KR100453331B1 - 유체동압 베어링 모터 - Google Patents

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KR100453331B1
KR100453331B1 KR10-2003-0078041A KR20030078041A KR100453331B1 KR 100453331 B1 KR100453331 B1 KR 100453331B1 KR 20030078041 A KR20030078041 A KR 20030078041A KR 100453331 B1 KR100453331 B1 KR 100453331B1
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Abstract

유체동압베어링의 하중지지력을 향상시키고 오일의 누유를 효과적으로 방지할 수 있도록 그 구조가 개량된 유체동압베어링 모터에 대해 개시한다. 이는 회전자와 고정자 사이에 오일갭을 형성하여서 유체동압베어링을 형성하여 회전자를 회전가능하게 지지하고, 오일갭을 형성하는 회전자 또는 고정자의 상호 대응면에 오일홈이 형성된 구조를 가진다. 오일홈은 원주방향에 대해 제1각도(α)로 경사진 제1오일홈(121)과, 제1오일홈(121)의 단부로부터 연장되며 원주방향에 대해 제2각도(β)로 경사진 제2오일홈(122)으로 이루어지며, 제1각도(α)는 제2각도(β)보다 상대적으로 크게 형성된다.
이와 같은 유체동압베어링 모터는 오일갭을 형성하는 슬리이브 또는 샤프트의 상호 대응면에 형성되는 오일홈을 상호 다른 각도의 제1오일홈(121)과 제2오일홈(122)으로 구성시키고, 제1오일홈의 각도를 제2오일홈보다 상대적으로 크게 형성시킴으로써, 오일의 누출을 효과적으로 방지시키고 동시에 유체동압력을 향상시켜 하중지지력을 상승시킨다.

Description

유체동압 베어링 모터{Fluid dynamic bearing spindle motor}
본 발명은 유체동압베어링 모터(Fluid Dynamic Bearing Spindle Motor)에 관한 것으로써, 특히 유체동압베어링의 하중지지력을 향상시키고 오일의 누유를 효과적으로 방지할 수 있도록 그 구조가 개량된 유체동압베어링 모터에 관한 것이다.
일반적으로 유체동압베어링은 모터의 회전자와 고정자 사이에 일정한 오일갭(oil gap)을 형성하고, 이 오일갭에 일정 점도의 오일을 충전하여서 회전자의 회전시 오일갭에 충전된 오일이 압축되면서 유체동압을 형성하여서 회전자를 회전가능하게 지지하게 한다.
또한, 오일갭을 형성하는 회전자와 고정자의 서로 마주보는 면에는 유체동압의 향상을 위해 오일홈이 형성되어 있다.
도 1 및 도 2는 유체동압베어링을 채용하는 일예의 모터를 나타낸다.
이는 샤프트가 회전되는 축회전형 모터를 나타낸 것으로서, 하우징(10)과 슬리이브(20) 그리고 코어(30)로 이루어지는 고정자와, 샤프트(40)와 허브(50) 및 마그네트(60)로 구성된 회전자로 이루어진다.
슬리이브(20)는 중공형으로 형성되어서 샤프트(40)가 회전 가능하게 삽입되도록 이루어지며, 내경면(21)에는 동압발생을 위한 오일홈(22)이 형성되어 있다.
특히 상기 슬리이브(20)의 하단 내경부에는 샤프트(40)의 하단부에 원판의 고리형상의 스러스트(70)가 샤프트(40)와 함께 회전 가능하게 결합될 수 있도록 이루어지며, 하우징(10)의 내부 중심부에는 코일이 감겨지게 한 코어(30)가 고정 장착된다.
상기 스러스트(70)는 상부면과 하부면에 동압발생을 위한 홈(미도시)이 형성됨으로써 축방향으로의 유체동압이 발생되도록 이루어진다.
한편, 상기 슬리이브(20)의 하단부는 내경부가 커버플레이트(80)에 의해 차폐되어 외부와 차단되며, 이 커버플레이트(80)의 상측으로 스러스트(70)가 회전 가능하게 상대 접촉된다.
