KR100266207B1 - Rotating apparatus with function of controlling balance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자력을 이용한 구동력에 의해 임의의 물체를 회전시키기 위한 회전장치에 관한 것으로, 특히 기록매체를 회전시키기 위한 스핀들 모터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotating apparatus for rotating any object by a driving force using magnetic force, and more particularly to a spindle motor for rotating a recording medium.
일반적으로, CD-ROM(Compact Disc - Read Only Memory)과 DVD(Digital Versatile Disc)와 같은 디스크형 기록매체를 기록 또는 재생하기 위한 장치에서는 디스크를 안정되게 회전시키기 위한 디스크 회전장치가 마련되어 있다. 이 디스크 회전장치는 크게 디스크를 회전시키는 스핀들 모터와 그 스핀들 모터에 디스크를 안정되게 고정하기 위한 클램프장치로 구성되어 있다. 스핀들 모터는 영구자석의 자력을 이용하여 회전력을 발생하고 그 회전력에 의해 디스크를 회전시키게 된다. 클램프장치는 영구자석의 자력을 이용하여 디스크를 스핀들 모터에 고정시키는 역할을 한다. 디스크 드라이버의 고배속화 추세에 있어서, 디스크 회전장치가 고속으로 회전하면서 디스크의 언밸런스(Unbalance)에 의한 진동을 크게 하고 있어 고배속화의 걸림돌이 되고 있다. 이를 위하여, 디스크 회전장치에서는 회전 속도에 따라 편심되는 질량으로 언발런스량을 보정하기 위한 자동 균형 보정기(Auto-Balancer)를 구비하게 된다. 자동 균형 보정기로는 자신에게 일정한 자기적인 힘이 부가되는 볼(Ball)을 사용하고 있다.In general, in a device for recording or reproducing a disc-shaped recording medium such as a compact disc-read only memory (CD-ROM) and a digital versatile disc (DVD), a disc rotating device for stably rotating a disc is provided. This disk rotating apparatus is composed of a spindle motor for rotating the disk and a clamp device for stably fixing the disk to the spindle motor. The spindle motor generates a rotational force by using the magnetic force of the permanent magnet and rotates the disk by the rotational force. The clamp device serves to fix the disk to the spindle motor by using the magnetic force of the permanent magnet. In the trend of higher speed of the disk driver, the disk rotating device rotates at a high speed to increase the vibration due to unbalance of the disk, which is an obstacle to higher speed. To this end, the disk rotating apparatus is provided with an auto-balancer for correcting the unbalance amount by the eccentric mass according to the rotational speed. As an automatic balance compensator, a ball is applied to which a certain magnetic force is applied.
이러한 자동 균형 보정기의 균형 보정원리를 도 1의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명하기로 한다. 통상, 디스크에 편심질량(me)이 존재하면 회전중심이 이상적인 회전 중심(도면에서 십자로 교차하는 일점쇄선의 교차점)으로부터 벗어나는 일정한 궤적으로 나타난다. 디스크의 회전수가 시스템의 공진 주파수보다 낮을 경우에는 (A)와 같이 볼(30)은 원심력에 의해 모터 축이 움직이는 궤적(T) 바깥 쪽으로 치우치게 된다. 이에 따라, 디스크 언발런스에 의한 편심 질량(me)이 볼(30)과 같은 위상을 가짐으로써 진동을 오히려 증가시키게 된다. 이와 반대로, 디스크의 회전수가 시스템의 공진 주파수보다 높을 경우에는 (B)와 같이 디스크 언발런스에 의한 편심 질량(me)이 볼(30)과 반대(180°) 위상차를 가지게 되어 진동을 감소시키게 된다. 이와 같이, 디스크의 회전수가 시스템의 공진 주파수보다 낮은 경우에 볼(30)의 질량에 의해 진동이 가진되는 현상을 최소화하기 위하여 자석(Magnet)을 볼(30)의 공전 궤도 안쪽에 설치함으로써 볼(30)을 자력으로 당겨 볼(30)의 회전 반경을 줄이게 된다. 이는 볼(30)의 원심력 F을 나타내는 아래의 수학식 1에 의해 명확해진다.The principle of balance correction of such an automatic balance corrector will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. Normally, the presence of an eccentric mass m e on the disk results in a constant trajectory where the center of rotation deviates from the ideal center of rotation (the intersection of the dashed-dotted lines crossing the cross in the figure). When the number of revolutions of the disk is lower than the resonant frequency of the system, as shown in (A), the ball 30 is biased out of the trajectory T where the motor shaft is moved by centrifugal force. Accordingly, the eccentric mass m e due to the disc unbalance has the same phase as the ball 30, thereby increasing the vibration. On the contrary, when the rotation speed of the disk is higher than the resonant frequency of the system, the eccentric mass (m e ) due to the disc unbalance has a phase difference opposite to the ball 30 (180 °) as shown in (B), thereby reducing vibration. . As such, when the number of revolutions of the disk is lower than the resonance frequency of the system, a magnet is installed inside the orbit of the ball 30 in order to minimize the phenomenon that vibration is caused by the mass of the ball 30. Pulling 30 by magnetic force reduces the radius of rotation of the ball 30. This is clarified by Equation 1 below showing the centrifugal force F of the ball 30.
