DE3300574C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Direktantriebsmotor gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Solche Motoren sind bekannt (DE-OS 31 08 204) und Gegenstand der älteren Anmel­ dung gemäß DE-OS 31 44 629.

Es ist ferner eine elektrische Maschine, insbesondere in Form eines Drehstromgenera­ tors für Kraftfahrzeuge, bekannt, die eine Rotorwelle aufweist, die in einer Lagerauf­ nahmeanordnung über zwei axial in Abstand voneinander gehaltene Wälzlager drehbar gelagert ist, deren Außenringe gegenüber der Lageraufnahmeanordnung festgelegt sind. Die Rotorwelle ist in dem einen Lager axial fest gehaltert. Der Innenring des anderen Wälzlagers steht mit der Rotorwelle in einer eine gegenseitige Axialbewegung von In­ nenring und Rotorwelle zulassenden Verbindung. Zwischen dem Ende der Rotorwelle und dem Innenring des anderen Lagers besteht ein leichtes Spiel. Das bedeutet, daß die Rotorwelle in dem Innenring des anderen Lagers sowohl axial verschiebbar als auch ge­ genüber dessen Innenring in Drehrichtung verstellbar ist. Um das Lagerspiel zwischen dem festen und dem verschiebbaren Lager auszugleichen, ist eine Spiralfeder vorgese­ hen, die zwischen dem Innenring des verschiebbaren Lagers und eine Schulter der Ro­ torwelle bzw. einen auf der Rotorwelle sitzenden Schleifringträger reib- oder form­ schlüssig eingesetzt ist. Bei abgewandelten Ausführungsformen der bekannten elektri­ schen Maschine ist zum Zwecke der Dämpfung und des Ausgleichs an Stelle der Spiral­ feder eine zwischen die Rotorwelle und den Innenring des verschiebbaren Lagers einge­ setzte Hülse vorgesehen, die sich mit einem Kragen gegen eine Schulter der Rotorwelle anlegt, oder statt der Spiralfeder ist als federndes Element ein O-Ring zwischen die eine Stirnfläche des Innenringes des verschiebbaren Lagers und die diesem Innenring zuge­ wendete Stirnfläche eines Schleifringträgers eingesetzt.

Des weiteren ist ein Antriebsmotor für Plattenspielgeräte bekannt (DE-GM 17 59 081), bei welchem der Rotor des Motors mit der Rotorwelle über eine Gummibuchse rei­ bungsschlüssig verbunden ist, um die Rotorwelle und eine daran angebrachte Stufen­ scheibe gegen eine Rotorwelle mit anders bemessener Stufenscheibe austauschen zu können und damit das Übersetzungsverhältnis eines Reibradantriebes zu ändern, der teilweise von der Stufenscheibe gebildet wird. Bei beiden Lagern der Rotorwelle han­ delt es sich um Kalottenlager (Gleitlager). Gegenüber beiden Lagern ist die Rotorwelle sowohl axial verschiebbar als auch drehbar.

Plattenspeicher-Direktantriebsmotoren und Direktantriebs-Spindelmotoren müssen be­ sonders vibrations- und geräuscharm laufen. An der Plattenträgernabe sind hohe Anfor­ derungen bezüglich des Rundlaufs zu erfüllen. Der Rundlauf soll sich über Jahre hinweg im Betrieb nur in engsten Grenzen ändern. Diese Funktionsforderungen setzen bisher Präzisionslagerungen voraus, die im allgemeinen teure Präzisionskugellager und kost­ spielige Präzisionsteile für die Halterung solcher Lager erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Direktantriebsmotor zu schaffen, der es gestattet, hohe Laufgenauigkeitsdaten mit verhältnismäßig grob tolerierten Teilen zu erzielen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Motor der eingangs genannten Art erfin­ dungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die axiale Relativbeweglichkeit zwischen dem Innenring des anderen Wälzlagers und der Rotorwelle lassen sich unterschiedliche Wärmedehnungen aufnehmen. Gleichzeitig wird aber ein gegenseitiges Verdrehen zwischen diesem Innenring und der Rotorwelle verhindert. Letzteres ist besonders wichtig, weil bei Datengeräten, wie Festplattenspeichern und dergleichen, der absolute Schlag normalerweise ein Mehrfaches des nicht wiederholbaren Schlages betragen darf, der seinerseits im wesentlichen durch unerwünschte Drehbewegungen zwischen Innenring und Welle verursacht wird.

