DE3108204A1

DE3108204A1 - Plattenspeicher

Info

Publication number: DE3108204A1
Application number: DE19813108204
Authority: DE
Inventors: Bernhard 06070 Simsbury Conn. Schuh
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1980-03-05
Filing date: 1981-03-04
Publication date: 1981-12-24
Also published as: JPS56166760A; DE3049334A1; DE3108204C2; JPS5753876A; DE3049334C3; US4438542A; DE3049334C2

Description

DT-545

Papst-Motoren KG
7742 St. Georgen / Schwarzwald

Plattenspeicher

Die Erfindung betrifft einen Plattenspeicher zur Aufnahme mindestens einer eine Mittelöffnung aufweisenden Speicherplatte, mit einem Antriebsmotor, der mit einem Stator und einem Rotor versehen ist. Dabei kann es sich insbesondere um einen magnetischen Festplattenspeicher handeln. Der Plattenspeicher kann beispielsweise aber auch für flexible Magnetspeicherplatten oder für optische Speicherplatten ausgelegt sein.

Bei Plattenspeichern werden Daten darstellende Bits in kreis- oder spiralförmigen Spuren auf Speicherplatten gespeichert, die mit relativ hohen Drehzahlen angetrieben werden. Das Einschreiben oder Auslesen der Bits er-

folgt mittels eines S'chreib- und/oder Lesekopfes, der mit Bezug auf die jeweils zu schreibende oder auszulesende Spur genau positioniert sein muß. Dies bedeutet, daß die Speicherplatten mit hoher Präzision umlaufen müssen.

Es ist bekannt, für den Antrieb solcher Speicherplatten einen elektrischen Antriebsmotor axial unterhalb der Speicherplatte anzuordnen und die Speicherplatte über zweckentsprechende Verbindungsglieder mit der Motorwelle drehfest zu verbinden. Dies hat jedoch den Nachteil, daß das obere von zwei Lagern der Motorwelle wesentlich stärker beansprucht wird als das untere Lager. Das hat zur Folge, daß die Präzision der Drehbewegung der Speicherplatte relativ rasch verlorengeht und Leseoder Schreibfehler auftreten.

Es ist ferner bekannt (US-PS 4,101,945) die Speicherplatte oberhalb des Motors mit der Motorwelle zu verbinden und dabei das Lagersystem zwischen die Speicherplatte und den Motor einzufügen. Eine solche Anordnung ist aber aufwendig, schwer und platzraubend.

Die den bekannten Lösungen gemeinsame Verbindung der Speicherplatte mit der Motorwelle erfordert relativ

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komplizierte Zwischenglieder. Gleichwohl ist die Lastverteilung auf die Lager des Lagersystems der Motorwelle hochgradig ungleichförmig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plattenspeicher mit verbessertem, robustem Plattenspeicherantrieb zu schaffen, der eine einfachere Verbindung zwischen den Speicherplatten oder den Speicherplatten und dem Antriebsmotor erlaubt. Die während des Arbeitens
des Antriebes auftretenden Kräfte sollen gleichförmiger auf die Lager des Lagersystems der Motorwelle verteilt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,, daß der Antriebsmotor mindestens teilweise durch die Mittelöffnung der Speicherplatte koaxial hindurchreicht und eine Halterung zum drehfesten Verbinden der Speicherplatte mit dem Rotor des Antriebsmotors vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden die Speicherplatte oder Speicherplatten mit dem Rotor des Antriebsmotors unmittelbar verbunden, statt daß die Verbindung mit der Motorwelle erfolgt. Es brauchen keine Verbindungsteile vorgesehen zu werden, die von der Motorwelle nach außen wegstehen« Auf diese Weise wird eine sehr kompakte und starre Einheit aus Antriebsmotor und Speicherplatte oder Speicherplatten erzielt.

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Zweckmäßig ist der Antriebsmotor als Außenläufer ausgelegt. Dabei kann die Speicherplatte mittels der Halterung mit einer Außenumfangswand des Rotors verbunden sein. Um die Antriebsleistung des Motors und damit dessen günstigsten Luftspaltdurchmesser unabhängig von der Größe der Mittelöffnung der Speicherplatte wählen zu können, kann der Rotor auch vorteilhaft ein Rotorgehäuse mit einer für die Aufnahme der Speicherplatte bestimmten Nabe aufweisen.

Der Antriebsmotor ist vorzugsweise als kollektorloser Gleichstrommotor mit dauermagnetischem Rotor ausgebildet. Zweckmäßig ist dabei in einem umlaufenden Rotorgehäuse ein ein- oder mehrteiliger Dauermagnetring oder ein ringförmig gebogenes Dauermagnetband mit annähernd trapezförmiger Radialmagnetisierung über der Polteilung vorgesehen. Bei dem Dauermagneten kann es sich insbeson-, dere um einen kunststoffgebundenen Magneten oder einen sogenannten Gummimagneten handeln. Solche Magnete bestehen aus Mischungen von Hartferriten und elastischem Material, insbesondere aus elastomergebundenem Bariumferrit.

