KR100568311B1 - 유체동압베어링 스핀들모터 - Google Patents

유체동압베어링 스핀들모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유체동압베어링을 갖는 스핀들모터에 관한 것이다.
본 발명은 적어도 하나이상의 권선코일이 감기는 코어를 갖추고, 상기 코어가 구비되는 상부면 중앙에 일정크기의 장착공을 관통형성한 베이스를 갖는 스테이터; 상기 코어의 단부와 일정간격을 두고 서로 대응하는 마그네트를 갖추고, 상기 마그네트의 높이중심이 상기 코어의 높이중심보다 높게 위치되도록 상기 마그네트가 외측에 구비되는 허브를 갖추며, 상기 허브의 회전중심과 일치하는 수직축상에 배치되는 샤프트를 갖는 로터 ; 및 상기 베이스의 장착공에 고정되는 몸체중앙에 상기 샤프트가 대응조립되는 일정깊이의 중공형 지지부를 형성하고, 상기 지지부의 내부면과 상기 샤프트의 외부면 중 어느 일측에 적어도 하나이상의 동압발생용 홈을 형성하여 상기 스테이터에 대해 로터의 회전을 지지하는 슬리브;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의하면, 구성부품수를 줄이고, 제조공정을 줄여 제조원가를 절감하고, 제품의 슬림화를 도모할 수 있는 효과가 얻어진다.
스핀들모터, 유체동압베어링, 스테이터, 허브, 로터, 슬리브, 자기중심

Description

유체동압베어링 스핀들모터{Hydrodynamic bearing spindle motor}
도 1은 본 발명에 따른 유체동압베어링 스핀들모터의 제 1실시예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 변형 실시예를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 유체동압베어링 스핀들모터의 제 2실시예를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2의 변형 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 유체동압베어링 스핀들모터의 제 3실시예를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5의 변형 실시예를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 유체동압베어링 스핀들모터의 제 4실시예를 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7의 변형 실시예를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 유체동압베어링 스핀들모터에서 코어와 마그네트간의 누름력이 발생되는 상태도이다.
도 10은 종래기술에 따른 유체동압베어링 스핀들모터의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100,100a,200,200a,300,300a,400,400a : 스핀들모터
110,210,310,410 : 스테이터 112,212,312,412 : 권선코일
120,220,320,420 : 로터 121,321 : 샤프트연결부
221,421 : 샤프트보스부 127,227,327,427 : 샤프트
124,224,324,424 : 마그네트 125,225,325,425 : 허브
130,230,330,430 : 슬리브 135,235,335,435 : 지지부
G1,G3 : 래디얼 동압홈 G2,G4 : 상,하부스러스트 동압홈
본 발명은 유체동압베어링을 갖는 스핀들모터에 관한 것으로, 보다 상세히는 스테이터에 구비되는 코어와 로터에 구비되는 마그네트의 높이차이에 의해서 유발되는 경사진 자속흐름을 이용하여 스토퍼링 대신에 로터의 이탈을 방지하는 누름력을 발생시키고, 구성부품수를 줄여 제조원가를 절감하고, 제품의 슬림화를 도모할 수 있는 유체동압베어링 스핀들모터에 관한 것이다.
일반적으로 볼베어링이 채용된 모터는 샤프트와 마찰이 존재하고, 이로 인하여 소음과 진동이 발생한다. 이때, 발생되는 진동을 NRRO(Non Repeatable Run Out) 이라고 하며, 이는 하드디스크의 트랙밀도를 높이는데 장애요인으로 작용한다.
반면에, 원심력에 의한 윤활유의 가동압만으로 샤프트의 축강성을 유지시키는 유체동압베어링이 구비된 스핀들모터는 윈심력을 기반으로 하기 때문에 금속마찰이 없고 고속회전일수록 안정감이 상승하여 소음과 진동의 발생이 적으며, 회전물의 고속회전이 볼베어링을 갖는 모터보다 순조롭기 때문에, 하이엔드용 광디스크장치, 자기디스크장치 및 하드디스크장치에 주로 적용된다.
