DE4221429C2 - Plattenspeicherantrieb, insbesondere für Festplattenspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenspeicherantrieb, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei solchen Antrieben ist es wegen der extremen Genauigkeits­ anforderungen und der zunehmend kleiner werdenden Abmessungen der Speicherplatten von 2,5 zu 1,8 bzw. sogar 1,3 Zoll Durch­ messer (1 Zoll = 25,4 mm) problematisch, die sehr engen Toleran­ zen und die für diese Motoren spezifischen Qualitätsanforde­ rungen einzuhalten. Nach diesen Anforderungen müssen zum Bei­ spiel der nicht wiederholbare Schlag oder der nicht wiederhol­ bare Auslauf (NRR = non-repeatable run out) vermieden werden. Zusätzlich müssen die Einflüsse von Temperaturschwankungen kom­ pensiert werden. Weiterhin muß die Lagerung eine gewisse Trag­ fähigkeit gewährleisten und sind bestimmte Resonanzfrequenzen zu vermeiden.

Die vorliegende Erfindung geht von einem aus DE 35 38 480 A1 bekannten Plattenspeicherantrieb insbesondere für Festplatten­ speicher aus, der einen Stator, einen Rotor eine Lagerung und eine koaxiale Nabe aufweist, auf deren Außenfläche eine oder mehrere Festplatten befestigt sind. Dieser Plattenspeicheran­ trieb weist zwei axial hintereinander angeordnete Lager auf, zwischen welchen ein Spindelabschnitt und eine Nabe vorgesehen sind, was zu einer großen axialen Baulänge führt.

Auch bei dem ferner bekannten Spindelmotor nach BP 0 392 500 A2 sind zwei getrennte, hintereinander liegende Lager für den Rotor vorgesehen, die gleichfalls eine relativ große axiale Baulänge des Motors zur Folge haben.

So liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen preisgünstig herstellbaren, die oben genannten Qualitätsanforde­ rungen erfüllenden Plattenspeicherantrieb in kompakter Bauweise zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. In den Unteransprüchen sind weitere Merkmale zur Weiter­ bildung dieser Lösung angegeben.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand von Aus­ führungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, im einzelnen erläutert.

In den Zeichnungsfiguren sind verschiedene Antriebsvarianten im Axialschnitt dargestellt.

Die Fig. 1, 3 und 5 zeigen als Außenläufermotor ausgebildete Antriebe, bei welchen ein Innenstator 1 ortsfest an einer unte­ ren Tragplatte 8 fixiert ist, wobei um den zylindrischen Außen­ umfang des Innenstators 1 ein permanentmagnetischer Ring 3 ro­ tiert, welcher, mit oder ohne separatem hohlzylindrischen Rück­ schlußring, das elektromotorische Antriebselement im Außenrotor bildet, der wie eine Tasse oder Glocke gestaltet ist und in den dieser permanentmagnetische Ring 3 eingesetzt ist.

Die Fig. 2, 4 und 6 zeigen alternativ dazu als Innenrotor- Lösungen ausgebildete Antriebe, bei welchen die Rotorwelle 6 unmittelbar den permanentmagnetischen Ringrotor trägt (unter Umständen auch unter Zwischenschaltung eines weichmagnetischen, hohlzylindrischen Rückschlußringes), dessen Außenumfang im In­ nern eines hohlringartigen Statorblechpaketes rotiert, welches seinerseits mit einer unteren Tragplatte 8 ortsfest verbunden ist.

Für alle dargestellten Ausführungsbeispiele gemeinsam ist, daß die rotierende Glocke oder der rotierende Topf gleichzeitig die Plattenspeichernabe bildet und an ihrem Außenumfang radial den Motor insgesamt so umgreift, daß im Außenrandbereich des Rotors, also außerhalb des direkt antreibenden Motors, die Lagerung vorgesehen ist.

Bei allen in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen ist mit Ziffer 1 ein Innenstator, der von unten an einer unteren Tragplatte 8 gehaltert ist, bezeichnet. Mit der Ziffer 2 ist ein hohlringartiger Außenstator bezeichnet, der ebenfalls mittelbar oder unmittelbar an der Tragplatte 8 gehaltert oder fest mit ihr verbunden ist.

