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DE102008035509A1 - Magnetic axial bearing for initiating axial force, has bearing part provided with permanent magnet and flux guide elements provided on opposing end faces of magnet, and other elements provided at mutual spacing with respect to each other - Google Patents

Magnetic axial bearing for initiating axial force, has bearing part provided with permanent magnet and flux guide elements provided on opposing end faces of magnet, and other elements provided at mutual spacing with respect to each other Download PDF

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DE102008035509A1
DE102008035509A1 DE102008035509A DE102008035509A DE102008035509A1 DE 102008035509 A1 DE102008035509 A1 DE 102008035509A1 DE 102008035509 A DE102008035509 A DE 102008035509A DE 102008035509 A DE102008035509 A DE 102008035509A DE 102008035509 A1 DE102008035509 A1 DE 102008035509A1
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DE
Germany
Prior art keywords
bearing
spindle motor
component
motor according
permanent magnet
Prior art date
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Ceased
Application number
DE102008035509A
Other languages
German (de)
Inventor
Vladimir V. Dr. Popov
Stefan Schwamberger
Martin Dr. Bauer
Guido Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Minebea Co Ltd
Original Assignee
Minebea Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Minebea Co Ltd filed Critical Minebea Co Ltd
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Priority to US12/315,299 priority patent/US8212444B2/en
Priority to JP2008313866A priority patent/JP2009144922A/en
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Abstract

The bearing (22) has a bearing part (24) consisting of a permanent magnet (26) and two flux guide elements which are provided on opposing end faces of the permanent magnet and aligned substantially radial and perpendicular to a rotational axis. A bearing part (30) comprises two flux guide elements provided at mutual spacing with respect to each other and aligned substantially radial and perpendicular to the rotational axis. The bearing parts are made of a ferromagnetic material, and are concentric to the rotational axis. An independent claim is also included for a spindle motor comprising a stationary motor component and a rotatable motor component.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit einem magnetischen Axiallager gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solcher Spindelmotor kann bevorzugt zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks eingesetzt werden.The The invention relates to a spindle motor with a magnetic thrust bearing according to the preamble of claim 1. A such spindle motor may preferably be for driving a hard disk drive be used.

Stand der TechnikState of the art

Zur Drehlagerung von Elektromotoren kleiner Baugröße bis etwa 30 mm Außendurchmesser, wie beispielsweise Spindelmotoren, wie sie zum Beispiel in Festplattenlaufwerken mit einem Plattendurchmesser von 2,5 Zoll, 1 Zoll oder darunter oder zum Antrieb von Kleinlüftern eingesetzt werden, ist es bekannt, magnetische Axiallager zur Aufnahme der axialen Kräfte zu verwenden. Bei Spindelmotoren der in Rede stehenden Bauart, die vorzugsweise als bürstenlose, elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren ausgebildet sind, ist die Motorwelle mit einer Nabe gekoppelt, die zur Aufnahme von einer oder mehreren Festplatten dient. Ein Rotormagnet ist mit der Nabe verbunden und koaxial zu einem Stator angeordnet.to Drehlagerung of electric motors of small size up to about 30 mm outside diameter, such as spindle motors, as for example in disk drives with a disk diameter of 2.5 inches, 1 inch or less or for driving small fans are used, it is known magnetic thrust bearing for receiving the to use axial forces. For spindle motors of in Speech type, preferably brushless, electronic Commutated DC motors are formed, the motor shaft coupled with a hub that holds one or more Hard disks are used. A rotor magnet is connected to the hub and arranged coaxially with a stator.

In der US 6,172,847 B1 zum Beispiel wird ein Festplattenlaufwerk beschrieben, bei dem eine Welle mit einer Rotornabe verbunden ist, welche die Festplatte trägt und mit dem Rotor gekoppelt ist. Die Welle ist in einer Lagerhülse geführt, wobei zwischen der Lagerhülse und der Welle ein hydrodynamisches Radiallager sowie ein axiales Drucklager gebildet sind. Das axiale Drucklager wird über magnetische Elemente vorgespannt, um das Anlaufdrehmoment zu reduzieren.In the US 6,172,847 B1 For example, a hard disk drive is described in which a shaft is connected to a rotor hub which carries the hard disk and is coupled to the rotor. The shaft is guided in a bearing sleeve, wherein between the bearing sleeve and the shaft, a hydrodynamic radial bearing and an axial thrust bearing are formed. The axial thrust bearing is biased by magnetic elements to reduce start-up torque.

Die Anwendung, Theorie und Berechnung von Magnetlagern wurde in der Literatur umfangreich abgehandelt. Es besteht kein Zweifel, dass Magnetlager insbesondere im Hinblick auf die Reduzierung der Lagerreibung nützlich sind. Das Hauptproblem passiver Magnetlager ist die Notwendigkeit von Stabilisierungssystemen für wenigstens einen Freiheitsgrad, weil Magnete alleine nicht in der Lage sind, ein Lager in einem stabilen Gleichgewicht zu halten. Es ist somit nicht möglich, nur mit Dauermagneten stabile Lager zu erstellen. Für die sogenannte magnetische Levitation (Schwebezustand) benötigt man daher zusätzliche Stabilisierungssysteme. Im Stand der Technik wurden hierfür zahlreiche Lösungen vorgeschlagen.The Application, theory and calculation of magnetic bearings was in the Literature extensively dealt with. There is no doubt that Magnetic bearings, in particular with regard to reducing the bearing friction are useful. The main problem of passive magnetic bearings is the need for stabilization systems for at least one degree of freedom, because magnets alone are not able to keep a warehouse in a stable equilibrium. It is thus not possible to create stable bearings only with permanent magnets. For the so-called magnetic levitation Therefore one needs additional stabilization systems. In the prior art, this has been numerous solutions proposed.

Das US-Patent 5,541,460 beschreibt einen Spindelmotor mit passiven magnetischen Axiallagern sowie einem Spurkuppenlager, das als ein hydrodynamisches Lager oder Kugellager realisiert sein kann. Das passive magnetische Axiallager erzeugt als Gegenlager zum Spurkuppenlager eine Anziehungskraft in axialer Richtung. Ein ähnlicher Stand der Technik ist auch in dem US-Patent 5,561,335 und in dem US-Patent 5,545,937 beschrieben.The U.S. Patent 5,541,460 describes a spindle motor with passive magnetic thrust bearings and a track roller bearing, which can be realized as a hydrodynamic bearing or ball bearings. The passive magnetic thrust bearing generates an attractive force in the axial direction as an abutment to the track tip bearing. A similar prior art is also in the U.S. Patent 5,561,335 and in that U.S. Patent 5,545,937 described.

Die US 2003/0042812 A1 beschreibt ein passives Magnetlager für eine horizontale Welle mit Schwebe- und Stabilisierungselementen. Das Schwebeelement besteht aus einem Paar stationärer gebogener ferromagnetischer Segmente, die innerhalb einer ringförmigen, radial wirkenden Magnetanordnung liegen. Die Magnetanordnung ist an dem inneren Umfang einer hohlen Welle angeordnet. Die Anziehungskraft zwischen den gebogenen Segmenten und der Magnetanordnung wirkt vertikal, um die Welle anzuheben, sowie horizontal, um die Welle zu zentrieren. Das Stabilisierungselement besteht aus einer ringförmigen magnetischen Halbach-Anordnung und einem stationären ringförmigen Schaltkreis, der innerhalb der Halbach-Anordnung angeordnet ist. Die Halbach-Anordnung ist am Innenumfang der hohlen Welle positioniert. Eine Abstoßungskraft zwischen der Halbach-Anordnung und dem Schaltkreis nimmt umgekehrt proportional zu dem radialen Abstand zwischen diesen zu und wirkt somit als Rückstellkraft, um die Welle in einen Gleichgewichtszustand zu bringen, wenn sie aus diesem herausbewegt wurde. Das Lager ist so konfiguriert, dass zwischen den magnetischen und ferromagnetischen Komponenten Wechselströme erzeugt werden, die entsprechende Verluste generieren.The US 2003/0042812 A1 describes a passive magnetic bearing for a horizontal shaft with levitation and stabilization elements. The levitation element consists of a pair of stationary bent ferromagnetic segments which lie within an annular, radially acting magnet arrangement. The magnet assembly is disposed on the inner circumference of a hollow shaft. The attractive force between the arcuate segments and the magnet assembly acts vertically to lift the shaft and horizontally to center the shaft. The stabilizing element consists of an annular Halbach magnetic arrangement and a stationary annular circuit disposed within the Halbach arrangement. The Halbach arrangement is positioned on the inner circumference of the hollow shaft. A repulsive force between the Halbach assembly and the circuit increases in inverse proportion to the radial distance therebetween and thus acts as a restoring force to bring the shaft into an equilibrium state when it has been moved out of it. The bearing is configured to generate alternating currents between the magnetic and ferromagnetic components that generate corresponding losses.

