KR20060079934A

KR20060079934A - 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터

Info

Publication number: KR20060079934A
Application number: KR1020050000347A
Authority: KR
Inventors: 장호경; 임태형
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2005-01-04
Filing date: 2005-01-04
Publication date: 2006-07-07
Also published as: JP2006189146A; US20060147134A1; KR100638667B1; CN100514796C; US7293917B2; CN1801581A

Abstract

유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터가 제공된다.

본 발명의 스핀들 모터는 회전 구동력을 발생시키도록 전원인가시 전자기력을 형성하는 권선코일을 포함하는 스테이터 ; 상기 스테이터에 대해 회전 가능하도록 상기 권선코일과 대면하는 마그네트를 포함하는 로터 ; 상기 로터와 일정크기의 간격을 두고 대면하는 상부 플레이트를 갖추어 상기 스테이터에 고정되는 슬리브를 포함하고, 상기 로터와 대응하는 상부 플레이트와 상기 로터중 어느 일측에 적어도 하나의 동압 발생용 스러스트 동압홈을 구비하는 동압발생부를 포함하며, 상기 스러스트 동압홈에 형성되는 중립반경이 외측으로 치우치도록 상기 중립반경으로부터 상기 스러스트 동압홈의 최내주까지의 내측폭은 상기 중립반경으로부터 상기 스러스트 동압홈의 최외주까지의 외측폭보다 넓게 구비하는 것이다.

본 발명의 스핀들 모터는 동압홈에 공급된 유체를 순환시켜 유체와 모터의 사용수명을 연장할 수 있고, 회전체의 무게중심과 동압중심간의 상하편차를 줄여 모터의 진동발생을 최소화하고, 구동특성을 향상시킬 수 있다.

스핀들 모터, 유체동압 베어링, 면압, 면접촉, 상,하부테이퍼부, 그루브

Description

유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터{A SPINDLE MOTOR HAVING A HYDRODYNAMIC PRERSSURE BEARING}

도 1은 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 1실시예를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 1실시예에 구비되는 슬리브를 도시한 것으로써,

a)는 평면도,

b)는 정면도,

c)는 저면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 1실시예에 구비되는 스러스트 동압홈의 부분상세도이다.

도 4는 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 2실시예를 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 3실시예를 도시한 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 3실시예에 구비 되는 헤링본상 슬리브를 도시한 것으로써,

a)는 평면도,

b)는 정면도,

c)는 저면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 3실시예에 구비되는 스파이럴상 슬리브를 도시한 것으로써,

a)는 평면도,

b)는 정면도,

c)는 저면도이다.

도 8는 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 4실시예를 도시한 단면도이다.

도 9는 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 5실시예를 도시한 단면도이다.

도 10은 종래의 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터를 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100,100a,100b,100c,110d : 스핀들 모터

110 : 스테이터 112 : 권선코일

116 : 베이 118 : 하우징

120 : 로터 122 : 마그네트

123 : 스커트부 124 : 허브

125 : 샤프트 126 : 스토퍼링

130 : 동압발생부 131 : 상부플레이트

132 : 슬리브 140 : 오일저유뷰

145 : 테이퍼면 G1,G2 : 스러스트 동압홈

H1 : 수직홈 H2 : 유체순환부

본 발명은 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터에 관한 것으로, 보다 상세히는 동압홈에 공급된 유체를 순환시켜 유체와 모터의 사용수명을 연장할 수 있고, 회전체의 무게중심과 동압중심간의 상하편차를 줄여 모터의 진동발생을 최소화하고, 구동특성을 향상시킬 수 있는 스핀들 모터에 관한 것이다.

일반적으로 볼베어링이 채용된 모터는 샤프트와 마찰이 존재하고, 이로 인하여 소음과 진동이 발생한다. 이때, 발생되는 진동을 NRRO(Non Repeatable Run Out)이라고 하며, 이는 하드디스크의 트랙밀도를 높이는데 장애요인으로 작용한다.

반면에, 원심력에 의한 윤활유의 가동압만으로 샤프트의 축강성을 유지시키는 유체동압 베어링이 구비되는 스핀들 모터는 윈심력을 기반으로 하기 때문에 금속마찰이 없고 고속회전일수록 안정감이 상승하여 소음과 진동의 발생이 적으며, 회전물의 고속회전이 볼베어링을 갖는 모터보다 순조롭기 때문에, 하이엔드용 광디스크장치, 자기 디스크장치 및 하드 디스크장치에 주로 적용된다.

이러한 특징을 갖는 스핀들 모터에 구비되는 유체동압 베어링은 회전중심인 샤프트와, 상기 샤프트에 조립되어 습동면을 형성하는 금속제 슬리브로 구성되며, 이들 중 어느 한쪽면에 헤링본(herringbone) 또는 스파이럴(spiral)상의 동압발생용 홈(groove)을 구비한다.

그리고, 상기 샤프트와 슬리브사이의 습동면에 미세하게 형성되는 간극에 윤활용 오일인 유체를 채움으로써, 습동면의 홈에서 발생되는 유체동압에 의해서 마찰부재가 서로 비접촉상태가 되도록 하여 회전구동시 마찰부하를 저감시키고, 회전부재인 로터를 지지하는 구조의 베어링부재이다.

상기한 구성을 갖는 유체동압 베어링을 스핀들 모터에 적용하게 되면, 유체를 이용하여 로터의 회전을 지지하기 때문에 모터에서 발생되는 소음량이 적고, 소비전력도 적게 소요됨과 동시에 내충격성이 우수하다.

