DE102005036396B4

DE102005036396B4 - Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem

Info

Publication number: DE102005036396B4
Application number: DE102005036396A
Authority: DE
Inventors: Martin Engesser; Stefan Schwamberger
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2025-08-04
Also published as: JP2006200742A; DE102005036396A1; US7570456B2; US20060158778A1

Abstract

Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem als Bestandteil eines Speicherplattenlaufwerks, welcher umfasst:
einen Rotor mit einer zylindrischen Welle (2), einer an einem Ende der Welle (2) angeordneten ersten Lagerscheibe (3) und einer zweiten Lagerscheibe (4), die in einem Abstand zur ersten Lagerscheibe an der Welle (2) angeordnet ist, derart, dass sich ein ringscheibenförmiger Freiraum zwischen den beiden Lagerscheiben (3; 4) ausbildet;
einen Stator mit einem ringscheibenförmigen Bauteil (5; 5'), das in dem durch den Rotor gebildeten ringscheibenförmigen Freiraum angeordnet ist, wobei jeweils einander gegenüberliegende Lagerflächen des Stators und des Rotors durch einen mit einem fluiden Medium gefüllten Lagerspalt (6) voneinander getrennt sind;
mindestens ein Radiallager (7), gebildet zwischen dem Außenumfang der Weile (2) und dem Innenumfang des ringscheibenförmigen Bauteils (5); und zwei Axiallager (9, 10), gebildet durch die beiden Stirnflächen des ringscheibenförmigen Bauteils (5; 5') und die jeweils gegenüberliegenden Stirnflächen der Lagerscheiben (3; 4); und
eine elektromagnetische...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, insbesondere einen Spindelmotor kleiner Baugröße vorzugsweise zum Antrieb von Speicherplattenlaufwerken.
Stand der Technik
Durch die fortschreitende Miniaturisierung von Festplattenlaufwerken entstehen neue konstruktive Probleme, insbesondere bei der Herstellung kleiner Antriebsmotoren und geeigneten Lagersystemen. Wurden bisher Wälzlagersysteme verwendet, setzen sich nun fiuiddynamische Lagersysteme aufgrund ihrer kleineren Bauart und höheren Präzision immer mehr durch.
Es ist bekannt, die verwendeten Lagersysteme mit zwei Radiallagern auszustatten. Um die erforderliche Lagersteifigkeit zu erreichen, müssen die Radiallager in einem ausreichenden axialen Abstand zueinander angeordnet sein. Dennoch sind herkömmliche konstruktive Lösungen für fluiddynamische Festplattenlager und die Verfahren zu ihrer Herstellung bei der Konstruktion von Miniatur-Spindelmotoren nicht oder nur unter Schwierigkeiten anwendbar. Je kleiner die Lagersysteme werden, desto geringer wird bei herkömmlicher Bauweise ihre Tragkraft und Steifigkeit.
Die US 5 538 347 A offenbart ein Luftlager, das ein rotierendes ringförmiges Bauteil umfasst, das sich um ein feststehendes zylinderförmiges Bauteil dreht. Zwischen den einander zugewandten Umfangsflächen der beiden Bauteile ist ein Radiallager angeordnet. Die Stirnflächen des rotierenden Bauteils bilden zusammen mit zwei feststehenden scheibenförmigen Bauteilen jeweils ein Axiallager aus. In bekannter Weise sind die Lagerflächen durch einen Lagerspalt voneinander beabstandet. Der notwendige dynamische Luftdruck im Lagerspalt wird durch Oberflächenstrukturen erzeugt, die auf den Lagerflächen aufgebracht sind. Das hier beschriebene dynamische Luftlager eignet sich nur bedingt für einen Spindelmotor zum Antrieb eines Speicherplattenlaufwerkes, da aufgrund des zentralen feststehenden Bauteils die Befestigung der Speicherplatten am rotierenden Bauteil problematisch ist.
Die Offenlegungsschrift EP 1 365 164 A2 offenbart den nächstliegenden Stand der Technik. Dort ist ein Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1 gezeigt.
US 2004/0190410 A1 offenbart einen Spindelmotor mit einem ringscheibenförmigen Lagerbauteil, das in einer Öffnung eines Gehäuserahmens des Spindelmotors angeordnet ist.