여기서, m은 질량, r은 반경 그리고 ω는 회전 각속도를 의미한다.Where m is mass, r is radius and ω is rotational angular velocity.
수학식 1에 의하면, 디스크의 회전 주파수가 시스템의 공진 주파수보다 낮을 경우에는 볼(30)의 회전 반경 r을 최소로하여 볼(30)의 질량 m에 의한 진동을 최소화하고, 디스크의 회전 주파수가 시스템의 공진 주파수보다 높을 경우에는 볼(30)의 회전 반경 r을 최대로하여 디스크 언발런스에 의한 편심 질량을 볼(30)의 질량 m에 의해 상쇄(cancelling)되도록 한다.According to Equation 1, when the rotation frequency of the disc is lower than the resonance frequency of the system, the rotation radius r of the ball 30 is minimized to minimize vibration caused by the mass m of the ball 30, and the rotation frequency of the disc is If it is higher than the resonant frequency of the system, the rotation radius r of the ball 30 is maximized so that the eccentric mass due to disc unbalance can be canceled by the mass m of the ball 30.
일반적으로, 디스크는 편심 질량을 가질 수밖에 없다. 이 편심 질량으로 인한 원심력 F은 수학식 1과 같이 각속도 ω의 제곱에 비례하게 된다. 24배속 또는 32배속 CD-ROM의 경우, 디스크 회전장치의 회전수가 5000∼7000 RPM에 이르게 되는데 디스크의 편심 질량에 의한 진동을 야기시킴으로써 기록/재생시 정확한 위치에 광스폿이 집광되지 못하는 포지션 에러(position error)를 유발하게 되어 심각한 문제가 되어 왔다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 자동 균형 보정기로 사용되는 볼(30)을 디스크 회전장치에 적용하게 되었다. 볼(30)을 균형 보정기로 적용하는 디스크 회전장치의 두 가지 형태를 도 2 및 도 3에 도시한다.In general, discs have no choice but to have an eccentric mass. The centrifugal force F due to this eccentric mass is proportional to the square of the angular velocity ω as in Equation 1. In the case of the 24x or 32x CD-ROM, the rotation speed of the disc rotating device reaches 5000 ~ 7000 RPM, which causes vibration due to the eccentric mass of the disc, which prevents the light spot from being focused at the correct position during recording / playback. It has been a serious problem to cause position error. In order to solve this problem, the ball 30 used as an automatic balance compensator has been applied to the disk rotating apparatus. Two types of disc rotating device employing the ball 30 as a balance corrector are shown in FIGS. 2 and 3.
도 2는 볼이 디스크를 고정하기 위한 클램프 장치에 설치된 경우를 나타낸다.2 shows a case in which a ball is installed in a clamp device for fixing a disk.
도 2를 참조하면, 디스크 회전장치는 디스크(300)를 회전시키기 위한 스핀들 모터(100)와, 디스크(300)를 스핀들 모터(100)에 고정시키기 위한 클램프 장치(200)로 이루어진다.Referring to FIG. 2, the disk rotating apparatus includes a spindle motor 100 for rotating the disk 300, and a clamp device 200 for fixing the disk 300 to the spindle motor 100.
스핀들 모터(100)는 크게 크게 회전자부와 고정자부로 나누어진다. 스핀들 모터(100)의 회전자부는 회전축(1), 클램핑 요크(2), 중앙 원추체(3), 스프링(4), 펠트(5), 턴테이블 로터(6) 및 주자석(8)으로 구성된다. 회전축(1)은 클램핑 요크(2), 중앙 원추체(3) 및 턴테이블 로터(6)에 압입되어 진다. 이 회전축(1)은 고정자부에 회전 가능하게 지지된다. 클램핑 요크(2)는 스틸계통의 자성체로 이루어져 클램프 장치(200)와 상호 자기적인 힘에 의한 클램핑력(clamping force)을 발생시킨다. 중앙 원추체(3)는 회전자부의 회전에 의해 디스크(300)가 회전할 때, 디스크(300)를 안내하는 역할을 한다. 중앙 원추체(3)와 스프링(4)은 오토 센터링(Auto-centering) 즉, 디스크(300)의 내경공차를 감쇄시키는 역할을 하게 된다. 턴테이블 로터(8)는 자신의 상면에 디스크(300)가 안착되어 디스크(300)를 아래에서 지지함과 아울러 스프링(4)을 아래에서 지지하게 된다. 이 턴테이블 로터(8)의 상면에는 디스크의 미끄러짐을 방지하도록 마찰계수가 비교적 큰 고무로 이루어지는 환형띠 형상의 펠트(5)가 접착된다. 스핀들 모터(100)의 고정자부는 회전축(1)의 회전을 원활히 하기 위한 베어링(12)이 수납된 베어링 하우징(11), 코일(10)이 감겨진 적층코아(9) 및 스핀들 모터(100) 전체를 지지하기 위한 고정자 지지부(13)로 구성된다. 고정자 지지부(13)에 의해 베어링 하우징(11)이 지지되고 이 베어링 하우징(11)에 의해 베어링(12)과 적층코아(9)가 지지된다.The spindle motor 100 is largely divided into a rotor part and a stator part. The rotor portion of the spindle motor 100 is composed of a rotating shaft 1, a clamping yoke 2, a central cone 3, a spring 4, a felt 5, a turntable rotor 6 and a main magnet 8. The rotating shaft 1 is pressed into the clamping yoke 2, the central cone 3 and the turntable rotor 6. This rotating shaft 1 is rotatably supported by the stator part. The clamping yoke 2 is made of a magnetic body of a steel system and generates a clamping force due to mutual magnetic force with the clamp device 200. The central cone 3 serves to guide the disk 300 when the disk 300 rotates by the rotation of the rotor portion. The central cone 3 and the spring 4 serve to auto-centering, that is, reducing the inner diameter tolerance of the disk 300. The turntable rotor 8 has a disk 300 mounted on its upper surface to support the disk 300 from below and to support the spring 4 from below. On the upper surface of the turntable rotor 8, an annular band-shaped felt 5 made of rubber having a relatively large friction coefficient is bonded to prevent the disk from slipping. The stator part of the spindle motor 100 includes a bearing housing 11 containing a bearing 12 for smoothly rotating the rotating shaft 1, a laminated core 9 on which a coil 10 is wound, and an entire spindle motor 100. It consists of a stator support 13 for supporting it. The bearing housing 11 is supported by the stator support 13, and the bearing 12 and the laminated core 9 are supported by the bearing housing 11.
