KR100453332B1 - 유체동압 베어링 모터 - Google Patents

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KR100453332B1
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Abstract

샤프트의 상하부에 적어도 한쌍의 스러스트베어링(thrust bearing)을 채용하여서 진동 및 오일의 열화를 경감시키고 소비전력을 감소시킬 수 있도록 한 유체동압 베어링모터에 대해 개시한다. 이는 코일이 권선된 코어(130)와 중심부에 축공을 가지는 슬리이브(120)를 고정하는 하우징(100)과, 축공에 오일갭을 형성하면서 회전가능하게 결합되는 샤프트(140)와, 샤프트(140)의 상단부에 결합고정되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 코어(130)와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트(160)가 부착된 허브(150)와, 샤프트(140)의 상하부에 각각 고정되는 원형의 스러스트 플레이트(171)(172)를 구비하고, 슬리이브(120)의 내경부에 상기 각 스러스트 플레이트(171)(172)를 수용하여 유체동압베어링면을 형성하는 안착홈(121)(122)을 형성하여 된 구조로 되어 있다. 이와 같은 유체동압베어링 모터는 샤프트의 상하부에 각각 스러스트 유체동압베어링을 채용함으로써 샤프트의 원추형진동을 방지하고 열발생 및 소비전력을 감소시킨다. 또한, 동압커버를 채용함으로써 누유를 방지하고 동압베어링내의 내부압력을 상승시킨다.

Description

유체동압 베어링 모터{Fluid dynamic bearing spindle motor}
본 발명은 유체동압 베어링 모터(Fluid Dynamic Bearing Spindle Motor)에 관한 것으로써, 특히 샤프트의 상하부에 적어도 한쌍의 스러스트베어링(thrust bearing)을 채용하여서 진동 및 오일의 열화를 경감시키고 소비전력을 감소시킬 수 있도록 한 유체동압 베어링모터에 관한 것이다.
일반적으로 볼베어링이 채용된 모터는 샤프트와 마찰이 존재하고 이로인해 소음과 진동이 발생한다. 이때 발생되는 진동을 NRRO(Non Repeatable Run Out)라고 하는데 이 진동은 하드디스크의 트랙밀도를 높이는데 장애요인으로 작용한다.
반면에, 모터의 샤프트를 원심력에 의한 윤활유 가동압만으로 유지시키는 유체동압 베어링은 원심력을 기반으로 하기 때문에 금속 마찰이 없고, 고속 회전일수록 안정감이 상승하며 소음과 진동이 적다. 또한 디스크의 고속 회전이 볼베어링보다 순조로와 하이엔드용 하드디스크 제품에 적합하다.
스핀들 모터에서의 유체동압베어링은 통상슬리이브(sleeve)의 내경면이나 스러스트 플레이트(thrust plate)의상대면에각각 헤링본(herringbone) 또는 스파이럴(spiral)형상의 동압(hydrodynamic pressure)발생 그루브(groove)가 형성되도록 하고,샤프트(shaft)와 슬리이브(sleeve) 또는 스러스트 플레이트와 슬리이브간으로 미세하게 형성되는 베어링 간극(clearance)으로 오일이 충전되게 하므로서 베어링 간극에서의 동압발생으로 마찰부재간 서로 비접촉상태가 되도록 하여 마찰부하가 저감되도록 하는 구성이다.
상기와 같은 유체동압베어링을 채용하는 스핀들 모터의 일예가 도 1에 도시되어 있다.
이는 샤프트가 회전되는 축회전형 모터를 나타낸 것으로서, 하우징(10)과 슬리이브(20) 그리고 코어(30)로 이루어지는 고정부재와, 샤프트(40)와 허브(50) 및 마그네트(60)로 구성된 회전부재로 이루어진다.
슬리이브(20)는 중공형으로 형성되어서 샤프트(40)가 회전 가능하게 삽입되도록 이루어지며, 내경면에는 동압발생을 위한 홈(미도시)이 형성되어서 샤프트(40)의 반경방향으로의 유체동압을 발생시킨다.
특히, 상기 슬리이브(20)의 내경부는 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 권선된 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)와의 동압발생용 홈(미도시)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 내경면 또는 샤프트(40)의 외경면에 형성된 동압발생용 홈(미도시1) 사이에서 발생되는 유체동압에 의해서 슬리이브(20)의 내경면과는 비접촉되는 상태에서 원활하게 회전될 수 있게 된다.