그리고, 상기 슬리이브(20)의 내경부에 회동가능하게 삽입된 샤프트(40)의 상단에는 허브(50)가 일체로 결합되며, 이 허브(50)는 하향 개방된 캡 형상으로서 연장단부의 내경면에는 코어(30)의 외경면과 마주보게 마그네트(60)가 설치된다.
이와 같은 구조에서 슬리이브(20)의 내경면과 샤프트(40) 및 스러스트(70)와의 사이에는 미세하게 오일갭(Gap)이 형성되며, 이 오일갭에는 소정의 점성을 갖는 오일이 채워지게 된다.
이러한, 오일갭 내의 오일은 샤프트(40)의 회전시 슬리이브(20)의 동압발생용 오일홈(22)과 스러스트(70)의 동압발생용 홈(미도시)으로 집중되면서 오일갭이 항상 균일하게 유지되도록 하며, 이로서 샤프트(40)가 안정되게 구동될 수 있도록 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래의 축회전형 유체동압 베어링 모터는 외부로부터의 전원이 코어(30)에 전달되면, 상기 코어(30)와 마그네트(60) 사이의 상호 전자기력에 의해 마그네트(60)가 부착된 허브(50)가 회전되며, 이로서 허브(50)와 결합된 샤프트(40)가 동시에 회전되게 된다.
이러한 모터의 구동시 슬리이브(20)의 내경부에 삽입시킨 샤프트(40)는 슬리이브(20)의 내경면과 샤프트(40)의 외경면에 형성된 동압발생용 홈(미도시) 사이에서 발생되는 유체동압에 의해서 슬리이브(20)의 내경면과는 비접촉되는 상태에서 원활하게 회전될 수 있게 된다.
그러나 상기와 같은 구조의 유체동압베어링을 채용한 모터는 다음과 같은 문제점을 가진다.
첫째, 유체동압베어링의 오일홈(22)은 회전자의 회전중에 오일의 압력을 상승시켜서 회전자의 하중을 지지하는 역할과, 오일의 누출을 방지하는 역할을 하게 된다.
상기 하중지지력의 향상을 위해서는 오일홈(22)의 각도(A)를 크게하는 것이 역학적으로 유리하며, 또한 오일의 누출을 방지하기 위하여는 각도(A)를 작게하는 것이 유리하다.
그러나 통상의 오일홈(22)은 일정한 각도(A)로 형성됨으로써 하중지지력 향상과 오일의 누출방지를 동시에 효과적으로 수행할 수 없다.
둘째, 도 2에 도시된 바와 같이 오일갭내에서 오일의 흐름방향과 오일홈(22)의 단부(22a)가 샤프트(40)의 회전방향과 평행하게 형성되는 구조를 가짐으로써, 오일홈(22)의 단부영역은 대기압보다 작은 압력(음압)의 영역이 좁게 형성되어 오일갭에서의 높은 내부압력에 의해서 오일이 누출되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로써, 다음과 같은 목적을 가진다.
첫째, 회전자의 하중지지력의 향상과 오일의 누출방지를 동시에 만족할 수 있도록 오일홈의 구조가 개량된 유체동압베어링 모터를 제공하는 데 있다.
둘째, 모터의 구동시 대기와 근접된 오일홈의 입구변 영역을 대기압보다 작은 압력(음압)으로 넓게 형성시켜서 유체동압베어링부의 높은 내부압력에 의해서 오일이 누출되는 것을 최소화할 수 있도록 그 구조가 개량된 오일홈을 가지는 유체동압베어링 모터를 제공하는 데 있다.