Die US 2003/0117031 A1 beschreibt ein Magnetlager für einen Spindelmotor mit einer Magnetkomponente, die zwischen der Grundplatte und der Motorspindel montiert ist. Die Magnetkomponente umfasst einen inneren und einen äußeren Magnetabschnitt, die koaxial angeordnet sind und einander abstoßen, so dass die Spindel schwebt und mechanische Reibung minimiert wird. Das Magnetlager ist in einer stationären Welle zur Lagerung einer rotierenden Spindel angeordnet, wobei die Spitze der Spindel von einem Gegenstück der Grundplatte unterstützt wird.The US 2003/0117031 A1 describes a magnetic bearing for a spindle motor with a magnetic component mounted between the base plate and the motor spindle. The magnet component includes inner and outer magnet portions that are coaxially disposed and repel each other so that the spindle floats and mechanical friction is minimized. The magnetic bearing is arranged in a stationary shaft for supporting a rotating spindle, wherein the tip of the spindle is supported by a counterpart of the base plate.

Die US 2004/0046467 A1 beschreibt eine Magnetlageranordnung mit passiven (axialen) magnetischen Drucklagern und mit radialen Gleitlagern oder Kugellagern für einen Läufermotor.The US 2004/0046467 A1 describes a magnetic bearing assembly with passive (axial) magnetic thrust bearings and with radial plain bearings or ball bearings for a rotor motor.

Zusammengefasst offenbart der Stand der Technik Magnetlager mit Stabilisationssystemen, die umfassen: Stahl- oder Diamant-Drucklager auf der Basis von Kugellagern; magnetische Fluidlager; Wirbelstromelemente; Gleitlager als axiale Drucklager; sowie hybride passive Magnetlager, die kombiniert sind mit hydro- bzw. fluiddynamischen Lagern oder Luftlagern.Summarized the prior art discloses magnetic bearings with stabilization systems, which include: steel or diamond thrust bearings based on ball bearings; magnetic fluid bearings; Eddy current elements; Plain bearing as axial Thrust bearings; as well as hybrid passive magnetic bearings that are combined with hydro- or fluid dynamic bearings or air bearings.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spindelmotor mit einem magnetischen Axiallager anzugeben, der sowohl beim Anlaufen als auch im stabilen Betrieb mit geringer Reibung arbeitet und sich insbesondere zur Verwendung in Festplattenlaufwerken mit geringer Stromaufnahme eignet.Of the Invention is based on the object, a spindle motor with a specify magnetic thrust bearing, both at startup as also works in stable operation with low friction and especially for use in hard disk drives with low Current consumption is suitable.

Diese Aufgabe wird durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.These Task is achieved by a spindle motor with the features of claim 1 solved.

Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.preferred Embodiments and advantageous features of the invention are in specified in the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist ein Spindelmotor offenbart, der ein feststehendes Motorbauteil, den Stator, und ein drehbewegliches Motorbauteil, den Rotor, aufweist, sowie ein fluiddynamisches Radiallager zur Drehlagerung des Rotors in Bezug auf den Stator um eine Drehachse, wobei ein Lagerspalt zwischen Teilen des Rotors und Teilen des Stators ausgebildet und mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Ferner umfasst der Elektromotor ein magnetisches Axiallager mit einem ersten Lagerbauteil und einem zweiten Lagerbauteil, die sich in radialer Richtung gegenüberliegen. Zum Antrieb des Elektromotors ist ein elektromagnetisches Antriebssystem vorgesehen, dass eine am feststehenden Motorbauteil angeordnete Statoranordnung und einen am drehbeweglichen Motorbauteil angeordneten Rotormagneten aufweist.According to the invention discloses a spindle motor having a stationary engine component, the stator, and a rotatable motor component, the rotor has, and a fluid dynamic radial bearing for pivotal mounting of the rotor with respect to the stator about a rotation axis, wherein a bearing gap formed between parts of the rotor and parts of the stator and filled with a bearing fluid. Furthermore, the electric motor comprises a magnetic thrust bearing with a first bearing component and a second bearing member, which are opposite in the radial direction. To drive the electric motor is an electromagnetic drive system provided that a arranged on the fixed motor component stator assembly and a rotor magnet arranged on the rotatable motor component having.

Der erfindungsgemäße Spindelmotor mit magnetischem Axiallager hat gegenüber herkömmlichen Spindelmotoren üblicher Bauart, die mit fluiddynamischen Axiallagern, axialen Kugellagern oder Spurkuppenlagern ausgestattet sind den Vorteil, dass durch das magnetische Axiallager die Gesamtlager-Reibung im Vergleich zu den oben erwähnten Anordnungen nach dem Stand der Technik verringert wird. Durch die reduzierte Reibung benötigt der Spindelmotor eine geringere Antriebsleistung und hat damit einen bis zu 30% geringeren Stromverbrauch als Spindelmotoren bekannter Bauart. Ein solcher Spindelmotor ist daher sehr geeignet für den Einsatz in Festplattenlaufwerken mit geringer Stromaufnahme oder andere stromsparende Antriebe. Ferner verringert sich die Anlaufreibung gegenüber einem Spindelmotor mit axialem Gleitlager, da im Ruhezustand des Motors keine sich berührenden axialen Lagerflächen vorhanden sind.Of the Spindle motor according to the invention with magnetic Thrust bearing is more common than conventional spindle motors Type, with fluid dynamic thrust bearings, axial ball bearings or tail tip bearings are the advantage of that the magnetic thrust bearing compared the total bearing friction to the above-mentioned arrangements of the prior art is reduced. Due to the reduced friction needed the spindle motor has a lower drive power and thus has one Up to 30% lower power consumption than spindle motors Design type. Such a spindle motor is therefore very suitable for use in hard disk drives with low power consumption or other energy-efficient drives. Furthermore, the starting friction is reduced compared to a spindle motor with axial plain bearing, there in the idle state of the motor no touching axial Storage areas are available.

Das erste Lagerbauteil des Axiallagers besteht aus mindestens einem Permanentmagneten und mindestens zwei diesem zugeordneten Flussleitstücken, die auf gegenüberliegenden Stirnflächen des Permanentmagneten angeordnet und im Wesentlichen radial und senkrecht zur Drehachse ausgerichtet sind. Das Axiallager umfasst ein zweites Lagerbauteil mit einem Flusskonzentrator, der mindestens zwei Flussleitstücke aufweist, die in einem gegenseitigen Abstand angeordnet und im wesentlichen radial und senkrecht zur Drehachse ausgerichtet sind, wobei jedes Flussleitstück des zweiten Lagerbauteils einem Flussleitstück des ersten Lagerbauteils zugeordnet ist und diesem getrennt durch einen Luftspalt in radialer Richtung unmittelbar gegenüberliegt.The first bearing component of the thrust bearing consists of at least one Permanent magnet and at least two associated with this Flussleitstücken, on opposite faces of the permanent magnet arranged and substantially radially and perpendicular to the axis of rotation are aligned. The thrust bearing comprises a second bearing component with a flux concentrator containing at least two flux guides which is arranged at a mutual distance and substantially are aligned radially and perpendicular to the axis of rotation, each Flussleitstück the second bearing component a Flussleitstück is associated with the first bearing component and this separated by an air gap in the radial direction is directly opposite.

