DE102012020866A1

DE102012020866A1 - Spindle motor used for driving hard disk drive, has electromagnetic drive system which is provided for driving rotor component, and shaft is directly connected to stationary bearing element and to base plate

Info

Publication number: DE102012020866A1
Application number: DE102012020866A
Authority: DE
Inventors: Martin Engesser
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2013-05-02

Abstract

The spindle motor has an upper fluid dynamic radial bearing (22) and a lower fluid dynamic radial bearing (24) which are located between oppositely and axially extending bearing surfaces of the shaft (12), and rotor component (14). A fluid dynamic axial bearing (26) is provided between the opposite lying radially extending bearing surfaces of the rotor component, and the stationary bearing element (16). An electromagnetic drive system (40) is provided for driving the rotor component. The shaft is directly connected to the stationary bearing element and to the base plate (10).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lager, insbesondere mit einem sogenannten TCA-Lager (Top Cover Attached). Diese Art von Lager umfasst eine feststehende Welle, die an ihrem oberen freien Ende mit dem Motorengehäuse verbunden ist. Es ist mindestens ein fluiddynamisches Axiallager vorhanden. Falls nur ein einziges fluiddynamisches Axiallager verwendet wird, ist dieses vorzugsweise mittels eines magnetischen Axiallagers vorgespannt.The invention relates to a spindle motor with a fluid dynamic bearing, in particular with a so-called TCA bearing (Top Cover Attached). This type of bearing comprises a fixed shaft which is connected at its upper free end to the motor housing. There is at least one fluid dynamic thrust bearing. If only a single fluid dynamic thrust bearing is used, this is preferably biased by means of a magnetic thrust bearing.

Stand der TechnikState of the art

Spindelmotoren zum Antrieb von Festplattenlaufwerken umfassen heutzutage ausschließlich fluiddynamische Lagersysteme, die in vielfältigen Bauformen bekannt sind.Spindle motors for driving hard disk drives nowadays comprise exclusively fluid-dynamic bearing systems, which are known in a variety of designs.

Es gibt Bauformen mit einer rotierenden Welle, die in einer Lagerbuchse drehbar gelagert ist, sowie Bauformen mit einer feststehenden Welle, bei der die Lagerbuchse um die Welle rotiert.There are designs with a rotating shaft, which is rotatably mounted in a bearing bush, as well as designs with a fixed shaft, in which the bearing bush rotates about the shaft.

Bei den Bauformen mit feststehender Welle werden entweder konische Lagerbauformen oder die TCA-Lagerbauformen eingesetzt.With fixed shaft designs, either conical bearing types or TCA bearing types are used.

Konische Lager sowie auch TCA-Lager zeichnen sich durch eine hohe Lagersteifigkeit aus, da sie eine feststehende Welle umfassen, die beidseitig mit einer Basisplatte oder einem Motorgehäuse verbunden ist. Diese Lagersysteme werden daher insbesondere für Festplattenlaufwerke hoher Zuverlässigkeit, wie z. B. Server-Festplattenlaufwerke, eingesetzt.Conical bearings as well as TCA bearings are characterized by a high bearing stiffness, since they comprise a fixed shaft, which is connected on both sides with a base plate or a motor housing. These storage systems are therefore particularly for hard disk drives high reliability, such as. As server hard disk drives used.

Bei den konischen Lagern ist ein Ende der Welle unmittelbar in eine Bohrung der Basisplatte eingepresst.In the conical bearings one end of the shaft is pressed directly into a bore of the base plate.

Bei den TCA-Lagern ist die Welle dagegen in einem feststehenden Lagerbauteil gehalten, das wiederum in einer Öffnung der Basisplatte befestigt, vorzugsweise eingeklebt, wird.In contrast, in the case of the TCA bearings, the shaft is held in a fixed bearing component, which in turn is fastened, preferably glued, in an opening in the base plate.

2 zeigt einen Spindelmotor mit einem STTCA-Lager (Single Thrust TCA), wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 110, mit einer zentralen Öffnung, in welche ein erstes feststehendes Lagerbauteil 116 eingeklebt bzw. eingepresst ist. Das feststehende Lagerbauteil 116 weist wiederum eine zentrale Bohrung auf, in welche eine Welle 112 eingepresst ist. 2 shows a spindle motor with a STTCA (Single Thrust TCA) bearing, as it is known from the prior art. The spindle motor comprises a base plate 110 , with a central opening into which a first fixed bearing component 116 glued or pressed. The fixed bearing component 116 in turn has a central bore into which a shaft 112 is pressed.

Die feststehende Welle 112 ist von einem Rotorbauteil 114 umgeben, wobei zwischen dem Außenumfang der Welle 112 und dem Innenumfang des Rotorbauteils 114 ein Lagerspalt 120 von einigen Mikrometern Breite verbleibt. Der Lagerspalt ist mit einem geeigneten Lagerfluid gefüllt.The fixed shaft 112 is from a rotor component 114 surrounded, being between the outer circumference of the shaft 112 and the inner circumference of the rotor component 114 a bearing gap 120 of a few microns width remains. The bearing gap is filled with a suitable bearing fluid.

Entlang eines axialen Abschnitts des Lagerspaltes 120 sind zwei fluiddynamische Radiallager 122, 124 angeordnet, welche durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet sind. Der Lagerspalt 120 setzt sich zwischen einer Stirnfläche des Rotorbauteils 114 und einer entsprechend gegenüberliegenden Fläche des ersten feststehenden Lagerbauteils 116 in radialer Richtung fort, wobei zwischen diesen beiden Teilen ein fluiddynamisches Axiallager 126 gebildet ist.Along an axial portion of the bearing gap 120 are two fluid dynamic radial bearings 122 . 124 arranged, which are characterized by bearing groove structures. The bearing gap 120 sits between an end face of the rotor component 114 and a corresponding opposite surface of the first stationary bearing component 116 in the radial direction, between these two parts a fluid dynamic thrust bearing 126 is formed.

Der Lagerspalt 120 ist beidseitig offen und wird in bekannter Weise durch entsprechende konische Kapillar-Dichtungsspalte 132 und 134 abgedichtet.The bearing gap 120 is open on both sides and is in a known manner by appropriate conical capillary sealing gaps 132 and 134 sealed.

Ein zweites feststehendes Lagerbauteil 118 ist an einem freien Ende der Welle befestigt oder mit diesem einteilig ausgebildet und bildet, angeordnet zwischen dem Dichtungsspalt 134 und dem Lagerspalt 120, eine fluiddynamische Pumpdichtung 136 aus, die durch Pumprillenlagerstrukturen gekennzeichnet ist. An diesem Ende des Lagers ist der Dichtungsspalt 134 durch eine Abdeckung 130 abgedeckt.A second fixed bearing component 118 is attached to a free end of the shaft or formed integrally therewith and forms, disposed between the sealing gap 134 and the bearing gap 120 , a fluid dynamic pump seal 136 which is characterized by pump blade bearing structures. At this end of the bearing is the sealing gap 134 through a cover 130 covered.

Ein Rezirkulationskanal 128 verbindet die beiden entgegen gesetzten Enden des Lagerspalts 120 und ermöglicht eine Zirkulation des Lagerfluids sowie einen Druckausgleich im Lager.A recirculation channel 128 connects the two opposite ends of the storage gap 120 and allows circulation of the bearing fluid as well as pressure equalization in the bearing.

Das Rotorbauteil, das zweiteilig aus einer inneren Lagerbuchse und einer äußeren Nabe bestehen oder alternativ einteilig ausgebildet sein kann, wird angetrieben durch ein elektromagnetisches Antriebssystem, bestehend aus einem Rotormagneten 142, der an der Nabe angeordnet ist und einer Statoranordnung 140, welche an der feststehenden Basisplatte 110 angeordnet ist.The rotor component, which may comprise two parts of an inner bearing bush and an outer hub or alternatively may be formed in one piece, is driven by an electromagnetic drive system consisting of a rotor magnet 142 which is disposed on the hub and a stator assembly 140 , which on the fixed base plate 110 is arranged.