즉, 샤프트(40)의 외경면과 슬리이브(20)의 내경면 사이에는 이미 적정량의 오일이 공급되어 샤프트(40)가 회전시 슬리이브(20)의 내경면에 형성된 동압발생용홈(미도시)을 따라 오일이 유동하면서 동압을 발생시키게 되며, 이로서 회전부하가 최소화되면서 고속회전이 원활하게 수행되도록 한다.
그러나 상기와 같은 구조의 유체동압베어링을 채용한 스핀들모터는 다음과 같은 문제점을 가진다.
첫째, 샤프트(40)의 하단부에 하나의 스러스트(70)를 채용함으로써 이 스러스트(70)를 중심으로 샤프트(40)의 상단부분이 큰원을 형성하면서 회전하는 원추형진동을 유발하게 된다.
유체동압 베어링에서는 회전체가 한쪽 방향으로 치우쳐서 간극(clearance)이 좁아지면 그에 따라 압력이 크게 발생하여 회전체를 원위치로 복귀시켜주게 되지만, 기울어짐의 정도(동축도)가 커지면 동압의 변화가 심해져서 NRRO(Non-Repeatable RunOut)와 같은 진동특성이 커지게 된다.
특히, 슬리이브(20), 샤프트(40) 및 스러스트(70) 부품간 조립공차로 생기는 틈새로 인하여 슬리이브(20) 및 샤프트(40)의 상하단부에서의 동축도가 어긋나게 되어 NRRO(Non-Repeatable RunOut)가 커지게 되는 문제점이 있다.
둘째, 유체동압베어링모터의 연속 운전시 열이 발생하게 되는 바, 특히 슬리이브(20)와의 상대속도가 큰 스러스트(70)에서의 열발생이 크다. 따라서 유체동압 베어링면을 형성하는 스러스트(70)에서의 열발생으로 인해 온도가 상승하게 되고 이로 인해 오일점도가 낮아지면서 유체동압베어링의 하중지지력이 감소되는 문제점이있다.
또한, 하중지지력이 감소하게 되면 유체동압베어링면간의 간극이 더욱 좁아지게 되어 추가적인 열발생의 원인이 된다.
따라서 열발생을 줄이기 위하여는 슬리이브(20)와의 상대속도를 줄일수 있도록 스러스트(70)의 크기를 작게해야 하지만, 이는 하중지지능력을 저하시켜 안정적인 회전을 불가능하게 한다.
세째, 베어링 간극에 공급되는 오일내에는 다량의 공기입자(air bubble)가 존재하게 되는데 이들 공기입자는 구동초기에 베어링 간극에서 발생되는 마찰열에 의해 온도가 상승되면서 열팽창하게 되고, 이렇게 팽창되는 공기가 오일을 베어링 간극에서 밀어내게 하므로 오일이 외부로 누유되는 문제가 있다.
특히, 상기와 같은 구조의 모터에 있어서, 샤프트(40)와 함께 유체동압 베어링면을 형성하는 슬리이브(20)의 상단부는 대기에 노출됨으로써, 슬리이브(20)와 샤프트(40) 사이의 오일이 누출될 염려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로써, 다음과 같은 목적을 가진다.
첫째, 샤프트의 원추형 진동특성을 최소화하여 안정된 회전구동이 가능하도록 한 유체동압베어링 모터를 제공하는 데 있다.
둘째, 모터의 구동시 열발생을 최소화하여 베어링성능을 향상시킨 유체동압베어링 모터를 제공하는 데 있다.
세째, 소비전력을 줄일 수 있도록 그 구조가 개량된 유체동압베어링 모터를 제공하는 데 있다.
네째, 유체동압베어링면의 오일 누출을 방지하고 내부압력을 향상시켜 베어링성능을 개선한 유체동압베어링 모터를 제공하는 데 있다.
