KR100403784B1 - 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테이터의 코어와 영구자석의 기계적 및 전기적 단차를 통해 허브와 동압베어링 사이에 예압을 형성함으로써 일정크기의 공극을 형성하고, 이를 통해 초기 기동시 발생하는 마찰 및 마찰열에 의한 시스템의 파손을 방지할 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명에서 기계적 단차구조는 스테이터의 코일이 감기는 폴의 상·하 폭의 중심과 허브의 내주면에 설치되는 영구자석의 상·하 폭의 중심 위치를 자력이 미치는 범위 내에서 상·하로 기계적 단차를 형성한 구조로 이루어진다. 한편, 전기적 단차구조는 폴의 상·하 폭의 중심과 영구자석의 상·하 폭의 중심이 동일선상에 위치되도록 하되 스테이터의 폴 상·하단 길이를 다르게 형성한 상태에서 전원의 인가시 폴의 상·하단에 작용하는 자속밀도를 다르게 하여 자속밀도가 가장 큰 위치로 영구자석의 중심이 이동되도록 하는 구조로 이루어진다. 다른 한편으로, 기계적 단차와 전기적 단차를 동시에 적용한 구조는 스테이터의 코일이 감기는 폴의 상·하 폭의 중심과 허브의 내주면에 설치되는 영구자석의 상·하 폭의 중심 위치를 자력이 미치는 범위 내에서 상·하로 형성한 기계적 단차와 스테이터의 폴 상·하단 길이를 다르게 형성하여 전원의 인가에 따라 폴의 상·하단에 작용하는 자속밀도의 세기가 다르도록 하는 전기적 단차를 형성한 구조로 이루어진다.

Description

단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터{Mixing type aero dynamic bearing spindle motor of a reserve pressure leading hight difference}

본 발명은 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스테이터의 폴과 영구자석에 기계적 단차 및 전기적 단차를 형성하여 기계적 및 전기적 예압을 인가함으로써 스테이터와 허브 사이에 일정 크기의 공극을 형성하여 초기 기동시 발생하는 마찰 및 마찰열에 의한 시스템의 파손을 방지할 수 있도록 한 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터에 관한 것이다.

일반적으로 하드 디스크 드라이브(hard disk drive)는 컴퓨터(computer)의 보조기억장치로, 이 하드 디스크 드라이브는 플래터, 헤드, 스핀들 모터, 헤드 암 및 회로기판으로 이루어져 헤드를 통해 플래터에 저장된 정보를 독출하여 재생하거나 플래터에 새로운 정보를 기록함으로써 컴퓨터의 시스템 운영에 기여하게 된다.

전술한 하드 디스크 드라이브의 구성에서 플래터는 자상체를 입힌 금속 원판으로 자료를 여기에 기록하게 된다. 이러한 플래터를 여러장 축에 꽂아서 돌리는데 이때의 축이 스핀들 축이고, 이 축을 돌리는 모터가 스핀들 모터이다.

그리고, 플래터에 자료를 읽고 쓰는 헤드는 헤드 암에 연결되어 있으며, 헤드 암을 이동시켜 헤드가 원하는 주소로 움직이게 해주는 역할을 한다. 이러한 헤드 암은 엑츄에이트(actuator)라고도 하며, 이것을 구동하는 것은 VCM(voice coil motor)이다. 다음은 종래의 기술에 따른 스핀들 모터에 대해 설명한 것이다.

도 1 은 종래 기술에 따른 볼 베어링 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터를 보인 분리 사시도, 도 2 는 도 1 의 종단면도이다.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 종래 볼 베어링 구조의 하드 디스크용 스핀들 모터(10)는 하부를 이루는 베이스(11), 베이스(11)의 중심에 수직 방향으로 설치되는 스핀들 축(12), 베이스(11) 상부측의 스핀들 축(12) 하부 외주연에 설치되는 하부 볼 베어링(13), 코어(14a)에 코일(14b)이 감긴구조로 하부 볼 베어링(13)의 외측으로 설치되는 스테이터(14), 스핀들 축(12)의 상부에 설치되는 상부 볼 베어링(15), 베이스(11)의 상부를 덮는 구조로 상·하부 볼 베어링(13, 15)의 외주연으로 회전 가능하게 지지되는 허브(16), 허브(16)의 하부측 내주면에 설치되어 코일(14b)과의 사이에 형성되는 자장을 통해 허브(16)가 회전되는 구동력을 발생시키는 링 형태의 영구자석(17)으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 종래 볼 베어링 구조의 하드 디스크용 스핀들 모터(10)는 스테이터(14)의 코일(14b)에 전원이 인가되면 코일(14b)과 영구자석(17) 사이에 자장(도시하지 않음)이 형성된다. 이러한 코일(14b)과 영구자석(17) 사이의 자장에 의해 허브(16)는 일방향으로 회전하게 된다.

전술한 바와 같이 허브(16)를 회전시키는 과정에서 상볼 베어링(13, 15)으로 구성된 시스템은 엄격한 회전정밀도를 유지하면서 고속구동을 실현하는 것이 불가능하며 고속구동시 볼베어링은 소음 및 진동의 원인이 된다. 다음의 도 3 은 동압베어링 구조를 보인 것이다.

도 3 은 종래 기술에 따른 동압베어링 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터를 보인 종단면도이다.

도 3 에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 동압베어링(aero dynamic bearing) 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터(20)는 하부를 이루는 베이스(21), 베이스(21)의 중심 상부측에 설치되는 하부 베어링(22), 코어(23a)에 코일(23b)이 감긴구조로 베이스(21)의 상부인 하부 베어링(22)의 외측으로 설치되는 스테이터(23), 하부 베어링(22)의 상부 중심에 수직방향으로 설치되는 스핀들 축(24), 스핀들 축(24)의 상부에 설치되는 상부 베어링(25), 베이스(21)의 상부를 덮는 구조로 스핀들 축(24)의 외부에 회전 가능하게 지지되는 허브(26), 허브(26)의 내측 상부에 설치되어 스핀들 축(24)을 중심으로 허브(26)의 원활한 회전을 위해 동압을 형성하는 상하의 제 1 동압베어링(27)과 제 2 동압베어링(28), 허브(26)의 하부측 내주면에 설치되어 코일(23b)과의 사이에 자장을 형성시켜 허브(26)가 회전되는 구동력을 발생시키는 영구자석(29)으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 동압베어링 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터(20)는 코일(23b)에 전원이 인가되면 코일(23b)과 영구자석(29) 사이에 자장(도시하지 않음)이 형성되고, 이러한 코일(23b)과 영구자석(29) 사이의 자장에 의해 허브(26)는 일방향으로 회전하게 된다.

