KR100316643B1

KR100316643B1 - 회전구동기기의 소음감쇠장치

Info

Publication number: KR100316643B1
Application number: KR1019980024410A
Authority: KR
Inventors: 김성훈; 고병천; 배병영; 홍순교; 이성진
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2002-04-24
Also published as: US6360843B1; JP2000065133A; KR20000003219A

Abstract

하우징과; 이 하우징 내에 회전가능하게 설치된 적어도 하나의 회전판과; 회전판을 회전구동시키는 구동원을 포함하는 회전구동기기의 소음 감쇠장치에 있어서, 회전판의 정속회전시, 회전판의 회전중심으로부터 멀어지는 방향으로 이동되며 회전판 주위에 소정두께 δ_m으로 분포되는 공기층을 제1경계층; 회전판의 외측으로부터 회전중심 방향으로 이동되며 회전판에 대면되는 하우징 내부의 상면 및 베이스면 주위에 소정두께 δ_f로 분포되는 공기층을 제2경계층; 제1경계층과 제2경계층 사이에 분포되어 불규칙한 방향으로 유동되는 공기층을 와류층; 이라 정의할 때, 회전판과 하우징 내부의 상면 사이의 간격 및/또는 회전판과 하우징 내부의 베이스면 사이의 간격 h 는, 아래 조건식을 만족하여 와류층의 발생을 억제함으로써 소음을 감쇠시키도록 된 것을 특징으로 하는 회전구동기기의 소음감쇠장치가 개시된다.

[조건식]

δ_m＜ h ＜ δ_m+ 1.5δ_f

Description

회전구동기기의 소음감쇠장치

본 발명은 회전구동기기의 소음감쇠장치에 관한 것으로, 상세하게는 하우징 내에 설치된 회전판의 회전시 주변공기의 유동에 의해 발생하는 소음을 감쇠시키는회전구동기기의 소음감쇠장치에 관한 것이다.

회전구동기기의 일 예로서, 도 1에 도시된 하드 디스크 드라이브(HDD)는 컴퓨터 본체(미도시) 내에 설치되어 하드 디스크(18)를 지지하는 베이스(12)와 하드 디스크(18)를 보호하기 위해 베이스(12)에 결합되는 커버프레임(14)을 표함하는 하우징(10)과, 소음감쇠장치를 구비한다.

상기 하드 디스크(18)는 소정의 데이터 기록/재생수단(미도시)이 데이터를 기록하거나 기록된 데이터를 재생할 수 있도록 베이스(12)에 설치된 스핀들 모터(미도시)와 같은 구동원에 의해 회전된다.

상기 소음감쇠장치는 하우징(10)에서 발생되는 소음을 흡수하도록 본드, 양면테이프와 같은 접착제에 의해 커버프레임(14) 외측에 부착되며, 통상적으로 스테인레스 재질로 제작되는 판형의 댐퍼부재(16)를 포함한다.

상기 구성에 있어서, 하드 디스크(18)에 데이터를 기록하거나 기록된 데이터를 재생시키기 위해 하드 디스크(18)를 고속으로 회전시키면 하우징(10)에서는 소음이 발생된다.

상기 소음은, 예컨대, 구동원으로부터 구조물이 받는 충격 및 진동이 구조물을 통해 전파되면서 발생되는 고체음(solid-borne sound)과 같은 구조물 (structure-borne) 소음과, 공기의 유동에 의해 구조물이 강제 진동되어 발생되는 공기음(air-borne sound)과 같은 공력(空力) 또는 유동(流動) 소음으로 나눌 수 있다. 이중에서 상기 공기음의 주요원인은 하우징(10) 내에서의 와류 즉, 난류와 비정상 유체흐름(주로 vorticity 및 vortex)에 있다.

구체적으로, 도 2 및 도 3을 참조하여 하우징(10)내에서의 유체흐름을 알아보기로 한다. 하드디스크(18)가 일 방향으로 회전함에 따라 하우징(10) 내의 공기는 회전중심(D)에서 멀어지는 방향으로 유동되는 제1경계층(220)과 외측에서 회전중심(D)방향으로 유동되는 제2경계층(210)을 포함하는 경계층(200)과, 제1경계층 (220)과 제2경계층(210) 사이에서 불규칙하게 흐르는 와류층(230)으로 구분된다. 이 중에서 상기 와류층(230)에 의해 상기 공기음이 발생하게 된다.