클램프 장치(200)는 클램퍼(31), 클램핑 자석(32), 볼(33) 및 보스(34)를 구비한다. 보스(34)는 클램퍼(31)와 클램핑 자석(32)의 내경에 끼워져 클램퍼(31)와 클램핑 자석(32)을 일체화하는 역할을 한다. 이 보스(34)는 스핀들 모터(100)의 클램핑 요크(2)의 내경 쪽에 끼워져 클램핑 요크(2)의 내경에서 슬라이딩(Sliding)되어 안내된다. 클램퍼(31)는 클램핑 자석(32)에서 발생한 클램핑력에 의하여 수직하강함으로써 디스크(300)를 밀착시키는 역할을 함과 아울러 내부에 공간이 마련되도록 절곡되어 내부 공간에 볼(33)이 유동 가능하게 수납된다. 클램핑 자석(32)은 희토류 계열의 소결자석으로서 스핀들 모터(100)의 클램핑 요크(2)에 붙으려는 자기적인 힘을 발생하여 디스크(300)를 턴테이블 로터(6)의 상면에 밀착시킨다. 또한, 클램핑 자석(32)은 반경방향 쪽으로 누설되는 누설자속을 이용하여 볼(33)을 회전축(1) 쪽으로 당기게 된다. 볼(33)은 스핀들 모터(100)의 회전속도에 따라 원심력과 클램핑 자석(32)에 의한 흡인력에 의해 디스크(300)의 편심질량에 따른 진동을 최소화하는 역할을 한다. 즉, 디스크(300)의 회전 주파수가 시스템의 공진 주파수보다 낮을 경우는 클램핑 자석(32)의 반경방향 누설자속에 의한 자기력이 볼(33)의 질량에 의한 원심력보다 크게된다. 이에 따라, 볼(33)의 회전반경 r은 최소(볼이 클램퍼의 내부공간 내측에 위치함)로 되어 볼(33)의 질량에 의해 디스크(300)의 진동을 억제하게 된다. 디스크(300)의 회전 주파수가 시스템의 공진 주파수보다 높을 경우는 볼(33)의 질량에 의한 원심력이 점점 커져 클램핑 자석(32)의 반경방향 누설자속에 의한 자기력보다 커지게 된다. 이에 따라, 볼(33)이 클램퍼(31)의 내부공간 외측에 위치하게 되어 볼(33)의 회전 반경 r은 최대가 되어 디스크(300) 언발런스에 의한 편심질량이 볼(33)의 질량에 의해 상쇄되어 디스크(300)의 진동을 억제하게 된다.The clamp device 200 has a clamper 31, a clamping magnet 32, a ball 33 and a boss 34. The boss 34 is fitted to the inner diameters of the clamper 31 and the clamping magnet 32 to serve to integrate the clamper 31 and the clamping magnet 32. The boss 34 is fitted to the inner diameter side of the clamping yoke 2 of the spindle motor 100 and is slid and guided at the inner diameter of the clamping yoke 2. The clamper 31 is vertically lowered by the clamping force generated by the clamping magnet 32 to serve to keep the disk 300 in close contact with each other, and is bent to provide a space therein so that the ball 33 can flow in the inner space. It is stored. The clamping magnet 32 is a rare earth-based sintered magnet to generate a magnetic force to adhere to the clamping yoke 2 of the spindle motor 100 to bring the disk 300 into close contact with the top surface of the turntable rotor 6. In addition, the clamping magnet 32 pulls the ball 33 toward the rotation shaft 1 by using the leakage magnetic flux leaking in the radial direction. Ball 33 serves to minimize the vibration according to the eccentric mass of the disk 300 by the centrifugal force and the suction force by the clamping magnet 32 in accordance with the rotational speed of the spindle motor (100). That is, when the rotational frequency of the disk 300 is lower than the resonance frequency of the system, the magnetic force due to the radial leakage magnetic flux of the clamping magnet 32 is greater than the centrifugal force due to the mass of the ball 33. As a result, the rotation radius r of the ball 33 becomes minimum (the ball is located inside the inner space of the clamper), thereby suppressing the vibration of the disk 300 by the mass of the ball 33. When the rotational frequency of the disk 300 is higher than the resonant frequency of the system, the centrifugal force due to the mass of the ball 33 becomes larger and larger than the magnetic force due to the radial leakage magnetic flux of the clamping magnet 32. As a result, the ball 33 is positioned outside the inner space of the clamper 31 so that the rotation radius r of the ball 33 becomes maximum, and the eccentric mass due to the unbalance of the disk 300 is determined by the mass of the ball 33. Offset to suppress the vibration of the disk 300.
