KR100377001B1 - 유체동압 베어링 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베어링부에 오일을 주입하는 과정에서 공기의 유입을 억제시켜 모터의 구동 및 진동특성을 향상시킬 수 있도록 하는 유체동압 베어링 모터를 제공하기 위한 것이다.

이러한, 유체동압 베어링 모터는 하우징과, 상기 하우징에 결합되며 중앙부에 수직으로 관통된 축공이 형성된 슬리이브와, 상기 슬리이브의 외주면에 결합되며 코일이 감겨진 코어와, 상기 슬리이브의 축공에 오일갭을 형성하면서 회전 가능하게 삽입되고 하단부에 원판형의 스러스트가 구비되며 내부에 오일이 채워지는 중공형의 샤프트와, 상기 샤프트의 상단부에 일체로 결합되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 코어와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트가 부착된 허브와, 상기 샤프트가 삽입된 슬리이브의 축공 하단부를 밀폐시키는 커버 플레이트와, 상기 중공형의 샤프트 상단부를 밀폐시키는 캡으로 구성됨으로써, 오일 주입과정에서 발생하는 공기유입을 억제시킬 수 있을 뿐만 아니라 모터의 NRRO와 RRO의 특성을 개선시킬 수 있으므로, 모터의 사용수명의 연장과 성능에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 효과를 제공하게 되는 것이다.

Description

유체동압 베어링 모터{Spindle motor}

본 발명은 정밀기기에 탑재되는 유체동압 베어링 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베어링에 오일을 주입하는 과정에서 공기가 유입되는 것을 억제하여 모터의 구동시 진공현상 및 진동특성을 개선할 수 있는 유체동압 베어링 모터에 관한 것이다.

일반적으로 하드 디스크 드라이버와 같이 정밀기기에 사용되는 모터는 고속의 구동력이 요구될 뿐만 아니라 정밀제어가 가능해야 하는 특성이 요구된다.

이러한 특성이 요구되는 모터는 필연적으로 수반되는 것이 회전부하와 샤프트의 지지력이며, 이를 해결하기 위하여 근래에는 샤프트를 지지하는 수단으로서 종전의 메탈베어링이나 볼 베어링 대신 구동부하가 적은 유체동압 베어링을 채용하는 추세에 있다.

이와 같은 유체동압 베어링 모터는 회전체가 고속으로 원활하게 회전될 수 있도록 지지하는 수단으로서 오일이 사용된다.

한편 상기 오일은 샤프트와, 이 샤프트의 외주연을 감싸는 슬리이브 사이에 충진되며, 이들 샤프트와 슬리이브 사이에 직접적인 접촉에 의한 마찰력을 최소화시키고 샤프트가 항상 슬리이브의 중심에 위치되도록 하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 유체동압 베어링 모터를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 모터를 이루는 구성수단으로 하우징(110)과 슬리이브(120) 그리고 코어(130)로 이루어지는 고정부재와, 샤프트(140)와 허브(150) 및 마그네트(155)로 이루어지는 회전부재로 대별된다.

슬리이브(120)는 중앙부가 수직방향으로 관통되도록 하여 샤프트(140)가 회전 가능하게 삽입되도록 이루어진다.

이러한 슬리이브(120)의 내경부는 샤프트(140)의 하단부에 원판형상의 스러스트(145)가 샤프트(140)와 함께 일체로 회전될 수 있도록 이루어지며, 외경부는 외주연 단부로 코일이 감겨진 코어(130)가 고정장착된다.

한편, 상기 슬리이브(120)의 하단부는 내경부가 커버 플레이트(125)에 의해차폐되어 외부와 차단되며, 이 커버 플레이트(125)의 상측으로 스러스트(145)가 회전 가능하게 상대 접촉된다.

그리고, 상기 슬리이브(120)의 내경부에 회전 가능하게 삽입된 샤프트(140)의 상단에는 허브(150)가 일체로 결합되며, 이 허브(150)는 하향 개방된 캡형상으로서 연장단부의 내경면에는 코어(130)의 외경면과 마주보게 마그네트(155)가 착자된다.