Das feststehende Motorbauteil des Elektromotors umfasst eine in einer Grundplatte befestigte Lagerbuchse, wobei das erste Lagerbauteil des magnetischen Axiallagers vorzugsweise an einem Außenumfang der Lagerbuchse angeordnet ist. Das drehbewegliche Motorbauteil umfasst eine in der Lagerbuchse drehgelagerte Welle und eine mit der Welle verbundene Nabe, wobei das zweite Lagerbauteil des Axiallagers an einem Innenumfang der Nabe oder eines mit der Nabe verbundenen Bauteils angeordnet ist und das erste Lagerbauteil umgibt.The stationary engine component of the electric motor comprises one in one Base plate mounted bearing bush, wherein the first bearing component of the magnetic thrust bearing preferably on an outer periphery the bearing bush is arranged. The rotatable engine component includes a shaft rotatably mounted in the bearing bush and a with the hub connected to the shaft, wherein the second bearing member of the thrust bearing on an inner circumference of the hub or one connected to the hub Component is arranged and surrounds the first bearing component.

Natürlich können beide Lagerbauteile des magnetischen Axiallagers auch vertauscht sein, so dass das erste Lagerbauteil des Axiallagers an dem Innenumfang der Nabe und das zweite Lagerbauteil des Axiallagers am Außenumfang der Lagerbuchse angeordnet sind.Naturally Both bearing components of the magnetic thrust bearing also be reversed, so that the first bearing component of the thrust bearing on the inner circumference of the hub and the second bearing component of the thrust bearing are arranged on the outer circumference of the bearing bush.

In einer ersten Ausführungsform des Spindelmotors ist der Permanentmagnet des ersten Lagerbauteils des Axiallagers ringförmig ausgebildet und weist erste und zweite Stirnflächen sowie innere und äußere Umfangsflächen auf. Der Permanentmagnet ist in Richtung der Drehachse vorzugsweise einpolig axial magnetisiert und konzentrisch zur Drehachse angeordnet. Ein ringförmiges Flussleitstück ist auf der ersten Stirnfläche und das andere ringförmige Flussleitstück auf der zweiten Stirnfläche des Permanentmagneten angeordnet. Die Flussleitstücke weisen radial innere und radial äußere Umfangsflächen auf. Vorzugsweise können die radial inneren und radial äußeren Umfangsflächen der Flussleitstücke über die radial innere oder radial äußere Umfangsfläche des Permanentmagneten hinausragen. Die Flussleitstücke können entweder ein integraler Bestandteil der Lagerbuchse sein, sie können aber auch als separate Bauteile gefertigt sein. Auf jeden Fall müssen die Flussleitstücke aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise in Form von Blechringen, ausgebildet sein.In a first embodiment of the spindle motor is the Permanent magnet of the first bearing component of the thrust bearing annular formed and has first and second end faces as well inner and outer peripheral surfaces. The permanent magnet is preferably unipolar in the direction of the axis of rotation axially magnetized and arranged concentrically to the axis of rotation. One annular flux guide is on the first End face and the other annular flux guide arranged on the second end face of the permanent magnet. The flux guides have radially inner and radially outer Circumferential surfaces. Preferably, the radial inner and radially outer peripheral surfaces the flux guides on the radially inner or radially outer peripheral surface of the permanent magnet protrude. The flux conductors can either be an integral part of the bearing bush, you can but also be made as separate components. In any case the flux guides made of a ferromagnetic material, for example in the form of sheet metal rings, be formed.

Das zweite Lagerbauteil des Axiallagers ist in einer bevorzugten Ausgestaltung ringförmig ausgebildet und liegt dem ersten Lagerbauteil in radialer Richtung gegenüber. Das zweite Lagerbauteil kann identisch zum ersten Lagerbauteil ausgebildet sein, also einen ringförmigen und in Richtung der Drehachse magnetisierten Permanentmagneten umfassen, auf dessen Stirnseiten jeweils Flussleitstücke angeordnet sind. Die Flussleitstücke des zweiten Lagerbauteils können über die radial innere bzw. radial äußere Umfangsfläche des Permanentmagneten des zweiten Lagerbauteils hinausragen und liegen den entsprechenden Flussleitstücken des ersten Lagerbauteils unmittelbar radial gegenüber. Die sich gegenüberliegenden Flussleitstücke des ersten und zweiten Lagerbauteils bilden durch ihre Bauweise Flusskonzentratoren, die den magnetischen Fluss, der durch den oder die Permanentmagnete erzeugt wird, konzentrieren und bündeln. Dadurch wird die vom Axiallager aufzunehmende axiale Kraft erhöht.The second bearing component of the axial bearing is annular in a preferred embodiment and is opposite to the first bearing component in the radial direction. The second bearing component may be formed identically to the first bearing component, that is to say comprise an annular permanent magnet magnetized in the direction of the axis of rotation, on whose end faces in each case flux guide pieces are attached are orders. The flux guide pieces of the second bearing component may protrude beyond the radially inner or radially outer peripheral surface of the permanent magnet of the second bearing component and lie directly radially opposite the corresponding flux guide pieces of the first bearing component. The opposing flux guides of the first and second bearing members form flux concentrators by their design, concentrating and concentrating the magnetic flux generated by the permanent magnet (s). As a result, the axial force to be absorbed by the thrust bearing is increased.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das zweite Lagerbauteil des Axiallagers aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehen und konzentrisch zur Drehachse angeordnet sein. Hierbei wird es bevorzugt, wenn die Flussleitstücke integraler Bestandteil des zweiten Lagerbauteils sind. Vorzugsweise weist das zweite Lagerbauteil im Bereich der Flussleitstücke seinen größten Außen- bzw. kleinsten Innen-Durchmesser auf. Sofern die Flussleitstücke der Lagerbauteile als Einzelelemente ausgebildet sind, bestehen diese vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material. Jedes Flussleitstück besteht vorzugsweise aus einem ringförmigen Blechteil, wobei dieses Blechteil aus Vollmaterial oder aus einem Stapel von dünnen Blechen bestehen kann, die in axialer Richtung, also in Richtung der Drehachse übereinander gestapelt sind. Der Blechstapel jedes Flussleitstückes ist also vorzugsweise aus laminierten Blechen aufgebaut. Durch die Verwendung eines Blechstapels als Flussleitstück sowie durch einen unipolar axial magnetisierten Permanentmagnet können Wirbelströme vermieden werden, so dass keinerlei Wirbelstromverluste entstehen. Die Dicke der Flussleitstücke ist vorzugsweise wesentlich geringer als die Dicke des Permanentmagneten.According to one Another preferred embodiment of the invention, the second Bearing component of the thrust bearing made of a ferromagnetic material exist and be arranged concentrically to the axis of rotation. in this connection it is preferred if the flux guide integral Part of the second bearing component are. Preferably, this has second bearing component in the region of the flux guide its largest Outside or smallest inside diameter. Unless the Fluxing the bearing components designed as individual elements These are preferably made of a ferromagnetic material. Each flux guide preferably consists of an annular Sheet metal part, this sheet metal part made of solid material or from a Stack of thin sheets can exist in the axial Direction, ie stacked in the direction of the axis of rotation. The sheet stack of each flux guide is therefore preferred built from laminated sheets. By using a sheet pile as a flux guide and by a unipolar axially magnetized Permanent magnet can avoid eddy currents be so that no eddy current losses occur. The fat the flux guide is preferably substantially lower as the thickness of the permanent magnet.

Erfindungsgemäß können das erste und/oder das zweite Lagerbauteil des Axiallagers auch zwei oder mehrere ringförmige Permanentmagnete umfassen, die in axialer Richtung übereinander liegen und gegensinnig magnetisiert sind. Zwischen den mehreren Permanentmagneten sowie auf den Stirnflächen der jeweils äußeren Permanentmagnete sind dann jeweils Flussleitstücke der oben beschriebenen Art angeordnet.According to the invention the first and / or the second bearing component of the thrust bearing also comprise two or more annular permanent magnets, which lie one above the other in the axial direction and in opposite directions are magnetized. Between the several permanent magnets as well on the end faces of each outer Permanent magnets are then flux guides of the arranged as described above.

