KR101124106B1 - 유체 동압 베어링 조립체 및 이를 포함하는 모터 장치 - Google Patents

유체 동압 베어링 조립체 및 이를 포함하는 모터 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체는 샤프트의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트를 지지하는 슬리브; 상기 슬리브의 축방향 상측에 돌출된 상기 샤프트에 압입되는 스러스트 플레이트; 상기 슬리브의 외주면에 압입되어 고정되고 코일이 권선되는 코어가 삽입되는 베이스; 및 상기 스러스트 플레이트 상측에서 압입되어 상기 스러스트 플레이트 사이에서 윤활 유체가 실링되도록 하며, 상기 베이스의 외주면이 끼워져 지지되는 실링캡;을 포함할 수 있다.

Description

유체 동압 베어링 조립체 및 이를 포함하는 모터 장치{Hydrodynamic bearing assembly and motor device including the same}
본 발명은 유체 동압 베어링 조립체 및 이를 포함하는 모터 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코어의 티스길이를 증가시켜 성능을 향상시키는 유체 동압 베어링 조립체 및 이를 포함하는 모터 장치에 관한 것이다.
정보 저장 장치 중 하나인 하드 디스크 드라이브(HDD; Hard Disk Drive)는 기록재생헤드(read/write head)를 사용하여 디스크에 저장된 데이터를 재생하거나, 디스크에 데이터를 기록하는 장치이다.
이러한 하드 디스크 드라이브는 디스크를 구동시킬 수 있는 디스크 구동장치가 필요하며, 상기 디스크 구동장치에는 소형의 스핀들 모터가 사용된다.
소형의 스핀들 모터는 유체 동압 베어링 조립체가 이용되고 있으며, 상기 유체 동압 베어링 조립체의 샤프트와 슬리브 사이에는 윤활 유체가 개재되어 상기 윤활 유체에서 생기는 유체 압력으로 샤프트를 지지하게 된다.
이러한 스핀들 모터의 성능을 좌우하는 인자는 여러가지가 있지만, 그 중에서도 중요한 인자는 코어에 감기는 코일의 감긴 횟수이다.
즉, 모터 성능을 향상시키기 위해서는 코어에 감기는 코일의 감긴 횟수를 증가시켜야 하는데 종래 모터의 내부 공간은 한정되어 있으므로 코어의 내경도 상기 공간에 의해 정해지게 되고, 그에 따라 티스의 길이도 한정되어 코어 티스에 감긴 코일의 횟수도 한정되어 있다.
따라서, 모터 성능을 향상시키기 위해서는 코어 티스에 감긴 코일의 횟수를 증가시켜야 하므로, 결국 코어의 내경을 축소하여 티스 길이를 증가시키기 위한 방안이 요구된다.
본 발명의 목적은 모터 내부에 위치하는 실링캡의 결합구조를 변경하여 유체동압 베어링의 성능 및 동적 안정성을 향상시키는 유체 동압 베어링 조립체 및 이를 포함하는 모터 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체는 샤프트의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트를 지지하는 슬리브; 상기 슬리브의 축방향 상측에 돌출된 상기 샤프트에 압입되는 스러스트 플레이트; 상기 슬리브의 외주면에 압입되어 고정되고 코일이 권선되는 코어가 삽입되는 베이스; 및 상기 스러스트 플레이트 상측에서 압입되어 상기 스러스트 플레이트 사이에서 윤활 유체가 실링되도록 하며, 상기 베이스의 외주면이 끼워져 지지되는 실링캡;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체의 상기 실링캡은 상기 슬리브의 축방향 상측에 안착되도록 상기 베이스와 접하는 내주면의 직경이 상기 스러스트 플레이트의 외주면과 접하는 내주면의 직경보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체의 상기 실링캡의 외주면은 상기 코어의 내주면과 접하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체는 상기 슬리브의 축방향 하부에 간극을 유지한 상태로 상기 슬리브와 결합하며, 상기 슬리브의 외경보다 큰 외경을 구비하는 베이스 커버;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터 장치는 샤프트를 지지하는 슬리브의 외주면에 압입되어 고정되고 코일이 권선되는 코어가 삽입되는 베이스, 상기 슬리브의 축방향 상측에 돌출된 상기 샤프트에 압입되는 스러스트 플레이트, 상기 스러스트 플레이트 상측에서 압입되고 상기 베이스의 외주면이 끼워져 지지되는 실링캡을 포함하는 유체 동압 베어링 조립체; 및 상기 샤프트의 상단에 압입되고 상기 베이스에 대해 회전 가능하며, 상기 코일과 대면하는 마그네트가 일면에 장착되는 로터;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터 장치의 상기 실링캡은 상기 슬리브의 축방향 상측에 안착되도록 상기 베이스와 접하는 내주면의 직경이 상기 스러스트 플레이트의 외주면과 접하는 내주면의 직경보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터 장치의 상기 실링캡의 외주면은 상기 코어의 내주면과 접하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터 장치는 상기 슬리브의 축방향 하부에 간극을 유지한 상태로 상기 슬리브와 결합하며, 상기 슬리브의 외경보다 큰 외경을 구비하는 베이스 커버;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유체 동압 베어링 조립체 및 이를 포함하는 모터에 의하면, 코어의 내경을 줄여 티스 길이를 증가시킬 수 있으므로 모터의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 슬리브, 베이스 및 실링캡의 결합을 견고하게 하여 모터의 동적 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체를 포함하는 모터 장치를 도시한 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체의 외관을 도시한 개략 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체를 도시한 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체를 도시한 개략 절개 사시도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체를 포함하는 모터 장치를 도시한 개략 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치(400)는 유체 동압 베어링 조립체(100), 스테이터(200) 및 로터(300)를 포함할 수 있다.