Zweckmäßig weist der Stator eine mindestens einsträngige Statorwicklung auf, die ein Wechselfeld erzeugt, und es

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sind mindestens ein Drehstellungsdetektor sowie eine Kommutierungsvorrichtung zum Verbinden der Wicklung mit einer Gleichstromquelle in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Drehstellungsdetektors vorgesehen.

Vorzugsweise ist der magnetische Widerstand des statorseitigen Teils des Magnetkreises des Antriebsmotors in Abhängigkeit von der Winkellage des Rotors derart veränderlich, daß ein Reluktanzhilfsmoment auftritt, das gegenüber dem elektromagnetisch erzeugten Drehmoment zeitlich versetzt ist. Dabei sind vorteilhaft die Wicklung, der Rotor und der Stator derart aufeinander abgestimmt, daß sich das Reluktanzhilfsmoment mindestens in den Zeiträumen der Unterbrechung des vom Motor erzeugten elektromagnetischen Drehmoments ausbildet und in Verbindung mit dem elektromagnetischen Drehmoment ein im wesentlichen konstantes Gesamtdrehmoment ergibt. Ein einsträngiger Elektronikmotor mit Reluktanzhilfsmornent (ein- oder zweipulsig) (US-PS 3,873,897 und US-PS 3,840,761 sowie DE-AS 22 25 442) ist besonders einfach und kostensparend. Er hat ein ausgezeichnetes Betriebsverhalten und läßt sich kompakter als andere Motoren entsprechender Leistung aufbauen. Ein solcher Motor läßt sich infolgedessen besonders gut in die Mittelöffnungen der Speicher-

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platten stecken,, während das Lagersystem ausreichend robust ausgeführt sein kann, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, daß der Öffnungsdurchmesser der Speicherplatten genormt ist. Geringere Gesamtabmessungen des Motors schaffen daher mehr Raum für größere und robustere Lager.

Es kann aber beispielsweise auch ein dreisträngiger Elektronikmotor der in der älteren Anmeldung P 30 21 328.6 beschriebenen Art vorgesehen sein.

Zur Lagerung des Rotors auf dem Stator sind zweckmäßig zwei Lager vorgesehen, die in Richtung der Drehachse des Rotors in Abstand voneinander angeordnet sind. Wenn in einem solchen Fall in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Rotor und die Speicherplatte oder Speicherplatten einen zwischen den Lagern liegenden gemeinsamen Schwerpunkt haben, ist die Neigung der Speicherplatten zu Schwingungen beträchtlich vermindert. Die Belastung verteilt sich besonders gleichmäßig auf die Lager. Der Präzisionslauf der Speicherplatten läßt sich für eine außergewöhnlich lange Zeitspanne sicherstellen. Zweckmäßig ist eine Fördervorrichtung, beispielsweise in Form von Lüfterflügeln, zum Heraustreiben von Schmutzteilchen in einer

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von dem Plattenaufnahmeraum wegführenden Richtung vorgesehen .

In der Praxis wurde gefunden, daß insbesondere im Falle von magnetischen Festplattenspeichern gelegentlich Störungen durch Schmutzteilchen beim Einschreiben oder Auslesen der Daten auftreten. Um dem entgegenzuwirken, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwischen den Schmutzteilchen abgebenden Antriebsteilen und dem Plattenauf nahmeraum eine Sperre angeordnet, die den Übertritt von Schmutzteilchen mindestens herabsetzt. Diese Sperre ist vorzugsweise als Labyrinthdichtung ausgebildet. Es zeigte sich nämlich, daß Ursache der geschilderten Störungen Schmutzteilchen sein können, die von dem Antrieb ausgehen. Solche Schmutzteilchen können nicht nur von den Lagern, sondern auch von der Motorwicklung mit ihrer stark strukturierten Oberfläche abgegeben werden. Insbesondere können vom Lagersystem Fett- oder Abriebteilchen austreten. Im Vergleich beispielsweise zu Ferrofluidik-Dichtungen, welche eine Dichtwirkung zwischen stehenden und rotierenden Teilen durch eine kombinierte Wirkung von Magnetfeldern und Schmierstoffemulsionen hervorrufen, die magnetisch leitende Partikel enthalten, sind Labyrinthdichtungen besonders einfach und zuverlässig aufzubauen. Die Labyrinthdichtungen ermögli-

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chen es, den Austritt von Schmutzteilchen aus dem Motorinnern in den Bereich der Speicherplatten ganz oder wenigstens zu einem erheblichen Teil zu unterbinden, so daß Störungen beim Einschreiben oder Auslesen der Daten nicht auftreten«

Vorzugsweise ist benachbart dem etwa zur Mitte des Plattenauf nahmeraumes hin orientierten einen axialen Ende eines die Lager koaxial aufnehmenden Lagerrohrs eine Labyrinthdichtung angeordnet, während im Bereich des anderen axialen Endes des Lagerrohres nahe einem Montageflansch eine weitere Labyrinthdichtung vorgesehen ist.

