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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Elektromagnetische Antriebseinheit für einen Elektromotor, insbesondere für einen Spindelmotor, vorzugsweise für einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem. Derartige Spindelmotoren werden beispielsweise zum Antrieb von Speicherplattenlaufwerken verwendet.
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Stand der Technik
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Ein Elektromotor bzw. Spindelmotor der eingangs beschriebenen Art umfasst im Wesentlichen ein feststehendes Motorbauteil sowie ein drehbewegliches Motorbauteil und mindestens ein zwischen diesen beiden Bauteilen angeordnetes Lagersystem. Als Lagersystem werden vorzugsweise fluiddynamische Lagersysteme eingesetzt. Das drehbewegliche Motorbauteil wird in bekannter Weise mittels eines elektromagnetischen Antriebssystems drehend angetrieben.
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Eine bekannte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem ist in der
DE 10 2007 008 860 A1 offenbart. Der Spindelmotor umfasst eine Grundplatte, in welcher eine Lagerbuchse eingesetzt ist. Die Lagerbuchse weist eine axiale Bohrung zur Aufnahme einer Welle auf. Die Welle ist relativ zur Lagerbuchse durch ein fluiddynamisches Lagersystem gelagert. Die Welle trägt eine Nabe, auf der z. B. eine oder mehrere Speicherplatten eines Speicherplattenlaufwerkes angeordnet werden können. Eine Verschiebung der beschriebenen Anordnung entlang der Rotationsachse wird durch ein fluiddynamisches Axiallager verhindert, das durch die Oberfläche der Stirnseite der Lagerbuchse sowie eine Fläche auf der Unterseite der Nabe gebildet wird. Das elektromagnetische Antriebssystem umfasst einen Rotormagnet der am Rotorbauteil des Spindelmotors angeordnet ist. Der Rotormagnet weist zwei oder mehrere, über den Umfang verteilte magnetische Pole auf. Der Stator weist zwei oder mehrere Statorpole auf, die jeweils durch Nuten voneinander getrennt sind. Die Statorpole und die Pole des Rotormagneten sind konzentrisch zueinander angeordnet. Der Stator besteht in der Regel aus einem genuteten Statorblechpaket, d. h. aus einer Reihe von übereinander geschichteten ferromagnetischen Blechen.
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Aus dem Stand der Technik sind Statoren für Elektromotoren bekannt, die einen Statorkern mit mehreren Statorpolen aufweisen, welche um eine zentrale Achse angeordnet sind. Genannt seien hier beispielhaft die Veröffentlichungen
US 2006/0197402 A1 ,
JP 2006 014548 A ,
JP 2007 244004 A ,
JP 2006 129688 A und
JP 2003 102156 A . Bei diesen bekannten Statoren ist der Statorkern aus einem Blechpaket gebildet, das aus mehreren übereinander liegenden Statorblechen besteht, wobei mindestens ein Statorblech sich in seiner Formgebung von der Formgebung der anderen Statorbleche unterscheidet und zumindest Abschnitte dieses Statorblechs in Richtung der Rotationsachse über die Abmessungen des Statorkerns hinausragen. Dieses vergrößert ausgebildete Statorblech liegt dem Rotormagneten radial gegenüber und vergrößert somit die magnetisch wirksame Fläche des Blechpakets ohne die Abmessungen des Stators wesentlich zu vergrößern.
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Die
US 2002/0047463 A1 offenbart Kerne aus laminierten Blechen, bei denen sich mindestens ein Blech in seiner Formgebung von der Formgebung der anderen Bleche unterscheidet und zumindest Abschnitte dieses Blechs über die Außenabmessungen der anderen Bleche hinausragt und beispielsweise als Flansch zur Befestigung der Kerne dient.
