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WO2003058082A1 - Herstellungsverfahren eines spindelmotors und spindelmotor für festplattenlaufwerk - Google Patents

Herstellungsverfahren eines spindelmotors und spindelmotor für festplattenlaufwerk Download PDF

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WO2003058082A1
WO2003058082A1 PCT/EP2003/000155 EP0300155W WO03058082A1 WO 2003058082 A1 WO2003058082 A1 WO 2003058082A1 EP 0300155 W EP0300155 W EP 0300155W WO 03058082 A1 WO03058082 A1 WO 03058082A1
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WO
WIPO (PCT)
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bearing
stator
rotor
hydrodynamic
assembly
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2003/000155
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Hoffmann
Andreas Kull
Jürgen Oelsch
Olaf Winterhalter
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
Priority to AU2003205587A priority Critical patent/AU2003205587A1/en
Priority to US10/500,978 priority patent/US20050110363A1/en
Priority to JP2003558360A priority patent/JP2005514892A/ja
Publication of WO2003058082A1 publication Critical patent/WO2003058082A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F16C33/106—Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
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    • Y10T29/49021—Magnetic recording reproducing transducer [e.g., tape head, core, etc.]
    • Y10T29/49025—Making disc drive

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electric motor, in particular a spindle motor for a hard disk drive, according to the preamble of claim 1 and an electric motor, in particular a spindle motor for a hard disk drive, according to the preamble of claim 10.
  • a hydrodynamic bearing arrangement consists for example of a bearing sleeve, which may be closed on one side by a counter-disc.
  • a motor shaft Within the bearing sleeve is a motor shaft, which is surrounded by a fluid, preferably an oil.
  • a fluid preferably an oil.
  • a bearing sleeve is first pressed into a bore of a Statorflansches in the prior art. Subsequently, the bearing bore of the bearing sleeve due to the deformation by the press connection, in particular by turning and / or grinding rework to ensure the required for the function of the bearing dimensional accuracy, cylindricity and squareness of the bearing surface of the bearing sleeve. Finally, one or more groove structures are introduced into the bearing surface, which in the completed fluid-filled bearing produce the hydrodynamic bearing pressure required for stable, concentric bearing of the motor shaft.
  • the hydrodynamic bearing assembly is prefabricated separately before it is rotatably connected to the corresponding component - the stator or rotor - of the spindle motor.
  • identical hydrodynamic bearing assemblies can be prefabricated in large numbers and used in various engines.
  • the dimensionally accurate machining of the bearing sleeve of the bearing assembly is much easier to manufacture, as long as it is not yet installed in a stator flange, a base plate or the like. A press fit, which would lead to a deformation of the bearing sleeve and thus would require a subsequent processing of the bearing sleeve is no longer necessary.
  • a particular advantage of the invention is that the complete hydrodynamic bearing assembly, including radial bearings and thrust bearings is prefabricated such that it is functional before its final installation in the engine and can be tested.
  • the prefabricated bearing assembly is glued to the corresponding component of the spindle motor.
  • the adhesive provided for this purpose is particularly suitable for data carriers when it has weak outgassing properties.
  • a transitional be provided between the bearing assembly and the corresponding component of the spindle motor. In this way, a more accurate parallelism between the axis of rotation of the rotor and the orientation of the bearing sleeve can be realized because with the transition fit combined with the corresponding adhesive a degree of freedom is achieved in that the bearing sleeve with respect to the rotor or stator can be accurately aligned even after installation ,
  • the prefabricated bearing assembly can be used in the mounting flange or base plate with tolerances that are close to zero.
  • the bearing assembly is only then connected to the corresponding component of the spindle motor when the motor shaft is inserted in the hydrodynamic bearing assembly and the bearing oil between the motor shaft and bearing sleeve is introduced. In this way it is possible to check the prefabricated assembly of the hydrodynamic bearing assembly prior to final assembly for operability.
  • a hub of the rotor is rotatably connected to the shaft, which is received by a bearing sleeve of the hydrodynamic bearing assembly.
  • the structural unit consisting of rotor hub, motor shaft and bearing arrangement is then mounted on the stator.
  • the erfmdungssiee electric motor allows economical production, even in large quantities, because processing of bearing surfaces in the mounted state of the bearing assembly is avoided.
  • the post-processing of the bearing surfaces of the pressed bearing sleeve is very expensive to manufacture.
  • gluing the bearing sleeve in a precisely fitting hole in the base plate, in particular a transitional is provided, the dimension of the bearing sleeve is not changed by the assembly, which is why a post-processing is obsolete.
