DE19823630C2

DE19823630C2 - Motorlager für schnelldrehende Kleinmotoren

Info

Publication number: DE19823630C2
Application number: DE19823630A
Authority: DE
Inventors: Juergen Oelsch; Olaf Winterhalter; Manfred Rauer; Helmut Hans
Original assignee: PMDM PREC MOTORS DEUTSCHE MINE; Precision Motors Deutsche Minebea GmbH
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2018-05-28
Also published as: US6504279B1; WO1999061810A1; JPH11351257A; DE19823630A1; WO1999061810B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorlager für schnelldrehende Kleinmotoren nach dem Patentanspruch 1. Bei derartigen Kleinmotoren, die auf Drehzahlen bis zu 20.000 Umdrehungen pro Minute betrieben werden besteht das Bedürfnis, ein möglichst spielfreies und reibungsarmes Lager zu erzielen. Derartige Motoren werden bevorzugt für den Antrieb von Plattenspeichern eingesetzt, aber auch noch für den Antrieb von Scannern, Kopiergeräten und dgl. Kleingeräte mehr.

Allen Motorausführungen ist gemeinsam, daß auf einem feststehenden Basisflansch eine drehend angetriebene Rotorglocke angeordnet ist, welche mit entsprechenden axialen und radialen Lagern auf dem Basisflansch abgestützt ist. Als Antriebsprinzip ist es bekannt, auf dem Basisflansch ein Statorpaket anzuordnen, welches über einen Luftspalt mit einem an der Innenseite des angetriebenen Rotors angeordneten Magneten zusammen wirkt, also mit der sogenannten Rotorglocke.

Über ein entsprechend angebrachtes Drehfeld im Statorpaket wird somit die Rotorglocke durch den magnetischen Schluß in Drehbewegung versetzt.

Bei derartigen Kleinmotoren ist es also üblich, den mit hoher Drehzahl rotierenden Rotor also die Rotorglocke mit einem radialen und axialen Lager auszurüsten. Die Lager sollen möglichst reibungsarm sein. Ein typischer Aufbau für eine derartige Lageranordnung besteht darin, daß ein Rillenkugellager verwendet wird, welches sowohl als radiales Lager als auch als axiales Lager wirkt. Derartige Kugellager haben den Nachteil, daß sie geschmiert werden müssen und gegebenenfalls mechanische Vibrationen auslösen, die unerwünscht sind und die Lebensdauer eines derartigen Motors herabsetzen. Ferner wird der auf der Rotorglocke angeordnete Gegenstand, z. B. ein Datenspeicher (Festplatte) durch diese Erschütterungen nachteilig beeinflußt, so daß die Lese- und Schreibgenauigkeit hierdurch beeinträchtigt wird.

Aus der US 5,172,021 A läßt sich in diesem Zusammenhang die Kombination eines Magnetlagers mit einem hydrodynamischen Lager (auch Luftlager) entnehmen. Dieses axiale Magnetlager hat jedoch nur eine einseitige Vorspannung. Die axiale Abstützung wird dabei über den Motor selbst erreicht, der sich an der ortsfesten Spule zentriert. Der Wirkungsgrad dieses einseitig vorgespannten Magnetlagers ist jedoch eher schlecht, da die Lagerkräfte nur von einer Seite wirken können.

Bei der DE 43 09 759 A1 wird ein Polygonscanner beschrieben, mit einer umlaufenden Rotorglocke die von einem stationären, unten liegenden Motor angetrieben wird. Dieser weist ein radiales Druckluftlager auf.

Bei der DE 33 25 985 A1 wird eine Elektromotoreinheit beschrieben, bei der radiale Stützlager vorgesehen sind, welche auf dem Außenumfang einer stehenden Welle angeordnet sind. Dabei wirken zwei Magnetringe gegeneinander und bilden ein magnetisches Stützlager aus. Es handelt sich also um zwei ineinandergreifende, sich zentrierende Magnetringe die ein radiales Lager ausbilden. Eine axiale Vorspannung ist dadurch jedoch nicht erreichbar.