그런데, 하우징(10)에서 발생되는 소음은 댐퍼부재(16)에 의해 어느 정도 흡수되어 감쇠될 수 있다. 그러나, 종래기술에 따르면 하우징(10) 외부에 댐퍼부재 (16)를 별도로 부착해야 되므로 제조원가가 상승되고 조립공정이 많아진다. 또한, 컴퓨터 본체 내의 온도가 상승할 경우, 그 열에 의해 상기 접착제의 접착력이 저하된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 하우징 내에서 회전판의 회전시 발생하는 공기의 비정상적인 흐름을 근본적으로 억제시켜 소음을 감쇠시킬 수 있도록 구조가 개선된 회전구동기기의 소음감쇠장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 하드디스크 드라이브의 부분 절개 사시도,.

도 2 및 도 3 각각은 도 1에 도시된 하드디스크 드라이브의 동작을 설명하기 위한 개략적인 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전구동기기의 소음감쇠장치를 나타내 보인 개략적인 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100..하우징 110..베이스

120..커버프레임 130..스핀들모터

140..하드디스크 150..헤드

200..경계층 210..제2경계층

220..제1경계층

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 회전구동기기의 소음감쇠장치는 하우징과; 이 하우징 내에 회전가능하게 설치된 적어도 하나의 회전판과; 상기 회전판을 회전구동시키는 구동원을 포함하는 회전구동기기의 소음 감쇠장치에 있어서, 상기 회전판의 정속회전시, 상기 회전판의 회전중심으로부터 멀어지는 방향으로 이동되며 상기 회전판 주위에 소정두께 δ_m으로 분포되는 공기층인 제1경계층; 상기 회전판의 외측으로부터 회전중심 방향으로 이동되며 상기 회전판에 대면되는 상기 하우징 내부의 상면 및 베이스면 주위에 소정두께 δ_f로 분포되는 공기층을 제2경계층; 상기 제1경계층과 제2경계층 사이에 분포되어 불규칙한 방향으로 유동되는 공기층을 와류층; 이라 정의할 때, 상기 회전판과 상기 하우징 내부의 상면 사이의 간격 및/또는 상기 회전판과 상기 하우징 내부의 베이스면 사이의 간격 h는, 아래 조건식을 만족하여 상기 와류층의 발생을 억제함으로써 소음을 감쇠시키도록 된 것을 특징으로 한다.

[조건식]

δ_m＜ h ＜ δ_m+ 1.5δ_f

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전구동기기의 소음감쇠장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전구동기기의 소음감쇠장치는 하우징(100)과, 데이터의 저장을 위한 하드디스크(140)와, 상기 하드디스크(140)를 회전구동시키기 위한 구동원인 스핀들모터(130)를 구비한다.

상기 하우징(100)은 스핀들모터(130)를 지지하는 베이스(110)와, 하드 디스크(140)를 보호하기 위해 베이스(110)에 결합되는 커버프레임(120)을 구비한다.

상기 하드디스크(140)는 얇은 판구조를 가지는 회전판으로, 상기 스핀들모터(130)에 회전가능하게 설치된다. 이 하드디스크(140)는 통상 기억용량의 증대를 위해 다층구조로 적층된다. 본 실시예에서는 두 개의 하드디스크(140)가 설치되어 있으며, 설명의 편의를 위해 하드디스크(140) 중에서 상방에 위치된 것을 제1디스크 (142), 하방에 위치된 것을 제2디스크(144)라 칭한다. 이러한 하드디스크(140)는 하우징(100) 내에 설치된 데이터 기록재생수단인 헤드(150)에 의해 데이터가 기록되거나, 기록된 데이터가 재생된다. 상기 헤드(150)는 기록재생장치에 널리 사용되며 잘 알려진 기록재생수단이므로 자세한 설명은 생략한다.

하드 디스크(140)의 회전시 발생되는 소음을 감쇠시키기 위해서는 하드 디스크(140)와 하우징(100) 내부의 상면(122) 사이의 거리인 제1간격(h1) 및/또는 하드 디스크(140)와 하우징(100) 내부의 베이스면(112) 사이의 거리인 제2간격(h2)이 아래 수학식 1을 만족하도록 하드 디스크(140)와 하우징(100)이 결합된다.

δ_m＜ hi ＜ δ_m+ 1.5δ_f(i=1, 2)

여기서 δ_m과 δ_t는 하드 디스크(140)의 정속회전시, 하우징(100) 내에서 유동되는 공기의 경계층(boundary layer,200)을 유동방향에 따라 구분할 때, 각각 제1경계층(210)과 제2경계층(220)의 두께를 나타낸다.

