DE10239886A1

DE10239886A1 - Hydrodynamic bearing for electric motor for computer disk drive, has ridges on shaft pumping fluid into space between conical end of shaft and conical bearing bush

Info

Publication number: DE10239886A1
Application number: DE2002139886
Authority: DE
Inventors: Martin Hafen; Joerg Hoffmann; Olaf Winterhalter
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: DE10239886B4

Abstract

The flat electric motor is used to drive a memory disk in a computer. It has a rotor (16) with magnets (22) surrounding a stator (18) with a fixed coil (26) and core (24). The stator is mounted on a baseplate (10) which holds a bearing bush (12) with a cylindrical bore and a bell-shaped end. A flat plate (30) is fastened to the bottom of the bearing bush. Oil may circulate in the gap between the shaft and the bearing bush. The end of the shaft (52) is supported by the flat plate.

Description

Die Erfindung betrifft bürstenlose Gleichstrommotoren der Bauart, die als Spindelmotoren in Plattenlaufwerken verwendet werden, und insbesondere ein hydrodynamisches Lager für solche Spindelmotoren. The invention relates to brushless DC motors of the type used as spindle motors in Disk drives are used, and in particular a hydrodynamic bearing for such spindle motors.

Plattenlaufwerk-Systeme wurden in Computern und anderen elektronischen Einrichtungen seit vielen Jahren zum Speichern digitaler Information verwendet. Information wird auf konzentrischen Speicherspuren einer magnetischen Platte aufgezeichnet, wobei die tatsächliche Information in Form magnetischer Übergänge in dem Plattenmedium gespeichert ist. Die Platten selbst sind drehbar auf einer motorisch angetriebenen Spindel montiert, wobei auf die Information mittels Wandlern zugegriffen wird, die auf einem Schwenkarm sitzen, der sich radial über die Oberfläche der Platte bewegt. Um einen fehlerfreien Informationsaustausch zu gewährleisten, müssen die Schreibe-/Leseköpfe oder Wandler exakt zu den Speicherspuren auf der Platte ausgerichtet sein. Voraussetzung für einen sicheren Datentransfer ist also eine stabile und präzise Drehlagerung der Spindel. Disk drive systems have been used in computers and other electronic devices used for many years to store digital information. Information is on concentric memory tracks of a magnetic disk recorded, the actual Information in the form of magnetic transitions is stored in the disk medium. The Plates themselves are rotatably mounted on a motor-driven spindle, with the Information is accessed using transducers that sit on a swivel arm that extends moved radially over the surface of the plate. To ensure an error-free exchange of information guarantee, the read / write heads or converters must exactly match the memory tracks be aligned on the plate. A prerequisite for secure data transfer is one stable and precise rotary bearing of the spindle.

In bürstenlosen Gleichstrommotoren der beschriebenen Bauart, die als Spindelmotoren in Plattenlaufwerken eingesetzt werden, ist die angetriebene Spindel nach dem Stand der Technik traditionell mit Wälzlagern drehgelagert. Laufgenauigkeit und Präzision werden dadurch erreicht, daß die Lager spielfrei verspannt eingebaut werden. Außerdem kommen Wälzkörper und Lagerringe mit eingeengten Abmessungstoleranzen zum Einsatz. Systembedingte Nachteile, wie störende Abrollgeräusche und eingeschränkte Stoßfestigkeit, wurden bislang billigend in Kauf genommen. In brushless DC motors of the type described, which are used as spindle motors in Disk drives are used, the driven spindle is according to the state of the art Technology traditionally pivoted with roller bearings. This ensures running accuracy and precision achieved that the bearings are installed tension-free. Rolling elements also come and bearing rings with narrow dimensional tolerances. system-related Disadvantages such as annoying rolling noises and limited shock resistance have so far been encountered accepted.

Fluidlager oder hydrodynamische Lager stellen eine erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Kugellagern in Spindelmotoren dar. Bei diesen Arten von Systemen dient ein Schmierfluid - Gas oder Flüssigkeit - zur Trennung der Lagerflächen zwischen einer feststehenden Basis oder Gehäuse und der drehenden Spindel oder Nabe des Motors. Flüssige Schmiermittel umfassen z. B. Öl, komplexere ferromagnetische Fluide oder sogar Luft wurden in hydrodynamischen Lagersystemen eingesetzt. Fluid bearings or hydrodynamic bearings face a significant improvement conventional ball bearings in spindle motors. In these types of systems a Lubricating fluid - gas or liquid - to separate the bearing surfaces between one fixed base or housing and the rotating spindle or hub of the motor. liquid Lubricants include e.g. B. oil, more complex ferromagnetic fluids or even air used in hydrodynamic bearing systems.

Hydrodynamische Lager haben gegenüber Kugellagern den Vorteil verbesserter Laufgenauigkeit höherer Stoßfestigkeit und geringerer Geräuschentwicklung. Hydrodynamic bearings have the advantage of improved over ball bearings Accuracy of higher shock resistance and less noise.

Spindelmotoren für Datenträgerplatten, bei denen eine mit einem Rotor fest verbundene Motorwelle über ein hydrodynamisches Lagersystem gelagert ist, sind im Stand der Technik bekannt. Ein hydrodynamisches Lagersystem gemäß dem Stand der Technik besteht z. B. aus einer Lagerbuchse, die einseitig von einer Gegenplatte geschlossen sein kann. Innerhalb der Lagerbuchse befindet sich eine Motorwelle, die von einem Fluid, vorzugsweise einem Öl, umgeben ist. An der Innenfläche der Lagerbuchse oder an der Außenfläche der Motorwelle sind ein oder mehrere Rillenmuster vorgesehen, die zur Erzeugung eines hydrodynamischen Lagerdrucks dienen. Spindle motors for data carrier disks, one of which is permanently connected to a rotor Motor shaft is supported by a hydrodynamic bearing system, are in the prior art known. A hydrodynamic bearing system according to the prior art consists, for. B. from a bearing bush, which can be closed on one side by a counter plate. Within the There is a motor shaft bearing bush that is from a fluid, preferably an oil, is surrounded. On the inner surface of the bearing bush or on the outer surface of the motor shaft one or more groove patterns are provided which are used to generate a hydrodynamic Serve bearing pressure.

