KR100327804B1

KR100327804B1 - 오일 부족을 검출하기 위한 축 베어링 유영 고도 측정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100327804B1
Application number: KR1019990029356A
Authority: KR
Inventors: 리첸슝
Original assignee: 포만 제프리 엘; 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1999-07-20
Publication date: 2002-03-09
Also published as: KR20000016958A; SG77700A1; JP2000055788A; JP3170495B2; MY115923A; US6173234B1

Abstract

유체역학적 유체 베어링 모터 내에 유체의 충분성을 결정하기 위한 방법은 유체역학적 유체 베어링 내에 충분한 양의 유체를 갖는 모터와, 유체역학적 유체 베어링 내에 충분한 양의 유체를 갖는 모터에 대해 유체 베어링 유영 고도의 범위를 우선 결정하게 하는 단계를 포함한다. 그에 따라, 특정 유체역학적 유체 베어링 모터의 유영 고도는 특정 유체역학적 유체 베어링 모터 내에 유체의 충분성의 결정을 제공해 주기 위해 유체역학적 유체 베어링 유영 고도의 범위를 결정하고 비교할 수 있다. 특정 유체역학적 유체 베어링 모터의 유영 고도를 결정은 베어링의 회전 구성 요소가 최대 유영 고도에서 회전하고 있는 시점에서 베어링의 회전 구성 요소의 변위를 나타내는 제 1 신호를 생성하는 비접촉 변위 프로브의 사용을 포함한다. 이 프로브는 다음으로 상기 구성 요소가 유체역학적 베어링 내의 유영이 중지된 시점에서 회전 구성 요소의 변위를 나타내는 제 2 신호를 생성한다. 제 1 신호와 제 2 신호 사이의 차이는 상기 특정 모터에 대한 유체역학적 유체 베어링의 유영 고도의 표시이다.

Description

오일 부족을 검출하기 위한 축 베어링 유영 고도 측정 방법 및 장치 {AXIAL BEARING FLY-HEIGHT MEASUREMENT TO DETECT OIL DEFICIENCY}

본 발명은 일반적으로 하드 디스크 드라이브 내에서 사용되는 것과 같은 모터용 유체역학적 유체 베어링(hydrodynamic fluid bearing)에 관한 것으로, 구체적으로는 그 조립 공정에 따라 베어링 내에 충분한 오일이 존재하는지의 여부를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.

유체역학적 유체 베어링 모터는 하드 디스크 드라이브에서와 같이, 고속 신뢰성의 성능이 필요한 응용에 사용된다. 이러한 모터는 정밀한 공차를 가지며, 제조 공정 중에 유체역학적 유체 베어링 내부로 적절한 양의 유체가 주입되어야 할 필요가 있다. 제조 공정 중에 베어링 내부로 유체가 불충분하게 주입되는 경우, 모터의 운전 수명이 상당히 단축될 수 있다. 그러나, 이러한 모터는 유체 주입 단계 후에 밀봉(sealing)되기 때문에, 모터의 밀봉 후에 그 내부에 충분한 오일이 주입되었는지의 여부를 결정하는 방법은 존재하지 않았다. 그러므로, 이러한 모터의 품질 관리 평가에서는 그 제조 공정 동안에 유체역학적 유체 베어링 내부로 유체가 충분히 주입되었는지의 여부를 결정하는 중요한 단계를 포함하여야 하지만, 이러한 판단을 수행하는 방법은 존재하지 않았다.

본 발명은 유체역학적 유체 베어링의 유영 고도가 베어링 내의 유체의 양에 영향을 받는다는 인식과, 유체역학적 유체 베어링의 유영 고도를 결정하기 위한 장치 및 방법의 개발이라는 관점에서 이러한 문제점의 해결 방안을 제공한다. 결과적으로, 본 발명은 베어링 내의 오일 충분성(sufficiency of oil)의 측정으로써 모터 품질을 측정하게 되는, 베어링의 유영 고도를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