한편, 허브(26)가 회전하게 되면 제 1 및 제 2 동압베어링(27, 28)의 내면에 공기의 유동이 발생하게 되고, 허브(26)의 회전이 증가 할수록 제 1 및 제 2 동압베어링(27, 28)과 스핀들 축(24), 상부 베어링(25), 하부 베어링(22)의 사이에는 허브(26)의 회전 속도에 비례하여 더 큰 강성의 공기층이 형성된다. 따라서, 플래터(도시하지 않음)를 탑재한 허브(26)는 스핀들 축(24)과의 사이에 형성된 소정의 강성을 가진 공기층을 베어링으로 하여 부과되는 부하량과 외란을 극복하면서 스핀들 축(24)을 중심으로 회전된다.

그러나, 전술한 바와 같은 종래 동압베어링 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터는 저속 회전시 공기층의 강성이 향상되지만, 일정 속도 이상이 되면 공기층의 강성은 더 이상 회전속도에 비례하여 증가하지 않고 거의 일정한 값을 유지하게 된다.

또한, 전술한 바와 같은 종래 동압베어링 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터는 베이스와 하부 베어링, 스핀들 축과 상부 베어링이 상호 조립되어 동압베어링과 일정한 갭을 유지하는 구조를 가지고 있어 조립 생산성이 저하될 뿐만 아니라 공기층의 두께도 일정하게 유지하기가 곤란하다는 문제가 있다. 더구나, 직접 접촉되는 수단에 의하지 않고 공기층(갭)을 경계로 스핀들 축의 상부에 허브가 지지된 구조로 되어 있어 초기 기동시 마찰에 의한 기동불량, 마찰로 인한 동압베어링 그리고 베어링체의 마모, 소음 및 진동의 원인이 되고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 스테이터의 코어와 영구자석의 기계적 단차를 통해 기계적 예압을 인가하여 예압을 발생시킴으로써 허브와 동압베어링 사이에 일정 크기의 공극을 형성하고, 이를 통해 초기 기동시 발생하는 마찰 및 마찰열에 의한 시스템의 파손을 방지할 수 있도록 한 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 동압이 발생하지 않는 구동 초기에 정지토오크를 발생시켜 허브와 동압베어링 사이에 전기적인 예압을 형성시키는 전기적 단차를 통해 허브와 동압베어링 사이에 일정 크기의 공극을 형성하고, 이를 통해 초기 기동시 발생하는 마찰 및 마찰열에 의한 시스템의 파손을 방지할 수 있도록 함에 있다.

아울러, 전술한 바와 같이 기계적 단차 및 전기적 단차를 형성하여 기계적 예압 및 전기적 예압을 인가함으로써 허브와 동압베어링 사이에 일정 크기의 공극을 형성하여 초기 기동시 발생하는 마찰 및 마찰열에 의한 시스템의 파손을 방지함은 물론, 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있도록 함에 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 볼 베어링 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터를 보인 분리 사시도.

도 2 는 도 1 의 종단면도.

도 3 은 종래 기술에 따른 동압베어링 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터를 보인 종단면도.

도 4 는 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터를 보인 분리 사시도.

도 5 는 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터에서 결합된 상태의 일부를 절개하여 보인 평면 절개 사시도.

도 6 은 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터에서 결합된 상태의 일부를 절개하여 보인 배면 절개 사시도.

도 7 은 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 기계적인 단차를 보인 제 1 실시예의 종단면도.

도 8 은 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와영구자석의 기계적인 단차를 보인 제 2 실시예의 종단면도.

도 9 는 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 전기적인 단차를 보인 제 1 실시예의 종단면도.

도 10 은 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 전기적인 단차를 보인 제 2 실시예의 종단면도.

도 11 은 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 기계적 및 전기적 단차를 보인 제 1 실시예의 종단면도.

도 12 는 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 기계적 및 전기적 단차를 보인 제 2 실시예의 종단면도.

도 13 은 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 기계적 및 전기적 단차를 보인 제 3 실시예의 종단면도.

도 14 는 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 기계적 및 전기적 단차를 보인 제 4 실시예의 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100. 스핀들 모터 110. 베이스

120. 허브 122. 통체

124. 플래터 고정체 130. 스테이터

132. 코어 132b. 폴(pole)

134. 코일 140. 동압베어링

142. 베어링체 142a, 142b. 에어 그루브

144. 지지체 150. 볼 베어링

160. 영구자석

전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명의 기계적 단차를 형성한 구조는 하부를 이루는 베이스, 베이스의 상부에 회전 가능하게 설치되어 플래터를 고정시키는 허브, 압입공이 형성된 코어의 외주면에 방사상으로 형성된 폴(pole) 각각에 코일이 감긴 구조의 스테이터, 허브와의 사이에 동압을 형성시키는 베어링체와 스테이터를 압입공을 통해 외주면에 고정·지지하는 지지체로 이루어진 동압베어링 및 허브의 내주면에 설치되어 코일과의 사이에 자장을 형성시키는 영구자석을 포함하여 이루어진 구조의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터에 있어서, 스테이터의 코일이 감기는 폴의 상·하 폭의 중심과 허브의 내주면에 설치되는 영구자석의 상·하 폭의 중심 위치를 자력이 미치는 범위 내에서 상·하로 기계적 단차를 형성하여 전원의 미인가시 단차가 형성된 폴과 영구자석 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 동압베어링과 허브 사이에 기계적 예압을 형성하여 동압베어링과 허브 사이의 공극이 유지될 수 있도록 한 구조로 이루어진다.

전술한 구성에서 허브의 영구자석이 스테이터의 폴보다 수평선상의 중심에서 상부에 위치되도록 단차를 형성할 수도 있고, 허브의 영구자석이 스테이터의 폴보다 수평선상의 중심에서 하부에 위치되도록 단차를 형성할 수도 있다.

한편, 본 발명의 다른 구성으로써 전기적 단차를 형성한 구조는 하부를 이루는 베이스, 베이스의 상부에 회전 가능하게 설치되어 플래터를 고정시키는 허브, 압입공이 형성된 코어의 외주면에 방사상으로 형성된 폴(pole) 각각에 코일이 감긴 구조의 스테이터, 허브와의 사이에 동압을 형성시키는 베어링체와 스테이터를 압입공을 통해 외주면에 고정·지지하는 지지체로 이루어진 동압베어링 및 허브의 내주면에 설치되어 코일과의 사이에 자장을 형성시키는 영구자석을 포함하여 이루어진 구조의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터에 있어서, 폴의 상·하 폭의 중심과 영구자석의 상·하 폭의 중심이 동일선상에 위치되도록 하되 스테이터의 폴 상·하단 길이를 다르게 형성한 상태에서 전원의 인가시 폴의 상·하단에 작용하는 자속밀도를 다르게 하여 자속밀도가 가장 큰 위치로 영구자석의 중심이 이동되도록 하는 전기적 단차를 통해 동압베어링과 허브 사이에 전기적 예압을 형성하여 동압베어링과 허브 사이의 공극이 유지될 수 있도록 한 구조로 이루어진다.

