KR100305428B1 - 반구베어링을 갖는 스핀들 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반구 베어링(hemi-spherical bearing)이 적용되는 스핀들 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반구 베어링의 전체적인 무게 중심이 하중지지 위치보다 저부에 위치되게 하므로서 보다 안정된 구동성이 제공되도록 하는 반구베어링을 갖는 스핀들 모터에 관한 것으로서, 이를 위해서 본 발명은 샤프트(12)의 하단이 고정되는 홀더(11)가 억지끼워지는 하우징(10)과; 상기 하우징(10)에 부착되는 서포터(13)에 안착되어 고정되는 다수의 박판을 적층시킨 스테이터 코어(20)와; 상기 스테이터 코어(20)의 외측단부와 서로 마주보게 마그네트(31)가 부착된 로터 허브(30)와; 상기 로터 허브(30)의 상부면에 고정결합되며, 수직으로 관통되는 중앙부의 상부면과 하부면에는 각각 안쪽으로 만곡지는 반구형 그루브가 상부측 그루브(41)보다 하부측 그루브(42)의 내경이 작게 형성되도록 하면서 구비되도록 하되 상기 하부측 그루브(42)는 상기 스테이터 코어(20)의 내경부에 위치되면서 상기 샤프트(12)와 동일축선상에 형성되도록 하는 베어링 부시(40)와; 상기 베어링 부시(40)의 상부측 그루브(41)에 수용되면서 반구형 외주면에는 동압발생용 그루브(51)가 형성되며, 상기 샤프트(12)에 강제끼워지는 상반구(50); 및 상기 베어링 부시(40)의 하부측 그루브(42)에 수용되면서 반구형 외주면에는 동압발생용 그루브(61)가 형성되며, 상기 상반구(42)보다는 외경이 작게 구비되어 상기 샤프트(12)에 강제끼워지는 하반구(60)가 결합되므로서 샤프트(12)의 무게 중심(WC)이 상기 상반구(50)와 하반구(60)의 축의 반경방향 및 축방향의 하중을 동시에 지지하는 지점간 사이에 위치되도록 하는 구성이 특징이다.

Description

반구베어링을 갖는 스핀들 모터{A spindle motor having hemi-spherical bearing}

본 발명은 반구 베어링(hemi-spherical bearing)이 적용되는 스핀들 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반구 베어링의 전체적인 무게 중심이 하중지지 위치보다 저부에 위치되게 하므로서 보다 안정된 구동성이 제공되도록 하는 반구베어링을 갖는 스핀들 모터에 관한 것이다.

일반적으로 고속의 구동이 요구되는 하드 디스크 드라이버 또는 레이저 프린터에 사용되는 스핀들 모터에는 구동시 축의 반경방향과 축방향으로의 하중을 동시에 지지되도록 하기 위해 축을 지지하는 수단으로서 저널베어링과 스러스트베어링이 동시에 적용되도록 하고 있다.

즉 저널베어링은 축의 외주면에 형성되는 동압발생용 그루브에 의해서 모터의 구동시 축의 반경방향으로의 하중을 지지하게 되고, 스러스트베어링은 스러스트 플레이트의 상부면과 하부면에 형성되는 동압발생 그루브에 의해서 모터의 구동시 축방향으로의 하중을 지지하게 되므로서 진동 및 소음이 저감되면서 안정된 구동성을 유지할 수 있도록 하는 것이다.

한편 베어링에 윤활제로서 오일을 사용하게 되면 오일 비산에 따른 모터 내부의 오염과 유량의 저감을 초래하게 되는 문제가 있어 최근에는 베어링내에서의 동압을 오일이 아닌 공기에 의해서 발생시키게 되는 공기동압베어링의 사용이 점차 증가하고 있다.

이같은 공기동압베어링에서 특히 최근에는 축의 반경방향의 하중과 축방향의 하중이 동시에 지지되도록 하는 반구베어링을 적용하는 모터가 제안되어 일부에서 사용되고 있다.

도 1은 이러한 반구베어링이 적용되는 스핀들 모터의 측단면을 도시한 것으로서, 모터는 크게 하우징(1)과 스테이터 코어(2)와 로터 허브(3)와 베어링 부시(4) 및 반구(50)로서 이루어진다.

하우징(1)은 평판의 지지부재이며, 이 하우징(1)에는 플랜지형상으로홀더(1a)가 억지끼워지고, 이 홀더(1a)의 내경부에는 샤프트(1b)의 하단이 억지끼움에 의해 견고하게 고정된다.