이러한 특징을 갖는 스핀들모터에 구비되는 유체동압베어링은 회전중심인 샤프트와, 상기 샤프트에 조립되어 습동면을 형성하는 금속제 슬리브로 구성되며, 이들 중 어느 한쪽면에 헤링본(herringbone) 또는 스파이럴(spiral)상의 동압발생용 홈(groove)을 형성하고, 상기 샤프트와 슬리브사이의 습동면에 미세하게 형성되는 간극에 윤활용 오일인 유체를 채움으로써, 습동면의 홈에서 발생되는 유체동압에 의해서 마찰부재가 서로 비접촉상태가 되도록 하여 회전구동시 마찰부하를 저감시키고, 회전부재인 로터를 지지하는 구조의 베어링부재이다.
상기한 구성을 갖는 유체동압베어링을 스핀들모터에 적용하게 되면, 유체를 이용하여 로터의 회전을 지지하기 때문에 모터에서 발생되는 소음량이 적고, 소비전력도 적게 소요됨과 동시에 내충격성이 우수하다.
도 10은 일반적인 유체동압베어링을 구비하는 스핀들모터를 도시한 단면도로써, 도시한 바와 같이, 종래의 스핀들모터(1)는 스테이터(10)와 로터(20)로 구성되는 바, 상기 스테이터(10)는 금속제의 원통형 슬리브(32)가 중앙에 배치되는 베이 스(12)와, 상기 베이스(12)의 상부에 배치되는 적어도 하나 이상의 권선코일(16)이 방사방향으로 연장된 폴(pole)에 감기는 코어(14)로 구성된다.
상기 스테이터(10)에 대하여 회전가능하게 구비되는 로터(20)는 컵상의 허브(24)를 포함하고, 상기 허브(24)는 회전중심인 샤프트(34)의 상단이 조립되는 보스부(21)와, 상기 권선코일(16)과 마주하여 대응하도록 마그네트(23)가 장착되는 스커트부(22)로 구성되며, 상기 샤프트(34)의 하부대부분은 슬리브(32)와 조립된다.
이러한 슬리브(32)는 상기 베이스(12)의 상부면중앙에 관통형성된 중앙공(12a)에 삽입되어 위치고정되는 회전지지부재이며, 상기 샤프트(34)와 조립되는 대,소내경부(32a)(32b)를 몸체중앙에 형성하고, 상기 샤프트(34)는 상기 슬리브(32)의 대,소내경부(32a)(32b)에 대응삽입되도록 서로 다른 외경크기를 갖는 대,소외경부(34a)(34b)를 형성한다.
그리고, 상기 슬리브(32)의 상단에는 상기 샤프트(34)의 외부이탈을 방지하기 위해서 이를 하방으로 눌러 고정하도록 환고리형의 스토퍼링(35)을 장착하며, 상기 슬리브(32), 스토퍼링(35)과 접하는 샤프트(34)의 대,소외경부(34a)(34b)에 동압발생홈(G)을 각각 형성하고, 이를 경계로 하여 미세한 간극인 습동면이 형성된다.
이에따라, 상기 슬리브(32)의 내경과 상기 샤프트(34)의 외경사이의 습동면에 윤활용 오일인 유체가 주입되면, 상기 스토퍼링(35)의 하부면과 상기 샤프트(34)의 대외경부(34a)의 상부면사이에는 상대회전에 따라 동압이 발생되는 상부스러스트동압부가 형성되고, 상기 대외경부(34a)의 하부면과 상기 슬리브(32)의 대내 경부(32a)바닥면사이에도 상대회전에 따라 동압이 발생되는 하부스러스트동압부가 형성된다.
또한, 상기 슬리브(32)의 대,소내경부(32a)(32b)의 내주면과 상기 샤프트(34)의 대,소외경부(34a)(34b)의 외주면사이에는 상대회전에 따라 동압이 발생되는 래디얼동압부가 형성된다.
그러나, 이러한 구조를 갖는 종래의 스핀들모터(1)는 상기 슬리브(32)의 상단과 상기 허브(24)의 축보스부(21)사이에 일정높이(h)를 갖는 스토퍼링(35)을 구비해야만 하기 때문에, 스핀들모터(1)의 두께를 줄이는 슬림화설계를 하는데 한계가 있었다.