  • FIG. 1 is a bottom view of a base plate of a hard disk drive with a spindle motor according to the invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the spindle motor according to the invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a bearing assembly and rotor assembly
  • Fig. 4 is a cross-sectional view of the stator
  • FIG. 5 shows a detailed view of the bearing arrangement of the spindle motor according to the invention according to FIG. 2.
  • a spindle motor 3 is arranged, whose axis of rotation is denoted by R.
  • rotor of the spindle motor 3 at least one data carrier plate is attached.
  • This data carrier disk is set in rotation by the spindle motor 3, wherein the read / write heads guided at a short distance above the disk surface can store and read off corresponding data on the data carrier disk.
  • Fig. 2 of the inventive Spmdelmotor 3 is shown, wherein in Figs. 3 and 4, the rotor 11 with the bearing assembly 13 and the stator 15 are shown prior to their assembly.
  • the stator 15 has a stator core 17 wound with stator coils 19.
  • the stator core 17 is fixed to a base plate 21 by means of adhesive.
  • the stator 15 is accommodated in a ring recess 23 in the base plate 21.
  • the stator 15 is surrounded by an annular rotor drive magnet 25 and arranged opposite to this by a concentric working air gap.
  • the rotor drive magnet 25 is held in a trained as iron yoke magnet receiving ring 27 which is pressed into a machined into the rotor hub 31 paragraph ring 29.
  • the rotor hub 31 is pressed onto the drive-side end 33 of a motor shaft 35.
  • the motor shaft 35 extends through a bearing sleeve 37 of the hydrodynamic bearing assembly 13, which allows rotation of the motor shaft 35 about the rotation axis R.
  • the bearing sleeve 37 has a bearing inner surface 38 with a groove structure 40 for the uniform bearing oil distribution and the structure of the necessary bearing fluid pressure in the hydrodynamic bearing assembly 13.
  • the bearing sleeve 37 is closed at its one end 39 by a counter disk 41 (see also FIG. 5), which is pressed into an inner shoulder 43 of the bearing sleeve 37.
  • a counter disk 41 see also FIG. 5
  • an axial ring 47 is fitted.
  • the counter-disk 41 and the axial ring 47 may additionally be glued.
  • a hydrodynamic radial thrust bearing is formed, which stabilizes the motor shaft 35 in operation in the radial direction.
  • one or more, axially spaced groove structures may be provided on the bearing inner surface 38.
  • the groove structures can also be formed on the outer diameter of the motor shaft 35.
  • the groove structures may, for example, take the form of spirals, sinusoids and / or a herringbone pattern.
  • a hydrodynamic axial thrust bearing is also formed between the counter-disc or counter-plate 41 and the axial ring or pressure ring 42.
  • groove structures may also be formed on one of the mutually facing surfaces of the counter disk 41 and of the axial ring 47 or on the shaft end, which serve to build up the necessary bearing fluid pressure for the hydrodynamic bearing.
  • a bearing pressure can thus be built up in the radial and in the axial direction and material contact between the components of the hydrodynamic bearing, which to rotate relative to each other during operation.
  • one or two radial bearings are formed along the length of the shaft by a groove structure on the outer diameter of the shaft and / or the inner surface of the bearing bush.
  • annular, conically tapered space 57 may be formed, which is connected via a capillary annular gap with the bearing gap 59 between the motor shaft 35 and the bearing sleeve 37 and forms a so-called capillary seal of the bearing gap.
  • capillary seals The principles of such "capillary seals" are described, for example, in US Patent No. 5,667,309
  • the conical clearance 57 forms an expansion volume and reservoir which communicates with the bearing gap 59 and into which the bearing fluid may rise as the fluid level increases with increasing temperature This prevents the bearing fluid from escaping from the bearing gap 59.
  • the annular conical clearance 57 may be formed by a chamfer on the inner surface of the central opening of the bearing sleeve 37 or by a taper of the motor shaft 35.
  • a hole 48 is provided, through which the stator 15 is connected via insulated lines to a power supply 50.
  • FIGS. 3 and 4 make the assembly sequence for the production of the spindle motor 3 clear. Only after prefabrication of the assembly 49 (FIG. 3) from the bearing assembly 13, motor shaft 35 and the rotor 11 is it inserted and secured in a bore 51 formed in the base plate 21. The bore 51 and the mounting surface 53 of the bearing sleeve 37 are made in a transition fit. In order to ensure a rotationally fixed connection between the bearing sleeve 37 and the bore 51, an adhesive is provided, which is applied to the respective connecting surfaces 53 prior to assembly.