도 10은 종래의 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터를 도시한 단면도로써, 도시한 바와 같이, 종래의 스핀들 모터(1)는 스테이터(10)와 로터(20)로 구성되는 바, 상기 스테이터(10)는 금속제의 원통형 슬리브(32)가 중앙에 배치되는 베이스(12)와, 상기 베이스(12)의 상부에 배치되는 적어도 하나 이상의 권선코일(16)이 방사방향으로 연장된 폴(pole)에 감기는 코어(14)로 구성된다.

상기 스테이터(10)에 대하여 회전가능하게 구비되는 로터(20)는 컵상의 허브(24)를 포함하고, 상기 허브(24)는 회전중심인 샤프트(34)의 상단이 조립되는 보스 부(21)와, 상기 권선코일(16)과 마주하여 대응하도록 마그네트(23)가 장착되는 스커트부(22)로 구성되며, 상기 샤프트(34)의 하부 대부분은 슬리브(32)와 조립된다.

이러한 슬리브(32)는 상기 베이스(12)의 상부면 중앙에 관통형성된 장착공(12a)에 삽입되어 위치 고정되는 회전 지지부재이며, 상기 샤프트(34)와 조립되는 대,소내경부(32a)(32b)를 몸체 중앙에 형성하고, 상기 샤프트(34)는 상기 슬리브(32)의 대,소내경부(32a)(32b)에 대응 삽입되도록 서로 다른 외경크기를 갖는 대,소외경부(34a)(34b)를 구비한다.

그리고, 상기 슬리브(32)의 상단에는 상기 샤프트(34)의 외부이탈을 방지하기 위해서 이를 하방으로 눌러 고정하도록 환고리형의 스토퍼링(35)을 장착하며, 상기 슬리브(32), 스토퍼링(35)과 접하는 샤프트(34)의 대,소외경부(34a)(34b)에 동압발생홈(G1)(G2)(G3)을 각각 형성하고, 이를 경계로 하여 미세한 간극인 습동면이 형성된다.

이에 따라, 상기 슬리브(32)의 내경과 상기 샤프트(34)의 외경사이의 습동면에 윤활용 오일인 유체가 주입되면, 상기 스토퍼링(35)의 하부면과 상기 샤프트(34)의 대외경부(34a)의 상부면사이에는 상대 회전에 따라 동압이 발생되는 상부스러스트 동압부가 형성되고, 상기 대외경부(34a)의 하부면과 상기 슬리브(32)의 대내경부(32a)바닥면사이에도 상대회전에 따라 동압이 발생되는 하부스러스트 동압부가 형성된다.

또한, 상기 슬리브(32)의 소내경부(32b)의 내주면과 상기 샤프트(34)의 소외경부(34b)의 외주면사이에는 상대회전에 따라 동압이 발생되는 래디얼 동압부가 형 성된다.

그러나, 이러한 구조를 갖는 종래의 스핀들 모터(1)의 모터구동시 상기 샤프트(34)와 로터(20)를 포함하는 회전체의 무게중심(C1)은 상기 허브(24)의 몸체중앙에 형성된 연결공(24a)으로 삽입되는 샤프트(34)의 상단부근에 형성되는 반면에, 상기 샤프트(34)의 소외경부(34b)와 상기 슬리브(32)의 소내경부(32b)사이에 형성되는 래디얼 동압부의 래디얼 동압중심(C2)은 상기 소외경부(34b)의 길이중앙에 해당하는 상기 샤프트(34)의 하부에 형성된다.

이에 따라, 상기 샤프트(34)를 기준으로 하여 상기 로터(20)의 무게중심(C1)이 형성되는 위치는 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 래디얼 동압부의 래디얼 동압중심(C2)이 샤프트(34)에 형성되는 위치에 대하여 상대적으로 멀리 떨어져 위치되기 때문에, 무게중심(C1)과 래디얼 동압중심(C2)사이에는 상하편차(T)가 형성된다.

이러한 상태에서, 상기 모터(1)가 작동되어 상기 로터(20)가 일방향 회전되면, 상기 로터(20)와 샤프트(34)를 포함하는 회전체는 상하편차(T)에 의해서 편심지게 되고, 이로 인하여 모터의 진동특성을 악화시키게 되며, 상기 무게중심(C1)과 래디얼 동압중심(C1)간의 상하편차(T)가 크면 클수록 진동이 발생되는 비율이 상승되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 스토퍼링(35)의 내주면에 테이퍼면(35a)을 형성하여 상기 테이퍼면(35a)과 상기 샤프트(34)의 외경부사이에 일정량의 오일이 저장될 수 있는 오일 저유부를 형성하였으나, 상기 오일저유부의 위치가 높고, 상기 오일저유부와 외부가 연결되는 통로가 짧기 때문에, 모터구동시 상기 오일저유부로부터 배출되는 오일이 상기 허브(24)와 스테이터(10)사이의 통로를 통해 외부로 용이하게 누출되었다.

이에 따라, 외부로 누출되는 오일에 의해서 상기 스테이터(10)가 오염되고, 상기 로터(20)와 더불어 회전되는 회전대상물인 미디어도 오염되는 치명적인 문제점이 있었다.

그리고, 상기 로터(20)의 허브(24)에 상단이 일체로 조립되는 샤프트(34)는 하부단이 상기 슬리브(32)의 내경부 바닥면까지 연장되고, 대외경부(34a)가 외주방향으로 연장된 형상을 갖추어 상기 허브(24)와 더불어 회전되는 회전체이기 때문에, 상기 로터(20)의 총무게를 증가시켜 모터구동시 관성을 증가시키고, 이로 인하여 모터의 속도를 정밀하게 제어하기 곤란하고, 내충격성이 약화되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 샤프트(34)의 대외경부(34a)에는 상기 스톱링(35)과의 경계면에 상부스러스트동압부를 형성하고, 상기 슬리브(32)와의 경계면에 하부 스러스트동압부를 형성하기 위해서 스러스트동압발생용 동압홈(G1)(G2)을 구비하고, 상기 샤프트(34)의 소경부(34b)에는 상기 슬리브(32)의 소내경부(32b)와의 경계면에 래디얼동압부를 형성하기 위해서 래디얼동압발생용 동압홈(G3)을 구비해야만 한다.