Die Labyrinthdichtungen sind besonders wirkungsvoll, wenn die axiale Erstreckung der Labyrinthspalte parallel zur Rotorachse größer als ihre radiale Erstreckung ist. Dabei ist zweckmäßig die Dicke des Labyrinthspalts über seinen axialen Erstreckungen klein und über seinen radialen Erstreckungen groß. Als besonders zweckmäßig erwiesen sich ein Verhältnis von axialer Erstreckung zur Dicke der Labyrinthspalte von T als 10 sowie ein Verhältnis von radialer Erstreckung zur Dicke der Labyrinthspalte von gleich oder kleiner als 2.

Zur Bildung einer Labyrinthdichtung können statorseitige, kammartige Elemente in den Boden oder den Rand einer Ro-

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torglocke so eintauchen, daß zwischen die statorseitigen, kammartigen Elemente rotorseitige,. kammartige Vorsprünge ragen. Die kammartigen Vorsprünge können ungleiche Abstände, insbesondere statorseitig und rotorseitig unterschiedliche Dicke,, haben*

Ein besonders einfacher Aufbau wird erhalten, wenn Rotor- und/oder Statorteile selbst unmittelbar als Labyrinthdichtungselemente ausgebildet sind.

Im falle von Magnetspeicherplatten und bei Verwendung eines magnetisch schlecht oder nichtleitenden Plattenträgerteils des Rotors, beispielsweise eines Rotorgehäuses aus einer Leichtmetallegierung, ist vorzugsweise innerhalb des Plattenträgerteils eine magnetische Abschirmung untergebracht, wobei der Dauermagnet des Außenläufers zweckmäßig von der magnetischen Abschirmung glockenförmig umschlossen ist, so daß sich keinerlei magnetische Streufelder in Richtung der Speicherplatten ausbreiten können. Um eine magnetische Abschirmung zu erhalten, die relativ wenig Abschirmmaterial erfordert und besonders kostengünstig ist, ist die magnetische Abschirmung zweckmäßig Teil eines magnetischen Rückschlußträgers für den Dauermagneten; sie ist dabei vorzugsweise als weichmagnetisches, topfartiges Tiefziehteil ausgebildet,, dessen Boden im Kern eine koaxiale Ausnehmung aufweist.

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Zu einem Plattenspeicherantrieb der vorliegend betrachteten Art gehören in der Regel eine Drehzahlregelschaltung und/oder eine Antriebselektronik, die im Falle eines kollektorlosen Gleichstrommotors insbesondere für die notwendige Kommutierung sorgt. Weist der Antriebsmotor einen mit dem Stator verbundenen Abschirmring auf, läßt sich dieser zugleich für die Kühlung der Drehzahlregelschaltung und/oder der Antriebselektronik nutzen, insbesondere indem Halbleiterbauelemente mit dem Abschirmring in wärmeleitendem Kontakt gehalten sind.

Zwecks Ausbildung einer Lüftungszone trägt vorzugsweise der Rotor an der von der Speicherplattenhalterung abliegenden Stirnseite einen Lüfter. Eine solche Bauweise ist nicht nur besonders einfach, sondern läßt auch die Mantelfläche des Rotors frei als Bremsfläche für eine bei solchen Vorrichtungen häufig vorgesehene Bremse.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen schematischen lotrechten

Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung,

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Fig· 2 in größerem Maßstab eine Detail

ansicht einer Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt ähnlich Fig. 1 für

eine weitere Ausführungsform und

Fig. 4 einen Schnitt durch eine weiter

abgewandelte Ausführungsform der Erfindung.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist als Antriebsmotor ein kollektorloser Gleichstromaußenläufermotor mit einem dauermagnetischen Rotor 1 vorgesehen, der einen Stator 2 umgibt. Der Stator 2 weist eine einsträngige Wicklung 3 auf, die ein Wechselfeld erzeugt. Der Motor entwickelt fer· ner in an sich bekannter Weise (z.B. US-PS 3,873,897) ein Reluktanzhilfsmoment, so daß in Verbindung mit dem elektromagnetischen Drehmoment ein weitgehend konstantes Gesamtdrehmoment erhalten wird. Der Rotor 1 ist im Stator 2 über eine Welle 4 und ein Lagersystem gelagert, das aus zwei Kugellagern 20, 21 besteht,, die in axialer Richtung der Welle 4 in Abstand voneinander sitzen. Die Drehachse des Rotors 1 ist mit A bezeichnet.

Unmittelbar auf der Umfangsflache des Rotors 1 (d.h.nicht auf der Welle 4) sind zwei Speicherplatten 5, 6, beispielsweise magnetische Festspeicherplatten, gehaltert. Es versteht sich, daß auch eine einzige Speicherplatte oder mehr als zwei Speicherplatten vorgesehen sein können.