그러나 도 2에 도시된 회전장치는 스핀들 모터(100)와 클램프 장치(200)가 차지하는 높은 공간 점유도에 따라 노트북 컴퓨터와 같은 소형의 휴대용 정보기기에 적용되기가 부적합하다. 실제로, 대부분의 노트북 컴퓨터 메이커는 디스크 회전장치를 박형화하기 위하여 별도의 클램프 장치를 노트북 컴퓨터에 설치하지 않고 그 기능을 스핀들 모터에 부가함으로써 노트북 컴퓨터 내에서 디스크 회전장치의 점유 공간을 줄이고 있다. 또한, 스핀들 모터(100)와 클램프 장치(200)의 회전중심을 일치시키기 위한 보스(34)와 클램핑 요크(2)에서, 이들 보스(34)와 클램핑 요크(2) 내부 사이에 존재하는 갭(gap)으로 인한 스핀들 모터(100)의 회전축(1)과 클램퍼(31)와의 동심이 어긋나게 되는 현상이 발생함으로써 볼(33)에 의해 디스크(300)의 편심 질량을 증가시키게 된다. 이를 해결하기 위해서는 볼(33)을 스핀들 모터(100) 측에 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 형태의 디스크 회전장치는 도 3과 같다.However, the rotating device shown in FIG. 2 is not suitable for application to a small portable information device such as a notebook computer according to the high space occupancy of the spindle motor 100 and the clamp device 200. Indeed, most notebook computer makers reduce the space occupied by the disk rotating device in the notebook computer by adding the function to the spindle motor without installing a separate clamp device in the laptop computer to thin the disk rotating device. In addition, in the boss 34 and the clamping yoke 2 for matching the center of rotation of the spindle motor 100 and the clamping device 200, a gap existing between these bosses 34 and the inside of the clamping yoke 2 ( The phenomenon that the concentricity between the rotation shaft 1 of the spindle motor 100 and the clamper 31 due to the gap) is generated by the ball 33 to increase the eccentric mass of the disk 300 by the ball 33. In order to solve this problem, the ball 33 is preferably located at the spindle motor 100 side. This type of disk rotating apparatus is shown in FIG.
도 3에 도시된 디스크 회전장치에 있어서, 도 2에 도시된 디스크 회전장치를 구성하는 부품들 중, 동일한 기능과 형상을 가지는 부품들에 대하여는 동일한 도면부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.In the disk rotating apparatus shown in FIG. 3, among the components constituting the disk rotating apparatus shown in FIG. 2, components having the same function and shape are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
도 3을 참조하면, 스핀들 모터(102)의 회전자부는 회전축(1), 클램핑 요크(2), 중앙 원추체(3), 스프링(4), 펠트(5), 발런싱 자석(19), 턴테이블(16), 회전자 백 요크(17) 및 주자석(18)으로 구성된다. 턴테이블(16)은 도 2에 도시된 턴테이블 로터(6)와 마찬가지로 디스크(1)를 아래에서 지지하는 역할을 함과 아울러 발런싱 자석(19)과 볼(35)이 자신의 내측 공간에 수납되어 이들을 지지하게 된다. 이를 위하여, 턴테이블(16)은 고정자부에 대향하는 하측에 환형띠 형태의 일정 깊이로 수납홈이 형성된다. 이 수납홈 내측에 환형띠 형상의 발런싱 자석(19)이 접착되어 고정된다. 볼(35)은 디스크(300)의 반경방향에 대하여 발런싱 자석(19)과 동일하게 위치하도록 턴테이블(16)의 수납홈에 유동가능하게 수납된다. 이 볼(35)은 도 2에 도시된 볼(33)과 동일한 역할을 하는 것으로서, 스핀들 모터(102)의 회전속도에 따라 원심력과 발런싱 자석(19)에 의한 흡인력에 의해 디스크(300)의 편심질량에 따른 진동을 최소화하는 역할을 한다. 주자석(18)은 영구자석으로서 회전자 백 요크(17)의 내경측에 접착되어 지지된다. 스핀들 모터(102)의 고정자부는 도 2에 도시된 그것과 동일한 구성을 갖는다.Referring to FIG. 3, the rotor portion of the spindle motor 102 has a rotating shaft 1, a clamping yoke 2, a central cone 3, a spring 4, a felt 5, a balancing magnet 19, a turntable. 16, the rotor back yoke 17 and the main magnet 18. As shown in FIG. Like the turntable rotor 6 shown in FIG. 2, the turntable 16 supports the disk 1 from below, and the balancing magnet 19 and the ball 35 are housed in their inner space. Will support them. To this end, the turntable 16 has a receiving groove formed at a predetermined depth in the form of an annular band on the lower side facing the stator. An annular band-shaped balancing magnet 19 is adhered and fixed inside the receiving groove. The ball 35 is movably received in the receiving groove of the turntable 16 so that the ball 35 is located in the same direction as the balancing magnet 19 with respect to the radial direction of the disk 300. The ball 35 plays the same role as the ball 33 shown in FIG. 2, and the ball 300 is moved by the centrifugal force and the suction force by the balancing magnet 19 according to the rotational speed of the spindle motor 102. Minimizes vibration caused by eccentric mass. The main magnet 18 is supported by being bonded to the inner diameter side of the rotor back yoke 17 as a permanent magnet. The stator portion of the spindle motor 102 has the same configuration as that shown in FIG.