Ein ferromagnetischer Ring 138, der axial gegenüber dem Rotormagneten positioniert ist, erzeugt eine magnetische Anziehungskraft, die der Lagerkraft des einzigen Axiallagers 126 entgegen wirkt und für eine axiale Vorspannung des Lagersystems sorgt.A ferromagnetic ring 138 , which is positioned axially relative to the rotor magnet, generates a magnetic attraction, the bearing force of the single thrust bearing 126 counteracts and provides for an axial preload of the storage system.

Bei diesem Lager ist die Welle in das erste feststehende Lagerbauteil 116 eingepresst, welches wiederum vorzugsweise in eine Öffnung der Basisplatte 110 eingeklebt bzw. eingepresst ist.In this bearing, the shaft is in the first stationary bearing component 116 pressed, which in turn preferably in an opening of the base plate 110 glued or pressed.

3 zeigt ein so genanntes konisches Lager, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. 3 shows a so-called conical bearing, as is known in the prior art.

Das Lager umfasst eine Basisplatte 210, in welcher eine Welle 212 in eine dafür vorgesehene Bohrung eingepresst ist. In einem gegenseitigen Abstand sind auf der Welle 212 zwei Lagerbauteile 216, 218 angeordnet, die konische Lagerflächen aufweisen. The bearing comprises a base plate 210 in which a wave 212 is pressed into a hole provided for this purpose. At a mutual distance are on the shaft 212 two bearing components 216 . 218 arranged, which have conical bearing surfaces.

Diesen Lagerbauteilen 216, 218 sind zwei Lagerkonusse 217, 219 zugeordnet, die entsprechende konische Lagerflächen aufweisen. Zwischen den Lagerflächen der Lagerbauteile 216, 218 und den Lagerkonussen 217, 219 sind Lagerspalte 220a, 220b ausgebildet, die mit einem Lagerfluid gefüllt sind. Die beiden Lagerspalte 220a, 220b sind nicht miteinander verbunden und jeweils an beiden Enden offen und durch konische Kapillar-Dichtungsspalte 232a, 232b sowie 234a, 234b abgedichtet. Das konische Lager umfasst somit zwei separate Lagereinheiten 222 und 224, die zusammen in einem Rotorbauteil 214 gehalten sind.These bearing components 216 . 218 are two storage cones 217 . 219 assigned, which have corresponding conical bearing surfaces. Between the bearing surfaces of the bearing components 216 . 218 and the storage concessions 217 . 219 are warehouse columns 220a . 220b formed, which are filled with a bearing fluid. The two storage columns 220a . 220b are not interconnected and open at both ends and by conical capillary sealing gaps 232a . 232b such as 234a . 234b sealed. The conical bearing thus comprises two separate storage units 222 and 224 working together in a rotor component 214 are held.

In jedem Lagerbauteil 216 und 218 sind Rezirkulationskanäle 228a, 228b vorgesehen.In every bearing component 216 and 218 are recirculation channels 228a . 228b intended.

Die Lagereinheiten 222 und 224 sind nach außen durch Abdeckungen 230a, 230b abgedeckt.The storage units 222 and 224 are outward through covers 230a . 230b covered.

Im Inneren des Lagers können die Lagerspalte 220a, 220b zusätzlich durch Pumpdichtungen 236a, 236b abgedichtet sein, welche das Lagerfluid nach innen in den Lagerspalt 220a, 220b pumpen.Inside the warehouse, the bearing gaps 220a . 220b additionally by pump seals 236a . 236b be sealed, which the bearing fluid inside in the bearing gap 220a . 220b pump.

Das bewegliche Lagerbauteil bestehend aus dem Rotorbauteil 214 und den Lagerkonussen 217 und 219 wird durch ein elektromagnetisches Antriebssystem in Rotation versetzt. Das Antriebssystem umfasst eine an der Basisplatte 210 angeordnete Statoranordnung 240, welche von einem an der Nabe oder am Rotorbauteil 214 angeordneten Rotormagneten 242 umgeben ist.The movable bearing component consisting of the rotor component 214 and the storage concessions 217 and 219 is set in rotation by an electromagnetic drive system. The drive system includes one on the base plate 210 arranged stator arrangement 240 that of one at the hub or on the rotor component 214 arranged rotor magnet 242 is surrounded.

Da konische Lager sehr kostspielig herzustellen sind, ist es ein Bedürfnis, diese konischen Lager durch ebenso stabile TCA-Lager zu ersetzen. Insbesondere ist angedacht, eine gemeinsame Basisplatte zu verwenden.Since conical bearings are very expensive to manufacture, it is a need to replace these conical bearings with equally stable TCA bearings. In particular, it is envisaged to use a common base plate.

Auf Grund der erforderlichen unterschiedlichen Innendurchmesser der Öffnungen der Basisplatte, entweder zur Aufnahme des ersten feststehenden Lagerbauteils beim TCA bzw. zur Aufnahme der Welle beim konischen Lager können jedoch entsprechende Lagerbauteile des TCA-Lagers bzw. konischen Lagers nicht gemeinsam verwendet werden.Due to the required different inner diameter of the openings of the base plate, either for receiving the first fixed bearing component in the TCA or for receiving the shaft at the conical bearing but corresponding bearing components of the TCA bearing or conical bearing can not be used together.

Auf Grund jedoch der unterschiedlichen Innendurchmesser der Basisplattenöffnung können die entsprechenden Lagervarianten nicht ohne größeren Aufwand mit derselben Basisplatte verwendet werden.Due to the different inner diameter of the base plate opening, however, the corresponding bearing variants can not be used with much effort on the same base plate.

Oft ist durch die Konstruktion des Stators ein Vergrößern der Öffnung in der Basisplatte limitiert, was somit einen größeren Aufnahmebereich für die Lagerbauteile verhindert oder zu sehr dünnen Wandstärken führt, die eine geforderte Lagerstabilität nicht gewährleisten.Often, an enlargement of the opening in the base plate is limited by the construction of the stator, which thus prevents a larger receiving area for the bearing components or leads to very thin wall thicknesses that do not guarantee a required storage stability.

Daher kann ein TCA-Lager das aufwändigere und teurere konische Lager nur mit großen Anpassungsarbeiten ersetzen.Therefore, a TCA bearing can only replace the more complex and expensive conical bearing with large adjustment work.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem anzugeben, in welchem ein TCA-Lager zusammen mit einer Basisplatte eines konischen Lagers betrieben wird, wodurch sich eine höhere Steifigkeit des Lagersystems ergibt.It is the object of the invention to provide a spindle motor with fluid dynamic bearing system in which a TCA bearing is operated together with a base plate of a conical bearing, resulting in a higher rigidity of the bearing system.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a spindle motor with the features of claim 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention and further advantageous features are indicated in the dependent claims.

Erfindungsgemäß umfasst das TCA-Lager eine verlängerte Welle und ein erstes feststehendes Lagerbauteil, wobei die Welle direkt mit dem ersten feststehenden Lagerbauteil und der Basisplatte verbunden ist. Das erste feststehende Lagerbauteil ist drehfest mit der Welle verbunden und hat vorzugsweise eine Querschnittsform ähnlich eines Blütenkelches. Dieses weist eine zentrische Bohrung zur Aufnahme der Welle auf und einen hohlzylindrischen Teil, welches das Rotorbauteil teilweise umfasst. Durch die über das erste feststehende Lagerbauteil bodenseitig axial herausragende Welle kann das TCA-Lager in eine für konische Lager vorgesehene Basisplatte eingepresst werden und somit ohne großen Mehraufwand als Lagervariante für entsprechende Festplattenanwendungen eingesetzt werden, in welchem bisher ein konisches Lager verbaut war. Durch die Verbindung der Welle mit der Basisplatte anstelle einer Verbindung des feststehenden Bauteils mit der Basisplatte wird die Struktur der Basisplatte weniger geschwächt, wodurch eine die Basisplatte eine bessere strukturelle Steifigkeit aufweist und infolge dessen während des Betriebes des Motors geringere Schwingungen und akustische Emissionen auftreten. Ferner ist es durch die Verbindung der Welle mit der Basisplatte möglich, einen Press-Sitz anstelle eines Klebesitzes vorzusehen, wodurch sich die Auspresskraft deutlich erhöht.According to the invention, the TCA bearing comprises an elongated shaft and a first stationary bearing component, wherein the shaft is directly connected to the first stationary bearing component and the base plate. The first stationary bearing component is rotatably connected to the shaft and preferably has a cross-sectional shape similar to a calyx. This has a central bore for receiving the shaft and a hollow cylindrical part which partially surrounds the rotor component. By means of the shaft projecting on the bottom side over the first stationary bearing component, the TCA bearing can be pressed into a base plate provided for conical bearings and thus used as a bearing variant for corresponding hard disk applications without much additional effort, in which a conical bearing had hitherto been installed. By connecting the shaft to the base plate instead of connecting the fixed member to the base plate, the structure of the base plate is less weakened, whereby the base plate has better structural rigidity and, as a result, lower vibration and acoustic emissions occur during operation of the engine. Furthermore, it is possible by the connection of the shaft to the base plate to provide a press fit instead of a glued seat, whereby the squeezing force increases significantly.