  • FIG. 5 The detail view of the hydrodynamic bearing arrangement according to the invention in FIG. 5 again clearly shows the prefabricated, complete hydrodynamic bearing arrangement 13, which comprises the motor shaft 35, the bearing sleeve 37, the counter disk 41 and the axial ring 47.
  • a groove structure for forming a radial hydrodynamic thrust bearing is provided on the bearing inner surface 38.
  • a groove structure for forming an axial hydrodynamic pressure bearing are formed on one of the mutually facing surfaces of the counter disk 41 and the axial ring 47 and the end face of the shaft 35.
  • a further groove structure may also be formed on one of the mutually facing surfaces of the axial ring 47 and the bearing sleeve 37, in the figure at 61.
  • a bore 63 in the axial ring 47 is shown, which facilitates the circulation of Lagerfiuid between the bearing gap 59 and the front end of the shaft 35.
  • the erfmdungssiee hydrodynamic bearing assembly is a complete, self-contained hydrodynamic bearing, which includes both a hydrodynamic radial and a hydrodynamic thrust bearing.
  • This hydrodynamic bearing is already in the preassembled state, which is shown in FIG is fully functional and can be tested for functionality in this pre-assembled state. This has the significant advantage that the bearing does not have to be first installed in an engine before it can be tested. In the case of failure of the bearing can be avoided by additional installation effort and additional, unnecessary committee.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Spindelmotors für ein Festplattenlaufwerk mit einem Stator, einem Rotor und einer hydrodynamischen Lageranordnung, die den Rotor drehbar lagert, ist vorgesehen, dass die hydrodynamische Lageranordnung vorgefertigt wird und im vorgefertigten Zustand mit dem Rotor oder Stator drehfest verbunden wird.

Description

HERSTELLUNGSVERFAHREN EINES SPINDELMOTORS UND SPINDELMOTOR FÜR FESTPLATTENLAUFWERK
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors, insbesondere eines Spindelmotors für ein Festplattenlaufwerk, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Elektromotor, insbesondere einen Spindelmotor für ein Festplattenlaufwerk, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Es sind Spindelmotoren für PC-Baugruppen, wie Datenträgerfestplatten, bekannt, bei denen eine mit einem Rotor fest verbundene Motorwelle über eine hydrodynamische Lageranordnung gelagert ist. Eine hydrodynamische Lageranordnung gemäß dem Stand der Technik besteht zum Beispiel aus einer Lagerhülse, die einseitig von einer Konterscheibe geschlossen sein kann. Innerhalb der Lagerhülse befindet sich eine Motorwelle, die von einem Fluid, vorzugsweise einem Öl, umgeben ist. An der Innenfläche der Lagerhülse oder an der Außenfläche der Motorwelle sind ein oder mehrere Rillenmuster vorgesehen, die zur Erzeugung eines hydrodynamischen Lagerdrucks dienen.
Zur Herstellung der Lageranordnung wird im Stand der Technik zuerst eine Lagerhülse in eine Bohrung eines Statorflansches eingepreßt. Anschließend ist die Lagerbohrung der Lagerhülse aufgrund der Verformung durch die Pressverbindung, insbesondere durch Drehen und/oder Schleifen nachzuarbeiten, um die für die Funktion des Lagers erforderliche Maßgenauigkeit, Zylindrizität und Rechtwinkligkeit der Lagerfläche der Lagerhülse zu gewährleisten. Schließlich wird eine oder mehrere Rillenstrukturen in die Lagerfläche eingebracht, die im komplettierten, mit Fluid gefüllten Lager den zu stabilen, konzentrischen Lagerung der Motorwelle erforderlichen hydrodynamischen Lagerdruck erzeugen.
Für die Lagerhülse sowie den Statorflansch sind in der Regel unterschiedliche Materialien vorgesehen. Beide Bauteile können sich bei Temperaturänderungen unterschiedlich stark ausdehnen. Aufgrund der Pressverbindung zwischen dem Statorflansch und der Lagerhülse beeinflussen Dehnungsänderungen unmittelbar die Größe des zwischen der Motorwelle und der Lagerhülse notwendigen Lagerspalts. Abweichungen von dem idealen Lagerspaltmaß beeinflussen die für das Schwingungs erhalten und die Laufgenauigkeit des Systems erforderliche Lagersteifigkeit. Bei übermäßiger Abweichung vom idealen Lagerspaltmaß kann es zum Totalausfall des Systems kommen.