클램프 장치(202)는 클램퍼(36), 클램핑 자석(32) 및 보스(34)로 이루어진다. 클램퍼(36)는 도 2에 도시된 것과 달리 볼(33)이 생략되어 클램핑 자석(32)에 의해 수직 하강하여 디스크(300)를 스핀들 모터(102)의 턴테이블(16)에 밀착시키는 역할을 한다. 디스크 회전장치를 구동하기 위한 구동력을 발생시키는 스핀들 모터의 자기회로는 도 4와 같다. 주자석(18)은 반경방향 r으로만 자화되어 점선으로 나타낸 바와 같이 자속선은 주자석(18)을 반경 방향 r으로 통과한 다음 회전자 백 요크(17)를 접선 방향(θ 방향)으로 통과한다. 그리고 자속선은 주자석(18)을 반경 방향 r로 통과하여 에어갭을 지나 적층코아(9)를 통과하고 다시 에어갭을 지나는 폐루우프 경로를 형성하여 코일(10)을 쇄교하게 된다. 자기회로에서 알 수 있는 바, 주자석(18)이 반경 방향 r로 자화되므로 자신의 외경 바깥으로 누속되는 자속이 존재하게 된다. 이에 따라, 회전자 백 요크(17)는 주자석(18)의 외경 바깥 쪽으로 누설되는 자속을 코일(10) 쪽으로 안내하는 역할을 하며, 이를 위하여 회전자 백 요크(17)는 스틸계통의 자성체로 이루어진다.The clamp device 202 consists of a clamper 36, a clamping magnet 32 and a boss 34. Unlike the one shown in FIG. 2, the clamper 36 is omitted by the ball 33 and vertically lowered by the clamping magnet 32 to serve to closely adhere the disk 300 to the turntable 16 of the spindle motor 102. . The magnetic circuit of the spindle motor generating a driving force for driving the disk rotating apparatus is shown in FIG. 4. The main magnet 18 is magnetized only in the radial direction r, and as shown by the dotted line, the magnetic flux lines pass through the main magnet 18 in the radial direction r and then pass the rotor back yoke 17 in the tangential direction (θ direction). The magnetic flux lines cross the coil 10 by passing the main magnet 18 in the radial direction r, passing through the air gap, passing through the stacked cores 9, and again forming a closed loop path passing through the air gap. As can be seen from the magnetic circuit, since the main magnet 18 is magnetized in the radial direction r, there exists a magnetic flux that accumulates outside its outer diameter. Accordingly, the rotor back yoke 17 serves to guide the magnetic flux leaking out of the outer diameter of the main magnet 18 toward the coil 10, and for this purpose, the rotor back yoke 17 is made of a magnetic steel body. .
도 3에 도시된 디스크 회전장치에 있어서, 턴테이블(16) 아래 쪽에 볼(35)이 설치됨으로써 턴테이블(16)의 수직방향 높이를 크게하여 스핀들 모터(102)의 높이를 크게하게 된다. 이는 박형의 디스크 회전장치를 요구하는 노트북 컴퓨터와 같은 정보기기에 부적합함을 의미한다. 아울러, 볼(35)에 자기적인 흡인력을 부가하는 별도의 발런싱 자석(19)을 필요로 하게 된다.In the disk rotating apparatus shown in FIG. 3, the ball 35 is provided below the turntable 16 to increase the vertical height of the turntable 16 to increase the height of the spindle motor 102. This means that it is unsuitable for information equipment such as notebook computers that require a thin disk rotating device. In addition, a separate balancing magnet 19 for adding magnetic attraction force to the ball 35 is required.
따라서, 본 발명의 목적은 소형·박형화에 적합하도록 한 균형 조절 기능을 가지는 회전장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotating device having a balance adjustment function suitable for compactness and thinning.
본 발명의 다른 목적은 편심질량에 따른 디스크의 진동을 최소화하도록 한 균형 조절 기능을 가지는 회전장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a rotating device having a balance adjustment function to minimize the vibration of the disk according to the eccentric mass.
도 1은 볼에 의한 균형 보정 원리를 나타내는 개념도.1 is a conceptual diagram showing the principle of balance correction by the ball.
도 2는 종래의 스핀들 모터의 종단면도.2 is a longitudinal sectional view of a conventional spindle motor.