유체역학적 유체 베어링 모터에서 유체의 충분성을 결정하기 위한 방법은, 유체역학적 유체 베어링 내에 충분한 양의 유체를 갖는 모터에 대해서, 그리고 유체역학적 유체 베어링 내에 불충분한 양의 유체를 갖는 모터에 대해서 유체 베어링 유영 고도(fly-height)의 범위에 대해 일차적인 결정을 하는 단계를 포함한다. 다음으로, 특정 유체역학적 베어링 모터의 유영 고도가 결정될 수 있으며, 유체역학적 유체 베어링 유영 고도의 범위와 비교해서 유체역학적 유체 베어링 모터 내의 유체의 충분성 결정을 제공한다. 특정 유체역학적 유체 베어링 모터의 유영 고도를 결정하는 것은 베어링의 회전 구성 요소가 최대 유영 고도에서 회전하고 있는 시점에서 베어링의 회전 구성 요소의 변위를 나타내는 제 1 신호를 생성하는 비접촉 변위 프로브(non-contact displacement probe)의 사용을 포함한다. 다음으로 이 프로브는 상기 구성 요소가 유체역학적 베어링 내의 유영이 중지된 시점에서 회전 구성 요소의 변위를 나타내는 제 2 신호를 생성한다. 제 1 및 제2 신호 사이의 차이는 상기 특정 모터의 유체역학적 유체 베어링의 유영 고도의 표시이다.

본 발명의 장점은 유체역학적 유체 베어링의 품질을 결정하기 위한 방법이 제공된다는 것이다.

본 발명의 다른 장점은 유체역학적 유체 베어링 내에서의 유체 충분성이 결정될 수 있다는 것이다.

본 발명의 또 다른 장점은 유체역학적 유체 베어링의 구성 요소의 유영 고도가 결정될 수 있다는 것이다.

본 발명의 또 다른 장점은 개선된 유체역학적 유체 베어링 모터가 제조된다는 것이다.

본 발명의 또 다른 장점은 개선된 하드 디스크 드라이브 모터가 제조된다는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예를 도시하는 유체역학적 유체 베어링 모터의 단면도.

도 2는 2개의 변위 프로브 신호를 도시한 그래프.

도 3은 스핀이 감소하는 동안 2개의 프로브 신호의 추가를 도시한 그래프.

도 4는 본 발명의 신호 처리 논리를 도시한 개략도.

도 5는 유체역학적 유체 베어링 유영 고도(Δ)와 유체역학적 유체 베어링 내의 유체 충분성 사이의 관계를 도시한 그래프.

도 6은 회전 샤프트 유체역학적 베어링 모터에 대한 신호 프로브 신호를 도시한 그래프.

도 7은 도 6에 도시한 신호의 신호 처리 논리를 도시한 개략도.

본 발명의 상기 특징 및 장점은 당업자라면 첨부 도면을 참조해서 다음의 발명의 상세한 설명을 통해서 명료하게 이해할 수 있을 것이다.

유체역학적 유체 베어링 모터는 다년간 제조되어 왔다. 이러한 모터는 통상적으로 정지 샤프트 모터(stationary shaft motor)와 회전 샤프트 모터(rotating shaft motor)의 2가지 종류로 분류될 수 있다. 양자의 형태의 모터에 있어서, 회전하는 구성 요소의 바람직한 유영 특성이 얻어질 수 있도록 유체역학적 유체 베어링의 제조 공차(tolerance)는 매우 엄격하며, 이러한 공차는 회전 구성 요소와 고정된 구성 요소 사이에 일반적으로 대략 3 ~ 10 미크론 정도의 크기인 간극(gap)을 포함한다. 베어링 구성 요소는 적합한 공차 내에서 적절하게 제조되어 왔지만, 이러한 모터의 바람직한 작동을 위한 추가적 요소는 적합한 베어링 간극 내로 적절한 량의 유체를 주입하는 것이다. 통상적으로, 여러가지 모터 구성 요소는 조립되어 유체역학적 유체가 모터로 주입된 후에 모터가 밀봉된다. 중요한 것은, 모터가 테스트되기 전에 밀봉되어야 하므로, 밀봉된 후에는 유체역학적 유체가 추가적으로 모터내에 첨가될 수 없다는 점이다. 여기서, 유체가 조립 공정 동안에 불충분하게 모터에 주입되면 통상적으로 모터는 자체의 고유 수명보다 빨리 고장나게 된다. 그러나, 제조 공정 동안 모터에 충분한 오일이 주입되었는지의 여부를 판단하는 수단이 존재하지 않았기 때문에, 밀봉된 모터가 유체 부족에 따른 결함이 있는지의 여부를 결정할 수 있는 방법은 존재하지 않았다.