Die Welle kann eine Stufe aufweisen, an der das erste, feststehende Lagerbauteil anliegt. Das erleichtert die Positionierung und Montage des ersten feststehenden Lagerbauteils. Im Gegensatz zum reinen TCA-Lager kann das erste, feststehende Lagerbauteil in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung dünnwandiger und leichter ausgeführt werden, da die notwendigen Haltekräfte, die bei Schockbelastung des Lagers auftreten, nun von der Welle selbst aufgenommen werden.The shaft may have a step against which the first, fixed bearing component rests. This facilitates the positioning and assembly of the first fixed bearing component. In contrast to the pure TCA bearing, the first, fixed bearing component in the embodiment according to the invention can be made thin-walled and lighter, since the necessary holding forces which occur under shock loading of the bearing are now absorbed by the shaft itself.

Das erste, feststehende Lagerbauteil weist insbesondere eine an die Basisplatte angepasste Geometrie auf, um den verfügbaren Bauraum im Spindelmotor möglichst gut auszunutzen. Insbesondere kann das erste feststehende Lagerbauteil im Querschnitt kelchförmig ausgebildet sein, wobei dessen axiale sowie auch radiale Dicke im Bereich der Verbindung mit der Welle am größten ist. Die Basisplatte weist hierbei eine entsprechende kelchförmige Aussparung auf, in welcher das feststehende Lagerbauteil teilweise aufgenommen ist. Das feststehende Lagerbauteil ist vorzugsweise in einem Abstand zur Basisplatte an der Welle angeordnet.The first fixed bearing component has, in particular, a geometry adapted to the base plate in order to make the best possible use of the available space in the spindle motor. In particular, the first fixed bearing component may be formed in the form of a cup in cross section, wherein its axial and also radial thickness in the region of the connection with the shaft is greatest. The base plate in this case has a corresponding cup-shaped recess in which the fixed bearing component is partially received. The fixed bearing component is preferably arranged at a distance from the base plate on the shaft.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das erste, feststehende Lagerbauteil auch an der Basisplatte direkt anliegen. Dadurch wird bei einer Schockbelastung des Lagers die erforderliche Haltekraft über eine größere Fläche der Basisplatte verteilt.In a preferred embodiment of the invention, the first, fixed bearing component can also rest directly on the base plate. As a result, the required holding force is distributed over a larger area of the base plate at a shock load of the bearing.

Bei allen bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist angrenzend an einen radialen Abschnitt des Lagerspalts im Bereich des ersten Axiallagers ein anteilig mit Lagerfluid gefüllter erster Dichtungsspalt angeordnet. Dieser erste Dichtungsspalt ist durch eine äußere Umfangsfläche des Rotorbauteils beziehungsweise einer mit dem Rotorbauteil verbundenen Lagerbuchse und eine innere Umfangsfläche des ersten Lagerbauteils begrenzt.In all preferred embodiments of the invention, a proportionately filled with bearing fluid first sealing gap is disposed adjacent to a radial portion of the bearing gap in the region of the first thrust bearing. This first sealing gap is delimited by an outer circumferential surface of the rotor component or a bearing bush connected to the rotor component and an inner circumferential surface of the first bearing component.

Jenseits des ersten Dichtungsspalts ist vorzugsweise eine Labyrinthdichtung in Form eines Luftspalts vorgesehen. Die Labyrinthdichtung kann entweder durch schräg zur Drehachse verlaufende Oberflächen des ersten Lagerbauteils und einer mit dem Rotorbauteil verbundenen Nabe begrenzt sein, oder die Labyrinthdichtung wird durch eine äußere Umfangsfläche des Rotorbauteils beziehungsweise einer mit dem Rotorbauteil verbundenen Lagerbuchse und eine innere Umfangsfläche des ersten Lagerbauteils begrenzt. Es kann auch eine Kombination dieser beiden Ausgestaltungen der Labyrinthdichtung möglich sein. Die Labyrinthdichtung vermindert die Verdunstung des im Dichtungsspalt enthaltenden Lagerfluids und erhöht dadurch die Lebensdauer des Spindelmotors. Die Labyrinthdichtung verläuft idealerweise zumindest partiell in axialer Richtung und weist vorzugsweise einen möglichst geringen radialen Spalt auf.Beyond the first sealing gap, a labyrinth seal in the form of an air gap is preferably provided. The labyrinth seal may be delimited either by surfaces of the first bearing component running obliquely to the axis of rotation and by a hub connected to the rotor component, or the labyrinth seal is bounded by an outer peripheral surface of the rotor component or a bearing bush connected to the rotor component and an inner circumferential surface of the first bearing component. It may also be possible to combine these two embodiments of the labyrinth seal. The labyrinth seal reduces the evaporation of the bearing fluid contained in the seal gap and thereby increases the life of the spindle motor. The labyrinth seal ideally runs at least partially in the axial direction and preferably has the smallest possible radial gap.

Durch die erfindungsgemäße Bauart des Spindelmotors wird der Lagerabstand, d. h. der Abstand zwischen den beiden fluiddynamischen Radiallagern im Vergleich zum konischen Lager etwas geringer, aber ansonsten sind die Lagereigenschaften vergleichbar mit einem konischen Lager, insbesondere was die Laufruhe und Steifigkeit des Lagers betrifft.The inventive design of the spindle motor, the bearing distance, d. H. the distance between the two fluid dynamic radial bearings compared to the conical bearing slightly lower, but otherwise the bearing properties are comparable to a conical bearing, in particular as regards the smoothness and rigidity of the bearing.

Ferner weist ein solches Lager einen geringeren Strombedarf als ein konisches Lager und eine ebenso große Robustheit auf.Furthermore, such a bearing has a lower power consumption than a conical bearing and an equally great robustness.

Eine mögliche Direktmontage des Lagersystems in das Gehäuse eines Festplattenlaufwerkes über die in die Basisplatte eingepresste Welle bietet wesentliche Prozessvorteile gegenüber der Montage des Lagerbauteils in der Basisplatte, die nun ohne nachteilige Klebeverbindungen auskommt.A possible direct mounting of the storage system in the housing of a hard disk drive on the pressed-in in the base plate shaft offers significant process advantages over the mounting of the bearing component in the base plate, which now manages without adverse adhesive joints.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind das erste feststehende Lagerbauteil und die Basisplatte mittels einer Pressverbindung mit der Welle verbunden. Erfindungsgemäß ist die Welle besonders lang ausgebildet, wobei sie das feststehende Lagerbauteil vollständig durchdringt und an ebendiesem Ende in die Basisplatte eingepresst ist.In a preferred embodiment of the invention, the first fixed bearing component and the base plate are connected by means of a press connection with the shaft. According to the invention, the shaft is designed to be particularly long, wherein it completely penetrates the stationary bearing component and is pressed into the base plate at the same end.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht das Rotorbauteil entweder aus einem einteiligen Bauteil mit integrierter Lagerbuchse oder aus zwei Bauteilen mit einer radial innen liegenden Lagerbuchse und einer mit der Lagerbuchse verbundenen, diese radial außen umfassenden Nabe.In a further embodiment of the invention, the rotor component consists either of a one-piece component with integrated bearing bush or of two components with a radially inner bearing bush and a bearing bush connected to this radially outwardly comprehensive hub.