Der Innenring des einen Wälzlagers und die Außenringe beider Wälzlager können vor­ zugsweise mit der Rotorwelle bzw. der Lageraufnahmeanordnung verklebt sein. Dabei können insbesondere die die Außenringe aufnehmenden Lagerbohrungen der Lager­ aufnahmeanordnung grob toleriert sein, und die beiden Wälzlager können in die Lager­ aufnahmeanordnung exakt fluchtend eingeklebt sein. Letzteres läßt sich mit einer zweckentsprechenden Hilfsvorrichtung leicht erreichen. Neben den Lagerbohrungen können in einem solchen Fall auch die Welle, der Wälzlageraußendurchmesser und der Wälzlagerinnendurchmesser vergleichsweise hob toleriert sein. Der Fertigungsaufwand wird erheblich vermindert.

Zur schlupffreien, Axialbewegungen zulassenden Verbin­ dung zwischen dem Innenring des anderen Wälzlagers und der Rotorwelle kann ein für eine radiale Verspannung zwischen Innenring und Rotorwelle sorgendes elastisches Glied, zweckmäßig in Form eines O-Ringes, vorgesehen sein, der mit Klebstoff überzogen und in einer Ringnut der Rotorwelle gehalten sein kann. Es zeigte sich, daß durch ein solches elastisches Glied Verlagerungen der Drehachse des Motors, z. B. durch Vibrationen im Rah­ men des Spiels zwischen Wälzlagerinnenring und Welle, während des Betriebs mit hoher Zuverlässigkeit ausge­ schlossen werden können.

Die Wälzlager können in gegenseitigem Axialabstand mit­ tels Sicherungsringen gehalten sein, die in Ringnuten der Lagerbohrungen hineinragen und die sich gegen die einander zugewendeten Stirnflächen der Außenringe anlegen. Statt dessen kann in die Lagerbohrungen auch ein Distanzrohr eingeschoben sein, das sich gegen die einander zugewendeten Stirnflächen der Außenringe an­ legt. Wesentlich ist dabei nur, daß die Anschlagelemen­ te in Form der Sicherungsringe oder des Distanzrohrs eine mindestens punktförmige Anlage für die Lager bie­ ten, wobei der Lagerlängsanschlag wiederum relativ grob toleriert sein kann.

Der Motor kann zweckmäßig als Außenläufermotor mit einem Rotorgehäuse ausgelegt sein, das mit der Rotorwelle ver­ bunden und koaxial zu dieser angeordnet ist. Als Lager­ aufnahmeanordnung kann einfach ein beide Wälzlager auf­ nehmendes Lagerrohr vorgesehen sein. Es können aber auch andere Lageraufnahmen, z. B. zwei getrennte Lagerelemen­ te, vorgesehen sein.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die beilie­ gende einzige Figur zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß aufgebauten Außenläufer-Direktantriebs­ motor für Festplattenspeicher.

Der veranschaulichte Direktantriebsmotor 10 ist als kol­ lektorloser Gleichstrommotor mit einem becherförmigen Ro­ torgehäuse 12 ausgebildet, das konzentrisch zu einer Ro­ torwelle 14 sitzt und mit dieser über eine Nabe 16 fest verbunden ist, die in eine Mittelöffnung des Rotorgehäu­ ses eingepreßt ist. In dem aus magnetisch gut leitendem Werkstoff bestehenden Rotorgehäuse 12 ist eine Mehrzahl von Dauermagnetstücken oder ein einteiliger Dauermagnet­ ring 18 angebracht. Der Dauermagnetring besteht vorzugs­ weise aus eine Mischung von Hartferrit, z. B. Barium­ ferrit, 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. Das Rotor­ gehäuse 12 kann als Tiefziehteil hergestellt sein.