이와 더불어, 상기 샤프트(34)와 나란하게 구비되는 래디얼동압부의 영역을 슬리브(32)의 최상단높이까지 최대화하지 못하고, 상기 스토퍼링(35)의 높이(h)만큼 상대적으로 줄어들게 되기 때문에,상기 높이(h)만큼 래디얼동압부의 동압손실을 초래하였다.
또한, 상기 슬리브(32)에 조립되는 샤프트(34)는 상기 슬리브(32)의 대,소내경부(32a)(32b)에 맞추어 대,소외경부(34a)(34b)를 정밀하게 가공해야만 하기 때문에 상기 슬리브(32)의 내경부 및 샤프트(34)의 외경부를 기계가공하는데 소요되는 비용이 상승되고, 이로 인하여 모터의 제조원가를 상승시키는 원인이 되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로써, 그 목적은 구성부품수를 줄여 모터의 슬림화를 도모하고, 래디얼동압부의 동압면적을 높일 수 있으며, 제조원가를 절감할 수 있는 유체동압베어링 스핀들모터를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로써, 본 발명은,
적어도 하나이상의 권선코일이 감기는 코어를 갖추고, 상기 코어가 구비되는 상부면 중앙에 일정크기의 장착공을 관통형성한 베이스를 갖는 스테이터;
상기 코어의 단부와 일정간격을 두고 서로 대응하는 마그네트를 갖추고, 상기 마그네트의 높이중심이 상기 코어의 높이중심보다 높게 위치되도록 상기 마그네트가 외측에 구비되는 허브를 갖추며, 상기 허브의 회전중심과 일치하는 수직축상에 배치되는 샤프트를 갖는 로터 ; 및
상기 베이스의 장착공에 고정되는 몸체중앙에 상기 샤프트가 대응조립되는 일정깊이의 중공형 지지부를 형성하고, 상기 지지부의 내부면과 상기 샤프트의 외부면 중 어느 일측에 적어도 하나이상의 동압발생용 홈을 형성하여 상기 스테이터에 대해 로터의 회전을 지지하는 슬리브;를 포함함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터를 제공한다.
바람직하게는 상기 허브는 상기 샤프트의 상단과 조립되는 샤프트공을 관통형성한 샤프트연결부와, 상기 샤프트연결부의 외측단에서 하방으로 경사지게 연장 되어 환고리형의 마그네트가 외부면에 장착되는 중공원통형 스커트부로 구성된다.
보다 바람직하게는 상기 지지부의 내주면과 대응하는 샤프트의 외주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성한다.
보다 바람직하게는 상기 샤프트의 외주면과 대응하는 지지부의 내주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성한다.
바람직하게는 상기 지지부의 바닥면과 대응하는 상기 샤프트의 하면에는 적어도 하나이상의 하부스러스트동압홈을 형성한다.
바람직하게는 상기 허브는 상기 샤프트가 하면으로부터 직하방으로 일정길이 로 연장되는 샤프트보스부와, 상기 샤프트보스부의 외측단에서 하방으로 경사지게 연장되어 환고리형의 마그네트가 외부면에 장착되는 중공원통형 스커트부로 구성된다.
보다 바람직하게는 상기 지지부의 내주면과 대응하는 샤프트의 외주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성한다.
보다 바람직하게는 상기 샤프트의 외주면과 대응하는 지지부의 내주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성한다.
바람직하게는 상기 지지부의 바닥면과 대응하는 상기 샤프트의 하면에는 적어도 하나이상의 하부스러스트동압홈을 형성한다.
또한, 본 발명은,
적어도 하나이상의 권선코일이 감기는 코어를 갖추고, 상기 코어가 구비되는 상부면 중앙에 일정크기의 장착공을 관통형성한 베이스를 갖는 스테이터;
상기 코어의 단부와 일정간격을 두고 서로 대응하는 마그네트를 갖추고, 상기 마그네트의 높이중심이 상기 코어의 높이중심보다 높게 위치되도록 상기 마그네트가 외측에 구비되는 허브를 갖추며, 상기 허브의 회전중심과 일치하는 수직축상에 배치되는 샤프트를 갖는 로터 ; 및
상기 베이스의 장착공에 고정되는 몸체중앙에 상기 샤프트가 대응조립되는 일정깊이의 중공형 지지부를 형성하고, 상기 지지부의 내부면과 상기 샤프트의 외부면 중 어느 일측에 적어도 하나이상의 동압발생용 홈을 형성하며, 상기 허브의 하면과 면접하는 상부면에 적어도 하나이상의 상부스러스트동압홈을 형성하여 상기 스테이터에 대해 로터의 회전을 지지하는 슬리브;를 포함함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터를 제공한다.