Aus US 2003/0031114 A1 ist ein Spindelmotor bekannt, bei dem eine Lagerscheibe als Träger für eine Speicherplatte des Speicherplattenlaufwerks ausgebildet ist. Ferner ergibt sich aus dieser Schrift, sowie auch aus JP 2004 072869 A , dass in einem ringförmigen Raum eines Gehäuserahmens des Spindelmotors Statorwicklungen auf entsprechenden Statorblechpaketen als Teil der elektromagnetischen Antriebseinheit angeordnet sind, wobei die Statorwicklungen die an der zweiten Lagerscheibe angeordneten Permanentmagnete umgeben und diesen gegenüberliegen.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lager als Bestandteil eines Speicherplattenlaufwerks zu schaffen, der bei geringer Baugröße, insbesondere einer geringen Bauhöhe, und hoher Lagersteifigkeit einen einfachen Aufbau aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem als Bestandteil eines Speicherplattenlaufwerks umfasst einen Rotor mit einer zylindrischen Welle, einer an einem Ende der Welle angeordneten ersten Lagerscheibe und einer zweiten Lagerscheibe, die in einem Abstand zur ersten Lagerscheibe an der Welle angeordnet ist, derart, dass sich ein ringscheibenförmiger Freiraum zwischen den beiden Lagerscheiben ausbildet; einen Stator mit einem ringscheibenförmigen Bauteil, das in dem durch den Rotor gebildeten ringscheibenförmigen Freiraum angeordnet ist, wobei jeweils einander gegenüberliegende Lagerflächen des Stators und des Rotors durch einen mit einem fluiden Medium gefüllten Lagerspalt getrennt sind; mindestens ein Radiallager, gebildet zwischen dem Außenumfang der Welle und dem Innenumfang des ringscheibenförmigen Bauteils; zwei Axiallager, gebildet durch die beiden Stirnflächen des ringscheibenförmigen Bauteils und den jeweils gegenüberliegenden Stirnflächen der Lagerscheiben; und eine elektromagnetische Antriebseinheit. Der Spindelmotor zeichnet sich dadurch aus, dass der Lagerspalt beidseitig offen ist, dass die erste Lagerscheibe als Träger für eine Speicherplatte des Speicherplattenlaufwerks ausgebildet ist, wobei die zweite Lagerscheibe an ihrem Außenumfang Permanentmagnete als Teil der elektromagnetischen Antriebseinheit trägt, und das ringscheibenförmige Bauteil in einer Öffnung eines Gehäuserahmens angeordnet ist, und in einem ringförmigen Hohlraum des Gehäuserahmens Statorwicklungen auf entsprechenden Statorblechpaketen als Teil der elektromagnetischen Antriebseinheit angeordnet sind, wobei die Statorwicklungen die an der zweiten Lagerscheibe angeordneten Permanentmagnete umgeben und diesen gegenüberliegen.
Durch entsprechende Bestromung der Statorwicklungen wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das auf die Permanentmagnete wirkt und den Rotor antreibt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Radiallager durch Oberflächenstrukturen auf der Welle und/oder dem ringscheibenförmigen Bauteil definiert, wobei die Strukturen eine in das Zentrum des Radiallagers gerichtete Pumpwirkung auf das fluide Medium erzeugen. Entsprechend ist jedes Axiallager ebenfalls durch Oberflächenstrukturen auf dem ringscheibenförmigen Bauteil und/oder der Lagerscheibe definiert, wobei die Strukturen eine überwiegend radial nach innen in Richtung des Radiallagers gerichtete Pumpwirkung auf das fluide Medium erzeugen. Die Pumpwirkungen der beiden Axiallager sind zueinander entgegengesetzt gerichtet.
Der Spindelmotor ist für den Einsatz in einem Speicherplattenlaufwerk vorgesehen, wobei ein rotierendes Teil des Motors die mindestens eine Speicherplatte antreibt. In vorteilhafter Weise wird die erste Lagerscheibe als Träger für die Speicherplatte des Speicherplattenlaufwerks verwendet, wobei die Speicherplatte vorzugsweise mittels einer Klammer (clamp) an der Lagerscheibe befestigt ist. Aufgrund der sich zusammen mit der Lagerscheibe drehenden Welle kann die Klammer auf einfache Weise mittels einer Schraube in einer zentralen Bohrung der Welle befestigt werden.