Zu dem Stator des Motors 10 gehört insbesondere ein Wick­ lungskern 20, der aus dem eigentlichen Statoreisen 21, im allgemeinen in Form eines Statorblechpakets, sowie aus Endscheiben 22, 23 besteht, und der eine Statorwicklung 24 trägt. Der Wicklungskern 20 ist auf ein Lagerrohr 26 aufgesetzt. Die Rotorwelle 14 ist in dem Lagerrohr 26 mit Hilfe von zwei Kugellagern 27, 28 gelagert, die durch Sicherungsringe 29, 30 in gegenseitigem Axialabstand ge­ halten sind. Die Sicherungsringe 29, 30 sind in Ringnu­ ten 31, 32 des Lagerrohrs 26 eingesetzt. Sie legen sich gegen die einander zugewendeten Stirnflächen der Außenrin­ ge 33, 34 der Kugellager 27 bzw. 28 an. Anstelle der Si­ cherungsringe 29, 30 kann auch ein (nicht dargestelltes) Distanzrohr vorgesehen sein, das in die Bohrung 35 des Lagerrohrs 26 eingeschoben ist und gegen dessen Stirnflä­ chen sich die Außenringe 33, 34 anlegen. Eine Tellerfeder 38 stützt sich an der Unterseite des Innenrings 40 des Kugellagers 28 und der diesem Kugellager zugewendeten Stirnseite der Nabe 16 ab, wodurch die Kugellager 27, 28 axial gegeneinander verspannt werden. Das Lagerrohr 26 bildet bei der veranschaulichten Ausführungsform zusam­ men mit einem Montageflansch 42 ein einstückiges Druck­ gußteil. Statt dessen kann das Lagerrohr 26 auch mit Preßsitz in einer mit dem Montageflansch 42 verbundenen Nabe sitzen.

Der Magnetring 18 und der Wicklungskern 20 begrenzen ei­ nen zylindrischen Luftspalt 44. Mit der Endscheibe 22 des Stators stehen über Stützen 45, 46 eine gedruckte Leiterplatte 47 und ein Abschirmblech 48 aus magnetisch gut leitendem Werkstoff in Verbindung. Das Abschirmblech 48 verhindert in Verbindung mit dem Rotorgehäuse 12 und dem Kugellager 27 den Austritt von magnetischen Streu­ feldern in den von den Festspeicherplatten eingenomme­ nen Raum 50. Auf der Leiterplatte 47 sitzen die Antriebs­ elektronik und gegebenenfalls eine Drehzahlregelschal­ tung, die nicht näher veranschaulicht sind. Der Montage­ flansch 42 gestattet es, den Motor 10 an einer Trennwand eines Festplattenspeichers anzubringen, die in bekannter Weise (z. B. DE-OS 31 08 204) den Raum 50 vom übrigen Ge­ räteinneren abtrennt. Eine zur Aufnahme einer oder meh­ rerer Festspeicherplatten dienende Nabe 52 ist mit dem in der Figur oberen Ende der Rotorwelle 14 fest verbun­ den. Um das Lagersystem der Rotorwelle 14 gegenüber dem Festspeicherplatten-Aufnahmeraum 50 abzudichten, ist im Bereich zwischen der Habe 52 und dem Lager 27 eine Magnet­ flüssigkeitsdichtung 54 in das Lagerrohr 26 eingesetzt. Die Dichtung 54 besteht aus zwei Polstücken 55, 56, einem zwischen den Polstücken sitzenden Dauermagnetring 57 und einer magnetischen Flüssigkeit, die in einen Ringspalt 58 zwischen dem Magnetring 57 und einer auf der Rotorwel­ le 14 befestigten Buchse 59 eingebracht ist.

An der Außenseite des Bodens des Rotorgehäuses 12 ist ein in Axialrichtung flaches, beispielsweise als Kunst­ stoffspritzteil ausgebildetes Radialgebläserad 61 be­ festigt, das Luft im zentralen Bereich anzieht und radial nach außen schleudert.