도 1은 통상의 유체동압베어링 모터를 나타낸 개략단면도,
도 2는 도 1의 모터에 채용되는 슬리이브의 내경면에 형성되는 오일홈을 나타낸 개략도,
도 3은 본 발명 실시예의 유체동압베어링 모터를 나타낸 단면도,
도 4 내지 도 6은 도 3의 모터에 채용되는 슬리이브의 내경면에 형성되는 오일홈을 나타낸 실시예들의 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100...하우징 101...플랜지
120...슬리이브 121...제1오일홈
122...제2오일홈 122a...입구변
130...코어 140...샤프트
150...허브 160...마그네트
171,172...스러스트 플레이트 180...커버블럭
190...동압커버
상기 목적을 달성하는 본 발명 유체동압베어링 모터는 회전자와 고정자 사이에 오일갭을 형성하여서 유체동압베어링을 형성하여 회전자를 회전가능하게 지지하고, 상기 오일갭을 형성하는 회전자 또는 고정자의 상호 대응면에 오일홈이 형성된 유체동압베어링 모터에 있어서,상기 오일홈은 원주방향에 대해 제1각도(α)로 경사진 제1오일홈과, 상기 제1오일홈의 단부로부터 연장되며 원주방향에 대해 제2각도(β)로 경사진 제2오일홈을 포함하고,상기 제1각도(α)는 제2각도(β)보다 상대적으로 크게 형성되며,상기 오일이 유입되는 제2오일홈의 입구변의 각도(θ)는 상기 원주방향에 대하여 45°~180°각도로 경사진 것을 특징으로 한다.또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명은 회전자와 고정자 사이에 오일갭을 형성하여서 유체동압베어링을 형성하여 회전자를 회전가능하게 지지하고, 상기 오일갭을 형성하는 회전자 또는 고정자의 상호 대응면에 오일홈이 형성된 유체동압베어링 모터에 있어서,상기 오일홈은 원주방향에 대해 제1각도(α)로 경사진 제1오일홈과, 상기 제1오일홈의 단부로부터 연장되며 원주방향에 대해 제2각도(β)로 경사진 제2오일홈을 포함하고,상기 제1각도(α)는 제2각도(β)보다 상대적으로 크게 형성되며,상기 고정자는 하우징과, 상기 하우징의 중앙부에 고정되며 그 중심부에 축공이 형성된 슬리이브와, 상기 하우징의 중앙부 둘레에 고정되며 코일이 권선된 코어를 포함하고,상기 회전자는 상기 축공에 회전가능하게 결합되는 샤프트와, 상기 샤프트의 상단부에 결합고정되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 코어와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트가 부착된 허브를 포함한 것을 특징으로 한다.상기 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명 유체동압베어링 모터는 상기 오일홈이 하중지지력의 향상을 위한 제1오일홈과 오일의 누출을 방지하기 위한 제2오일홈으로 이루어짐으로써 안정된 구동으로 모터의 구동특성을 향상시킨다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명 일 실시예의 유체동압베어링 모터를 나타낸 도 2를 참조하면, 이는 고정자에 대하여 회전자가 유체동압베어링에 의해 회전가능하게 지지된 구조를 가진다.
상기 고정자는 하우징(100)과, 상기 하우징(100)의 중앙부에 고정되며 그 중심부에 축공이 형성된 슬리이브(120)와, 상기 하우징(100)의 중앙부 둘레에 고정되며 코일이 권선된 코어(130)로 이루어진다.
상기 회전자는 상기 축공에 오일갭(oil gap)을 형성하면서 회전가능하게 결합되는 샤프트(140)와, 상기 샤프트(140)의 상단부에 결합고정되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 코어(130)와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트(160)가 부착된 허브(150)로 이루어진다.
또한, 상기 샤프트(140)의 상하부에는 각각 원형의 스러스트 플레이트(thrust plate; 171,172)가 결합되어서 슬리이브(120)와의 사이에 유체동압을 형성하여 스러스트방향으로 상기 회전자를 지지한다.
상기 하우징(100)의 중심부에는 내부측으로 연장되어 그 외주면에 상기 코어(130)가 고정되는 중공의 플랜지(101)가 형성되어 있으며, 상기 플랜지(101)의 중공에는 상기 샤프트(140)의 하단부, 하부 스러스트 플레이트(172) 및 허브(150)의 하단부를 지지하는 커버블럭(180)이 결합되어 있다.
