DE3153747C2 - Plattenspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenspeicher zur Aufnahme mindestens einer eine Mittelöffnung aufweisenden Speicher­ platte der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Als Platten eignen sich Festplatten, flexible Magnetspeicher­ platten sowie optische Speicherplatten.

Bei Plattenspeichern werden Daten darstellende Bits in kreis- oder spiralförmigen Spuren auf Speicherplatten ge­ speichert, die mit relativ hohen Drehzahlen angetrieben werden. Das Einschreiben oder Auslesen der Bits erfolgt mittels eines Schreib- und/oder Lesekopfes, der mit Bezug auf die jeweils zu schreibende oder auszulesende Spur genau positioniert sein muß. Dies bedeutet, daß die Speicherplat­ ten mit hoher Präzision umlaufen müssen.

Aus DE 29 44 212 A1 ist bekannt, für den Antrieb solcher an einer Nabe drehfest angebrachter Speicherplatten einen elektrischen Antriebsmotor anzuordnen, der mit der Nabe über eine Welle verbunden ist. Eine derartige Anordnung nimmt in axialer Richtung vergleichsweise viel Platz in Anspruch.

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

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

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

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

Nach dieser Lösung wird eine sehr kompakte und stabile Einheit aus Antriebsmotor und Speicherplatte oder Speicher­ platten erzielt, welche die Verwendung sehr kleiner Spei­ cherplatten mit kleinen Mittelöffnungen ohne Reduzierung der verfügbaren Antriebsleistung erlaubt. Um das Eindringen von Schmutzteilchen in den die magnetischen Festspeicherplatten aufnehmenden Raum zu verhindern, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zwischen den Schmutzteilchen abgeben­ den Antriebsteil und dem Plattenaufnahmeraum eine Labyrinth­ dichtung vorgesehen, welche von koaxial ineinander greifen­ den rotierenden und stehenden Rotorteilen selbst gebildet ist. Mit dieser Maßnahme erreicht man eine effektive Abdich­ tung des die Speicherplatten aufnehmenden Raumes, welcher Reinraumqualitäten haben muß.

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

Gemäß Anspruch 2 ist der Antriebsmotor vorzugsweise als kollektorloser Gleichstrommotor mit dauermagnetischem Rotor ausgebildet. Zweckmäßig ist dabei gemäß Anspruch 3 in einem umlaufenden Rotorgehäuse ein ein- oder mehrteiliger Dauerma­ gnetring oder ein ringförmig gebogenes Dauermagnetband mit annähernd trapezförmiger Radialmagnetisierung über der Polteilung vorgesehen. Bei dem Dauermagneten kann es sich insbesondere um einen kunststoffgebundenen Magneten oder einen sogenannten Gummimagneten handeln. Solche Magnete bestehen aus Mischungen von Hartferriten und elastischem Material, insbesondere aus elastomergebundenem Bariumferrit.

Nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 4 weist der Stator eine mindestens einsträngige Statorwicklung auf, und es sind mindestens ein Drehstellungsdetektor sowie eine Kommutie­ rungsvorrichtung zum Verbinden der Wicklung mit einer Gleichstromquelle in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Drehstellungsdetektors vorgesehen. Ein derartiger, an sich bekannter Motor hat ein ausgezeichnetes Betriebsverhal­ ten und läßt sich kompakter als andere Motoren entsprechen­ der Leistung aufbauen. Er läßt sich infolgedessen besonders gut in die Mittelöffnungen der Speicherplatten integrieren, während das Lagersystem ausreichend robust ausgeführt sein kann, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, daß der Öffnungsdurch­ messer der Speicherplatten genormt ist. Geringere Gesamtab­ messungen des Motors schaffen daher mehr Raum für größere und robustere Lager.

Zur Lagerung des Rotors auf dem Stator sind gemäß Anspruch 5 zweckmäßig zwei Lager vorgesehen, die in Richtung der Dreh­ achse des Rotors in Abstand voneinander angeordnet sind. Sie können vorzugsweise gegeneinander axial verspannt sein.

Konstruktiv, einfach und stabil ist eine derartige Anord­ nung, wenn gemäß Anspruch 6 zur Aufnahme der Lager ein gemeinsames Lagerrohr oder dergleichen vorgesehen ist, welches mit einem Montageflansch ein einstückiges Gußteil bildet.