그리고 하우징(1)에는 상단부로 안착면이 제공되는 서포터(1c)가 부착되고, 이 서포터(1c)의 상부면에는 다수의 박판을 적층시켜 일체로 성형한 스테이터 코어(2)가 별도의 체결수단 또는 접합수단에 의해서 견고하게 고정된다.

한편 스테이터 코어(2)의 외측으로는 외측단부와 소정의 공극을 갖도록 마그네트(3a)를 부착시킨 로터 허브(3)가 구비되도록 하되 이 로터 허브(3)의 상부면에는 베어링 부시(4)가 일체로 결합되도록 한다.

베어링 부시(4)는 중심부가 상하로 관통되고, 이렇게 관통된 중심부의 상부면과 하부면으로는 각각 안쪽으로 즉 서로 대향하는 방향으로 만곡지게 한 동일한 크기의 반구형의 그루브(4a)(4b)가 형성되도록 한다.

이러한 베어링 부시(4)의 상부측 그루브(4a)와 하부측 그루브(4b)에는 각 그루브(4a)(4b)의 내경면과 미세한 간극을 가지면서 외주면에는 동압발생용 그루브(5a)가 형성되어 있는 반구(5)가 각각 수용되도록 한다.

이때 반구(5)는 베어링 부시(4)의 중앙을 관통하는 샤프트(1b)에 억지끼움에 의해서 견고하게 고정된다.

이와같은 구성으로서 구비되는 스핀들 모터는 스테이터 코어(2)에 입력되는 전원에 의해 스테이터 코어(2)와 마그네트(3a)간에는 상호전자기력이 발생되도록 하고, 이때 구동력을 유발시켜 로터 허브(3)를 회전시킨다.

이때 로터 허브(3)와 일체로 결합된 베어링 부시(4)가 회전하게 되면서 이때의 회전력에 의해 베어링 부시(4)의 상부와 하부에 각각 형성되도록 한 그루브(4a)(4b)내로 외기가 유입되는바 이들 외기는 그루브(4a)(4b)에 각각 수용된 반구(5)의 동압발생 그루브(5a)를 따라 흐르게 되면서 강력한 동압을 발생시키게 되므로 반구(5)와 그루브(4a)(4b)의 내경면과는 비접촉되는 상태를 유지하게 되고, 또한 베어링 부시(4)의 축의 반경방향 및 축방향의 하중을 동시에 지지하게 되므로 안정된 구동성이 유지되도록 한다.

하지만 전기한 구조에서 베어링 부시(4)와 반구(5)는 지나치게 높이(H1)가 상승되는 단점이 있어 샤프트(1b)에서의 무게 중심(WC)이 하향 이동될 수밖에 없고, 이러한 무게 중심(WC)이 특히 베어링 부시(4)의 상하 그루브(4a)(4b)와 반구(5)간의 축의 반경방향 및 축방향의 하중지지 위치간 스팬(S1)보다 더 하향 위치하게 되므로서 베어링 부시(4)의 회전시 원심력에 의해 불안정한 회전 모멘트가 발생되면서 진동이 커지거나 불균형을 야기시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정 보완하기 위한 것으로서, 본 발명은 전체적인 반구베어링의 설치 높이가 하향 이동되게 하면서 무게 중심점이 상반구와 하반구의 하중지지 위치간 스팬 사이에 위치되게 하므로서 보다 안정된 구동성이 제공되도록 하는데 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 베어링의 전체적인 높이가 낮추지므로서 박형화가 가능토록 하는데 다른 목적이 있다.

도 1 은 종래의 반구베어링을 갖는 스핀들 모터를 도시한 측단면도,

도 2 는 본 발명에 따른 스핀들 모터의 측단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 하우징 12 : 샤프트

20 : 스테이터 코어(stator core)

30 : 로터 허브 40 : 베어링 부시

41 : 상부측 그루브 42 : 하부측 그루브

50 : 상반구 60 : 하반구

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 샤프트의 하단이 고정되는 홀더가 억지끼워지는 하우징과;

상기 하우징에 부착되는 서포터에 안착되어 고정되는 다수의 박판을 적층시킨 스테이터 코어와;

상기 스테이터 코어의 외측단부와 서로 마주보게 마그네트가 부착된 로터 허브와,

상기 로터 허브의 상부면에 고정결합되며, 수직으로 관통되는 중앙부의 상부면과 하부면에는 각각 안쪽으로 만곡지는 반구형 그루브가 상부측 그루브보다 하부측 그루브의 내경이 작게 형성되도록 하면서 구비되도록 하되 상기 하부측 그루브는 상기 스테이터 코어의 내경부에 위치되면서 상기 샤프트와 동일축선상에 형성되도록 하는 베어링 부시와;