이와 같은 구조에서 슬리이브(120)의 내경면과 샤프트(140) 및 스러스트(145)와의 사이에는 미세한 공간을 갖는 오일갭(G)이 형성되며, 이 오일갭(G)에는 작업자가 소정의 점성을 갖는 오일을 직접 주사하여 오일을 충진시킨다.

이러한 오일갭(G) 내의 오일은 샤프트(140)의 회전시 동압을 발생하여 샤프트(140)가 안정되게 구동될 수 있도록 하는 것이다.

상기와 같은 구성을 갖는 종래의 유체동압 베어링 모터는 외부로부터의 전원이 코어(130)에 전달되면, 상기 코어(130)와 마그네트(155) 사이의 상호 전자기력에 의해 마그네트(155)가 부착된 허브(150)가 회전되며, 이로서 허브(150)와 결합된 샤프트(140)가 동시에 회전하게 된다.

이러한 모터의 구동시 오일갭(G)에 충진된 오일의 유체동압에 의해서 샤프트(140)는 슬리이브(120)의 내경면과는 비접촉되는 상태로 원활하게 회전될 수 있게 된다.

즉, 모터의 구동시 샤프트(140)의 외경면과 슬리이브(120)의 내경면 사이에형성된 오일갭(G)에 충진된 오일이 유동하면서 동압을 발생시키게 되며, 이로서 샤프트(140)의 회전시 회전부하가 최소화되면서 고속회전이 수행될 수 있게 된다.

그러나, 상기와 같이 이루어지는 종래의 유체동압 베어링 모터는 오일을 오일갭(G)에 주입하는 과정에서 공기가 유입되는 단점이 있다.

이렇게 베어링부에 공기가 유입되면 모터의 구동시 유입된 공기가 오일내에서 공기방울을 형성하여 모터의 진공현상을 유발하여 성능을 저하시키는 문제점이 있다.

또한, 오일갭(G) 내에 충진된 오일의 동압특성이 불균일 해지므로 샤프트(140)의 동축도가 불안정해지게 되어 NRRO(Non-Repeatable RunOut)와 RRO(Repeatable RunOut)가 커지게 되는 문제점이 있다.

즉, 유체동압 베어링에서는 회전체가 한쪽 방향으로 치우쳐서 간극(clearance)이 좁아지면 그에 따라 압력이 크게 발생하여 회전체를 원위치로 복귀시켜주게 되지만, 틀어짐의 정도(동축도)가 커지면 동압의 변화가 심해져서 NRRO, RRO와 같은 진동특성이 커지게 된다.

따라서, 상기와 같이 종래 기술에 따른 유체동압 베어링 모터는 오일내에 공기가 포함됨에 따라 모터의 회전시 진공현상 및 진동특성이 악화되어 모터의 성능 저하 뿐만 아니라 제품에 대한 신뢰성이 낮아지는 문제점을 초래한다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 베어링부에 오일을 주입하는 과정에서 공기의 유입을 억제시켜 모터의구동 및 진동특성을 향상시킬 수 있도록 하는 유체동압 베어링 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 유체동압 베어링 모터를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 유체동압 베어링 모터를 나타낸 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 하우징 20 : 슬리이브

25 : 플레이트 30 : 코어

40 : 샤프트 41 : 캡

45 : 스러스트 50 : 허브

55 : 마그네트 G : 오일갭

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 유체동압 베어링 모터는 하우징과, 상기 하우징에 결합되며 중앙부에 수직으로 관통된 축공이 형성된 슬리이브와, 상기 슬리이브의 외주면에 결합되며 코일이 감겨진 코어와, 상기 슬리이브의 축공에 오일갭을 형성하면서 회전 가능하게 삽입되고 하단부에 원판형의 스러스트가 구비되며 내부에 오일이 채워지는 중공형의 샤프트와, 상기 샤프트의 상단부에 일체로 결합되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 코어와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트가 부착된 허브와, 상기 샤프트가 삽입된 슬리이브의 축공 하단부를 밀폐시키는 커버 플레이트와, 상기 중공형의 샤프트 상단부를 밀폐시키는 캡으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유체동압 베어링 모터를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 유체동압 베어링 모터를 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 유체동압 베어링 모터는 크게 고정상태를 유지하는 고정부재와 전원공급에 의해 상기 고정부재와의 상호작용에 의해 회전되는 회전부재로 대별된다.