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Da der weiter oben beschriebene Spindelmotor nur ein einziges fluiddynamisches Axiallager umfasst, ist es notwendig, eine axiale Gegenkraft oder Vorspannung zu erzeugen, die entgegen gesetzt der Kraft des Axiallagers wirkt. Dies wird oftmals durch magnetische Kräfte erzielt. Beispielsweise kann der feststehende Stator relativ zum Rotormagneten axial versetzt angeordnet werden, so dass eine axiale Zugkraft auf die Nabe entsteht, die der Lagerkraft des Axiallagers entgegen wirkt. Alternativ oder zusätzlich kann unterhalb des Rotormagneten an der Basisplatte ein ferromagnetischer Zugring angeordnet sein, der durch den Rotormagneten angezogen wird, so dass eine axiale Kraft erzeugt wird, die der axialen Kraft des Axiallagers entgegen wirkt. Dies ist beispielsweise in der
US 5 623 382 A dargestellt.
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Der Zugring muss in einer bestimmten Lage relativ zum Rotormagneten und zum Stator positioniert werden, damit er die geforderte Aufgabe erfüllt. Bei der Fertigung muss daher der Zugring unter Einhaltung der geforderten Toleranzen montiert werden. Die Montage des Zugrings erfordert daher einen zusätzlichen Arbeitsschritt. Außerdem verursacht der Einsatz des Zugrings zusätzliche Materialkosten.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektromagnetische Antriebseinheit für einen Elektromotor anzugeben, der ein fluiddynamisches Axiallager mit magnetischer Vorspannung aufweist, wobei die Mittel zur Erzeugung dieser magnetischen Vorspannung kostengünstiger und mit geringerem Montageaufwand bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektromagnetische Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ein Elektromotor mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antriebseinheit ist im nebengeordneten Anspruch 9 offenbart. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße elektromagnetische Antriebseinheit umfasst einen Stator und einen am drehbeweglichen Motorbauteil angeordneten Rotormagneten, wobei der Statorkern mehrere Statorpole aufweist, die um eine zentrale Achse angeordnet sind. Der Statorkern besteht aus einem Blechpaket mit mehreren übereinander liegenden Statorblechen. Erfindungsgemäß ist nun mindestens ein Statorblech als Zugblech ausgebildet, dessen Formgebung sich von der Formgebung der anderen Statorbleche unterscheidet und das über die Abmessungen des Statorkerns in axialer und/oder in radialer Richtung hinausragt. Der Stator kann dabei für einen Außenläufermotor oder für einen Innenläufermotor ausgebildet sein.
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Der Stator ist derart in dem Elektromotor angeordnet, dass der Statorkern dem Rotormagneten in Richtung senkrecht zur zentralen Achse gegenüberliegt. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt ein Abschnitt des Zugblechs dem Rotormagneten außerdem in Richtung der zentralen Achse gegenüber. Dieser Abschnitt des Zugblechs erfüllt zusammen mit dem Rotormagneten die Aufgabe der magnetischen Vorspannung bzw. eines magnetischen Gegenlagers zum Axiallager des Elektromotors.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass ein Teil des Blechpaketes des Stators eine Komponente zur Erzeugung einer magnetischen Vorspannung bildet. Es ist erfindungsgemäß kein separater Zugring mehr notwendig, der in einem zusätzlichen Montageschritt an der Basisplatte des Elektromotors montiert werden muss. Vielmehr ist der Zugring nun Teil des Stators, indem ein oder mehrere Statorbleche als Zugbleche ausgebildet sind und die Aufgabe des Zugringes übernehmen. Diese Zugbleche sind vorzugsweise endseitig am Blechstapel angeordnet.
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Bei der Montage eines separaten Zugringes musste dieser in einem eigenen Montageschritt in Bezug auf die Position des Stators und auch des Rotors bzw. des Rotormagneten ausgerichtet werden. Wird das Zugblech nun als Teil des Stators gefertigt, so entfällt der eigene Montageschritt für die Montage des Zugrings und auch eine separate Positionierung, da der Stator lediglich in Bezug auf den Rotormagneten ausgerichtet werden muss und das Zugblech automatisch die richtige Position unterhalb des Rotormagneten oder seitlich davon einnimmt. Es sind insbesondere die notwendigen Montagetoleranzen bei Verwendung eines Zugbleches deutlich einfacher einzuhalten bzw. im Allgemeinen deutlich geringer im Vergleich zur Verwendung eines separaten Zugringes.