Eine magnetische Abschirmung der Speicherplatte gegenüber dem Magnetkreis der Antriebseinheit wird dadurch erreicht, dass der Gehäuserahmen oder ein weiteres mit dem Statur verbundenes weichmagnetisches Bauteil zwischen den Statorwicklungen und der Speicherplatte angeordnet ist. Ein separates Bauteil zur Schirmung kann daher im ersten Fall eingespart werden.
Das fluiddynamische Lager weist in der erfindungsgemäßen Konstruktion zwei offene Enden auf, die beide durch Dichtungsmittel abgedichtet werden müssen, damit kein Lagerfluid in den Motorraum austritt. Dabei werden erfindungsgemäß dynamische Dichtungsmittel verwendet, die durch die vorhandenen Oberflächenstrukturen der Axiallager gebildet sein können und auf das fluide Medium eine in das Innere des Lagers gerichtete Pumpwirkung erzeugen und dadurch eine dynamische Abdichtung des offenen Endes des Lagerspalts bewirken. Die Dichtungsmittel können auch durch von den Lagerstrukturen unterschiedliche Dichtungsstrukturen gebildet werden, die eine unabhängige Pumpwirkung in Richtung des Inneren des Lagesystems erzeugen.
In den dem Lagerspalt zugewandten Stirnflächen des ringscheibenförmigen Bauteils oder der Lagerscheiben, radial außerhalb der Oberflächenstrukturen, können ringförmige Aussparungen vorgesehen sein, die zumindest teilweise mit dem fluiden Medium gefüllt sind, als Vorratsvolumina für das fluide Medium dienen und den Lagerspalt nach außen abdichten.
Durch Integration von Bauteilefunktionen besteht der erfindungsgemäße Spindelmotor aus wenigen Bauteilen. Diese sind mit herkömmlichen Fertigungsverfahren herstellbar. Da die benötigte Kippsteifigkeit nicht durch Radiallager mit großem axialem Abstand, sondern vorrangig durch die Axiallager erreicht wird, kann die nötige Bauhöhe klein ausgeführt werden. Die axiale Steifigkeit ist dadurch groß. Die noch notwendige radiale Steifigkeit wird durch das Radiallager erzielt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion liegt darin, dass durch die Anordnung des Stators keine Durchführung der elektrischen Verbindung durch den Gehäuserahmen (Baseplate) nötig ist.
Ein erfindungsgemäßer Spindelmotor mit geringer Bauhöhe dient insbesondere zum Antrieb der Speicherplatten von Festplattenlaufwerken. Vor allem bei Festplattenlaufwerken für mobile Anwendungen besteht aber in ungünstigen Fällen die Gefahr, dass die Gehäuseabdeckungen durch einwirkende Druckbelastungen verformt (durchgebogen) werden. Dadurch ist eine Beeinträchtigung oder sogar Beschädigung der rotierenden Speicherplatten, des Antriebsmotors oder der Schreib-/Leseköpfe des Festplattenspeichers möglich.
Um dies zu vermeiden ist es in einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Welle als Hohlwelle ausgebildet ist, und im Zentrum der Hohlwelle ein durchgehender Stift angeordnet ist, der an gegenüberliegenden Seiten eines den Spindelmotor aufnehmenden Gehäuses befestigt ist. Dieser Stift erhöht die Festigkeit der Gehäusedeckel und verhindert ein Durchbiegen der Gehäusedeckel und folglich eine Beschädigung des Festplattenlaufwerks. Alternativ oder zusätzlich können weitere Versteifungen außerhalb des Durchmessers der rotierenden Speicherplatte in Form von mindestens einem durchgehenden Stift vorgesehen sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen:
Es zeigen:
1: einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem;
2: eine Ansicht des feststehenden, ringscheibenförmigen Bauteils des Lagersystems von unten;
3: eine Ansicht einer anderen Ausgestaltung des ringscheibenförmigen Bauteils;
4: einen Schnitt durch eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem;
5: einen Schnitt durch eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
6: eine Ansicht des feststehenden, ringscheibenförmigen Bauteils des Lagersystems in 5 von unten;
7: eine Ansicht einer anderen Ausgestaltung des ringscheibenförmigen Bauteils.