고정부재는 크게 슬리이브(20)와 하우징(10) 그리고 코어로 구성되며, 회전부재는 샤프트(40)와 허브(50) 및 마그네트(55)로 이루어진다.

슬리이브(20)는 중앙부에 수직방향으로 관통된 축공이 형성되며, 이 축공에회전부재인 샤프트(40)가 회전 가능하게 삽입된다.

이때, 상기 슬리이브(20)의 축공과 샤프트(40)는 상호 소정간격을 두고 이격됨으로써 오일갭(G)을 형성하게 되며, 이 오일갭(G)에는 슬리이브(20)와 샤프트(40)의 상호 마찰을 억제시키기 위한 오일이 채워지게 된다.

이러한 오일은 샤프트(40)의 회전시 샤프트(40)의 회전방향으로 유동하면서 일정한 유압을 형성하게 되고, 샤프트(40)는 이런 유압의 영향으로 축의 반경방향과 축방향으로 이동하려는 성질을 가제 된다.

한편, 상기 슬리이브(20)의 외경부는 외주연 단부로 전원이 인가되는 코일이 감겨진 코어가 고정장착되며, 이 코어는 후술할 허브(50)의 내주면에 부착된 마그네트(55)와 대향 배치됨으로써 상호작용에 의해 소정의 전자기력을 발생시키게 된다.

그리고, 상기 슬리이브(20)의 하단부에는 원판형의 커버 플레이트(25)가 접착제 또는 압입작업 등에 의해 부착되어 수직으로 관통된 축공의 하단부를 외부로부터 차단시키게되며, 이 커버 플레이트(25)의 상측으로 축방향으로의 유체동압을 발생시키기 위한 스러스트(45)를 구비한 샤프트(40)가 회전 가능하게 상대 접촉된다.

그리고, 상기 샤프트(40)의 상단부에는 외측의 끝단을 하향 연장시킨 연장단부를 구비하며, 이 연장단부의 내주면으로 마그네트(55)를 부착한 하향 개방된 캡(41)형상을 갖는 허브(50)가 결합된다.

이때, 상기 허브(50)에 부착된 마그네트(55)는 코어의 외경면과 마주보도록배치된다.

이러한 구성을 갖는 유체동압 베어링 모터는 외부로부터 전원이 인가되면 코어와 마그네트(55) 간 상호 작용에 의해 발생되는 전자기력에 의해서 샤프트(40)와 함께 허브(50)가 회전됨으로써 구동력을 생성하게 된다.

이와 같은 구성은 종전의 유체동압 베어링 모터의 구조와 거의 동일하며, 다만 본 발명은 상기 샤프트(40)의 내부로 오일을 주입할 수 있도록 하여 오일 주입시 발생하는 공기유입을 차단시킬 수 있도록 하는 것에 가장 두드러진 특징이 있다.

즉, 상기 슬리이브(20)의 축공에 회전 가능하게 삽입되는 샤프트(40)는 그 중앙부가 수직으로 관통된 중공형의 형상으로 제작된다.

이때, 상기 중공형의 형상을 갖는 샤프트(40)는 그 하단부에 형성된 스러스트(45)의 바닥면을 통해 샤프트(40)의 외경면과 슬리이브(20)의 내경면 사이에 형성되는 오일갭(G)과 연결되도록 이루어진다.

한편, 상기 샤프트(40)는 스러스트(45)가 형성된 하단부측으로는 커버 플레이트(25)에 의해 차폐되며, 개방된 상단부측으로는 캡(41)에 의해 차폐된다.