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Der Stator bzw. der Statorkern ist in bekannter Weise ringförmig ausgebildet und weist einen Außendurchmesser, einen Innendurchmesser und zwei Stirnseiten auf.
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Das Zugblech weist nun erfindungsgemäß einen Außendurchmesser auf, der größer ist als der Außendurchmesser der anderen Statorbleche. Dies ist insbesondere bei einem Außenläufermotor vorgesehen. Bei einem Innenläufermotor weist das Zugblech einen Innendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser der anderen Statorbleche. Auf diese Weise kann das Zugblech axial unterhalb bzw. oberhalb des Rotormagneten positioniert werden.
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Das Zugblech ist ringförmig ausgebildet und kann im Randbereich L-förmig oder Z-förmig gebogen sein oder radial über den Statorblechstapel hinausragen, so dass es sowohl in axialer Richtung als auch radialer Richtung über den Umriss des Statorkerns hinaussteht.
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Das Zugblech bildet, wie auch die anderen Bleche des Blechpaketes, mehrere Statorpole aus und weist zwischen den Statorpolen liegende Nuten auf, so dass die Statorwicklungen auf die Statorpole aufgebracht werden können. Nachdem die Statorpole bewickelt sind, kann auf den radial über den Stator hinaus stehenden Abschnitten des Zugbleches ein durchgehender ferromagnetischer Ring angeordnet werden, der dann zusammen mit den Abschnitten des Zugbleches einen durchgehenden Zugring bildet. Dadurch wird die auf den Rotormagneten wirkende magnetische Anziehungskraft erhöht und damit auch die durch den Zugring erzielbare axiale Gegenkraft zum Axiallager des Elektromotors.
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Um die Variationen der Magnetkraft auszugleichen, die durch die einzelnen Statorpole über den Umfang des Stators verursacht wird, kann der ferromagnetische Ring sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung gewellt ausgebildet sein. Dadurch variiert der Außendurchmesser oder Innendurchmesser des ferromagnetischen Ringes bzw. der Abstand des ferromagnetischen Ringes zum Rotormagneten. Die Schwankungen der magnetischen Anziehungskraft auf den ferromagnetischen Ring über den Umfang des Stators werden dadurch ausgeglichen, so dass die vom ferromagnetischen Ring auf den Rotormagneten ausgeübte Anziehungskraft über den Umfang des Rotors im Wesentlichen konstant bleibt.
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Ein Elektromotor, vorzugsweise Spindelmotor, mit einem solchen Stator umfasst ein feststehendes Motorbauteil sowie ein drehbewegliches Motorbauteil, das relativ zum feststehenden Motorbauteil um eine zentrale Achse drehbar gelagert ist. Die Lagerung erfolgt vorzugsweise über ein fluiddynamisches Lagersystem mit mindestens einem fluiddynamischen Radiallager und mindestens einem fluiddynamischen Axiallager. Die elektromagnetische Antriebseinheit umfasst den erfindungsgemäßen Stator, der am feststehenden Motorbauteil angeordnet ist und einen Statorkern mit mehreren Statorpolen umfasst, die um die zentrale Achse angeordnet sind. Der Statorkern ist aus einem Blechpaket gebildet, dass aus mehreren übereinanderliegenden Statorblechen besteht. Es ist ein ringförmiger Rotormagnet vorhanden, der am drehbeweglichen Motorbauteil radial gegenüberliegend dem Stator angeordnet ist. Der Stator umfasst mindestens ein Statorblech, das als Zugblech ausgebildet ist und dessen Formgebung sich von der Formgebung der anderen Statorbleche unterscheidet und das über die Abmessungen des Statorkerns hinausragt.