다섯째, 모터의 구동중 유체동압베어링에서 발생한 미세한 기포들을 포집할 수 있고 또한 오일을 저장할 수 있도록 개선된 유체동압베어링 모터를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래 유체동압베어링 모터를 나타낸 개략단면도,
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 유체동압베어링 모터를 나타낸 개략 단면도,
도 3은 도 2의 유체동압베어링 모터의 가동중에 발생하는 오일의 흐름방향을 나타낸 개략도,
도 4는 도 2의 유체동압베어링 모터에 채용되는 동압커버를 나타낸 단면도,
도 5는 도 2의 유체동압베어링 모터에 채용되는 스러스트 플레이트의 평면도,
도 6은 도 2에 도시된 유체동압베어링 모터의 요부 발췌도,
도 7은 본 발명 유체동압베어링 모터의 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 8은 본 발명 유체동압베어링 모터의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 9는 도 8에 도시된 유체동압베어링 모터의 요부 발췌도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100...하우징 101...플랜지
120...슬리이브 130...코어
140...샤프트 141,142...유체홈
150...허브 160...마그네트
171,172...스러스트 플레이트 180...커버블럭
190...동압커버
상기 목적을 달성하는 본 발명 유체동압베어링 모터는 코일이 권선된 코어와 중심부에 축공을 가지는 슬리이브를 고정하는 하우징과, 상기 축공에 오일갭을 형성하면서 회전가능하게 결합되는 샤프트와, 상기 샤프트의 상단부에 결합고정되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 코어와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트가 부착된 허브와, 상기 샤프트의 상하부에 각각 고정되는 원형의 스러스트 플레이트를 구비하고, 상기 슬리이브의 내경부에 상기 각 스러스트 플레이트를 수용하여 유체동압베어링면을 형성하는 안착홈이 형성되며, 상기 샤프트가 회전가능하게 결합되고 상기 슬리이브의 내경부 상단에 결합고정되며, 상기 상부스러스트 플레이트의 상면과 오일갭을 형성하며 그 내경부에 경사그루브가 일정간격으로 복수 형성된 동압커버를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 상,하부 스러스트 플레이트의 각 상하면에 오일의 유로를 형성하여 동압을 발생하는 유로홈이 형성되어 있으며, 상기 유로홈은 헤링본(herringbone) 형상 또는 스파이럴(spiral)형상으로 형성될 수 있다.
상기 유로홈은 상대회전되는 대응면의 어느 일측에 형성된다.
또한, 상기 상,하부 스러스트 플레이트의 내경부에 상기 샤프트와의 사이에 오일의 저장 및 기포를 포집하는 오일홈이 형성되어 있다.
또한, 본 발명 모터는 상기 허브와 상기 샤프트의 상단부가 일체로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명 모터에 있어서, 상기 하우징의 중심부에는 내부측으로 연장되며 그 외주면에 상기 코어가 고정되는 중공의 플랜지가 형성되고, 상기 플랜지의 중공에는 상기 샤프트의 하단부, 하부 스러스트 플레이트 및 슬리이브의 하단부를 지지하는 커버블럭이 결합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커버블럭의 상면에는 상기 샤프트의 하단부 및 상기 하부 스러스트 플레이트를 수용하는 수용홈을 형성하는 환형리브가 형성되고, 상기 슬리이브의 하단부에는 상기 환형리브가 결합되는 결합홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하는 본 발명 유체동압베어링 모터는 중심부에 내부측으로 연장되어 중공의 플랜지를 형성하는 하우징과, 상기 플랜지의 외주면에 결합고정되며 코일이 권선된 코어와, 상기 플랜지의 중공에 결합되어 그 상단부가 상기 하우징의 내부로 돌출되는 커버블럭과, 하단부가 상기 커버블럭에 결합고정되며 그 중심부에 축공을 가지는 슬리이브와, 상기 축공에 오일갭을 형성하면서 회전가능하게 결합되며 그 상하부 외주면에 유체홈이 형성되어 유체동압을 발생하는 샤프트와, 상기 샤프트의 상단부에 일체로 결합되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 코어와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트가 부착된 허브와, 상기샤프트의 상부에 고정되어 함께 회전되며 그 상하면에 오일의 유로를 형성하여 동압을 발생하는 유로홈이 형성되어 상기 슬리이브와의 사이에 유체동압을 발생하는 원형의 상부 스러스트 플레이트와, 상기 샤프트의 하부에 고정되어 함께 회전되며 그 상하면에 오일의 유로를 형성하여 동압을 발생하는 유로홈이 형성되어 상기 슬리이브 및 상기 커버블럭의 