전술한 구성에서 스테이터의 폴은 상단보다 하단이 더 길게 연장·형성되어 상단이 하단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 구성할 수도 있고, 스테이터의 폴은 상단이 하단보다 더 길게 연장·형성되어 하단이 상단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 구성할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 구성으로 기계적 단차와 전기적 단차를 병행한 구조는 하부를 이루는 베이스, 베이스의 상부에 회전 가능하게 설치되어 플래터를 고정시키는 허브, 압입공이 형성된 코어의 외주면에 방사상으로 형성된 폴(pole) 각각에 코일이 감긴 구조의 스테이터, 허브와의 사이에 동압을 형성시키는 베어링체와 스테이터를 압입공을 통해 외주면에 고정·지지하는 지지체로 이루어진 동압베어링 및 허브의 내주면에 설치되어 코일과의 사이에 자장을 형성시키는 영구자석을 포함하여 이루어진 구조의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터에 있어서, 스테이터의 코일이 감기는 폴의 상·하 폭의 중심과 허브의 내주면에 설치되는 영구자석의 상·하 폭의 중심 위치를 자력이 미치는 범위 내에서 상·하로 형성한 기계적 단차와 스테이터의 폴 상·하단 길이를 다르게 형성하여 전원의 인가에 따라 폴의 상·하단에 작용하는 자속밀도의 세기가 다르도록 하는 전기적 단차를 형성하여 이루어지며, 전원의 미 인가시에는 기계적 단차가 형성된 폴과 영구자석 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 동압베어링과 허브 사이에 기계적 예압을 형성하여 동압베어링과 허브 사이의 공극이 유지될 수 있도록 하고, 전원의 인가시에는 폴의 상·하단에 작용하는 자속밀도 중 가장 큰 세기의 위치로 영구자석의 중심이 이동되도록 하는 전기적 단차를 통해 동압이 발생하지 않는 구동초기에 동압베어링과 허브 사이에 전기적 예압을 형성하여 동압베어링과 허브 사이의 공극이 유지될 수 있도록 한 구성으로 이루어진다.

전술한 구성에서 스테이터의 폴은 상단보다 하단이 더 길게 연장·형성되어 상단이 하단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 하고, 영구자석의 상·하 폭의 중심은 폴의 상·하 폭의 중심보다 상부에 위치되도록 하여 전원의 미인가시 폴과 영구자석 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 동압베어링과 허브 사이에 기계적 예압이 작용하고 있는 상태에서 전원의 인가시 영구자석의 중심이 자속밀도의 세기가 가장 큰 위치로 하향 이동되도록 구성할 수 있다.

또한, 스테이터의 폴은 상단보다 하단이 더 길게 연장·형성되어 상단이 하단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 하고, 영구자석의 상·하 폭의 중심은 폴의 상·하 폭의 중심보다 하부에 위치되도록 하여 전원의 미인가시 폴과 영구자석 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 동압베어링과 허브 사이에 기계적 예압이 작용하고 있는 상태에서 전원의 인가시 영구자석의 중심이 자속밀도의 세기가 가장 큰 위치로 상향 이동되도록 구성할 수도 있다.

한편으로, 스테이터의 폴은 하단보다 상단이 더 길게 연장·형성되어 하단이 상단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 하고, 영구자석의 상·하 폭의 중심은 폴의 상·하 폭의 중심보다 상부에 위치되도록 하여 전원의 미인가시 폴과 영구자석 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 동압베어링과 허브 사이에 기계적 예압이 작용하고 있는 상태에서 전원의 인가시 영구자석의 중심이 자속밀도의 세기가 가장 큰 위치로 하향 이동되도록 구성할 수도 있다.

다른 한편으로, 스테이터의 폴은 하단보다 상단이 더 길게 연장·형성되어 하단이 상단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 하고, 영구자석의 상·하 폭의 중심은 폴의 상·하 폭의 중심보다 하부에 위치되도록 하여 전원의 미인가시 폴과 영구자석 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 동압베어링과 허브 사이에 기계적 예압이 작용하고 있는 상태에서 전원의 인가시 영구자석의 중심이 자속밀도의 세기가 가장 큰 위치로 상향 이동되도록 구성할 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 4 는 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터를 보인 분리 사시도, 도 5 는 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터에서 결합된 상태의 일부를 절개하여 보인 평면 절개 사시도, 도 6 은 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터에서 결합된 상태의 일부를 절개하여 보인 배면 절개 사시도, 도 7 은 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 기계적인 단차를 보인 제 1 실시예의 종단면도, 도 8 은 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 기계적인 단차를 보인 제 2 실시예의 종단면도이다.

도 4 내지 도 8 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)의 예압발생 구조는 스테이터(130)의 코일(134)이 감기는 폴(132b)과 허브(120)의 통체(122) 내주면에 설치되는 영구자석(160) 사이에 상·하의 기계적인 단차를 형성하여 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력에 의한 허브(120)와 동압베어링(140) 사이에 예압을 형성하여 허브(120)의 하부면과 동압베어링(140)의 상부면 사이에 공극이 유지될 수 있도록 한 구성으로 이루어진다.

즉, 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)의 예압발생 구조는 스테이터(130)의 코일(134)이 감기는 폴(132b)과 허브(120)의 통체(122) 내주면에 설치되는 영구자석(160)을 상하로 기계적인 단차를 줌으로써 스테이터(130)의 폴(132b)과 영구자석(160) 사이에 서로 당기는 힘이 레이디얼 및 스러스트 방향으로 동시에 작용되도록 하여 허브(120)와 동압베어링(140) 사이에 예압이 형성될 수 있도록 한 것이다. 이처럼 허브(120)와 동압베어링(140) 사이에 예압을 형성시킴으로써 스핀들 모터(100)의 초기 기동시 허브(120)와 동압베어링(140) 사이에 마찰이 발생하지 않게 된다.

이때, 스테이터(130)의 폴(132b)과 영구자석(160)의 설치관계는 스테이터(130)의 코일(134)이 감기는 폴(132b)의 상·하 폭의 중심과 허브(120)의 내주면에 설치되는 영구자석(160)의 상·하 폭의 중심 위치를 자력이 미치는 범위 내에서 상·하로 기계적 단차를 형성하여 이루어진다. 이러한 구조에 의해 전원의 미인가시 단차가 형성된 폴(132b)과 영구자석(160) 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 허브(120)와 동압베어링(140) 사이에 기계적 예압을 형성하여 허브(120)와 동압베어링(140) 사이의 공극이 유지될 수 있도록 한다.

한편, 전술한 바와 같은 예압발생 구조에서 스테이터(130)의 코일(134)이 감기는 폴(132b)과 허브(120)의 통체(122) 내주면에 설치되는 영구자석(160) 사이의 단차는 도 7 에 도시된 바와 같이 허브(120)의 영구자석(160)이 스테이터(130)의 폴(132b)보다 수평선상의 중심에서 상부에 위치되도록 단차를 형성할 수도 있고, 도 8 에 도시된 바와 같이 허브(120)의 영구자석(160)이 스테이터(130)의 폴(132b)보다 수평선상의 중심에서 하부에 위치되도록 단차를 형성할 수도 있다.

