KR100224533B1 - 회전축이 함께 회전하는 스핀들 모터의 자기 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스핀들 모터에 있어서, 축이 같이 회전하는 회전축부에 적용하기 위한 자기 베어링에 대한 것으로 발명의 주된 목적은 회전축과 허브의 사이에 종래와 같은 일반적인 베어링을 개입시키는 것이 아니라 자성을 가진 영구자석을 개입시켜 서로 같은 극이 갖는 척력과 다른 극이 갖는 인력으로 인해 서로의 마찰이 없이 회전하는 최선의 베어링을 제공하고자 하는데 있다.

이를 위한 특징적인 구성은 회전축에 상,하로 극이 다른 각각의 축부 영구자석을 각각 삽착하고, 상기한 하우징 어셈브리의 내통부 내주면에 상,하로 극이 다른 각각의 하우징부 영구자석을 부착하여 상기한 영구자석들의 척력 및 인력에 의해 회전축이 부상한 채 접촉없이 회전할 수 있도록 하는데 있다.

Description

회전축이 함께 회전하는 스핀들 모터의 자기 베어링

제1도는 종래의 볼 베어링을 보인 단면도.

제2도는 종래의 동압 베어링을 보인 단면도.

제3도는 본 발명의 구성을 보인 단면도.

제4도는 본 발명의 요부 구성도.

제5도 내지 제10도는 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 하우징 어셈브리 2 : 허브

3 : 회전축 4a, 4b : 축부 영구자석

5a, 5b : 하우징부 영구자석 5c : 원주홈

6 : 금속판재 6a : 원주홈

7 : 자력 차단 판재

본 발명은 하드 디스크 드라이브(HDD)등 자기 기록 재생장치에 사용하는 스핀들 모터에 있어서, 회전축이 허브와 같이 회전하는 회전축부에 적용하기 위한 자기 베어링에 대한 것이다.

일반적으로 하드 디스크 드라이브(HDD)나 자기 기록 재생장치에 사용하는 스핀들 모터는 제1도 도면에서 보는 바와 같은 볼 베어링(Ball Bearing) 타입이 많이 사용되고 있고, 근래에는 제2도 도면에서와 같은 오일동압동체 베어링(혹은 에어동압 유체 베어링)도 개발되어 사용하고 있으나 이들 베어링은 다음과 같은 단점이 있다.

즉, 제1도에서 보인 볼 베어링(a)의 경우 회전축(b)의 상,하단에 각각 하나씩 한쌍을 사용하고 있는 것으로

첫째, 볼의 정밀도에 따라 회전 정도가 달라지고,

둘째, 소음 및 진동이 크며,

셋째, 윤활유(그리스유)의 입자가 비산되어 하드 디스크를 손상시키므로 이를 차단하기 위한 실(Seal)이나 밀폐구조가 필요하며,

넷째, 고속회전에 한계가 있을 뿐만 아니라 수명이 짧고,

다섯째, 충격에 약하다.

또한 제2도에서 보인 동압 베어링(c)은 회전축(b)과 허브(d)의 사이에 공극을 유지한 채 내부에 그루브홈이나 빗살가공등을 하여 오일이나 에어로서 동압을 발생, 유지시키는 것으로

첫째, 오일방지구조가 필요하고,

둘째, 기동및 정지시 금속접촉음이 발생하며,

셋째, 마찰이 크고,

넷째, 저속회전에 불안정하고,

다섯째, 온도 특성이 불균일하다.

그리고 상기한 2가지의 종래 베어링은 모두 제작이 어렵고, 가격이 높은 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 가지 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 발명의 주된 목적은 회전축과 허브의 사이에 종래와 같은 일반적인 베어링을 개입시키는 것이 아니라 자성을 가진 영구자석을 개입시켜 서로 같은 극이 갖는 척력과 다른 극이 갖는 인력으로 인해 서로의 마찰이 없이 회전하는 최선의 베어링을 제공하고자 하는데 있다.