Es sind ferner hydrodynamische Lager mit axialem Spurkuppenlager in Niederleistungs- Spindelmotoren bekannt, bei denen die axialen Lagerkräfte in einer Richtung durch Abstützung des Lagers im Drehpunkt an einer Gegenplatte aufgenommen werden und die axiale Gegenkraft magnetisch erzeugt wird, beispielsweise durch das Zusammenwirken von Rotor und Stator. Diese Arten von hydrodynamischen Lagern haben jedoch eine sehr geringe axiale Steifigkeit, und ihre Verwendung beispielsweise in Festplattenlaufwerken ist problematisch, weil solche Anwendungen eine axiale Steifigkeit in beiden Axialrichtungen erfordern. Andererseits haben hydrodynamische Lager mit axialen Spurkuppenlagern den Vorteil eines sehr geringen Reibungsverlusts und somit einer geringen Leistungsaufnahme. They are also hydrodynamic bearings with axial low-end thrust bearing Spindle motors are known in which the axial bearing forces in one direction Support of the bearing at the pivot point on a counter plate and the axial Counterforce is generated magnetically, for example by the interaction of the rotor and stator. However, these types of hydrodynamic bearings have very little axial Stiffness, and its use in hard drives, for example, is problematic, because such applications require axial stiffness in both axial directions. On the other hand, hydrodynamic bearings with axial thrust bearing have the advantage of a very low friction loss and thus low power consumption.

Ein Beispiel eines hydrodynamischen Lagers gemäß dem Stand der Technik, wie er oben beschrieben ist, ist aus dem U.S. Patent 4,934,836 bekannt. An example of a prior art hydrodynamic bearing as above is from U.S. Patent 4,934,836 known.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein hydrodynamisches Lager für einen Spindelmotor, insbesondere zur Verwendung in einem Plattenlaufwerk, anzugeben, das mit geringer Verlustleistung und hohem Wirkungsgrad arbeitet und somit die Leistungsaufnahme des Spindelmotors insgesamt verringert. Ferner soll bei dem hydrodynamischen Lager gemäß der Erfindung sichergestellt sein, daß eine hohe Steifigkeit bei geringen Reibungsverlusten erreicht wird. It is an object of the invention to provide a hydrodynamic bearing for a spindle motor, particularly for use in a disk drive, to specify the low Power loss and high efficiency work and thus the power consumption of the spindle motor decreased overall. Furthermore, in the hydrodynamic bearing according to the invention be sure that high rigidity is achieved with low friction losses.

Diese Aufgabe wird durch ein hydrodynamisches Lager mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by a hydrodynamic bearing with the features of claim 1 solved.

Das erfindungsgemäße Lager umfaßt eine Welle und eine Lagerbuchse, welche die Welle mit geringem radialen Abstand umgreift. An einem Stirnende der Lagerbuchse ist ein Widerlager vorgesehen, das mit der Lagerbuchse drehfest verbunden ist, wobei die Welle an ihrem dem Widerlager zugewandten Wellenende in Verbindung mit dem Widerlager ein Spurkuppenlager bildet. Lagerbuchse und Welle drehen relativ zueinander. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Lagerbuchse an ihrem dem Widerlager zugeordneten Stirnende eine Aussparung aufweist und das dem Widerlager zugewandte Wellenende und die Aussparung mit angenähert komplementärer Gestalt derart gestaltet sind, daß die Lagerbuchse eine zum Spurkuppenlager entgegengesetzte Kraft aufnimmt. The bearing according to the invention comprises a shaft and a bearing bush, which the shaft with encompasses a small radial distance. At one end of the bearing bush is an abutment provided that is rotatably connected to the bearing bush, the shaft on its the Abutment facing shaft end in connection with the abutment Track cap bearing forms. Bearing bush and shaft rotate relative to each other. According to the invention provided that the bearing bush has a recess at its end face assigned to the abutment has and the shaft end facing the abutment and the recess with approximately complementary shape are designed such that the bearing bush one for Track cap bearing absorbs opposite force.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lagerbuchse eine konusähnliche Aussparung auf, in der ein annäherungsweise komplementär geformtes Wellenende aufgenommen wird. Die komplementären Formen des Innenraums der Lagerbuchse und des darin gehaltenen Wellenendes ergeben eine mechanische Stabilisierung der Welle in der Lagerbuchse in radialer und axialer Richtung, wobei die konische Aussparung im Inneren der Lagerbuchse auch verhindert, daß die Welle axial aus der Buchse herausverschoben werden kann. Axiale Kräfte in der Gegenrichtung nimmt das in der Lagerbuchse ausgebildete Widerlager auf, das mit der Spurkuppe am Wellenende in Kontakt ist. In a preferred embodiment, the bearing bush has a cone-like Recess in which an approximately complementarily shaped shaft end is added becomes. The complementary shapes of the interior of the bearing bush and the one held therein Shaft end result in mechanical stabilization of the shaft in the bearing bush in radial and axial direction, the conical recess inside the bearing bush also prevents the shaft from being pushed axially out of the bush. Axial forces in the opposite direction receives the abutment formed in the bearing bush, which with the Is at the tip of the shaft.