Beschreibung von bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung
1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Spindelmotors 1. Der Spindelmotor 1 zeichnet sich durch seine einfache Bauweise aus und umfasst ein fluiddynamisches Lagersystem. Der Rotor des Spindelmotors wird gebildet durch eine zylindrische Welle 2, eine an einem Ende der Welle 2 angeordnete erste Lagerscheibe 3 und eine zweite Lagerscheibe 4, die in einem Abstand zur ersten Lagerscheibe 3 an der Welle 2 angeordnet ist, derart, dass sich ein ringscheibenförmiger Freiraum zwischen den beiden Lagerscheiben 3, 4 ausbildet.
Der Stator des Spindelmotors umfasst ein feststehendes Lagerteil in Form eines ringscheibenförmigen Bauteils 5, das in dem durch den Rotor gebildeten ringscheibenförmigen Freiraum aufgenommen ist. Jeweils einander gegenüberliegenden Lagerflächen des Stators und des Rotors sind durch einen mit einem fluiden Medium, beispielsweise Lageröl oder auch Luft, gefüllten Lagerspalt 6 voneinander getrennt.
Das fluiddynamische Lagersystem umfasst ein Radiallager 7, das zwischen dem Außenumfang der Welle 2 und dem Innenumfang des ringscheibenförmigen Bauteils 5 ausgebildet ist. Das Radiallager 7 ist in bekannter Weise durch Oberflächenstrukturen 8 definiert, die auf der Welle 2 und/oder dem ringscheibenförmigen Bauteil 5 angeordnet sind. Die Oberflächenstrukturen 8 sind derart beschaffen, dass sie bei Rotation der Welle 2 eine in das Zentrum des Radiallagers gerichtete Pumpwirkung auf das fluide Medium ausüben. Gemäß 1 sind die Oberflächenstrukturen 8 als schräge, vorzugsweise zueinander symmetrische Rillenmuster ausgebildet, die bei einer Rotation der Welle 2 nach links einen in das Zentrum des Radiallagers gerichteten hydrodynamischen Druck erzeugen.
Ferner umfasst das Lagersystem zwei Axiallager 9, 10, die durch die beiden Stirnflächen des ringscheibenförmigen Bauteils 5 und die diesen Flächen jeweils gegenüberliegenden Stirnflächen der Lagerscheiben 3 bzw. 4 gebildet werden. Jedes Axiallager 9 bzw. 10 ist ebenfalls durch Oberflächenstrukturen 11 bzw. 11' definiert, die auf dem ringscheibenförmigen Bauteil 5 und/oder den Lagerscheiben 3, 4 angeordnet sind. Wie man in den 2 und 3 erkennt, können die Oberflächenstrukturen 11 bzw. 11' beispielsweise auf der Oberfläche des ringscheibenförmigen Bauteils 5 angeordnet und spiralartig ausgebildet sein. Diese spiralartigen Strukturen 11 üben bei Drehung der zweiten Lagerscheibe 4 relativ zum ringscheibenförmigen Bauteil 5 entgegen dem Uhrzeigersinn eine überwiegend radial nach innen in Richtung des Radiallagers 7 gerichtete hydrodynamische Pumpwirkung auf das fluide Medium aus. Die im Durchmesser relativ großen, in das Lagerinnere wirkenden (pumpenden) Axiallager 9 bzw. 10 sorgen zusammen mit dem Radiallager 7 für eine hohe axiale und radiale Steifigkeit und Kippsteifigkeit des Lagers.
In der 3 ist alternativ ein ringscheibenförmiges Bauteil 5 dargestellt, das kreisförmig angeordnete fischgrätenartige (herringbone) Strukturen zur Erzeugung des fluiddynamischen Drucks aufweist.
Das feststehende ringscheibenförmige Bauteil 5 als Teil des Stators ist in einer Öffnung eines Gehäuserahmens 12 angeordnet. Der Gehäuserahmen 12 ist Teil einer Basisplatte 13 (Baseplate) des Spindelmotors oder mit dieser fest verbunden. Der Gehäuserahmen 12 besteht vorzugsweise aus einem profilierten Metallteil, wobei im Wesentlichen unterhalb der Ebene des Lagerbauteils 5 ein ringförmiger Hohlraum 14 ausgebildet ist.
Der Rotor des Spindelmotors 1 wird durch eine elektromagnetische Antriebseinheit angetrieben. Die Antriebseinheit umfasst Statorwicklungen 15 auf entsprechenden Blechpaketen, die in dem Hohlraum 14 des Gehäuserahmens 12 angeordnet sind. Die Statorwicklungen 15 sind kreisförmig um die zweite Lagerscheibe 4 verteilt angeordnet.