Besonders wirksame Labyrinthdichtungen ergeben sich, wenn diese nach den Vorschlägen gemäß Anspruch 7 bis 13 ausgebil­ det bzw. dimensioniert sind.

Der Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Aus­ führungsbeispielen näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen schematischen lotrechten Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 in größerem Maßstab eine Detailansicht einer Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Ausführungsform des Platten­ speicherantriebs 44 ist mit einem kollektorlosen Gleich­ strommotor 45 versehen, der ein mit einer Rotorwelle 46 fest verbundenes und zur Rotorwelle 46 konzentrisches Rotorgehäu­ se 47 aufweist. Zu dem Stator des Motors 45 gehört insbeson­ dere 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 von zwei Lagern 52, 53 gelagert, die durch in Abstand voneinander liegende Sicherungsringe 54 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. Statt dessen 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 abgewandten 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 5¼′′ oder 8′′-Platten handeln. Die veranschau­ lichte Bauweise erlaubt es, den Durchmesser 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.

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 Antriebselek­ tronik und eine Drehzahlregelschaltung, zu denen u. a. ein als Drehstellungsdetektor vorgesehener Hall-IC 63, Endstu­ fentransistoren 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 Einstel­ lung unterschiedlicher Arbeitspunkte oder dem Ausgleich von Bauelemententoleranzen dienen. Es kann mittels Schraubenzie­ her 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 zugewandt.

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 Statorblech­ paket 48 gegenüberliegenden Innenfläche des Rotorgehäuses 47 ist eine Mehrzahl von Dauersegmentstücken oder ein einteili­ ger Dauermagnet 69 befestigt. Der Dauermagnet 69 besteht vorzugsweise aus einer Mischung von Hartferrit, z. B. Ba­ riumferrit, und elastischem Material. Es handelt sich also um einen sogenannten Gummimagneten. Dieser ist über der Polteilung trapezförmig oder annähernd trapezförmig bei relativ kleiner Pollücke radial magnetisiert. Ein magneti­ scher Rückschlußring 70 befindet sich zwischen dem Rotorge­ häuse 47 und dem Dauermagneten 69. Der magnetische Rück­ schlußring 70 ist gleichzeitig Teil einer magnetischen Abschirmung. Grundsätzlich ist es auch möglich, das Rotorge­ häuse 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 72 und Ausnehmungen des Abschirmringes 72 für den Durchtritt 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 wärme­ leitend verbunden sind. Die Kühlkörper der Endstufentransi­ storen 64 können erforderlichenfalls gegenüber dem Abschirm­ ring 72 z. B. mittels einer Glimmerscheibe oder dergleichen elektrisch isoliert sein. Es ist auch möglich, den Abschirm­ ring 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. 1 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, Fett­ dämpfe oder dergleichen werden durch Labyrinthdichtungen 90, 91 zurückgehalten. Die Labyrinthdichtungen werden von fest­ stehenden und umlaufenden Teilen gebildet, die im Inneren der Antriebsvorrichtung jeweils koaxial ineinandergreifen.

Die Labyrinthdichtung 90 wird dadurch erhalten, daß der Boden 68 beim Lager 52 als zylinderförmige Buchse 92 ausge­ bildet ist, die in das Lagerrohr 5 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 50 begrenzt ist.

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

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

Eine andere oder weitere Labyrinthdichtung ist in Fig. 2 veranschaulicht. Diese Labyrinthdichtung wird von mehreren an der Innenseite des Rotors 1 befindlichen Ringnuten 22 und einer entsprechenden Anzahl 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, ver­ steht es sich, daß solche Labyrinthdichtungen radial inner­ halb und radial außerhalb der Wicklung vorgesehen werden können, um die Abdichtungswirkung weiter zu verbessern.