Die Aussparung der Lagerbuchse und das zugehörige Wellenende sind so ausgebildet, daß die Lagerbuchse radiale und axiale Lagerkräfte aufnimmt. Durch eine Veränderung der Gestalt der Aussparung und des Wellenendes, insbesondere eine Veränderung der Steigung oder Krümmung der Innenwände der Aussparung bzw. der Außenseite der Welle können, die axialen und radialen Kräfte, die von dem Lager aufgenommen werden, eingestellt werden. The recess of the bearing bush and the associated shaft end are designed so that the Bearing bush absorbs radial and axial bearing forces. By changing the shape the recess and the shaft end, in particular a change in the slope or Curvature of the inner walls of the recess or the outside of the shaft can, the axial and radial forces that are absorbed by the bearing can be adjusted.

Bei dem erfindungsgemäßen Lager sind zusätzliche Radial- oder Axiallager, neben den oben beschriebenen, nicht notwendig. Es können jedoch ein oder mehr Radiallager an einem geradlinigen Abschnitt der Welle vorgesehen sein, wenn zusätzliche horizontale Stabilisierung erforderlich ist. In the bearing according to the invention there are additional radial or axial bearings, in addition to those above described, not necessary. However, there can be one or more radial bearings on one rectilinear section of the shaft should be provided if additional horizontal stabilization is required.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Erfindung sieht auch einen Spindelmotor mit einem hydrodynamischen Lager der beschriebenen Art sowie ein Plattenlaufwerk mit einem solchen Spindelmotor vor. Preferred embodiments of the invention are in the dependent claims specified. The invention also provides a spindle motor with a hydrodynamic bearing described type and a disk drive with such a spindle motor before.

Die Spurkuppenlagerung der Welle kann dadurch realisiert werden, daß die Welle an ihrem Stirnende abgeschrägt oder gerundet ist oder daß die Welle an ihrem Stirnende auf einem erhabenen Drehpunkt auf dem Widerlager, beispielsweise einer Gegenplatte oder dergleichen, aufsitzt. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Welle konisch, sphärisch oder in anderer Gestalt an ihrem Wellenende verdickt, und die die Welle umgebende Lagerbuchse ist näherungsweise komplementär zu dem Wellenende ausgebildet, so daß die Lagerbuchse verhindert, daß sich die Welle von dem Widerlager wegbewegt, sowie axiale und radiale Lagerkräfte aufnimmt. Vorzugsweise sind das Wellenende und die die Welle umgebende Lagerbuchse im Verhältnis zueinander so dimensioniert, daß zwischen diesen zumindest teilweise ein Kapillarspalt vorgesehen ist, bei dem ein hydrodynamisches Lager gebildet ist. Wellenende und die die Wellenende umgebende Lagerbuchse sind insbesondere so gestaltet, daß die Lagerbuchse radiale und axiale Kräfte aufnehmen kann, die von dem Wellenende auf die Innenseite der Lagerbuchse ausgeübt werden. Das so gestaltete hydrodynamische Lager kann in jeder Ausrichtung ohne Beeinträchtigung seiner Zuverlässigkeit eingesetzt werden. The track cap bearing of the shaft can be realized in that the shaft on her Front end is chamfered or rounded or that the shaft at its front end on a raised pivot point on the abutment, for example a counter plate or the like, seated. In preferred embodiments, the shaft is conical, spherical, or other Shape thickened at its shaft end, and is the bearing bush surrounding the shaft formed approximately complementary to the shaft end, so that the bearing bush prevents the shaft from moving away from the abutment, as well as axial and radial Absorbs bearing forces. The shaft end and that surrounding the shaft are preferably Bearing bush in relation to each other dimensioned so that at least partially between them a capillary gap is provided in which a hydrodynamic bearing is formed. Shaft end and the bearing bush surrounding the shaft end are particularly designed so that the Bearing bush can absorb radial and axial forces from the shaft end to the Be exercised inside the bearing bush. The hydrodynamic bearing designed in this way can any orientation can be used without compromising its reliability.

Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigt: The invention is based on preferred embodiments with reference to the Drawings explained in more detail. The figures show:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch einen elektronischen Spindelmotor mit einem hydrodynamischen Lager gemäß der Erfindung; Figure 1 is a sectional view through an electronic spindle motor with a hydrodynamic bearing according to the invention.

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch eine alternative Ausführungsform des hydrodynamischen Lagers gemäß der Erfindung; Figure 2 is a sectional view through an alternative embodiment of the hydrodynamic bearing according to the invention.

Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform des hydrodynamischen Lagers gemäß der Erfindung; und Fig. 3 is a sectional view through a further embodiment of the hydrodynamic bearing according to the invention; and

Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch eine nochmals abgewandelte Ausführungsform des hydrodynamischen Lagers gemäß der Erfindung. Fig. 4 is a sectional view through a further modified embodiment of the hydrodynamic bearing according to the invention.

Der in Fig. 1 gezeigte Spindelmotor umfaßt einen Flansch oder eine Grundplatte 10 zur Befestigung an einem Plattenlaufwerk, das in der Figur nicht gezeigt ist. Der Flansch 10 ist drehfest mit einer Lagerbuchse 12 zur Lagerung einer Welle 14 verbunden. Ein Rotor 16 ist drehfest mit der Welle 14 verbunden und dreht relativ zu dem Flansch 10 und der Lagerbuchse 12. Ein Stator 18 ist mit dem Flansch 10 drehfest verbunden. The spindle motor shown in Fig. 1 comprises a flange or base plate 10 for attachment to a disk drive, which is not shown in the figure. The flange 10 is rotatably connected to a bearing bush 12 for supporting a shaft 14 . A rotor 16 is rotatably connected to the shaft 14 and rotates relative to the flange 10 and the bearing bush 12 . A stator 18 is rotatably connected to the flange 10 .