본 발명에 따른 예압발생구조가 적용되는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)의 구성을 살펴보면 하부를 이루는 베이스(110), 베이스(110)의 상부에 회전가능하게 설치되어 플래터(도시하지 않음)가 장치되는 허브(120), 코어(132)의 외주면에 등간격으로 형성된 다수의 폴(pole, 132b) 각각에 코일(134)이 감긴 구조로 이루어진 스테이터(130), 에어 그루브(142a, 142b)가 형성되어 허브(120)와의 사이에 동압을 형성시키는 디스크 형태의 베어링체(142)와 베어링체(142)의 하부에 일체로 형성되어 스테이터(130)의 압입공(132a)을 통해 베이스(110)에 고정되는 지지체(144)로 이루어진 동압베어링(140), 허브(120)의 회전중심이 동압베어링(140)의 중심에 회전 가능하게 지지되도록 하는 볼 베어링(150) 및 스테이터(130)의 코일(134)이 감기는 폴(132b)에 인접된 허브(120)의 내주면에 설치되어 코일(134)과의 사이에 형성되는 자장을 통해 허브(120)를 회전시키는 구동력을 발생시키는 링 형태의 영구자석(160)을 포함하여 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)는 도 7 및 도 8 에 도시된 바와 같이 허브(120)의 영구자석(160)이 스테이터(130)의 폴(132b)보다 수평선상의 중심에서 상부 또는 하부에 위치되도록 기계적인 단차를 형성함으로써 전원의 인가가 없는 상태라 하더라도 스테이터(130)의 폴(132b)과 허브(120)의 영구자석(160) 사이에 작용하는 자력은 레이디얼 방향과 스러스트 방향으로 동시에 작용하게 되어 허브(120)와 동압베어링(140)의 베어링체(144) 사이에 예압이 형성되게 한다.

전술한 바와 같은 상태에서 전원이 인가되면 되면 스테이터(130)의 코일(134)이 감긴 폴(132b)과 영구자석(160) 사이에 자장이 형성되고, 이에 따라 허브(120)는 볼 베어링(150)의 회전 중심으로 하여 회전하게 된다. 이때, 허브(120)와 동압베어링(140) 사이에는 예압이 작용하고 있기 때문에 스핀들 모터(100)의 초기 기동시 허브(120)와 동압베어링(140) 사이의 마찰은 발생하지 않게 된다.

전술한 바와 같이 허브(120)가 회전하게 되면 동압베어링(140)과 허브(120) 사이에는 공기의 유동이 발생되는 공기층이 형성되어 비접촉 상태에서 대부분의 스러스트 하중을 받게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)는 허브(120)의 하부측 중심을 직접 접촉하는 볼 베어링(150)을 통해 레이디얼 방향 및 스러스트 방향으로 피봇(pivot)하여 스핀들 모터(100)의 초기 기동시(저속 회전시) 허브(120)의 회전에 따른 소음 및 기동불량의 원인이 되는 허브(120)와 동압베어링(140) 사이의 기계적 접촉없이 회전중심을 유지하며 회전될 수 있도록 한 구조이다.

즉, 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)는 허브(120)를 팽이구조와 같이 점접촉식 지지구조로 하여 팽이의 회전원리{팽이의 회전속도가 빠르면 회전관성이 강해져 저속 회전시보다 쉽게 쓰러지지 않고, 회전상태를 계속 유지하려는 각운동량(角運動量) 보존법칙을 이용한 것이다.}상 저속보다는 고속 회전시에 오히려 외란에 대한 베어링의 회전강성 및 기울지 않고 회전할 수 있는 능력이 향상되도록 한 구조로, 우수한 회전정밀도를 유지할 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)는 베어링체(142)에 일방향성의 에어 그루브(142a, 142b)가 형성된 동압베어링(140)을 적용하여 허브(120)의 고속 회전시 허브(120)와 동압베어링(140)의 베어링체(142) 사이에 동압(aero dynamic)이 형성되도록 함으로써 허브(120)와 베어링체(142)의 비접촉하에서 고속 회전하는 허브(120)의 스러스트 하중을 받도록 한 구조이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)의 특징은 볼 베어링(150)과 동압베어링(140)을 조합한 구조와 허브(120)를 팽이의 회전시 지지되는 점접촉식 지지구조로 한 것이다.

본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)의 구성을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 도 4 내지 도 8 에 도시된 바와 같이 베이스(110)는 스핀들 모터(100)의 하부를 이루는 것으로, 이 베이스(110)는 상부면에 동심원의 공간 형태로 소정 깊이의 안착홈(112)이 형성된 구조이다. 즉, 상부가 열린 형태로 동심원의 안착홈(112)의 베이스(110)의 상부면에 소정 깊이로 형성된 구조이다.

전술한 바와 같이 구성된 베이스(110)는 상부로 회전 가능하게 설치되는 허브(120)의 하부면과 안착홈(112)이 이루는 공간에 후술할 스테이터(130)와 동압베어링(140)을 설치하게 된다. 스테이터(130)와 동압베어링(140)에 대해서는 후술하기로 한다.

허브(120)는 후술하는 스테이터(130)의 코일(134)과 영구자석(160) 사이에형성되는 자장에 의해 회전되는 것으로, 이 허브(120)는 도 4 및 도 8 에 도시된 바와 같이 하부가 개구된 형태의 공간이 형성되어 베이스(110)의 안착홈(112) 내측에 위치되는 하부의 통체(122)와 통체(122)의 상부에 일체로 형성되어 자기 디스크인 플래터(도시하지 않음)를 장치하는 플래터 고정체(124)로 이루어진다. 이때, 통체(122)의 외경은 베이스(110)의 안착홈(112) 보다는 적은 크기로 형성되고, 통체(122)의 내경은 후술할 동압베어링(140)의 베어링체(142) 외경보다 더 크게 형성된다.

전술한 바와 같이 구성된 허브(120)는 통체(122) 부분이 베이스(110)의 안착홈(112) 내측에 위치되어 회전 가능하게 설치되어지되 통체(122)의 외주면과 안착홈(112)의 내주면, 통체(122)의 하부면과 안착홈(112)의 상부면 및 통체(122)의 내주면과 동압베어링(140)의 베어링체(142) 외주면 사이에는 기계적인 접촉이 발생하지 않도록 설치된다.

한편, 전술한 바와 같이 구성된 허브(120)는 그 하단면 중심인 통체(122)의 하부면 중심이 하향의 원뿔 형태로 후술할 볼 베어링(150)의 내륜에 삽입되어 연결되는 스핀들 축(126)이 형성된다. 그리고, 허브(120)의 상부를 이루는 플래터 고정체(124)의 상부면에는 상부가 개구된 형태의 공동(124a)을 형성하여 허브(120)의 전체적인 중량을 최대한 줄일 수 있도록 하였다.