여기서 상기 캡(41)은 연질의 고무재질로 성형되며, 샤프트(40)의 개방된 상부면에 끼움 결합됨으로써 오일이 외부로 누유되는 것을 차단하도록 이루어진다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 유체동압 베어링 모터의 오일주입은 다음과 같다.

먼저, 스러스트(45)가 결합 또는 일체로 형성된 샤프트(40)를 하우징(10)에구성된 슬리이브(20)의 축공에 회전 가능하게 삽입시킨다.

이어서, 상기 슬리이브(20)의 축공 하단면을 커버 플레이트(25)로 차폐시키면, 상기 샤프트(40)의 스러스트(45)가 회전 가능하게 지지됨과 동시에 슬리이브(20)의 축공 하단면이 외부로부터 밀폐된다.

이 상태에서 중공의 샤프트(40)의 상단부로 오일을 주입하게 되면, 오일은 중공의 샤프트(40) 내벽면을 따라 하측으로 유입된다.

이때, 상기 오일은 샤프트(40)에 형성된 스러스트(45)의 저부면으로 유입되면서, 일부는 슬리이브(20)의 축공 즉, 오일갭(G)으로 유입된다.

따라서, 상기 오일은 샤프트(40)의 내부(42)와 오일갭(G)의 하단부 부터 채워지게 되므로, 오일주입시 발생하는 공기유입을 차단할 수 있게 된다.

이어서, 상기 오일이 샤프트(40)의 내부(42)와 오일갭(G)을 완전히 채워지게 되면 샤프트(40)의 상단부에 캡(41)을 결합시켜 오일주입을 완료한다.

이와 같이 본 발명은 베어링에 오일을 급유할 때 베어링의 하단부부터 오일이 채워지게 되므로 베어링 내부(42)에 잔류하는 공기를 자연스럽게 외부로 배출시킬 수 있게 된다.

따라서, 오일 주입과정에서 발생하는 공기유입을 억제시킬 수 있게 되므로 오일의 동압특성을 안정적으로 유지시킬 수 있게 된다.

특히, 오일에 포함된 공기방울에 의한 특성변화율을 감소시킬 수 있으므로, 모터에서의 NRRO(Non-Repeatable RunOut)와 RRO(Repeatable RunOut)의 특성을 향상시킬 수가 있게 된다.

상기에서와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 유체동압 베어링 모터는 샤프트의 개방된 상단부에서 오일을 주입하게 되면, 오일이 샤프트 내벽면을 따라 일부는 오일갭으로 유입된 상태에서 하단부 부터 채워지게 되므로 오일 주입과정에서 발생되는 공기잔류 현상을 억제시킬 수 있으므로 모터의 구동시 발생하는 진공현상을 억제할 수 있는 이점이 있다.

또한, 오일의 동압발생을 안정되게 유지시킬 수 있으므로 샤프트의 동축도가 크게 향상되어 모터의 진동과 소음에 영향을 주는 NRRO와 RRO의 특성을 개선시키는 이점도 있게 된다.

따라서, 본 발명은 오일 주입과정에서 발생하는 공기유입을 억제시킬 수 있을 뿐만 아니라 모터의 NRRO와 RRO의 특성을 개선시킬 수 있으므로, 모터의 사용수명의 연장과 성능에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 효과를 제공하게 되는 것이다.

Claims (2)

1. 하우징과;

   상기 하우징에 결합되며 중앙부에 수직으로 관통된 축공이 형성된 슬리이브와;

   상기 슬리이브의 외주면에 결합되며 코일이 감겨진 코어와;

   상기 슬리이브의 축공에 오일갭을 형성하면서 회전 가능하게 삽입되고, 하단부에 원판형의 스러스트가 구비되며 내부에 오일이 채워지는 중공형의 샤프트와;

   상기 샤프트의 상단부에 일체로 결합되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 코어와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트가 부착된 허브와;

   상기 샤프트가 삽입된 슬리이브의 축공 하단부를 밀폐시키는 커버 플레이트와;

   상기 중공형의 샤프트 상단부를 밀폐시키는 캡;

   으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 캡은 연질의 고무재로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.