Der Rotor 16 umfaßt eine Nabe 20 und die Welle 14, welche koaxial an der Rotornabe 20 befestigt ist. Ein Rotormagnet 22 ist mit der Innenseite einer Umfangswand der Rotornabe 20 verbunden, z. B. mit dieser verpreßt oder verklebt. Die Außenseite dieser Umfangswand der Rotornabe 20 ist so geformt, daß sie eine oder mehrere Magnetplatten (nicht gezeigt) halten kann. The rotor 16 includes a hub 20 and the shaft 14 which is coaxially attached to the rotor hub 20 . A rotor magnet 22 is connected to the inside of a peripheral wall of the rotor hub 20 , e.g. B. pressed or glued to this. The outside of this peripheral wall of the rotor hub 20 is shaped to hold one or more magnetic disks (not shown).

Der Stator 18 umfaßt einen Kern 24 und Statorwicklungen 26, die um den Kern 24 gewickelt sind. Stator 18 und Rotor 16 sind über einen konzentrischen Spalt geringer Dicke, dem Arbeitsluftspalt, zueinander beabstandet. The stator 18 includes a core 24 and stator windings 26 wound around the core 24 . Stator 18 and rotor 16 are spaced apart from one another via a concentric gap of small thickness, the working air gap.

Die Lagerbuchse 12 ist einseitig durch eine Gegenplatte 30 verschlossen, die ein Widerlager für das umschlossene Ende der Welle 14 bildet. The bearing bush 12 is closed on one side by a counter plate 30 which forms an abutment for the enclosed end of the shaft 14 .

Die Lagerbuchse 12 ist ein zylindrisches Bauteil, das erfindungsgemäß in mehrere Abschnitte aufgeteilt werden kann, bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform in vier Abschnitte, die unterschiedliche Innendurchmesser haben. Die vier Abschnitte sind in Fig. 1 mit 32, 34, 36 und 38 bezeichnet. The bearing bush 12 is a cylindrical component that can be divided into several sections according to the invention, in the embodiment shown in FIG. 1 into four sections that have different inner diameters. The four sections are designated 32, 34, 36 and 38 in FIG. 1.

Der erste Abschnitt 32 der Lagerbuchse 12 hat einen konstanten Innendurchmesser A, mit der Ausnahme, daß der Innendurchmesser des ersten Lagerbuchsenabschnittes 32 in der Nähe des offenen Endes der Lagerbuchse 12 geringfügig zunimmt, um einen konischen Ringspalt 40 zwischen der Lagerbuchse 12 und der Welle 14 zu bilden, der als eine sogenannte Kapillardichtung dient. Die Grundlagen solcher "Kapillardichtungen" sind z. B. in dem U.S. Patent Nr. 5,667,309 beschrieben. Der konische Freiraum bildet ein Ausdehnungsvolumen und Reservoir, das mit dem Lagerspalt in Verbindung steht und in den das Lagerfluid aufsteigen kann, wenn der Fluidpegel bei zunehmender Temperatur ansteigt. Dadurch wird verhindert, daß Lagerfluid aus der Lagerbuchse austritt. The first section 32 of the bearing bush 12 has a constant inner diameter A, except that the inner diameter of the first bearing bush section 32 increases slightly near the open end of the bearing bush 12 to a conical annular gap 40 between the bearing bush 12 and the shaft 14 form, which serves as a so-called capillary seal. The basics of such "capillary seals" are e.g. For example, described in U.S. Patent No. 5,667,309. The conical free space forms an expansion volume and reservoir which is connected to the bearing gap and into which the bearing fluid can rise when the fluid level rises with increasing temperature. This prevents bearing fluid from escaping from the bearing bush.

Der zweite Abschnitt 34 der Lagerbuchse 12 hat einen, ausgehend vom ersten Abschnitt 32 linear zunehmenden Innendurchmesser und grenzt eine kegelstumpfförmige Aussparung 42 ein. Der Innendurchmesser des zweiten Lagerbuchsenabschnittes 34 ist gleich A + 2m.Y, wobei A der Innendurchmesser des ersten Abschnittes 32 ist, m ist die Neigung des zweiten Lagerbuchsenabschnittes 34, und Y ist die Länge des zweiten Abschnittes 34 in Längsrichtung der Lagerbuchse 12. The second section 34 of the bearing bush 12 has an inner diameter that increases linearly starting from the first section 32 and delimits a frustoconical recess 42 . The inside diameter of the second bushing section 34 is A + 2m.Y, where A is the inside diameter of the first section 32 , m is the inclination of the second bushing section 34 , and Y is the length of the second section 34 in the longitudinal direction of the bushing 12 .

Der dritte Lagerbuchsenabschnitt 36 hat wiederum einen konstanten Innendurchmesser B, der gleich dem maximalen Innendurchmesser des zweiten Lagerbuchsenabschnittes 34 ist. Der vierte Lagerbuchsenabschnitt 38 hat schließlich wiederum einen konstanten Innendurchmesser C, der in der Regel größer ist als der Innendurchmesser B des dritten Lagerbuchsenabschnittes 36. Der vierte Lagerbuchsenabschnitt 38 dient zum Aufnehmen der als Widerlager dienenden Gegenplatte 30 in dem Ende der Lagerbuchse 12, beispielsweise durch Einpressen oder Einkleben. The third bearing bush section 36 in turn has a constant inner diameter B, which is equal to the maximum inner diameter of the second bearing bush section 34 . The fourth bushing section 38 finally has a constant inner diameter C, which is generally larger than the inner diameter B of the third bushing section 36 . The fourth bearing bush section 38 serves to receive the counter plate 30 serving as an abutment in the end of the bearing bush 12 , for example by pressing or gluing.

Die Welle 14 kann in vier Abschnitte aufgeteilt werden, welche in Fig. 1 mit 44, 46, 48 und 50 bezeichnet sind. The shaft 14 can be divided into four sections, which are designated in Fig. 1 with 44, 46, 48 and 50.

