitzen die beiden Kugellager einen vorgegebenen axiale Versatz, und das erste Kugellager besitzt eine kleinere Bauhöhe als das äußere zweite Kugellager. Das erste Kugellager ist in einem um den Versatz größeren axialen Abstand von der Nabe angeord­ net, als das zweite Kugellager. Die Bauhöhe und der Versatz des ersten Kugellagers sind bevorzugt so bemes­ sen, daß das erste Kugellager noch innerhalb des Zylin­ ders liegt, der von dem zweiten Kugellager aufgespannt wird. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die axiale Bauhöhe des Antriebsmotors im wesentlichen von der Dicke des Statorbodens, der axialen Bauhöhe des zweiten Kugellagers und der Dicke der Rotorscheibe be­ grenzt, welche den Innenring des zweiten Kugellagers trägt, sich bevorzugt auch über den Außenring des zwei­ ten Kugellagers erstreckt und den Stator-Innenraum über­ deckt. Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht eine besonders flache Bauweise des Antriebsmotors bei insgesamt geringem Raumbedarf des Antriebs und einem vergleichsweise großen virtuellem Lagerabstand.

Der Stator besitzt bevorzugt eine zentrale Bohrung, die durch eine benachbarte Innenwand begrenzt ist. Von der Innenwand erstreckt sich radial auswärts der Statorbo­ den, der zur Aufnahme des zweiten Kugellagers bevorzugt axial abgekröpft ist. Radial auswärts von dem zweiten Kugellager besitzt der Stator eine axiale Außenwand.

Der Rotor enthält bevorzugt ein zentrale Welle, die in die zentrale Bohrung des Stators hineinragt, wobei der Innenring des ersten Kugellagers auf der Welle, der Außenring auf einer Schulter der Stator-Innenwand ruht. Die Welle des Rotors geht bevorzugt einstückig in die Nabe über, die unmittelbar über der Rotorscheibe einen radialen Nabenflansch aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Einen Querschnitt durch eine erste Ausführungs­ form des Plattenspeicherantriebs;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungs­ form des Plattenspeicherantriebs; und

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, in die der virtuelle Lagerabstand eingezeichnet ist.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Querschnitt durch einen Plattenspeicherantrieb dargestellt, der einen Stator 2, und einen Rotor 20 mit einer zentrischen Nabe 22 ent­ hält. Die Nabe 22 ist mit einem radialen Nabenflansch 26 versehen, welcher zur Auflage einer ersten Festplatte dient, die auf die Außenfläche 24 der Nabe zentriert ist. Unter Zwischenfügung von Abstandsringen (nicht dargestellt) lassen sich auf die Nabe mehrere Festplat­ ten in vorgegebenem Abstand aufsetzen.

Der Rotor 20 besitzt - in den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 2 - eine zentrale Welle 21, die ein­ stückig mit der Nabe 22 ausgebildet ist. An der Unter­ seite des Nabenflansches 26 ist eine Rotorscheibe 28 befestigt, die sich radial bis zu einer Außenwand 12 des Stators erstreckt. Der Stator 2 weist eine zentrale Bohrung 3 auf, die von einer ringförmigen Innenwand 4 begrenzt ist. Von der Innenwand 4 zweigt radial nach außen ein Boden 8 ab, der zur Erhöhung des Motorvolumens außen eine ringförmige Abkröpfung 10 besitzt, die durch eine axial verlaufende, ringförmige Außenwand 12 be­ grenzt ist.

Zwischen Rotor 20 und Stator 2 befindet sich ein Lager­ system aus einem ersten Kugellager 40 und einem zweiten Kugellager 50. Das erste Kugellager 40 lagert den Rotor in vergleichsweise geringem Abstand von der Rotorachse 1 gegen den Stator 2, und das zweite Kugellager 50 lagert den Rotor 20 gegen den Stator 2 in vergleichsweise großem Abstand von der Rotationsachse 1.

In den dargestellten Ausführungsformen sitzt der Innen­ ring 42 des ersten Kugellagers 40 auf der Welle 21, und der Außenring 44 des ersten Kugellagers 40 sitzt auf einer Schulter 6 der benachbarten, ringförmigen Innen­ wand 4 des Stators 2. Die Schulter 6 legt den Außenring 44 axial fest.

