JP2007511194A

JP2007511194A - 流体動圧軸受モータ

Info

Publication number: JP2007511194A
Application number: JP2006537889A
Authority: JP
Inventors: キム，サン−ウク
Original assignee: ジーアンドダブリューテクノロジーズ，インク．
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2007-04-26
Also published as: KR100453331B1; US20050094909A1; US7125170B2; WO2005046027A1; KR20030090561A

Abstract

流体動圧軸受の荷重支持力を向上させ、オイルの漏れを効果的に防止するように、その構造が改良された流体動圧軸受モータを提供する。これは、回転子と固定子との間にオイルギャップを形成することで、流体動圧軸受を形成して回転子を回転自在に支持し、オイルギャップを形成する回転子または固定子の相互対応面にオイル溝が形成された構造を有する。オイル溝は、円周方向に対して第１角度αに傾斜した第１オイル溝と、第１オイル溝の端部から延び、円周方向に対して第２角度βに傾斜した第２オイル溝とからなり、第１角度αは、第２角度βより相対的に大きく形成される。

Description

本発明は、流体動圧軸受モータに係り、特に、流体動圧軸受の荷重支持力を向上させ、オイルの漏れを効果的に防止するように、その構造が改良された流体動圧軸受モータに関する。

一般的に、流体動圧軸受は、モータの回転子と固定子との間に一定のオイルギャップを形成し、そのオイルギャップに一定粘度のオイルを充填した構造を有する。この流体動圧軸受は、回転子の回転時、充填されたオイルが圧縮されつつ流体動圧を形成して、回転子を回転自在に支持する。

また、オイルギャップを形成する回転子と固定子との対向面には、流体動圧の向上のためにオイル溝が形成されている。

図１及び図２は、流体動圧軸受を採用する一例のモータを示す。

これは、シャフトが回転する軸回転型モータを示したものであり、ハウジング１０、スリーブ２０、及びコア３０で構成された固定子と、シャフト４０、ハブ５０、及びマグネット６０で構成された回転子とからなる。

スリーブ２０は、中空型に形成されてシャフト４０を回転自在に挿入させ、内径面２１には、動圧発生のためのオイル溝２２が形成されている。

特に、前記スリーブ２０の下端内径部には、シャフト４０の下端部に円板の環状のスラスト７０がシャフト４０と共に回転自在に結合されるように形成され、ハウジング１０の内部中心部には、コイルが巻線されたコア３０が固定装着される。

前記スラスト７０は、上部面と下部面とに動圧発生のための溝(図示せず）が形成されることによって、軸方向への流体動圧が発生する。

一方、前記スリーブ２０の下端部は、内径部がカバープレート８０によって遮蔽されて外部と遮断され、このカバープレート８０の上側にスラスト７０が回転自在に相対接触する。

そして、前記スリーブ２０の内径部に回動可能に挿入されたシャフト４０の上端には、ハブ５０が一体に結合され、このハブ５０は、下向きに開放されたキャップ形状であり、延長端部の内径面には、コア３０の外径面と対向するようにマグネット６０が設置される。

かかる構造において、スリーブ２０の内径面とシャフト４０及びスラスト７０との間には、微細にオイルギャップが形成され、このオイルギャップには所定の粘性を有するオイルが充填される。

このような、オイルギャップ内のオイルは、シャフト４０の回転時、スリーブ２０の動圧発生用のオイル溝２２及びスラスト７０の動圧発生用の溝(図示せず)に集中しながら、オイルギャップを常に均一に維持させ、これにより、シャフト４０を安定に駆動させる。

前記のような構成を有する従来の軸回転型の流体動圧軸受モータは、外部からの電源がコア３０に伝達されれば、前記コア３０とマグネット６０との間の相互電磁気力によって、マグネット６０が付着されたハブ５０が回転し、これにより、ハブ５０と結合されたシャフト４０が同時に回転する。

このようなモータの駆動時、スリーブ２０の内径部に挿入させたシャフト４０は、スリーブ２０の内径面とシャフト４０の外径面とに形成された動圧発生用の溝(図示せず)の間で発生する流体動圧によって、スリーブ２０の内径面とは非接触状態で円滑に回転する。

しかし、前記のような構造の流体動圧軸受を採用したモータは、次のような問題点を有する。

第一に、流体動圧軸受のオイル溝２２は、回転子の回転中にオイルの圧力を上昇させて、回転子の荷重を支持する役割と、オイルの漏れを防止する役割とを果たす。

前記荷重支持力の向上のためには、オイル溝２２の角度Ａを大きくすることが力学的に有利であり、また、オイルの漏れを防止するためには、角度Ａを小さくすることが有利である。

しかし、通常のオイル溝２２は、一定の角度Ａで形成されることによって、荷重支持力向上とオイルの漏れ防止とを同時に効果的に行うことができない。

第二に、図２に示したように、オイルギャップ内でオイルの流れ方向とオイル溝２２の端部２２ａがシャフト４０の回転方向と平行に形成される構造を有することによって、オイル溝２２の端部領域は、大気圧より小さな圧力(負圧）の領域が狭く形成されて、オイルギャップでの高い内部圧力によってオイルが漏出されるという問題点がある。