그러나, 상기 동압홈(G1)(G2)(G3)은 ㎛ 단위의 미세한 크기로 상기 샤프트 (34)에 정밀하게 가공해야만 하기 때문에, 가공비용이 과다하게 소요되어 모터의 제조비용을 상승시키게 된다.

이와 더불어, 상기 샤프트(34)는 상기 래디얼동압부를 형성하기 위한 동압홈(G3)을 구비할 수 있도록 모터설계시 그 형성길이를 항상 고려해아만 하기 때문에, 모터의 높이를 줄여 박형화하는데 한계가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로써, 그 목적은 동압홈에 공급된 유체를 순환시켜 유체와 모터의 사용수명을 연장할 수 있는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 또다른 목적은, 회전체의 무게중심과 동압중심간의 상하편차를 줄여 모터의 진동발생을 최소화하고, 구동특성을 향상시킬 수 있는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 또다른 목적은, 회전체의 총무게를 줄여 모터구동시 관성을 감소시켜 모터의 속도제어를 정밀하게 수행할 수 있는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 또다른 목적은 허브와 스토퍼링간의 결합면적을 증대시켜 축강성및 내충격성을 향상시킬 수 있는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 또다른 목적은 오일이 외부로 유출되는 경로를 복잡하게 구성하여 스테이터와 미디어가 오염되는 것을 방지할 수 있는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 또다른 목적은, 동압홈을 형성하는 가공비용을 줄여 모터의 제조원가를 절감할 수 있는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 또다른 목적은, 모터의 전체높이를 줄여 모터의 박형화 설계를 도모할 수 있는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로써, 본 발명은,

회전 구동력을 발생시키도록 전원인가시 전자기력을 형성하는 권선코일을 포함하는 스테이터 ;

상기 스테이터에 대해 회전 가능하도록 상기 권선코일과 대면하는 마그네트를 포함하는 로터 ;

상기 로터와 일정크기의 간격을 두고 대면하는 상부 플레이트를 갖추어 상기 스테이터에 고정되는 슬리브를 포함하고, 상기 로터와 대응하는 상부 플레이트와 상기 로터중 어느 일측에 적어도 하나의 동압 발생용 스러스트 동압홈을 구비하는 동압발생부를 포함하며,

상기 스러스트 동압홈에 형성되는 중립반경이 외측으로 치우치도록 상기 중립반경으로부터 상기 스러스트 동압홈의 최내주까지의 내측폭은 상기 중립반경으로부터 상기 스러스트 동압홈의 최외주까지의 외측폭보다 넓게 구비하고 상기 내측폭 에서의 동압을 상기 외측폭에서의 동압보다 높게 하여 상기 스러스트 동압홈으로 공급된 유체를 외경측으로 유도하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터를 제공한다.

바람직하게는 상기 스테이터는 상기 권선코일이 감기는 코어와, 상기 슬리브가 수직배치되는 장착공을 갖는 베이스를 포함하며, 상기 장착공에는 상기 슬리브의 하부단과 조립되는 하우징을 구비한다.

바람직하게는 상기 로터는 상기 마그네트가 구비되고 상기 상부 플레이트의 상면과 대응하는 허브와, 상기 허브의 내부면에 장착되어 상기 상부 플레이트의 하면과 대응하는 스토퍼링을 포함한다.

보다 바람직하게는 상기 허브는 상기 마그네트가 장착되는 스커트부와, 상기 슬리브의 축공에 배치되도록 하부로 일정길이 연장되는 샤프트를 포함한다.

보다 바람직하게는 상기 허브는 상기 마그네트가 장착되는 스커트부와, 상기 슬리브의 상단에 돌출형성된 돌출부가 조립되도록 관통형성된 지지부를 포함한다.

바람직하게는 상기 스러스트 동압홈은 상기 상부 플레이트의 상부면 또는 하부면중 어느 일측에 구비된다.

바람직하게는 상기 스러스트 동압홈은 상기 상부 플레이트의 상,하부면에 각각 구비된다.

바람직하게는 상기 스러스트 동압홈은 상기 상부 플레이트와 대응하는 상기 로터의 허브 저면 또는 상기 로터의 스토퍼링 상면중 어느 일측에 구비된다.

바람직하게는 상기 스러스트 동압홈은 상기 상부 플레이트와 대응하는 상기 로터의 허브 저면 그리고 상기 로터의 스토퍼링 상면에 구비된다.

바람직하게는 상기 스러스트 동압홈은 스파이럴상 또는 헤링본상 중 어느 하나로 구비된다.

바람직하게는 상기 상부 플레이트의 외주면에는 적어도 하나의 수직홈을 구비하며, 상기 수직홈은 상기 스러스트 동압홈의 외측단과 대응하는 상부 플레이트의 외주면에 구비되는 것이 보다 바람직하다.