상면과의 사이에 유체동압을 발생하는 원형의 하부 스러스트 플레이트와, 상기 샤프트가 회전가능하게 결합되고 상기 슬리이브의 내경부 상단에 결합고정되며 상기 상부스러스트 플레이트의 상면과 오일갭을 형성하며 그 내경부에 경사그루브가 일정간격으로 복수 형성된 동압커버와, 상기 슬리이브의 내경부에 상기 각 스러스트 플레이트를 수용하여 유체동압베어링면을 형성하는 안착홈을 형성하여 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명 유체동압베어링 모터는 중심부에 내부측으로 연장되어 중공의 플랜지를 형성하는 하우징과, 상기 플랜지의 외주면에 결합고정되며 코일이 권선된 코어와, 상기 플랜지의 중공에 결합되어 그 상단부가 상기 하우징의 내부로 돌출되며 그 상면에 수용홈을 형성하는 환형리브가 형성된 커버블럭과, 하단부에 상기 커버블럭의 환형리브가 결합되는 결합홈이 형성되고 그 중심부에 축공을 가지는 슬리이브와, 상기 축공에 오일갭을 형성하면서 회전가능하게 결합되며 그 상하부 외주면에 유체홈이 형성되어 유체동압을 발생하는 샤프트와, 상기 샤프트의 상단부에 일체로 결합되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 코어와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트가 부착된 허브와, 상기 샤프트의 상부에 고정되어 함께 회전되며 그 상하면에 오일의 유로를 형성하여 동압을 발생하는 유로홈이 형성되어 상기 슬리이브와의 사이에 유체동압을 발생하는 원형의 상부 스러스트 플레이트와, 상기 샤프트의 하부에 고정되어 함께 회전되며 그 상하면에 오일의 유로를 형성하여 동압을 발생하는 유로홈이 형성되어 상기 슬리이브 및 상기 커버블럭의 상면과의 사이에 유체동압을 발생하는 원형의 하부 스러스트 플레이트와, 상기 샤프트가 회전가능하게 결합되고 상기 슬리이브의 내경부 상단에 결합고정되며 상기 상부스러스트 플레이트의 상면과 오일갭을 형성하며 그 내경부에 경사그루브가 일정간격으로 복수 형성된 동압커버와, 상기 슬리이브의 내경부에 상기 각 스러스트 플레이트를 수용하여 유체동압베어링면을 형성하는 안착홈을 형성하여 된 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명 유체동압베어링 모터는 샤프트의 상하부에 각각 스러스트 유체동압베어링을 채용함으로써 샤프트의 원추형진동을 방지하고 열발생 및 소비전력을 감소시킨다. 또한, 동압커버를 채용함으로써 누유를 방지하고 동압베어링내의 내부압력을 상승시킨다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명 실시예의 유체동압베어링 모터는 슬리이브(sleeve)와 면대향하는 샤프트의 저널(journal)부분에 발생하는 유체동압베어링(journal Fluid Dynamic Bearing)과 스러스트 유체동압베어링(thrust Fluid Dynamic Bearing)을 동시에 채용한다.
특히, 본 발명 실시예의 유체동압베어링 모터는 샤프트의 상/하부에 한쌍의스러스트 유체동압베어링(thrust Fluid Dynamic Bearing)을 채용하여서, 동일구조 및 동일크기의 모터와는 동등한 하중지지력을 가지면서 샤프트의 원추형진동을 방지하고, 스러스트 유체동압베어링(thrust Fluid Dynamic Bearing)을 구성하는 스러스트 플레이트의 슬리이브와의 상대속도를 줄임으로써 열발생을 경감시키며 소비전력을 감소시킨다.
또한, 샤프트가 회전가능하게 결합되는 슬리이브의 상단부를 유체동압을 형성하는 동압커버로 마감함으로써 유체동압베어링부의 내부압력을 상승시키고 오일의 누출을 효과적으로 방지시킨다.
또한, 유체동압베어링 부분중에서도 압력이 낮은 부분에 오일을 저장하고 발생된 미세기포가 포집되는 오일저장소 또는 기포 포집소를 마련함으로써, 발생열에 의해 기포가 팽창됨에 따른 불안정한 구동을 방지토록 한다.
이와 같은 본 발명 실시예의 특징들은 이하의 구체예에서 상세하게 설명되어진다.
본 발명 일 실시예의 유체동압베어링 모터를 나타낸 도 2를 참조하면, 이는 코일이 권선된 코어(130)와 중심부에 축공을 가지는 슬리이브(120)를 고정하는 하우징(100)과, 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(magnet;160)가 부착된 허브(hub;150)와, 상기 샤프트(140)의 상하부에 각각 고정되는 원형의 스러스트 플레이트(thrust plate; 171)(172)를 구비한다.
또한, 상기 하우징(100)의 중심부에는 내부측으로 연장되어 그 외주면에 상기 코어(130)가 고정되는 중공의 플랜지(101)가 형성되어 있고, 상기 플랜지(101)의 중공에는 상기 샤프트(140)의 하단부, 하부 스러스트 플레이트(172) 및 슬리이브(120)의 하단부를 지지하는 커버블럭(180)이 결합되어 있다.
상기 슬리이브(120)의 내경부에는 상기 각 스러스트 플레이트(171)(172)를 수용하여 유체동압베어링면을 형성하는 안착홈(121)(122)이 형성되어 있다.