Die Halterung erfolgt über Ringe 7, 8 und 9, die auf den Rotor 1 aufgeschoben sind. Die Speicherplatten 5 und 6, die mit den üblichen Mittelöffnungen versehen sind, werden über den Rotor 1 geschoben und zwischen den Ringen 7, 8 bzw. den Ringen 8, 9 festgehalten. Der Ring 7 ist am Rotor 1 angebracht, beispielsweise mit dem Rotor verschraubt oder verschweißt. Der Ring 9 weist einen Flansch 9a auf, der über den Außenrand der oberen Stirnfläche des Rotors greift und dort mittels mehrerer Schrauben 10 festgelegt ist, die in Umfangsrichtung um die Drehachse A herum verteilt sind. Der Ring 9 wird gegen die Speicherplatte 6 angepreßt. Über die Speicherplatte 6 wird der Ring 8 gegen die Speicherplatte 5 gedrückt, die sich ihrerseits an dem Ring 7 abstützt. Auf diese Weise ist für eine drehfeste Verbindung zwischen den Speicherplatten 5 und 6 sowie dem Rotor 1 gesorgt.

Die unmittelbare Halterung der Speicherplatten 5, 6 auf dem Rotor 1 sorgt für einen besonders einfachen und korn-

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pakten Aufbau. Weil ferner die Speicherplatten mit Bezug auf die Lager 20, 21 eine solche Stellung einnehmen, daß der Schwerpunkt der vom Rotor und den Speicherplatten gebildeten Einheit zwischen den beiden Lagern liegt, werden die Kräfte weitgehend gleichförmig auf beide Lager übertragen. Die Speicherplatten 5, 6 drehen sich mit hoher Präzision; Schwingungen oder Vibrationen sind weitestgehend ausgeschlossen.

Die Speicherplatten müssen in der Regel in einem hochreinen Raum sitzen, um sie gegen den störenden Einfluß von Schmutzteilchen zu schützen. Der veranschaulichte Plattenspeicherantrieb eignet sich hervorragend zur Erfüllung dieser Bedingung.

Motore stellen auch bei sorgfältigster Fertigung unvermeidbar eine Quelle von Schmutzteilchen dar, weil sich Schmierstoffr oder Abriebteilchen und dergleichen lösen und in die den Motor umgebende Atmosphäre gelangen. Um die Speicherplatten vor Verschmutzung durch Staub und dergleichen zu bewahren, ist der Plattenspeicher mit einem hochreinen Plattenaufnahmeraum CR versehen, von dessen Begrenzungswänden in Fig. 1 nur eine Montageplatte 11 veranschaulicht ist, auf welcher der Antriebsmotor in nicht näher dargestellter Weise abgestützt ist. An dem Rotor 1

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und/oder dem Ring 7 ist ein weiterer Ring 12 von im wesentlichen L-förmigem Querschnitt befestigt,., der einen Abschnitt 12a aufweist. Der Ring 12 könnte auch mit dem Rotor 1 oder dem Ring 7 einteilig verbunden sein. Der Abschnitt 12a verläuft parallel zu der Basisplatte 11 und begrenzt zusammen mit dieser einen engen Spalt 13, der mit dem Plattenaufnahmeraum CR und mit dem Luftspalt des Motors in Verbindung steht. Die obere Stirnseite des Abschnitts 12a trägt einen Ring von radialstehenden Flügeln 14, die in Umfangsrichtung um den Ring 12 verteilt sind und von denen nur einer veranschaulicht ist. Eine ringförmige Zwischenplatte 15 ist oberhalb der Montageplatte 11 zwischen dieser und der unteren Speicherplatte 5 montiert. Der radial innenliegende Rand der Zwischenplatte 15 überlappt die Flügel 14, liegt jedoch mit Abstand über diesen Flügeln. Die Zwischenplatte 15 ist mit einer oder mehreren Öffnungen ausgestattet, in denen ein Filter Io sitzt. Der Ring 12 und die Flügel 14 bilden ein Lüfterrad, das einen Luftstrom ständig durch das oder die Filter 16 hindurchtreten läßt, wodurch vom Motor freigesetzte Schmutzteilchen im Filter 1(5 aufgefangen werden und nicht in den hochreinen Plattenaufnahmeraum CR gelangen können.

Zwei einander überlappende ringförmige Labyrinthelemente 17, 18, die am Stator 2 bzw. am Rotor 1 vorgesehen sind,

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liegen in dem Luftspalt zwischen Stator und Rotor. Sie begrenzen gemeinsam einen Labyrinthspalt,, der dem Übertritt von Schmutzteilchen vom Motor zum Plattenaufnahmeraum entgegenwirkt.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 1 in der Ausbildung der Labyrinthdichtung. Diese Labyrinthdichtung wird von mehreren an der Innenseite des Rotors 1 befindlichen Ringnuten 22 und einer entsprechenden Mehrzahl von Rippen 23 gebildet, die ausgehend vom Stator 2 in die Ringnuten 22 hineinragen. Die Rippen 23 stehen mit den Begrenzungswänden der Ringnuten 22 nicht in Kontakt. Während in Fig. 2 die Labyrinthdichtung radial außerhalb der Wicklung 3 veranschaulicht ist, versteht es sich, daß solche Labyrinthdichtungen radial innerhalb und radial außerhalb der Wicklung vorgesehen werden können, um die Abdichtungswirkung weiter zu verbessern.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 eignet sich gleichfalls für Anwendungen, bei denen es auf einen hochreinen Plattenauf nahmeraum ankommt. In diesem Fall ist der Rotor im Stator 31 über eine Welle 32 und Kugellager 33, 34 gelagert. Die Wicklung 35 des Stators 31 ist vergossen, d.h. in eine elektrisch isolierende Vergußmasse 36 eingebettet, um den Austritt von Schmutzteilchen zu verhindern. Die Ver-