바람직하게는 상기 상부 플레이트에는 상면으로부터 하면까지 관통되는 적어도 하나의 유체순환부를 구비하며, 상기 유체순환부는 상기 스러스트 동압홈의 내측폭 또는 그 근방에 구비되는 것이 보다 바람직하며, 상기 유체순환부의 상단과 대응하는 상부측 스러스트 동압홈의 내측폭은 상기 유체순환부의 하단과 대응하는 하부측 스러트 동압홈의 내측폭보다 좁게 형성되는 것이 보다 바람직하다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 1실시예를 도시한 단면도이고, 도 2(a)(b)(c)는 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 1실시예에 구비되는 슬리브의 평면도, 정면도및 저면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 1실시예에 구비되는 스러스트 동압홈의 부분상세도이다.

본 발명의 스핀들 모터(100)는 도 1 내지 3에 도시한 바와같이, 동압중심을 회전체의 무게중심과 대략적으로 일치시켜 동압중심과 무게중심간의 상하편차를 최소화할 수 있는 것으로, 이는 스테이터(110), 로터(120), 동압발생부(130)를 포함한다.

즉, 상기 스테이터(110)는 전원인가시 일정크기의 전기기력을 발생시키는 권선코일(112)을 구비하고, 상기 권선코일(112)이 적어도 하나 감기는 폴(pole)을 중심으로부터 방사방향으로 복수개 연장한 코어(114)를 구비하는 고정구조물이다.

상기 코어(114)는 패턴회로가 인쇄된 기판(미도시)이 구비되는 베이스(116)의 상부에 고정배치되며, 상기 베이스(116)의 상부면에는 일정크기로 관통형성된 장착공(117)을 구비하며, 상기 장착공(117)에는 상기 로터(120)의 회전을 지지하는 회전지지부재가 구비되는 것이다.

상기 권선코일(112)과 대응하는 베이스(116)의 상부면에는 상기 권선코일(112)을 하부로 노출시키도록 일정크기의 코일공이 복수개 관통형성될 수 있다.

상기 스테이터(110)의 상부는 하면에 절연재(미도시)가 일체로 장착된 커버부재에 의해서 덮어지며, 상기 권선코일(112)은 외부전원이 공급되도록 플렉시블 기판과 전기적으로 연결된다.

또한, 상기 로터(120)는 상기 스테이터(110)에 대하여 회전가능하게 구비되는 회전구조물이며, 상기 코어(114)와 일정간격을 두고 서로 대응하는 환고리형의 마그네트(122)를 외주면에 구비하는 컵상의 허브(124)를 갖추며, 상기 마그네트(124)는 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정세기의 자기력을 발생시키는 영구자석으로 구비된다.

모터구동시 상기 마그네트(124)와 더불어 회전되는 허브(124)는 상기 마그네트(124)가 장착되는 스커트부(123)와, 상기 허브(124)의 저면으로부터 하부로 일정길이 연장되어 상기 허브(124)의 회전중심과 일치하는 수직축상에 배치되는 샤프트(125)를 일체로 구비하며, 상기 샤프트(126)는 후술하는 슬리브(132)의 축공(135)에 삽입배치된다.

이때, 상기 샤프트(126)의 외주면과 상기 축공(135)의 내주면사이는 모터구동시 이들사이의 경계면에 접촉마찰력이 발생되지 않도록 일정간격을 두고 이격되는 것이 바람직하다.

상기 허브(124)를 구성하는 스커트부(123)의 내부면에는 상기 스테이터(110)에 장착되는 고정부재인 슬리브(132)의 상부 플레이트(131)의 저면에 상면이 접하는 스토퍼링(126)을 장착한다. 이에 따라, 상기 허브(124)는 상기 스토퍼링(126)과 슬리브(132)간의 걸림력에 의해서 외부이탈이 방지되는 것이다.

그리고,상기 허브(124)의 상부면 회전중심에는 턴테이블과 같은 회전대상물(미도시)이 일체로 연결되어 모터구동시 상기 회전대상물은 상기 허브(124)와 더불어 일방향 회전되며, 이러한 회전대상물은 스핀들 모터가 적용되는 기기에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 모터구동시 회전체와 고정체사이의 경계면에 유체동압을 발생시키는 동압발생부(130)는 상기 스테이터(110)에 수직하게 장착되는 슬리브(132)를 포함하고, 상기 슬리브(132)는 상기 스테이터(110)에 하단이 고정되는 몸체의 상단에 몸체외경보다 큰 외경을 갖는 상부 플레이트(131)를 일체로 구비하며, 몸체상부면에는 상기 허브(124)의 샤프트(125)가 삽입배치되는 축공(135)이 일정깊이로 함몰형성된다.

상기 슬리브(132)는 도 1에 도시한 바와같이, 상기 스테이터(110)의 장착공(117)에 조립되는 중공원통형 하우징(118)으로 작은 외경을 갖는 몸체하부단을 압입하여 조립될 수도 있다.

또한, 상기 슬리브(132)는 도 4에 도시한 바와같이, 상기 슬리브(132)는 몸체하부단의 외경크기에 맞추어 상기 베이스(116)에 일정크기로 관통형성된 장착공(117a)에 직접 압입되어 조립되는 또다른 형태의 스핀들 모터(100a)를 구성할 수도 있다.

이러한 경우, 상기 스핀들 모터(100a)는 조립부품수가 감소되어 모터조립라인에서의 조립공정을 단순화하고, 모터의 제조원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

여기서, 상기 장착공(117)은 상기 하우징(118)의 외경이나 상기 슬리브의 몸체외경에 맞추어 관통형성되며, 그 내주면은 이에 압입되는 조립부재와의 결합력을 높일 수 있도록 상부로 일정높이 연장되는 것이 바람직하다.

상기 하우징(118)은 상기 장착공(117)의 내주면에 본딩접착식, 열간압입식으로 조립되지만 이에 한정되는 것은 아니며 다양하게 구성될 수 있다.