또한, 상기 슬리이브(120)의 내경부 상단에는 저널(journal)부분의 내부압력을 상승시키고 오일의 누출을 방지시키는 동압커버(190)가 결합고정되어 있다. 이 동압커버(190)에는 상기 샤프트(140)가 회전가능하게 결합되고 상기 상부스러스트 플레이트(171)의 상면과 오일갭을 형성하며 그 내경부에 경사그루브(미도시)가 일정간격으로 복수 형성되어 있다.
상기 동압커버(190)는 샤프트(140)가 회전될때 오일이 상기 경사그루브에 유도되어 일정압력으로 작용됨으로써, 오일의 누출이 방지될 뿐만 아니라 내부압력을 상승시켜 유체동압의 발생을 안정적으로 유지시킨다.
한편, 상기 샤프트(140)와의 사이에 오일갭을 형성하는 상기 슬리이브(120)의 내주면에는 도 4에 도시된 바와 같은 오일홈(oil groove)이 형성되어 있다.
상기 오일홈은 원주방향에 대해 제1각도(α)로 경사진 제1오일홈(121)과, 상기 제1오일홈(121)의 단부로부터 연장되며 원주방향에 대해 제2각도(β)로 경사진 제2오일홈(122)으로 이루어져 있다.
상기 제1각도(α)는 제2각도(β)보다 상대적으로 크게 형성된다. 따라서 각도가 큰 제1각도(α)를 가지는 제1오일홈(121)을 통하여 큰 유체동압이 발생하여 하중지지력을 향상시키고, 또한 상대적으로 각도가 작은 제2각도(β)를 가지는 제2오일홈(122)으로 인해 주위 오일의 유입효과가 상승되어 오일의 누출을 방지시킨다.
또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 오일이 유입되는 제2오일홈(122)의 입구변(122a)의 각도(θ)는 상기 원주방향에 대하여 45°~180°각도로 경사지게 형성하였다.
유체동압베어링의 누유(漏油)와 관계되는 인자는 그루브 외곽영역에 형성되는 음압(negative pressure)분포인데, 이러한 음압영역은 오일홈의 각도가 작을수록 효과적으로 형성된다. 따라서 제2오일홈(122)의 각도가 작을수록 누유방지 효과가 향상되게 된다.
운전중에 발생하는 누유는 제2오일홈(122)의 대기경계 영역에서의 음압의 분포를 통해 예측할 수 있는데, 음압분포가 넓고 강할수록 유리하다. 본원 출원인의 시험에 의하면 각도(β)가 작을수록 음압분포가 넓고 강하게 작용하였다.
한편, 제1오일홈(121)의 내측 단부영역은 최대압력이 발생하는 영역으로 하중지지능력이 이 영역의 압력분포에 의해 결정된다. 이 영역의 압력분포는 제1오일홈(121)의 각도(α)가 클수록 압력이 크게 형성되므로 하중지지능력은 각도(α)가 커질수록 향상되게 된다.
본 발명 유체동압베어링 모터의 실시예에서, 상기 제1오일홈(121) 및 제2오일홈(122)으로 형성된 오일홈은 각도기준선에 대하여 대칭적으로 형성하였으며, 또한 일정간격으로 복수 형성하였다. 이 경우 각도기준선 부근에서 가장 큰 동압이 형성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명 유체동압베어링 모터는 코어(130)에 전원이 인가되면 하우징(100)과 슬리이브(120) 그리고 코어(130)로 이루어지는 고정자에 대해 샤프트(140)와 허브(150) 및 마그네트(160)로 구성된 회전자가 상대회전되게 된다.
고정된 슬리이브(120)와 회전되는 샤프트(140) 사이의 오일갭에 충전된 오일은 오일홈(121)(122)부분에 집중되면서 고압을 형성하여 유체동압베어링을 구성한다.
또한, 상/하부 스러스트 플레이트(171)(172)와 슬리이브(120) 사이에는 스러스트(thrust) 방향의 유체동압베어링을 구성한다.