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Um eine zusätzliche magnetische Axialkraft zu erzeugen, die der Lagerkraft des Axiallagers entgegengerichtet ist, kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Rotormagnet außerhalb der magnetischen Mitte des Stators axial versetzt angeordnet ist. Dadurch wird zwischen dem Stator und dem Rotormagneten nicht nur eine radial gerichtete Kraft erzeugt, sondern auch eine axial gerichtete Kraftkomponente, die entgegengesetzt der Kraftkomponente des Axiallagers gerichtet ist.
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Ein Spindelmotor mit einem Stator der beschriebenen Art kann vorzugsweise zum Antrieb von Speicherplatten eines Festplattenlaufwerkes verwendet werden. Ein solches Festplattenlaufwerk umfasst mindestens eine Speicherplatte, und Lese- und Schreibeinrichtungen zum Lesen und Schreiben von Daten von und auf die Speicherplatte.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Spindelmotors in einem Gehäuse eines Festplattenlaufwerkes
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2 zeigt einen Schnitt durch den Spindelmotor aus 1.
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3 zeigt eine vergrößerte Darstellung durch den Bereich des Stators und den Rotormagneten aus 2.
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4 zeigt eine Ansicht einer ersten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Stators von oben.
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5 zeigt eine Ansicht des Stators aus 4 von unten.
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6 zeigt einen Querschnitt durch den Stator der 4 und 5.
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7 zeigt eine Explosionsdarstellung der einzelnen Statorbleche des Stators aus 6.
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8 zeigt eine Ansicht einer zweiten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Stators von oben.
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9 zeigt die Ansicht des Stators aus 8 von unten mit einem aufgebrachten ferromagnetischen Ring.
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10 zeigt einen vergrößerten Schnitt des Stators aus 8 und 9.
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11 zeigt einen ersten Montageschritt des Stators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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12 zeigt einen zweiten Montageschritt des Stators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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13 zeigt einen dritten Montageschritt des Stators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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14 zeigt einen vierten Montageschritt des Stators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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15 zeigt einen fünften Montageschritt des Stators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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16 zeigt eine Ansicht einer dritten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Stators mit gewelltem ferromagnetischem Ring.
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17 zeigt eine Seitenansicht des Stators aus 16.
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18 zeigt eine Ansicht einer vierten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Stators von oben.
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19 zeigt eine Ansicht des Stators aus 18 von unten.
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20 zeigt einen Querschnitt durch den Stator der 18 und 19.
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21 zeigt eine Ansicht eines Stators gemäß dem Stand der Technik von oben.
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22 zeigt den Stator aus 21 von unten.
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23 zeigt einen Schnitt durch den Stator der 21 und 22.
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses 12 eines Festplattenlaufwerkes 10. In dem Gehäuse 12 ist ein Spindelmotor 14 angeordnet, auf welchem mindestens eine Speicherplatte (nicht dargestellt) des Festplattenlaufwerkes montiert ist. Der Spindelmotor 14 treibt die Speicherplatte drehend an. Durch entsprechende Lese- und Schreibeinrichtungen (nicht dargestellt) können Daten von der Speicherplatte gelesen und auf die Speicherplatte geschrieben werden. Die Funktion eines Festplattenlaufwerkes ist hinlänglich bekannt und soll hier nicht weiter ausgeführt werden.