상기 슬리브(132)는 상기 로터(120)와 일정크기의 간격을 두고 서로 대응하여 이들 사이에 습동면을 형성하는 회전지지부재이며, 상기 로터(120)의 허브(124), 스토퍼링(25)과 이에 대응하는 슬리브(132)의 상부 플레이트(131)에는 이들중 어느 일측에 적어도 하나의 동압발생용 스러스트 동압홈(G1)(G2)을 구비한다.

상기 스러스트 동압홈(G1)(G2)은 도 1과 2에 도시한 바와같이, 상기 로터(120)와 대응하는 상기 상부 플레이트(131)의 상,하부면에 각각 구비되어 모터구동시 상,하부 스러스트동압을 동시에 발생시킬 수 도 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 상부 플레이트(131)의 상부면 또는 하부면중 어느 일측에 선택적으로 구비되어 상,하부 스러트동압을 선택적으로 발생시킬 수 있는 것이다.

또한, 상기 스러스트 동압홈(G1)(G2)은 도 1과 2에 도시한 바와같이, 상기 상부 플레이트(131)의 상,하부면에 구비될 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 상부 플레이트(131)의 상,하부면과 대응하는 상기 허브(124) 저면 그리고 상기 스토퍼링(125)의 상면에 각각 형성되어 모터구동시 상,하부 스러스트동압을 동시에 발생시키거나, 상기 허브(124)의 저면 또는 상기 스토퍼링(125)의 상면중 어느 일측에 선택적으로 구비되어 상,하부 스러스트동압을 선택적으로 발생시킬 수 있는 것이다.

이러한 스러스트 동압홈(G1)(G2)은 절삭, 코이닝(coining), 에칭(etching) 및 레이저가공법중 어느 하나의 방법으로 상기 상부 플레이트(131)의 상,하부면 또는 상기 로터(120)의 허브(124) 저면 또는 스토퍼링(125)의 상면에 모터설계에 따라 헤링본(herringbone) 또는 스파이럴(spiral)상으로 각각 선택적으로 구비된다.

이때, 상,하부 스러트동압을 동시에 발생시키는 동압홈(G1)(G2)은 서로 동일한 형태로 구비될 수 있으나, 서로 형태로 복합적으로 구비되어도 동일한 동압베어링효과를 얻을 수 있다.

오일이나 공기와 같은 유체는 상기 로터(120)와 상기 슬리브(132)사이에 형성되는 간극으로 공급되어 상기 스러스트 동압홈(G1)(G2)에 채워지게 되며, 모터구동시 상기 동압발생부(130)에 형성된 스러스트 동압홈(G1)(G2))에 채워진 유체는 강한 압력을 받아 유체막을 형성하고, 이로 인하여 상기 슬리브(132)와 로터(120)사이의 습동면은 마찰부하를 최소화시키는 유체 마찰상태가 되어 소음 및 진동이 없는 모터회전구동이 이루어지는 것이다.

이러한 스러스트 동압홈(G1)(G2)은 도 3에 도시한 바와같이 모터구동시 발생되는 동압이 평형을 이루는 가상의 중립반경(NL)을 기준으로 하여 내측과 외측에 각각 내측폭(A)과 외측폭(B)을 구비한다.

여기서, 상기 내측폭(A)은 상기 중립반경(NL)으로부터 최내주(Ri)까지 측정되는 최단거리이며, 상기 외측폭(B)은 상기 중립반경(NL)으로부터 최외주(Ro)까지 측정되는 최단거리이다.

그리고, 상기 내측폭(A)의 크기는 모터구동시 상기 내측폭(A)에서 발생되는 스러스트 동압을 상기 외측폭(B)에서 발생되는 스러스트 동압보다 높게 할 수 있도록 상기 외측폭(B)보다 넓게 구비한다. 이러한 경우 상기 스러스트 동압홈(G1)(G2)으로 공급된 유체는 모터구동시 폭크기의 차이에 의해서 동압이 높게 발생되는 내측폭(A)으로부터 동압이 낮은 외측폭(B)측으로 자연스럽게 유도되고, 외측으로 유 도된 유체는 상기 상부 플레이트(131)의 외경부인 래디얼측으로 이동되는 것이다.

한편, 상기 스토퍼링(126)과 슬리브(132)사이에는 도 1과 4에 도시한 바와같이, 일정량의 오일을 저장할 수 있도록 오일저유부(140)를 구성하는 바, 상기 오일저유부(140)는 상기 슬리브(132)의 외주면과, 이에 대응하는 상기 스토퍼링(126)의 내주면에 하단으로 갈수록 외경이 서서히 작아지는 테이퍼면(145)사이에 구비되며, 이들사이에서 발생되는 모세관현상에 의하여 오일이 저장되는 환고리형의 오일 저장공간을 형성하게 되는 것이다.

도 5은 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 3실시예를 도시한 단면도이고, 도 6(a)(b)(c)은 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 3실시예에 구비되는 슬리브의 평면도, 정면도및 저면도로써, 도시한 바와같이 상기 스핀들 모터(100b)의 슬리브(132)에는 모터구동시 외경측으로 유도된 유체가 상기 상부 플레이트(131)의 외주면과 상기 허브(124)의 내주면사이로 공급되어 스러스트동압을 보조할 수 있는 래디얼동압을 발생시킬 수 있도록 상기 상부 플레이트(131)의 외주면에 적어도 하나의 수직홈(H1)을 구비한다.