Ferner gibt es Festplattenlaufwerke mit einer nicht rotationssymmetrischen Basisplatte, die als Statorträger fungiert. Eine Bearbeitung einer mit einer solchen Basisplatte verbundenen Lagerhülse ist fertigungstechnisch kaum realisierbar.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Spindelmotors für ein Festplattenlaufwerk vorzuschlagen, mit dem unterschiedlichste Typen von Spindelmotoren einfach und kostengünstig gefertigt und montiert werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, daß die hydrodynamische Lageranordnung separat vorgefertigt wird, bevor sie mit dem entsprechenden Bauteil - dem Stator oder Rotor - des Spindelmotors drehfest verbunden wird. Auf diese Weise können baugleiche hydrodynamische Lageranordnungen in größeren Stückzahlen vorgefertigt und in verschiedenen Motoren eingesetzt werden. Außerdem ist die maßgenaue Bearbeitung der Lagerhülse der Lageranordnung fertigungstechnisch erheblich einfacher, solange diese noch nicht in einen Statorflansch, eine Basisplatte oder dergleichen eingebaut ist. Eine Preßpassung, die eine Verformung der Lagerhülse nach sich ziehen und damit eine nachträgliche Bearbeitung der Lagerhülse erforderlich machen würde, ist nicht mehr notwendig.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die komplette hydrodynamische Lageranordnung, einschließlich Radiallager und Axiallager derart vorgefertigt wird, daß sie bereits vor ihrem endgültigen Einbau in den Motor funktionsfähig ist und getestet werden kann.
Vorteilhafterweise wird die vorgefertigte Lageranordnung mit dem entsprechenden Bauteil des Spindelmotors verklebt. Der hierfür vorgesehene Kleber ist insbesondere für Datenträger dann geeignet, wenn er schwache Ausgasungseigenschaften besitzt. Zwischen der Lageranordnung und dem entsprechenden Bauteil des Spindelmotors kann eine Übergangspas- sung vorgesehen sein. Auf diese Weise ist eine genauere Parallelität zwischen der Drehachse des Rotors und der Ausrichtung der Lagerhülse realisierbar, weil mit der Übergangspassung kombiniert mit dem entsprechenden Kleber ein Montagefreiheitsgrad insofern erhalten wird, als die Lagerhülse bezüglich des Rotor oder Stators auch nach dem Einbau genau ausgerichtet werden kann. Bei Verwendung von Hochpräzisions-Montagewerkzeugen kann die vorgefertigte Lageranordnung in dem Montageflansch oder der Basisplatte mit Toleranzen eingesetzt werden, die nahezu null sind.
Vorteilhafterweise wird die Lageranordnung erst dann mit dem entsprechenden Bauteil des Spindelmotors verbunden, wenn die Motorwelle in der hydrodynamischen Lageranordnung eingesetzt ist und das Lageröl zwischen Motorwelle und Lagerhülse eingebracht ist. Auf diese Weise ist es möglich, die vorgefertigte Baugruppe der hydrodynamischen Lageranordnung vor der endgültigen Montage auf Funktionsfähigkeit zu überprüfen.
In einer bevorzugten Ausführung wird zuerst eme Nabe des Rotors mit der Welle drehfest verbunden, die von einer Lagerhülse der hydrodynamischen Lageranordnung aufgenommen wird. Die bauliche Einheit aus Rotornabe, Motorwelle und Lageranordnung wird anschließend am Stator montiert. Mit diesem Herstellungsverfahren wird eine Fertigung vorgeschlagen, bei der ein hoher Grad an Flexibilität bei der Bestückung eines Spindelmotors mit entsprechenden hydrodynamischen Lagern zugelassen wird.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor für ein Festplattenlaufwerk zu schaffen, der hinsichtlich seiner Funktionsfähigkeit gegenüber den bekannten Spindelmotoren in nichts nachsteht, jedoch fertigungstechnisch einfacher realisierbar ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.