Der erste Wellenabschnitt 44 ist in die Rotornabe 20 eingepaßt und mit dieser starr verbunden. Der zweite Wellenabschnitt 46 ist mit konstantem Außendurchmesser, geradlinig ausgebildet und erstreckt sich durch den ersten Abschnitt 32 der Lagerbuchse 12 und, bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform geringfügig über diesen ersten Abschnitt hinaus in die kegelstumpfförmige Aussparung 42. Dieser zweite Wellenabschnitt 46 hat einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des ersten Lagerbuchsenabschnittes 32, so daß ein Lagerspalt (nicht gezeigt) zwischen der Welle 14 und der Lagerbuchse 12 gebildet ist. The first shaft section 44 is fitted into the rotor hub 20 and rigidly connected to the latter. The second shaft section 46 has a constant outer diameter, is straight and extends through the first section 32 of the bearing bush 12 and, in the embodiment shown in FIG. 1, slightly beyond this first section into the frustoconical recess 42 . This second shaft section 46 has a slightly smaller outside diameter than the inside diameter of the first bearing bush section 32 , so that a bearing gap (not shown) is formed between the shaft 14 and the bearing bush 12 .

Der dritte Wellenabschnitt 48 grenzt an den zweiten Wellenabschnitt 46 an und ist mit annähernd komplementärer Gestalt zu der kegelstumpfförmigen Aussparung 42 ausgebildet, die durch den zweiten Lagerbuchsenabschnitt 34 eingegrenzt wird. Der Außendurchmesser des dritten Wellenabschnittes 48 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des zweiten Lagerbuchsenabschnittes 34. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Außendurchmesser des dritten Wellenabschnittes 48 ferner nicht kegelstumpfförmig, sondern kuppelförmig ausgebildet, so daß zwischen diesem Wellenabschnitt 48 und der Lagerbuchse 12 kein flächiger, sondern allenfalls ein Linienkontakt entstehen kann. Insbesondere nimmt der Außendurchmesser des dritten Wellenabschnittes 48 zunächst schneller zu als der Innendurchmesser des zweiten Buchsenabschnittes 34, bis ungefähr zur Mitte des zweiten Buchsenabschnittes 34, und anschließend nimmt der Außendurchmesser des dritten Wellenabschnittes 48 langsamer zu als der Innendurchmesser des zweiten Buchsenabschnittes 34, so daß der Abstand zwischen dem zweiten Buchsenabschnitt 34 und dem dritten Wellenabschnitt 48 ungefähr in der Mitte des zweiten Buchsenabschnittes 34 minimal wird. The third shaft section 48 adjoins the second shaft section 46 and is formed with an approximately complementary shape to the frustoconical recess 42 , which is delimited by the second bearing bush section 34 . The outside diameter of the third shaft section 48 is slightly smaller than the inside diameter of the second bearing bush section 34 . In the embodiment shown, the outer diameter of the third shaft section 48 is also not frustoconical, but dome-shaped, so that between this shaft section 48 and the bearing bush 12 no surface contact, but at best a line contact can occur. In particular, the outside diameter of the third shaft section 48 initially increases faster than the inside diameter of the second bushing section 34 , up to approximately the middle of the second bushing section 34 , and then the outside diameter of the third shaft section 48 increases more slowly than the inside diameter of the second bushing section 34 , so that the Distance between the second bushing section 34 and the third shaft section 48 approximately in the middle of the second bushing section 34 becomes minimal.

In diesem Zusammenhang bedeutet "annähernd komplementäre Gestalt", daß der dritte Wellenabschnitt 48 so ausgebildet ist, daß er ungefähr an die Form der Aussparung 42 angepaßt ist, um mit dieser einer Flächenkontakt oder Linienkontakt herstellen zu können. Zwischen dem dritten Wellenabschnitt 48 und der Aussparung 42 in der Lagerbuchse ist jedoch wenigstens noch ein kapillarer Spalt vorgesehen, der der Bildung eines hydrodynamischen Lagers dient. Der zwischen dem dritten Wellenabschnitt 48 und der Aussparung 42 freibleibende Raum hat somit wenigstens die Abmessungen eines Kapillarspaltes, kann in einigen Bereichen des dritten Wellenabschnitts 48 jedoch auch größer als ein Kapillarspalt sein. Dieser mit Lagerfluid gefüllte freie Raum sollte jedoch nicht so groß sein, daß bei Drehung der Welle 14 durch eine Verwirbelung des Fluids in diesem Raum größere Reibungsverluste entstehen. In this context, "approximately complementary shape" means that the third shaft section 48 is designed such that it approximately conforms to the shape of the recess 42 in order to be able to make surface contact or line contact therewith. However, at least one capillary gap is provided between the third shaft section 48 and the recess 42 in the bearing bush, which serves to form a hydrodynamic bearing. The space that remains free between the third shaft section 48 and the recess 42 thus has at least the dimensions of a capillary gap, but can also be larger than a capillary gap in some regions of the third shaft section 48 . However, this free space filled with bearing fluid should not be so large that greater frictional losses occur when the shaft 14 rotates due to a swirling of the fluid in this space.