Bei der EP 580 201 A1 wird ein geregeltes radiales und axiales Lager für eine Antriebsturbine beschrieben, die jedoch sehr umständlich und schwierig montierbar und demontierbar sind.

Bei der GB 2258699 A wird eine Wellenlageranordnung beschrieben, bei der es sich um eine umlaufende Welle mit mehrfach gekröpften Ansätzen handelt, an denen jeweils magnetische Stützlager in axialer und radialer Richtung ansetzen. Es ist noch zusätzlich ein statisches Luftlager dargestellt. Insgesamt stellt auch diese Anordnung eine recht komplizierte Aufbauweise dar, welche auch eine entsprechend aufwendige Montage bzw. Demontage erfordert.

Bei der US 5,271,677 A ist ein Verfahren aufgezeigt, welches zur Vermeidung von Wirbeln und Instabilitäten in gasunterstützten Lagern gedacht ist. Es beschreibt. ein unteres axiales magnetisches Stützlager und ein radiales hydrodynamisches Lager. Der Aufbau dieser Einrichtung erfordert jedoch eine sehr negativ hohe Bauweise, die für Bauweisen mit kleinen Abmessungen nicht geeignet ist.

Bei einer weiteren Druckschrift, der JP 1-12126 A, handelt es sich um einen Antriebsmotor für den Antrieb eines Scannerspiegels. In dieser Druckschrift geht es im wesentlichen um eine radiale Lagerung mittels eines Luftlagers, eine haftmagnetische Lagerung (axial oder radial) ist daraus nicht zu entnehmen, wodurch die Vorteile einer Magnetlagerung auch nicht daraus hervorgehen.

Die JP 5-231427 A zeigt eine radiale hydrodynamische Lagerung in Kombination mit einer axialen Zentrierung über zwei radial einander gegenüberliegende Spulen.

Bei der JP 08170642 A ist eine radiale hydrodynamische Lagerung in Kombination mit einer axialen Zentrierung über zwei radial einander gegenüberliegende Spulen gezeigt. Die axiale Zentrierung wird mittels der konischen Luftlager unterstützt, dennoch sind auf Grund der radialen Anordnung der Magnetlager Vibrationen in axialer Richtung nicht ganz zu vermeiden.

Ein ähnlicher Stand der Technik gilt für die JP 5-106635 A, weil dort ebenfalls nur die Kombination von zwei Lagern gezeigt ist. Es sind dort also lediglich zwei voneinander abstoßende Magnetscheiben dargestellt.

Es ist ferner bekannt, die radiale Lagerkomponente von der axialen Lagerkomponente zu trennen, indem man zwei unterschiedliche Lager anordnet, von denen jedes eine Lageraufgabe übernimmt. Als radiales Lager ist es bekannt ein sogenanntes Nadel- oder Rollenlager zu verwenden, welches die radiale Lagerkomponente aufnimmt, während es ferner bekannt ist, als axiales Lager ein Kugellager oder ein Fluidlager zu verwenden.

Ferner ist die Lagerkombination aus zwei Luftlagern oder zwei Fluidlagern bekannt. Hierbei ist es bekannt, ein Luftlager sowohl zur Aufnahme der radialen Lagerkomponenten als auch ein zweites Luftlager zur Aufnahme der axialen Lagerkomponenten vorzusehen.

Die Anordnung eines Luftlagers zur Aufnahme axialer Lagerkomponenten ist relativ schwierig und aufwendig, weil die notwendigen Toleranzen in diesem axialen Lagerspiel sehr eng gehalten werden müssen, was die Herstellungskosten eines derartigen Lagers stark erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Kleinmotor mit einer Lageranordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß bei Vorhandensein eines an sich beliebigen radialen Lagers, der Aufwand für die Herstellung des dazugehörenden und davon getrennten axialen Lagers wesentlich vermindert wird bei gleichzeitiger Erreichung wesentlich verbesserter Lagereigenschaften.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß nun einem an sich beliebigen radialen Lager, welches jedoch bevorzugt als Luftlager ausgebildet ist, ein magnetisches Axiallager zugeordnet ist.

Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß nun als axiales Lager ein Magnetlager verwendet wird, welches bevorzugt als aktives Magnetlager ausgebildet ist.

In einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß das aktive Magnetlager einseitig gegen eine magnetische Vorspannung arbeitet, während in einem zweiten Ausführungsbeispiel das besagte aktive Magnetlager zweiseitig gegen von beiden Seiten her angelegte magnetische Vorspannungen arbeitet.

Weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist, daß dieses erfindungsgemäße axiale Magnetlager einseitig angeordnet ist, d. h. also an der einen Seite der Rotorglocke und nicht beidseitig.

Damit besteht der wesentliche Vorteil, daß der Lageraufwand wesentlich geringer wird, denn dank dieser Anordnung ist nun das axiale Magnetlager in der Lage, sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung die wirkenden axialen Lagerkräfte aufzunehmen, obwohl nur ein einziges Lager vorhanden ist.

Damit ergibt sich der weitere Vorteil, daß eine leichte Demontage möglich ist, denn die Rotorglocke kann einfach nach oben abgenommen werden, wodurch das an der Innenseite der Rotorglocke angeordnete axiale Magnetlager getrennt wird.

Es bedarf also nicht der Demontage eines zweiten, (hier nicht vorhandenen,) Lagers, wie es im Stand der Technik eventuell bekannt ist.

Wichtig ist also, daß das aktive Magnetlager entweder an der oberen Innenseite der Rotorglocke - in einer anderen Ausführungsform aber - an der unteren Seite der Rotorglocke angeordnet sein kann. Wichtig bei beiden Ausführungsbeispielen ist, daß lediglich ein einziges axiales Magnetlager vorhanden ist, - weil es gegen Vorspannungen auf beiden Seiten arbeitet - so daß es in der Lage ist, die in beiden Richtungen wirkenden axialen Lagerkräfte aufzunehmen. Damit wird der Herstellungsaufwand eines derartigen Kleinmotors wesentlich verringert und es kommt im Übrigen zu einer Stabilisierung der Rotorglocke, weil die Rotorglocke durch dieses axiale Magnetlager gegen Verkippen geschützt ist; es werden keine mechanischen Vibrationen - wie bei mechanischen Lagern bekannt - eingetragen und dadurch ergibt sich eine größere Laufruhe. Hieraus resultiert im Übrigen eine verbesserte Lebensdauer.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das axiale Magnetlager im wesentlichen besteht aus einer Spule mit Rückschlußring, welcher thermisch entkoppelt zum radial angeordneten Luftlager ist, wobei diese Spule in axialer Richtung auf einen Anker wirkt, der demzufolge in axialer Richtung von dieser Spule mehr oder weniger angezogen wird. Nachdem der Anker fest mit der Rotorglocke verbunden ist wird somit die Rotorglocke in axialer Richtung durch entsprechende Beaufschlagung der Spule mehr oder weniger in axialer Richtung eingestellt.

Die axiale Vorspannung der Rotorglocke, gegen welche die mit Strom beaufschlagte Spule arbeitet, wird im ersten Ausführungsbeispiel durch zwei gegensätzlich gepolte Permanentmagnete erreicht, die z. B. sich mit ihren beiden gleichnamigen Polen abstoßen und hierdurch eine Abstoßungswirkung auf die Rotorglocke ausüben, welcher andererseits von der mit Strom beaufschlagten Spule entgegengewirkt wird. Auf diese Weise kann durch die Strombeaufschlagung der Spule das axiale Lagerspiel der Rotorglocke genauestens eingestellt werden.

Um ein bestimmtes Maß einzustellen wird es bevorzugt, wenn ein Sensor verwendet wird, welcher das axiale Lagerspiel überwacht und welcher Sensor über eine zugeordnete Regelung mit der Stromversorgung der Spule verbunden ist, so daß eine automatische Regelung des Lagerspiels auf einen konstanten Wert gewährleistet wird.