도 3은 종래의 다른 스핀들 모터의 종단면도.3 is a longitudinal sectional view of another conventional spindle motor.
도 4는 도 3에 도시된 스핀들 모터를 선 "A-A′"으로 절취한 횡단면도.4 is a cross-sectional view taken along the line "A-A '" of the spindle motor shown in FIG.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스핀들 모터의 종단면도.5 is a longitudinal sectional view of a spindle motor according to an embodiment of the present invention.
도 6은 도 5에 도시된 스핀들 모터를 선 "B-B′"으로 절취한 횡단면도.FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line "B-B '" of the spindle motor shown in FIG.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
1,41 : 회전축 2 : 클램핑 요크1,41: rotating shaft 2: clamping yoke
3 : 중앙 원추체 4 : 스프링3: central cone 4: spring
5,45 : 펠트 6,46 : 턴테이블 로터5,45: felt 6,46: turntable rotor
8,18,48 : 주자석 9 : 적층코아8,18,48: main magnet 9: laminated core
10 : 코일 11 : 베어링 지지부10 coil 11 bearing support
12 : 베어링 13 : 고정자 지지부12: bearing 13: stator support
16 : 턴테이블 17 : 회전자 백 요크16: turntable 17: rotor back yoke
19 : 발런싱 자석 30,33,35,43 : 볼(자동 균형 보정용)19: balancing magnet 30,33,35,43: ball (for automatic balance correction)
31,36 : 클램퍼 32 : 클램핑 자석31,36: clamper 32: clamping magnet
34 : 보스 44 : 볼 지지대34: boss 44: ball support
47 : 클램핑 볼 100,102,104 : 스핀들 모터47: clamping ball 100,102,104: spindle motor
200,202 : 클램프 장치200,202: Clamp Device
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 균형 조절 기능을 가지는 회전장치는 기록매체가 안착되는 턴테이블 로터와, 턴테이블 로터에 수평 방향으로 유동가능하게 설치되는 적어도 하나 이상의 균형 보정용 볼과, 턴테이블 로터를 회전시키기 위한 구동력과 균형 보정용 볼을 흡인하기 위한 흡인력을 제공하는 영구자석을 구비한다.In order to achieve the above objects, the rotary device having a balance adjustment function of the present invention includes a turntable rotor on which a recording medium is seated, at least one balance correction ball installed in a horizontal direction on the turntable rotor, and a turntable rotor to rotate. It is provided with a permanent magnet for providing a driving force for the suction force and a suction force for sucking the balance correction ball.
상기 목적들 외에 본 발명의 다른 목적 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and advantages of the present invention in addition to the above objects will become apparent from the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 균형 조절 기능을 가지는 회전장치를 종단면도로 나타낸다.5 is a longitudinal sectional view of a rotating device having a balance adjusting function according to an embodiment of the present invention.
도 5의 구성에서, 본 발명에 따른 스핀들 모터(104)는 크게 회전자부와 고정자부로 대별된다. 스핀들 모터(104)의 회전자부는 회전축(41), 자동 균형 보정용 볼(43), 펠트(45), 턴테이블 로터(46), 클램핑 볼(47) 및 주자석(48)을 구비한다. 회전축(41)은 턴테이블 로터(46)에 압입된다. 턴테이블 로터(46)의 상면에는 디스크(300)가 안착된다.In the configuration of Figure 5, the spindle motor 104 according to the present invention is roughly divided into a rotor portion and a stator portion. The rotor portion of the spindle motor 104 includes a rotating shaft 41, an automatic balance correction ball 43, a felt 45, a turntable rotor 46, a clamping ball 47 and a main magnet 48. The rotary shaft 41 is pressed into the turntable rotor 46. The disk 300 is seated on the top surface of the turntable rotor 46.