Ferner können Labyrinthelemente zusätzlich oder alternativ z. B. ähnlich Fig. 2 von einer Wickelkopfabdeckung aus kammartig in in ihrer Form umgekehrt ausgebildeten Vertie­ fungen im Boden eines glockenförmigen Außenrotorgehäuses eintauchen. Prinzipiell gilt auch hier, daß die axiale Erstreckung a der Labyrinthspalte parallel zur Rotorachse größer als ihre radiale Erstreckung r sein soll und daß die Dicke d der Labyrinthspalte über ihren axialen Erstreckungen klein sowie über ihren radialen Erstreckungen groß sein soll, wobei zweckmäßig a/d 10 und r/d 2 ist.

An dem freien, von der Nabe 60 abliegenden Ende der Rotor­ welle 46 ist ein Lüfter 76 mit Lüfterflügeln 77 befestigt. Der Lüfter 76 bewirkt eine intensive Luftbewegung im Bereich des Montageflansches 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 Gerätechassis 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.

Claims (13)

1. Plattenspeicher zur Aufnahme mindestens einer eine Mittelöffnung aufweisenden Speicherplatte mit einem Außenläufermotor mit zylindrischem Luftspalt, der einen Stator mit Flansch und einen Rotor mit einem Rotorgehäu­ se besitzt, an welchem eine Nabe zum drehfesten Verbin­ den der Speicherplatte mit dem Rotor vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (60) auf der dem Flansch (57) gegenüberliegenden Seite in axialer Verlän­ gerung des Rotorgehäuses (45) oberhalb des Luftspaltes (58) angeordnet ist, so daß der Durchmesser der Nabe (60) unabhängig vom Durchmesser des Luftspaltes (58) dimensionierbar ist, und daß rotierende und stehende Motorteile (92, 93, 51; 47, 70, 69, 57) koaxial ineinan­ der greifende Labyrinthdichtungselemente (94 bis 97) bilden.

2. Plattenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (45) als kollektorloser Gleich­ strommotor mit dauermagnetischem Rotor (69) ausgebildet ist.

3. Plattenspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dauermagnetische Rotor (69) in Umfangsrichtung trapezförmig magnetisiert ist und die Pollücken zwischen den Rotorspulen klein sind.

4. Plattenspeicher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stator (48, 49) eine mindestens ein­ strängige Statorwicklung aufweist und daß mindestens ein mit dem Permanentmagneten (69) zusammenwirkender Dreh­ stellungsdetektor (63) sowie eine Kommutierungsvorrich­ tung zum Verbinden der Wicklung mit einer Gleichstrom­ quelle in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Drehstellungsdetektors (63) vorgesehen sind.

5. Plattenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung des Rotors (46, 47, 69) auf dem Stator (48, 49) zwei Lager (52, 53) vorgesehen sind, die in Richtung der Drehachse des Rotors (46, 47, 69) in Abstand voneinander angeordnet und axial gegeneinander verspannt sind.

6. Plattenspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der Lager (52, 53) ein gemeinsames Lagerrohr (50) vorgesehen ist, welches mit einem Monta­ geflansch (57) ein einstückiges Druckgußteil bildet.

7. Plattenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart dem etwa zur Mitte des Plattenaufnahmeraumes hin orientierten einen axialen Ende eines die Lager (52, 53) koaxial aufnehmen­ den Lagerrohrs (50) eine Labyrinthdichtung (90) und im Bereich des anderen axialen Endes des Lagerrohres nahe einem Montageflansch (57) eine weitere Labyrinthdichtung vorgesehen sind.

8. Plattenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung (a) der Labyrinthspalte (94, 95, 96, 97) parallel zur Rotor­ achse größer als ihre radiale Erstreckung (r) ist.

9. Plattenspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) des Labyrinthspalts (94, 95, 96, 97) über seinen axialen Erstreckungen (a) relativ klein und über seinen radialen Erstreckungen (r) relativ groß ist.

10. Plattenspeicher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß a/d 10 und r/d 2 ist.

11. Plattenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß statorseitige kammartige Elemente (23) in den Boden oder den Rand einer Rotor­ glocke so eintauchen, daß zwischen die statorseitigen kammartigen Elemente rotorseitige kammartige Vorsprünge ragen.

12. Plattenspeicher nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeich­ net, daß die kammartigen Vorsprünge ungleiche Abstände haben.

13. Plattenspeicher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorsprünge statorseitig und rotorseitig unterschiedliche Dicke haben.