바람직하게는 상기 허브는 상기 샤프트의 상단과 조립되는 샤프트공을 관통형성한 샤프트연결부와, 상기 샤프트연결부의 외측단에서 하방으로 경사지게 연장되어 환고리형의 마그네트가 외부면에 장착되는 중공원통형 스커트부로 구성된다.
보다 바람직하게는 상기 지지부의 내주면과 대응하는 샤프트의 외주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성한다. .
보다 바람직하게는 상기 샤프트의 외주면과 대응하는 지지부의 내주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성한다.
바람직하게는 상기 허브는 상기 샤프트가 하면으로부터 직하방으로 일정길이로 연장되는 샤프트보스부와, 상기 샤프트보스부의 외측단에서 하방으로 경사지게 연장되어 환고리형의 마그네트가 외부면에 장착되는 중공원통형 스커트부로 구성된다.
보다 바람직하게는 상기 지지부의 내주면과 대응하는 샤프트의 외주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성한다.
보다 바람직하게는 상기 샤프트의 외주면과 대응하는 지지부의 내주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성한다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 1는 본 발명에 따른 유체동압베어링 스핀들모터의 제 1실시예를 도시한 단면도이다.
본 발명의 스핀들모터(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 전원인가시 회전구동되는 회전부재의 외부이탈을 고정부재에 대하여 방지하는 누름력을 코어(113)와 마그네트(124)간의 높이차에 의해 유발되는 경사진 자속흐름을 이용하여 발생시키는 것으로써, 이러한 모터(100)는 스테이터(110), 로터(120)및 슬리브(130)로 구성된다.
즉, 상기 스테이터(110)는 전원인가시 일정크기의 전기장을 형성하는 권선코일(112)을 구비하고, 상기 권선코일(112)이 적어도 하나이상 감기는 폴(pole)을 중심으로부터 방사방향으로 연장한 코어(113)를 구비하는 고정구조물이다.
상기 코어(113)가 상부에 위치고정되는 베이스(114)는 몸체중앙에는 일정크 기의 장착공(115)을 관통형성하며, 상기 권선코일(112)과 대응하는 베이스(114)의 상부면에는 상기 권선코일(112)을 하부로 노출시키도록 일정크기의 코일공(114a)이 복수개 관통형성되어 있다.
이러한 스테이터(110)의 상부는 하면에 절연재(118a)가 일체로 장착된 커버부재(118)에 의해서 덮어지며, 상기 권선코일(112)은 외부전원이 공급되도록 플렉시블기판(119)과 전기적으로 연결된다.
그리고, 상기 로터(120)는 상기 스테이터(110)에 대하여 회전가능하게 구비되는 회전구조물로써, 상기 권선코일(112)과 일정간격을 두고 서로 대응하는 환고리형의 마그네트(124)를 외주면에 구비하는 컵상의 허브(125)를 갖추고, 상기 허브(125)의 회전중심과 일치하는 수직축상에는 상단의 외경이 하단대부분의 외경보다 작게 형성된 일정길이의 샤프트(127)를 구비하며, 상기 샤프트(127)의 상단은 상기 허브(125)에 조립식으로 연결된다.
상기 마그네트(124)는 일정세기의 자기력을 갖는 환고리형 영구자석으로 구비되며, 이러한 마그네트(124)는 그 높이중심이 상기 코어(113)의 높이중심보다 높게 위치되도록 상기 허브(125)의 외주연에 장착되어야 한다.