An einem anderen Ende der Welle ist erfindungsgemäß ein zweites, feststehendes Lagerbauteil angeordnet, das vorzugsweise einteilig mit der Welle ausgebildet ist.At another end of the shaft, a second, fixed bearing component is arranged according to the invention, which is preferably formed integrally with the shaft.

Das zweite Lagerbauteil kann aber auch als separates Bauteil an der Welle befestigt sein, beispielsweise durch eine Press-, Klebe- oder Schweiß-Verbindung oder eine Kombination derartiger Verbindungen. Das zweite Lagerbauteil dient zur Abdichtung des Lagerspalts und als Stopperelement zur Begrenzung des axialen Spiels des Lagersystems. Ferner ist zwischen dem Außenumfang des zweiten Lagerbauteils und dem gegenüber liegenden Innenumfang der Lagerbuchse Pumpdichtung vorgesehen, welche das Lagerfluid in Richtung des Lagerinneren pumpt.However, the second bearing component can also be fastened to the shaft as a separate component, for example by means of a press, adhesive or welding connection or a combination of such connections. The second bearing component serves to seal the bearing gap and as a stopper element for limiting the axial play of the bearing system. Furthermore, pumping seal is provided between the outer circumference of the second bearing component and the opposite inner circumference of the bearing bush, which pumps the bearing fluid in the direction of the bearing interior.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und einer Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.The invention will be explained in more detail by means of preferred embodiments and a reference to the drawings. This results in further features and advantages of the invention.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:Brief description of the drawings:

1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Spindelmotor. 1 shows a section through a spindle motor according to the invention.

2 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem STTCA-Lager gemäß dem Stand der Technik. 2 shows a section through a spindle motor with a STTCA bearing according to the prior art.

3 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem konischen Lager gemäß dem Stand der Technik. 3 shows a section through a spindle motor with a conical bearing according to the prior art.

4 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors. 4 shows a section through a second embodiment of a spindle motor according to the invention.

Die Spindelmotoren, wie sie in den 2 und 3 dargestellt sind, wurden bereits im einleitenden Teil der Beschreibung näher beschrieben. 2 zeigt einen Spindelmotor mit STTCA-Lager und 3 einen Spindelmotor mit konischem Lager.The spindle motors, as in the 2 and 3 have been described in detail in the introductory part of the description. 2 shows a spindle motor with STTCA bearings and 3 a spindle motor with conical bearing.

Erfindungsgemäß soll nun das konische Lager eines Spindelmotors mit möglichst geringem Aufwand durch ein TCA-Lager ersetzt werden.According to the invention, the conical bearing of a spindle motor is now to be replaced with the least possible effort by a TCA bearing.

1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischer Lageranordnung. 1 shows a section through an inventive embodiment of a spindle motor with fluid dynamic bearing assembly.

Der Aufbau des fluiddynamischen Lagers entspricht im wesentlichen dem eines STTCA-Lagers gemäß der 2.The structure of the fluid dynamic bearing essentially corresponds to that of a STTCA bearing according to the 2 ,

Das Lagersystem umfasst eine Welle 12, an welcher ein erstes feststehendes Lagerbauteil 16 und ein in einem Abstand davon angeordnetes zweites feststehendes Lagerbauteil 18 angeordnet sind. Diese Bauteile bilden das feststehende Bauteil des Lagersystems.The storage system includes a shaft 12 to which a first fixed bearing component 16 and a second fixed bearing member disposed at a distance therefrom 18 are arranged. These components form the fixed component of the storage system.

Im Zwischenraum zwischen der feststehenden Welle 12 und den beiden Lagerbauteilen 16 und 18 ist ein Rotorbauteil 14 um eine Rotationsachse 44 drehbar gelagert. Das Rotorbauteil bildet zusammen mit einer Nabe 15 den Rotor des Spindelmotors.In the space between the fixed shaft 12 and the two bearing components 16 and 18 is a rotor component 14 around a rotation axis 44 rotatably mounted. The rotor component forms together with a hub 15 the rotor of the spindle motor.

Die Oberflächen der feststehenden Bauteile 12, 16 und 18 und die entsprechend zugewandten Oberflächen des Rotorbauteils 14 sind durch einen Lagerspalt 20 voneinander getrennt, der nur wenige Mikrometer breit und mit einem Lagerfluid gefüllt ist.The surfaces of the stationary components 12 . 16 and 18 and the corresponding facing surfaces of the rotor component 14 are through a bearing gap 20 separated from each other, which is only a few microns wide and filled with a bearing fluid.

Entlang eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspaltes 20 sind in einem Abstand voneinander zwei fluiddynamische Radiallager 22, 24 angeordnet. Die Radiallager 22, 24 sind durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die auf der Innenwand der Lagerbohrung des Rotorbauteils bzw. dem Außenumfang der Welle 12 angeordnet sind. Durch diese Lagerrillenstrukturen wird bei Drehung des Lagers ein hydrodynamischer Druck im Lagerspalt erzeugt, der die Lager tragfähig macht. Die Lagerrillenstrukturen können beispielsweise sinusförmige oder fischgrätenförmig sein und symmetrisch oder unsymmetrisch im Bezug auf die Umfangslinie im Apex der Lagerflächen ausgebildet sein.Along an axially extending portion of the bearing gap 20 are at a distance from each other two fluid dynamic radial bearings 22 . 24 arranged. The radial bearings 22 . 24 are characterized by bearing groove structures, which on the inner wall of the bearing bore of the rotor component or the outer circumference of the shaft 12 are arranged. As a result of these bearing groove structures, upon rotation of the bearing, a hydrodynamic pressure is generated in the bearing gap, which makes the bearings load-bearing. The bearing groove structures may, for example, be sinusoidal or herringbone and be formed symmetrically or asymmetrically with respect to the circumferential line in the apex of the bearing surfaces.

Unterhalb des unteren Radiallagers 24 geht der Lagerspalt 20 in einen radialen Abschnitt über, der durch eine Stirnfläche des Rotorbauteils 14 und eine gegenüber liegende Fläche des Lagerbauteils 16 begrenzt ist.Below the lower radial bearing 24 the storage gap goes 20 in a radial section through which an end face of the rotor component 14 and an opposing surface of the bearing component 16 is limited.

Entlang dieses radialen Abschnitts des Lagerspaltes 20 ist ein fluiddynamisches Axiallager 26 angeordnet, das ebenfalls durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet ist, die auf den Rotorbauteil 14 bzw. dem Lagerbauteil 16 angeordnet sind.Along this radial section of the bearing gap 20 is a fluid dynamic thrust bearing 26 arranged, which is also characterized by bearing groove structures, which on the rotor component 14 or the bearing component 16 are arranged.

Die Axiallagerrillen sind beispielsweise spiralrillenförmig ausgebildet und derart angeordnet, dass diese das im Lagerspalt 20 befindliche Lagerfluid radial nach innen in Richtung des Radiallagers 24 pumpen.The thrust bearing grooves are formed, for example, spiral-shaped and arranged such that they are in the bearing gap 20 located bearing fluid radially inward toward the radial bearing 24 pump.