여기서, 상기 수학식 1은 제1경계층(220)과 제2경계층(210)을 합한 경계층 (200)(통상 에크만 레이어(Ekman layer)라 불린다)의 두께 δ를 이론적으로 나타낸 다음의 수학식 2를 통해 유도된다.

여기서, δ는 경계층(200)의 두께(boundary layer thickness)(mm)를, v는 동점성계수(dynamic viscosity)(㎠/sec)를, 그리고 오메가(Ω)는 하드 디스크(140)의 회전속도(angular velocity)(회전수/min)를 각각 나타낸다.

상기 간격들(h1)(h2)는 하드 디스크(140)와 커버프레임(120)의 마찰을 방지 하면서 제1경계층(220, 도3참조)과 제2경계층(210) 사이에서의 와류층(230) 발생을 억제시키기 위해서 이론적으로는 δ_m＜ h1(h2) ＜ δ를 만족하면 된다. 그러나, 실제로 하드 디스크(140)의 테두리가 커버프레임(120)의 내측면 사이의 소정 간격 d_θ에 의해 제2경계층(210)의 두께가 두껍게 되어 블라우잉 효과(Blowing effect)가 발생된다. 이러한 브라우잉 효과에 의해 제2경계층(210)의 두께는 약 1.5δ_f로서, 이론적 수치에 비해 약 20∼30% 정도 증가된다. 그러므로, 상기 간격들(h1,h2)은 제1경계층(220)의 두께 δ_m과 제2경계층(210)의 실제 두께 1.5δ_f의 합보다 작아야 된다.((h1,h2) ＜ δ_m+ 1.5δ_f)

물론 종래의 커버프레임(12; 도1참조)의 내측면에 보강제(미도시)를 부착하여 간격(h1,h2)이 수학식 1에 만족되게 설계할 수도 있다.

이하 표 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전구동기기의 소음감쇠장치의 동작을 설명한다. 표 1은 일반적으로 사용되는 하드디스크 드라이브의 구조를 고려하여, 하드디스크(140)의 수가 두 개, 회전속도(Ω)가 5400rpm으로 주어졌을 경우, 상기 제1간격(h1)을 각각 달리하면서 하우징(100)내에서 발생하는 소음의 수치를 실험을 통해 나타내 보인 것이다.

여기서, 하드 디스크(140)의 회전속도(Ω)가 5400rpm일 경우에, 수학식 1을 근거로 한 경계층(200)의 두께 δ는 대략 0.17mm이고, 회전속도(Ω)가 7200rpm일 경우에 δ의 이론값은 대략 0.15mm이다. 그리고, 하드디스크(140)의 주위에 구조물이 없는 이상적인 경우에는 제1경계층(220)의 두께 δ_m= 4δ이고, 제2경계층(210)의 두께 δ_f는 대략 8δ이다. 따라서, 두 경계층(210)(220)의 두께의 합 δ_m+ δ_f= 12δ은 약 2.04mm 이나, 상기 브라우잉 효과에 의해 실제 두께, δ_m+ δ_f= 12δ는 대략 2.3 ∼ 2.5mm로서 더 두껍게 된다.

이와 같은 점을 고려하여 상기와 같은 조건하에서 실험한 상기 표 1을 살펴보면, 종래에 댐퍼부재(16;도1참조)를 하우징(10) 외측에 부착하고 제1간격(h1)을 대략 5mm로 한 비교예에서 35.2dBA의 소음이 측정된 반면에, 제1간격(h)을 2.3mm로 한 제5실험예의 측정된 소음값은 32.7dBA로서, 상기 비교예에 비해 약 2.5dBA의 소음을 더 감쇠되었다. 따라서, 종래기술의 댐퍼부재(16)를 배제하더라도, 상기 제1간격(h1)이 수학식 1의 조건에 만족되도록 하우징(100)과 하드 디스크(140)를 설계하면, 와류층(230)의 발생을 억제하며 소음을 효과적으로 감쇠시킬 수 있다.

또한, 수학식 1을 만족시키는 범위 내에서는 제1간격(h1)이 작을수록 소음이 적게 발생하는 것을 알 수 있다. 또한, 하드 디스크(140)의 회전속도(Ω)가 5400rpm일 경우, 제1간격(h1)을 제1경계층(220)의 두께 δ_m보다 크게 하면, 제1경계층(220)의 두께 δ_m이 약 0.7 ~ 0.8mm 이하로 되어 하드 디스크(140)와 커버프레임 (120)과의 사이에 발생할 수도 있는 마찰을 미리 방지할 수 있다.