이에 따라, 모터구동시 상기 코어(113)의 자기중심과 상기 마그네트(124)의 자기중심은 일정높이차를 두고 어긋나게 되고, 이로 인하여 상기 마그네트(124)로부터 코어(113)측으로 자기력이 흐르는 자속흐름은 자기중심위치가 높은 마그네트(124)로부터 상대적으로 자기중심위치가 낮은 코어(113)측으로 향하는 경사진 방향성을 갖기 때문에, 상기 마그네트(124)를 포함하는 허브(125)는 모터구동시 상기 마그네트(124)와 코어(113)사이의 간극을 두고 상방에서 하방으로 경사지게 발생되는 자기력에 의해서 외부이탈이 곤란하도록 눌려지게 되는 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 유체동압베어링 스핀들모터에서 코어와 마그네트간의 누름력이 발생되는 상태도로써, 도시한 바와 같이, 상기 스테이터(110)에 대하여 로터(120)가 일방향 회전구동되는 경우, 상기 코어(113)와 마그네트(124)사이의 간극에서는 자속흐름의 수평힘(Fx)과 수직힘(Fy)이 발생되고, 이들의 합력인 외력(F)이 발생되는 것이다. 이때, 상기 외력(F)은 상기 로터(120)를 슬리브(130)로부터 이탈되지 못하도록 하방으로 누르는 누름력으로 작용되는 것이다.
그리고, 상기 로터(120)를 구성하는 허브(125)는 도 1에 도시한 바와 같이, 샤프트연결부(121)와 스커트부(123)로 구성되는 바, 상기 샤프트연결부(121)는 상기 샤프트(127)의 상단이 삽입되어 조립되는 일정크기의 샤프트공(127a)을 정중앙에 관통형성하고, 상기 스커트부(123)는 상기 샤프트연결부(121)의 외측단으로부터 하방으로 경사지게 연장되어 환고리형의 마그네트(124)가 외부면에 일체로 장착되는 중공원통부재이다.
여기서, 상기 스커트부(123)는 그 외부면에 장착되는 마그네트(124)의 높이중심이 상기 코어(113)의 높이중심보다 높게 위치되도록 상기 샤프트연결부(121)의 외측단으로부터 연장형성되어야 하며, 상기 마그네트(124)가 장착되는 스커트(123)의 형상중 직하방으로 연장형성되는 하부단과 방사방향으로 연장형성된 외주단은 상기 베이스(114)의 바닥면이나 커버부재(118)와 서로 간섭되지 않도록 하여야 한다.
또한, 상기 스테이터(110)에 대하여 상기 로터(120)를 회전가능하게 지지하는 슬리브(130)는 상기 베이스(114)의 장착공(115)에 고정되는 몸체중앙에 상기 샤프트(127)가 상부로부터 대응조립되는 중공형 지지부(135)를 일정깊이로 형성한 고정부재이다.
이러한 슬리브(130)는 상기 지지부(135)의 내부면과 상기 샤프트(127)의 외부면 중 어느 일측에 적어도 하나이상의 래디얼동압을 발생할 수 있도록 동압홈(G1)(G3)을 형성한다.
상기 동압홈(G1)은 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 지지부(135)의 내주면과 대응하는 상기 샤프트(127)의 외주면에 적어도 하나이상 형성되는 래디얼동압홈으로 구성될 수 있으며, 상기 동압홈(G3)은 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 샤프트(127)의 외주면과 대응하는 상기 지지부(135)의 내주면에 적어도 하나이상 형성되는 래디얼동압홈으로 구성되어 상기 샤프트(127)와 슬리브(130)사이에 베어링역할을 하는 습동면을 형성한다.
또한, 상기 래디얼동압홈(G1)(G3)을 선택적으로 형성하는 스핀들모터(100)(100a)는 도 1과 2에 도시한 바와 같이, 상기 지지부(135)의 바닥면과 대응하는 샤프트(127)의 하면에 모터구동시 스러스트동압을 발생시키도록 적어도 하나이상의 하부스러스트동압홈(G2)을 형성하여도 좋다. 이에 따라, 상기 래디얼동압(G1)(G3)과 더불어 상기 로터(120)의 회전구동을 보다 원활하게 수행할 수 있는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 유체동압베어링 스핀들모터의 제 2실시예를 도시한 단면도로써, 상기와 마찬가지로 본 발명의 모터(200)는 스테이터(210), 로터(220)및 슬리브(230)로 구성된다.