An diesem Ende ist der Lagerspalt 20 durch einen ersten konischen Kapillar-Dichtungsspalt 32 abgedichtet. Der Dichtungsspalt 32 ist durch eine innere Umfangsfläche des feststehenden Lagerbauteils 16 und eine äußere Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 begrenzt und anteilig mit Lagerfluid gefüllt. Die innere Umfangsfläche des feststehenden Lagerbauteils 16 und eine äußere Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 sind dabei beide im axialen Verlauf in Richtung zum Lageräußeren zumindest partiell radial nach innen geneigt, wobei die äußere Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 gemessen zur Drehachse einen größeren Neigungswinkel aufweist, wodurch sich im axialen Verlauf zum Lageräßeren ein sich konisch öffnender kapillarer Dichtungsspalt ausbildet. Jenseits des ersten Dichtungsspalts 32 ist eine Labyrinthdichtung 48 in Form eines schmalen Luftspalts vorgesehen. Die Labyrinthdichtung 48 wird gebildet durch eine zur Drehachse 44 schräg verlaufende Oberfläche des ersten Lagerbauteils 16 und eine gegenüberliegende und schräg verlaufende Oberfläche der mit dem Rotorbauteil 14 verbundenen Nabe 15. Die Labyrinthdichtung 48 erschwert ein Austreten von verdampftem Lagerfluid aus dem Lagerspalt 32 und erhöht somit die Lebensdauer des Spindelmotors.At this end is the bearing gap 20 through a first conical capillary sealing gap 32 sealed. The sealing gap 32 is through an inner peripheral surface of the fixed bearing component 16 and an outer peripheral surface of the rotor member 14 limited and proportionately filled with bearing fluid. The inner peripheral surface of the fixed bearing component 16 and an outer peripheral surface of the rotor member 14 are both in the axial direction in the direction of the bearing outer at least partially inclined radially inwardly, wherein the outer peripheral surface of the rotor member 14 measured to the axis of rotation has a greater inclination angle, whereby in the axial course to Lageräßeren a conically opening capillary sealing gap is formed. Beyond the first sealing gap 32 is a labyrinth seal 48 provided in the form of a narrow air gap. The labyrinth seal 48 is formed by a to the axis of rotation 44 inclined surface of the first bearing component 16 and an opposite and inclined surface of the rotor component 14 connected hub 15 , The labyrinth seal 48 makes leakage of vaporized bearing fluid from the bearing gap difficult 32 and thus increases the life of the spindle motor.

Am gegenüber liegenden Ende ist ein zweiter Dichtungsspalt 34 angeordnet, der durch eine äußere Umfangsfläche des zweiten Lagerbauteils 18 sowie eine innere Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 begrenzt ist.At the opposite end is a second sealing gap 34 disposed through an outer peripheral surface of the second bearing member 18 and an inner peripheral surface of the rotor member 14 is limited.

Die beiden Dichtungsbereiche 32, 34 verlaufen in etwa parallel zur Rotationsdrehachse 44 und sind je nach Betriebszustand des Lager mehr oder weniger mit Lagerfluid gefüllt.The two sealing areas 32 . 34 run approximately parallel to the rotational axis of rotation 44 and Depending on the operating condition of the bearing more or less filled with bearing fluid.

Ein Rezirkulationskanal 28 verbindet voneinander entfernte Abschnitte des Lagerspaltes 20 direkt miteinander, so dass das Lagerfluid durch den gesamten Lagerspalt 20 hindurch zirkulieren und durch den Rezirkulationskanal 28 wieder zurück fließen kann und wodurch sich ferner ein Druckausgleich der mit dem Rezirkulationskanal verbundenen Lagerstellen einstellt.A recirculation channel 28 connects mutually remote sections of the bearing gap 20 directly with each other, so that the bearing fluid through the entire bearing gap 20 circulate through and through the recirculation channel 28 can flow back again and which also adjusts a pressure equalization of the bearing points connected to the recirculation channel.

Oberhalb des zweiten Lagerbauteils 18 ist der Lagerspalt bzw. der Dichtungsspalt 34 durch eine Abdeckung 30 verschlossen, die ein Eindringen von Schmutz bzw. ein Austreten von Lagerfluid aus dem Dichtungsbereich verhindern soll.Above the second bearing component 18 is the bearing gap or the sealing gap 34 through a cover 30 sealed, which is to prevent ingress of dirt or leakage of bearing fluid from the sealing area.

Axial unterhalb des oberen Dichtungsspalts 34 kann ferner eine dynamische Pumpdichtung 36 vorgesehen sein, welche das im Dichtungsspalt 20 befindliche Lagerfluid nach unten in Richtung des ersten Radiallagers 22 fördert, sobald das Lagersystem in Drehung versetzt wird.Axially below the upper sealing gap 34 may also be a dynamic pumping seal 36 be provided, which in the sealing gap 20 bearing fluid down in the direction of the first radial bearing 22 promotes as soon as the storage system is rotated.

Die Rillenstrukturen der Radiallager 22, 24, der Axiallager 26, 46 und der dynamischen Pumpdichtung 36 sind vorzugsweise alle auf den entsprechenden Oberflächen des Rotorbauteils 14 angeordnet. Dadurch wird die Herstellung der anderen Lagerbauteile vereinfacht.The groove structures of the radial bearings 22 . 24 , the thrust bearing 26 . 46 and the dynamic pump seal 36 are preferably all on the respective surfaces of the rotor component 14 arranged. This simplifies the manufacture of the other bearing components.

Ein Antrieb des Rotorbauteils 14 erfolgt durch ein elektromagnetisches Antriebssystem, das eine elektrische Statoranordnung 40 umfasst, die fest an der Basisplatte 10 angeordnet ist. Ein Rotormagnet 42 ist radial gegenüberliegend der Statoranordnung an der Nabe 15 des Rotors befestigt.A drive of the rotor component 14 is performed by an electromagnetic drive system, which is an electric stator assembly 40 Includes, fixed to the base plate 10 is arranged. A rotor magnet 42 is radially opposite the stator assembly on the hub 15 attached to the rotor.

Unterhalb des Rotormagneten 42 ist ein ferromagnetischer Ring 38 vorgesehen, der eine axiale magnetische Zugkraft auf den Rotormagneten 42 ausübt, die entgegengesetzt zur Lagerkraft des fluiddynamischen Axiallagers 26 gerichtet ist.Below the rotor magnet 42 is a ferromagnetic ring 38 provided that an axial magnetic tensile force on the rotor magnet 42 exerts, opposite to the bearing force of the fluid dynamic thrust bearing 26 is directed.

Dieser ferromagnetische Ring erzeugt dadurch eine magnetische Vorspannung für das einzige Axiallager 26.This ferromagnetic ring thereby generates a magnetic bias for the single thrust bearing 26 ,

Alternativ kann gegenüberliegend dem Axiallager 26 ein zweites Axiallager 46 angeordnet sein, welches in einem radialen Abschnitt des Lagerspaltes durch eine Lagerfläche des zweiten Lagerbauteils 18 und eine gegenüber liegende Lagerfläche des Rotorbauteils 14 gebildet ist. Wenn zwei fluiddynamische Axiallager 26, 46 vorgesehen sind, kann die magnetische Vorspannung durch den ferromagnetischen Ring 38 entfallen, da die beiden fluiddynamischen Axiallager sich gegenseitig stabilisieren.Alternatively, opposite the thrust bearing 26 a second thrust bearing 46 be arranged, which in a radial portion of the bearing gap by a bearing surface of the second bearing component 18 and an opposing bearing surface of the rotor component 14 is formed. If two fluid dynamic thrust bearings 26 . 46 are provided, the magnetic bias through the ferromagnetic ring 38 omitted because the two fluid dynamic thrust bearings stabilize each other.

Die Basisplatte 10 ist von einem herkömmlichen konischen Lager entnommen, wobei das TCA-Lagersystem erfindungsgemäß in dieser Basisplatte befestigt wird, indem die Welle 12 verlängert ist, die das erste feststehende Lagerbauteil 16 durchdringt und mit ihrem freien Ende in der Basisplatte 10 eingepresst ist. Die Basisplatte 10 hat eine Aussparung mit abgeflachten Rändern, in welche das im Querschnitt etwa kelchförmige erste feststehende Lagerbauteil 16 eingepasst ist, ohne dass es die Basisplatte 10 berührt.The base plate 10 is taken from a conventional conical bearing, the TCA bearing system according to the invention is mounted in this base plate by the shaft 12 extended, which is the first fixed bearing component 16 penetrates and with its free end in the base plate 10 is pressed. The base plate 10 has a recess with flattened edges, in which in cross-section approximately cup-shaped first fixed bearing component 16 is fitted without it being the base plate 10 touched.