상기 유체 동압 베어링 조립체(100)의 구체적인 실시예들은 이하에서 상술하기로 하며, 본 발명에 따른 모터 장치(400)는 상기 유체 동압 베어링 조립체(100)의 각 실시예들의 구체적인 특징 전부를 가질 수 있다.
상기 스테이터(200)는 전원인가 시 일정크기의 전자기력을 발생시키는 권선코일(220) 및 상기 권선코일(220)이 권선되는 복수개의 코어(210)를 구비하는 고정 구조물이다.
상기 코어(210)는 패턴회로가 인쇄된 인쇄회로기판(미도시)이 구비되는 베이스(230)의 상부에 고정 배치되고, 상기 권선코일(220)과 대응하는 베이스(230)의 상부면에는 상기 권선코일(220)을 하부로 노출시키도록 일정크기의 코일공이 복수개 관통형성될 수 있으며, 상기 권선코일(220)은 외부전원이 공급되도록 상기 인쇄회로기판(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 베이스(230)는 상기 스테이터(200) 및 후술할 유체 동압 베어링 조립체(100)를 구성하는 구성요소이므로 이하에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 로터(300)는 상기 스테이터(200)에 대하여 회전 가능하게 구비되는 회전 구조물이며, 상기 코어(210)와 일정 간격을 두고 서로 대응되는 환고리형의 마그네트(320)를 외주면에 구비하는 로터케이스(310)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 마그네트(320)는 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정 세기의 자기력을 발생시키는 영구자석으로 구비된다.
여기서, 상기 로터케이스(310)는 샤프트(110)의 상단에 압입되어 고정되도록 하는 고정부(312) 및 상기 고정부(312)에서 외경방향으로 연장되고 축방향 하측으로 절곡되어 상기 로터(300)의 상기 마그네트(320)를 지지하는 마그네트 지지부(314)로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체의 외관을 도시한 개략 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체를 도시한 개략 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체를 도시한 개략 절개 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체(100)는 샤프트(110), 슬리브(120), 스러스트 플레이트(130), 실링캡(140) 및 베이스(230)를 포함할 수 있다.
우선, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축방향은 도 2 내지 4에서 볼 때, 상기 샤프트(110)를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 외경 또는 내경 방향은 상기 샤프트(110)를 기준으로 상기 로터(300)의 외측단 방향 또는 상기 로터(300)의 외측단을 기준으로 상기 샤프트(110)의 중심 방향을 의미한다.
상기 슬리브(120)는 상기 샤프트(110)의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트(110)를 지지할 수 있으며, Cu 또는 Al을 단조하거나, Cu-Fe계 합금 분말 또는 SUS계 분말을 소결하여 형성될 수 있다.
여기서, 상기 샤프트(110)는 상기 슬리브(120)의 축공(122)과 미소 간극을 가지도록 삽입되고, 상기 미소 간극에는 윤활 유체가 충전되며 상기 샤프트(110)의 외경 및 상기 슬리브(120)의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 래디얼 동압홈(124)에 의해 상기 로터(300)의 회전을 더 부드럽게 지지할 수 있다.
상기 래디얼 동압홈(124)은 상기 슬리브(120)의 축공(122)의 내부인 상기 슬리브(120)의 내측면에 형성되며, 상기 샤프트(110)의 회전 시에 한쪽으로 편향되도록 압력을 형성시키게 된다.