Im Sinne der Erfindung spielt es keine Rolle, ob das erste Lagerbauteil des Axiallagers am feststehenden Motorbauteil und das zweite Lagerbauteil des Axiallagers am drehbeweglichen Motorbauteil angeordnet ist, oder der umgekehrte Fall bevorzugt wird, bei dem das erste Lagerbauteil am drehbeweglichen Motorbauteil und das zweite Lagerbauteil am feststehenden Motorbauteil des Spindelmotors angeordnet ist.in the According to the invention, it does not matter if the first bearing component the thrust bearing on the stationary engine component and the second bearing component of the Axial bearing is arranged on the rotatable motor component, or the reverse case is preferred, in which the first bearing component on the rotatable engine component and the second bearing component on the fixed Motor component of the spindle motor is arranged.

Die zwischen dem Rotorbauteil und dem Statorbauteil auftretenden radialen Kräfte, werden durch die oben beschriebenen Radiallager bekannter Bauart, vorzugsweise fluiddynamische Radiallager aufgenommen. Die beiden Radiallager, werden durch einander gegenüberliegende Lagerflächen der Welle und der Lagerbuchse gebildet, wobei die Lagerflächen durch einen Lagerspalt voneinander getrennt sind. Erfindungsgemäß ist das Lagersystem des Spindelmotors einseitig geschlossen, wobei das offene Ende des Lagerspaltes durch einen Dichtungsspalt abgedichtet ist. Der Dichtungsspalt ist durch einen mit Lagerfluid gefüllten Verbindungsspalt mit dem Lagerspalt verbunden und vorzugsweise im Verlauf von dem Lagerspalt zur Lageröffnung betrachtet zwischen einer radial nach innen gerichteten Mantelfläche der Lagerbuchse und einer dieser gegenüberliegenden mit geringerer Neigung relativ zur Drehachse radial nach innen gerichteten Mantelfläche der Nabe oder eines Stopperrings angeordnet. Es bildet sich ein konischer Kapillar-Dichtungsspalt zwischen der Innenwandung der Nabe bzw. dem Stopperring und der gegenüberliegenden Außenwandung der Lagerbuchse, der zumindest teilweise mit Lagerfluid gefüllt ist. Der Dichtungsspalt verläuft im Wesentlichen parallel zum Lagerspalt und etwa parallel zur Drehachse des Lagers.The occurring between the rotor component and the stator component radial Forces are through the radial bearings described above known design, preferably fluid dynamic radial bearings recorded. The two radial bearings, are opposed by each other Bearing surfaces of the shaft and the bearing bush formed, wherein the bearing surfaces are separated by a bearing gap. According to the invention, the storage system of the spindle motor closed on one side, wherein the open end of the bearing gap by a sealing gap is sealed. The sealing gap is through a bearing fluid filled with the connecting gap Bearing gap connected and preferably in the course of the bearing gap considered for bearing opening between a radially to inside facing surface of the bearing bush and a this opposite with a lower inclination relative to the axis of rotation radially inwardly directed lateral surface the hub or a stop locking arranged. It forms conical capillary sealing gap between the inner wall of the Hub and the stopper ring and the opposite outer wall the bearing bush, which is at least partially filled with bearing fluid is. The sealing gap is substantially parallel to the bearing gap and approximately parallel to the axis of rotation of the bearing.

Die Nabe des Spindelmotors kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Ein Lagerbauteil des Axiallagers kann ebenfalls als ein Teil der Nabe ausgebildet sein.The Hub of the spindle motor can be formed one or more parts. A bearing component of the thrust bearing can also be used as part of Hub be formed.

Um zu verhindern, dass sich das drehbewegliche Motorbauteil in axialer Richtung zu sehr gegenüber dem feststehenden Motorbauteil verschiebt, ist vorzugsweise an einem Ende der Welle ein Stopperring angeordnet, der einer in der Bohrung der Lagerbuchse angeordneten Stufe axial gegenüberliegt und an der Stufe anschlägt, falls die Welle eine übermäßig große axiale Bewegung durchführt.Around To prevent the rotatable engine component in the axial Direction too much relative to the stationary engine component shifts, is preferably at one end of the shaft a stopper ring arranged, one arranged in the bore of the bearing bush Axially opposite the step and abutting the step, if the shaft is an excessively large performs axial movement.

Alternativ kann an der Nabe, vorzugsweise oberhalb eines Lagerbauteils des Axiallagers ein Stopperring angeordnet sein, der einer am Außenumfang der Lagerbuchse angeordneten Stufe axial gegenüberliegt. Da die Nabe mit der Welle verbunden ist, kann auch so ein übermäßiges axiales Spiel der Welle in der Lagerbuchse verhindert werden.alternative can at the hub, preferably above a bearing component of the Axiallagers be arranged a stopper ring, the one on the outer circumference the bearing bush arranged axially opposite step. Since the hub is connected to the shaft, so too can an excessive axial play of the shaft can be prevented in the bearing bush.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben.following the invention is based on preferred embodiments described in more detail with reference to the drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit magnetischem Axiallager. 1 shows a section through a first embodiment of a spindle motor according to the invention with magnetic thrust bearing.

2 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit magnetischem Axiallager. 2 shows a section through a second embodiment of a spindle motor according to the invention with magnetic thrust bearing.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der ErfindungDescription of preferred Embodiments of the invention

1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor erfindungsgemäßer Bauart. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, die eine Öffnung aufweist, in der eine Lagerbuchse 12 befestigt ist. Die Lagerbuchse 12 besitzt eine zentrale Lagerbohrung, in welcher eine Welle 14 drehbar gelagert ist. Zwischen dem Außenumfang der Welle 14 und dem Innenumfang der Bohrung in der Lagerbuchse 12 verbleibt ein Lagerspalt 16 von einigen Mikrometern Breite, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Um ein Austreten des Lagerfluids aus dem Lagerspalt 16 zu verhindern, ist der Lagerspalt an einer Seite durch eine Abdeckplatte 18 verschlossen, die in einer Aussparung der Lagerbuchse 12 angeordnet und befestigt ist. Auf der Abdeckplatte 18 oder dem gegenüberliegenden Stirnende der Welle 14 können spiralförmige, radial nach innen pumpende Rillen zur Axiallagerung bzw. zur Austreibung von sich im Spalt unterhalb der Welle 14 ansammelnder Luft angeordnet sein. Der Spaltabstand zwischen Welle 14 und Abdeckplatte 18 ist relativ klein und beträgt beispielsweise 60 Mikrometer. Die andere Seite des Lagerspaltes 16 ist über einen ringförmigen Verbindungsspalt 26 mit einem Dichtungsspalt 28 verbunden. Der Dichtungsspalt 28 ist als eine konische Kapillardichtung ausgebildet, die etwa in axialer Richtung zwischen einer äußeren Mantelfläche der Lagerbuchse 12 und einer gegenüberliegenden inneren Mantelfläche eines ringförmigen Bauteils 20 (Stopperring) angeordnet ist. Der Verbindungsspalt 26 ist etwa um eine Größenordnung breiter als der Lagerspalt, beispielsweise 40 Mikrometer. Im Bereich des Verbindungsspaltes 26 können zusätzlich Pumpstrukturen 50 zur Kompensation der auf das Lagerfluid wirkenden Zentrifugalkräfte vorgesehen sein. Diese Pumpstrukturen 50 sind auf der Stirnfläche der Lagerbuchse 12 oder der gegenüberliegenden Fläche einer Nabe 22 angeordnet und bilden eine Art Pumpdichtung zur Unterstützung der Dichtwirkung des Dichtungsspalts 28. Die Pumpstrukturen 50 erzeugen eine Pumpwirkung in das Innere des Lagers in Richtung des Lagerspalts 16. 1 shows a section through a spindle motor of the invention design. The spindle motor comprises a base plate 10 , which has an opening in which a bearing bush 12 is attached. The bearing bush 12 has a central bearing bore, in which a shaft 14 is rotatably mounted. Between the outer circumference of the shaft 14 and the inner circumference of the bore in the bearing bush 12 there remains a bearing gap 16 of a few microns width filled with a bearing fluid. To escape the bearing fluid from the bearing gap 16 To prevent, the bearing gap on one side by a cover plate 18 closed in a recess of the bearing bush 12 arranged and attached. On the cover plate 18 or the opposite end of the shaft 14 can spiral, radially inwardly pumping grooves for axial bearing or for expulsion of itself in the gap below the shaft 14 accumulating air can be arranged. The gap distance between shaft 14 and cover plate 18 is relatively small and is for example 60 microns. The other side of the bearing gap 16 is via an annular connecting gap 26 with a sealing gap 28 connected. The sealing gap 28 is formed as a conical capillary seal, which is approximately in the axial direction between an outer circumferential surface of the bearing bush 12 and an opposite inner circumferential surface of an annular member 20 (Stopperring) is arranged. The connecting gap 26 is about an order of magnitude wider than the bearing gap, for example 40 microns. In the area of the connecting gap 26 can additionally pump structures 50 be provided to compensate for the centrifugal forces acting on the bearing fluid. These pump structures 50 are on the end face of the bearing bush 12 or the opposite surface of a hub 22 arranged and form a kind of pumping seal to support the sealing effect of the sealing gap 28 , The pump structures 50 create a pumping action into the interior of the bearing in the direction of the bearing gap 16 ,