그리고 이를 위한 특징적인 구성은 내통부의 외측으로 스테이터를 가진 하우징 어셈브리와, 그 위에서 내주연에 회전자 마그네트를 가진 허브와, 상기한 하우징 어셈브리 및 허브를 회전축으로 축착하여 회전가능한 스핀들 모터에 있어서, 상기한 회전축에 상,하로 극이 다른 각각의 축부 영구자석을 각각 삽착하고, 상기한 하우징 어셈브리의 내통부 내주면에 상,하로 극이 다른 각각의 하우징부 영구자석을 부착하여 상기한 영구자석들의 척력 및 인력에 의해 회전축이 부상한 채 접촉없이 회전할 수 있도록 하는데 있다.

이하 첨부 도면에 따라 본 발명의 구성 및 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명의 자기 베어링 구성을 보인 단면도로서 내통부(11)의 외측으로 스테이터(12)를 가진 하우징 어셈브리(1)와, 그 위에서 내주연에 회전자 마그네트(21)를 가진 허브(2)와, 이들을 연결하고 있는 회전축(3)을 볼 수 있다.

상기한 회전축(3)의 중단에는 상,하 한쌍의 축부 영구자석(4a)(4b)을 결합하되, 이 영구자석은 원통형으로서 축을 갑합하도록 끼워 결합한 것이며, 상,하 극의 배열이 예컨데 상반부가 N극, 하반부가 S극으로 서로 다르다.

그리고, 내통부(11)의 내주면에도 상,하 한쌍의 하우징부 영구자석(5a)(5b)을 부착하되, 이들 역시 원통형으로서 상,하의 극은 상기한 회전축(3)의 축부 영구자석과 같이 윗쪽이 N극, 아랫쪽이 S극으로 배열된 것이다.

따라서 본 발명의 회전축(3)과 허브(2)는 제3도 도면에서 자세히 보듯이 상반부의 N극과 N극이 갖는 수평방향의 척력, 그리고 S극과 S극이 갖는 수평방향의 척력에 의해 서로 닿지 않은 상태에서 회전할 수 있는 것이며, 또한 제4도 도면에서 보는 바와 같이 상기한 축부 상측의 영구자석(4a)은 그 자기중심(A)이 하우징부 상측의 영구자석(5a)이 갖는 자기중심(B) 보다 낮은 위치에 있기 때문에 아랫쪽으로 척력 및 인력을 받고, 축부 하측의 영구자석(4b)은 그 자기중심(C)이 하우징부 하측의 영구자석(5b)이 갖는 자기중심(D) 보다 높은 위치에 있기 때문에 윗쪽으로 척력 및 인력을 받는다.

그러므로 이들 축부 영구자석(4a)(4b)과 하우징부 영구자석(5a)(5b)은 서로 균형이 잡힌 상태에서 부상하여 안정되어 있고, 회전을 할때도 이와 같은 힘은 변함이 없는 것이며, 이때 영구자석의 자력을 강하게 하면 강성도 강하게 조절이 가능한 것이다.

한편, 본 발명은 제5도 내지 제10도 도면에서 보는 바와 같이 달리 실시할 수 있다.

즉, 제5도 도면은 상,하측 영구자석의 경계부분에 원주홈(5c)을 형성하여 여기에 상대되는 영구자석과의 틈을 크게한 것이다.

이와 같이 하면 그 상,하부의 자력이 갖는 힘이 코리올리의 효과에 의해 양쪽 플럭스가 강해 지므로 자력의 유효부분이 갖는 척력을 더 강하게 해줄 수 있게 되는 것이다.

또한 제6도는 본 발명의 하우징부 영구자석(5a)(5b)의 안쪽에 비자성체의 금속판재(6)를 부착한 것으로 그 안쪽의 중심에 있는 축부 영구자석(4a)(4b)에 대해 자력의 정도를 관리할 수 있게 되는 것이다.

또한 제7도는 제6도에서와 같이 영구자석(5a)(5b)의 안쪽에 비자성체의 금속판재(6)를 부착하되, 그 금속판재(6)의 중단부에서 제5도와 같이 원주홈(6a)을 형성한 것으로 자력의 정도를 관리 하면서 코리올리의 효과가 있도록 한 것이다.