Selbstverständlich ist vorgesehen, daß dieses Lagerspiel einstellbar ausgebildet ist.

Als Positionssensor können hier verschiedene Ausführungen verwendet werden. In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß ein kapazitiv oder induktiv wirkender Sensor vorhanden ist, der den Abstand im Lagerspalt von einer feststehenden Fläche zu der gegenüberliegenden rotierenden Fläche mißt und entsprechend erfaßt.

In einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, daß der Sensor optisch ausgebildet ist und die Einstellung des axialen Lagerspiels über einen optischen Sensor erfolgt.

In einer dritten Ausführungsform kann ein induktiver Sensor in der Weise vorgesehen werden, daß dem in der Rotorglocke angeordneten, rotierenden Magneten eine feststehende Induktionsspule gegenüberliegt, in welcher eine entsprechende Induktionsspannung induziert wird. Je nach Größe des axialen Luftspaltes zwischen diesen beiden Teilen wird somit eine mehr oder weniger Große Induktionsspannung in der Induktionsspule induziert, die direkt proportional zu dem axialen Lagerspiel ist. Auf diese Weise kann ebenfalls das Lagerspiel sehr genau geregelt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß statt einer permanentmagnetischen Vorspannung der Rotorglocke in axialer Richtung eine aktive Vorspannung durch zwei gegeneinander gerichtete Spulen erfolgt, die zwischen sich einen Luftspalt ausbilden, in dem eine drehfest mit der Rotorglocke verbundene Scheibe rotiert.

Je nach Strombeaufschlagung der oberen oder der unteren Spule wird somit die mit der Rotorglocke fest verbundene Metallscheibe in axialer Richtung mehr nach oben oder unten bewegt und hierdurch wird ebenfalls das Magnetlager entsprechend eingestellt.

Während also im erst genannten Ausführungsbeispiel eine stromdurchflossene Spule und eine paarweise angeordnete permanent Magnetanordnung vorhanden war, wird im zweiten Ausführungsbeispiel zwei stromdurchflossene Spulen vorgeschlagen, welche zwischen sich einen Luftspalt ausbilden, indem eine metallische und magnestisch aktive Scheibe rotiert, welche drehfest mit der Rotorglocke verbunden ist.

Je nach Stromfluß der oberen und der unteren Spule wird somit die mit dem Rotor verbundene Scheibe in axialer Richtung mehr nach oben oder unten bewegt, wobei ebenfalls eine genaue Regelung dieses axialen Einstellspiels durch den vorher erwähnten Positionsensor und die vorher erwähnte Regelung stattfindet.

In einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Kombination eines Luftlagers ebenfalls mit einem axialen Magnetlager vorgesehen, wobei jedoch das Luftlager nicht als rein radiales Lager funktioniert, sondern in der Lage ist, sowohl radiale als auch axiale Lagerkomponenten aufzunehmen. Hierbei wird es bevorzugt, wenn dieses Luftlager als Toroid- Lager ausgebildet ist, welches - definitionsgemäß - sowohl axiale als auch radiale Lagerkomponenten aufnimmt.

Bei der Ausbildung des aktiven Magnetlagers, als axiales Lager sind wieder die beiden vorher genannten Ausführungsformen möglich.

Dies bedeutet, daß erfindungsgemäß es bevorzugt wird, wenn als radiales Lager ein zylindrisches Luftlager oder ein Toroid- Lager verwendet wird, während als axiales Lager stets ein Magnetlager verwendet wird.