Der erfmdungsgemäße Elektromotor erlaubt eine ökonomische Fertigung auch in hohen Stückzahlen, weil eine Bearbeitung von Lagerflächen im montierten Zustand der Lageranordnung vermieden wird. Vor allem bei Spindelmotoren, bei denen der Stator an einer nicht rotationssymmetrischen Basisplatte anzubringen ist, ist die Nachbearbeitung der Lagerflächen der eingepressten Lagerhülse fertigungstechnisch sehr aufwendig. Durch das Einkleben der Lagerhülse in eine passgenaue Bohrung in der Basisplatte, wobei insbesondere eine Übergangs- passung vorgesehen ist, wird die Abmessung der Lagerhülse durch die Montage nicht verändert, weswegen eine Nachbearbeitung hinfällig wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfmdungsgemäß hergestellten Spindelmotors anhand der beiliegenden Zeichnungen. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Unteransicht auf eine Grundplatte eines Festplattenlaufwerks mit einem erfindungsgemäßen Spindelmotor;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Spindelmotors;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Einheit aus Lageranordnung und Rotor;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Stators; und
Fig. 5 eine Detailansicht der Lageranordnung des erfindungsgemäßen Spindelmotors nach Fig. 2.
Im wesentlichen in der Mitte der der Ansicht gemäß Fig. 1 abgewandten Innenseite des Festplattenlaufwerks 1 ist ein Spindelmotor 3 angeordnet, dessen Rotationsachse hier mit R bezeichnet ist. An dem in Fig. 1 nicht sichtbaren Rotor des Spindelmotors 3 ist mindestens eine Datenträgerplatte befestigt. Diese Datenträgerplatte wird von dem Spindelmotor 3 in Rotation versetzt, wobei die in geringem Abstand über der Plattenoberfläche geführten Schreib- /Leseköpfe entsprechende Daten auf der Datenträgerplatte speichern und wieder ablesen können.
In Fig. 2 ist der erfmdungsgemäße Spmdelmotor 3 dargestellt, wobei in den Fig. 3 bzw. 4 der Rotor 11 mit der Lageranordnung 13 bzw. der Stator 15 vor deren Zusammenbau gezeigt sind.
Der Stator 15 besitzt einen Statorkern 17, der mit Statorspulen 19 bewickelt ist. Der Statorkern 17 ist an einer Grundplatte 21 mittels Klebstoff befestigt. Der Stator 15 ist in einer Ring- ausnehmung 23 in der Basisplatte 21 untergebracht. Der Stator 15 ist von einem ringförmigen Rotorantriebsmagneten 25 umgeben und diesem gegenüber durch einen konzentrischen Arbeitsluftspalt getrennt angeordnet. Der Rotorantriebsmagnet 25 ist in einem als Eisenrückschluß ausgebildeten Magnetaufnahmering 27 gehalten, der in einen in die Rotornabe 31 eingearbeiteten Absatzring 29 eingepreßt ist. Die Rotornabe 31 ist auf dem antriebsseitigen Ende 33 einer Motorwelle 35 aufgepreßt. Die Motorwelle 35 erstreckt sich durch eine Lagerhülse 37 der hydrodynamischen Lageranordnung 13, die eine Rotation der Motorwelle 35 um die Rotationsachse R zuläßt. Die Lagerhülse 37 hat eine Lagerinnenfläche 38 mit einer Rillenstxukτur 40 für die gleichmäßige Lagerölvertei- lung und den Aufbau des notwendigen Lagerfluiddrucks in der hydrodynamischen Lageranordnung 13.
Die Lagerhülse 37 ist an ihrem einen Ende 39 von einer Konterscheibe 41 verschlossen (siehe auch Fig. 5), die in einen Innenabsatz 43 der Lagerhülse 37 eingepreßt ist. In einem radial nach innen gestuften, weiteren Absatz 45 ist ein Axialring 47 eingepaßt. Die Konterscheibe 41 und der Axialring 47 können zusätzlich verklebt sein.
Durch die Rillenstruktur 40 an der Lagerinnenfläche 38 der Lagerhülse 37 wird ein hydrodynamisches radiales Drucklager gebildet, das die Motorwelle 35 im Betrieb in radialer Richtung stabilisiert. Hierzu können eine oder mehrere, axial beabstandete Rillenstrukturen an der Lagerinnenfläche 38 vorgesehen werden. Anstatt auf der Lagerinnenfläche 38 können die Rillenstrukturen auch auf dem Außendurchmesser der Motorwelle 35 gebildet werden. Die Rillenstrukturen können beispielsweise die Form von Spiralen, Sinuskurven und/oder eines Fischgrätmusters haben.
In dem erfindungsgemäßen Lager ist ferner zwischen der Konterscheibe oder Gegenplatte 41 und dem Axialring oder Druckring 42 ein hydrodynamisches axiales Drucklager gebildet. Hierzu können auf einer der einander zugewandten Oberflächen der Konterscheibe 41 und des Axialrings 47 oder auf dem Wellenende ebenfalls Rillenstrukturen ausgebildet sein, die dem Aufbau des notwendigen Lagerfluiddrucks für das hydrodynamische Lager dienen.