이러한 수직홈(H1)은 상기 스러스트 동압홈(G1)(G2)을 통해 유체가 외경측으로 유도되는 것을 보다 원활하게 수행할 수 있도록 상기 스러스트 동압홈(G1)(G2) 외측단과 대응되는 상부 플레이트(131)의 외주면에 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스러스트 동압홈(G1)(G2)을 형성한 상부 플레이트(131)에는 상면 으로부터 하면까지 관통되는 적어도 하나의 유체순환부(H2)를 구비하고, 상기 유체순환부(H2)는 상기 스러스트 동압홈(G1)(G2)의 내측폭(A) 또는 그 근방에 구비되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 유체순환부(H2)의 상단과 대응하는 상부측 스러스트 동압홈(G1)의 내측폭(A)은 상기 유체순환부(H2)의 하단과 대응하는 하부측 스러트 동압홈(G2)의 내측폭보다 좁게 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 경우, 상기 상부측 스러스트 동압홈(G1)의 내측폭(A)에서 발생되는 스러스트 동압은 상기 하부측 스러트 동압홈(G2)의 내측폭에서 발생되는 스러스트 동압보다 낮기 때문에, 상기 유체순환부(H2)의 상,하단간의 압력차에 의해서 하부측 스러스트 동압홈(G2)에 공급된 유체중 일부는 하부측 스러스트 동압홈(G2)으로부터 상부측 스러스트 동압홈(G1)으로 자연스럽게 흐를 수 있는 것이다.

그리고, 상기 수직홈(H1)과 유체순환부(H2)는 도 6(a)(b)(c)에 도시한 바와같이 상부 플레이트(131)의 상,하부면에 구비되는 헤링본상의 스러스트 동압홈(G1)(G2)에 적용할 수도 있지만, 도 7(a)(b)(c)에 도시한 바와같이, 스파이럴상의 스러스트 동압홈(G1)(G2)에 적용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 8는 본 발명에 따른 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터의 제 4실시예를 도시한 단면도로써, 도시한 바와같이, 상기 스핀들 모터(100c)의 로터(120)에 채용되는 허브(124)는 상기 마그네트(122)가 장착되는 스커트부(123)와, 상기 슬리브(132)의 상단에 돌출형성된 돌출부(132a)가 삽입되어 조립되도록 일정크기로 관통 형성된 지지부(124a)를 구비한다.

상기 지지부(124a)는 중심이 상기 로터(120)의 회전중심과 동일한 수직축상에 배치되도록 상기 허브(124)의 상부면 중심에 일정크기로 관통형성되며, 상기 지지부(124a)의 내주면은 상기 돌출부(132a)의 외주면과의 접촉마찰을 최소화할 수 있도록 하부로 갈수록 내경이 서서히 커지는 테이퍼단면상으로 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 돌출부(132a)를 갖는 슬리브(132)는 도 8에 도시한 바와같이, 상기 스테이터(110)의 장착공(117)에 조립되는 중공원통형 하우징(118)으로 작은 외경을 갖는 몸체하부단을 압입하여 조립될 수도 있지만 도 9에 도시한 바와같이, 몸체하부단의 외경크기에 맞추어 상기 베이스(116)에 관통형성된 장착공(117a)에 몸체하부단이 직접 압입되어 조립되는 또다른 형태의 스핀들 모터(100d)를 구성할 수도 있다.

본 발명의 스핀들 모터(100)(100a)(100b)(100c)는 도 1,4,5,8및 9에 도시한 바와같이, 전원인가시 고정구조물인 스테이터(110)에 대하여 이에 조립된 회전구조물인 로터(120)를 동일한 원리로 회전구동시키는 것으로, 도 1의 제 1실시예를 기준으로 이하 설명한다.

즉, 상기 스테이터(110)의 권선코일(112)에 전원이 인가되면, 상기 권선코일(112)에는 일정세기의 전기장이 발생되고, 상기 권선코일(112)에서 발생되는 전기장은 상기 로터(120)의 마그네트(124)에서 발생되는 자기장간의 상호작용에 의해서 상기 로터(120)의 허브(124)가 슬리브(132)을 중심으로 일방향으로 회전되기 시작 한다.

상기 로터(120)가 일방향으로 회전되기 시작하면, 상기 로터(120)의 허브(124)의 저면과 대응하는 상부 플레이트(131)의 상부면과, 상기 로터(120)의 스토퍼링(126)의 상부면과 대응하는 상부 플레이트(131)의 하부면에는 윤활용 오일과 같은 유체가 공급된 스러스트 동압홈(G1)(G2)이 형성되어 있기 때문에, 고정부재인 슬리브(132)에 대하여 회전부재인 허브와 스토퍼링이 일방향으로 회전되면서 상기 스러스트 동압홈(G1)(G2)에 베어링역할을 하는 스러스트 동압부를 형성하여 모터구동을 원활하게 수행할 수 있는 것이다.

이때, 상기 상부 플레이트(131)와 로터(120)사이에 형성되는 스러스트 동압부(G1)(G2)의 동압중심은 회전체인 로터(120)의 무게중심과 대략적으로 일치되기 때문에 이들간의 상하편차를 최소화시키게 되고, 이로 인하여 모터구동시 발생되는 진동및 소음특성을 개선할 수 있는 것이다.

상기 스러스트 동압홈(G1)(G2)은 도 3에 도시한 바와같이 가상의 중립반경(NL)을 기준으로 하여 내측에 형성되는 내측폭(A)의 크기가 외측에 형성되는 외측폭(B)보다 넓게 구비되기 때문에, 모턱구동시 상기 내측폭(A)에서 발생되는 스러스트 동압은 상기 외측폭(B)에서 발생되는 스러스트 동압보다 높게 형성된다.