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2 zeigt einen Schnitt durch den Spindelmotor 14, wie er erfindungsgemäß ausgestaltet werden kann. Der Spindelmotor 14 umfasst eine Basisplatte 16, welche eine zentrale Öffnung zur Aufnahme einer Lagerbuchse 18 aufweist. Eine Welle 20 ist in einer Bohrung der Lagerbuchse 18 drehbar aufgenommen, und durch einen Lagerspalt 26 von der Lagerbuchse 18 getrennt. Der Lagerspalt 26 ist mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt. Die Welle 20 trägt an einem aus der Lagerbuchse 18 herausstehenden Ende eine Nabe 28. Die Nabe 28 weist einen im Wesentlichen topfförmigen Querschnitt auf und eine flache Unterseite, die der Stirnseite der Lagerbuchse 18 gegenüber liegt. Die Stirnseite der Lagerbuchse 18 und die flache Unterseite der Nabe 28 sind ebenfalls durch den Lagerspalt 26 voneinander getrennt. Die flache Unterseite der Nabe 28 bildet mit der Stirnseite der Lagerbuchse 18 ein fluiddynamisches Axiallager 34 aus, während die Welle 20 und die Lagerbuchse 18 getrennt jeweils zwei Radiallager 30, 32 ausbilden. Der Lagerspalt 26 erstreckt sich entlang der Lagerbuchse 18 und der Welle 20 und weiter entlang der Stirnseite der Lagerbuchse 18 und der Unterseite der Nabe 28. Am Außendurchmesser des Axiallagers 34 geht der Lagerspalt 26 in einen Spalt mit größerem Spaltabstand über, und bildet einen kapillaren konischen Dichtungsspalt 36, der sich axial entlang des Außenumfangs der Lagerbuchse 18 fortsetzt und durch einen axialen Abschnitt der Nabe 28 begrenzt wird.
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An ihrem unteren Ende weist die Welle 20 einen Stopperring 22 auf, der beispielsweise einteilig mit der Welle 20 ausgebildet sein kann, aber auch als separates Bauteil mit der Welle 20 verbunden werden kann. Der Stopperring 22 ist in einer Aussparung der Lagerbuchse 18 angeordnet, die durch eine Abdeckplatte 24 verschlossen ist. Die Aussparung in der Lagerbuchse 18 grenzt an den Lagerspalt an und ist mit Lagerfluid gefüllt. Der Stopperring 22 verhindert durch Anschlagen an einer Stufe der Lagerbuchse 18 eine übermäßige axiale Bewegung der Welle 20 in der Lagerbuchse 18.
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Die beiden Radiallager 30, 32 sind in bekannter Weise durch Lagerrillenstrukturen (nicht dargestellt) gekennzeichnet, die auf einer oder beiden sich gegenüber liegenden Lageroberflächen angeordnet sind. Das Axiallager 34 ist ebenfalls durch Lagerrillenstrukturen (nicht dargestellt) gekennzeichnet, die auf der Stirnseite der Lagerbuchse 18 und/oder der Unterseite der Nabe 28 angeordnet sind. Um eine Zirkulation des Lagerfluids im Lagerspalt sicher zu stellen, kann in der Lagerbuchse 18 ein Rezirkulationskanal 38 vorgesehen sein, der entfernte Abschnitte des Lagerspaltes 26 miteinander verbindet.
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Der Spindelmotor 14 umfasst ein elektromagnetisches Antriebssystem, das im Wesentlichen aus einem an der Basisplatte 16 angeordneten Stator 42 und einem an der Nabe 28 angeordneten Rotormagneten 40 besteht. Der Stator 42 weist beispielsweise neun, durch Nuten getrennte Pole auf, wobei drei Pole jeweils eine gemeinsame Phasenwicklung tragen. Durch entsprechende Bestromung der unterschiedlichen Phasenwicklungen des Stators 42 wird ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugt, welches auf den Rotormagneten 40 einwirkt und die Nabe 28 in Drehung versetzt. Der Rotormagnet 40 weist beispielsweise zwölf Magnetpole, d. h. sechs Polpaare auf, die in abwechselnder Reihenfolge über den Umfang des Rotormagneten 40 verteilt angeordnet sind.