Mit der Ziffer 3 sind die ringförmig angeordneten Außenläufer­ permanentmagnete bezeichnet, die in vorkragende Ringteile 17 greifen, welche an der Nabe 5 befestigt oder vorzugsweise ein­ stückig mit ihr ausgebildet sind. Mit Ziffer 4 ist ein Innenper­ manentmagnetrotorring bezeichnet, der vorzugsweise fest mit einer zenralen Welle 6 verbunden rotiert, welche in eine Spei­ cherplattennabe 5 übergeht, indem sie sich im Nabenbereich radi­ al stark erweitert.

Die mit der Ziffer 7 bezeichnete Außenfläche der Nabe 5 ist die zylindrische, sehr genaue Aufnahmefläche für die Speicher­ platten. Diese Aufnahme- bzw. Außenfläche 7 bildet mit einer Zentralscheibe 5a und einem Absatz (Auflage oder Ringscheibe) 14 (Fig. 1 bis 4) oder 15 (Fig. 5, 6) abgesetzt das ei­ gentliche Nabenelement. An diesen abgesetzten, radial vor­ kragenden Auflagen oder Ringscheiben 14, 15 ist bei dem Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 ein hohlzylindrischer An­ satz 11 einstückig angegossen, und zwar am radial äußersten Ende der Auflage bzw. Ringscheibe 14 derart, daß dieser Ansatz 11 mit der abgesetzten Auflage bzw. Ringscheibe 14, der Aufnahmefläche 7 und dem zentralen Flansch oder Scheibenteil 5 die Glockenform oder die Topfform bestimmt. Andererseits ist dieser vorkragende Rand 11 mit dem Außenlaufring eines Lagers 10 drehfest verbun­ den, wie Fig. 1 und 2 zeigen, währenddessen der Innenlaufring an einen von der Tragplatte 8 ortsfest axial hochkragenden Ring­ teil 16 gehaltert ist. Die Ringteile 16, 17, das Lager 10 und der hohlzylindrische Ansatz 11 sind axial ineinander geschach­ telt, so daß sie alle radial konzentrisch übereinanderliegen.

Während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 der Innenstator 1 am hochkragenden Ring 16 der Tragplatte 8 gehaltert ist, ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Innenstator 1 unmittelbar mit der Tragplatte 8 verbunden, z. B. mit dieser vergossen oder verklebt. Ein Außenring 13 ragt bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 von der Tragplatte 8 aus hoch und ist mit dieser ein­ stückig verbunden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 ist ein Ansatz 11 von der rotierenden Nabe ausgebildet. Dadurch sind im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 die Außenlaufringe der Lager 10 in die topfförmige Nabe eingesetzt und rotieren mit dieser, während im Falle der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 die Innenringe dieser außen liegenden Lager 12 mit dem heruntergezogenen Ringteil 17 rotieren. Im Falle der Außenläufermotoren gemäß Fig. 1, 3, 5 hat der Luft­ spalt die Ziffer 22, bei den Innenläufermotoren nach den Fig. 2, 4, 6 ist der Luftspalt mit 23 beziffert. Die heruntergezoge­ nen Ringteile 17 tragen bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1, 3 und 5 den hohlzylindrischen permanentmagnetischen Ring 3, der einen großen Durchmesser aufweist und eine größere Luftspaltfläche gestattet, so daß der magnetische Fluß, der den Luftspalt durchsetzt, nicht eine extrem hohe Dichte wie im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 2, 4 und 6 benötigt. Dies ge­ stattet, daß dieser aus billigerem Material hergestellt werden kann. In analoger Weise sind permanentmagnetische Ringe 4, 6 bzw. Ringsegmente bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 2, 4 und 6 an der vorzugsweise ferromagnetischen Rotorwelle 6 gehaltert. Dabei bildet die Welle 6 mit dem Ring bzw. den Ring­ teilen 4 den Innenrotor.

Die Magnetspeicherplatten sitzen nicht nur auf der hochgenauen zylindrischen Außenfläche 7, sondern liegen auch auf den radial vorkragenden Absätzen 14 (Fig. 1 bis 4) bzw. 15 (Fig. 5, 6) auf. Diese Absätze 14, 15 decken zum Teil die Lager 11 bzw. 12 insbesondere bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 3 und 4 ab, so daß konstruktiv die Möglichkeit gegeben ist, bei den Spalten 28, 29 noch Labyrinthdichtungselemente vorzusehen.