Der Innenring 52 des zweiten Kugellagers 50 ist radial außen an der Rotorscheibe 28 befestigt, und der Außen­ ring 54 des zweiten Kugellagers 50 sitzt auf einer unte­ ren Schulter 11 des abgekröpften Ringabschnitts 10 des Statorbodens 8, unmittelbar vor der Außenwand 12 des Stators 2.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist auf der Mantel­ fläche des Innenrings 52 des zweiten Kugellagers 50 ein Permanentmagnet-Ring 30 aufgebracht, der - über einen axialen Luftspalt 18 - mit dem Magnetfeld der Stator­ wicklungen 14 zusammenwirkt, die um die Innenwand 4 des Stators 2 herum angeordnet sind.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 insoweit, als der Perm­ anentmagnet-Ring 30 in Fig. 2 auf der Innenfläche eines axialen Rotorstegs 29 sitzt, der einen magnetischen Rückschluß für die radial austretenden Magnetfelder des Permanentmagnet-Rings 30 bildet. In geringem radialem Abstand vom Rotorsteg 29 ist dann der Innenring 52 des zweiten Kugellagers 50 an der Rotorscheibe 28 befestigt.

Das aus den beiden Kugellagern 40 und 50 bestehende Lagersystem besitzt in den dargestellten Ausführungsfor­ men folgenden Charakteristika: der Außendurchmesser D_1A des ersten Kugellagers 40 ist kleiner als der Innen­ durchmesser D_2I des zweiten Kugellagers. Die Statorwick­ lungen 14 und der Permanentmagnet-Ring 30 bilden einen axialen Luftspalt 18, der zwischen der Innenring-Mantel­ fläche des zweiten Kugellagers 50 und der Außenring- Mantelfläche des ersten Kugellagers 40 liegt. Die beiden Kugellager 40, 50 besitzen einen axialen Versatz V, vergleiche insbesondere Fig. 3, und zwar weist das erste Kugellager 40 einen um den Versatz V größeren axialen Abstand von der Nabe 22 auf als das zweite Kugellager 50. Die Bauhöhe des ersten Kugellagers 40 ist kleiner als diejenige des zweiten Kugellagers 50.

In den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungs­ formen ist der axiale Versatz V des ersten Kugellagers so auf die Bauhöhen der beiden Kugellager 40, 50 abge­ stimmt, daß das erste Kugellager 40 innerhalb eines von dem zweiten Kugellager 50 aufgespannten Zylinders liegt. Die Bauhöhe des zweiten Kugellagers 50 bestimmt daher - zusammen mit der Dicke des Statorbodens 8, 10 und der Dicke der Rotorscheibe 28 die axiale Bauhöhe B des An­ triebsmotors.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die Rotorschei­ be 28 radial über den Innenring 52 bis über den Außen­ ring 54 des zweiten Kugellagers 50 gezogen und endet bei einen geringen Abstand vor der Außenwand 12 des Stators. In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist dagegen die Rotorscheibe 28, die mit der Nabe einstückig ausgebildet sein kann, radial nur über den Kugelraum des zweiten Kugellagers 50 gezogen, sie endet radial vor dem Außen­ ring 54 des zweiten Kugellagers 50.

Fig. 3 zeigt eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, in welche der axiale Versatz V zwischen den beiden Ku­ gellager 40, 50 eingetragen ist. Außerdem ist durch die Pfeile A und B die Verspannung markiert, welche dem La­ gersystem bei der Montage eingeprägt wird. Zur Verwirk­ lichung der Verspannung wird der Innenring 42 des ersten Kugellagers 40 axial zur Nabe 22 hin gegen den Außenring 44 verspannt und dann auf der Welle festgesetzt, ver­ gleiche Pfeil A. Der Innenring 52 des zweiten Lagers 50 erhält eine entgegengesetzt gerichtete Verspannung, Pfeil B und wird unter dieser Verspannung festgesetzt. Eine Gerade G1, welche die Berührungspunkte der Kugeln mit den Laufbahnen des entsprechend verspannten zweiten Kugellagers 50 schneidet, bildet mit der Rotationsachse 1 den Schnittpunkt g1. Eine entsprechende Gerade G2, welche die Berührungspunkte der Kugeln mit den Laufbah­ nen des ersten Kugellagers 40 schneidet, bildet mit der Rotationsachse 1 den Schnittpunkt g2. Der Abstand zwi­ schen den Schnittpunkten g1, g2 wird als virtueller Lagerabstand l_v bezeichnet. Dieser virtuelle Lagerab­ stand l_v stellt ein Maß für die Steifigkeit des Lagersy­ stems dar. Aufgrund des axialen Versatzes V der beiden Kugellager 40, 50 sowie ihres radialen Versatzes ist der virtuelle Lagerabstand l_v, und damit die Steifigkeit des Lagersystems besonders groß, außerdem ist die axiale Bauhöhe B des Antriebsmotors besonders gering.