상기 샤프트(140)의 외주면 상하부에는 오일을 유입하여 유체동압을 형성하는 유체홈(141)(142)이 형성되어 있다. 이때 상기 유체홈(141)(142)에 대향되는 슬리이브(120)의 내경부에도 유체동압을 유도하는 유체홈이 형성될 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 슬리이브(120)의 내경부 상단에는 저널(journal)부분의 내부압력을 상승시키고 오일의 누출을 방지시키는 동압커버(190)가 마련되어 있다. 이 동압커버(190)에는 상기 샤프트(140)가 회전가능하게 결합되고 상기 상부스러스트 플레이트(171)의 상면과 오일갭을 형성하며 그 내경부에 경사그루브(191)가 일정간격으로 복수 형성되어 있다.
상기 동압커버(190)에 대해 샤프트(140)가 회전될때 상기 경사그루브(191)에 충전된 오일이 압력이 높은 경사그루브(191)의 하단부측으로 이동됨으로써, 오일의 누출이 방지될 뿐만 아니라 내부압력을 상승시켜 유체동압의 발생을 안정적으로 유지시킨다.
한편, 상기 상/하부 스러스트 플레이트(171)(172)의 각 상,하면에는 도 5에 도시된 바와 같이, 오일의 유로를 형성하여 동압을 발생하는 유로홈(171a)(172a)이형성되어 있다.
또한, 상기 상부 스러스트 플레이트(171)의 상하면과 각각 면대향되는 상기 동압커버(190)의 저면 및 상기 슬리이브(120)에 오일의 유로를 형성하여 동압을 발생시키는 유로홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 하부 스러스트 플레이트(172)의 상하면과 각각 면대향되는 상기 슬리이브(120) 및 커버블럭(180)의 상면에도 오일의 유로를 형성하여 동압을 발생시키는 유로홈이 형성될 수 있다.
상기 유로홈(171a)(172a)은 도 5에 도시된 바와 같이 헤링본(herringbone) 형상으로 형성될 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 스파이럴(spiral)형상으로 형성될 수도 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 상/하부 스러스트 플레이트(171)(172)의 내경부에는 상기 샤프트(140)와의 사이에 기포를 포집하는 오일홈(171b)(172b)이 형성되어 있다. 상기 오일홈(171b)(172b)은 샤프트(140)의 회전시 유체동압이 발생하는 부분보다 상대적으로 압력이 낮은 위치에 마련되어서, 발생된 기포의 포집이 원할하도록 한다.
도 3은 샤프트(140)의 회전시 오일의 흐름을 화살표로 나타낸다.
실제로, 오일은 압력이 높은 지점으로 이동되고, 발생된 기포는 압력이 낮은 지점으로 이동된다. 즉, 오일과 기포는 상호 반대방향으로 이동된다.
즉, 샤프트(140)의 유체홈(141)(142)의 중심측에는 샤프트(140)의 회전시 역학적 작용으로 오일이 집중되면서 압력이 높아지며, 상기 상/하부 스러스트 플레이트(171)(172) 및 샤프트(140)의 유체홈(141)(142) 사이에 형성되는 축홈(143) 부분에는 상대적으로 압력이 낮아진다.
따라서 샤프트(140)의 회전시 발생되는 미세한 기포는 압력이 낮은 상/하부 스러스트 플레이트(171)(172)의 오일홈(171b)(172b)에 저장되게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명 유체동압베어링 모터는 코어(130)에 전원이 인가되면 하우징(10)과 슬리이브(20) 그리고 코어(30)로 이루어지는 고정부재에 대해 샤프트(40)와 허브(50) 및 마그네트(60)로 구성된 회전부재가 상대회전되게 된다.
고정된 슬리이브(120)와 회전되는 샤프트(140) 사이에 충전된 오일은 유체홈(141)(142)부분에 집중되면서 고압을 형성하여 유체동압베어링을 구성한다.
또한, 상/하부 스러스트 플레이트(171)(172)와 슬리이브(120) 사이에는 스러스트(thrust) 방향의 유체동압베어링을 구성한다.
상기와 같이 유체홈(141)(142) 부분에 형성되는 유체동압베어링과 상기 스러스트방향의 유체동압베어링에 의해서 샤프트(140)는 원할하게 회전된다.
또한, 회전되는 상기 동압커버(190)의 경사그루브(191)에서 오일이 하방향으로 작용함으로써, 슬리이브(120)와 샤프트(140) 사이의 내부압력을 상승시키고 오일의 누출을 방지시킨다.