Die Nabe 22 ist mit dem freien Ende der Welle 14 verbunden. Die Drehlagerung der Welle 14 in der Lagerbuchse 12 wird durch zwei fluiddynamische Radiallager 24a und 24b erreicht, die durch fischgrätenförmige Lagerstrukturen auf den Lagerflächen gekennzeichnet sind. Prinzipiell können die Radiallager auch als Mehrflächengleitlager oder rillenlose Gleitlager ausgebildet sein. Um eine übermäßige axiale Bewegung der Welle 14 in der Lagerbuchse 12 zu verhindern, ist an einer Stufe eines Ansatzes der der Nabe 22 ein Stopperring 20 angeordnet. Der Stopperring 20 begrenzt den Dichtungsspalt 28 und liegt einem an der Stirnseite der Lagerbuchse 12 vorgesehenen Bund 12a axial gegenüber. Der Stopperring 20 und stößt an diesem Bund 12a an, sobald die Welle 14 eine übermäßige axiale Bewegung nach oben durchführt. Der Stopperring 20 besteht aus nicht magnetischem oder schwach magnetischem Material.The hub 22 is with the free end of the shaft 14 connected. The rotary bearing of the shaft 14 in the bearing bush 12 is due to two fluid dynamic radial bearings 24a and 24b achieved, which are characterized by fishbone-shaped bearing structures on the bearing surfaces. In principle, the radial bearings can also be designed as Mehrflächengleitlager or grooveless plain bearings. To prevent excessive axial movement of the shaft 14 in the bearing bush 12 Preventing is at a stage of an approach of the hub 22 a stopper ring 20 arranged. The stopper ring 20 limits the sealing gap 28 and is one on the front side of the bearing bush 12 provided federal government 12a axially opposite. The stopper ring 20 and comes across this covenant 12a as soon as the wave 14 performs an excessive axial movement upwards. The stopper ring 20 consists of non-magnetic or weak magnetic material.

Die axialen Kräfte, die auf die Welle 14 wirken, werden durch ein magnetisches Axiallager 36 aufgenommen, welches aus einem ersten Lagerbauteil 38 und einem zweiten Lagerbauteil 44 besteht. Das erste Lagerbauteil 38 ist in 1 radial innenliegend des zweiten Lagerbauteils 44 an einer Stufe am Außenumfang der Lagerbuchse 12 angeordnet. Das erste Lagerbauteil 38 umfasst einen ringförmigen und konzentrisch zur Drehachse 30 angeordneten Permanentmagneten 40, beispielsweise aus NdFeB oder SmFeN. Auf den Stirnflächen des Permanentmagneten 40 sind zwei ringförmige Flussleitstücke 42a, 42b angeordnet, welche vorzugsweise aus einem radial anisotropen ferromagnetischen Blech mit einer Dicke von beispielsweise 0,2 mm oder aus einem Blechstapel bestehen. Der Permanentmagnet 40 ist in axialer Richtung, also in Richtung der Drehachse 30 einpolig (unipolar) oder mehrpolig (multipolar) magnetisiert. Damit die Lagerbuchse 12 den magnetischen Fluss möglichst nicht kurzschließt, besteht sie sowie eventuell zusätzlich auch die Welle 14 vorzugsweise aus unmagnetischem Material oder aus schwach magnetischem Stahl mit einer magnetischen Permeabilität von weniger als 100.The axial forces acting on the shaft 14 act through a magnetic thrust bearing 36 taken, which from a first bearing component 38 and a second bearing component 44 consists. The first bearing component 38 is in 1 radially inward of the second bearing component 44 at a step on the outer circumference of the bearing bush 12 arranged. The first bearing component 38 comprises an annular and concentric with the axis of rotation 30 arranged permanent magnets 40 , for example from NdFeB or SmFeN. On the faces of the permanent magnet 40 are two annular flux guides 42a . 42b arranged, which preferably consist of a radially anisotropic ferromagnetic sheet having a thickness of, for example, 0.2 mm or from a sheet stack. The permanent magnet 40 is in the axial direction, ie in the direction of the axis of rotation 30 single-pole (unipolar) or multi-pole (multipolar) magnetized. Thus the bearing bush 12 If possible, the magnetic flux does not short-circuit it, and possibly also the wave 14 preferably of nonmagnetic material or of weak magnetic steel having a magnetic permeability of less than 100.

Das zweite Lagerbauteil 44 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen ringförmigen an der Nabe 22 ausgebildeten Ansatz, der zwei definierte, bevorzugt einteilig ausgebildete Flussleitstücke 46a, 46b ausbildet, die in radialer Richtung gegenüberliegend den Flussleitstücken 42a und 42b des ersten Lagerbauteils 38 angeordnet sind. Die Flussleitstücke 42a und 42b weisen vorzugsweise einen etwas größeren Außendurchmesser auf, als der Permanentmagnet 40. Ebenso bilden die Flussleitstücke 46a und 46b des zweiten Lagerbauteils 44 einen Flusskonzentrator mit ringförmigen Zonen und definieren den kleinsten Innendurchmesser des zweiten Lagerbauteils 44. Die sich jeweils gegenüberliegenden Flussleitstücke des ersten und zweiten Lagerbauteils sind durch einen Luftspalt 48 voneinander getrennt. Die vom Permanentmagneten 40 des ersten Lagerbauteils 38 ausgehenden magnetischen Feldlinien werden in den Flussleitstücken 42a und 42b konzentriert und in radialer Richtung über den Luftspalt 48 und die Flussleitstücke 46a und 46b des zweiten Lagerbauteils 44 zum Permanentmagneten 40 zurückgeführt. Sobald die Welle 14 und die Nabe 22 relativ zur Lagerbuchse 12 und der Grundplatte 10 in axialer Richtung ausgelenkt werden, erzeugt das Zusammenwirken des Permanentmagneten 40 sowie der Flussleitstücke 42a, 42b und der Flussleitstücke 46a und 46b des gegenüberliegenden Lagerbauteils eine Rückstellkraft in axialer Richtung, welche das drehbewegliche Motorbauteil relativ zum feststehenden Motorbauteil in axialer Richtung in einem stabilen Schwebezustand hält. Die Nabe 22, an der das zweite Lagerteil 44 angeformt ist, besteht vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise Stahl.The second bearing component 44 includes in this embodiment an annular on the hub 22 trained approach, the two defined, preferably integrally formed Flussleitstücke 46a . 46b forming, in the radial direction opposite the Flussleitstücken 42a and 42b of the first bearing component 38 are arranged. The flux guides 42a and 42b preferably have a slightly larger outer diameter than the permanent magnet 40 , Likewise, the Flussleitstücke form 46a and 46b of the second bearing component 44 a Flußkonzentrator with annular zones and define the smallest inner diameter of the second bearing component 44 , The respective opposite flux guide of the first and second bearing member are through an air gap 48 separated from each other. The of the permanent magnet 40 of the first bearing component 38 outgoing magnetic field lines are in the Flussleitstücken 42a and 42b concentrated and in the radial direction across the air gap 48 and the flux guides 46a and 46b of the second bearing component 44 to the permanent magnet 40 recycled. Once the wave 14 and the hub 22 relative to the bearing bush 12 and the base plate 10 be deflected in the axial direction, generates the interaction of the permanent magnet 40 so like the flux guides 42a . 42b and the flux guides 46a and 46b the opposing bearing member a restoring force in the axial direction, which holds the rotatable motor component relative to the stationary engine component in the axial direction in a stable state of suspension. The hub 22 , at the second bearing part 44 is formed, preferably consists of a ferromagnetic material, such as steel.