Durch die Rillenstruktur kann somit in radialer und in axialer Richtung ein Lagerdruck aufgebaut und Materialkontakt zwischen den Bauteilen des hydrodynamischen Lagers, welche re- lativ zueinander drehen, während des Betriebs vermieden werden. Je nach Anwendung sind entlang der Länge der Welle ein oder zwei Radiallager durch eine Rillenstruktur auf dem Außendurchmesser der Welle und/oder der Innenfläche der Lagerbuchse gebildet.
Zwischen der Motorwelle 35 und der Innenfläche der Lagerhülse 37 kann ein ringförmiger, sich konisch verjüngender Freiraum 57 gebildet sein, der über einen kapillaren Ringspalt mit dem Lagerspalt 59 zwischen der Motorwelle 35 und der Lagerhülse 37 verbunden ist und eine sogenannte Kapillardichtung des Lagerspaltes bildet. Die Grundlagen solcher „Kapillardichtungen" sind z.B. in dem U.S. Patent Nr. 5,667,309 beschrieben. Der konische Freiraum 57 bildet ein Ausdehnungsvolumen und Reservoir, das mit dem Lagerspalt 59 in Verbindung steht und in den das Lagerfiuid aufsteigen kann, wenn der Fluidpegel bei zunehmender Temperatur ansteigt. Dadurch wird vermieden, daß das Lagerfiuid aus dem Lagerspalt 59 austritt.
Der ringförmige, konische Freiraum 57 kann durch eine Fase an der Innenfläche der zentralen Öffnung der Lagerhülse 37 oder durch eine Verjüngung der Motorwelle 35 gebildet werden.
In der Basisplatte 21 ist ein Loch 48 vorgesehen, durch das der Stator 15 über isolierte Leitungen mit einer Stromversorgung 50 verbunden ist.
Die Fig. 3 und 4 machen die Montagereihenfolge für die Herstellung des Spindelmotors 3 deutlich. Erst nach Vorfertigung der Baugruppe 49 (Fig. 3) aus der Lageranordnung 13, Motorwelle 35 und dem Rotor 11 wird sie in eine in der Basisplatte 21 eingebrachte Bohrung 51 eingesetzt und befestigt. Die Bohrung 51 und die Montagefläche 53 der Lagerhülse 37 sind in einer Übergangspassung gefertigt. Um eine drehfeste Verbindung zwischen der Lagerhülse 37 und der Bohrung 51 zu gewährleisten, ist ein Kleber vorgesehen, der vor der Montage auf die jeweiligen Verbindungsflächen 53 aufgebracht ist. Um die erforderliche Festigkeit der Klebeverbindung zwischen der Lagerhülse 37 und der Bohrung 51 sicherzustellen, müssen ein ausreichendes Volumen für den Klebstoff vorliegen und die zu verklebenden Flächen möglichst ganzflächig mit Kleber benetzt sein. Hingegen soll das Volumen für den Kleber wegen der geforderten Montagegenauigkeit möglichst klein gehalten sein. Um das benötigte Volumen für den Klebstoff einbringen zu können, sind an der Montagefläche 53 Kerben oder Rillen 55 vorgesehen, in die der Klebstoff beim Einsetzen der Lagerhülse 37 eindringt, so daß die notwendige Festigkeit der Klebeverbindung gewähleistet ist.
Aufgrund der Klebstoffverbindung zwischen Lagerhülse 37 und der Basisplatte 21 kann eine genaue Justierung der Lagerhülse 37 bezüglich der Rotationsachse R der Motorwelle 33, der Bohrung 51 sowie des Rotorantriebsmagneten 25 erzielt werden.
Im Folgenden wird detailliert ein bevorzugtes Herstellungsverfahren des Spindelmotors 3 angegeben:
1. Befestigen des Stators 15 in der Ringausnehmung 23 der Basisplatte 21 ;
2. Herstellen der Lagerhülse 37 mit genauen Lagerabmessungen;
3. Erzeugen des Rillenmusters 40 an der Lagerinnenfläche 38 der Lagerhülse 37;
4. Befestigen, insbesondere Aufpressen, des Axialrings 41 an dem einen Ende der Motorwelle 35;
5. Einsetzen der Motorwelle in die Lagerhülse;
6. Verschließen des einen Endes der Lagerhülse 37 mit der Konterscheibe 41;
7. Einbringen des Fluids in den Lagerspalt zwischen der Motorwelle 35 und der Lagerinnenfläche 38 der Lagerhülse 37;
8. Vorbereiten des Rotors 11 samt Rotorantriebsmagnet 25 und Magnetaufnahmering 27; 9. Herstellen der Wellennabenverbindung zwischen der Rotornabe 31 und der Motorwelle 35;
10. Überprüfen der Baugruppe 49 aus Rotor 11, Motorwelle 35 und Lageranordnung 13 auf Funktion;