한편, 샤프트(140)의 상대회전에 의해서 오일갭내에서 유동하는 오일은 도 3에 도시된 바와 같은 유로(화살표방향)를 형성한다. 즉, 샤프트(140)의 유체홈(141)(142) 부분은 고압이 발생되어 유체동압베어링을 형성하고, 샤프트(140)의 중앙부분에 형성된 축홈(143) 및 상하부측에 위치한 스러스트 플레이트(171)(172) 부분에는 상대적으로 저압을 형성하여서 발생된 미세한 기포들이 포집된다. 이때 스러스트 플레이트(171)(172)의 오일홈(171b)(172b)에는 상기 기포가 포집된다.
본 발명 실시예의 유체동압베어링 모터는 샤프트의 상/하부에 스러스트 플레이트(171)(172)에 의한 한쌍의 스러스트 유체동압베어링(thrust Fluid Dynamic Bearing)을 채용함으로써, 하나의 스러스트 유체동압베어링을 채용하는 동일구조 및 동일크기의 모터와는 동등한 하중지지력을 가지면서 스러스트 플레이트(171)(172)의 크기를 작게 설계가능하게한다.
이에 따라서, 스러스트 플레이트(171)(172)의 외경이 작아짐으로써 슬리이브와의 상대속도가 줄게되어 열발생을 경감시키며 소비전력을 감소시킨다.
한편, 소비전력, 열발생량 및 스러스트유체동압베어링의 기하학적인 형상은 아래와 같은 관계를 갖고 있다.
P = O(N2R5/H2)
여기서 P : 소비전력 또는 열발생량
H : 쓰러스트동압베어링간극
N : 회전수
R : 쓰러스트동압베어링의 반지름
따라서 스러스트 플레이트(171)(172)의 개수를 증가시키는 것은 소비전력과 열발생량측면에서 보면 단지 선형비례관계이므로, 반지름을 줄이고 대신 스러스트플레이트(171)(172)의 개수를 증가시키는 것이 소비전력 및 열발생량을 줄이는데에 유리하다.
한편, 스러스트 플레이트(171)(172)의 반지름을 줄이게 되면 부하능력 및 베어링강성계수가 감소하게 되는데, 스러스트 플레이트(171)(172)의 반지름과 강성계수, 부하능력과의 관계는 아래와 같다.
K = O(NR4/H3) , W = O(NR4/H2)
여기서 K : 강성계수
W : 부하능력
상기의 관계를 보면 소비전력은 스러스트 플레이트(171)(172)의 반지름의 5제곱과 관계되어 있지만, 강성계수와 부하능력은 반지름의 4제곱에 비례하고 있다. 따라서 스러스트 유체동압베어링을 구성하는 스러스트 플레이트(171)(172)를 두개로 하면서 증가된 강성계수 및 부하능력 만큼 스러스트 플레이트(171)(172)의 반지름을 감소시키면, 강성계수와 부하능력은 동일하면서 소비전력만 감소하게 된다.
따라서 스러스트 플레이트를 1개 사용하였을 때와 2개의 스러스트 플레이트(171)(172) 사용하였을 때의 강성계수와 부하능력이 같도록 할 때, 관계는 아래와 같다.
쓰러스트유체동압베어링의 개수 반지름(㎛) 소비전력(P) 부하능력(N) 강성계수(N/m)
1개 R P W K
2개 R*0.84 P*0.42 W K
따라서 1개의 스러스트 플레이트를 사용하는 경우보다 2개의 스러스트 플레이트를 사용하는 경우 소비전력이 1개인 경우에 비해 42%의 소비전력 및 열발생만이 나타나게 된다.
또한 스러스트 플레이트(171)(172)가 샤프트(140)의 양끝단에 설치되어 있어서, 동일한 양의 원추형진동에 대해 기울어짐각이 작게되고 이로인해 국부적인 스러스트 동압베어링간극의 감소가 적다. 따라서 온도상승 및 유체물성 저하를 감소시킬 수 있다.
본 발명 유체동압베어링 모터의 다른 실시예를 나타낸 도 7을 참조하면, 이는 샤프트(140)의 상단부와 허브(150)를 일체로 형성한 것으로써, 모터의 조립성을 향상시키며 구성부품수를 줄여서 조립공수를 줄이고 부품관리를 간편하게 한다. 그외의 구성은 상기 실시예와 동일한 구조를 가지므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명 유체동압베어링의 또 다른 실시예를 나타낸 도 8 및 도 9를 참조하면, 이는 상기 실시예에서, 상기 커버블럭(180)의 상면에 상기 샤프트(140)의 하단부 및 상기 하부 스러스트 플레이트(172)를 수용하는 수용홈(181)을 형성하는 환형리브(182)를 형성하고, 상기 슬리이브(120)의 하단부에 상기 환형리브(182)가 결합되는 결합홈(123)을 형성한 변형예이다.