이러한 경우, 상기 스러스트 동압홈(G1)(G2)으로 공급된 유체중 일부는 상기 내,외측폭(A)(B)간의 압력차이에 의해서 압력이 낮은 외측폭(B)측으로 자연스럽게 유도되고, 외측으로 유도된 유체는 상기 상부 플레이트(131)의 외주면과 허브(124)의 내주면사이의 틈새로 공급되며, 이로 인하여 회전부재인 로터(120)의 허브와 고 정부재인 슬리브(132)의 상부 플레이트(131)에 별도의 래디얼동압홈을 형성하지 않고도 보조적인 래디얼동압을 유발시킬 수 있는 것이다.

이에 따라, 상기 슬리브(132)의 외주면에는 래디얼동압을 발생시키는 별도의 래디얼 동압홈을 형성하지 않고 스러스트 동압홈(G1)(G2)만으로도 상기 로터의 회전을 지지하는 충분한 유체동압을 발생시켜 상기 로터(120)의 회전구동을 안정적으로 유지할 수 있는 것이다.

이러한 경우, 상기 슬리브(132)에는 ㎛ 단위의 미세한 크기로 정밀하게 가공되는 다양한 형태의 동압홈중 스러스트 동압홈(G1)(G2)만을 가공하여도 안정된 모터구동을 보장할 수 있기 때문에, 모터의 가공비용을 절감하여 모터의 제조원가를 낮출수 있는 것이다.

연속하여, 상기 상부 플레이트(131)의 외주면에 적어도 하나의 수직홈(H1)을 형성하는 경우, 모터구동시 상부 스러스트동압부를 형성하는 상부측 스러스트 동압홈(G1)에 공급된 유체중 일부는 상기 스러트동압홈(G1)의 내측폭(A)과 외측폭(B)간의 동압차이에 의해서 상기 상부 플레이트(131)의 외경측으로 유도된 다음, 상기 수직홈(H1)을 통하여 자연스럽고 원활하게 상기 상부 플레이트(131)의 외주면과 상기 허브(124)의 내주면사이의 틈새로 공급될 수 있는 것이다.

그리고, 상기 상부 플레이트(131)의 상부면에 적어도 하나의 유체순환부(H2)를 형성하는 경우, 하부측 스러스트 동압홈(G2)에 공급된 유체중 일부는 상,하부측 스러스트 동압홈(G1)(G2)의 내측폭간의 폭크기차이에 의하여 유발되는 상기 유체순환부(H2)의 상,하단사이의 압력차에 의해서 상기 유체순환부(H2)를 통하여 상기 상 부측 스러스트 동압홈(G1)으로 자연스럽게 공급된다.

즉, 상기 상부 플레이트(131)의 상,하부측 스러스트 동압홈(G1)(G2)으로 공급된 유체는 내,외측폭(A)(B)간의 폭크기차이에 의한 내,외측간의 압력차이에 의해서 상기 상부 플레이트(131)의 외경측으로 흘러 상기 상부 플레이트(131)의 외주면과 허브(124)의 내주면사이의 틈새로 공급되어 래디얼동압을 유발시킨 다음, 하부측 스러스트 동압홈(G2)에 채워지는 경로를 거치게 된다.

이와 동시에, 상기 하부측 스러스트 동압홈(G2)에 채워지는 유체중 일부는 상기 스러스트 동압홈(G1)(G2)의 각 내측폭(A)간의 폭크기차이에 의한 유체순환부(H2)의 상,하단간의 압력차이에 의해서 상기 상부측 스러스트 동압홈(G1)으로 순환공급되는 경로를 거치게 된다.

이러한 경우, 상기 스러스트 동압홈(G1)(G2)으로 공급된 유체는 상부에서 하부로 그리고 하부에서 상부로의 유체흐름이 원활하게 이루어져 유체의 사용수명을 연장하고, 이로 인하여 모터의 사용수명도 연장할 수 있는 것이다.

또한, 상기 스토퍼링(126)과 상기 슬리브(132)사이에는 오일저유부(140)가 형성되어 있기 때문에, 상기 상부 플레이트(131)의 하부면과 스토퍼링(132)의 상부면사이로부터 유출되는 오일은 모세관현상에 의하여 상기 오일저유부(140)에 저장되어 외부로 유출되는 것을 방지한다.

상기 오일저유부(140)로부터 외부까지 이르는 경로는 도 1,5및 8에 도시한 바와같이, 상기 하우징(118), 스토퍼링(126)및 슬리브(132)간의 결합구조에 의해서 대략적인 'S'자형으로 굴곡되기 때문에 상기 오일저유부(140)로부터 유출된 오일이 굴곡진 경로를 거쳐 외부로 유출되는 것이 매우 곤란하고, 이로 인하여 스테이터나 미디어가 오염되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

한편, 이때, 상기 스러스트 동압홈(G1)(G2)에서 발생되는 기포는 오일순환시 상기 유체순환부(H2)를 통하여 상부로 이동되지 않고 대기압에 노출되는 상기 오일저유부(140)를 통하여 외부로 자연스럽게 배출된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 스테이터에 고정되는 슬리브의 상부 플레이트와 로터의 허브, 스토피링중 어느 일측에 스러스트 동압을 발생시키는 스러스트 동압홈을 구비함으로써, 모터구동시 슬리브와 로터사이에 발생되는 동압중심을 로터의 무게중심과 대략적으로 일치시키거나 이들간의 상하편차를 줄일 수 있기 때문에, 모터의 진동발생을 억제하여 진동 및 소음특성과 모터성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 스러스트 동압홈의 내,외측폭간의 크기차이에 의해 동압홈의 내,외측간에 압력차이가 발생되고, 상,하부측 내측폭간의 크기차이에 의해 상,하부측 스러스트 동압홈간에 압력차이가 발생되기 때문에, 스러트 동압홈에 공급된 유체를 정체시키지 않고 모터구동시 순환시켜 유체와 모터의 사용수명을 연장할 수 있다.