상기 베어링 부시의 상부측 그루브에 수용되면서 상기 샤프트에 강제끼워지는 상반구와;

상기 베어링 부시의 하부측 그루브에 수용되면서 상기 상반구보다는 외경이 작게 구비되어 상기 샤프트에 강제끼워지는 하반구;

가 결합되므로서 샤프트의 무게 중심이 상기 상반구와 하반구간 사이에 위치되도록 하는 구성이 특징이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 스핀들 모터의 측단면을 도시한 것으로서, 크게 하우징(10)과 스테이터 코어(20)와 로터 허브(30)와 부시(40) 및 상반구(50)와 하반구(60)로서 이루어지는 구성은 종전과 동일하다.

즉 하우징(10)은 본 발명의 스핀들 모터가 기기에 견고하게 부착되어 지지되도록 하는 지지부이며, 이 하우징(10)에는 플랜지형상의 홀더(11)가 억지끼움에 의해서 고정되고, 이 홀더(11)의 내경부에는 샤프트(12)의 하단이 마찬가지로 억지끼움에 의해서 견고하게 고정되도록 한다.

그리고 이 하우징(10)에는 홀더(11)가 끼워지는 외주연부에 소정의 높이로 상향 돌출되면서 상단부에는 안착면이 제공되도록 하는 서포터(13)가 부착되면서 이 서포터(13)의 상부면에 다수의 박판을 적층시켜 일체로 성형한 스테이터 코어(20)가 안착되어 체결 또는 접합에 의해서 견고하게 고정되도록 한다.

한편 스테이터 코어(20)의 외측으로는 외측단부와 소정의 공극을 갖도록 마주보게 하여 마그네트(31)를 부착시킨 로터 허브(30)가 구비되도록 한다.

로터 허브(30)의 스테이터 코어(20)의 상부로 연장되는 상부면에는 베어링 부시(40)가 코킹등에 의해서 견고하게 일체로 결합되도록 하되 이때 베어링 부시(40)의 중심부는 상하로 관통되며, 이렇게 관통된 중심부의 상부면과 하부면으로는 안쪽으로 즉 서로 대향하는 방향으로 각각 만곡지게 하여 반구형의 그루브(41)(42)를 형성한다.

이때 하부측 그루브(42)는 상부측 그루브(41)보다 작은 내경의 반구를 이루도록 하면서 특히 하부측 그루브(42)가 형성되는 베어링 부시(40)의 하부는 스테이터 코어(20)의 내경부에 위치되도록 한다.

이와같은 베어링 부시(40)의 상부측 그루브(41)와 하부측 그루브(42)에는 각각 그루브(41)(42)의 내경면과 미세한 간극을 가지면서 외주면에는 동압발생용 그루브(51)(61)가 형성되는 상반구(50)와 하반구(60)가 수용되도록 한다.

이때 하반구(60)는 베어링 부시(40)에서의 상부와 하부측 그루브(41)(42)간 내경차에 비례하도록 상반구(50)보다는 외경이 작게 형성되도록 하며, 이들 상반구(50)와 하반구(60)는 베어링 부시(40)의 중앙을 관통하는 샤프트(12)에 억지끼움에 의해서 견고하게 고정되도록 한다.

따라서 하반구(60)는 베어링 부시(40)의 하부측 그루브(42)와 마찬가지로 스테이터 코어(20)의 내경부에 위치하게 된다.

이상과 같은 구성에 따른 본 발명의 작용은 종래와 마찬가지로 스테이터 코어(20)에 입력되는 전원에 의해 스테이터 코어(20)와 마그네트(31)에서는 각각의 자계를 형성하면서 이들 자계간 상호작용에 의해 전자기력이 발생되고, 이때의 전자기력은 구동력을 유발시켜 회전 가능하게 지지되는 로터 허브(30)를 회전시키게 된다.

이렇게 로터 허브(30)가 회전하게 되면 로터 허브(30)와 일체로 결합된 베어링 부시(40)가 회전하게 되고, 이때의 회전력에 의해 베어링 부시(40)의 상부와 하부에 각각 형성되도록 한 그루브(41)(42)로 외기가 유입된다.

이들 외기는 그루브(41)(42)에 수용된 상반구(50)와 하반구(60)의 동압발생 그루브(51)(61)를 따라 흐르게 되면서 강력한 동압을 발생시키게 되며, 이때의 동압에 의해서 반구형 그루브(41)(42)의 내경면과 상반구(50) 및 하반구(60)의 외경면은 비접촉되는 상태에서 베어링 부시(40)를 원활하게 회전시키게 되는 것이다.