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gußmasse 36 kann ihrerseits von einer Ummantelung 37 aus einem unter Wärmeeinfluß schrumpfenden Kunststoff umgeben sein. Die auf die Vergußmasse 36 aufgeschrumpfte Ummantelung 37 umfaßt die Vergußmasse extrem eng und wirkt dem Austritt von Schmutzteilchen gleichfalls entgegen. Eine becherförmige Abdeckung 38 aus elektrisch isolierendem Werkstoff kann die mit dem Stator 31 verbundene Wicklung 35 umfassen. Der obere freie Umfangsrand 3? der Abdeckung 38 ragt in eine Ringnut 40 des Stators 31 hinein, um eine Dichtung zu bilden, die dem Entweichen von Schmutzteilchen entgegenwirkt. Gegebenenfalls kann die Ringnut 40 entfallen, und der Umfangsrand 39 kann einfach auf dem Stator 31 aufsitzen.

Die Speicherplatten 5 und 6 sind in Fig» 3 nur schematisch angedeutet. Sie können auf dem Rotor 30 in der in Fig. 1 dargestellten Weise montiert sein. Der Stator 31 sitzt unterhalb einer Trägerplatte 41, die den hochreinen Plattenaufnahmeraum CR nach oben begrenzt.

Die Welle 32 trägt innerhalb der Nabe des Stators 31 zwischen den Lagern 33, 34 eine Gruppe von Flügeln 42, die beim Rotieren der Welle 32 einen axialen Luftstrom in der mittels Pfeilen angedeuteten Richtung ausbilden. Luft wird infolgedessen aus dem Plattenaufnahmeraum CR

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über das Lager 33 angesaugt und über das Lager 34 und die in der Trägerplatte 41 ausgebildete Öffnung in die Außenatmosphäre abgeleitet. Schmutzteilchen, die im Wege dieses Luftstroms freigesetzt werden, beispielsweise Fetteilchen und Abriebteilchen aus Lagermetall; werden aus dem Motor
nach außen abgeführt; sie können nicht in den Plattenaufnahmeraum CR gelangen.

Der Rotor kann von einem Abschirmelement umgeben sein, das mit dem Rotor drehfest verbunden ist. Die Speicherplatten lassen sich in einem solchen Fall auf dem Abschirmelement haltern. Das das obere Ende der Welle 4 mit dem Rotor 1
(Fig. 1) verbindende Bauteil kann als Radiallüfter ausgebildet sein und an Stelle von oder zusätzlich zu dem Lüfter 12, 14 vorgesehen sein. Der Ring 7 kann mit dem Rotor 1 einteilig verbunden sein.

Die in Fig. 4 veranschaulichte Ausführungsform des Plattenspeicherantriebs 44 ist mit einem kollektorlösen Gleichstrommotor 45 versehen, der ein mit einer Rotorwelle 46
fest verbundenes und zur Rotorwelle 46 konzentrisches Rotorgehäuse 47 aufweist. Zu dem Stator des Motors 45 gehört insbesondere ein Statorblechpaket 48, das eine Statorwicklung 49 trägt. Das Statorblechpaket 48 ist auf ein Lagerrohr 50 aufgeschoben, das Teil einer zentralen Abstützung 51 ist. Die Rotorwelle 46 ist in dem Lagerrohr 50 mit Hilfe

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von zwei Lagern 52, 53 gelagert, die durch in Abstand voneinander liegende Sicherungsringe 54 an Ort und Stelle gehalten sind. Eine Tellerfeder 55 stützt sich an der Unterseite des Lagers 53 und einem auf der Rotorwelle 46 sitzenden Sicherungsring 56 ab, wodurch die Lager 52, 53 axial gegeneinander verspannt werden. Das Lagerrohr 50 bildet zusammen mit einem Montageflansch 57 ein einstückiges Druckgußteil. Stattdessen kann das Lagerrohr 50 auch mit Preßsitz in einer mit dem Flansch 57 verbundenen Nabe sitzen.

Das Rotorgehäuse 47 umschließt nicht nur unter Bildung eines zylindrischen Luftspalts 58 das Statorblechpaket 48, sondern ist an der von dem Montageflansch 57 abgewendeten Seite axial verlängert. Dadurch wird eine Nabe 60 erhalten. Die Nabe 60 dient der Lagerung und Mitnahme einer oder mehrerer (nicht gezeigter) Festspeicherplatten, die eine Mittelbohrung aufweisen, deren Durchmesser dem Außendurchmesser der Nabe 60 entspricht. Bei den Festspeicherplatten kann es sich um handelsübliche 5 1/4" oder 8"-Platten handeln. Die veranschaulichte Bauweise erlaubt es, den Durch-, messer der Antriebsnabe 60 der Mittelbohrung der Speicherplatten ohne Rücksicht auf die erforderliche Antriebsleistung des Motors 45 und den daraus resultierenden günstigsten Durchmesser des Luftspalts 58 anzupassen.