Das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors wird gebildet durch eine an der Basisplatte 10 befestigte Statoranordnung 32, welcher radial außerhalb ein an der Nabe 22 angeordneter Rotormagnet 34 gegenüberliegt. Da die Nabe magnetisch ist, entfällt ein separater Rückschlussring für den Rotormagneten.The electromagnetic drive system of the spindle motor is formed by one on the base plate 10 fixed stator arrangement 32 , which radially outward on the hub 22 arranged rotor magnet 34 opposite. Since the hub is magnetic, eliminates a separate yoke ring for the rotor magnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Spindelmotor mit magnetischem Axiallager werden die Reibungsverluste im Lagersystem erheblich reduziert, weil auf ein axiales Drucklager herkömmlicher Bauweise vollständig verzichtet werden kann und stattdessen ein magnetisches Axiallager 36 verwendet wird, das reibungsfrei arbeitet. Ferner können, da keine axialen fluiddynamischen Lager verwendet werden, die axialen Abschnitte des Fluidspaltes entsprechend groß ausgebildet werden, wodurch sich auch hier die Reibungsverluste reduzieren. Dies bedeutet, dass die axialen Lagerspalte von bislang etwa 10 Mikrometer auf mindestens das Doppelte bis Dreifache, also 20–30 Mikrometer oder sogar auf das Vierfache, also 40 Mikrometer oder mehr vergrößert werden können. Das Magnetlager wirkt auch im Stillstand des Lagersystems in entsprechender Weise, im Gegensatz zu beispielsweise einem fluiddynamischen Axiallager, bei welchem sich eine entsprechende axiale Aufrichtung („fly height”) des Axiallagers infolge der Ausbildung eines axial wirkenden Druckpolsters erst im Betrieb, d. h. bei Umdrehung des Lagers, einstellt.In the spindle motor according to the invention with a magnetic thrust bearing, the friction losses in the bearing system are considerably reduced because of an axial thrust bearing of conventional design can be completely dispensed with and instead a magnetic thrust bearing 36 is used, which works without friction. Further, since no axial fluid dynamic bearings are used, the axial portions of the fluid gap can be made correspondingly large, thereby reducing the friction losses here as well. This means that the axial bearing gaps of about 10 micrometers so far can be increased to at least twice to three times, so 20-30 microns or even four times, so 40 microns or more. The magnetic bearing also acts at a standstill of the bearing system in a corresponding manner, in contrast to, for example, a fluid dynamic thrust bearing in which a corresponding axial erection ("fly height") of the thrust bearing due to the formation of an axially acting pressure pad only during operation, ie at rotation of the Warehouse, stops.

Beim Zusammenbau des Spindelmotors wird zunächst die Welle 14 in die Öffnung der Nabe 22 eingepresst oder eingeklebt und rechtwinklig zur Nabe 22 ausgerichtet. Dann wird die untere Öffnung der Lagerbuchse 12 mit der Abdeckplatte 18 verschlossen. Die Abdeckplatte 18 wird beispielsweise mit der Lagerbuchse 12 verschweißt oder verklebt. Die einseitig verschlossene Lagerbuchse wird dann auf die Welle 14 aufgesteckt. Dann wird der Stopperring 20 an der Nabe 22 befestigt, so dass die Welle 14 nicht mehr aus der Lagerbuchse 12 herausrutschen kann. Durch geeignete und aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren wird nun Lagerfluid über den Dichtungsspalt 28 in das Lager, also den Lagerspalt 16 und den Verbindungsspalt 26 eingefüllt. Danach wird der Spaltabstand des Verbindungsspalts 26 durch eine entsprechende Stelleinrichtung eingestellt und das Axiallager 36 montiert. Das erstes Lagerteil 38 des Axiallagers 26 wird auf die Lagerbuchse aufgesteckt und mit Klebstoff fixiert. Der Klebstoff dient als Gleitmittel, so dass sich das erste Lagerteil 38 infolge der axialen magnetischen Kräfte von selbst in Bezug auf das zweiten Lagerteil 44 axial ausrichten kann, bevor der Klebstoff aushärtet.When assembling the spindle motor, the shaft is first 14 in the opening of the hub 22 pressed or glued and at right angles to the hub 22 aligned. Then the lower opening of the bearing bush 12 with the cover plate 18 locked. The cover plate 18 For example, with the bushing 12 welded or glued. The one-sided closed bearing bush is then on the shaft 14 attached. Then the stopper ring 20 at the hub 22 attached, so that the shaft 14 no longer from the bushing 12 can slip out. By suitable and known from the prior art method now bearing fluid over the sealing gap 28 in the camp, so the bearing gap 16 and the connection gap 26 filled. Thereafter, the gap distance of the connection gap 26 adjusted by a corresponding adjusting device and the thrust bearing 36 assembled. The first bearing part 38 of the thrust bearing 26 is attached to the bearing bush and fixed with adhesive. The adhesive serves as a lubricant, so that the first bearing part 38 due to the axial magnetic forces by itself with respect to the second bearing part 44 Align axially before the adhesive hardens.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spindelmotors. In 2 sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet, wobei den entsprechenden Bezugszeichen eine „1” vorangestellt wurde. Im Unterschied zu 1 weist die Welle 114 an ihrem der Abdeckplatte 118 benachbarten Ende einen Stopperring 120 auf, der in einer Aussparung der Lagerbuchse 112 angeordnet ist. Der Stopperring 120 liegt einer durch die Lagerbuchse 112 gebildeten Stufe gegenüber und stößt an dieser Stufe an, sobald die Welle 114 eine übermäßige axiale Bewegung durchführt. Der Lagerspalt 116 ist über den Verbindungsspalt 126 mit dem Dichtungsspalt 128 verbunden. Der Dichtungsspalt 128 wird begrenzt durch eine äußere Mantelfläche der Lagerbuchse 112 und eine innere Mantelfläche eines ringförmigen Ansatzes der Nabe 122. Das zweite Lagerbauteil 144 des Axiallagers ist ebenfalls an dem ringförmigen Ansatz der Nabe 122 angeordnet. 2 shows a second embodiment of a spindle motor according to the invention. In 2 are the same components with the same reference numerals as in 1 denotes, wherein the corresponding reference numerals have been preceded by a "1". In contrast to 1 shows the wave 114 at her the cover plate 118 adjacent end a stopper ring 120 on, in a recess of the bearing bush 112 is arranged. The stopper ring 120 one lies through the bearing bush 112 opposite level formed and abuts this stage as soon as the shaft 114 performs an excessive axial movement. The bearing gap 116 is over the connecting gap 126 with the sealing gap 128 connected. The sealing gap 128 is limited by an outer surface of the bearing bush 112 and an inner circumferential surface of an annular projection of the hub 122 , The second bearing component 144 the thrust bearing is also on the annular shoulder of the hub 122 arranged.