Die zweite Lagerscheibe 4 trägt an ihrem Außenumfang Permanentmagnete 16, die den anderen Teil der elektromagnetischen Antriebseinheit bilden. Die Permanentmagnete 16 sind so angeordnet, dass sie den Statorwicklungen 15 direkt gegenüberliegen und nur durch einen kleinen Luftspalt von diesen getrennt sind. Durch entsprechende Bestromung der Statorwicklungen 15 wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das auf die Permanentmagnete 16 wirkt und den Rotor antreibt.
Der Spindelmotor 1 kann vorzugsweise zum Antrieb einer oder mehrerer Speicherplatten 17 eines Speicherplattenlaufwerks eingesetzt werden. Die erste Lagerscheibe 3 wird hierbei vorzugsweise als Träger für die Speicherplatte 17 verwendet. Die Lagerscheibe 3 umfasst eine Stufe, auf der die Speicherplatte 17 aufliegt. Zur Befestigung der Speicherplatte 17 auf der Lagerscheibe ist eine Klammer 18 vorgesehen, die mittels einer Schraube 19 in einer zentralen Bohrung der Welle 2 befestigt ist.
Der Gehäuserahmen 12 ist derart ausgebildet, dass er die Statorwicklungen 15 und die Speicherplatte 17 voneinander trennt und somit eine magnetische Abschirmung für die Speicherplatte 17 bildet.
Die Abdichtung der beiden Öffnungen des Lagerspalts 6 wird durch eine sogenannte dynamische Dichtung erreicht. Durch die nach innen gerichtete Pumpwirkung der Oberflächenstrukturen 11, 11' der beiden Axiallager 9 und 10 wird das im Lagerspalt 6 befindliche fluide Medium in das Lagerinnere gedrückt und dadurch verhindert, dass Lagerfluid aus dem Lagerspalt 6 nach außen in den Motorraum austreten kann.
Die Abdichtung kann aber auch durch separate Oberflächenstrukturen (nicht dargestellt) erreicht werden, die nicht Teil der Axiallagers 9 bzw. 10 sind. Im dynamisch abgedichteten Fluidlager stellt sich im Betrieb ein Gleichgewicht ein, bei dem die Druckunterschiede im Lagerspalt 6 ausgeglichen werden. Dies erfordert entsprechende Vorratsvolumina 20, 21 für das Lagerfluid, die im gezeigten Beispiel an den beiden offenen Enden des Lagerspalts 6 vorgesehen sind. Die Vorratsvolumina 20, 21 sind beispielsweise in den dem Lagerspalt 6 zugewandten Stirnflächen des ringscheibenförmigen Bauteils 5 oder der Lagerscheiben 3, 4, radial außerhalb der Oberflächenstrukturen 11, 11' vorgesehen. Die Vorratsvolumina 20, 21 können als ringförmige Aussparungen oder Nuten ausgebildet sein, wie man gut in 2 erkennt, sind zumindest teilweise mit dem fluiden Medium gefüllt und begrenzen den Lagerspalt 6 nach außen.
Alternativ können Kapillardichtungen verwendet werden, die in den Bauteilen 3 und 4 und/oder 5 in Form von konischen Erweiterungen des Axiallagerspalts 6 eingeformt werden, die sich radial nach außen hin erweitern.
4 zeigt eine gegenüber 1 abgewandelte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors 100 zum Antrieb mindestens einer Speicherplatte 17 eines Festplattenlaufwerks, wobei hier auf die im Zusammenhang mit 1 gemachten Erläuterungen verwiesen wird. In den 1 und 4 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Im Unterschied zu 1 ist beim Spindelmotor 100 nach 4 die Welle als Hohlwelle 22 ausgebildet. Durch das Zentrum der Hohlwelle 22 erstreckt sich ein durchgehender Stift 23, dessen Außendurchmesser deutlich geringer ist als der Innendurchmesser der Hohlwelle 22, so dass der Stift 23 die Innenwand der Welle 22 nicht berührt. Der Motor als Teil des Speicherplattenlaufwerks ist in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet, wobei in 4 lediglich ein oberes und ein unteres Gehäuseteil 24, 25 dargestellt ist.