다만, 상기 래디얼 동압홈(124)은 상기 언급한 바와 같이 상기 슬리브(120)의 내측면에 마련되는 것에 한정하지 않으며, 상기 샤프트(110)의 외경부에 마련되는 것도 가능하며, 갯수도 제한이 없다는 것을 밝혀둔다.
상기 슬리브(120)에는 슬리브(120)의 상부와 하부를 연통하도록 형성되는 바이패스 채널(126)를 구비하여, 유체 동압 베어링 조립체(100) 내부의 윤활 유체의 압력을 분산시켜 평형을 유지할 수 있도록 할 수 있으며, 상기 유체 동압 베어링 조립체(100) 내부에 존재하는 기포 등을 순환에 의해 배출되도록 이동시킬 수 있다.
상기 스러스트 플레이트(130)는 상기 슬리브(120)의 축방향 상부에 배치되며, 중앙에 샤프트(110)의 단면에 상응하는 홀을 구비하여, 이 홀에 상기 샤프트(110)가 삽입될 수 있다.
이때, 상기 스러스트 플레이트(130)는 별도로 제조되어 상기 샤프트(110)와 결합할 수도 있으나, 제조시부터 상기 샤프트(110)와 일체로 형성될 수도 있으며, 상기 샤프트(110)의 회전 운동시 상기 샤프트(110)를 따라 회전 운동하게 된다.
또한, 상기 스러스트 플레이트(130)의 상면에는 상기 샤프트(110)에 스러스트 동압을 제공하는 스러스트 동압홈이 형성될 수 있다.
상기 스러스트 동압홈은 상기 언급한 바와 같이 상기 스러스트 플레이트(130)의 상면에 형성되는 것에 한정하지 않으며, 상기 스러스트 플레이트(130)의 상면에 대응되는 후술할 실링캡(140)의 내주면에도 형성될 수 있다.
실링캡(140)은 상기 스러스트 플레이트(130) 상측에서 압입되어 상기 스러스트 플레이트(130) 사이에서 윤활 유체가 실링되도록 하는 부재이며, 후술할 베이스(230)의 외주면이 끼워져 지지될 수 있다.
상기 실링캡(140)은 윤활 유체가 실링되도록 하기 위해 하면에 돌출부가 형성될 수 있으며, 이는 모터 구동시 윤활 유체가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위해 모세관 현상을 이용한 것이다.
상기 실링캡(140)은 상기 슬리브(120)의 축방향 상측에 안착되도록 베이스(230)와 접하는 내주면의 직경(B)이 상기 스러스트 플레이트(130)의 외주면과 접하는 내주면의 직경(A)보다 클 수 있다.
이는 상기 실링캡(140)의 외주면과 상기 베이스(230)의 외주면을 평행하게 일치시키기 위한 것으로, 결과적으로 코일(220)이 권선되는 코어(210)를 상기 실링캡(140)의 외주면과 상기 베이스(230)의 외주면에 안정적으로 압입하기 위함이다.
따라서, 상기 실링캡(140)의 형상에 대응하여 상기 베이스(230)의 형상도 직경의 차이가 있는 외주면을 구비하게 된다.
여기서, 상기 실링캡(140)이 상기 베이스(230)의 외주면에 압입됨으로써 실질적으로 상기 슬리브(120)의 직경을 줄일 수 있는 결과가 된다.
이는 상대적으로 상기 베이스(230)에 압입되는 코어(210)의 내경을 줄이게 되고, 자연스럽게 코일(220)이 권선되는 코어(210) 티스 길이를 증가시키게 된다.
따라서, 코어(210)에 감기는 코일(220)의 감긴 횟수를 증가시키게 되어 상기 유체 동압 베어링 조립체(100)의 성능 및 동적 안정성을 향상시킬 수 있다.
베이스(230)는 상기 슬리브(120)의 외주면에 압입되어 고정되고, 상기 코일(220)이 권선되는 코어(210)가 삽입될 수 있으며, 상기 베이스(230)의 내면 혹은 상기 슬리브(120)의 외면에 접착제를 도포하여 조립될 수 있다.
상기 베이스(230)의 외주면은 외경방향으로 직경이 커지는 2단의 단차를 구비하며, 단차가 형성된 부분에 각각 상기 실링캡(140)과 코어(210)가 압입된다.
제1 단차부(232)는 상기 실링캡(140)의 외주면과 상기 코어(210)가 접하는 베이스(230)의 외주면을 평행하게 일치시킬 수 있으며, 상기 실링캡(140)을 상기 베이스(230)에 안정적으로 고정시킬 수 있다.