스테이터(130)는 전원의 인가를 통해 영구자석(160) 사이에 자장(도시하지 않음)을 형성함으로써 허브(120)를 일방향으로 회전시키는 구동력을 발생시키는 것으로, 이 스테이터(130)는 도 4 내지 도 8 에 도시된 바와 같이 베이스(110)의 안착홈(112)과 허브(120)의 통체(122)가 이루는 공간상에 후술할 동압베어링(140)의 지지체(144)에 의해 고정되어 위치되어진다.

전술한 바와 같은 스테이터(130)의 구조를 보면 중심에 상하로 관통·형성되느 압입공(132a)이 구비된 동심원 형태의 코어(132), 코어(132)의 외주면에 일체로 형성되어지되 방사상의 등간격으로 형성되는 다수의 폴(132b) 및 각각의 폴(132b) 외주면에 감겨 전원의 인가시 각각의 폴(132b)을 전자석으로 변환시켜 후술할 영구자석(160)과의 사이에 자장을 형성시키는 코일(134)로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 스테이터(130)는 그 자체로써 베이스(110)의 안착홈(112)에 설치되는 것이 아니라 후술할 동압베어링(140)의 지지체(144) 외주면에 끼워져 고정된 상태로 베이스(110)의 안착홈(112)과 허브(120)의 통체(122)가 이루는 공간상에 위치된다.

동압베어링(140)은 베이스(110)와 허브(120)가 이루는 공간상에 설치되어 허브(120)의 회전시 허브(120)의 하부면과의 사이에 동압을 형성시키는 것으로, 이 동압베어링(140)은 도 4 내지 도 8 에 도시된 바와 같이 상부의 수평면과 원주면 중 적어도 어느 하나의 면에 에어 그루브(142a, 142b)가 형성되어 허브(120)의 하부 수평면 및 내측면과의 사이에 동압을 형성시키는 디스크 형태의 베어링체(142)와 이 베어링체(142)의 하부에 일체로 형성되어 베이스(110)와 허브(120)가 이루는 공간에서 스테이터(130)의 압입공(132a)을 통해 베이스(110)의 안착홈(112)에 고정되는 지지체(144)로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 동압베어링(140)은 지지체(144)를 통해베이스(110)의 안착홈(112)에 지지·고정되는 경우 스테이터(130)의 압입공(132a) 상부를 통해 압입되어 지지체(144)의 외주면상에 스테이터(130)를 고정시킨 후, 지지체(144)의 하단면을 베이스(110)의 안착홈(112) 중심에 안착·고정시키게 된다.

전술한 바와 같은 동압베어링(140)의 베어링체(142) 지름은 허브(120)의 통체(122) 내경보다 더 작게 형성되어 있어 허브(120)의 통체(122) 내주면과 접촉되지 않게 설치된다. 또한, 동압베어링(140)의 베어링체(142) 상부의 수평면과 허브(120)의 통체(122) 하부면 또한 접촉되지 않게 설치된다.

한편, 전술한 동압베어링(140)의 베어링체(142)에 형성되는 에어 그루브(142a, 142b)는 베어링체(142)의 상부 수평면상에만 동심원을 그리며 형성될 수도 있고, 베어링체(142)의 외경을 이루는 원주면에만 일방향성을 갖도록 형성될 수도 있다. 또한, 에어 그루브(142a, 142b)는 베어링체(142)의 상부 수평면과 원주면 각각에 형성될 수도 있다.

볼 베어링(150)은 동압베어링(140)의 중심에 허브(120)의 회전 중심인 하단의 스핀들 축(126)을 회전 가능하게 설치하기 위한 것으로, 이 볼 베어링(150)은 도 4 및 도 8 에 도시된 바와 같이 동압베어링(140)의 중심에 상하로 관통·형성되는 설치공(146)에 지지·고정된다.

전술한 바와 같이 설치·고정되는 볼 베어링(150)의 내륜에는 허브(120)의 하부면에 돌출·형성된 스핀들 축(126)이 삽입·연결된다. 즉, 허브(120)의 하부측 중심을 직접 접촉하는 볼 베어링(150)을 통해 레이디얼 방향 및 스러스트 방향으로 허브(120)의 스핀들 축(126)을 피봇(pivot)하여 스핀들 모터(100)의 초기 기동시(저속 회전시) 허브(120)의 회전에 따른 소음 및 기동불량의 원인이 되는 허브(120)와 동압베어링(140) 사이의 기계적 접촉이 발생하지 않도록 한 것이다.

전술한 바와 같이 스핀들 모터(100)의 초기 기동시(저속 회전시)에는 볼 베어링(150)을 통해 레이디얼 방향 및 스러스트 방향으로 허브(120)의 스핀들 축(126)을 지지 및 보정하여 허브(120)의 회전에 따른 소음 및 기동불량의 원인이 되는 허브(120)와 동압베어링(140) 사이의 기계적 접촉이 발생하지 않도록 함으로써 허브(120)의 회전중심을 유지하여 회전될 수 있도록 한다.

그리고, 스핀들 모터(100)의 고속 회전시에는 동압베어링(140)의 에어 그루브(142a, 142b)를 통해 동압베어링(140)과 허브(120) 사이에 동압을 형성시켜 허브(120)의 스러스트 하중의 대부분을 동압베어링(140)에서 지지되도록 함으로써 외란에 대한 볼 베어링(150)의 회전강성 및 허브(120)가 기울지 않고 회전할 수 있는 능력을 향상시켜 우수한 회전정밀도를 유지할 수 있게 한다.

따라서, 볼 베어링(150)를 적용한 본 발명의 스핀들 모터(100)의 구조에서도 고속회전을 가능하게 한다. 즉, 허브(120)의 저속 회전시에는 볼 베어링(150)이 레이디얼 방향 및 스러스트 방향으로 허브(120)의 스핀들 축(126)을 지지 및 보정하게 되어 허브(120)의 레이디얼 및 스러스트 하중을 받게 되지만, 고속 회전시에는 동압베어링(140)에 의해 허브(120)의 스러스트 하중 대부분이 지지되고 있기 때문에 사실상 볼 베어링(150)이 받는 허브(120)의 스러스트 하중은 미미한 정도여서 고속 회전이 가능하게 되는 것이다.

영구자석(160)은 전원의 인가시 스테이터(130)의 코일(134)과의 사이에 형성되는 자장을 통해 허브(120)를 회전시키는 구동력을 발생시키는 것으로, 이 영구자석(160)은 도 4 내지 도 8 에 도시된 바와 같이 스테이터(130)의 코일(134)이 감기는 폴(132b)에 인접된 허브(120)의 내주면에 설치되어 코일(134)과의 사이에 자장을 형성시킨다.