Der vierte Wellenabschnitt 50 schließt sich an den dritten Wellenabschnitt 48 an und liegt in axialer Richtung in etwa auf der Höhe des dritten Buchsenabschnittes 36. Der Außendurchmesser des vierten Wellenabschnittes 50 nimmt relativ schnell ab und beträgt am Wellenende null. Dadurch wird durch den vierten Wellenabschnitt 50 am Wellenende 52 eine Spurkuppe gebildet, die mit der Gegenplatte 30 in Kontakt treten kann, um ein Spurkuppenlager zu bilden. Dieses Spurkuppenlager ergibt sich bei der gezeigten Ausführungsform durch ein abgerundetes Wellenende 52, wobei der Krümmungsradius je nach Anforderung an das Lager gewählt wird und gegen unendlich gehen kann. Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, daß das Wellenende 52 abgeflacht ist und das Spurkuppenlager durch eine geeignete Ausbildung der Gegenplatte 30 erzeugt wird. The fourth shaft section 50 adjoins the third shaft section 48 and lies in the axial direction approximately at the height of the third bushing section 36 . The outer diameter of the fourth shaft section 50 decreases relatively quickly and is zero at the shaft end. Thereby is formed by the fourth shaft portion 50 at the shaft end 52 is a bearing dome, which can come into contact with the counter-plate 30 to form a pivot-bearing. In the embodiment shown, this track cap bearing results from a rounded shaft end 52 , the radius of curvature being selected depending on the requirements of the bearing and being able to go towards infinity. According to the invention, it can also be provided that the shaft end 52 is flattened and that the tip bearing is produced by a suitable design of the counter plate 30 .

Der Lagerspalt 54, der aus den Freiräumen zwischen der Lagerbuchse 12, der Gegenplatte 30 und der Welle 14 gebildet wird, ist mit einem geeigneten Schmierfluid, beispielsweise Öl, gefüllt. Eine Druck erzeugende Rillenstruktur kann an der Oberfläche des zweiten Buchsenabschnittes 34 und/oder an der Oberfläche des dritten Wellenabschnittes 48 ausgebildet sein, um eine konische Lagerfläche zu bilden, die axiale und radiale Lagerkräfte aufnimmt. Die Rillenstruktur wird vorzugsweise so ausgebildet, daß die Rillen ungefähr an dem Punkt zentriert sind, an dem der Abstand zwischen dem zweiten Buchsenabschnitt 34 und dem dritten Wellenabschnitt 48 minimal ist. An dieser Stelle wird ein maximaler Druck erzeugt. Die Rillenstruktur kann beispielsweise die Form von Spiralen oder Fischgrätmustern haben. The bearing gap 54 , which is formed from the free spaces between the bearing bush 12 , the counter plate 30 and the shaft 14 , is filled with a suitable lubricating fluid, for example oil. A pressure generating groove structure may be formed on the surface of the second bushing section 34 and / or on the surface of the third shaft section 48 to form a conical bearing surface that receives axial and radial bearing forces. The groove structure is preferably formed such that the grooves are centered approximately at the point where the distance between the second bushing section 34 and the third shaft section 48 is minimal. A maximum pressure is generated at this point. The groove structure can have the shape of spirals or herringbone patterns, for example.

Das beschriebene konische Lager stabilisiert den Rotor in horizontaler und axialer Richtung und verhindert, daß sich die Welle 14 aus der Lagerbuchse 12 herausbewegen kann. Eine Bewegung des Rotors und der Welle in der Gegenrichtung wird durch den physischen Kontakt zwischen dem Wellenende 52 und der Gegenplatte 30 verhindert. Axial- und Radiallager können am Wellenende 52 sowie zwischen dem zweiten Lagerbuchsenabschnitt 34 und dem dritten Wellenabschnitt 48 gebildet werden. Zusätzliche Axial- und Radiallager sind bei dieser Ausführungsform der Erfindung grundsätzlich nicht notwendig. Es können jedoch ein oder zwei zusätzliche Radiallager hinzugefügt werden, indem Rillenstrukturen auf der Innenfläche des ersten Buchsenabschnittes 32 oder der Außenfläche des zweiten Wellenabschnittes 46 ausgebildet werden, wenn die spezifische Anwendung des hydrodynamischen Lagers zusätzliche horizontale Stabilisierung erfordert. Ferner können Druck erzeugende Rillenstrukturen am Boden des vierten Wellenabschnittes 50, beim Wellenende 52, oder auf der Oberseite der Gegenplatte 42 ausgebildet werden, um den Kontakt zwischen der Welle 14 und der Gegenplatte 30 zu minimieren. The described conical bearing stabilizes the rotor in the horizontal and axial direction and prevents the shaft 14 from moving out of the bearing bush 12 . Movement of the rotor and shaft in the opposite direction is prevented by the physical contact between the shaft end 52 and the counter plate 30 . Axial and radial bearings can be formed on the shaft end 52 and between the second bushing section 34 and the third shaft section 48 . Additional axial and radial bearings are fundamentally not necessary in this embodiment of the invention. However, one or two additional radial bearings can be added by forming groove structures on the inner surface of the first bushing section 32 or the outer surface of the second shaft section 46 if the specific application of the hydrodynamic bearing requires additional horizontal stabilization. Furthermore, pressure generating groove structures can be formed on the bottom of the fourth shaft section 50 , at the shaft end 52 , or on the upper side of the counter plate 42 , in order to minimize the contact between the shaft 14 and the counter plate 30 .

Die beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spindelmotors kann auf zahlreiche Weise modifiziert werden, insbesondere dadurch, daß die Welle feststehend und die Nabe drehend ausgebildet werden. In diesem Fall würde die Welle 14 drehfest mit der Gegenplatte 32 verbunden, und die Lagerbuchse 12 würde drehfest mit der Nabe 20 verbunden. The described embodiment of the spindle motor according to the invention can be modified in numerous ways, in particular in that the shaft is designed to be stationary and the hub is designed to rotate. In this case, the shaft 14 would be non-rotatably connected to the counter plate 32 , and the bearing bush 12 would be non-rotatably connected to the hub 20 .

Weitere Abwandlungen des hydrodynamischen Lagers gemäß der Erfindung sind in den Fig. 3 bis 4 gezeigt, wobei entsprechende Komponenten mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Further modifications of the hydrodynamic bearing according to the invention are shown in FIGS. 3 to 4, with corresponding components being designated with the same reference numerals as in FIG. 1.