그리고, 본 발명은 슬리브에 회전지지되는 회전체의 총무게를 종래에 비하여 줄일 수 있기 때문에, 모터구동시 회전체의 관성을 감소시킬 수 있고, 이로 인 하여 모터의 속도제어를 정밀하게 수행할 수 있다.

또한, 본 발명은 허브와 스토퍼링간의 결합면적을 종래에 비하여 상대적으로 증대시킬 수 있기 때문에, 모터구동시 축강성을 향상시킬 수 있고, 외부충격에 충분히 견딜 수 있는 내충격성을 높여 모터의 제품신뢰도를 높일 수 있다.

그리고, 본 발명은 오일이 저장되는 오일저유부로터 모터외부로 연결되는 경로가 복잡하기 때문에, 오일저유부로부터 유출된 오일이 모터외부로 유출되는 것을 최대한 억제하여 스테이터와 미디어가 오염되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 슬리브의 상부 플레이트에 형성되는 스러스트 동압홈만으로도 래디얼 동압홈의 필요업이 회전체를 회전지지하기 위한 충분히 큰 동압을 얻을 수 있기 때문에, 래디얼 동압홈의 가공비용을 줄여 모터의 제조원가를 절감할 수 있다.

그리고, 본 발명은 래디얼 동압홈을 구비하기 위한 설계제약이 없어지기 때문에, 래디얼 동압홈을 갖는 종래의 모터에 비하여 모터의 전체높이를 줄여 모터를 보다 박형화할 수 있는 효과가 얻어진다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims

회전 구동력을 발생시키도록 전원인가시 전자기력을 형성하는 권선코일을 포함하는 스테이터 ;

상기 스테이터에 대해 회전 가능하도록 상기 권선코일과 대면하는 마그네트를 포함하는 로터 ;

상기 로터와 일정크기의 간격을 두고 대면하는 상부 플레이트를 갖추어 상기 스테이터에 고정되는 슬리브를 포함하고, 상기 로터와 대응하는 상부 플레이트와 상기 로터중 어느 일측에 적어도 하나의 동압 발생용 스러스트 동압홈을 구비하는 동압발생부를 포함하며,

상기 스러스트 동압홈에 형성되는 중립반경이 외측으로 치우치도록 상기 중립반경으로부터 상기 스러스트 동압홈의 최내주까지의 내측폭은 상기 중립반경으로부터 상기 스러스트 동압홈의 최외주까지의 외측폭보다 넓게 구비하고 상기 내측폭에서의 동압을 상기 외측폭에서의 동압보다 높게 하여 상기 스러스트 동압홈으로 공급된 유체를 외경측으로 유도하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 1항에 있어서,

상기 스테이터는 상기 권선코일이 감기는 코어와, 상기 슬리브가 수직배치되는 장착공을 갖는 베이스를 포함함을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀 들 모터.
제 2항에 있어서,

상기 장착공에는 상기 슬리브의 하부단과 조립되는 하우징을 구비함을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 1항에 있어서,

상기 로터는 상기 마그네트가 구비되고 상기 상부 플레이트의 상면과 대응하는 허브와, 상기 허브의 내부면에 장착되어 상기 상부 플레이트의 하면과 대응하는 스토퍼링을 포함함을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 4항에 있어서,

상기 허브는 상기 마그네트가 장착되는 스커트부와, 상기 슬리브의 축공에 배치되도록 하부로 일정길이 연장되는 샤프트를 포함함을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 4항에 있어서,

상기 허브는 상기 마그네트가 장착되는 스커트부와, 상기 슬리브의 상단에 돌출형성된 돌출부가 조립되도록 관통형성된 지지부를 포함함을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 1항에 있어서,

상기 스러스트 동압홈은 상기 상부 플레이트의 상부면 또는 하부면중 어느 일측에 구비됨을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 1항에 있어서,

상기 스러스트 동압홈은 상기 상부 플레이트의 상,하부면에 각각 구비됨을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 1항에 있어서,

상기 스러스트 동압홈은 상기 상부 플레이트와 대응하는 상기 로터의 허브 저면 또는 상기 로터의 스토퍼링 상면중 어느 일측에 구비됨을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 1항에 있어서,

상기 스러스트 동압홈은 상기 상부 플레이트와 대응하는 상기 로터의 허브 저면 그리고 상기 로터의 스토퍼링 상면에 구비됨을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 1항에 있어서,

상기 스러스트 동압홈은 스파이럴상 또는 헤링본상 중 어느 하나로 구비됨을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 1항에 있어서,

상기 상부 플레이트의 외주면에는 적어도 하나의 수직홈을 구비함을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 12항에 있어서,

상기 수직홈은 상기 스러스트 동압홈의 외측단과 대응하는 상부 플레이트의 외주면에 구비됨을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 1항에 있어서,

상기 상부 플레이트에는 상면으로부터 하면까지 관통되는 적어도 하나의 유체순환부를 구비함을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 14항에 있어서,

상기 유체 순환부는 상기 스러스트 동압홈의 내측폭 또는 그 근방에 구비됨을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.
제 14항에 있어서,

상기 유체 순환부의 상단과 대응하는 상부측 스러스트 동압홈의 내측폭은 상기 유체 순환부의 하단과 대응하는 하부측 스러트 동압홈의 내측폭보다 좁게 형성됨을 특징으로 하는 유체동압 베어링을 갖는 스핀들 모터.