전술한 바와 같은 영구자석(160)은 링 형태로 이루어지되 그 외경이 허브(120)의 통체(122) 내경에 관계하는 크기로 이루어져 스테이터(130)의 폴(132b)이 대응되는 허브(120)의 통체(122) 내주면상에 설치·고정된다.

전술한 바와 같이 허브(120)의 통체(122) 내주면상에 설치·고정됨으로써 스테이터(130)의 코일(134)에 전원이 인가되면 영구자석(160)과의 사이에 자장을 형성시키게 되고, 이에 따라 허브(120)는 일방향으로 회전하게 된다.

전술한 본 발명의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)는 허브(120)의 저속 회전시 허브(120)의 레이디얼 방향 및 스러스트 방향을 볼 베어링(150)을 통해 지지 및 보정하여 허브(120)의 회전에 따른 소음 및 기동불량의 원인이 되는 허브(120)와 동압베어링(140) 사이의 기계적 접촉이 발생되지 않도록 하며, 고속 회전시에는 동압베어링(140)의 에어 그루브(142a, 142b)를 통해 동압베어링(140)과 허브(120) 사이에 동압을 형성시켜 허브(120)의 스러스트 하중의 대부분을 동압베어링(140)에서 지지되도록 함으로써 외란에 대한 볼 베어링(150)의 회전강성 및 허브(120)가 기울지 않고 회전할 수 있는 능력을 향상시켜 우수한 회전정밀도를 유지할 수 있게 한다.

따라서, 볼 베어링(150)을 적용한 구조에서도 고속 회전이 가능하게 되고,이로 인하여 외란에 대한 볼 베어링(150)의 회전강성 및 기울지 않고 회전될 수 있는 능력을 향상시켜 우수한 회전정밀도를 유지할 수 있게 된다.

도 9 는 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 전기적인 단차를 보인 제 1 실시예의 종단면도, 도 10 은 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 전기적인 단차를 보인 제 2 실시예의 종단면도이다.

도 9 및 도 10 은 본 발명의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(200)에서 스테이터(230)의 코일(234)이 감기는 폴(232b)과 허브(220)의 내주면에 설치되는 영구자석(260)의 전기적인 단차를 통해 허브(220)의 하부면과 동압베어링(240)의 베어링체(242) 상부면 사이에 전기적인 예압이 형성되어 공극이 유지될 수 있도록 구성한 것이다.

즉, 도 9 및 도 10 은 본 발명의 다른 구성으로써 폴(232b)의 상·하 폭의 중심과 영구자석(260)의 상·하 폭의 중심이 동일선상에 위치되도록 하되 스테이터(230)의 폴(232b) 상·하단 길이를 다르게 형성한 상태에서 전원의 인가시 폴(232b)의 상·하단에 작용하는 자속밀도를 다르게 하여 자속밀도가 가장 큰 위치로 영구자석(260)의 중심이 이동되도록 하는 전기적 단차를 통해 허브(220)와 동압베어링(240) 사이에 전기적 예압을 형성하여 허브(220)와 동압베어링(240) 사이의 공극이 유지될 수 있도록 한 구조로 이루어진 것이다.

이때, 스테이터(230)의 폴(232b) 형상을 변화시켜 전원의 인가시 폴(232b)의 상하에 작용하는 자속밀도를 다르게 하여 전기적인 단차를 형성하는 것은 도 9 에도시된 바와 같이 폴(232b)의 상단보다 하단을 더 길게 연장·형성하여 폴(232b)의 상단이 하단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 할 수도 있고, 도 10 에 도시된 바와 같이 상단을 하단보다 더 길게 연장·형성하여 폴(232b)의 하단이 상단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 구성할 수도 있다.

전술한 바와 같은 전기적인 단차구조는 동압이 발생하지 않는 구동 초기에 정지토오크를 발생시켜 허브(220)와 동압베어링(240) 사이에 전기적인 예압을 발생시킴으로써 허브(220)와 동압베어링(240) 사이에 일정크기의 공극을 형성하고, 이를 통해 초기 기동시 발생하는 마찰 및 마찰열에 의한 시스템의 파손을 방지하여 시스템의 안전성을 향상시키게 된다.

본 발명에 따르면 도 7 및 도 8 에 도시된 바와 같이 스테이터(130)와 영구자석(160)을 기계적으로 단차를 줌으로써 외부로부터 전원이 인가되지 않더라도 스테이터(130)와 영구자석(160) 사이에 작용하는 레이디얼 방향 및 스러스트 방향의 자력에 의해 허브(120)와 동압베어링(140) 사이에 일정크기의 예압이 발생되기 때문에 외부의 충격에도 허브(120)와 동압베어링(140)의 마찰이 발생하지 않게 된다.

그리고, 도 9 및 도 10 에 도시된 바와 같이 스테이터(230)와 영구자석(260)을 전기적으로 단차를 주어 전원의 인가시 자속밀도의 차에 의한 레이디얼 방향 및 스러스트 방향의 자력에 의해 허브(220)와 동압베어링(240) 사이에 일정크기의 예압이 발생되어 허브(220)와 동압베어링(240) 사이에 일정 크기의 공극을 형성하고, 이를 통해 초기 기동시 발생하는 마찰 및 마찰열에 의한 시스템의 파손을 방지하여 시스템의 안전성을 향상시키게 된다. 이러한 전기적 단차는 동압이 발생하지 않는구동 초기에 정지토오크를 발생시켜 허브(220)와 동압베어링(240) 사이에 전기적인 예압을 형성시킴으로써 초기마찰 및 마찰열에 의한 시스템의 파손을 방지하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 예압발생 구조에서 기계적인 단차와 전기적인 단차는 동시에 적용할 수 있음은 당연할 것이다. 다음은 기계적인 단차와 전기적인 단차는 동시에 적용한 구조이다.

도 11 은 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 기계적 및 전기적 단차를 보인 제 1 실시예의 종단면도, 도 12 는 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 기계적 및 전기적 단차를 보인 제 2 실시예의 종단면도, 도 13 은 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 기계적 및 전기적 단차를 보인 제 3 실시예의 종단면도, 도 14 는 본 발명에 따른 피벗구조를 갖는 조합형 스핀들 모터의 스테이터와 영구자석의 기계적 및 전기적 단차를 보인 제 4 실시예의 종단면도이다.