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Eine gedruckte Leiterplatte 61 ist in dem freien Raum 62 im Inneren der Nabe 60 untergebracht. Die Leiterplatte 61 ist ringförmig ausgebildet und mit der zentralen Abstützung 51 verbunden. Auf der Leiterplatte 61 sitzen die Antriebselektronik und eine Drehzahlregelschaltung, zu denen u.a. ein als Drehstellungsdetektor vorgesehener Hall-IC 63, Endstufentransistoren 64 und ein Potentiometer 65 gehören. Die zweckmäßig in einem Arbeitsgang, z.B. im Tauchlötverfahren, hergestellten Lötverbindungen der Schaltungskomponenten der Antriebselektronik und der Drehzahlregelschaltung sind bei 66 angedeutet. Das Potentiometer 65 kann u.a. der Einstellung unterschiedlicher Arbeitspunkte oder dem Ausgleich von Bauelemententoleranzen dienen. Es kann mittels Schraubenzieher über eine nicht dargestellte Bohrung im Flansch 57 und eine der Nuten des Statorblechpakets 48 verstellt werden. Eine zu der Leiterplatte 61 führende Leitung 67 ist an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen. Die die Lötverbindungen 66 tragende Seite der Leiterplatte 61 ist dem Boden 68 des Rotorgehäuses 47 zugewendet»

Das Rotorgehäuse 47 besteht bei dieser Ausführungsform aus einem magnetisch nicht oder schlecht leitenden Werkstoff. Beispielsweise ist das Rotorgehäuse als Druckgußteil aus einer Aluminiumlegierung aufgebaut. An der dem

Statorblechpaket 48 gegenüberstehenden Innenfläche des Rotorgehäuses 47 sind eine Mehrzahl von Dauersegmentstücken oder ein einteiliger Dauermagnet 69 befestigt. Der Dauermagnet 69 besteht vorzugsweise aus einer Mischung von Hartferrit, z.B. Bariumferrit, und elastischem Material. Es handelt sich also um einen sogenannten Gummimagneten. Dieser ist über der Polteilung trapezförmig oder annähernd trapezförmig bei relativ kleiner PollUcke radial magnetisiert. Ein magnetischer Rückschlußring 70 befindet sich zwischen dem Rotorgehäuse 47 und dem Dauermagneten 69. Der magnetische Rückschlußring 70 ist gleichzeitig Teil einer magnetischen Abschirmung. Grundsätzlich ist es auch möglich,, das Rotorgehäuse 47 aus magnetisch leitendem Werkstoff, insbesondere Weicheisen, herzustellen und beispielsweise als Tiefziehteil zu fertigen. In einem solchen Fall kann ein besonderer Weicheisenrückschlußring entfallen.

Der eine Rundung 71 aufweisende Rückschlußring 70 und ein feststehender Abschirmring 72 umschließen glockenförmig den magnetisch aktiven Teil des Speicherantriebs 44. Dadurch wird die Ausbreitung von magnetischen Streufeldern in den Bereich der auf der Nabe 60 sitzenden Feldspeicherplatten wirkungsvoll unterbunden. Durch den Ringspalt zwischen der Rundung 71 und dem Abschirmring und Ausnehmungen des Abschirmringes 72 für den Durchtritt

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des Hall-IC 63 oder mehrerer derartiger Hall-ICs kann das Streufeld nicht in nennenswertem Umfang durchdringen, da die weichmagnetischen Abschirmringe dieses Feld auf sich ziehen.. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Abschirmring 72 gleichzeitig als Kühlblech für die Endstufentransistoren 64 genutzt, die mit dem Abschirmring 72 durch flächenhafte, satte Anlage wärmeleitend verbunden sind. Die Kühlkörper der Endstufentransistoren 64 können erforderlichenfalls gegenüber dem Abschirmring 72 z.B. mittels einer Glimmerscheibe oder dergleichen elektrisch isoliert sein. Es ist auch möglich, den Abschirmring 72 entsprechend der Zahl der Endstufentransistoren 64 zu unterteilen, um eine derartige elektrische Isolierung zu vermeiden.

Der Montageflansch 57 gestattet es, den Speicherantrieb 44 in der in Fig. 4 dargestellten Weise an einer Trennwand 73 des Festplattenspeichers anzubringen. Die Trennwand 73 trennt den zur Aufnahme der Festspeicherplatten bestimmten Raum höchster Reinheit vom übrigen Geräteinnern ab. Aus dem Lager 52 gegebenenfalls austretende Schmutzteilchen, Fettdämpfe oder dergleichen werden durch Labyrinthdichtungen 90, 91 zurückgehalten. Die Labyrinthdichtungen werden von feststehenden und umlaufenden Teilen gebildet, die im Inneren der Antriebsvorrichtung je-

weils koaxial ineinandergreifen«

Die Labyrinthdichtung 90 wird dadurch erhalten,, daß der Boden 68 beim Lager 52 als zylinderförmige Buchse 92 ausgebildet ist, die in das Lagerrohr 50 hineinreicht. Nur ein sich axial möglichst weit erstreckender, schmaler Spalt 94 verbleibt für einen Austritt von Schmutzteilchen aus dem Lager 52, wobei die Wirkung der Labyrinthdichtung 90 durch einen Spalt 95 noch verstärkt wird, der von einem am Boden 68 angeformten Ring 93 und dem Lagerrohr begrenzt ist.