이 턴테이블 로터(46)의 하반부측 내경측에 주자석(48)이 접착되어 있고, 반경방향 r으로 유동 가능하게 자동 균형 보정용 볼(43)이 수납되어 있다. 이를 위하여, 턴테이블 로터(46)의 하반부측 저면은 단차가 진 환형 홈이 형성되고 최내주 단턱면에는 주자석(48)이 접착되어 균형 보정용 볼(43)이 수납될 수 있는 수납홈이 마련된다. 그리고 볼 지지대(44)가 하반부측 저면에서 수평하게 접착되어 고정됨으로써 자동 균형 보정용 볼(43)을 아래에서 지지하게 된다. 주자석(48)은 회전자부를 회전시키기 위한 자기회로를 구성하여 구동력을 발생시킴과 아울러 자동 균형 보정용 볼(43)에 일정량의 자기적인 흡인력을 부가하는 역할을 하게 된다. 자동 균형 보정용 볼(43)은 회전수에 따른 원심력과 주자석(48)에 의한 흡인력에 의해 반경방향 r 상에서의 위치가 조절됨으로써 디스크(300)의 진동을 최소화하는 역할을 한다. 즉, 디스크(300)의 회전 주파수가 시스템의 공진 주파수보다 낮은 경우는 자동 균형 보정용 볼(43)의 원심력이 주자석(48)에 의한 자기적인 흡인력보다 낮게 되어 자동 균형 보정용 볼(43)이 반경방향 r 상에서 회전축(41) 쪽으로 흡인됨으로써 자동 균형 보정용 볼(43)의 질량에 의해 진동을 줄이게 된다. 이 때, 균형 보정용 볼(43)은 수납홈 안에서 회전축(41)으로부터의 반경방향 r이 최소가 되는 지점에 위치하게 된다. 디스크(300)의 회전 주파수가 시스템의 공진 주파수보다 높은 경우는 자동 균형 보정용 볼(43)의 원심력이 주자석(48)에 의한 자기적인 흡인력보다 크게 되어 자동 균형 보정용 볼(43)이 반경방향 r 상에서 최외주 쪽으로 위치하게 됨으로써 디스크(300) 언발런스에 의한 편심질량은 자동 균형 보정용 볼(43)의 질량에 의해 상쇄되어 진동이 최소화 된다. 이 때, 균형 보정용 볼(43)은 수납홈 안에서 회전축(41)으로부터의 반경방향 r이 최대가 되는 지점에 위치하게 된다. 펠트(45)는 턴테이블 로터(46)에 안착된 디스크(300)의 미끄러짐을 방지하기 위한 것으로, 턴테이블 로터(46)의 상면에 환형띠 형태로 접착된다. 클램핑 볼(47)은 턴테이블 로터(46)의 상반부측 환형 돌출부의 외경측에 설치되어 기계적인 힘에 의해 디스크(300)를 턴테이블 로터(46)의 상면에 밀착 고정시키는 역할을 한다. 한편, 스핀들 모터(104)의 고정자부는 도 2 및 도 3에 도시된 것과 구성 및 기능이 동일하게 된다. 즉, 고정자부는 회전축(41)의 회전을 원활히 하기 위한 베어링(12)이 수납된 베어링 하우징(11), 코일(10)이 감겨진 적층코아(9) 및 스핀들 모터(100) 전체를 지지하기 위한 고정자 지지부(13)로 구성된다. 고정자 지지부(13)에 의해 베어링 하우징(11)이 지지되고, 이 베어링 하우징(11)에 의해 베어링(12)과 적층코아(9)가 지지된다.The main magnet 48 is bonded to the lower half-side inner diameter side of this turntable rotor 46, and the ball 43 for automatic balance correction is accommodated so that it may flow in the radial direction r. To this end, the bottom surface of the lower half side of the turntable rotor 46 is formed with an annular groove having a step, and the main magnet 48 is bonded to the innermost stepped surface so that the accommodation hole for accommodating the balance correction ball 43 is provided. Then, the ball support 44 is horizontally bonded and fixed at the bottom of the lower half side to support the ball 43 for automatic balance correction from below. The main magnet 48 constitutes a magnetic circuit for rotating the rotor part to generate a driving force, and serves to add a certain amount of magnetic attraction force to the automatic balance correction ball 43. Automatic balance correction ball 43 serves to minimize the vibration of the disk 300 by adjusting the position on the radial r by the centrifugal force and the suction force by the main magnet 48 according to the rotational speed. That is, when the rotational frequency of the disk 300 is lower than the resonant frequency of the system, the centrifugal force of the automatic balance correction ball 43 is lower than the magnetic attraction force by the main magnet 48 so that the automatic balance correction ball 43 radially. By being attracted to the rotating shaft 41 on r, the vibration is reduced by the mass of the automatic balance correction ball 43. At this time, the balance correction ball 43 is located at the point where the radial r from the rotational axis 41 becomes minimum in the receiving groove. If the rotational frequency of the disk 300 is higher than the resonance frequency of the system, the centrifugal force of the automatic balance correction ball 43 is greater than the magnetic attraction force by the main magnet 48, so that the automatic balance correction ball 43 is on the radial r. By being located toward the outermost circumference, the eccentric mass due to the disc 300 unbalance is canceled by the mass of the automatic balance correction ball 43, thereby minimizing vibration. At this time, the balance correction ball 43 is located at the point where the radial r from the rotational axis 41 becomes maximum in the receiving groove. The felt 45 is for preventing slipping of the disk 300 seated on the turntable rotor 46 and is attached to the upper surface of the turntable rotor 46 in an annular band shape. The clamping ball 47 is installed on the outer diameter side of the annular projection of the upper half side of the turntable rotor 46 and serves to closely fix the disk 300 to the upper surface of the turntable rotor 46 by mechanical force. On the other hand, the stator portion of the spindle motor 104 has the same configuration and function as those shown in FIGS. 2 and 3. That is, the stator part supports the bearing housing 11 in which the bearing 12 for smoothly rotating the rotating shaft 41 is accommodated, the laminated core 9 on which the coil 10 is wound, and the entire spindle motor 100. It consists of a stator support 13. The bearing housing 11 is supported by the stator support 13, and the bearing 12 and the laminated core 9 are supported by the bearing housing 11.