In einer anderen Ausgestaltung ist auch die Lagerpaarung vorgesehen, daß das vorher erwähnte radiale und im wesentlichen zylindrisch ausgebildete Luftlager noch zusätzlich mit einem axialen Luftlager kombiniert wird, welches seinerseits mit dem vorher erwähnten axialen Magnetlager kombiniert ist. Es findet also eine Luftlageranordnung bestehend aus einem radialen Luftlager und einem axialen Luftlager in Verbindung mit einem axialen Magnetlager Anwendung. Hierdurch ergeben sich ebenfalls wesentliche Vorteile, weil durch eine durchdachte Anordnung eines zusätzlichen axialen Luftlagers eine genauere axiale Positionierung der Rotorglocke möglich ist.

Dieses zusätzliche axiale Luftlager wirkt dann als zusätzlicher Träger der die Kippschwingungen stabilisiert und damit noch zu einer weiter verbesserten Laufruhe des Rotors führt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Lagers mit einem radialen Luftlager und einem axialen Magnetlager und permanentmagnetischer Vorspannung

Fig. 2 Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einem radialen Luftlager und einem doppelt wirkendem axialen Magnetlager

Fig. 3 vergrößerte Darstellung nach Fig. 2

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit Darstellung eines Toroid-Luftlagers in Verbindung mit einem axialen Magnetlager

In Fig. 1 ist in einem Basisflansch 1 eine mittlere Ausnehmung 2 definiert, in welcher eine Welle 3 fest über eine Schraube 4 befestigt ist. In an sich bekannter Weise trägt der Basisflansch 1 in seiner Ausnehmung 5 ein Statorpaket 6, welches im Wesentlichen aus einer inneren Hülse 10 besteht, von der radial auswärts sich, in an sich bekannter Weise, der Kern mit der Statorbespulung erstreckt.

Auf der Welle 3 ist eine Rotorglocke 9 drehbar angeordnet, die an ihrer unteren Innenseite einen Ringmagnet 7 trägt, der am Umfang der Rotorglocke 9 angeordnet ist und von dem im Statorpaket 6 erzeugten Drehfeld mitgenommen wird.

Der Ringmagnet 7 ist radial auswärts in einen Rückschlußring 8 eingesetzt, welcher den magnetischen Kreis im Rotor schließt.

Auf der Welle 3 ist eine Lagerhülse 11 drehfest angeordnet deren radiale Außenseite als Luftlager 12 ausgebildet ist.

Im Ausführungsbeispiel ist dargestellt, daß das Luftlager als radiales Lager ausgebildet ist und sich über eine entsprechende axiale Länge der Lagerhülse 11 erstreckt. Es sind ferner von einem Anschlußkanal 15 ausgehende Luftkanäle 14 vorhanden, die ihrerseits in Anschlußkanäle 13 führen, welche das gesamte Luftlager 12 mit von außen her zugeführter Luft versorgen.

Wichtig hierbei ist, daß das Luftlager 12 eine nicht näher dargestellte Spiralrillenstruktur aufweist, mit welcher es möglich ist, daß bei sich drehender Rotorglocke 9 die Luft selbständig über den Anschlußkanal 13 angesaugt wird und unter Druck in das Luftlager 12 eingespeist wird. Auf diese Weise wird ein sich selbst versorgendes Luftlager 12 verwirklicht, welches bei steigender Drehzahl eine entsprechende Steifigkeit erhält.

Innenseitig trägt die Lagerhülse 11 eine thermische Isolierung 16, die ebenfalls als Hülse ausgebildet ist und aus einem schlecht wärmeleitenden Material besteht.

Radial einwärts der thermischen Isolierung 16 ist ein äußerer Rückschlußring 17 angeordnet, an dem wiederum innenseitig die Spule 18 angeordnet ist.

Radial einwärts der Spule 18 ist der innere Rückschlußring 19 angeordnet. Die beiden Rückschlußringe 17,19 sind miteinander magnetisch verbunden.

Durch Strombeaufschlagung der Spule 18 mit einem Gleichstrom wirkt diese in axialer Richtung stirnseitig auf einen Spalt 54.

In geringem Abstand zu der oberen Stirnseite der Spule 18 ist hierbei nämlich ein Anker 20 angeordnet, welcher drehfest mit der Rotorglocke 9 verbunden ist und der seinerseits von einem aus Metall bestehenden Deckel 21 abgeschlossen ist.