In ähnlicher Weise bildet der Rückschlußring 70 die weitere Labyrinthdichtung 91, Dadurch, daß der Rückschlußring 70 in eine umlaufende Ausnehmung des Flansch 57 greift, entstehen auch hier enge, aber in axialer Richtung lange Spalte 96, 97, die den Austritt von Schmutzteilen aus dem Motorinnern verhindern.

Um die Wirkung der Labyrinthdichtungen 90, 91 beim Zurückhalten der Schmutzteilchen zu erhöhen, sind die axial gerichteten Spalte 94, 95_r 96-, 97 jeweils möglichst schmal gehalten, d.h., sie sind in radialer Richtung klein, etwa 1 bis 2 mm groß_A jedoch in ihrer axialen Erstreckung möglichst lang, also z.B. 5 bis 20 mm groß. Die Spaltgröße oder Spaltdicke in radialer Richtung darf jedoch

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nicht beliebig klein werden, weil dies Fertigungsaufwand und vor allem Luftreibungsverluste bedeutet. Letztere können je nach Beschaffenheit der angrenzenden Oberflächen beträchtlich sein, weil die Speicherdirektantriebe mit hoher Drehzahl, z.B. mit 5000 U/min, betrieben werden. Dagegen sind die radial gerichteten Spalte relativ breit, z.B. axial 3 bis 5 mm dick, und kurz, d.h. radial zweckmäßig kurzer als 10 mm. Die genannten Werte beziehen sich auf eine Motorgröße, die im Durchmesser halb so groß ist, wie es der Größe in der Darstellung in Fig. 4 entspricht .

Zusätzlich sind weitere Dichtungsspalte möglich. So kön~ nen Labyrinthelemente zusätzlich oder alternativ z.B. ähnlich Fig. 2 von einer Wickelkopfabdeckung aus kammartig in in ihrer Form umgekehrt ausgebildete Vertiefungen im Boden eines glockenförmigen Außenrotorgehäuses eintau-.chen. Prinzipiell gilt auch hier, daß die axiale Erstrekkung α der Labyrinthspalte parallel zur Rotorachse größer als ihre radiale Erstreckung r sein soll und daß die Dikke d der Labyrinthspalte über ihren axialen Erstreckungen klein sowie über ihren radialen Erstreckungen groß sein soll, wobei zweckmäßig a/d > 10 und r/d "5 2 ist.

An dem freien, von der Nabe 60 abliegenden Ende der Rotorwelle 46 ist ein Lüfter 76 mit Lüfterflügeln 77 be-

festigt. Der Lüfter 76 bewirkt eine intensive Luftbewegung im Bereich des Montageflanschs 57, wodurch der Flansch gekühlt wird, über das Lagerrohr 50 und den Flansch 57 wird auf diese Weise Verlustwärme aus dem Motor 45 wirkungsvoll nach außen geleitet.

Um eine die Betriebssicherheit des Plattenspeichers störende elektrische Aufladung der Rotorglocke auszuschließen, ist die Rotorwelle 46 über eine Lagerkugel 78 und einen nicht dargestellten Federkontakt zweckmäßig mit dem Gerötechassis elektrisch leitend verbunden.

Die Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors kann bei 5800 U/min und die Nenndrehzahl bei beispielsweise 3600 U/min liegen. Der Stator hat vorteilhaft vier ausgeprägte, bewickelte Pole, deren Polhörner so deformiert sind, daß sich die Breite des Luftspalts 58 im Bereich der Polhörner ändert und dadurch das Reluktanzhilfsmoment erzeugt wird.

Der erläuterte Speicherplattenantrieb eignet sich für alle Arten von Plattenspeichern, unabhängig vom Durchmesser der Mittelöffnung der Speicherplatten. Es ist auch möglich, an Stelle eines Gleichstrommotors einen Wechselstrommotor vorzusehen und/oder mit einem Innenläufermotor zu arbeiten.

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Claims

PATENTANWALT D'H»L.-#vlG".-d£ftHÄRÖ-&CHWAN

ELFENSTRASSE 32, · D-8000 MÜNCHEN 83

DT-545

Papst-Motoren KG
7742 St. Georgen / Schwarzw.

Ansprüche

f \ .j Plattenspeicher zur Aufnahme mindestens einer eine Mittelöffnung aufweisenden Speicherplatte mit einem Antriebsmotor, der mit einem Stator und einem Rotor versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (1, 2, 30, 31, 45) mindestens teilweise durch die Mittelöffnung der Speicherplatte {5_t 6) koaxial hindurchreicht und eine Halterung (7, 8, 9) zum drehfesten Verbinden der Speicherplatte mit dem Rotor (1, 30, 46, 47,. 69) des Antriebsmotors vorgesehen ist»
2. Plattenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (1, 2_t 30, 31_Λ 45) als Außenläufer ausgelegt ist.