Mit den Fig. 5 und 6 sind Plattenspeicherantriebe mit axial längeren Aufnahmeflächen 7 gezeigt, welche zum Antrieb mehrerer Platten geeignet sind. Hierbei sind zwei axial übereinander in die als Außenrotorglocke ausgebildete Nabe 5 eingesetzte Lager 18, 19 vorhanden, die durch einen statorseitigen Distanzring 31 voneinander getrennt sind. Bei beiden Ausführungsformen gemäß den Fig. 5 und 6 tragen die Außenlaufringe der Lager 18, 19 die hohlzylindrische Wand 24 der Plattenspeichernabe 5, die mit dem Absatz 15 bis an die Tragplatte 8 heranreichend bündig her­ untergezogen ist.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1, 3, 5 ist die zentrale Scheibe 5, die das Zentrum der Nabe 5 bildet, sozusagen wellen­ los, während bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 2, 4 und 6 diese Scheibe 5a in die zentrale, rotierende Welle 6 übergeht.

Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1, 3 und 5 kann der Innenstator auch über eine sogenannte stehende Welle gehaltert werden, jedoch greifen hier die Lagermittel dann nicht an dieser stehenden Welle an.

Mit einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist eine weite­ re, ebenfalls axial länger bauende Anordnung gezeigt. Diese zeichnet sich im Vergleich zu den vorstehend beschriebenen An­ ordnungen dadurch aus, daß anstelle eines herkömmlichen Kugel­ lagers 12 ein integriertes Kugellager vorgesehen ist. Dieses besteht aus Kugeln 121, einem inneren Laufring 122, einem äuße­ ren Laufring 122 und einer Kugelkäfigvorrichtung 73. Die Lauf­ ringe besitzen bevorzugt begrenzende Oberflächen in Form eines Kegelstumpfes und sind präzisionsgedreht bzw. -geschliffen. Die Kugellagerkäfigvorrichtung 73 ist auf den heruntergezogenen - Ringteil 17 aufgesteckt. Sie besitzt federförmige Vorsprünge, bevorzugt aus Kunststoff, der die Kugeln des Lagers mit geeigne­ tem Abstand separiert. Die Kugellagerkäfigvorrichtung kann so bemessen sein, daß sie gleichzeitig als Dichtelement dient, welches aus dem Bereich der Lagerung stammende Abriebpartikel von dem Bereich des Datenspeichers bzw. der Magnetplatte fern­ hält. Diese Wirkung kann durch eine zusätzliche Dichtplatte 74 unterstützt werden.

Zur weiteren Verhinderung der Kontaminierung des Datenspeicher­ bereichs ist eine Ventilationseinrichtung vorgesehen. Diese besteht aus einer Zuluftöffnung 71 mit integriertem, nicht dar­ gestellten Filter aus Zellulose-/oder Schaumstoffmaterial sowie aus einer Abluftöffnung 72, die sich ebenfalls im ortsfesten Teil 13 der Tragplatte 8 befindet und gleichfalls mit einem nicht dargestellten, integrierten Filter versehen ist. Durch die Drehbewegung des Ringteils 17 mit der Nabe 5 entsteht an der Stelle der Zuluftöffnung 71 ein Unterdruck, so daß an dieser Stelle Luft angesaugt wird. Bei der Öffnung 72 entsteht dagegen ein Überdruck, so daß an dieser Stelle die angesaugte Luft ent­ weicht und eventuell vorhandene Abriebspartikel bevorzugt an dieser Stelle abgelagert werden.

Es versteht sich, daß der Zusammenbau der Anordnung in herkömm­ licher Weise erfolgt. Hierbei wird der Ringteil mit Nabe 5 aus seiner koaxialen Position verschoben, worauf die Kugellagerku­ geln einseitig eingelegt werden. Der Ringteil mit Nabe 5 wird sodann wieder in seine koaxiale Sollposition gebracht, die Ku­ geln werden durch Drehung verteilt und schließlich wird die Kugellagerkäfig-Vorrichtung aufgebracht.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist es vorteilhaft, den Stator 1 zur Einhaltung geringer Luftspalte zwischen Stator und Magnet 3 nachträglich in die Anordnung einzubringen und zu fixieren.

Für alle Ausführungsformen gemäß der Erfindung nach den Fig. 1 bis 7 ist es wesentlich, daß die Elemente für die Lagerung 10, 12, 18 und 19 radial außerhalb des eigentlichen Motors liegen, diesen also umgeben. Der antreibende Motor ist also quasi in die Lagerung hineingesteckt.