11. Versehen der Verbindungsflächen 53 von Lagerhülse und Basisplatte mit einem Klebstoff;
12. Einsetzen der Baugruppe 49 in die in der Basisplatte 21 vorgesehene Montagebohrung 51.
Die Detailansicht der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Lageranordnung in Fig. 5 zeigt nochmals deutlich die vorgefertigte, vollständige hydrodynamische Lageranordnung 13, welche die Motorwelle 35, die Lagerhülse 37, die Konterscheibe 41 und den Axialring 47 umfaßt. Auf der Lagerinnenfläche 38 ist, wie erwähnt, eine Rillenstruktur zur Bildung eines radialen hydrodynamischen Drucklagers vorgesehen. Ferner sind auf einer der einander zugewandten Flächen der Konterscheibe 41 und des Axialrings 47 bzw. der Stirnfläche der Welle 35 eine Rillenstruktur zur Bildung eines axialen hydrodynamischen Drucklagers ausgebildet. Eine weitere Rillenstruktur kann auch auf einer der einander zugewandten Flächen des Axialrings 47 und der Lagerhülse 37, in der Figur bei 61, ausgebildet sein. Dadurch wird ein hydrodynamisches Axiallager gebildet, das axiale Kräfte in beiden axialen Bewegungsrichtungen der Motorwelle 35 aufnehmen kann.
Ferner ist in Fig. 5 eine Bohrung 63 in dem Axialring 47 dargestellt, welche die Zirkulation von Lagerfiuid zwischen dem Lagerspalt 59 und dem Stirnende der Welle 35 erleichtert.
Insbesondere aus Fig. 5 und Fig. 3 wird deutlich, daß die erfmdungsgemäße hydrodynamische Lageranordnung ein vollständiges, in sich geschlossenes hydrodynamisches Lager darstellt, das sowohl ein hydrodynamisches Radial- als auch ein hydrodynamisches Axiallager umfaßt. Dieses hydrodynamische Lager ist bereits im vormontierten Zustand, der in Fig. 3 dargestellt ist, voll funktionsfähig und kann in diesem vormontierten Zustand auf Funktionstüchtigkeit geprüft werden. Dies hat den erheblichen Vorteil, daß das Lager nicht zunächst in einen Motor eingebaut werden muß, bevor es getestet werden kann. Im Falle von Fehlem des Lagers kann dadurch zusätzlicher Montageaufwand sowie zusätzlicher, unnötiger Ausschuß vermieden werden.
Die in der obigen Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung von Bedeutung sein.
Bezuεszeichenliste
1 Festplattenlaufwerk
3 Spindelmotor
11 Rotor
13 Lageranordnung
15 Stator
17 Statorkem
19 Statorspule
21 Basisplatte
23 Ringausnehmung
25 Rotorantriebsmagnet
27 Magnetaufnahmering
29 Absatzsitz
31 Rotornabe
33 antriebsseitiges Ende
35 Motorwelle
37 Lagerhülse
38 Lagerinnenfläche
39 Ende von 37 0 Rillenmuster 1 Konterscheibe 3 Innenabsatz 5 gestufter Innenabsatz 7 Axialring 8 Loch 9 Einheit
50 Stromversorgung
51 Bohrung 3 Montagefläche 5 Rille 7 Freiraum Lagerspalt Fläche mit Rillenstruktur Bohrung Rotationsachse

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors, insbesondere eines Spindelmotors für ein Festplattenlaufwerk, mit einem Stator (15), einem Rotor (11) und einer hydrodynamischen Lageranordnung (13), die den Rotor (11) relativ zu dem Stator (15) drehbar lagert, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrodynamische Lageranordnung (13) vorgefertigt wird und im vorgefertigen Zustand am Stator (15) oder Rotor (11) drehfest montiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrodynamische Lageranordnung eine Lagerhülse (37) mit wenigstens einer Lagerfläche (38) aufweist, in der eine Rillenstruktur (40) zur Bildung eines hydrodynamischen Radiallagers eingebracht wird, bevor sie am Stator (15) oder Rotor (11) des Spindelmotors (3) montiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrodynamische Lageranordnung eine Konterscheibe (41), welche die Lagerhülse (37) an einem Stimende verschließt, und einen Axialring (47), der auf die Motorwelle (35) aufgebracht ist, aufweist, wobei zwischen der Konterscheibe (41) und dem Axialring (47) ein hydrodynamisches Axiallager ausgebildet ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigte Lageranordnung (13) mit dem Stator (15) oder Rotor (11) verklebt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kleber mit schwachen Ausgaseigenschaften verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem drehfesten Montageabschnitt zwischen der Lageranordnung (13) und dem Stator (15) oder Rotor (11) eine Übergangspassung vorgesehen wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageranordnung (13) vor deren Montage auf Funktionstüchtigkeit überprüft wird.