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FERNSPRECHER: 089/6012039 · TELEX: 522589 elp» d ■ KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN
3. Plattenspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die Speicherplatte (5, 6) mittels der Halterung (7, 8, 9) mit einer Außenumfangswand des Rotors (1, 30_t 46_t 47, 69) verbindbar ist.
4. Plattenspeicher nach Ansprüchen 2 und 3,. dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (46, 47, 69) ein Rotorgehäuse (47) mit einer für die Aufnahme der Speicherplatte (5, 6) bestimmten Nabe (60) aufweist.
5. Plattenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (1, 2, 30, 31, 45) als kollektorloser Gleichstrommotor mit dauermagnetischem Rotor (1, 30, 46, 47,

69) ausgebildet ist.
6. Plattenspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2, 31, 48, 4?) eine mindestens einsträngige Statorwicklung (3, 35, 49) aufweist, die ein Wechselfeld erzeugt, und daß mindestens ein Drehstellungsdetektor (63) sowie eine Kommutierungsvorrichtung zum Verbinden der Wicklung mit einer Gleichstromquelle in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Drehstellungsdetektors vorgesehen sind.

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7. Plattenspeicher nach Anspruch 5 oder 6,. dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand des statorseitigen Teils des Magnetkreises des Antriebsmotors (1, 2, 30, 31,. 45) in Abhängigkeit von der Winkellage des Rotors (1, 30, 46₁ 47, 69) derart veränderlich ist, daß ein Reluktanzhilfsmoment auftritt, das gegenüber dem elektromagnetisch erzeugten Drehmoment zeitlich versetzt ist.
8. Plattenspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (3, 35, 49), der Rotor (1, 30, 46, 47, 69) und der Stator (2, 31, 48, 49) derart aufeinander abgestimmt sind, daß sich das Reluktanzhilfsmoment mindestens in den Zeiträumen der Unterbrechung des vom Motor (1, 2, 30, 31, 45) erzeugten elektromagnetischen Drehmoments ausbildet und in Verbindung mit dem elektromagnetischen Drehmoment ein im wesentlichen konstantes Gesamtdrehmoment ergibt.
9. Plattenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,, daß zur Lagerung des Rotors (1, 30, 46, 47, 69) auf dem Stator (2, 31, 48, 49) zwei Lager (20,. 21, 33, 34, 52, 53) vorgesehen sind, die in Richtung der Drehachse (A) des Rotors in Abstand voneinander angeordnet sind.

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10. Plattenspeicher nach Anspruch 9,. dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1, 30) und die Speicherplatte oder Speicherplatten (5, 6) einen zwischen den Lagern (20, 21 _r 33_Λ 34) liegenden gemeinsamen Schwerpunkt haben«
11. Plattenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Fördervorrichtung (14, 42) zum Heraustreiben von Schmutzteilchen in einer von einem Plattenaufnahmeraum (CR) wegführenden Richtung.
12. Plattenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schmutzteilchen abgebenden Antriebsteilen und dem Plattenaufnahmeraum (GR) eine Sperre angeordnet ist,, die den Übertritt von Schmutzteilchen mindestens herabsetzt.
13. Plattenspeicher nach Anspruch I2_t dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre als Labyrinthdichtung (17, 18, 22, 23,. 39, 40, 90, 91) ausgebildet ist.
14. Plattenspeicher nach Ansprüchen 9 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart dem etwa zur Mitte des

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Plattenaufnahmeraumes (CR) hin orientierten einen axialen Ende eines die Lager (52, 53) koaxial aufnehmenden Lagerrohrs (50) eine Labyrinthdichtung (90) und im Bereich des anderen axialen Endes des Lagerrohres nahe einem Montageflansch (57) eine weitere Labyrinthdichtung vorgesehen sind.
15. Plattenspeicher nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung (a) der Labyrinthspalte (94, 95, 96, 97) parallel zur Rotorachse größer als ihre radiale Erstreckung (r) ist.
16. Plattenspeicher nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) des Labyrinthspalts (94, 95, 96, 97) über seinen axialen Erstreckungen relativ klein und über seinen radialen Erstreckungen relativ groß ist.
17. Plattenspeicher nach Anspruch 15 oder \6, dadurch gekennzeichnet, daß a/d >· 10 und r/d <. 2 ist.
18. Plattenspeicher nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß statorseitige kammartige Elemente (23) in den Boden oder den Rand einer Rotor-

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glocke so eintauchen, daß zwischen diestatorseitigen kammartigen Elemente rotorseitige ..kammartige Vorsprünge ragen.
19. Plattenspeicher nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die kammartigen Vorsprünge ungleiche

Abstände haben.
20. Plattenspeicher nach Anspruch 1?,. dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge statorseitig und rotorseitig unterschiedliche Dicke haben.
21. Plattenspeicher nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß Rotor- und/oder Statorteile (31, 38) selbst unmittelbar als Labyrinthdichtungselemente (39, 40) ausgebildet sind.

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