나아가서, 하드 하드디스크 드라이브의 조립공차에 의해 하드 디스크(140)가 기울어지게 설치되거나(disk tilting), 하드 디스크(140)의 무게중심과 회전중심 (D)이 불일치된 상태(unbalance mass)에서 발생되는 소음도, 간격들(h1,h2)을 수학식 1에 만족되게 조절함으로써, 효과적으로 감쇠시킬 수 있다.

아래의 표 2는 하드 디스크(140)의 무게중심과 회전중심(D)이 불일치 된 경우(unbalance mass)와, 하드 디스크(140)가 기울어지게 설치된 경우(disk tilting)와, 하드 디스크(140)가 기울어지게 설치되고 제1간격(h1)을 수학식 1의 조건에 만족시켰을 경우(disk tilting and h1=2.5mm)와, 종래의 댐퍼부재(16;도1참조)만을 부착하였을 경우(damping)에 따라 하우징(100) 내에서 발생하는 소음의 수치를 실험을 통해 나타내 보인 것이다.

상기 표 2에 따르면, 제1실험예는 비교예에 비해 소음에 미치는 영향이 미소하지만, 제2실험예는 비교예의 경우보다도 약 2.2dBA의 소음이 더 발생하였다. 그리고, 제3실험예는 제2실험예에 배해 약 4dBA의 소음이 감쇠되었다.

한편, 본실시예에서는 커버프레임(120)과 상기 제1디스크(142) 사이의 간격인 제1간격(h1)에 대해서만 주로 설명하였으나, 상기 제2간격(h2)도 수학식 1을 만족하도록 설계하면, 소음을 줄일 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 회전구동기기의 소음감쇠장치는, 하드디스크와 그 하드디스크를 감싸는 하우징과의 간격을 조정하여, 그 사이에서 발생하는 불규칙한 공기 유동인 와류의 발생을 효과적으로 억제시킴으로써, 간단한 구조변경으로 하드디스크의 회전시 발생하는 소음을 효과적으로 감쇠시킬 수 있다.

Claims

하우징과; 이 하우징 내에 회전가능하게 설치된 적어도 하나의 회전판과; 상기 회전판을 회전구동시키는 구동원을 포함하는 회전구동기기의 소음 감쇠장치에 있어서,

상기 회전판의 정속회전시,

상기 회전판의 회전중심으로부터 멀어지는 방향으로 이동되며 상기 회전판 주위에 소정두께 δ_m으로 분포되는 공기층을 제1경계층;

상기 회전판의 외측으로부터 회전중심 방향으로 이동되며 상기 회전판에 대면되는 상기 하우징 내부의 상면 및 베이스면 주위에 소정두께 δ_f로 분포되는 공기층을 제2경계층;

상기 제1경계층과 제2경계층 사이에 분포되어 불규칙한 방향으로 유동되는 공기층을 와류층; 이라 정의할 때,

상기 회전판과 상기 하우징 내부의 상면 사이의 간격 및/또는 상기 회전판과 상기 하우징 내부의 베이스면 사이의 간격 h 는, 아래 조건식을 만족하여 상기 와류층의 발생을 억제함으로써 소음을 감쇠시키도록 된 것을 특징으로 하는 회전구동기기의 소음감쇠장치.

[조건식]

δ_m＜ h ＜ δ_m+ 1.5δ_f
제1항에 있어서,

상기 하우징은 상기 회전판이 지지되는 베이스와 상기 회전판을 덮도록 상기 베이스에 결합되는 커버프레임을 포함하며,

상기 회전판과 상기 베이스와의 간격 h1이 아래의 조건식을 만족하도록, 상기 회전판이 상기 베이스에 설치된 것을 특징으로 하는 회전구동기기의 소음감쇠장치.

[조건식]

δ_m＜ h1 ＜ δ_m+ 1.5δ_f
제2항에 있어서,

상기 회전판과 상기 커버프레임과의 간격 h2가 아래의 조건식을 만족하도록 상기 커버프레임이 상기 베이스에 설치된 것을 특징으로 하는 회전구동기기의 소음감쇠장치.

[조건식]

δ_m＜ h2 ＜ δ_m+ 1.5δ_f