Der mit der Erfindung vorgeschlagene Plattenspeicherantrieb hat sich im Hinblick auf die eingangs genannten Anforderungen wegen hoher Tragfähigkeit und guter Vorspannung als vorteilhaft erwie­ sen. Auch zeichnet er sich durch geringe Geräuschentwicklung und hohe Laufruhe aus.

Die größeren radialen Abmessungen der Lager gestatten darüber hinaus eine größere Kugelzahl, was sich ebenfalls günstig auf die geforderten Eigenschaften auswirkt.

Die mit der Erfindung vorgeschlagene Konstruktion bietet außer­ dem den Vorteil, daß das Statorteil 1 nachträglich montierbar und damit auswechselbar ist.

Claims (13)

1. Plattenspeicherantrieb, insbesondere für Festplattenspei­ cher, mit einem Motor, bestehend aus einem Stator, einem Rotor, einer Lagerung (10, 12; 18, 19) und einer koaxialen Nabe (5), auf deren Außenfläche eine oder mehrere Fest­ platten befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (5) im Bereich ihres radial äußeren Randes drehbar derart gelagert ist, daß alle Elemente der Lagerung (10, 12; 18, 19) radial außerhalb des Motors liegen und diesen umgeben.

2. Plattenspeicherantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lagerung den gesamten Antriebsmotor ring­ förmig umschließt, d. h. radial umgibt.

3. Plattenspeicherantrleb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (5) topfförmig ausgebildet ist, daß an der zylindrischen Innenwand (11, 24) der Nabe (5) ein Außenring mindestens eines Kugellagers (10, 18, 19) befestigt ist.

4. Plattenspeicherantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (7) der Nabe (5) radial in eine flanschartige nach außen ragende Auflage (14) über­ geht, wobei außenseitig auf der von den Speicherplatten wegweisenden Seite der Auflage 14 ein Innenring mindestens eines Kugellagers (12) an einem an der Nabe 5 aufsetzenden hohlzylindrischen Ringteil (17) angeordnet ist.

5. Plattenspeicherantrieb nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle stehenden und rotierenden Zylinder- oder Ringteile radial übereinander­ liegend bzw. ineinandergreifend konzentrisch aufgebaut sind, wobei vorzugsweise für die die Genauigkeit des Plat­ tenspeicherantriebs maßgeblichen Teile ein Minimum an Fügestellen vorgesehen ist.

6. Plattenspeicherantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung wenigstens ein Wälzlager (10, 12) oder zwei axial distanzierte Wälzlager (18, 19) aufweist.

7. Plattenspeicherantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise hohlzylin­ drischen permanentmagnetischen Rotormagneten (3, 4) auf der luftspaltabseitigen Fläche (33, 34) einen weichmagnetischen zusätzlichen Rückschlußring aufweisen und die übrigen tra­ genden Rotorteile aus Leichtmetall oder nicht ferromagneti­ schem Material bzw. aus Stahl bestehen, wobei der Rotor selbst die Nabe bildet.

8. Plattenspeicherantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise hohlzylin­ drischen permanentmagnetischen Rotormagneten (3, 4) auf der luftspaltabseitigen Fläche 33, 34 einen weichmagnetischen Rückschlußring aufweisen, der durch ein hohlzylindrisches, aus einem ferromagnetischen Material bestehendes Ringteil (17), gebildet ist.

9. Plattenspeicherantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das hohlzylindrische Ringteil (17) an der Nabe (5) einstückig angeformt ist.

10. Plattenspeicherantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das hohlzylindrische Ringteil (17) als sepa­ rates Bauteil mit der Nabe (5) koaxial verbunden ist.

11. Plattenspeicherantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Lagerelement durch ein integriertes Kugellager mit einer tragplattenseitig (8) eingearbeiteten Kugellaufbahn (123) und einer nabenseitig (5) einge­ arbeiteten Kugellaufbahn (122) gebildet ist.

12. Plattenspeicherantrieb nach einem Anspruch 11 mit einer Ku­ gelkäfig-Vorrichtung (73), welche gleichzeitig als Dicht­ element dient.

13. Plattenspeicherantrieb nach Anspruch 11 oder 12 ge­ kennzeichnet durch eine tragplattenseitige (8) Ventila­ tionseinrichtung mit Zuluft- und Abluftöffnungen (71, 72), welche mit Filtereinsätzen ausgestattet sind.