상기 스테이터(210)는 적어도 하나이상의 권선코일(212)이 감기는 폴(pole)을 방사방향으로 연장한 코어(213)를 갖추고, 상기 코어(213)는 몸체중앙에 장착공(215)을 관통형성한 베이스(214)에 구비되며, 상기 권선코일(212)을 하부로 노출시키도록 베이스(214)의 상부면에 코일공(214a)이 복수개로 관통형성된다.
상기 스테이터(210)의 상부에는 하면에 절연재(218a)가 일체로 장착된 커버부재(218)와, 상기 권선코일(212)과 전기적으로 연결되는 플렉시블기판(219)을 각각 구비한다.
그리고, 상기 로터(220)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 권선코일(212)과 일정간격을 두고 서로 대응하는 환고리형의 마그네트(224)를 외주면에 구비하는 컵상의 허브(225)를 갖추고, 상기 허브(225)의 회전중심과 일치하는 수직축상에 배치되는 샤프트(227)는 길이전체를 동일한 외경으로 갖추어 상기 허브(225)의 하면에 일체로 구비된다.
상기 마그네트(224)는 일정세기의 자기력을 갖는 환고리형 영구자석으로 구비되며, 이러한 마그네트(224)는 그 높이중심이 상기 코어(213)의 높이중심보다 높게 위치되도록 상기 허브(225)의 외주연에 장착되어야 한다.
이에 따라, 모터구동시 상기 코어(213)의 자기중심과 상기 마그네트(224)의 자기중심은 일정높이차를 두고 어긋나게 되고, 이로 인하여 상기 마그네트(224)로 부터 코어(213)측으로 자기력이 흐르는 자속흐름은 자기중심위치가 높은 마그네트(224)로부터 상대적으로 자기중심위치가 낮은 코어(213)측으로 향하는 경사진 방향성을 갖게 된다.
그리고, 상기 허브(225)는 도 3에 도시한 바와 같이, 샤프트보스부(221)와 스커트부(223)로 구성되는 바, 상기 샤프트보스부(221)는 상기 슬리브(230)에 조립되는 샤프트(227)가 몸체하면으로부터 직하방으로 일정길이로 연장되어 일체형으로 구비되며, 상기 스커트부(223)는 상기 샤프트보스부(221)의 외측단으로부터 하방으로 경사지게 연장되어 환고리형의 마그네트(224)가 외부면에 일체로 장착되는 중공원통부재이다.
또한, 상기 슬리브(230)는 상기 베이스(214)의 장착공(215)에 고정되고, 몸체중앙에 상기 샤프트(227)가 상부로부터 대응조립되는 중공형 지지부(235)를 일정깊이로 형성하며, 상기 지지부(235)의 내부면과 상기 샤프트(227)의 외부면 중 어느 일측에 적어도 하나이상의 래디얼동압을 발생하는 동압홈(G1)(G3)을 형성한다.
상기 동압홈(G1)은 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 지지부(235)의 내주면과 대응하는 상기 샤프트보스부(221)의 샤프트(227) 외주면에 적어도 하나이상 형성되는 래디얼동압홈으로 구성될 수 있으며, 상기 동압홈(G3)은 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 샤프트보스부(221)의 샤프트(227) 외주면과 대응하는 상기 지지부(235)의 내주면에 적어도 하나이상 형성되는 래디얼동압홈으로 구성되어 상기 샤프트보스부(221)의 샤프트(227)와 슬리브(230)사이에 베어링역할을 하는 습동면을 형성한다.
또한, 상기 래디얼동압홈(G1)(G3)을 선택적으로 형성하는 스핀들모터 (200)(200a)는 도 3과 4에 도시한 바와 같이, 상기 지지부(235)의 바닥면과 대응하는 샤프트(227)의 하면에 모터구동시 스러스트동압을 발생시키도록 적어도 하나이상의 하부스러스트동압홈(G2)을 형성하여도 좋다. 이에 따라, 상기 래디얼동압(G1)(G3)과 더불어 상기 로터(220)의 회전구동을 보다 원활하게 수행할 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 유체동압베어링 스핀들모터의 제 3실시예를 도시한 것으로써, 본 발명의 스핀들모터(300)는 제 1, 2실시예의 스핀들모터(100)(200)와 마찬가지로 스테이터(310), 로터(320) 및 슬리브(330)로 구성된다.