本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、次のような目的を有する。

第一に、回転子の荷重支持力の向上とオイルの漏れ防止を同時に満足するように、オイル溝の構造が改良された流体動圧軸受モータを提供するところにある。

第二に、モータの駆動時、大気と近接したオイル溝の入口辺領域を大気圧より小さな圧力(負圧)で広く形成させて、流体動圧軸受部の高い内部圧力によるオイルの漏れを最小化するように、その構造が改良されたオイル溝を有する流体動圧軸受モータを提供するところにある。

前記目的を達成する本発明の流体動圧軸受モータは、回転子と固定子との間にオイルギャップを形成することで、流体動圧軸受を形成して回転子を回転自在に支持し、前記オイルギャップを形成する回転子または固定子の相互対応面にオイル溝が形成された流体動圧軸受モータにおいて、前記オイル溝は、円周方向に対して第１角度に傾斜した第１オイル溝と、前記第１オイル溝の端部から延び、円周方向に対して第２角度に傾斜した第２オイル溝とを備え、前記第１角度は、第２角度より相対的に大きく形成されたことを特徴とする。

前記オイルが流入される第２オイル溝の入口辺は、前記円周方向に対して４５゜〜１８０゜角度に傾斜する。

本発明の流体動圧軸受モータの固定子は、ハウジングと、前記ハウジングの中央部に固定され、その中心部に軸孔が形成されたスリーブと、前記ハウジングの中央部の周りに固定され、コイルが巻線されたコアとを備え、回転子は、前記軸孔に回転自在に結合されるシャフトと、前記シャフトの上端部に結合固定され、下向きに延びた延長端部の内径面にコアとの相互作用によって電磁気力を発生させるマグネットが付着されたハブとを備える。

本発明の一実施形態の流体動圧軸受モータを示した図３を参照すれば、これは、固定子に対して回転子が流体動圧軸受によって、回転自在に支持された構造を有する。

前記固定子は、ハウジング１００と、前記ハウジング１００の中央部に固定され、その中心部に軸孔が形成されたスリーブ１２０と、前記ハウジング１００の中央部の周りに固定され、コイルが巻線されたコア１３０とからなる。

前記回転子は、前記軸孔にオイルギャップを形成しつつ、回転自在に結合されるシャフト１４０と、前記シャフト１４０の上端部に結合固定され、下向きに延びた延長端部の内径面にコア１３０との相互作用によって、電磁気力を発生させるマグネット１６０が付着されたハブ１５０とからなる。

また、前記シャフト１４０の上下部には、それぞれ円形のスラストプレート１７１、１７２が結合されて、スリーブ１２０との間に流体動圧を形成して、スラスト方向に前記回転子を支持する。

前記ハウジング１００の中心部には、内部側に延びて、その外注面に前記コア１３０が固定される中空のフランジ１０１が形成されており、前記フランジ１０１の中空には、前記シャフト１４０の下端部、下部スラストプレート１７２及びハブ１５０の下端部を支持するカバーブロック１８０が結合されている。

また、前記スリーブ１２０の内径部の上端には、ジャーナル部分の内部圧力を上昇させ、オイルの漏れを防止させる動圧カバー１９０が結合固定されている。この動圧カバー１９０には、前記シャフト１４０が回転自在に結合され、前記上部スラストプレート１７１の上面とオイルギャップを形成し、その内径部に傾斜溝(図示せず)が一定間隔で複数形成されている。

前記動圧カバー１９０は、シャフト１４０が回転する時にオイルが前記傾斜溝に誘導されて一定圧力に作用されることで、オイルの漏れが防止されると共に、内部圧力を上昇させて流体動圧の発生を安定的に維持させる。

一方、前記シャフト１４０との間にオイルギャップを形成する前記スリーブ１２０の内周面には、図４に示したようなオイル溝が形成されている。

前記オイル溝は、円周方向に対して第１角度αに傾斜した第１オイル溝１２１と、前記第１オイル溝１２１の端部から延び、円周方向に対して第２角度βに傾斜した第２オイル溝１２２とからなる。

前記第１角度αは、第２角度βより相対的に大きく形成される。したがって、角度が大きい第１角度αを有する第１オイル溝１２１を通じて大きい流体動圧が発生して、荷重支持力を向上させ、また、相対的に角度の小さな第２角度βを有する第２オイル溝１２２によって、周囲オイルの流入効果が上昇してオイルの漏れを防止させる。

また、図４及び図５に示したように、前記オイルが流入される第２オイル溝１２２の入口辺１２２ａの角度θは、前記円周方向に対して４５゜〜１８０゜角度に傾斜するように形成した。

流体動圧軸受の漏油と関連する因子は、溝の外郭周辺領域に形成される負圧分布であるが、このような負圧領域は、オイル溝の角度が小さいほど効果的に形成される。したがって、第２オイル溝１２２の角度が小さいほど漏油防止効果が向上する。