8. Verfahren nach Anspruch 2 und einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Motorwelle (35) in die vorgefertigte Lagerhülse (37) vor deren Montage an dem Stator (15) oder Rotor (11) eingesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerandordnung (13) am Stator (15) drehfest montiert wird, der insbesondere Teil einer Basisplatte (21) eines Festplattenlaufwerks ist.
10. Verfahren nach Ansprach 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nabe (31) des Rotors (11) mit der Motorwelle (35) drehfest verbunden wird, die von der Lageranordnung (13) für die hydrodynamische Lagerung aufgenommen wird, wobei eine Einheit aus Rotornabe (31), Motorwelle (35) und Lagerhülse (37) bezüglich des Stators (15) anschließend montiert wird.
11. Spindelmotor für ein Festplattenlaufwerk mit einem Rotor (11), einem Stator (15) und einer hydrodynamischen Lageranordnung (13), die den Rotor (11) relativ zu dem Stator (15) drehbar lagert, dadurch gekennzeichne , daß die hydrodynamische Lageranordnung (13) mit dem Rotor (11) oder Stator (15) drehfest verklebt ist.
12. Spindelmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageranordnung (13) eine Lagerhülse (37) umfaßt, an deren Außenfläche der Stator (15) oder Rotor (11) drehfest angebracht sind.
13. Spindelmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerhülse (37) eine innenliegende Lagerfläche (38) aufweist, in der eine Rillensttuktur zur Bildung eines hydrodynamischen Radiallagers eingebracht ist.
14. Spindelmotor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrodynamische Lageranordnung eine Konterscheibe (41), welche die Lagerhülse (37) an einem Stirnende verschließt, und einen Axialring (47), der auf die Motorwelle (35) aufgebracht ist, aufweist, wobei zwischen der Konterscheibe (41) und dem Axialring (47) ein hydrodynamisches Axiallager ausgebildet ist.
15. Spindelmotor nach Anspruch 12,13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageranordnung eine in der Lagerhülse (37) drehbar gelagerte Motorwelle (35) umfaßt, welche vor der Montage der Lageranordnung an dem Stator (15) oder Rotor (11) in die Lagerhülse (27) eingesetzt ist.
16. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lageranordnung (13) und dem Stator (15) oder Rotor (11) eine Übergangspassung vorgesehen ist.
17. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Klebverbindungsfläche entweder der Lageranordnung (13) oder des Stators (15) oder Rotors (11) eine Rille (55) vorgesehen ist.
18. Festplattenlaufwerk mit einem Spmdelmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 17.
19. Hydrodynamische Lageranordnung für einen Elektromotor, insbesondere für einen Spindelmotor für ein Festplattenlaufwerk, mit einem Stator (15), einem Rotor (11) und der hydrodynamischen Lageranordnung (13), welche den Rotor relativ zu dem Stator drehbar lagert, dadurch g ekennzeichnet, daß die hydrodynamische Lageranordnung (13) ein hydrodynamisches Radiallager und ein hydrodynamisches Axiallager umfaßt und eine funktionsfähige Einheit bildet, die am Stator (15) oder Rotor (11) montierbar ist.
20. Hydrodynamische Lageranordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Lagerhülse (37) mit einer Lagerfläche (38) aufweist, in der eine Rillenstruktur (40) zur Bildung des hydrodynamischen Radiallagers eingebracht ist.
21. Hydrodynamische Lageranordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzei c hnet, daß die hydrodynamische Lageranordnung eine Konterscheibe (41), welche die Lagerhülse (37) an einem Stimende verschließt, und einen Axialring (47), der auf die Motorwelle (35) aufgebracht ist, aufweist, wobei zwischen der Konterscheibe (41) und dem Axialring (47) das hydrodynamisches Axiallager ausgebildet ist.
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