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3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Stators 42 und des radial gegenüberliegend angeordneten Rotormagneten 40. Es ist eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Stators 42 dargestellt. Der Stator 42 umfasst einen Statorkern 42a, der im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist (vgl. 4). Der Statorkern 42a besteht aus mehreren übereinander gestapelten Statorblechen 42b, die ein sogenanntes Blechpaket bilden. In bekannter Weise kann der Statorkern 42a zu Isolierzwecken mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung 42c versehen sein. Der Stator 42 bildet eine Reihe von Statorpolen aus, welche mit Phasenwicklungen 42d bewickelt sind. Die Statorbleche 42b haben alle im Wesentlichen dieselbe Form, wobei mindestens ein Deckblech vorgesehen ist, dessen Form sich von den übrigen Statorblechen 42b unterscheidet und das vorzugsweise endseitig auf dem Statorblechpaket angeordnet ist. Das Deckblech ist als Zugblech 42e ausgebildet, das im Gegensatz zu den übrigen Statorblechen 42b einen Fortsatz 42f aufweist, der sich über den Außendurchmesser des Statorkerns 42a hinaus erstreckt. Dieser Fortsatz 42f erstreckt sich in axialer und in radialer Richtung über die Oberfläche des Statorkerns 42a hinaus. Der Fortsatz 42f ist etwa L-förmig ausgebildet, wobei ein Abschnitt des Fortsatzes 42f in axialer Richtung gegenüber der Stirnseite des Rotormagneten 40 zu liegen kommt, wenn der Stator an seiner vorgesehenen Position montiert wird. Der Rotormagnet 40 übt eine Anziehungskraft in axialer Richtung auf den Fortsatz 42f des Zugbleches 42e aus, die entgegengesetzt zur Lagerkraft des Axiallagers 34 gerichtet ist. Das Zugblech 42e und der Rotormagnet 40 bilden daher ein magnetisches Gegenlager zum Axiallager 34.
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Zusätzlich kann eine dem Axiallager 34 entgegenwirkende Kraft durch einen axialen Versatz zwischen dem Rotormagneten 40 und dem Stator 42 erzeugt werden. Dieser axiale Versatz ist ebenfalls aus 3 zu entnehmen, wo deutlich wird, dass der Statorkern 42a nicht mittig in Bezug auf den Rotormagneten 40 angeordnet ist sondern in axialer Richtung verschoben.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Stators 42 bzw. des Statorkerns 42a aus 3. Man erkennt die an den jeweiligen Statorpolen angeordnete Fortsätze 42f des Zugbleches 42e. Die Fortsätze 42f erstrecken sich radial nach außen in einem entsprechend axialen Abstand zum übrigen Statorkern 42a. 5 zeigt die Ansicht des Stators 42 von unten.
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6 zeigt noch einmal einen Schnitt durch den Stator 42 im Bereich eines Statorpols, ähnlich wie in 3.
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In 7 ist eine Explosionsdarstellung des Stators 42 dargestellt. Der Stator 42 besteht aus einzelnen Statorblechen 42b und einem stirnseitigen Zugblech 42e.
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8 zeigt eine zweite Ausgestaltung der Erfindung, die eine Abwandlung der ersten Ausgestaltung ist. Der Stator 42 ist identisch ausgebildet wie der Stator gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 bis 7. Der Stator 42 besteht aus einem Stapel von Statorblechen und dem stirnseitig angeordneten Zugblech 42e mit abgebogenen Fortsätzen 42f. Auf den Fortsätzen 42f des Zugbleches 42e ist ein ferromagnetischer Ring 44 angeordnet, der mit den Fortsätzen 42f verbunden wird. Der ferromagnetische Ring vereint die Fortsätze 42f und bildet einen geschlossenen Magnetkreis über den Umfang des Stators 42. Der ferromagnetische Ring kann eine höhere magnetische Kraft auf den Rotormagneten ausüben als die Fortsätze 42f.
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9 zeigt eine Ansicht von unten auf den ferromagnetischen Ring 44, der mit den Ansätzen 42f des Zugbleches 42e verbunden ist.
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In 10 ist die Anordnung der 8 und 9 im Schnitt dargestellt. Der ferromagnetische Ring 44 hat wie die Fortsätze 42f einen größeren Außendurchmesser als der übrige Statorkern 42a und kommt axial versetzt zum Statorkern 42a zu liegen, genau unterhalb des Rotormagneten 40, wie es in 3 dargestellt ist. Dabei wird der ferromagnetische Ring 44 erst nach dem Bewickeln der Statorpole mit Wickeldraht montiert.
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Die 11 bis 15 zeigen beispielhaft eine Ansicht des erfindungsgemäßen Stators 42 während einzelner Montageschritte.