Die Kugellager 27, 28 sind mit einer Präzisionshilfsvor­ richtung exakt fluchtend in die verhältnismäßig grob to­ lerierte Lagerrohrbohrung 35 im Bereich ihrer Außenrin­ ge 33, 34 eingeklebt. Außerdem ist der Innenring 39 des einen (bei diesem Ausführungsbeispiel oberen) Kugella­ gers 27 mit der Rotorwelle 14 verklebt. Zu diesem Zweck weist die Rotorwelle 14 eine Ringnut 62 auf, in die bei der Montage Klebstoff eingebracht wird. Der Innenring 40 des anderen Kugellagers 28 ist dagegen mit Bezug auf die Rotorwelle 14 in axialer Richtung leicht verschieb­ bar. In eine Ringnut 63 der Rotorwelle 14 ist ein elasti­ sches Glied, beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form eines mit Klebstoff überzogenen O-Ringes 64, einge­ setzt. Dieser O-Ring 64 sichert den Innenring 40 gegen Verdrehung gegenüber der Rotorwelle 14, läßt aber Axial­ bewegungen der Welle 14 gegenüber dem Lager 28 bei un­ terschiedlichen Wärmedehnungen oder dergleichen zu. Der O-Ring 64 verhindert Verlagerungen der Drehachse des Mo­ tors 10 während des Betriebs, z. B. auf Grund von Vibra­ tionen im Rahmen des Spiels zwischen dem Innenring 40 und der Welle 14. Der O-Ring 64 macht den nichtwieder­ holbaren Schlag, wie er sich insbesondere durch ein Wan­ dern des Innenrings 40 in Umfangsrichtung mit Bezug auf die Welle 14 einstellen würde, besonders klein. Das ela­ stische Glied, z. B in O-Ringform, kann aus Kunststoff oder Gummi, aber auch aus Metall bestehen.

Claims (11)

1. Direktantriebsmotor, insbesondere für Plattenspeicher und dergleichen, mit einer Ro­ torwelle, die in einer Lageraufnahmeanordnung über zwei axial in Abstand voneinander gehaltene Wälzlager drehbar gelagert ist, deren Außenringe gegenüber der Lagerauf­ nahmeanordnung festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (39) des einen Wälzlagers (27) mit der Rotorwelle (14) fest verbunden ist, während der Innen­ ring (40) des anderen Wälzlagers (28) mit der Rotorwelle in in Drehrichtung schlupf­ freier und Radialbewegungen verhindernder, jedoch eine gegenseitige Axialbewegung von Innenring (40) und Rotorwelle (14) zulassender Verbindung steht.

2. Direktantriebsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Innenring (39) des einen Wälzlagers (27) und die Außenringe (33, 34) beider Wälzlager (27, 28) mit der Rotorwelle (14) bzw. der Lageraufnahmeanordnung (26) ver­ klebt sind.

3. Direktantriebsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die die Außenringe (33, 34) aufnehmenden Lager­ bohrungen (35) der Lageraufnahmeanordnung (26) grob to­ leriert und die beiden Wälzlager (27, 28) in die Lagerauf­ nahmeanordnung (26) exakt fluchtend eingeklebt sind.

4. Direktantriebsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zur schlupffreien, Axial­ bewegungen zulassenden Verbindung zwischen dem Innenring (40) des anderen Wälzlagers (28) und der Rotorwelle (14) ein für eine radiale Verspannung zwischen Innenring (40) und Rotorwelle (14) sorgendes elastisches Glied (64) vorgesehen ist.

5. Direktantriebsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das elastische Glied (64) als O-Ring ausgebil­ det ist.

6. Direktantriebsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der O-Ring (64) mit Klebstoff überzogen ist.

7. Direktantriebsmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das elastische Glied (64) in einer Ringnut (63) der Rotorwelle (14) gehalten ist.

8. Direktantriebsmotor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlager (27, 28) in gegenseitigem Axialabstand mittels Sicherungs­ ringen (29, 30) gehalten sind, die in Ringnuten (31, 32) der Lagerbohrungen (35) hineinragen und die sich ge­ gen die einander zugewendeten Stirnflächen der Außen­ ringe (33, 34) anlegen.

9. Direktantriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wälzlager (27, 28) mittels eines in die Lagerbohrungen (35) eingeschobenen, sich gegen die einander zugewendeten Stirnflächen der Außenringe (33, 34) anlegenden Distanzrohrs in gegensei­ tigem Axialabstand gehalten sind.

10. Direktantriebsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (10) als Aus­ senläufermotor mit einem Rotorgehäuse (12) ausgelegt ist, das mit der Rotorwelle (14) verbunden und koaxial zu dieser angeordnet ist.

11. Direktantriebsmotor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Lageraufnahme­ anordnung ein beide Wälzlager (27, 28) aufnehmendes La­ gerrohr (26) vorgesehen ist.