본 발명의 발명자는 오일 부족과 유체역학적 유체 베어링 유영 고도(fly-height) 사이에 관계가 존재함을 발견하였다. 즉, 적절하게 유체가 주입된 유체역학적 베어링은 소정 유영 고도 범위 내에서 유영하게 되는 반면, 유체가 불충분하게 주입되어 제조된 모터는 낮은 유영 고도에서 유영한다는 것이다. 이러한 발견과 관련해서 유체역학적 베어링의 유영 고도를 측정하기 위한 시스템도 개발되었다. 따라서, 본 발명의 유체역학적 베어링 유영 고도 측정 시스템, 적합하게 제조된 모터의 유영 고도 범위와 부적합하게 제조되어 유체가 부족한 모터의 유영 고도 범위에 대한 소정 지식을 활용함으로써, 본 발명은 모터의 유체역학적 유체 베어링에 충분한 유체가 주입되었는지의 여부를 결정하는 테스트가 밀봉된 모터에 대해 이루어 질 수 있다. 그에 따라 유체역학적 유체 베어링의 품질 관리 테스트를 완수할 수 있는 것이다. 본 발명의 상세한 설명은 이후에 기술한다.

도 1은 하드 디스크 드라이브 하우징과 같은 장치 하우징의 상부 판(20)과 저부 판(16) 사이에 배치되어 있는 종래 기술에 의한 표준 유체역학적 베어링 모터(12)의 단면도를 도시하는데, 여기서 복수의 하드 디스크(도시되지 않음)를 회전시키는데 사용되는 모터(12)가 하우징에 장착되어 있다. 모터 구성 요소에 대한 이해를 돕기 위해서, 정지 상태로 유지되고 있는 그 구성 요소는 일체형 부재(solid piece)로 도시된 반면, 하우징 판(16, 20)이 그 구성 요소가 회전하지 않더라도 단면도에 도시된 것을 제외하고 회전하는 구성 요소는 단면도에 도시되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 모터(12)는 고정 샤프트(24)를 포함하며, 축방향으로 배치된 나사형 체결 보어(engagement bore; 28, 32)가 그 내부에 형성되어 있다. 나사형 체결 스크류(36)는 저부(16) 및 상부(20) 하우징 판에 고정 모터 샤프트(24)를 장착하는데 사용된다. 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 복수의 'V' 자형 셰브론(chevron; 40)은 샤프트(24)의 표면에 형성되어 유체역학적 베어링이 회전하는 동안에 유체를 제어해 준다. 샤프트(24)에 스러스트 판(thrust plate; 44)이 고정되게 맞물려서 모터(12)의 유체역학적 베어링 특성을 위한 수평 베어링 표면을 제공하며, 스러스트 판(44)의 상부 및 저부 베어링 표면 상에는 세브론(도시되지 않음)이 동일하게 형성되어 유체역학적 베어링이 회전하는 동안에 유체를 제어해 준다. 샤프트(24)의 중앙부(50)는 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이 베어링 내의 유체의 모세관 작용 및 표면 장력을 이용해서 동적 유체 밀봉(dynamic fluid seal)을 형성하도록 오목하게 되어 있다. 축방향 보어(28)를 통해서 제 2 공기 압력 균등화 보어(air pressure equalizing bore; 60)와 연결되어 있는 공기 압력 균등화 보어(54)는 또한 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 샤프트(24) 내에 제공된다. 고정 샤프트(24)에 맞물리는 고정자 장착 부재(84)에는 고정자(88)가 고정되게 맞물린다. 고정자 둘레에 권선되는 전기 코일 권선(80)은 모터를 구동시키는 전계(electrical field)를 제공한다.

모터의 이동형 구성 요소는 일반적으로 원통형 허브(hub; 100)를 포함하고, 이 허브(100)는 중앙에 배치된 슬리브부(sleeve portion; 108)와, 벌어진 외측 에지(flared outer edge; 118)를 갖는 외측면에 배치된 벽부(wall portion; 114)를포함한다. 슬리브부(108)와 외측 벽부(114) 사이에 고정자(88)를 둘러싸는 허브(100) 내에는 환형 공간(annular space; 112)이 형성된다. 허브(100)의 외측 벽부(114)의 내면에 맞물린 덧쇠 부재(backiron member; 134)에는 자석(130)이 맞물려 있다. 허브(100)의 슬리브부(108)를 통해서 축방향 보어(140)가 형성되고, 직경이 확대된 보어부(152)를 갖는 견부(shoulder; 148)는 스러스트 판(44)이 회전 가능하게 물려 있다. 스러스트 판(44)의 외부측 상의 허브(100)에는 덮개 판(160)이 고정되게 물려 있다.