또한 제8도는 회전축(3)의 둘레에 축부 영구자석을 끼우는 것이 아니라 축부 영구자석(4a)(4b)을 원형 기둥체로 하여 회전축(3)의 중단부를 대신할 수 있도록 구성한 것으로서 회전축의 둘레에 축부 영구자석을 끼우는 것에 비해 직경이 작아 지므로 축소지향적인 설계에 부응할 수 있게 되는 것이다.

또한 제9도는 하우징부 영구자석(5a)(5b)을 하우징의 내통부에 끼워 넣어 고정하는 것이 아니라 상기한 하우징의 내통부를 생략하고, 상기의 하우징부 영구자석(5a)(5b)이 내통부 역할을 하도록 구성 한것인 바, 스테이터(12)를 직접 하우징부 영구자석(5a)(5b)의 외주연에 부착하면 그만큼 직경을 줄일 수 있으므로 역시 축소지향적인 설계에 부응할 수 있게 되는 것이다.

그리고 제10도는 허브(2)의 내저면에 철(Fe)재의 자력 차단 판재(7)를 부착한 것으로 상기한 축부 영구자석(4a)(4b) 및 하우징부 영구자석(5a)(5b)에서 나오는 자력이 하드 디스크 드라이브의 다른 부분에 영향을 미치지 않도록 배려한 것이다.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이 본 발명은 종래의 일반적인 베어링 대신 축부의 영구자석(4a)(4b)과, 하우징의 영구자석(5a)(5b)으로 베어링 기능을 수행하도록 하였기 때문에 회전중은 물론 정지중에도 접촉이 없는 것이고, 따라서 소음 및 진동이 없을 뿐만 아니라 저속 및 고속에서 회전이 균일한 장점이 있으며, 온도 변화에 따른 특성 변화가 적고, 비동기 회전속도가 매우 작으며, 특히 영구자석의 재질을 금속, 플래스틱, 고무등 다양하게 선택할 수 있고, 또 그 강도 및 틈새, 길이등을 적당히 변경하여 모터의 특성에 맞게 설계하기가 좋으므로 널리 사용될 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 내통부(11)의 외측으로 스테이터(12)를 가진 하우징 어셈브리(1)와, 내주연에 회전자 마그네트(21)를 가진 허브(2)와, 상기 하우징 어셈브리(1)와 허브(2)가 회전축(3)에 의해 연결되면서 상기 회전축(3)이 허브(2)와 동시에 회전하는 스핀들 모터에 있어서, 상기 회전축(3)의 외주면에 강제적으로 맞춤 끼워지며, 상,하로 극성이 다르게 형성되는 축부 영구자석(4a)(4b)과; 상기 축부 영구자석(4a)(4b)과 동일한 극성을 가지면서 서로 대향되게 상기 하우징 어셈브리(1)의 내통부(11)의 내주면에 외주면이 부착되고, 내주면의 극경계부에는 원주 홈(5c)을 형성하여 자성 중심이 상기 축부 영구자석(4a)(4b)보다는 상하로 보다 이격되도록 부착한 하우징부 영구자석(5b); 으로 구비되어 상기한 영구자석(4a)(4b)(5a)(5b)들의 척력에 의해 균일한 회전을 하는 회전축이 함께 회전하는 스핀들 모터의 자기 베어링.
2. 제1항에 있어서, 상기한 하우징부 영구자석(5a)(5b)의 내주면에 그 내주면과 동일한 형상인 얇은 비자성 금속판재(6)가 접합되도록 하여 영구자석들(4a)(4b)(5a)(5b)간 자력이 증대되도록 하는 회전축이 함께 회전하는 스핀들 모터의 자기 베어링.
3. 제1항에 있어서, 상기한 허브(2)의 내측 저면에 영구자석들(4a)(4b)(5a)(5b)들간 자력이 외부로 누출되지 않도록 차단하는 자력 차단 판재(7)가 부착하도록 하는 회전축이 함께 회전하는 스핀들 모터의 자기 베어링.