Claims (18)

1. Plattenspeicherantrieb mit einem Stator, einem Rotor mit einer zentrischen Nabe, auf deren Außenfläche eine oder mehrere Festplatten befestigbar sind, und mit zwei Kugellagern zwischen dem Rotor und dem Stator, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kugellager (40) den Rotor (20) in geringerem radial Abstand, das zweite Kugellager (50) den Rotor (20) in größerem radial Ab­ stand von der Rotationsachse (1) gegen den Stator (2) lagert.

2. Plattenspeicherantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (D_1A) des ersten Kugellagers (40) kleiner ist als der Innen­ durchmesser (D_2I) des zweiten Kugellagers.

3. Plattenspeicherantrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rotor (20) einen Permanentmagnetring (30) enthält, der die Statorwicklungen (14) mit Luftspalt (18) umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt (18) zwischen der Innenring-Mantelfläche des zweiten Kugellagers (50) und der Außenring-Mantelfläche des ersten Kugellagers (40) liegt.

4. Plattenspeicherantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kugellager (40, 50) einen axialen Versatz V aufweisen.

5. Plattenspeicherantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kugellager (40) einen um den Versatz V größeren axialen Abstand von der Nabe (22) besitzt als das zweite Kugellager (50).

6. Plattenspeicherantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) eine zentrale Welle (21) enthält, die in eine zentrale Bohrung (3) des Stators (2) hineinragt, und daß der Innenring (42) des ersten Kugellagers (40) auf der Welle (21), der Außen­ ring (44) auf einer Schulter (6) einer benachbarten Innenwand (4) des Stators (2) sitzt.

7. Plattenspeicherantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (52) des zwei­ ten Kugellagers (50) radial außen an einer mit der Nabe (22) verbundenen Rotorscheibe (28) befestigt ist, und das der Außenring (54) des zweiten Kugellagers (50) radial außen auf dem Statorboden (8) aufsitzt.

8. Plattenspeicherantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (42) des er­ sten Kugellagers (40) eine axial zur Nabe hin gerichtete Verspannung, der Innenring (52) des zweiten Kugellagers (50) eine axial entgegengesetzt gerichtete Verspannung besitzt.

9. Plattenspeicherantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kugellager (40) eine geringere Bauhöhe aufweist, als das zweite Kugella­ ger (50).

10. Plattenspeicherantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kugellager (40) innerhalb des Zylinders liegt, der von dem zweiten Ku­ gellager (50) aufgespannt ist.

11. Plattenspeicherantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet-Ring (30) des Rotors (20) an der Innenring-Mantelfläche des zweiten Kugellagers (50) angeordnet ist.

12. Plattenspeicherantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet-Ring (30) an der Innenmantelfläche eines axialen Rotorsteges (29) befestigt ist, und daß der Innenring (52) des zwei­ ten Kugellagers (50) an bzw. im Abstand von der Außen­ mantelfläche des axialen Rotorsteges (29) am Rotor ange­ ordnet ist.

13. Plattenspeicherantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (21) einstückig in die Nabe (22) übergeht, daß die Nabe (22) in vorgegebe­ nem Abstand von ihrem freien Ende einen radialen Naben­ flansch (26) enthält, auf dessen Unterseite die Rotor­ scheibe (28) befestigt ist.

14. Plattenspeicherantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rotorscheibe (28) radial mit geringem axialen Abstand über den Außenring (54) des zweiten Kugellagers (50) erstreckt.

15. Plattenspeicherantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2) eine ringför­ mige Innenwand (4), welche die zentrale Bohrung (3) begrenzt, einen von der Innenwand (4) radial nach außen verlaufenden Boden (8) auf welches der Außenring (54) des zweiten Kugellagers (50) aufsitzt, und eine der Mantelfläche des Außenrings (54) unmittelbar benachbarte ringförmige Außenwand (12) besitzt.

16. Plattenspeicherantrieb nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Außenwand (12) des Stators (2) sich axial über den Außenring (54) des zweiten Kugellagers (50) hinaus bis zur nabenseiti­ gen Oberfläche der Rotorscheibe (28) erstreckt.

17. Plattenspeicherantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklung (14) der Innenwand (4) des Stators (2) benachbart auf dem Stator­ boden (8) angeordnet ist.

18. Plattenspeicherantrieb nach einem der vorstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Statorbodens (8), die axiale Höhe des zweiten Kugellagers (50) und die Dicke der Rotorscheibe (28) die axiale Bauhöhe B des Antriebsmotors festlegt.