당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 유체역학적 베어링에 대한 제조상의 공차는 정밀하다. 통상적으로, 샤프트(24)와 슬리브 보어(140) 사이의 간극(164)은 대략 2 ~ 5 미크론이며, 스러스트 판 베어링 표면을 둘러싸고 있는 간극(168)이 약간 더 크다. 모터(12)가 제조될 때, 오일과 같은 베어링 유체가 슬리브 간극(164)을 채우도록 모터 내로 주입되고, 적절한 정도로 스러스트 판 간극(168)으로 주입된다. 다음으로, 덮개 판(160)이 허브(100)에 고정되게 맞물린다. 덮개 판(160)이 허브(100)에 맞물린 후에, 모터의 유체역학적 베어링 표면은 효과적으로 밀봉되어, 앞서 주입된 오일이 불충분한 경우에도 더 이상의 오일이 유체역학적 베어링에 추가될 수 없다. 오일이 불충분한 경우, 모터(12)는 적절히 작동되지 않게 되거나, 또는 그 본래의 수명보다 일찍 고장나게 될 것이다. 지금까지는 모터가 밀봉된 후에는 그 내부에 오일이 충분히 존재하는지의 여부를 결정하는 것이 불가능하였다. 본 발명은 이후에 기술되는 바와 같이 이러한 문제점의 해결 방안을 제공한다.

실험을 통하여, 오일이 불충분한 모터는 동작 중에 낮은 유영 고도를 갖게 된다는 것이 발견되었다. 따라서, 본 발명은 오일 부족 표시계(indicator)로서 축 베어링 유영 고도를 결정하기 위한 방법을 제공한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 상부 하우징 판(20)이 두개의 액세스 구멍(200, 204)을 가지고 형성되어 있으며, 각각의 구멍(200, 204) 내에는 비접촉 변위 측정 프로브(210, 214)가 위치되어 있다. 물론, 다른 부착 수단이 사용될 수 있겠지만, 프로브(210, 214)가 슬리브 부재(218)에 의해 적소에 유지된다. 2개의 프로브(210, 214)가 샤프트(24)의 중앙선으로부터 동일한 방사상 거리에 위치되며, 서로 180°떨어져서 위치된다는 개념을 이해하는 것은 중요하다. 프로브(210, 214)는 회전 허브(100)의 상부 표면(232)과 프로브 단부 사이의 간극(224, 228)을 측정하기 위해 제공된다. 프로브(210, 214)로서 적절히 기능하게 될 적합한 장치는 정전 용량(capacitance) 프로브, 와류 전류(eddy current) 프로브 및 광감(photo-optical) 프로브와 같은 임의의 비접촉 거리 측정 장치를 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서 정전 용량 프로브가 사용된다.

그러므로, 모터(12)가 동작하여 허브(100)가 회전함에 따라 간극(224, 228)이 변하게 되는 것으로 이해되는 것이다. 특히, 모터(12)가 도 1에 도시된 바와 같이 배치되는 경우, 임의로 '통상 방향(right-side-up)' 형상이라고 칭하게 되며, 모터가 고정되는 경우에는 간극(224, 228)은 최대값이 되는 것이다. 그에 따라, 모터(12)가 최고 속도로 작동하는 경우, 덮개 판(160) 및 회전 허브(100)는 모터의 작동 유영 고도를 달성하도록 스러스트 판(44)의 표면으로부터 떠오르게(lift off) 된다. 이러한 현상이 발생하는 경우, 간극(224, 228)은 작아지게 되며, 프로브로부터의 거리 측정에 따른 차이(Δ)는 모터의 유영 고도를 나타내게 되는 것이다. 모터의 유영 고도가 프리 어셈블리(pre-assembly) 설계 파라메터보다 상당히 낮은 경우, 이것은 조립 공정 동안에 모터 베어링 표면 내로 오일이 불충분하게 주입되는 전형적인 모터 조립 문제점인 것으로 알려져 있다. 그에 따라, 조립된 모터는 결함이 있는 것으로 알려져 있다.