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Wie in 11 dargestellt, werden die einzelnen Statorbleche 42b des Statorkerns 42a ausgestanzt, übereinander gestapelt und etwa mittels Stanzpaketierens miteinander verbunden. Das Zugblech 42e wird ebenfalls ausgestanzt und die Fortsätze 42f entsprechend den Vorgaben gebogen. Das Zugblech 42e wird mit dem übrigen Statorkern 42a verbunden, so dass dessen Fortsätze 42f axial nach unten und radial nach außen vom Statorkern 42a abstehen. In einem nächsten Schritt gemäß 12 wird der Statorkern 42a mitsamt den Fortsätzen 42f mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung 42c versehen. Die Beschichtung 42c kann aus Kunststoff oder Harz bestehen, und dient dazu, den Statorkern 42a elektrisch zu isolieren und vor Umwelteinflüssen zu schützen. In einem weiteren Schritt gemäß 13 werden die Statorpole mit entsprechenden Phasenwicklungen 42d bewickelt. Im nächsten Schritt gemäß 14 kann nun der ferromagnetische Ring 44 auf die Fortsätze 42f der Zugbleche 42e aufgebracht und befestigt werden. Der ferromagnetische Ring 44 kann erst nach dem Bewickeln der Statorpole aufgebracht werden, da sonst ein Aufbringen der Phasenwicklungen 42d nicht möglich ist.
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Gemäß 15 wird in einem letzten Schritt der ferromagnetische Ring 44 mit den Fortsätzen 42f des Zugbleches verbunden, beispielsweise durch Punkschweißung, durch Laserschweißen oder Klebung.
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16 zeigt eine weitere, abgewandelte Ausgestaltung eines Stators 42. Gegenüber dem Stator der 8 bis 15 unterscheidet sich der Stator 42 aus 16 dadurch, dass ein anderer ferromagnetischer Ring 144 verwendet wird. Dieser ferromagnetische Ring 144 ist gewellt ausgebildet. Der ferromagnetische Ring 144 kann sowohl in radialer Richtung, also quer zur zentralen Achse 50 des Stators 42, als auch in axialer Richtung, also in Richtung der zentralen Achse 50 des Stators 42, gewellt sein. Die radiale Wellung, die sowohl am Außendurchmesser als auch am Innendurchmesser des ferromagnetischen Ringes 144 vorgesehen sein kann, wird durch entsprechende Einbuchtungen oder Ausbuchtungen erzielt. Dadurch variiert der Außendurchmesser bzw. Innendurchmesser des ferromagnetischen Ringes 144 über dessen Umfang. Vorzugsweise ist der Durchmesser des ferromagnetischen Rings im Bereich der Statorpole geringer als der Durchmesser im Bereich zwischen den Statorpolen (Nutenbereichen).
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Die axial gerichtete Wellung wird durch entsprechendes dreidimensionales Stanzen oder Biegen des ferromagnetischen Ringes 144 erreicht. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem Statorkern 42a und dem ferromagnetischen Ring 44 im Bereich der Statorpole geringer, als der Abstand im Bereich zwischen den Statorpolen (Nutenbereichen). Diese Variation des Abstandes oder des Durchmessers des ferromagnetischen Ringes 144 in Bezug auf den Statorkern 42a und somit auch in Bezug auf den Rotormagneten 40 dient dazu, die Schwankungen des bei Rotation des Rotormagneten um den Stator auftretenden Magnetfeldes auszugleichen. Es soll erreicht werden, dass die Magnetkraft zwischen dem ferromagnetischen Ring 144 und dem Rotormagneten 40 unabhängig von der Stellung des Rotormagneten 40 in Bezug auf den Stator 42 weitgehend gleich bleibt.