Die Welle 12 geht durch das erste feststehende Lagerbauteil 16 hindurch, welches ebenfalls auf die Welle 12 aufgepresst ist.The wave 12 goes through the first fixed bearing component 16 which is also on the shaft 12 is pressed on.

Charakteristisch für dieses Lager ist, dass beide Bauteile, das erste Lagerbauteil 16 sowie die Basisplatte 10, gleichermaßen mittels einer Pressverbindung mit der Welle 12 verbunden sind und das erste feststehende Lagerbauteil 16 teilweise in einer kelchförmigen Aussparung der Basisplatte 10 zu liegen kommt.Characteristic of this bearing is that both components, the first bearing component 16 as well as the base plate 10 equally by means of a press connection with the shaft 12 are connected and the first fixed bearing component 16 partly in a cup-shaped recess of the base plate 10 to come to rest.

4 zeigt einen Schnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Spindelmotors mit einem fluiddynamischen Lager. Der Aufbau dieses Spindelmotors entspricht im wesentlichen dem Aufbau des Spindelmotors von 1. 4 shows a section through a second inventive embodiment of a spindle motor with a fluid dynamic bearing. The structure of this spindle motor essentially corresponds to the structure of the spindle motor of 1 ,

Der Spindelmotor umfasst eine feststehende Basisplatte 310, in welcher eine Welle 312 fest angeordnet ist. An der Welle sind zwei Lagerbauteile 316, 318 in einem Abstand voneinander fest angeordnet. Die beschriebenen Bauteile 310, 312, 316 und 318 bilden die feststehende Komponente des Spindelmotors.The spindle motor includes a fixed base plate 310 in which a wave 312 is fixed. On the shaft are two bearing components 316 . 318 fixed at a distance from each other. The described components 310 . 312 . 316 and 318 form the fixed component of the spindle motor.

Die drehbare Komponente des Spindelmotors wird gebildet durch ein als Lagerbuchse ausgebildetes Rotorbauteil 314, das in dem Zwischenraum zwischen den beiden feststehenden Lagerbauteilen 316, 318 angeordnet ist.The rotatable component of the spindle motor is formed by a rotor component designed as a bearing bush 314 that is in the space between the two fixed bearing components 316 . 318 is arranged.

Zwischen dem Rotorbauteil 314, der Welle 312 und den beiden Lagerbauteilen 316, 318 ist ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt 320 gebildet. Entlang eines axial verlaufenden Abschnitts dieses Lagerspaltes 320 sind zwei Radiallager 322 und 324 angeordnet. Zwischen beiden Radiallagern 322 und 324 befindet sich ein Separatorspalt mit gegenüber den Radiallagerspalten deutlich größerem radialem Spaltabstand. Entlang von radialen Abschnitten des Lagerspalts 320 sind zwei Axiallager 326 und 346 angeordnet.Between the rotor component 314 , the wave 312 and the two bearing components 316 . 318 is a bearing gap filled with a bearing fluid 320 educated. Along an axially extending portion of this bearing gap 320 are two radial bearings 322 and 324 arranged. Between both radial bearings 322 and 324 there is a Separatorspalt with respect to the radial bearing columns significantly larger radial gap distance. Along radial sections of the bearing gap 320 are two thrust bearings 326 and 346 arranged.

An dem Rotorbauteil 314 ist eine Nabe 315 befestigt, welche die Last des Spindelmotors, beispielsweise Speicherplatten eines Festplattenlaufwerkes, trägt.On the rotor component 314 is a hub 315 attached, which carries the load of the spindle motor, such as disks of a hard disk drive.

Der Lagerspalt 320 wird durch zwei Dichtungsspalte 332, 334 abgedichtet. Ein erster Dichtungsspalt 332 schließt sich an einen radialen Abschnitt des Lagerspalts 320 radial außerhalb des ersten Axiallagers 326 an und wird gebildet durch eine äußere Umfangsfläche des Rotorbauteils 314 und eine innere Umfangsfläche des feststehenden Lagerbauteils 316. An dem unteren Dichtungsspalt 332 schließt sich eine Labyrinthdichtung 348 in Form eines schmalen Luftspaltes an. Diese Labyrinthdichtung wirkt als Dampfsperre, welche verhindert, dass im Dichtungsspalt 332 verdampfendes Lagerfluid nach außen in den Motorraum gelangt. The bearing gap 320 is through two sealing gaps 332 . 334 sealed. A first sealing gap 332 connects to a radial section of the bearing gap 320 radially outside of the first thrust bearing 326 and is formed by an outer peripheral surface of the rotor member 314 and an inner peripheral surface of the fixed bearing member 316 , At the lower sealing gap 332 closes a labyrinth seal 348 in the form of a narrow air gap. This labyrinth seal acts as a vapor barrier, which prevents in the sealing gap 332 evaporating bearing fluid passes out into the engine compartment.

Ein zweiter Dichtungsspalt 334 schließt sich an einen radialen Abschnitt des Lagerspalts 320 radial außerhalb des oberen Axiallagers 346 an und wird im Unterschied zur 1 gebildet durch eine äußere Umfangsfläche des zweiten feststehenden Lagerbauteils 318 und eine innere Umfangsfläche der Nabe 315 anstelle des Rotorbauteils 314. Im Bereich des zweiten Dichtungsspaltes 334 kann in bekannter Weise eine dynamische Pumpdichtung 336 angeordnet sein, die durch Rillenstrukturen gekennzeichnet ist, die bei Rotation des Lagers eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid im Dichtungsspalt 334 ausüben, welche das Lagerfluid in Richtung des Lagerinneren pumpt.A second sealing gap 334 connects to a radial section of the bearing gap 320 radially outside the upper thrust bearing 346 and in contrast to 1 formed by an outer peripheral surface of the second fixed bearing member 318 and an inner circumferential surface of the hub 315 instead of the rotor component 314 , In the area of the second sealing gap 334 can in a known manner a dynamic pumping seal 336 be arranged, which is characterized by groove structures, which upon rotation of the bearing pumping action on the bearing fluid in the sealing gap 334 exercise, which pumps the bearing fluid in the direction of the bearing interior.

An dieser Seite des Lagers ist der obere Dichtungsspalt 334 durch eine Abdeckkappe 330 verschlossen. Im Unterschied zu 1 ist die Abdeckkappe 330 nicht an einem Rand des Rotorbauteils 314 sondern an einem Rand der Nabe 315 angeordnet.At this side of the bearing is the upper sealing gap 334 through a cap 330 locked. In contrast to 1 is the cap 330 not on an edge of the rotor component 314 but on one edge of the hub 315 arranged.

Bei dem in der 4 dargestellten Lager besteht das Rotorbauteil 314 aus rostfreiem Stahl und die Nabe 315 besteht aus Aluminium zur Halterung von Glasdisks eines Festplattenlaufwerks. Vorzugsweise befinden sich hierbei die Pumprillen der dynamischen Pumpdichtung 336 in der Oberfläche der Aluminium-Nabe 315. Zur Herstellung der Pump- und Lagerrillen des Axial- und Radiallagers wird das Rotorbauteil 314 bevorzugt zuerst innerhalb der Nabe 315 befestigt, bevor mittels elektrochemischer Maschinierung (ECM) die Radial- und Axiallagerrillen in das Rotorbauteil 314 sowie zugleich die Pumprillen der dynamischen Pumpdichtung in die Nabe 315 maschiniert werden.In the in the 4 bearing shown consists of the rotor component 314 made of stainless steel and the hub 315 consists of aluminum for holding glass disks of a hard disk drive. Preferably, here are the pumping grooves of the dynamic pumping seal 336 in the surface of the aluminum hub 315 , The rotor component is used to produce the pump and bearing grooves of the axial and radial bearings 314 preferred first within the hub 315 fixed before, by means of electrochemical machining (ECM), the radial and thrust bearing grooves in the rotor component 314 and at the same time the pumping grooves of the dynamic pump seal in the hub 315 be machined.