이는 슬리이브(120) 및 허브(150)의 크기를 변화시키지 아니하면서, 저널(journal)의 길이를 길게하여서 하중지지력을 향상시킨다.
그외의 구성은 상술한 상기 실시예와 동일한 구성을 가지므로 상세한 설명은 생략한다.
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, 슬리이브(sleeve)와 면대향하는 샤프트의 저널(journal)부분에 발생하는 유체동압베어링(journal Fluid Dynamic Bearing)과 샤프트의 상/하부에 한쌍의 스러스트 유체동압베어링(thrust Fluid Dynamic Bearing)을 채용하여서, 동일구조 및 동일크기의 모터와는 동등한 하중지지력을 가지면서 샤프트의 원추형진동을 방지하고 스러스트 유체동압베어링(thrust Fluid Dynamic Bearing)을 구성하는 스러스트 플레이트의 슬리이브와의 상대속도를 줄임으로써 열발생을 경감시키며 소비전력을 감소시킨다.
둘째, 샤프트가 회전가능하게 결합되는 슬리이브의 상단부를 유체동압을 형성하는 동압커버로 마감함으로써 유체동압베어링부의 내부압력을 상승시키고 오일의 누출을 효과적으로 방지시킨다.
세째, 유체동압베어링 부분중에서도 압력이 낮은 부분(스러스트 플레이트 및 샤프트의 축홈)에 오일을 저장하고 발생된 미세기포가 포집되는 오일저장소 또는 기포 포집소를 마련함으로써, 샤프트의 구동특성을 향상시킨다.
네째, 샤프트(140)의 상단부와 허브(150)를 일체로 형성함으로써, 모터의 조립성을 향상시키며 구성부품수를 줄여서 조립공수를 줄이고 부품관리를 간편하게 한다.
다섯째, 커버블럭(180)의 상면에 샤프트(140)의 하단부 및 상기 하부 스러스트 플레이트(172)를 수용하는 수용홈(181)을 형성하는 환형리브(182)를 형성하고, 상기 슬리이브(120)의 하단부에 상기 환형리브(182)가 결합되는 결합홈(123)을 형성함으로써, 슬리이브(120) 및 허브(150)의 크기를 변화시키지 아니하면서 저널(journal)의 길이를 길게하여서 하중지지력을 향상시킨다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 코일이 권선된 코어(130)와 중심부에 축공을 가지는 슬리이브(120) 및 상기 슬리이브(120)를 지지하는 커버블럭(180)이 고정되는 하우징(100)과,
    상기 축공에 오일갭을 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)와,
    상기 샤프트(140)의 상하부에 각각 고정되는 원형의 스러스트 플레이트(171)(172)를 구비하고,
    상기 슬리이브(120)의 내경부에 상기 각 스러스트 플레이트(171)(172)를 수용하여 유체동압베어링면을 형성하는 안착홈(121)(122)이 형성되며,
    상기 샤프트(140)가 회전가능하게 결합되고 상기 슬리이브(120)의 내경부 상단에 결합고정되며, 상기 상부스러스트 플레이트(171)의 상면과 오일갭을 형성하며 그 내경부에 경사그루브(191)가 일정간격으로 복수 형성된 동압커버(190)를 구비한 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 상,하부 스러스트 플레이트(171)(172)의 각 상하면 또는 이 상하면에 대응되는 면에 오일의 유로를 형성하여 동압을 발생하는 유로홈(171a)(172a)이 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 유로홈(171a)(172a)은 헤링본(herringbone) 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 유로홈(171a)(172a)은 스파이럴(spiral)형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 상,하부 스러스트 플레이트(171)(172)의 내경부에 상기 샤프트(140)와의 사이에 기포를 포집하는 오일홈(171b)(172b)이 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 허브(150)와 상기 샤프트(140)의 상단부는 일체로 연결된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  8. 코일이 권선된 코어(130)와 중심부에 축공을 가지는 슬리이브(120) 및 상기 슬리이브(120)를 지지하는 커버블럭(180)이 고정되는 하우징(100)과,
    상기 축공에 오일갭을 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)와,
    상기 샤프트(140)의 상하부에 각각 고정되는 원형의 스러스트 플레이트(171)(172)를 구비하고,
    상기 슬리이브(120)의 내경부에 상기 각 스러스트 플레이트(171)(172)를 수용하여 유체동압베어링면을 형성하는 안착홈(121)(122)이 형성되며,
    상기 하우징(100)의 중심부에 내부측으로 연장되며 그 외주면에 상기 코어(130)가 고정되는 중공의 플랜지(101)가 형성되고,