Der Anker 20 wird also in axialer Richtung mehr oder weniger von der Stirnseite der Spule 18 angezogen, je nachdem in welchem Maße die Spule 18 mit Gleichstrom versorgt wird.

Im Gegensatz zu der Anziehungswirkung der Spule 18 auf den Anker 20 ist eine magnetische Vorspannung vorgesehen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei gleichsinnig gepolten Permanentmagneten 22, 23 besteht, wobei der eine Permanentmagnet 22 im Deckel 21 drehfest angeordnet ist und demzufolge mit der Rotorglocke 9 rotiert, während der andere Permanentmagnet 23 feststehend mit dem inneren Rückschlußring 19 verbunden ist.

Zwischen den beiden Permanentmagneten 22, 23 wird also im Bereich des Abstandes 24 eine Abstoßungskraft erzeugt, welche der Anziehungskraft der Spule 18 auf den Anker 20 entgegenwirkt.

Damit kann der Spalt 54 zwischen der Stirnseite der Rückschlußringe 19,17 und der Unterseite des Ankers 20 sehr fein eingestellt werden.

Zur Regelung dieses Abstandes ist es ferner vorgesehen, daß im feststehenden Permanentmagnet 23 ein Positionssensor 29 angeordnet ist, welcher den Abstand 24 zu der gegenüberliegenden, rotierenden Fläche erfaßt und den Spulenstrom entsprechend regelt.

Der Lagerspalt wird im Übrigen in Form des Luftspalts 25 fortgesetzt.

Es wurde eingangs bei einer der Modifikationen der Erfindung erwähnt, daß an der Stelle des Lagerspaltes 25 ein Luftlager 26 angeordnet sein kann, so daß also das hier gezeigt radiale Luftlager 12 noch mit dem in axialer Richtung wirkenden Luftlager 26 kombinierbar ist.

Im Übrigen weist die Rotorglocke 9 noch zu den feststehenden Teilen des Basisflansches 1 die Luftspalte 27, 28 auf, um ein freies Drehen zu garantieren.

In den Fig. 2 und 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, daß anstatt der Erzeugung einer permanentmagnetischen Vorspannung auf die Rotorglocke 9 eine regelbare magnetische Vorspannung dadurch erzeugt werden kann, daß zwei gegensätzlich gepolte Spulen 34, 35 einen Luftspalt 40 zwischen sich ausbilden, in dem eine magnetisch wirksame Metallscheibe 36 rotiert.

Hierbei ist vorgesehen, daß an der Welle in einem Spulenrückschluß 42 eine untere, feststehende Spule 35 angeordnet ist, der eine obere, ebenfalls feststehende Spule 34 in einem Spulenrückschluß 41 gegenüberliegt.

Zwischen den beiden Spulen 34, 35 ist der vorher erwähnte Luftspalt 40 angeordnet, in dem die magnetisch wirksame Metallscheibe 36 rotiert.

Hierbei ist wichtig, daß die Metallscheibe 36 drehfest mit der Rotorglocke verbunden ist.

Zur Verbindung der Metallscheibe 36 mit der Rotorglocke ist eine besondere Anordnung vorgesehen, für die getrennter Erfindungsschutz im Rahmen der vorliegenden Erfindung beansprucht wird.

Die Rotorglocke ist - wie vorher gezeigt - mit einem Deckel 21 verbunden. An der Innenseite des Deckels ist eine Aussparung angeordnet, in welcher ein Magnet 37 in einer Befestigung 38 befestigt ist. Somit rotiert der Magnet 37 mit dem Deckel und der Rotorglocke zusammen.

Der Innenumfang der Scheibe 36 liegt hierbei an einer Zentrierschräge 39 am Deckel 21 an, so daß die Metallscheibe 36 genau zentrisch zur Mittellinie 45 zentriert wird. Der Magnet 37 zieht magnetisch diese Metallscheibe 36 an und nimmt diese mit. Somit ist die Metallscheibe aufgrund dieses magnetischen Mitnehmers sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung genau zur Mittellinie 45 zentriert.