運転中に発生する漏油は、第２オイル溝１２２の大気境界領域での負圧の分布を通じて予測でき、負圧分布が広くて強いほど有利である。本願出願人の試験によれば、角度βが小さいほど負圧分布が広くて強く作用した。

一方、第１オイル溝１２１の内側端部領域は、最大圧力が発生する領域であり、荷重支持能力がこの領域の圧力分布によって決定される。この領域の圧力分布は、第１オイル溝１２１の角度αが大きいほど圧力が大きく形成されるので、荷重支持能力は、角度αが大きくなるほど向上する。

本発明の流体動圧軸受モータの実施形態において、前記第１オイル溝１２１及び第２オイル溝１２２で形成されたオイル溝は、角度基準線に対して対称的に形成し、また一定間隔で複数形成した。この場合、角度基準線の付近で最も大きい動圧が形成される。

前記のように構成された本発明の流体動圧軸受モータは、コア１３０に電源が印加されれば、ハウジング１００とスリーブ１２０、及びコア１３０で構成された固定子に対して、シャフト１４０とハブ１５０、及びマグネット１６０で構成された回転子が相対回転する。

固定されたスリーブ１２０と回転するシャフト１４０との間のオイルギャップに充填されたオイルは、オイル溝１２１、１２２部分に集中しながら高圧を形成して、流体動圧軸受を構成する。

また、上部／下部スラストプレート１７１及び１７２とスリーブ１２０との間には、スラスト方向の流体動圧軸受を構成する。

前記のように、スリーブ１２０とシャフト１４０との間のラジアル方向の流体動圧軸受と前記スラスト方向の流体動圧軸受とによって、シャフト１４０は円滑に回転する。

一方、前記オイル溝は、円周方向に対して第１角度αに傾斜した第１オイル溝１２１と、前記第１オイル溝１２１の端部から延び、円周方向に対して第２角度βに傾斜した第２オイル溝１２２とで構成され、前記第１角度αを第２角度βより相対的に大きく形成させることによって、オイルの漏れを効果的に防止させると共に、流体動圧力を向上させて荷重支持力を上昇させる。

また、第２オイル溝１２２の入口辺１２２ａの角度θを従来より大きく形成させることによって、負圧分布領域を拡大して流体動圧軸受部での高い内部圧力にもかかわらず、オイルの漏れを最小化させる。

前述したような本発明は、本願の精神及び範囲を外れず、多様に変形して実施可能である。

本発明は、次のような利点を有する。

第一に、オイルギャップを形成するスリーブまたはシャフトの相互対応面に形成されるオイル溝を相異なる角度の第１オイル溝１２１と第２オイル溝１２２とで構成させ、前記第１オイル溝の角度を第２オイル溝より相対的に大きく形成させることで、オイルの漏れを効果的に防止させると共に、流体動圧力を向上させて荷重支持力を上昇させる。

第二に、前記第２オイル溝の入口辺の角度を通常円周方向と平行に形成したのとは違って、本発明は、円周方向に対して４５゜〜１８０゜角度に大きく形成させることで、オイル溝の端部領域での圧力を向上させて、内部圧力によるオイルの漏れを一層効果的に防止させる。

通常の流体動圧軸受モータを示す概略断面図である。図１のモータに採用されるスリーブの内径面に形成されるオイル溝を示す概略図である。本発明の実施形態の流体動圧軸受モータを示した断面図である。図３のモータに採用されるスリーブの内径面に形成されるオイル溝を示す実施形態の概略図である。図３のモータに採用されるスリーブの内径面に形成されるオイル溝を示す実施形態の概略図である。図３のモータに採用されるスリーブの内径面に形成されるオイル溝を示す実施形態の概略図である。

Claims

回転子と固定子との間にオイルギャップを形成することで、流体動圧軸受を形成して回転子を回転自在に支持し、前記オイルギャップを形成する回転子または固定子の相互対応面にオイル溝が形成された流体動圧軸受モータにおいて、
前記オイル溝は、円周方向に対して第１角度に傾斜した第１オイル溝と、前記第１オイル溝の端部から延び、円周方向に対して第２角度に傾斜した第２オイル溝と、を備え、
前記第１角度は、第２角度より相対的に大きく形成されたことを特徴とする流体動圧軸受モータ。
前記オイルが流入される第２オイル溝の入口辺の角度は、前記円周方向に対して４５゜〜１８０゜角度に傾斜したことを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受モータ。
前記固定子は、ハウジングと、前記ハウジングの中央部に固定され、その中心部に軸孔が形成されたスリーブと、前記ハウジングの中央部の周りに固定され、コイルが巻線されたコアと、を備え、
前記回転子は、前記軸孔に回転自在に結合されるシャフトと、前記シャフトの上端部に結合固定され、下向きに延びた延長端部の内径面にコアとの相互作用によって、電磁気力を発生させるマグネットが付着されたハブと、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の流体動圧軸受モータ。