디스크 회전장치를 구동하기 위한 구동력을 발생시키는 스핀들 모터의 자기회로는 도 6과 같다. 주자석(48)은 반경방향 r과 접선방향 θ의 이방성 방향(Bidirection)으로 자화된다. 따라서, 점선으로 나타낸 바와 같이 자속선은 주자석(48)을 반경 방향 r과 접선방향 θ으로 내주측으로 선회하여 통과한 다음 에어갭을 지나 적층코아(9)를 통과하고 다시 에어갭을 지나는 폐루우프 경로를 형성하여 코일(10)을 쇄교하게 된다. 여기서, 주자석(48)을 통과하는 자속선의 일부는 외경 바깥 쪽으로 누설되는데 이 누설자속을 이용하여 자동 균형 보정용 볼(43)을 흡인하게 된다. 이 누설 자속량을 적절히 조정함으로써 자동 균형 보정용 볼(43)을 흡인하는 자기력을 적절히 조정할 수 있다. 누설 자속량을 크게 하면 구동력을 발생시키는 구동력은 떨어 지지만 자동 균형 보정용 볼(43)을 흡인하는 자기력은 증가하게 되고 누설 자속량을 작게 하면 구동력은 커지지만 자동 균형 보정용 볼(43)을 흡인력은 감소하게 된다. 주자석(48)은 반경방향 r과 접선방향 θ의 이방성으로 자화되어 주자석(48)을 통과하는 자속선의 길이가 길어지기 때문에 효율이 크게 증가하게 된다. 따라서, 자동 균형 보정용 볼(43) 쪽으로 누설되는 누설자속에도 불구하고 스핀들 모터의 구동력에는 큰 차이가 없게 됨은 물론 오히려 구동력이 증대된다.The magnetic circuit of the spindle motor generating a driving force for driving the disk rotating device is shown in FIG. The main magnet 48 is magnetized in an anisotropic direction (Bidirection) in the radial direction r and the tangential direction θ. Thus, as indicated by the dashed line, the flux line passes through the main magnet 48 by turning in the radial direction r and the tangential direction θ to the inner circumferential side, then through the air gap, through the stacked core 9, and again through the air gap. To form a bridge to the coil 10. Here, a part of the magnetic flux lines passing through the main magnet 48 is leaked to the outside of the outer diameter to suck the automatic balance correction ball 43 by using the leakage magnetic flux. By appropriately adjusting this amount of leakage magnetic flux, the magnetic force which attracts the automatic balance correction ball 43 can be adjusted suitably. Increasing the leakage magnetic flux decreases the driving force that generates the driving force, but increases the magnetic force that attracts the automatic balance correction ball 43, and decreasing the leakage magnetic flux increases the driving force, but the suction force decreases the automatic balance correction ball 43. Done. The main magnet 48 is magnetized with anisotropy in the radial direction r and the tangential direction θ so that the efficiency of the magnetic flux lines passing through the main magnet 48 is increased. Therefore, despite the leakage magnetic flux leaking toward the automatic balance correction ball 43, the driving force of the spindle motor does not have a large difference, but rather the driving force is increased.
이와 같이, 주자석(48)의 자속을 구동력과 자동 균형 보정용 볼(43)에 부가되는 흡인력으로 동시에 이용함으로써 주자석(48) 외경 바깥 쪽으로 누설되는 누설자속을 코일(10) 쪽으로 안내하는 도 3에 도시된 회전자 백 요크(17)가 불필요하게 되고 아울러, 도 3에 도시된 발런싱 자석(19)이 불필요하게 된다. 이에 따라, 스핀들 모터(104)의 회전자부 구성이 간소화되고 주자석(48)의 이용효율이 증대된다. 특히, 노트북과 같은 소형 정보기기에서 박형화를 위하여 별도의 클램프 장치가 사용되지 않는 것에 대응할 수 있고, 도 3과 같이 회전자부의 수직방향 높이를 높이지 않고 균형 보정용 볼(43)을 설치함으로써 박형화된 구조를 갖는 디스크 회전장치로 구현될 수 있다.As described above, the magnetic flux of the main magnet 48 is simultaneously used as a driving force and a suction force added to the automatic balance correction ball 43 to guide the leakage magnetic flux leaking out of the outer diameter of the main magnet 48 toward the coil 10. The rotor back yoke 17 becomes unnecessary, and the balancing magnet 19 shown in FIG. 3 becomes unnecessary. As a result, the configuration of the rotor portion of the spindle motor 104 is simplified, and the utilization efficiency of the main magnet 48 is increased. In particular, it is possible to cope with the use of a separate clamp device for thinning in a small information device such as a notebook, and thinned by installing a balance correction ball 43 without increasing the vertical height of the rotor as shown in FIG. It can be implemented as a disk rotating device having a structure.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 균형 조절 기능을 가지는 회전장치는 별도의 클램프 장치가 불필요한 구성을 갖게 되고 회전자부의 수직방향 높이를 줄임으로써 소형·박형화에 적합하게 된다. 나아가, 편심질량에 따른 디스크의 진동을 최소화할 수 있다.As described above, the rotary device having the balance adjusting function according to the present invention has a unnecessary configuration of a separate clamp device and is suitable for miniaturization and thinning by reducing the vertical height of the rotor part. Furthermore, it is possible to minimize the vibration of the disk according to the eccentric mass.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
Claims (5)
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Family Applications (1)
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- 1998-04-10 KR KR1019980012930A patent/KR100266207B1/en not_active IP Right Cessation
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| KR19990080004A (en) | 1999-11-05 |
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