Damit ist eine einfache Montage der gesamten Anordnung möglich, denn zur Demontage braucht nur der Deckel 21 zusammen mit der Rotorglocke 9 nach oben abgehoben werden, wodurch ebenfalls der Magnet 37 abgehoben wird und hierbei die magnetische Haftung zu der Metallscheibe 36 aufgehoben wird. Die Metallscheibe 36 kann somit in der Anordnung verbleiben und braucht nicht selbst demontiert zu werden.

Es wird nun ein Magnetlager vorgeschlagen, wo die beiden Spulen 34, 35 jeweils getrennt mit Strom versorgt sind und zwischen sich im Luftspalt 40 ein Magnetfeld erzeugen, welches die Metallscheibe 36 mehr oder weniger in axialer Richtung nach oben oder unten bewegt. Hierbei wird es bevorzugt, wenn die beiden Spulen 34, 35 so mit Strom versorgt werden, daß die Metallscheibe in einem etwa mittleren Bereich in dem Luftspalt 40 automatisch gehalten wird.

Zusätzlich wird noch eine Regelung überlagert, welcher eine Feineinstellung der Metallscheibe 36 im Luftspalt 40 gewährleistet. Hierzu ist wiederum ein ortsfest angeordneter Positionssensor 43 vorgesehen, der mit seiner Stirnkante über einen Abstand 44 hinweg eine gegenüberliegende Kante 46 an der drehenden Rotorglocke erfaßt.

Dieser Abstand 44 wird also von dem Positionssensor 43 fortlaufend erfaßt als Istwert eine Regelungsstrecke eingegeben.

Anhand der Fig. 2 und 3 kann noch gezeigt werden, daß das radiale Luftlager 12 sich von den Positionen 31 bis zur Position 32 erstreckt.

Damit ein eventuell vorhandener scheibenförmiger Datenträger mit der Rotorglocke mitgenommen wird, ist ein Mitnehmer in Form einer Feder vorgesehen, welche sich einerseits am Deckel 21 und andererseits an der Oberseite des scheibenförmigen Datenträgers abstützt.

In einer letzten Ausführungsform ist dargestellt, daß das vorher erwähnte magnetische Lager (sowohl nach der Fig. 1 als auch nach den Fig. 2 und 3) mit einem Toroid-Luftlager kombiniert werden kann. Ein solches Luftlager 47 ist in Fig. 4 dargestellt. Dort ist erkennbar, daß dieses Luftlager sowohl axiale Lagerkomponeten als auch radiale Lagerkomponenten aufnehmen kann und hierbei noch mit einem zusätzlichen magnetischen axialen Lager kombiniert ist. Im einzelnen ist erkennbar, daß ein Stator 48 vorhanden ist, in dem mindestens eine Spule 51 vorhanden ist, die auf einen Gegenpol 50 wirkt, welcher seinerseits mit seiner Stirnfläche einem Permanentmagneten 49 gegenüberliegt, so daß hier wiederum eine Tragkraft dadurch erzeugt wird, daß in dem Luftspalt eine anziehende Kraft in Pfeilrichtung 53 erzeugt wird, während durch das vorher genannte Toroid-Luftlager eine abstoßende Kraft in Pfeilrichtung 52 erzeugt wird. Auch hier kann durch eine entsprechende, zugeordnete Regelung der Abstand im Luftspalt 40 sehr fein geregelt werden.

Aus dem letzt genannten Ausführungsbeispiel ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Kombination eines radialen Luftlagers mit einem axialen Magnetlager beschränkt ist, sondern es kann auch die Kombination von einem radialen und zusätzlich einem axialen Luftlager in Verbindung mit einem axialen Magnetlager verwirklicht werden. Versuche des Anmelders haben gezeigt, daß eine überlegene Laufruhe erzielt wird, bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten und hoher Lebensdauer. Unter dem Begriff hydrodynamisches Lager wird ein Luftlager oder ein Fluidlager verstanden. Statt Luft als Lagermedium wird bei einem Fluidlager eine Flüssigkeit verwendet.