이러한 스테이터(310)는 상기 스핀들모터(100)(200)의 각 스테이터(110)(210)와 동일한 구성을 가지며, 동일부재에 대하여 300번대의 도면부호로 지시되며, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고, 상기 스테이터(310)에 대하여 회전가능하게 구비되는 로터(320)는 권선코일(312)과 일정간격을 두고 서로 대응하는 마그네트(324)를 외주면에 구비하는 컵상의 허브(325)를 갖추고, 상기 허브(325)의 회전중심과 일치하는 수직축상에 배치되는 샤프트(327)는 길이전체를 동일한 외경으로 갖추어 상기 허브(325)에 조립식으로 연결된다.
상기 마그네트(324)는 일정세기의 자기력을 갖는 환고리형 영구자석으로 구비되며, 이러한 마그네트(324)는 그 높이중심이 상기 코어(313)의 높이중심보다 높게 위치되도록 상기 허브(325)의 외주연에 장착되어야 한다.
이에 따라, 모터구동시 상기 코어(313)의 자기중심과 상기 마그네트(324)의 자기중심은 일정높이차를 두고 어긋나게 되고, 이로 인하여 상기 마그네트(324)로부터 코어(313)측으로 자기력이 흐르는 자속흐름은 자기중심위치가 높은 마그네트(324)로부터 상대적으로 자기중심위치가 낮은 코어(313)측으로 향하는 경사진 방향성을 갖게 된다.
그리고, 상기 허브(325)는 도 5에 도시한 바와 같이, 샤프트연결부(321)와 스커트부(323)로 구성되는 바, 상기 샤프트연결부(321)는 상기 샤프트(327)의 상단이 삽입되어 연결되는 일정크기의 샤프트공(327a)을 정중앙에 관통형성하고, 상기 스커트부(323)는 상기 샤프트연결부(321)의 외측단으로부터 하방으로 경사지게 연장되어 환고리형의 마그네트(324)가 외부면에 일체로 장착되는 중공원통부재이다.
여기서, 상기 샤프트(327)는 상기 샤프트공(327a)에 삽입되는 상단의 외경이 상기 슬리브(330)에 삽입되는 몸체 대부분의 외경과 대략적으로 동일한 크기로 구비되는 축부재이다.
또한, 상기 슬리브(330)는 상기 베이스(314)의 장착공(315)에 고정되는 몸체중앙에 상기 샤프트(327)가 상부로부터 대응조립되는 중공의 지지부(335)를 일정깊이로 형성한 고정부재이다.
이러한 슬리브(330)는 상기 지지부(335)의 내부면과 상기 샤프트(327)의 외부면 중 어느 일측에 적어도 하나이상의 래디얼동압을 발생하는 동압홈(G1)(G3)을 형성함과 동시에 상기 허브(325)의 하면과 면접하는 상부면에 적어도 하나이상의 상부스러스트동압을 형성하는 동압홈(G4)을 형성한다.
상기 동압홈(G1)은 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 지지부(335)의 내주면과 대응하는 상기 샤프트(327)의 외주면에 적어도 하나이상 형성되는 래디얼동압홈으로 구성될 수 있으며, 상기 동압홈(G3)은 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 샤프트(327)의 외주면과 대응하는 상기 지지부(335)의 내주면에 적어도 하나이상 형성되는 또 다른 래디얼동압홈으로 구성되어 상기 샤프트(327)와 슬리브(330)사이에 베어링역할을 하는 습동면을 형성한다.
그리고, 상기 동압홈(G4)은 상기 샤프트(327)가 조립되는 샤프트연결부(321)의 하면과 대응하여 면접하는 슬리브(330)의 상부면에 적어도 하나이상 형성되는 상부스러스트동압홈으로 구성된다.