Das erste feststehende Lagerbauteil 316 ist im Querschnitt etwa kelchförmig ausgebildet, weist jedoch eckige Konturen auf. Das erste feststehende Lagerbauteil 316 liegt in einer etwa rechteckigen Aussparung der Basisplatte 310, berührt die Basisplatte 310 aus Toleranzgründen jedoch vorzugsweise nicht, sondern ist an der Welle 312 in einem bestimmten Abstand zur Basisplatte 310 angeordnet.The first fixed bearing component 316 is approximately cup-shaped in cross-section, but has angular contours. The first fixed bearing component 316 lies in an approximately rectangular recess of the base plate 310 , touches the base plate 310 For tolerance reasons, however, preferably not, but is on the shaft 312 at a certain distance to the base plate 310 arranged.

An der Basisplatte 310 ist eine Statoranordnung 340 vorgesehen, die zusammen mit einem permanentmagnetischen Rotormagnet 342 und einem entsprechenden Rückschluss-Joch 350 zum elektromagnetischen Antriebssystem gehört. Das Joch 350 ist zusammen mit dem Rotormagneten 342 an einem Innenumfang der Nabe 315 angeordnet und durch einen Luftspalt radial von der Statoranordnung 340 getrennt. Dargestellt ist ein Außenläufer-Motor, jedoch ist ebenso gut ein Innenläufer-Motor einsetzbar.At the base plate 310 is a stator assembly 340 provided, which together with a permanent magnetic rotor magnet 342 and a corresponding yoke yoke 350 belongs to the electromagnetic drive system. The yoke 350 is together with the rotor magnet 342 on an inner circumference of the hub 315 arranged and through an air gap radially from the stator assembly 340 separated. Shown is an external rotor motor, however, as well as an internal rotor motor can be used.

Ferner wird eine Fläche des oberen Dichtungsspaltes 334 durch die Nabe 315 gebildet, welche beispielsweise aus Aluminium, also einem relativ weichen Metall, besteht, während das Rotorbauteil 314 vorzugsweise aus Stahl besteht.Further, a surface of the upper sealing gap 334 through the hub 315 formed, which consists for example of aluminum, so a relatively soft metal, while the rotor component 314 preferably made of steel.

Beim Lagersystem gemäß 1 sind die Lagerrillenstrukturen bzw. Pumprillenstrukturen der dynamischen Pumpdichtung 336 an dem stählernen Rotorbauteil 314 angeordnet.In the storage system according to 1 are the bearing groove structures or pump groove structures of the dynamic pump seal 336 on the steel rotor component 314 arranged.

In der Ausgestaltung gemäß 4 befinden sich die Pumprillenstrukturen an der aus Aluminium bestehenden Nabe 315. Beim Zusammenbau des Lagers wird zunächst das Rotorbauteil 314 innerhalb der Nabe 315 befestigt, bevor beispielsweise mit elektrochemischer Abtragung die Lagerrillenstrukturen der Radiallager und Axiallagerrillen in das Rotorbauteil 314 und zugleich oder nacheinander die Rillenstrukturen der Pumpdichtung 336 in die Nabe 315 maschiniert werden.In the embodiment according to 4 The pump groove structures are located on the aluminum hub 315 , When assembling the bearing, first the rotor component 314 inside the hub 315 fastened before, for example, with electrochemical removal, the bearing groove structures of the radial bearings and thrust bearing grooves in the rotor component 314 and at the same time or successively the groove structures of the pumping seal 336 into the hub 315 be machined.

Im Rotorbauteil 314 ist ein schräg verlaufender Rezirkulationskanal 328 vorgesehen, welcher eine Zirkulation des Lagerfluids im Lager ermöglicht. Dieser Rezirkulationskanal 328 verbindet den radialen Außenbereich des oberen Axiallagers 346 mit dem radialen Außenbereich des unteren Axiallagers 326. Da das untere Axiallager 326 einen größeren Außendurchmesser aufweist als das obere Axiallager 346, verläuft der Rezirkulationskanal 328 leicht geneigt um einen Winkel von vorzugsweise zwischen 2 Grad und 15 Grad und besonders bevorzugt zwischen 3 Grad und 8 Grad.In the rotor component 314 is a sloping recirculation channel 328 provided, which allows a circulation of the bearing fluid in the camp. This recirculation channel 328 connects the radial outer area of the upper thrust bearing 346 with the radial outer region of the lower thrust bearing 326 , Because the lower thrust bearing 326 has a larger outer diameter than the upper thrust bearing 346 , the recirculation channel runs 328 slightly inclined by an angle of preferably between 2 degrees and 15 degrees, and more preferably between 3 degrees and 8 degrees.

Die Welle 312 weist zwei Wellenabschnitte 312a und 312b mit unterschiedlichen Durchmessern auf: Einen ersten Wellenabschnitt 312a mit größerem Durchmesser, der sich vom Bereich des ersten Lagerbauteils 316 über den Bereich des axial verlaufenden Lagerspaltes 320 im Inneren des Rotorbauteils 314 bis zum zweiten Lagerbauteil 318 erstreckt und einen zweiten Wellenabschnitt 312b mit einem geringfügig kleineren Durchmesser im Verbindungsbereich mit der Basisplatte 310. Zur Montage wird zunächst das erste Lagerbauteil 316 mittels einer Presspassung bei zusätzlicher Verklebung im Bereich des ersten Wellenabschnitts 312a an der Welle 312 befestigt. Anschließend wird die Welle 312 im Bereich des zweiten Wellenabschnitts 312b mittels einer Presspassung mit der Basisplatte 310 verbunden. Um zu vermeiden, dass Kleber in den Verbindungsbereich von Welle 312 und Basisplatte 310 gelangt bzw. um eine Reinigung des zweiten Wellenabschnittes 312b der Welle 312 zu vermeiden, ist der Durchmesser der Welle 312 im Bereich des zweiten Wellenabschnittes 312b kleiner als der Durchmesser der Welle 312 im Bereich des ersten Wellenabschnittes 312a.The wave 312 has two shaft sections 312a and 312b with different diameters: a first shaft section 312a larger diameter, extending from the area of the first bearing component 316 over the region of the axially extending bearing gap 320 inside the rotor component 314 to the second bearing component 318 extends and a second shaft portion 312b with a slightly smaller diameter in the connection area with the base plate 310 , For assembly, first the first bearing component 316 by means of a press fit with additional bonding in the region of the first shaft section 312a on the shaft 312 attached. Then the wave 312 in the region of the second shaft section 312b by means of a press fit with the base plate 310 connected. To avoid glue in the connecting area of shaft 312 and base plate 310 passes or to a cleaning of the second shaft portion 312b the wave 312 To avoid is the diameter of the shaft 312 in the region of the second shaft section 312b smaller than the diameter of the shaft 312 in the area of the first shaft section 312a ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10,110, 31010,110, 310: Basisplattebaseplate
12, 112, 31212, 112, 312: Wellewave
312a, 312b312a, 312b: Wellenabschnitteshaft sections
14, 114, 31414, 114, 314: Rotorbauteilrotor component
15, 31515, 315: Nabehub
16, 116, 31616, 116, 316: erstes feststehendes Lagerbauteilfirst stationary bearing component
18, 118, 31818, 118, 318: zweites feststehendes Lagerbauteilsecond fixed bearing component
20, 120, 32020, 120, 320: Lagerspaltbearing gap
22, 122, 32222, 122, 322: Radiallagerradial bearings
24, 124, 32424, 124, 324: Radiallagerradial bearings
26, 126, 32626, 126, 326: Axiallagerthrust
28, 128, 32828, 128, 328: Rezirkulationskanalrecirculation
30, 130, 33030, 130, 330: Abdeckungcover
32, 132, 33232, 132, 332: Dichtungsspaltseal gap
34, 134, 33434, 134, 334: Dichtungsspaltseal gap
36, 136, 33636, 136, 336: Pumpdichtungpump seal
38, 13838, 138: ferromagnetischer Ringferromagnetic ring
40, 140, 34040, 140, 340: Statoranordnungstator
42, 142, 34242, 142, 342: Rotormagnetrotor magnet
44, 144, 34444, 144, 344: Drehachseaxis of rotation
46, 34646, 346: Axiallagerthrust
48, 148, 248, 34848, 148, 248, 348: Labyrinthdichtunglabyrinth seal
50, 250, 35050, 250, 350: Jochyoke
210210: Basisplattebaseplate
212212: Wellewave
214214: Rotorbauteilrotor component
216216: Lagerbauteilbearing component
217217: Lagerkonusbearing cone
218218: Lagerbauteilbearing component
219219: Lagerkonusbearing cone
220a, 220b220a, 220b: Lagerspaltbearing gap
222222: konisches Lagerconical bearing
224224: konisches Lagerconical bearing
228a, 228b228a, 228b: Rezirkulationskanalrecirculation
230a, 230b230a, 230b: Abdeckungcover
232a, 232b232a, 232b: Dichtungsspaltseal gap
234a, 234b234a, 234b: Dichtungsspaltseal gap
236a, 236b236a, 236b: Pumpdichtungpump seal
240240: Statoranordnungstator
242242: Rotormagnetrotor magnet
244244: Drehachseaxis of rotation