도 2는 프로브(210, 214)로부터의 신호 검출 및 분석 컴퓨터 회로(260)에 의해 수신된 아날로그 신호를 도시한 그래프로서, 여기서 신호(250)는 프로브(210)로부터 수신되고, 신호(254)는 프로브(214)로부터 수신된다. 이들 신호는 모터(12)가 작동 속도(대략 10,000 rpm)로 회전하고 있는 시점에서 검출된다. 각각의 신호는 사인파(sine wave)로서, 이것은 공차 내에서 허브 상부 표면(232)이 실질적으로 평탄하더라도 일반적으로 고정 샤프트(24)와 정수직(true normal) 상태로부터 다소 벗어나서 조립된다는 사실을 반영한다. 신호(250, 254)의 사인파 특성(nature)은 실제로 수직이 아닌 샤프트(24) 상에 스러스트 판(44)을 장착함으로써 생길 수 있다. 조립된 모터에 대해 허용된 제조상 공차는 일반적으로 일회전 동안 경험한 피크-트로프 간극(peak to trough gap) 측정치가 대략 60 미크론이 될 수 있는 전형적인 경우이다. 전체 표시계 런아웃(Total Indicator Runout; TIR)으로 칭하는 이러한 차이 측정은 상당히 중요한 측정인데, 즉 측정되는 전형적인 4 ~ 9 미크론의 축방향 유영 고도치보다 실질적으로 크기가 크다. 따라서, 고정 샤프트 모터(12)의 축방향 유영 고도를 측정하기 위한 시도에서 프로브(210)와 같은 단일 프로브가사용되는 경우, TIR은 일반적으로 너무 커서 축방향 유영 고도 변위 측정을 감지하기가 매우 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 2개의 프로브(210, 214)가 사용되어 회전하는 허브 모터(12)에 대한 측정을 제공하고; 상기에서 지적된 바와 같이, 프로브(210, 214)는 고정 샤프트(24)로부터 동일한 방사상 거리로 180°떨어져서 배치된다.

바람직한 실시예에 있어서, 프로브(210)로부터의 신호(250)는 프로브(214)로부터의 신호와 가산(add)된다. 프로브(210, 214)의 위치(180°떨어져 있는)로 인하여 2개의 신호(250, 254)는 위상이 180°의 차이가 있다. 그러므로, 신호를 가산함에 따라, 하나의 신호의 TIR은 다른 하나의 신호의 TIR을 상쇄시키며, 결과적인 가산 신호(256)가 도 3에 도시되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 시간 0(time zero)(수평 그래프 축은 시간을 나타냄)에서 모터(12)는 10,000rpm 에서 그 최대 축방향 유영 고도로 회전하고 있다(수직 그래프 축은 유영 고도를 나타낸다). 모터의 전원은 시간 0에서 턴오프되며, 허브(100)의 회전은 감소 된다. 허브의 회전이 감소됨에 따라 대략 67초의 시간에서 모터의 회전이 정지되고 축방향 유영 고도 측정이 대략 7 미크론이 될 때까지 축방향 유영 고도는 감소된다. 도 3에서 시간 0에서 회전하는 축방향 유영 고도는 임의적으로 0 값으로 지정되는 것을 유의해야 한다. 실질적으로, 간극은 모터의 속도가 감소함에 따라 증가하는 양(positive)의 초기값을 갖는다. 시작하는 간극값은 끝나는 간극 신호값으로부터 감산(subtract)되기 때문에 상기 초기값은 수학적으로는 생략될 수도 있고, 7 미크론인 유영 고도를 산출한다. 본 발명의 신호 처리는 다음에 기술된다.

도 4는 도 1의 장치에 대한 신호 처리를 도시한 개략도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 프로브(210)로부터의 신호(250)와 프로브(214)로부터의 신호(254)는 신호 가산기(270)로 전송된다. 이들 신호는 위상이 180°의 차이가 있는 도 2의 사인파 신호이며, 이러한 가산은 도 3에 도시한 값을 산출한다. 초기 가산 신호값(Y)(278)(작동상의 유영 고도에 대한)은 적합한 메모리 저장 장치 위치에 저장된다. 다음으로, 모터의 유영이 정지되는 경우, 최종 가산기 값(Z)(284)은 적합한 메모리 저장 장치 위치에 또한 저장된다. 다음으로, 초기 가산기 값 및 최종 가산기 값은 감산기(290)로 전송된다. 감산기 출력의 절대값(｜Y-Z｜)은 축 베어링 유영 고도(Δ)이다.