본 발명에 따른 기계적인 단차와 전기적인 단차를 동시에 적용한 구조의 스핀들 모터(300)는 도 11 내지 도 14 에 도시된 바와 같이 스테이터(330)의 코일(334)이 감기는 폴(332b)의 상·하 폭의 중심과 허브(320)의 내주면에 설치되는 영구자석(360)의 상·하 폭의 중심 위치를 자력이 미치는 범위 내에서 상·하로 형성한 기계적 단차와 스테이터(330)의 폴(332b) 상·하단 길이를 다르게 형성하여 전원의 인가에 따라 폴(332b)의 상·하단에 작용하는 자속밀도의 세기가 다르도록하는 전기적 단차를 형성하여 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 기계적인 단차와 전기적인 단차를 동시에 적용한 구조는 전원의 미 인가시에는 기계적 단차가 형성된 폴(332b)과 영구자석(360) 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 허브(320)와 동압베어링(340) 사이에 기계적 예압을 형성하여 허브(320)와 동압베어링(340) 사이의 공극이 유지될 수 있도록 하고, 전원의 인가시에는 폴(332b)의 상·하단에 작용하는 자속밀도 중 가장 큰 세기의 위치로 영구자석(360)의 중심이 이동되도록 하는 전기적 단차를 통해 동압이 발생하지 않는 구동초기에 허브(320)와 동압베어링(340) 사이에 전기적 예압을 형성하여 허브(320)와 동압베어링(340) 사이의 공극이 유지될 수 있도록 한다.

한편, 기계적인 단차와 전기적인 단차를 동시에 적용한 구조의 유형을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 도 11 에 도시된 구조는 스테이터(330)의 폴(332b)은 상단보다 하단이 더 길게 연장·형성되어 상단이 하단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 구성되고, 영구자석(360)의 상·하 폭의 중심은 폴(332b)의 상·하 폭의 중심보다 상부에 위치되도록 구성된다.

전술한 바와 같은 기계적인 단차와 전기적인 단차를 동시에 적용한 구조는 전원의 미인가시 폴(332b)과 영구자석(360) 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 허브(320)와 동압베어링(340) 사이에 기계적 예압이 작용하고 있는 상태에서 전원이 인가되면 영구자석(360)의 중심이 자속밀도의 세기가 가장 큰 위치로 하향 이동되도록 한다.

도 12 에 도시된 바와 같은 구조는 스테이터(330)의 폴(332b)은 상단보다 하단이 더 길게 연장·형성되어 상단이 하단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 구성되고, 영구자석(360)의 상·하 폭의 중심은 폴(332b)의 상·하 폭의 중심보다 하부에 위치되도록 구성된다.

전술한 바와 같은 기계적인 단차와 전기적인 단차를 동시에 적용한 구조에서 전원의 미인가시 폴(332b)과 영구자석(360) 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 허브(320)와 동압베어링(340) 사이에 기계적 예압이 작용하고 있는 상태에서 전원이 인가되면 영구자석(360)의 중심이 자속밀도의 세기가 가장 큰 위치로 상향 이동되도록 한다.

한편, 도 13 에 도시된 바와 같은 기계적인 단차와 전기적인 단차를 동시에 적용한 구조는 스테이터(330)의 폴(332b)은 하단보다 상단이 더 길게 연장·형성되어 하단이 상단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 구성되고, 영구자석(360)의 상·하 폭의 중심은 폴(332b)의 상·하 폭의 중심보다 상부에 위치되도록 구성된다.

전술한 바와 같은 기계적인 단차와 전기적인 단차를 동시에 적용한 구조에서 전원의 미인가시 폴(332b)과 영구자석(360) 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 허브(320)와 동압베어링(340) 사이에 기계적 예압이 작용하고 있는 상태에서 전원이 인가되면 영구자석(360)의 중심이 자속밀도의 세기가 가장 큰 위치로 하향 이동되도록 한다.

다른 한편으로, 도 14 에 도시된 바와 같은 기계적인 단차와 전기적인 단차를 동시에 적용한 구조는 스테이터(330)의 폴(332b)은 하단보다 상단이 더 길게 연장·형성되어 하단이 상단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 구성되고, 영구자석(360)의 상·하 폭의 중심은 폴(332b)의 상·하 폭의 중심보다 상부에 위치되도록 구성된다.

전술한 바와 같이 구성된 기계적인 단차와 전기적인 단차를 동시에 적용한 구조는 전원의 미인가시 폴(322b)과 영구자석(360) 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 허브(320)와 동압베어링(340) 사이에 기계적 예압이 작용하고 있는 상태에서 전원이 인가되면 영구자석(360)의 중심이 자속밀도의 세기가 가장 큰 위치로 상향 이동되도록 한다.

이상에서와 같이 기계적인 단차와 전기적인 단차를 동시에 적용한 구조는 전원의 미인가시에는 기계적인 단차를 통해 허브(320)와 동압베어링(340) 사이에 예압을 형성시켜 허브(320)와 동압베어링(340) 사이에 일정크기의 공극이 형성되도록 하고, 이러한 상태에서 전원이 인가되면 동압이 발생하지 않는 구동초기에 허브(320)와 동압베어링(340) 사이에 전기적 예압을 형성하여 허브(320)와 동압베어링(340) 사이의 공극이 유지될 수 있도록 한다. 따라서, 초기 기동시 발생하는 마찰 및 마찰열에 의한 시스템의 파손을 방지하게 된다.

본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 스테이터의 코어와 영구자석의 기계적 단차를 통해 기계적 부상력을 인가하여 예압을 발생시킴으로써 기계적으로 허브를 부상시켜 허브와 동압베어링 사이에 일정 크기의 공극을 형성하고, 이를 통해 초기 기동시 발생하는 마찰 및 마찰열에 의한 시스템의 파손을 방지할 수 있는 효과가 발휘된다.

또한, 본 발명은 동압이 발생하지 않는 구동 초기에 정지토오크를 발생시켜 허브(회전자)를 전기적으로 부상시키는 전기적 단차를 통한 전기적 부상력을 인가하여 예압을 발생시킴으로써 허브와 동압베어링 사이에 일정크기의 공극을 형성하고, 이를 통해 초기 기동시 발생하는 마찰 및 마찰열에 의한 시스템의 파손을 방지할 수 있는 효과가 발휘된다.

아울러, 전술한 바와 같이 기계적 단차 및 전기적 단차를 형성하여 기계적 부상력 및 전기적 예압을 허브와 동압베어링 사이에 형성함으로써 일정크기의 공극을 형성하여 초기 기동시 발생하는 마찰 및 마찰열에 의한 시스템의 파손을 방지함은 물론, 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 한 개의 볼 베어링만으로 구성된 시스템에 있어서 볼 베어링에 예압을 가할 수 있는 방식이기 때문에 회전정밀도를 향상시킬 수 있고 소음 및 진동을 줄일 수 있으며 베어링의 수명을 연장시킬 수 할 수 있다.