또한, 제2 단차부(234)는 상기 코어(210)를 고정 지지할 수 있으며, 상기 코어(210)를 안정적으로 고정지지할 수 있을 정도이면 외경방향으로 돌출되는 길이는 제한이 없다.
결과적으로, 상기 베이스(230)의 외주면의 직경을 차이가 나게 하여 상기 실링캡(140)이 압입되므로, 상기 실링캡(140)이 상기 슬리브(120)에 압입되는 경우보다 상기 슬리브(120)의 직경을 줄일 수 있으며, 결국 코어(210)의 티스의 길이는 증가할 수 있는 것이다.
베이스 커버(150)는 상기 슬리브(120)의 축방향 하부에 간극을 유지한 상태로 상기 슬리브와 결합하며, 상기 슬리브(120)의 외경보다 큰 외경을 구비할 수 있다.
상기 슬리브(120)와 상기 베이스 커버(150) 사이의 간극에는 윤활 유체를 수용하여 그 자체로서 상기 샤프트(110)의 하면을 지지하는 베어링으로서의 기능을 수행할 수 있다.
이상의 실시예를 통해, 상기 실링캡(140)이 상기 베이스(230)의 외주면에 압입됨으로써 상기 실링캡(140)이 상기 슬리브(120)에 압입되는 경우보다 실질적으로 상기 슬리브(120)의 직경을 줄일 수 있다.
따라서, 상기 베이스(230)에 압입되는 코어(210)의 내경을 줄여 코어(210) 티스 길이를 증가시키게 되고, 결국 코어(210)에 감기는 코일(220)의 감긴 횟수를 증가시킬 수 있으므로 상기 유체 동압 베어링 조립체(100)의 성능 및 동적 안정성을 확보할 수 있게 된다.
100: 유체 동압 베어링 조립체 110: 샤프트
120: 슬리브 130: 스러스트 플레이트
140: 실링캡 200: 스테이터
210: 코어 220: 코일
230: 베이스 300: 로터
400: 모터 장치

Claims (8)

  1. 샤프트의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트를 지지하는 슬리브;
    상기 슬리브의 축방향 상측에 돌출된 상기 샤프트에 압입되는 스러스트 플레이트;
    상기 슬리브의 외주면에 압입되어 고정되고 코일이 권선되는 코어가 삽입되는 베이스; 및
    상기 스러스트 플레이트 상측에서 압입되어 상기 스러스트 플레이트 사이에서 윤활 유체가 실링되도록 하며, 상기 베이스의 외주면이 끼워져 지지되는 실링캡;을 포함하는 유체 동압 베어링 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실링캡은 상기 슬리브의 축방향 상측에 안착되도록 상기 베이스와 접하는 내주면의 직경이 상기 스러스트 플레이트의 외주면과 접하는 내주면의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실링캡의 외주면은 상기 코어의 내주면과 접하는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브의 축방향 하부에 간극을 유지한 상태로 상기 슬리브와 결합하며, 상기 슬리브의 외경보다 큰 외경을 구비하는 베이스 커버;를 더 포함하는 유체 동압 베어링 조립체.
  5. 샤프트를 지지하는 슬리브의 외주면에 압입되어 고정되고 코일이 권선되는 코어가 삽입되는 베이스, 상기 슬리브의 축방향 상측에 돌출된 상기 샤프트에 압입되는 스러스트 플레이트, 상기 스러스트 플레이트 상측에서 압입되고 상기 베이스의 외주면이 끼워져 지지되는 실링캡을 포함하는 유체 동압 베어링 조립체; 및
    상기 샤프트의 상단에 압입되고 상기 베이스에 대해 회전 가능하며, 상기 코일과 대면하는 마그네트가 일면에 장착되는 로터;를 포함하는 모터 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 실링캡은 상기 슬리브의 축방향 상측에 안착되도록 상기 베이스와 접하는 내주면의 직경이 상기 스러스트 플레이트의 외주면과 접하는 내주면의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 모터 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 실링캡의 외주면은 상기 코어의 내주면과 접하는 것을 특징으로 하는 모터 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 슬리브의 축방향 하부에 간극을 유지한 상태로 상기 슬리브와 결합하며, 상기 슬리브의 외경보다 큰 외경을 구비하는 베이스 커버;를 더 포함하는 모터 장치.
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JP2005304290A (ja) 2004-04-08 2005-10-27 Minebea Co Ltd 流体動圧軸受を備えるスピンドルモータ
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JP2010144858A (ja) 2008-12-19 2010-07-01 Panasonic Corp 流体軸受装置、およびそれを用いたスピンドルモータ、情報記録再生装置

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