상기 기술한 장치 및 방법은 결과적으로 유체역학적 유체 베어링 유영 고도와 그 내부 오일의 충분성 사이의 체계적 관계를 발전시키는데 사용 가능한 것이다. 즉, 복수의 제조된 모터에 대해 상기 기술한 유체역학적 유체 베어링 유영 고도 측정 장치 및 방법을 사용하여 도 5에 도시한 바와 같은 그래프가 특정 형태로 제조된 모터에 대해서 전개시킬 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 수직 축은 특정 형태의 모터에 대한 유체역학적 베어링 유영 고도(Δ)를 나타내며, 수평 축은 베어링 내의 유체 충분성을 나타낸다. 특정 형태의 모터에 대해서 4 미크론 이하의 유영 고도(Δ)는 유체가 불충분하다는 것을 나타내고, 7 미크론 이상의 유영 고도(Δ)는 유체가 충분하다는 것을 나타내며, 4 미크론 및 7 미크론 사이의 유영 고도는 한계 성능의 모터(marginal performance motor)를 나타내는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 여기서 기술한 전형적인 디스크 드라이브 모터에 대해서는 7 ~ 9 미크론의 축 베어링 유영 고도(Δ)는 운전 수명을 위해 오일이 충분히 적합하게 제조된 모터를 나타내는 것으로 간주 되는 반면, 4 미크론 이하의 유영 고도(Δ)는 불합격 부분을 구성하는 오일이 불충분하여 불량하게 제조된 모터를 나타낸다. 4 미크론 및 7 미크론 사이의 유영 고도를 갖는 모터가 문제점을 가질 수도 있다.

도 1에 도시한 통상 방향과 도 1을 180° 회전시켜서 도시한 반대 방향(upside-down orientation) 모두에서 모터를 테스트하는 것이 바람직한 것이다. 반대 방향에서 스러스트 판의 저부측은 오일 베어링 표면이 되지만, 그 측정은 프로브(210, 214)와, 프로브 신호(250, 254)의 신호 처리 각각에 의한 측정은 동일하게 유지된다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 반대 방향 형상에서의 모터에 있어서는 신호(250, 254)가 모터를 최고 속도로 시작하는 신호와, 모터의 정지로 종료하는 신호가 가산된다. 초기 가산기 값 신호(Y)(278)와 최종 가산기 값 신호(Z)(284)는 감산기(290)로 전송되고, 감산기 신호의 절대값(｜Y-Z｜)은 축 베어링 유영 고도(Δ)를 나타낸다. 통상 방향(Δ) 및 반대 방향(Δ)은 동일하여야 할 것으로 생각될 수 있지만, 그러한 경우는 드물다. 모터가 만족할 만하게 되기 위해서는, 모터가 통상 방향이고, 모터가 반대 방향일 때 축 베어링 유영 고도를 모두 7 ~ 10 미크론의 만족 범위 내에서 있어야 하는 것이다.

본 발명은 유체역학적 베어링 모터의 회전 샤프트 형태에도 적용할 수 있는데, 여기서 허브는 고정되어 있다. 이러한 모터에 있어서, 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 회전형 샤프트는 회전시에 소정 유영 고도로 유영하도록 하는 유체역학적 베어링을 포함한다. 이러한 모터에 대해서, 그 유영 고도를 측정하기 위해서 회전 샤프트의 중앙 축에는 단일 비접촉 변위 프로브가 위치된다. 도 6은 이러한 신호 프로브에 의해 생성된 신호(310)를 도시한 그래프이다. 초기에, 프로브가 샤프트의 회전 중앙에 위치되어 방사상으로 배치된 프로브(210, 214)의 TIR을 경험하지 않았기 때문에, 도 1에 도시한 실시예에서는 신호(250, 254)가 사인파였지만 프로브 신호(310)는 사인파가 아닌 것으로 이해된다. 신호 프로브 신호(310)에 대한 신호 처리는 도 7의 개략도에 나타나 있다. 제 1 실시예에서는 2개의 프로브를 필요로 하는 바와 같이 가산기가 요구되지 않는다. 오히려, 최고 속도 회전에서 초기 신호(V)(314)는 메모리 위치에 저장되며, 0 rpm에서 최종 신호(W)(318)도 메모리 위치에 저장된다. 다음으로, 신호가 감산기(324)에 전송되며, 감산기 출력의 절대값(｜V-W｜)이 축방향 유영 고도(Δ)를 나타낸다. 앞선 실시예와 마찬가지로, 만족할 만한 Δ 값은 오일이 모터에 충분히 주입되었는지를 나타내는 반면, 낮은 Δ 값은 오일이 불충분하다는 것을 나타내며, 따라서 불합격 구성 요소를 나타낸다. 물론, 모터(12)에 대한 신호 처리에 관해서는 앞서 기술한 바와 같이, 모터를 확실히 평가하기 위해서 통상 방향 및 반대 방향에서 모터의 축방향 유영 고도가 측정되어야 한다.