In der Lagerbuchse 112 ist optional ein Rezirkulationskanal 152 vorgesehen, welcher als schräg zur Drehachse 130 verlaufende Bohrung in der Lagerbuchse 112 ausgebildet ist. Dieser Rezirkulationskanal 152 verbindet den unteren Bereich des Lagers, also den Abschnitt des Lagerspaltes im Bereich des Stopperrings 120 mit dem Verbindungsspalt 126 und sorgt für eine gleichmäßige Zirkulation des Lagerfluids im Lagerspalt sowie für einen Druckausgleich – insbesondere am Wellenende – innerhalb des Fluidlagers.In the bearing bush 112 is optional a recirculation channel 152 provided, which as oblique to the axis of rotation 130 extending bore in the bearing bush 112 is trained. This recirculation channel 152 connects the lower part of the bearing, ie the section of the bearing gap in the area of the stop locking 120 with the connection gap 126 and ensures a uniform circulation of the bearing fluid in the bearing gap and for a pressure equalization - in particular at the shaft end - within the fluid bearing.

10, 11010 110
Basisplattebaseplate
12, 11212 112
Lagerbuchsebearing bush
12a12a
BundFederation
14, 11414 114
Wellewave
16, 11616 116
Lagerspaltbearing gap
18, 11818 118
Abdeckplattecover
20, 12020 120
Stopperringstopper ring
22, 12222 122
Nabehub
24a, 24b24a, 24b
Radiallagerradial bearings
124a, 124b124a, 124b
26, 12626 126
Verbindungsspaltcommunication gap
28, 12828 128
Dichtungsspaltseal gap
30, 13030 130
Drehachseaxis of rotation
32, 13232 132
Statoranordnungstator
34, 13434 134
Rotormagnetrotor magnet
36, 13636 136
Axiallagerthrust
38, 13838 138
Erstes Lagerbauteilfirst bearing component
40, 14040 140
Permanentmagnetpermanent magnet
42a, 42b42a, 42b
Flussleitstückflux conductor
142a, 142b142a, 142b
44, 14444 144
Zweites Lagerbauteilsecond bearing component
46a, 46b46a 46b
Flussleitstückflux conductor
146a, 146b146a, 146b
48, 14848 148
Luftspaltair gap
50, 15050, 150
Pumpstrukturenpumping structures
52, 15252 152
Rezirkulationskanalrecirculation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (23)