상기와 같이 슬리이브(120)와 샤프트(140) 사이의 레이디얼방향의 유체동압베어링과 상기 스러스트방향의 유체동압베어링에 의해서 샤프트(140)는 원할하게 회전된다.
한편, 상기 오일홈은 원주방향에 대해 제1각도(α)로 경사진 제1오일홈(121)과, 상기 제1오일홈(121)의 단부로부터 연장되며 원주방향에 대해 제2각도(β)로 경사진 제2오일홈(122)으로 구성되고, 상기 제1각도(α)를 제2각도(β)보다 상대적으로 크게 형성시킴으로써, 오일의 누출을 효과적으로 방지시키고 동시에 유체동압력을 향상시켜 하중지지력을 상승시킨다.
또한, 제2오일홈(122)의 입구변(122a)의 각도(θ)를 종래보다 크게 형성시킴으로써, 음압분포 영역을 확대하여 유체동압베어링부에서의 높은 내부압력에도 불구하고 오일의 누출을 최소화시킨다.
상술한 바와 같은 본 발명은 본원의 정신과 범위를 이탈함이 없이 많은 변형을 가하여 실시될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 이점을 가진다.
첫째, 오일갭을 형성하는 슬리이브 또는 샤프트의 상호 대응면에 형성되는 오일홈을 상호 다른 각도의 제1오일홈(121)과 제2오일홈(122)으로 구성시키고, 상기 제1오일홈의 각도를 제2오일홈보다 상대적으로 크게 형성시킴으로써, 오일의 누출을 효과적으로 방지시키고 동시에 유체동압력을 향상시켜 하중지지력을 상승시킨다.
둘째, 상기 제2오일홈의 입구변의 각도를 통상 원주방향과 평행으로 형성하였던 것과는 달리, 본 발명은 원주방향에 대하여 45°~180°각도로 크게 형성시킴으로써 오일홈의 단부영역에서의 압력을 향상시켜 내부압력에 의한 오일의 누출을 더욱 효과적으로 방지시킨다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 회전자와 고정자 사이에 오일갭을 형성하여서 유체동압베어링을 형성하여 회전자를 회전가능하게 지지하고, 상기 오일갭을 형성하는 회전자 또는 고정자의 상호 대응면에 오일홈이 형성된 유체동압베어링 모터에 있어서,
    상기 오일홈은 원주방향에 대해 제1각도(α)로 경사진 제1오일홈과, 상기 제1오일홈의 단부로부터 연장되며 원주방향에 대해 제2각도(β)로 경사진 제2오일홈을 포함하고,
    상기 제1각도(α)는 제2각도(β)보다 상대적으로 크게 형성되며,
    상기 오일이 유입되는 제2오일홈의 입구변의 각도(θ)는 상기 원주방향에 대하여 45°~180°각도로 경사진 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  3. 회전자와 고정자 사이에 오일갭을 형성하여서 유체동압베어링을 형성하여 회전자를 회전가능하게 지지하고, 상기 오일갭을 형성하는 회전자 또는 고정자의 상호 대응면에 오일홈이 형성된 유체동압베어링 모터에 있어서,
    상기 오일홈은 원주방향에 대해 제1각도(α)로 경사진 제1오일홈과, 상기 제1오일홈의 단부로부터 연장되며 원주방향에 대해 제2각도(β)로 경사진 제2오일홈을 포함하고,
    상기 제1각도(α)는 제2각도(β)보다 상대적으로 크게 형성되며,
    상기 고정자는 하우징(100)과, 상기 하우징(100)의 중앙부에 고정되며 그 중심부에 축공이 형성된 슬리이브(120)와, 상기 하우징(100)의 중앙부 둘레에 고정되며 코일이 권선된 코어(130)를 포함하고,
    상기 회전자는 상기 축공에 회전가능하게 결합되는 샤프트(140)와, 상기 샤프트(140)의 상단부에 결합고정되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 코어(130)와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트(160)가 부착된 허브(150)를 포함한 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
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