Die verschiedenen Ausführungsformen des hydrodynamischen Lagers gemäß den Fig. 2 bis 4 werden im folgenden lediglich in bezug auf die Unterschiede zu Fig. 1 beschrieben. Sie unterscheiden sich von der Ausführungsform des hydrodynamischen Lagers der Fig. 1 grundsätzlich dadurch, daß der zweite Abschnitt 34 der Lagerbuchse 12 und der dritte Abschnitt 48 der Welle 14 genau komplementär zueinander ausgebildet sind, so daß der Abstand zwischen dem Innendurchmesser des zweiten Lagerbuchsenabschnittes 34 und dem Außendurchmesser des dritten Wellenabschnittes 48 konstant ist und ein gleichmäßiger Lagerspalt 54 zwischen diesen gebildet ist. Durch diese Gestaltung wird eine noch bessere Stabilisierung der Welle 14 in der Lagerbuchse 12 in axialer und radialer Richtung erreicht. The various embodiments of the hydrodynamic bearing according to FIGS. 2 to 4 are described below only in relation to the differences from FIG. 1. They basically differ from the embodiment of the hydrodynamic bearing of FIG. 1 in that the second section 34 of the bearing bush 12 and the third section 48 of the shaft 14 are designed to be exactly complementary to one another, so that the distance between the inner diameter of the second bearing bush section 34 and the outer diameter of the third shaft section 48 is constant and a uniform bearing gap 54 is formed between them. This design results in an even better stabilization of the shaft 14 in the bearing bush 12 in the axial and radial directions.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist der dritte Wellenabschnitt 48 kegelstumpfförmig und komplementär zu dem zweiten Lagerbuchsenabschnitt 34 ausgebildet. Darüberhinaus sind Lagerbuchse 12 und Welle 14 im wesentlichen wie in Fig. 1 gestaltet. Bei den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 ist jeweils der zweite Lagerbuchsenabschnitt 34 mit einer kuppelförmigen Aussparung komplementär zu dem dritten Wellenabschnitt 48 ausgebildet. Darüberhinaus sind Lagerbuchse 12 und Welle 14 im wesentlichen wie in Fig. 1 gestaltet. Die Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 unterscheiden sich durch den unterschiedlichen Krümmungsradius des kuppelförmigen Wellenabschnittes 48 bzw. Lagerbuchsenabschnittes 34. In the embodiment of FIG. 2, the third shaft section 48 is frustoconical and is complementary to the second bearing bush section 34 . In addition, the bearing bush 12 and shaft 14 are designed essentially as in FIG. 1. In the embodiments of FIGS. 3 and 4, the second bearing bush section 34 is formed with a dome-shaped recess complementary to the third shaft section 48 . In addition, the bearing bush 12 and shaft 14 are designed essentially as in FIG. 1. The embodiments of FIGS. 3 and 4 differ in the different radius of curvature of the dome-shaped shaft section 48 or bearing bush section 34 .

Durch die Wahl verschiedener Krümmungsradii des kuppelförmigen dritten Wellenabschnittes 48 und/oder kuppelförmigen zweiten Lagerbuchsenabschnittes 34 und/oder durch die Wahl unterschiedlicher Steigungen dieser Abschnitte von Lagerbuchse 12 und Welle 14 ist es möglich, die axialen und radialen Komponenten des Lagers nach Bedarf einzustellen. Zu diesem Zweck können auch verschiedene Kombinationen von unterschiedlichen Krümmungen und/oder Steigungen der genannten Abschnitte gewählt werden. Zusätzlich können, wie bei der Ausführungsform der Fig. 1, Rillenstrukturen an einer der gegenüberliegenden Lagerflächen ausgebildet sein. By choosing different radii of curvature of the dome-shaped third shaft section 48 and / or dome-shaped second bearing bushing section 34 and / or by choosing different pitches of these sections of the bearing bushing 12 and shaft 14 , it is possible to adjust the axial and radial components of the bearing as required. For this purpose, different combinations of different curvatures and / or slopes of the sections mentioned can also be selected. In addition, as in the embodiment in FIG. 1, groove structures can be formed on one of the opposite bearing surfaces.

In den Fig. 2 bis 4 sind ferner Rillenstrukturen 56 gezeigt, die im Bereich des zweiten Wellenabschnitts 46 bzw. ersten Lagerbuchsenabschnitts 32 als zusätzliche radiale Stützlager ausgebildet sein können, um die Kippsteifigkeit des hydrodynamischen Lagers zu erhöhen. FIGS. 2 to 4 also show groove structures 56 which can be designed in the region of the second shaft section 46 or first bearing bush section 32 as additional radial support bearings in order to increase the tilting rigidity of the hydrodynamic bearing.

Die kuppelförmige oder sphärische und die kegelstumpfförmige oder konische Ausbildung der Welle 14 und der Lagerbuchse 12 im Bereich der Aussparung 42 (Fig. 1) beeinflußt auf unterschiedliche Weise das Lagerverhalten und insbesondere die Aufnahme radialer und axialer Kräfte, die Lagersteifigkeit sowie die Lagerverluste. Zur Optimierung des Lagers für den jeweiligen Anwendungsfall können daher unterschiedliche Gestaltungen von Welle 14 und Lagerbuchse 12 kombiniert werden, um die radialen und axialen Kräfte sowie einen flächigen oder Punktkontakt im Bereich der Aussparung 42 einzustellen. The dome-shaped or spherical and the frustoconical or conical design of the shaft 14 and the bearing bush 12 in the region of the recess 42 ( FIG. 1) influences the bearing behavior and in particular the absorption of radial and axial forces, the bearing rigidity and the bearing losses in different ways. To optimize the bearing for the respective application, different designs of shaft 14 and bearing bush 12 can therefore be combined in order to set the radial and axial forces as well as a flat or point contact in the area of the recess 42 .