Spindelmotor, welcher umfasst: ein feststehendes Motorbauteil (10, 12; 110, 112), ein drehbewegliches Motorbauteil (14, 22; 114, 122), mindestens ein fluiddynamisches Radiallager (24a, 24b; 124a, 124b) zur Drehlagerung des drehbeweglichen Motorbauteils (14, 22; 114, 122) in Bezug auf das feststehende Motorbauteil (10, 12; 110, 112) um eine Drehachse (30, 130), wobei ein Lagerspalt (16; 116) zwischen Teilen des drehbeweglichen und Teilen des feststehenden Motorbauteils ausgebildet und mit einem Lagerfluid gefüllt ist, und ein magnetisches Axiallager (36; 136) mit einem ersten Lagerbauteil (38; 138) und einem zweiten Lagerbauteil (44; 144), die sich in radialer Richtung gegenüberliegen, und ein elektromagnetisches Antriebssystem mit einer am feststehenden Motorbauteil angeordneten Statoranordnung (32; 132) und einem am drehbeweglichen Motorbauteil angeordneten Rotormagneten (34; 134).Spindle motor, comprising: a stationary engine component ( 10 . 12 ; 110 . 112 ), a rotatable engine component ( 14 . 22 ; 114 . 122 ), at least one fluid dynamic radial bearing ( 24a . 24b ; 124a . 124b ) for the rotary mounting of the rotatable engine component ( 14 . 22 ; 114 . 122 ) with respect to the stationary engine component ( 10 . 12 ; 110 . 112 ) about a rotation axis ( 30 . 130 ), wherein a bearing gap ( 16 ; 116 ) between parts of the rotatable and parts of the stationary engine component and is filled with a bearing fluid, and a magnetic thrust bearing ( 36 ; 136 ) with a first bearing component ( 38 ; 138 ) and a second bearing component ( 44 ; 144 ) which are opposed in the radial direction, and an electromagnetic drive system with a stator arrangement arranged on the stationary motor component (US Pat. 32 ; 132 ) and a rotor magnet arranged on the rotatable motor component ( 34 ; 134 ). Spindelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Motorbauteil (10, 12; 110, 112) eine in einer Grundplatte (10; 110) befestigte Lagerbuchse (12; 112) umfasst, und das erste Lagerbauteil (38; 138) des Axiallagers (36; 136) an einem Außenumfang der Lagerbuchse (12; 112) angeordnet ist.Spindle motor according to claim 1, characterized in that the stationary engine component ( 10 . 12 ; 110 . 112 ) one in a base plate ( 10 ; 110 ) fixed bearing bush ( 12 ; 112 ), and the first bearing component ( 38 ; 138 ) of the thrust bearing ( 36 ; 136 ) on an outer circumference of the bearing bush ( 12 ; 112 ) is arranged. Spindelmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbewegliche Motorbauteil (14, 22; 114, 122) eine in der Lagerbuchse (12; 112) drehgelagerte Welle (14; 114) und eine mit der Welle verbundene Nabe (22; 122) umfasst, und das zweite Lagerbauteil (44; 144) des Axiallagers (36; 136) an einem Innenumfang der Nabe oder eines mit der Nabe (22; 122) verbundenen Bauteils angeordnet ist und das erste Lagerbauteil (38; 138) radial umgibt.Spindle motor according to claim 1 or 2, characterized in that the rotatable motor component ( 14 . 22 ; 114 . 122 ) one in the bearing bush ( 12 ; 112 ) rotatably mounted shaft ( 14 ; 114 ) and a hub connected to the shaft ( 22 ; 122 ), and the second bearing component ( 44 ; 144 ) of the thrust bearing ( 36 ; 136 ) on an inner circumference of the hub or one with the hub ( 22 ; 122 ) is arranged connected component and the first bearing component ( 38 ; 138 ) radially surrounds. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerbauteil (38; 138) des Axiallagers mindestens einen Permanentmagneten (40; 140) und mindestens zwei diesem zugeordneten Flussleitstücke (42a, 42b; 142a, 142b) umfasst, die auf axial gegenüberliegenden Stirnflächen des Permanentmagneten angeordnet und im Wesentlichen radial und senkrecht zur Drehachse ausgerichtet sind, und das zweite Lagerbauteil (44; 144) mindestens zwei Flussleitstücke (46a, 46b; 146a, 146b) umfasst, die in einem gegenseitigen axialen Abstand angeordnet und im wesentlichen radial und senkrecht zur Drehachse ausgerichtet sind, wobei jedes Flussleitstück (46a, 46b; 146a, 146b) des zweiten Lagerbauteils einem Flussleitstück (42a, 42b; 142a, 142b) des ersten Lagerbauteils zugeordnet ist und diesem getrennt durch einen Luftspalt (48; 148) in radialer Richtung unmittelbar gegenüberliegt.Spindle motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first bearing component ( 38 ; 138 ) of the thrust bearing at least one permanent magnet ( 40 ; 140 ) and at least two flux guides ( 42a . 42b ; 142a . 142b ) disposed on axially opposite end faces of the permanent magnet and aligned substantially radially and perpendicular to the axis of rotation, and the second bearing component ( 44 ; 144 ) at least two flux guides ( 46a . 46b ; 146a . 146b ) arranged at a mutual axial distance and aligned substantially radially and perpendicular to the axis of rotation, wherein each flux guide ( 46a . 46b ; 146a . 146b ) of the second bearing component a flux guide ( 42a . 42b ; 142a . 142b ) is associated with the first bearing component and this separated by an air gap ( 48 ; 148 ) is directly opposite in the radial direction. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (40; 140) des ersten Lagerbauteils (38; 138) ringförmig ausgebildet ist und erste und zweite Stirnflächen sowie radial innere und radial äußere Umfangsflächen aufweist.Spindle motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the permanent magnet ( 40 ; 140 ) of the first bearing component ( 38 ; 138 ) Is annular and has first and second end faces and radially inner and radially outer peripheral surfaces. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (40; 140) des ersten Lagerbauteils (38; 138) axial in Richtung der Drehachse (30; 130) magnetisiert ist.Spindle motor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the permanent magnet ( 40 ; 140 ) of the first bearing component ( 38 ; 138 ) axially in the direction of the axis of rotation ( 30 ; 130 ) is magnetized. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Flussleitstücke (42a, 42b; 142a, 142b) auf den axialen Stirnflächen des Permanentmagneten (40; 140) angeordnet sind und radial innere und radial äußere Umfangsflächen aufweisen, die über die radial innere oder radial äußere Umfangsfläche des Permanentmagnets (40; 140) hinausragen.Spindle motor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the annular flux guide pieces ( 42a . 42b ; 142a . 142b ) on the axial end faces of the permanent magnet ( 40 ; 140 ) are arranged and radially inner and radially outer peripheral surfaces which extend beyond the radially inner or radially outer peripheral surface of the permanent magnet ( 40 ; 140 ) protrude. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitstücke (42a, 42b; 142a, 142b) aus einem ferromagnetischen Material bestehen.Spindle motor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the flux guide pieces ( 42a . 42b ; 142a . 142b ) consist of a ferromagnetic material. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerbauteil (44; 144) mindestens einen Permanentmagneten umfasst, der erste und zweite Stirnflächen sowie radial innere und radial äußere Umfangsflächen aufweist.Spindle motor according to one of claims 1 to 8, characterized in that the second bearing component ( 44 ; 144 ) comprises at least one permanent magnet having first and second end surfaces and radially inner and radially outer peripheral surfaces. Spindelmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet des zweiten Lagerbauteils (44; 144) in Richtung der Drehachse (30) axial magnetisiert ist.Spindle motor according to claim 9, characterized in that the permanent magnet of the second bearing component ( 44 ; 144 ) in the direction of the axis of rotation ( 30 ) is axially magnetized. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ringförmige Flussleitstücke auf den Stirnflächen des Permanentmagneten des zweiten Lagerbauteils (44; 144) angeordnet sind und radial innere und radial äußere Umfangsflächen aufweisen, die über die radial innere oder radial äußere Umfangsfläche des Permanentmagneten des zweiten Lagerbauteils hinausragen.Spindle motor according to one of claims 9 to 10, characterized in that annular flux guides on the end faces of the permanent magnet of the second bearing component ( 44 ; 144 ) are arranged and radially inner and radially outer peripheral surfaces which protrude beyond the radially inner or radially outer peripheral surface of the permanent magnet of the second bearing member. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerbauteil (44; 144) ringförmig ausgebildet ist und dem ersten Lagerbauteil (38; 138) in radialer Richtung gegenüberliegt.Spindle motor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the second bearing component ( 44 ; 144 ) is annular and the first bearing component ( 38 ; 138 ) is opposite in the radial direction. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerbauteil (44; 144) aus einem ferromagnetischen Werkstoff besteht und konzentrisch zur Drehachse (30; 130) angeordnet ist.Spindle motor according to one of claims 1 to 12, characterized in that the second bearing component ( 44 ; 144 ) consists of a ferromagnetic material and concentric with the axis of rotation ( 30 ; 130 ) is arranged. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitstücke (46a, 46b; 146a, 146b) integraler Bestandteil des zweiten Lagerbauteils (44; 144) sind.Spindle motor according to one of claims 1 to 13, characterized in that the flux guide pieces ( 46a . 46b ; 146a . 146b ) integral part of the second bearing component ( 44 ; 144 ) are. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerbauteil (44; 144) im Bereich der Flussleitstücke (46a, 46b; 146a, 146b) seinen größten oder kleinsten Durchmesser aufweist.Spindle motor according to one of claims 1 to 14, characterized in that the second bearing component ( 44 ; 144 ) in the region of the flux guide pieces ( 46a . 46b ; 146a . 146b ) has its largest or smallest diameter. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitstücke (46a, 46b; 146a, 146b) aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehen.Spindle motor according to one of claims 1 to 15, characterized in that the flux guide pieces ( 46a . 46b ; 146a . 146b ) consist of a ferromagnetic material. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitstücke des ersten und/oder zweiten Lagerbauteils aus einem Blechstapel bestehen, dessen Bleche in axialer Richtung übereinander liegen.Spindle motor according to one of claims 1 to 16, characterized in that the flux guides of the first and / or second bearing component consist of a sheet stack, whose plates are superimposed in the axial direction. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Lagerspalt (116) ein ringförmiger mit Lagerfluid gefüllter Übergangsspalt (126) anschließt, der zwischen einer Stirnfläche der Lagerbuchse (112) und einer gegenüberliegenden Fläche der Nabe (122) angeordnet ist, und sich an den Verbindungsspalt ein im wesentlichen axial verlaufender Dichtungsspalt (128) anschließt, der zwischen einer Mantelfläche der Lagerbuchse (112) und einer dieser gegenüberliegenden Mantelfläche der Nabe (122) angeordnet und zumindest teilweise mit Lagerfluid gefüllt ist.Spindle motor according to one of claims 1 to 17, characterized in that at the bearing gap ( 116 ) an annular bearing fluid filled transition gap ( 126 ) connected between an end face of the bearing bush ( 112 ) and an opposite surface of the hub ( 122 ) is arranged, and at the connecting gap a substantially axially extending sealing gap ( 128 ), which between a lateral surface of the bearing bush ( 112 ) and one of these opposite lateral surface of the hub ( 122 ) is arranged and at least partially filled with bearing fluid. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Lagerspalt (16) ein ringförmiger mit Lagerfluid gefüllter Verbindungsspalt (26) anschließt, der zwischen einer Stirnfläche der Lagerbuchse (12) und einer gegenüberliegenden Fläche der Nabe (22) angeordnet ist, und sich an den Verbindungsspalt ein im wesentlichen axial verlaufender Dichtungsspalt (28) anschließt, der zwischen einer Mantelfläche der Lagerbuchse (12) und einer dieser gegenüberliegenden Mantelfläche eines Stopperrings (20) angeordnet und zumindest teilweise mit Lagerfluid gefüllt ist.Spindle motor according to one of claims 1 to 18, characterized in that at the bearing gap ( 16 ) an annular bearing fluid filled connecting gap ( 26 ) connected between an end face of the bearing bush ( 12 ) and an opposite surface of the hub ( 22 ) is arranged, and at the connecting gap a substantially axially extending sealing gap ( 28 ), which between a lateral surface of the bearing bush ( 12 ) and one of these opposite lateral surface of a Stopperrings ( 20 ) is arranged and at least partially filled with bearing fluid. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopperring (20) an der Nabe (22) angeordnet ist und einem an einem Ende der Lagerbuchse angeordneten Bund (12a) axial gegenüberliegt.Spindle motor according to one of claims 1 to 19, characterized in that the stopper ring ( 20 ) at the hub ( 22 ) is arranged and arranged at one end of the bearing bush collar ( 12a ) is axially opposite. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (114) an einem Ende einen Stopperring (120) aufweist, der in einer Aussparung der Lagerbuchse (112) angeordnet ist.Spindle motor according to one of claims 1 to 19, characterized in that the shaft ( 114 ) at one end a stopper ring ( 120 ), which in a recess of the bearing bush ( 112 ) is arranged. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer der den Verbindungsspalt (26, 126) begrenzenden Flächen eine Rillenstruktur einer Pumpdichtung angeordnet ist.Spindle motor according to one of claims 1 to 21, characterized in that on at least one of the connecting gap ( 26 . 126 ) limiting surfaces a groove structure of a pumping seal is arranged. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse des Dichtungsspalts (28; 128) in einem Winkel von 0° bis 15°, vorzugsweise 3°–6° in Bezug auf die Drehachse (30; 130) ausgerichtet ist.Spindle motor according to one of claims 1 to 22, characterized in that the central axis of the sealing gap ( 28 ; 128 ) at an angle of 0 ° to 15 °, preferably 3 ° -6 ° with respect to the axis of rotation ( 30 ; 130 ) is aligned.
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