한편 이와같은 베어링 부시(40)의 회전시 각 상반구(50)와 하반구(60)에서는 축의 반경방향 및 축방향의 하중을 동시에 지지하는 지점이 생기게 되고, 이러한 지점간 거리 즉 스팬(S2)내에는 샤프트(12)의 무게 중심(WC)이 위치하게 된다.

이를 보다 상세하게 설명하면 샤프트(12)에 끼워지는 상반구(50)와 하반구(60)의 위치가 종전보다 하향 이동되는 동시에 상반구(50)보다는 하반구(60)의 크기가 축소되게 하므로서 샤프트(12)에서의 무게 중심(WC)은 종전에 비해서 상향 이동하게 되는데 이때의 무게 중심(WC)이 상반구(50)와 하반구(60)에서의 축의 반경방향 및 축방향의 하중을 동시에 지지하는 지점간 스팬(S2)의 사이에 위치되도록 하는 것이다.

이렇게 샤프트(12)에서의 무게 중심(WC)을 상반구(50)와 하반구(60)에서의 축의 반경방향 및 축방향의 하중을 동시에 지지하는 지점간 스팬(S2)의 사이에 위치시키게 되면 베어링 부시(40)의 회전시 원심력에 의한 회전 모멘트의 작용이 전혀 발생되지 않게 되므로 모터 구동시의 진동과 소음을 대폭적으로 저감시킬 수가 있게 된다.

또한 이같은 회전 모멘트 제거는 베어링 부하 용량을 안정적으로 유지시키게 되므로 보다 구동 성능을 안정시킬 수가 있게 된다.

특히 하반구(60)가 스테이터 코어(20)의 내경부에까지 하향 위치시키게 되므로서 전체적으로 베어링 부시(40)의 형성 높이(H2)가 낮아지면서 모터의 박형화를 촉진시킬 수가 있게 된다.

그러므로 본 발명은 베어링 부시(40)의 하부측 그루브(42)와 그 내부에 수용되는 하반구(60)의 크기를 축소시키면서 이들이 스테이터 코어(20)의 내경부에 위치되도록 하는 간단한 구조 개선에 의해 모터 구동시 상반구(50)와 하반구(60)에서의 축의 반경방향 및 축방향의 하중을 동시에 지지하는 지점간 스팬(S2) 사이에 샤프트(12)에서의 무게 중심(WC)이 위치되게 하므로서 보다 안정된 구동성을 발휘하면서 구동 성능이 향상되도록 하며, 모터의 두께를 보다 박형화하므로서 기기의 박형화를 촉진시키는 매우 유용한 효과를 제공하게 된다.

Claims (1)

1. 샤프트(12)의 하단이 고정되는 홀더(11)가 억지끼워지는 하우징(10)과;

   상기 하우징(10)에 부착되는 서포터(13)에 안착되어 고정되는 다수의 박판을 적층시킨 스테이터 코어(20)와;

   상기 스테이터 코어(20)의 외측단부와 서로 마주보게 마그네트(31)가 부착된 로터 허브(30)와;

   상기 로터 허브(30)의 상부면에 고정결합되며, 수직으로 관통되는 중앙부의 상부면과 하부면에는 각각 안쪽으로 만곡지는 반구형 그루브가 상부측 그루브(41)보다 하부측 그루브(42)의 내경이 작게 형성되도록 하면서 구비되도록 하되 상기 하부측 그루브(42)는 상기 스테이터 코어(20)의 내경부에 위치되면서 상기 샤프트(12)와 동일축선상에 형성되도록 하는 베어링 부시(40)와;

   상기 베어링 부시(40)의 상부측 그루브(41)에 수용되면서 반구형 외주면에는 동압발생용 그루브(51)가 형성되며, 상기 샤프트(12)에 강제끼워지는 상반구(50); 및 상기 베어링 부시(40)의 하부측 그루브(42)에 수용되면서 반구형 외주면에는 동압발생용 그루브(61)가 형성되며, 상기 상반구(42)보다는 외경이 작게 구비되어 상기 샤프트(12)에 강제끼워지는 하반구(60)가 결합되므로서 샤프트(12)의 무게 중심(WC)이 상기 상반구(50)와 하반구(60)의 축의 반경방향 및 축방향의 하중을 동시에 지지하는 지점간 사이에 위치되도록 하는 반구베어링을 갖는 스핀들 모터.