Der durchgehende Stift 23 ist an den beiden gegenüberliegenden Gehäuseteilen 24, 25 befestigt, wodurch das Gehäuse wesentlich versteift wird und ein Durchbiegen der Gehäuseabdeckungen 24, 25, beispielsweise aufgrund von äußeren Druck- oder Stoßbelastungen, vermieden wird.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass außerhalb des Durchmessers der rotierenden Speicherplatte 17 mindestens ein (weiterer) durchgehender Stift 26 angeordnet ist, der ebenfalls an den gegenüberliegenden Seiten 24, 25 des Gehäuses befestigt ist, und eine Erhöhung der Gehäusefestigkeit bewirkt.
5 zeigt eine weitere gegenüber 1 abgewandelte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors 1 zum Antrieb mindestens einer Speicherplatte eines Festplattenlaufwerks, wobei hier auf die im Zusammenhang mit 1 gemachten Erläuterungen verwiesen wird. In den 1 und 5 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Im Unterschied zu 1 ist beim Spindelmotor 1 nach 5 das ringscheibenförmige Bauteil 5' relativ schmal ausgebildet und im Durchmesser größer als die beiden Lagerscheiben 3 und 4. Der überstehende, äußere Rand des Bauteils 5' ist zylinderförmig ausgebildet, wobei zwischen dem Innendurchmesser des Zylinders und dem Außendurchmesser der jeweiligen Lagerscheiben 3 und 4 ein axial verlaufender Spalt verbleibt, der mit dem Lagerspalt 6 verbunden ist.
Die Abdichtung der beiden Öffnungen des Lagerspalts 6 wird einerseits durch eine dynamische Dichtungswirkung erreicht, die durch die nach innen gerichtete Pumpwirkung der Oberflächenstrukturen 11, 11' der beiden Axiallager 9 und 10 erzeugt wird, wie es in Verbindung mit 1 beschrieben wurde.
Ferner umfassen die axialen Spalte Kapillardichtungen, die durch am Außendurchmesser der Lagerscheiben 3 und 4 eingeformte Vorratsvolumina 20, 21 in Form von konische Erweiterungen des Lagerspaltes 6 gebildet sind.
Die 6 und 7 zeigen eine Draufsicht auf zwei mögliche Ausgestaltungen des ringscheibenförmigen Bauteils 5'. die sich in der Form der Oberflächenstrukturen 11 bzw. 11' des Axiallagers 10 unterscheiden. Die Oberflächenstrukturen 11 in 6 sind beispielsweise spiralartig ausgebildet, während die Oberflächenstrukturen 11' in 7 aus kreisförmig angeordneten fischgrätenartigen (herringbone) Strukturen besteht.

1: Spindelmotor
2: Welle
3: Lagerscheibe (erste)
4: Lagerscheibe (zweite)
5, 5': Ringscheibenförmiges Bauteil
6: Lagerspalt
7: Radiallager
8: Oberflächenstrukturen
9: Axiallager
10: Axiallager
11, 11': Oberflächenstrukturen
12: Gehäuserahmen
13: Basisplatte
14: Hohlraum
15: Statorwicklungen
16: Permanentmagnete
17: Speicherplatte
18: Klammer
19: Schraube
20: Vorratsvolumen
21: Vorratsvolumen
22: Hohlwelle
23: Stift
24: Gehäuse (Oberseite)
25: Gehäuse (Unterseite)
26: Stift

Claims

Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem als Bestandteil eines Speicherplattenlaufwerks, welcher umfasst: einen Rotor mit einer zylindrischen Welle (2), einer an einem Ende der Welle (2) angeordneten ersten Lagerscheibe (3) und einer zweiten Lagerscheibe (4), die in einem Abstand zur ersten Lagerscheibe an der Welle (2) angeordnet ist, derart, dass sich ein ringscheibenförmiger Freiraum zwischen den beiden Lagerscheiben (3; 4) ausbildet; einen Stator mit einem ringscheibenförmigen Bauteil (5; 5'), das in dem durch den Rotor gebildeten ringscheibenförmigen Freiraum angeordnet ist, wobei jeweils einander gegenüberliegende Lagerflächen des Stators und des Rotors durch einen mit einem fluiden Medium gefüllten Lagerspalt (6) voneinander getrennt sind; mindestens ein Radiallager (7), gebildet zwischen dem Außenumfang der Weile (2) und dem Innenumfang des ringscheibenförmigen Bauteils (5); und zwei Axiallager (9, 10), gebildet durch die beiden Stirnflächen des ringscheibenförmigen Bauteils (5; 5') und die jeweils gegenüberliegenden Stirnflächen der Lagerscheiben (3; 4); und eine elektromagnetische Antriebseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerspalt (6) beidseitig offen ist, dass die erste Lagerscheibe (3) als Träger für eine Speicherplatte (17) des Speicherplattenlaufwerks ausgebildet ist, dass die zweite Lagerscheibe (4) an ihrem Außenumfang Permanentmagnete (16) als Teil der elektromagnetischen Antriebseinheit trägt, und dass das ringscheibenförmige Bauteil (5; 5') in einer Öffnung eines Gehäuserahmens (12) angeordnet ist, und in einem ringförmigen Hohlraum des Gehäuserahmens (12) Statorwicklungen (15) auf entsprechenden Statorblechpaketen als Teil der elektromagnetischen Antriebseinheit angeordnet sind, wobei die Statorwicklungen (15) die an der zweiten Lagerscheibe (4) angeordneten Permanentmagnete (16) umgeben und diesen gegenüberliegen.
Spindelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (7) durch auf der Welle (2) und/oder dem ringscheibenförmigen Bauteil (5) aufgebrachte Oberflächenstrukturen (8) definiert ist, die eine in das Zentrum des Radiallagers gerichtete Pumpwirkung auf das fluide Medium erzeugen.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Axiallager (9; 10) durch auf dem ringscheibenförmigen Bauteil (5; 5') und/oder der Lagerscheiben (3; 4) aufgebrachte Oberflächenstrukturen (11, 11') definiert ist, die eine überwiegend radial nach innen in Richtung des Radiallagers (7) gerichtete Pumpwirkung auf das fluide Medium erzeugen.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpwirkungen der beiden Axiallager (9; 10) einander entgegengesetzt gerichtet sind.
Spindelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherplatte mittels einer Klammer (18) an der ersten Lagerscheibe (3) befestigt ist.
Spindelmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klammer mittels einer Schraube (19) in einer zentralen Bohrung der Welle (2) befestigt ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuserahmen (12) zwischen den Statorwicklungen (15) und der Speicherplatte (17) angeordnet ist und eine magnetische Abschirmung bildet.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtungsmittel vorgesehenen sind, die durch Oberflächenstrukturen gebildet sind, die an den offenen Enden des Lagerspalts (6) an dem ringscheibenförmigen Bauteil (5; 5'), und/oder der ersten Lagerscheibe (3) und/oder der zweiten Lagerscheibe (4) angeordnet und derart ausgestaltet sind, dass sie auf das fluide Medium eine in das Innere des fluiddynamischen Lagersystems gerichtete Pumpwirkung erzeugen und dadurch eine dynamische Abdichtung der offenen Endes des Lagerspalts (6) bewirken.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmittel durch die Oberflächenstrukturen (11, 11') der Axiallager (9; 10) gebildet sind.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmittel durch von den Oberflächenstrukturen (11, 11') der Axiallager separate Oberflächenstrukturen gebildet sind, die eine Pumpwirkung auf das fluide Medium in Richtung des Radiallagers (7) erzeugen.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den dem Lagerspalt (6) zugewandten Stirnflächen des ringscheibenförmigen Bauteils (5) oder der Lagerscheiben (3; 4), radial außerhalb der Oberflächenstrukturen (11, 11'), ringförmige Aussparungen (20, 21) vorgesehen sind, die zumindest teilweise mit dem fluiden Medium gefüllt sind, als Vorratsvolumina für das fluide Medium dienen und den Lagerspalt (6) nach außen begrenzen.
Spindelmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in den Lagerscheiben (3; 4) und/oder dem ringscheibenförmigen Bauteil (5; 5') eine konische Aussparung eingeformt ist, die sich radial nach außen hin erweitert und an den Lagerspalt (6) anschließt.
Spindelmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle als Hohlwelle (22) ausgebildet ist, und im Zentrum der Hohlwelle (22) ein durchgehender Stift (23) angeordnet ist, der an gegenüberliegenden Seiten eines den Spindelmotor (100) aufnehmenden Gehäuses (24, 25) befestigt ist.
Spindelmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, das außerhalb des Durchmessers der rotierenden Speicherplatte (17) mindestens ein durchgehender Stift (26) angeordnet ist, der an gegenüberliegenden Seiten eines den Spindelmotor (100) aufnehmenden Gehäuses (24, 25) befestigt ist.