본 발명은 바람직한 특정 실시예를 참조해서 기술하였지만, 당업자라면 상기 기술한 본 발명의 상세한 설명을 검토함으로써 본 발명의 개조 및 변경이 가능한 것으로 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명의 발명자가 의도하는 바는 다음의 특허 청구 범위가 본 발명의 정신 및 범위를 포함하는 이러한 모든 개조 및 변경을 포괄한다는 것이다.

본 발명에 의하여, 베어링 내의 오일 충분성을 측정하고 모터의 품질을 측정함으로써 베어링의 유영 고도를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Claims

유체역학적 유체 베어링 모터 내의 유체의 충분성을 결정하기 위한 방법에 있어서,

a) 유체역학적 유체 베어링 내에 충분한 양의 유체를 갖는 모터와, 그 유체역학적 유체 베어링 내에 불충분한 양의 유체를 갖는 모터에 대해 유체 베어링 유영 고도의 범위를 결정하는 단계;

b) 특정 유체역학적 유체 베어링 모터의 유영 고도를 결정하는 단계; 및

c) 상기 특정 유체역학적 유체 베어링 모터 내에 유체의 충분성을 결정해주기 위해 유체 베어링 유영 고도의 상기 범위와 특정 모터의 유영 고도를 비교하는 단계

를 포함하는 유체역학적 유체 베어링 모터 내의 유체 충분성 결정 방법.
제1항에 있어서,

특정 유체역학적 유체 베어링 모터의 유영 고도를 결정하는 상기 단계가

a) 상기 모터의 회전 구성 요소가 최대 유영 고도에서 회전하고 있는 시점에서 상기 모터의 회전 구성 요소의 변위를 나타내는 제 1 신호를 생성하는 단계;

b) 상기 회전 구성 요소가 유체역학적 베어링 내에서 유영이 중지된 시점에서 상기 회전 구성 요소의 변위를 나타내는 제 2 신호를 생성하는 단계; 및

c) 상기 특정 모터의 유체역학적 유체 베어링의 유영 고도의 표시로서 상기 제 1 신호와 제 2 신호 사이의 차이를 결정하는 단계

를 포함하는 유체역학적 유체 베어링 모터 내의 유체 충분성 결정 방법.
제2항에 있어서,

상기 유체역학적 유체 베어링이 고정 샤프트부(stationary shaft portion) 및 회전 허브부(rotating hub portion)를 포함하는 유체역학적 유체 베어링 모터 내의 유체 충분성 결정 방법.
제3항에 있어서,

2개의 변위 프로브가 상기 제 1 신호를 얻기 위해 사용되고, 상기 2개의 변위 프로브가 상기 제 2 신호를 얻기 위해 사용되는 유체역학적 유체 베어링 모터 내의 유체 충분성 결정 방법.
제4항에 있어서,

상기 제 1 변위 프로브는 제 1 프로브 신호를 생성하고,

상기 제 2 변위 프로브는 제 2 프로브 신호를 생성하며,

상기 제 1 프로브 신호는 상기 제 2 프로브 신호와 위상이 180°의 차이가 있는 유체역학적 유체 베어링 모터 내의 유체 충분성 결정 방법.
제5항에 있어서,

상기 제 1 프로브로부터의 신호와 상기 제 2 프로브로부터의 신호가 상기 제 1 신호를 생성하기 위해 함께 가산되는 유체역학적 유체 베어링 모터 내의 유체 충분성 결정 방법.
제6항에 있어서,

상기 제 1 프로브로부터의 신호와 상기 제 2 프로브로부터의 신호가 상기 제 2 신호를 생성하기 위해 함께 가산되는 유체역학적 유체 베어링 모터 내의 유체 충분성 결정 방법.
제2항에 있어서,

상기 유체역학적 유체 베어링이 회전 샤프트부(rotating shaft portion) 및 고정 허브부(stationary hub portion)를 포함하는 유체역학적 유체 베어링 모터 내의 유체 충분성 결정 방법.
제1항에 있어서,