    상기 플랜지(101)의 중공에 결합되어 상기 샤프트(140)의 하단부, 하부 스러스트 플레이트(172) 및 허브(150)의 하단부를 지지하는 커버블럭(180)을 구비한 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 커버블럭(180)의 상면에 상기 샤프트(140)의 하단부 및 상기 하부 스러스트 플레이트(172)를 수용하는 수용홈(181)을 형성하는 환형리브(182)가 형성되고,
    상기 슬리이브(120)의 하단부에 상기 환형리브(182)가 결합되는 결합홈(123)이 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  10. 중심부에 내부측으로 연장되어 중공의 플랜지(101)를 형성하는 하우징(100)과,
    상기 플랜지(101)의 외주면에 결합고정되며 코일이 권선된 코어(130)와,
    상기 플랜지(101)의 중공에 결합되어 그 상단부가 상기 하우징(100)의 내부로 돌출되는 커버블럭(180)과,
    하단부가 상기 커버블럭(180)에 결합고정되며 그 중심부에 축공을 가지는 슬리이브(120)와,
    상기 축공에 오일갭을 형성하면서 회전가능하게 결합되는 샤프트(140)와,
    상기 샤프트(140)의 상단부에 일체로 결합되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 코어(130)와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트(160)가 부착된 허브(150)와,
    상기 샤프트(140)의 상부에 고정되어 함께 회전되며 그 상하면에 오일의 유로를 형성하여 동압을 발생하는 유로홈(171a)이 형성되어 상기 슬리이브(120)와의 사이에 유체동압을 발생하는 원형의 상부 스러스트 플레이트(171)와,
    상기 샤프트(140)의 하부에 고정되어 함께 회전되며 그 상하면에 오일의 유로를 형성하여 동압을 발생하는 유로홈(172a)이 형성되어 상기 슬리이브(120) 및 상기 커버블럭(180)의 상면과의 사이에 유체동압을 발생하는 원형의 하부 스러스트 플레이트(171)와,
    상기 샤프트(140)가 회전가능하게 결합되고 상기 슬리이브(120)의 내경부 상단에 결합고정되며, 상기 상부스러스트 플레이트(171)의 상면과 오일갭을 형성하며 그 내경부에 경사그루브(191)가 일정간격으로 복수 형성된 동압커버(190)와,
    상기 슬리이브(120)의 내경부에 상기 각 스러스트 플레이트(171)(172)를 수용하여 유체동압베어링면을 형성하는 안착홈(121)(122)을 형성하여 된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  11. 중심부에 내부측으로 연장되어 중공의 플랜지(101)를 형성하는 하우징(100)과,
    상기 플랜지(101)의 외주면에 결합고정되며 코일이 권선된 코어(130)와,
    상기 플랜지(101)의 중공에 결합되어 그 상단부가 상기 하우징(100)의 내부로 돌출되며 그 상면에 수용홈(181)을 형성하는 환형리브(182)가 형성된 커버블럭(180)과,
    하단부에 상기 커버블럭(180)의 환형리브(182)가 결합되는 결합홈(123)이 형성되고 그 중심부에 축공을 가지는 슬리이브(120)와,
    상기 축공에 오일갭을 형성하면서 회전가능하게 결합되며 그 상하부 외주면에 유체홈(141)(142)이 형성되어 유체동압을 발생하는 샤프트(140)와,
    상기 샤프트(140)의 상단부에 일체로 결합되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 코어(130)와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트(160)가 부착된 허브(150)와,
    상기 샤프트(140)의 상부에 고정되어 함께 회전되며 그 상하면에 오일의 유로를 형성하여 동압을 발생하는 유로홈(171a)이 형성되어 상기 슬리이브(120)와의 사이에 유체동압을 발생하는 원형의 상부 스러스트 플레이트(171)와,
    상기 샤프트(140)의 하부에 고정되어 함께 회전되며 그 상하면에 오일의 유로를 형성하여 동압을 발생하는 유로홈(172a)이 형성되어 상기 슬리이브(120) 및 상기 커버블럭(180)의 상면과의 사이에 유체동압을 발생하는 원형의 하부 스러스트 플레이트(171)와,
    상기 샤프트(140)가 회전가능하게 결합되고 상기 슬리이브(120)의 내경부 상단에 결합고정되며, 상기 상부스러스트 플레이트(171)의 상면과 오일갭을 형성하며그 내경부에 경사그루브(191)가 일정간격으로 복수 형성된 동압커버(190)와,
    상기 슬리이브(120)의 내경부에 상기 각 스러스트 플레이트(171)(172)를 수용하여 유체동압베어링면을 형성하는 안착홈(121)(122)을 형성하여 된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
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