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen dargelegten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Ausgestaltung der Erfindung in den verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein. Bezugszeichenliste 10 Flansch oder Grundplatte
12 Lagerbuchse
14 Welle
16 Rotor
18 Stator
20 Rotornabe
22 Rotormagnet
24 Statorkern
26 Statorwicklungen
28 Spalt
30 Gegenplatte, Widerlager
32 erster Lagerbuchsenabschnitt
34 zweiter Lagerbuchsenabschnitt
36 dritter Lagerbuchsenabschnitt
38 vierter Lagerbuchsenabschnitt
40 konischer Ringspalt
42 kegelstumpfförmige Aussparung
44 erster Wellenabschnitt
46 zweiter Wellenabschnitt
48 dritter Wellenabschnitt
50 vierter Wellenabschnitt
52 Wellenende
54 Lagerspalt
56 Rillenstruktur
The features of the invention set forth in the above description, the figures and the claims can be important both individually and in any combination for the configuration of the invention in the various embodiments. LIST OF REFERENCE NUMERALS 10 flange or base plate
12 bearing bush
14 wave
16 rotor
18 stator
20 rotor hub
22 rotor magnet
24 stator core
26 stator windings
28 gap
30 counter plate, abutment
32 first bearing bushing section
34 second bearing bushing section
36 third bushing section
38 fourth bearing bushing section
40 conical annular gap
42 frustoconical recess
44 first wave section
46 second shaft section
48 third wave section
50 fourth wave section
52 shaft end
54 bearing gap
56 groove structure

Claims

1. Hydrodynamic bearing for a spindle motor with
a shaft ( 14 ),
a bearing bush ( 12 ) which surrounds the shaft ( 14 ) with a small radial distance, and
an abutment ( 30 ) at one end of the bearing bush ( 12 ), which is connected to the bearing bush in a rotationally fixed manner,
wherein the shaft (14) is a pivot-type bearing is formed between the abutment (30) and the abutment (30) facing the shaft end (52), and
the bearing bush ( 12 ) and the shaft ( 14 ) rotating relative to one another,
characterized in that
the bearing bush ( 12 ) has a recess ( 42 ) on its end face assigned to the abutment ( 30 ), and
the shaft end ( 52 ) facing the abutment ( 30 ) and the recess ( 42 ) are designed with an approximately complementary shape in such a way that the bearing bush ( 12 ) absorbs a force opposed to the tip bearing.

2. Hydrodynamic bearing according to claim 1, characterized in that in the bearing bush ( 12 ) a cone-like recess ( 42 ) is formed for receiving an approximately complementarily shaped shaft end.

3. Hydrodynamic bearing according to claim 2, characterized in that the bearing bush ( 12 ) has a first section ( 32 ) with a substantially constant inner diameter for receiving a rectilinear shaft section ( 46 ).

4. Hydrodynamic bearing according to claim 3, characterized in that the bearing bush ( 12 ) has a second section ( 34 ) with a linearly increasing inner diameter, which adjoins the first section ( 32 ) and forms a frustoconical recess ( 42 ), a third section ( 36 ) with constant inner diameter, which is adjacent to the second section ( 34 ), and a fourth section ( 38 ), which is adjacent to the third section ( 36 ) and into which the abutment ( 30 ) is fitted.

5. Hydrodynamic bearing according to claim 3, characterized in that the bearing bush ( 12 ) has a second section ( 34 ) with a gradually increasing inner diameter, which adjoins the first section ( 32 ) and forms a dome-shaped recess ( 42 ), a third section ( 36 ) with constant inner diameter, which is adjacent to the second section ( 34 ), and a fourth section ( 38 ), which is adjacent to the third section ( 36 ) and into which the abutment ( 30 ) is fitted.

6. Hydrodynamic bearing according to claim 4 or 5, characterized in that the inside diameter of each two adjacent bushing sections their adjacent ends are the same.

7. Hydrodynamic bearing according to claim 4, 5 or 6, characterized in that the abutment ( 30 ) facing the shaft end ( 52 ) in the in the second and third bearing bushing section ( 34 , 36 ) is formed recess.

8. Hydrodynamic bearing according to claim 7, characterized in that the abutment ( 30 ) facing shaft end ( 52 ) has a first section ( 48 ) which is adjacent to the straight shaft section and is frustoconical or dome-shaped, and a second section ( 50 ), which is adjacent to the first section and forms the shaft-side part of the track bearing.

9. Hydrodynamic bearing according to one of claims 3-8, characterized in that between the first section ( 32 ) of the bearing bush and the rectilinear shaft section ( 46 ), on the abutment ( 30 ) opposite end of the bearing bush ( 12 ) has a conical free space ( 40 ) is provided to form a capillary seal.

10. Hydrodynamic bearing according to one of the preceding claims, characterized in that a bearing is formed with an axial and a radial bearing component between the recess ( 42 ) of the bearing bush and the approximately complementarily shaped shaft end ( 48 ).

11. Hydrodynamic bearing according to claim 10, characterized in that the axial and the radial bearing component are adjustable by changing the slope or the curvature of the cone-like recess ( 42 ) of the bearing bush and / or the approximately complementarily shaped shaft end ( 48 ).

12. Hydrodynamic bearing according to one of the preceding claims, characterized in that a groove structure is formed in the region of the recess ( 42 ) and / or the approximately complementarily shaped shaft end ( 48 ).

13. Hydrodynamic bearing according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the track cap bearing is formed with a radius, that goes towards infinity.

14. Hydrodynamic bearing according to claim 3 and one of the preceding claims, characterized in that in the region of the rectilinear shaft section ( 46 ) at least one radial bearing is formed with a groove structure ( 56 ).

15. Hydrodynamic bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing bush ( 12 ) is fixed and the shaft ( 14 ) are designed to rotate.

16. spindle motor with a hydrodynamic bearing according to one of the preceding Expectations.

17. Disk drive with a spindle motor according to claim 16.