상기 단계들이 모터가 통상 방향으로 배향된 상태에서 실행되고, 또한 모터가 반대 방향으로 전도된 상태에서 실행되는 유체역학적 유체 베어링 모터 내의 유체 충분성 결정 방법.
유체역학적 유체 베어링의 유영 고도를 결정하기 위한 방법에 있어서,

a) 상기 모터의 회전 구성 요소가 최대 유영 고도에서 회전하고 있는 시점에서 상기 모터의 회전 구성 요소의 변위를 나타내는 제 1 신호를 생성하는 단계;

b) 상기 회전 구성 요소가 유체역학적 베어링 내에서 유영이 중지된 시점에서 회전 구성 요소의 변위를 나타내는 제 2 신호를 생성하는 단계; 및

c) 상기 특정 모터의 유체역학적 유체 베어링의 유영 고도의 표시로서 제 1 신호와 제 2 신호 사이의 차이를 결정하는 단계

를 포함하는 유체역학적 유체 베어링의 유영 고도 결정 방법.
제10항에 있어서,

상기 유체역학적 유체 베어링이 고정 샤프트부(stationary shaft portion) 및 회전 허브부(rotating hub portion)를 포함하는 유체역학적 유체 베어링의 유영 고도 결정 방법.
제11항에 있어서,

2개의 변위 프로브가 상기 제 1 신호를 얻기 위해 사용되고, 상기 2개의 변위 프로브가 상기 제 2 신호를 얻기 위해 사용되는 유체역학적 유체 베어링의 유영 고도 결정 방법.
제12항에 있어서,

상기 제 1 변위 프로브는 제 1 프로브 신호를 생성하고,

상기 제 2 변위 프로브는 제 2 프로브 신호를 생성하며,

상기 제 1 프로브 신호는 상기 제 2 프로브 신호와 위상이 180°의 차이가 있는 유체역학적 유체 베어링의 유영 고도 결정 방법.
제13항에 있어서,

상기 제 1 프로브로부터의 신호와 상기 제 2 프로브로부터의 신호가 상기 제 1 신호를 생성하기 위해 함께 가산되는 유체역학적 유체 베어링의 유영 고도 결정 방법.
제14항에 있어서,

상기 제 1 프로브로부터의 신호와 상기 제 2 프로브로부터의 신호가 상기 제 2 신호를 생성하기 위해 함께 가산되는 유체역학적 유체 베어링의 유영 고도 결정 방법.
유체역학적 유체 베어링 유영 고도 측정 장치에 있어서,

a) 적어도 하나의 비접촉 변위 프로브―여기서 프로브는 유체역학적 유체 베어링의 구성 요소에 대하여 고정된 관계로 배치되어 그 회전에 따른 유영 고도를 얻고, 상기 프로브와 구성 요소 사이의 거리에 관한 변위 신호를 출력함―; 및

b) 상기 구성 요소가 최대 유영 고도에 있는 경우에 상기 프로브로부터 제 1 변위 신호를 수신 및 저장하고, 상기 구성 요소가 최소 유영 고도에 있는 경우에 상기 프로브로부터 제 2 변위 신호를 수신 및 저장하기 위해, 상기 프로브에 작동 가능하게 결합되어 있는 신호 프로세서

를 포함하며,

상기 신호 프로세서는 상기 저장된 신호들 사이에서의 차이를 결정하고, 상기 유체역학적 유체 베어링의 상기 유영 고도의 측정으로서 출력 신호를 제공하는 유체역학적 유체 베어링 유영 고도 측정 장치.
제16항에 있어서,

상기 프로브가 용량성 프로브(capacitance probe)인 유체역학적 유체 베어링 유영 고도 측정 장치.
제16항에 있어서, 상기 프로브가 와류 전류 프로브(eddy current probe)인 유체역학적 유체 베어링 유영 고도 측정 장치.
제16항에 있어서, 상기 프로브가 광감 프로브(photo-optical probe)인 유체역학적 유체 베어링 유영 고도 측정 장치.
제16항에 있어서, 상기 유체역학적 유체 베어링은 고정 샤프트 부재와 회전 허브 부재 사이에서 형성되고,

상기 2개의 프로브는 상기 회전 허브 부재 및 상기 샤프트 부재에 대해서 180° 떨어져서 배치되고,

상기 2개의 프로브는 상기 샤프트 부재로부터 동일한 방사상 거리에 배치되는 유체역학적 유체 베어링 유영 고도 측정 장치.
제20항에 있어서,

상기 2개의 프로브로부터의 변위 신호가 상기 제 1 변위 신호를 결정하기 위해 함께 가산되고,

상기 2개의 프로브로부터의 변위 신호가 상기 제 2 변위 신호를 결정하기 위하여 함께 가산되는 유체역학적 유체 베어링 유영 고도 측정 장치.