Zeichnungslegende

1

Basisflansch

2

Ausnehmung

3

Welle

4

Schraube

5

Ausnehmung

6

Statorpaket

7

Ringmagnet

8

Rückschlußring

9

Rotorglocke

10

Hülse

11

Lagerhülse

12

Luftlager

13

Anschlußkanal

14

Luftkanal

15

Anschlußkanal

16

thermische Isolierung

17

Rückschlußring (außen)

18

Spule

19

Rückschlußring (innen)

20

Anker

21

Deckel

22

Permanentmagnet (oben)

23

Permanentmagnet (unten)

24

Abstand

25

Lagerspalt

26

Luftlager

27

Luftspalt

28

Luftspalt

29

Positionssensor

30

-

31

Position

32

Position

33

-

34

Spule (oben)

35

Spule (unten)

36

Metallscheibe

37

Magnet

38

Befestigung

39

Zentrierschräge

40

Luftspalt

41

Spulenrückschluß

42

Spulenrückschluß

43

Positionssensor

44

Abstand

45

Mittellinie

46

Kante

47

Luftlager

48

Stator

49

Magnet

50

Gegenpol

51

Spule

52

Pfeilrichtung

53

Pfeilrichtung

54

Spalt

Claims

1. Motorlager für schnelldrehende Kleinmotoren bestehend aus radialen und axialen Lagerkomponenten, wobei das axiale Lager als aktives Magnetlager ausgeführt ist und das radiale Lager als hydrodynamisches Lager ausgebildet ist, wobei die axiale magnetische Lagerung mittels einer magnetisch wirksamen Metallscheibe (36) und zwei Spulen (34, 35), die zur Erregung von zwei voneinander unabhängigen Magnetfeldern dienen, erfolgt und die Metallscheibe durch Magnetkraft des Permanentmagneten (37) drehfest aber lösbar an der Rotorglocke (9) fixiert ist.

2. Motorlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale und axiale Zentrierung der Metallscheibe (36) an ihrer Mittenbohrung durch eine Zentrierschräge (39) an einem Aufnehmer erfolgt, der vom Deckel (21) nach innen ragt.

3. Motorlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheibe (36) durch Überwinden der fixierenden Magnetkraft vom Deckel (21) getrennt werden kann, wobei die Metallscheibe (36) zwischen den beiden übereinander angeordneten Spulen (34, 35) verbleibt.

4. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale magnetische Vorspannung durch mindestens eine Spule (34, 35) unter Verwendung einer Regelung und eines geeigneten Sensors zur Überwachung des axialen Lagerspiels erfolgt.

5. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das axiale Lager zweiseitig gegen magnetische Vorspannung von beiden Seiten her arbeitet.

6. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das axiale Magnetlager aus einer Spule mit Rückschlußring besteht, wobei die Spule in axialer Richtung auf einen Anker wirkt, der mit der Rotorglocke fest verbunden ist.

7. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das axiale Lager alleine als einzelnes auf der Motorachse (45) angeordnetes Magnetlager die axialen Kräfte aus beiden Richtungen aufnimmt.

8. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das axiale Lager als rotierendes Magnetlager zusätzlich radiale Kräfte gegen Verkippen aufnimmt.

9. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das axiale Lager von der Mittellinie (45) beabstandet zusätzlich radiale Kräfte gegen Verkippen aufnimmt.

10. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Lager als Luftlager in der Form eines Toroidlagers ausgeführt ist, das geeignet ist, neben den radialen auch axiale Kräfte aufzunehmen.

11. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Lager aus zwei Luftlagern besteht, aus einem herkömmlichen Luftlager und zusätzlich einem Toroidlager.

12. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das axiale Magnetlager zum radial angeordneten Luftlager thermisch entkoppelt ist.