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In den 18 bis 20 ist eine weitere Ausgestaltung eines Stators 142 dargestellt. Der Stator 142 umfasst einen Statorkern 142a, der in der Formgebung dem Statorkern des vorhergehend beschriebenen Stators 42 entspricht. Der Statorkern 142a besteht aus einer Anzahl von Statorblechen 142b, die übereinander geschichtet sind. Die Stirnseite trägt ein abschließendes Blech in Form eines Zugbleches 142e, das radial nach außen weisende Fortsätze 142f aufweist. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist das Zugblech 142e nicht gebogen oder abgewinkelt sondern gerade und eben ausgebildet. Die Fortsätze 142f steht nur in radialer Richtung über den Statorkern 142a hinaus. Ein axialer Versatz der Fortsätze 142f ist nicht vorgesehen. Diese Art von Stator 142 ist besonders für Motoren mit Rotormagneten 40 geeignet, die eine geringe axiale Ausdehnung haben. Die Ausführung eignet sich auch für Motoren, die einen großen axialen Versatz zwischen Rotormagnet 40 und Stator 142 aufweisen, so dass die Fortsätze 142f des Zugbleches 142e getrennt durch einen Luftspalt axial unterhalb des Rotormagneten 40 angeordnet werden können.
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In den 21 bis 23 ist ein Stator 242 dargestellt, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Stator 242 umfasst einen Statorkern 242a, der in seiner Formgebung dem Statorkern der vorhergehenden Ausführungsbeispiele entspricht. Der Statorkern 242a besteht aus einer Reihe von Statorblechen 242b. Auf einer Stirnseite des Statorkerns 242a ist ein L-förmig abgewinkeltes Zugblech 242e vorgesehen, das axial ausgerichtete Fortsätze 242f aufweist. Die Fortsätze 242f vergrößern die axiale Ausdehnung des Statorkerns 242a, so dass eine dem Rotormagneten zugewandte, vergrößerte magnetisch wirksame Fläche entsteht. Durch die vergrößerte axiale Ausdehnung des Stators 242 kann ein größerer axialer Versatz zwischen dem Stator 242 und dem Rotormagneten 40 vorgesehen werden, woraus sich eine größere axiale Kraftkomponente ergibt, die der Kraft des fluiddynamischen Axiallagers 34 entgegenwirkt. Das Zugblech 242e wirkt in diesem Ausführungsbeispiel nicht axial auf den Rotormagneten 40 ein, sondern in radialer Richtung, wobei durch einen axialen Versatz zwischen Stator 242 und dem Rotormagneten 40 eine axiale Kraftkomponente erzeugt wird.
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In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wurden Spindelmotoren bzw. Statoren beschrieben, die als Außenläufermotoren ausgebildet sind. In gleicher Weise können jedoch auch Innenläufermotoren, bei denen der Rotormagnet radial innen liegend des Stators angeordnet ist, von der Erfindung umfasst sein. Das bedeutet, dass die Statorpole radial nach innen gerichtet sind, und auch die Fortsätze des Zugbleches radial innen am Stator liegen.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, nicht nur ein Blech des Blechstapels des Stators als Zugblech auszubilden, sondern zwei oder mehrere vorzugsweise übereinander liegende Bleche. Der Stator umfasst dann mehrere regulär geformte Statorbleche sowie zwei oder mehrere als Zugbleche ausgeformte Bleche.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Festplattenlaufwerk
- 12
- Gehäuse
- 14
- Spindelmotor
- 16
- Basisplatte
- 18
- Lagerbuchse
- 20
- Welle
- 22
- Stopperring
- 24
- Abdeckplatte
- 26
- Lagerspalt
- 28
- Nabe
- 30
- Radiallager
- 32
- Radiallager
- 34
- Axiallager
- 36
- Dichtungsspalt
- 38
- Rezirkulationskanal
- 40
- Rotormagnet
- 42, 142, 242
- Stator
- 42a, 142a, 242a
- Statorkern
- 42b, 142b, 242b
- Statorblech
- 42c
- Beschichtung
- 42d
- Statorwicklung
- 42e, 142e, 242e
- Zugblech
- 42f, 142f, 242f
- Fortsatz
- 44
- ferromagnetischer Ring
- 50
- zentrale Achse