Claims

Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem, welcher umfasst: eine Basisplatte (10, 310), eine feststehende Welle (12, 312), ein relativ zur Welle um eine Drehachse (44, 344) drehbar gelagertes Rotorbauteil (14, 314), einen beidseitig offenen, mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (20, 320), der aneinander angrenzende Flächen der Welle (12, 312), des Rotorbauteils (14, 314) und mindestens eines ersten feststehenden Lagerbauteils (16, 316) voneinander trennt, ein erstes fluiddynamisches Radiallager (22, 322) und ein zweites fluiddynamisches Radiallager (24, 324), die zwischen einander gegenüber liegenden axial verlaufenden Lagerflächen der Welle (12, 312) und des Rotorbauteils (14, 314) ausgebildet sind, mindestens ein fluiddynamisches Axiallager (26, 326), das zwischen einander gegenüber liegenden radial verlaufenden Lagerflächen des Rotorbauteils (14, 314) und des feststehenden Lagerbauteils (16, 316) ausgebildet ist, und und ein elektromagnetisches Antriebssystem (40, 42, 340, 342) zum Antrieb des Rotorbauteils (14, 314), dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (12, 312) direkt mit dem ersten feststehenden Lagerbauteil (16, 316) und mit der Basisplatte (10, 310) verbunden ist.Spindle motor with a fluid dynamic bearing system, comprising: a base plate ( 10 . 310 ), a fixed shaft ( 12 . 312 ), a relative to the shaft about a rotation axis ( 44 . 344 ) rotatably mounted rotor component ( 14 . 314 ), an open on both sides, filled with a bearing fluid bearing gap ( 20 . 320 ), the adjacent surfaces of the shaft ( 12 . 312 ), of the rotor component ( 14 . 314 ) and at least one first stationary bearing component ( 16 . 316 ), a first fluid dynamic radial bearing ( 22 . 322 ) and a second fluid dynamic radial bearing ( 24 . 324 ), which lie between mutually opposite axially extending bearing surfaces of the shaft ( 12 . 312 ) and the rotor component ( 14 . 314 ) are formed, at least one fluid dynamic thrust bearing ( 26 . 326 ), which between radially opposite bearing surfaces of the rotor component ( 14 . 314 ) and the fixed bearing component ( 16 . 316 ), and and an electromagnetic drive system ( 40 . 42 . 340 . 342 ) for driving the rotor component ( 14 . 314 ), characterized in that the shaft ( 12 . 312 ) directly with the first fixed bearing component ( 16 . 316 ) and with the base plate ( 10 . 310 ) connected is.

Spindelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste feststehende Lagerbauteil (16, 316) und die Basisplatte (10, 310) mittels einer Pressverbindung mit der Welle (12, 312) verbunden sind.Spindle motor according to claim 1, characterized in that the first stationary bearing component ( 16 . 316 ) and the base plate ( 10 . 310 ) by means of a press connection with the shaft ( 12 . 312 ) are connected.

Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (12, 312) das erste feststehenden Lagerbauteil (16, 316) vollständig durchdringt.Spindle motor according to one of claims 1 or 2, characterized in that the shaft ( 12 . 312 ) the first fixed bearing component ( 16 . 316 ) penetrates completely.

Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (12, 312) eine Stufe aufweist, an der das erste feststehende Lagerbauteil (16, 316) anliegt.Spindle motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the shaft ( 12 . 312 ) has a step at which the first fixed bearing component ( 16 . 316 ) is present.

Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste feststehende Lagerbauteil (16, 312) an der Basisplatte (10, 310) anliegt.Spindle motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first stationary bearing component ( 16 . 312 ) on the base plate ( 10 . 310 ) is present.

Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste feststehende Lagerbauteil (16, 316) im Querschnitt kelchförmig ausgebildet ist, wobei dessen axiale Dicke im Bereich der Verbindung mit der Welle (12, 312) am größten ist.Spindle motor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first stationary bearing component ( 16 . 316 ) is formed kelchförmig in cross-section, wherein the axial thickness in the region of the connection with the shaft ( 12 . 312 ) is the largest.

Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an einen radialen Abschnitt des Lagerspalts im Bereich des ersten Axiallagers (26, 236) ein anteilig mit Lagerfluid gefüllter erster Dichtungsspalt (32, 332) angeordnet ist.Spindle motor according to one of claims 1 to 6, characterized in that adjacent to a radial portion of the bearing gap in the region of the first thrust bearing ( 26 . 236 ) a proportionately filled with bearing fluid first sealing gap ( 32 . 332 ) is arranged.

Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jenseits des ersten Dichtungsspalts (32, 332) eine Labyrinthdichtung (48, 348) in Form eines Luftspalts vorgesehen ist,Spindle motor according to one of claims 1 to 7, characterized in that beyond the first sealing gap ( 32 . 332 ) a labyrinth seal ( 48 . 348 ) is provided in the form of an air gap,

Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (48) durch schräg zur Drehachse (44) verlaufende Oberflächen des ersten Lagerbauteils (16) und einer mit dem Rotorbauteil (14) verbundenen Nabe (15) begrenzt ist.Spindle motor according to one of claims 1 to 8, characterized in that the labyrinth seal ( 48 ) through obliquely to the axis of rotation ( 44 ) extending surfaces of the first bearing component ( 16 ) and one with the rotor component ( 14 ) connected hub ( 15 ) is limited.

Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (348) durch eine äußere Umfangsfläche des Rotorbauteils (14, 314) und eine innere Umfangsfläche des ersten Lagerbauteils (16, 316) begrenzt ist.Spindle motor according to one of claims 1 to 8, characterized in that the labyrinth seal ( 348 ) by an outer peripheral surface of the rotor component ( 14 . 314 ) and an inner circumferential surface of the first bearing component ( 16 . 316 ) is limited.

Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende der Welle (12, 312) ein zweites feststehendes Lagerbauteil (18, 318) angeordnet ist.Spindle motor according to one of claims 1 to 10, characterized in that at one end of the shaft ( 12 . 312 ) a second stationary bearing component ( 18 . 318 ) is arranged.

Spindelmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Axiallager (46, 346) vorgesehen ist, das durch einander zugeordnete Lagerflächen des zweiten feststehenden Lagerbauteils (18, 318) und des Rotorbauteils (14, 314) gebildet ist.Spindle motor according to claim 11, characterized in that a second thrust bearing ( 46 . 346 ) provided by mutually associated bearing surfaces of the second fixed bearing component ( 18 . 318 ) and the rotor component ( 14 . 314 ) is formed.

Festplattenlaufwerk mit mindestens einer Speicherplatte, die von einem Spindelmotor gemäß den Ansprüchen 1 bis 12 drehend angetrieben ist, und einer Schreib- und Leseeinrichtung zum Schreiben und Lesen von Daten auf und von der Speicherplatte.A hard disk drive having at least one disk rotatably driven by a spindle motor according to claims 1 to 12, and a writing and reading device for writing and reading data to and from the disk.