Claims (11)

1. 하부를 이루는 베이스, 베이스의 상부에 회전 가능하게 설치되어 플래터를 고정시키는 허브, 압입공이 형성된 코어의 외주면에 방사상으로 형성된 폴(pole) 각각에 코일이 감긴 구조의 스테이터, 상기 허브와의 사이에 동압을 형성시키는 베어링체와 상기 스테이터를 압입공을 통해 외주면에 고정·지지하는 지지체로 이루어진 동압베어링 및 상기 허브의 내주면에 설치되어 상기 코일과의 사이에 자장을 형성시키는 영구자석을 포함하여 이루어진 구조의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터에 있어서,

   상기 스테이터의 코일이 감기는 폴의 상·하 폭의 중심과 상기 허브의 내주면에 설치되는 영구자석의 상·하 폭의 중심 위치를 자력이 미치는 범위 내에서 상·하로 기계적 단차를 형성하여 전원의 미인가시 단차가 형성된 상기 폴과 영구자석 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 상기 동압베어링과 상기 허브 사이에 기계적 예압을 형성하여 상기 동압베어링과 상기 허브 사이의 공극이 유지될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 허브의 영구자석이 상기 스테이터의 폴보다 수평선상의 중심에서 상부에 위치되도록 단차를 형성한 것을 특징으로 하는 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 허브의 영구자석이 상기 스테이터의 폴보다 수평선상의 중심에서 하부에 위치되도록 단차를 형성한 것을 특징으로 하는 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터.
4. 하부를 이루는 베이스, 상기 베이스의 상부에 회전 가능하게 설치되어 플래터를 고정시키는 허브, 압입공이 형성된 코어의 외주면에 방사상으로 형성된 폴(pole) 각각에 코일이 감긴 구조의 스테이터, 상기 허브와의 사이에 동압을 형성시키는 베어링체와 스테이터를 압입공을 통해 외주면에 고정·지지하는 지지체로 이루어진 동압베어링 및 허브의 내주면에 설치되어 상기 코일과의 사이에 자장을 형성시키는 영구자석을 포함하여 이루어진 구조의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터에 있어서,

   상기 폴의 상·하 폭의 중심과 상기 영구자석의 상·하 폭의 중심이 동일선상에 위치되도록 하되 상기 스테이터의 폴 상·하단 길이를 다르게 형성한 상태에서 전원의 인가시 상기 폴의 상·하단에 작용하는 자속밀도를 다르게 하여 자속밀도가 가장 큰 위치로 상기 영구자석의 중심이 이동되도록 하는 전기적 단차를 통해 상기 동압베어링과 상기 허브 사이에 전기적 예압을 형성하여 상기 동압베어링과 상기 허브 사이의 공극이 유지될 수 있도록 한 것을 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 스테이터의 폴은 상단보다 하단이 더 길게 연장·형성되어 상단이 하단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 한 것을 특징으로 하는 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 스테이터의 폴은 상단이 하단보다 더 길게 연장·형성되어 하단이 상단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 한 것을 특징으로 하는 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터.
7. 하부를 이루는 베이스, 상기 베이스의 상부에 회전 가능하게 설치되어 플래터를 고정시키는 허브, 압입공이 형성된 코어의 외주면에 방사상으로 형성된 폴(pole) 각각에 코일이 감긴 구조의 스테이터, 상기 허브와의 사이에 동압을 형성시키는 베어링체와 스테이터를 압입공을 통해 외주면에 고정·지지하는 지지체로 이루어진 동압베어링 및 허브의 내주면에 설치되어 상기 코일과의 사이에 자장을 형성시키는 영구자석을 포함하여 이루어진 구조의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터에 있어서,

   상기 스테이터의 코일이 감기는 폴의 상·하 폭의 중심과 상기 허브의 내주면에 설치되는 상기 영구자석의 상·하 폭의 중심 위치를 자력이 미치는 범위 내에서 상·하로 형성한 기계적 단차와 상기 스테이터의 폴 상·하단 길이를 다르게 형성하여 전원의 인가에 따라 상기 폴의 상·하단에 작용하는 자속밀도의 세기가 다르도록 하는 전기적 단차를 형성하여 이루어지며,

   전원의 미 인가시에는 상기 기계적 단차가 형성된 상기 폴과 영구자석 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 상기 동압베어링과 상기 허브 사이에 기계적 예압을 형성하여 상기 동압베어링과 상기 허브 사이의 공극이 유지될 수 있도록 하고,

   전원의 인가시에는 상기 폴의 상·하단에 작용하는 자속밀도 중 가장 큰 세기의 위치로 상기 영구자석의 중심이 이동되도록 하는 전기적 단차를 통해 동압이 발생하지 않는 구동초기에 상기 동압베어링과 상기 허브 사이에 전기적 예압을 형성하여 상기 동압베어링과 상기 허브 사이의 공극이 유지될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 스테이터의 폴은 상단보다 하단이 더 길게 연장·형성되어 상단이 하단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 하고, 상기 영구자석의 상·하 폭의 중심은 상기 폴의 상·하 폭의 중심보다 상부에 위치되도록 하여 전원의 미인가시 상기 폴과 영구자석 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 상기 동압베어링과 상기 허브 사이에 기계적 예압이 작용하고 있는 상태에서 전원의 인가시 상기 영구자석의 중심이 상기 자속밀도의 세기가 가장 큰 위치로 하향 이동되도록 한 것을 특징으로 하는 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 스테이터의 폴은 상단보다 하단이 더 길게 연장·형성되어 상단이 하단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 하고, 상기 영구자석의 상·하 폭의 중심은 상기 폴의 상·하 폭의 중심보다 하부에 위치되도록 하여 전원의 미인가시 상기 폴과 영구자석 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 상기 동압베어링과 상기 허브 사이에 기계적 예압이 작용하고 있는 상태에서 전원의 인가시 상기 영구자석의 중심이 상기 자속밀도의 세기가 가장 큰 위치로 상향 이동되도록 한 것을 특징으로 하는 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 스테이터의 폴은 하단보다 상단이 더 길게 연장·형성되어 하단이 상단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 하고, 상기 영구자석의 상·하 폭의 중심은 상기 폴의 상·하 폭의 중심보다 상부에 위치되도록 하여 전원의 미인가시 상기 폴과 영구자석 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 상기 동압베어링과 상기 허브 사이에 기계적 예압이 작용하고 있는 상태에서 전원의 인가시 상기 영구자석의 중심이 상기 자속밀도의 세기가 가장 큰 위치로 하향 이동되도록 한 것을 특징으로 하는 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터.
11. 제 7 항에 있어서, 상기 스테이터의 폴은 하단보다 상단이 더 길게 연장·형성되어 하단이 상단보다 자속밀도가 더 크게 작용되도록 하고, 상기 영구자석의 상·하 폭의 중심은 상기 폴의 상·하 폭의 중심보다 하부에 위치되도록 하여 전원의 미인가시 상기 폴과 영구자석 사이에 형성되는 레이디얼 및 스러스트 방향의 자력을 통해 상기 동압베어링과 상기 허브 사이에 기계적 예압이 작용하고 있는 상태에서 전원의 인가시 상기 영구자석의 중심이 상기 자속밀도의 세기가 가장 큰 위치로 상향 이동되도록 한 것을 특징으로 하는 단차를 통한 예압 발생구조의 조합형 동압베어링 스핀들 모터.