이에 따라, 상기 래디얼동압홈(G1)(G3)을 선택적으로 형성하는 스핀들모터(300)(300a)는 도 5와 6에 도시한 바와 같이, 상기 샤프트연결부(321)의 하면과 대응하는 슬리브(330)의 상면에 형성된 스러스트동압홈(G4)과 더불어 상기 로터(320)의 회전구동을 보다 원활하게 수행할 수 있는 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 유체동압베어링 스핀들모터의 제 4실시예를 도시한 단면도로써, 상기와 마찬가지로 본 발명의 모터(400)는 스테이터(410), 로터(420) 및 슬리브(430)로 구성되며, 상기 스테이터(410)는 상기 스핀들모터(100)(200)(300)의 각 스테이터(110)(210)(310)와 동일한 구성을 가지며, 동일부재에 대하여 400번대의 도면부호로 지시되며, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 스테이터(410)에 대하여 회전가능하게 구비되는 로터(420)는 권선코일 (412)과 일정간격을 두고 서로 대응하는 마그네트(424)를 외주면에 구비하는 컵상의 허브(425)를 갖추고, 상기 허브(425)의 회전중심과 일치하는 수직축상에 배치되는 샤프트(427)는 길이전체를 동일한 외경으로 갖추어 상기 허브(425)의 하면에 일체로 구비된다.
상기 마그네트(424)는 일정세기의 자기력을 갖는 환고리형 영구자석으로 구비되며, 이러한 마그네트(424)는 그 높이중심이 상기 코어(413)의 높이중심보다 높게 위치되도록 상기 허브(425)의 외주연에 장착되어야 한다.
이에 따라, 모터구동시 상기 코어(413)의 자기중심과 상기 마그네트(424)의 자기중심은 일정높이차를 두고 어긋나게 되고, 이로 인하여 상기 마그네트(424)로부터 코어(413)측으로 자기력이 흐르는 자속흐름은 자기중심위치가 높은 마그네트(424)로부터 상대적으로 자기중심위치가 낮은 코어(413)측으로 향하는 경사진 방향성을 갖게 된다.
그리고, 상기 허브(425)는 도 7에 도시한 바와 같이, 샤프트보스부(421)와 스커트부(423)로 구성되는 바, 상기 샤프트보스부(421)는 상기 슬리브(430)에 조립되는 샤프트(427)가 몸체하면으로부터 직하방으로 일정길이로 연장되어 일체형으로 구비되며, 상기 스커트부(423)는 상기 샤프트보스부(421)의 외측단으로부터 하방으로 경사지게 연장되어 환고리형의 마그네트(424)가 외부면에 일체로 장착되는 중공원통부재이다.
또한, 상기 슬리브(430)는 상기 베이스(414)의 장착공(415)에 고정되고, 몸체중앙에 상기 샤프트(427)가 상부로부터 대응조립되는 중공형 지지부(435)를 일정 깊이로 형성한 고정부재이다.
이러한 슬리브(430)는 상기 지지부(435)의 내부면과 상기 샤프트(427)의 외부면 중 어느 일측에 적어도 하나이상의 래디얼동압을 발생하는 동압홈(G1)(G3)을 형성함과 동시에 상기 허브(425)의 하면과 면접하는 상부면에 적어도 하나이상의 상부스러스트동압을 형성하는 동압홈(G4)을 형성한다.
상기 동압홈(G1)은 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 지지부(435)의 내주면과 대응하는 상기 샤프트(427)의 외주면에 적어도 하나이상 형성되는 래디얼동압홈으로 구성될 수 있으며, 상기 동압홈(G3)은 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 샤프트(427)의 외주면과 대응하는 상기 지지부(435)의 내주면에 적어도 하나이상 형성되는 또 다른 래디얼동압홈으로 구성되어 상기 샤프트(427)와 슬리브(430)사이에 베어링역할을 하는 습동면을 형성한다.
그리고, 상기 동압홈(G4)은 상기 샤프트(427)가 일체로 구비되는 샤프트보스부(421)의 하면과 대응하여 면접하는 슬리브(430)의 상부면에 적어도 하나이상 형성되는 상부스러스트동압홈으로 구성된다.
이에 따라, 상기 래디얼동압홈(G1)(G3)을 선택적으로 형성하는 스핀들모터(400)(400a)는 도 7과 8에 도시한 바와 같이, 상기 샤프트보스부(421)의 하면과 대응하는 슬리브(430)의 상면에 형성된 스러스트동압홈(G4)과 더불어 상기 로터(420)의 회전구동을 보다 원활하게 수행할 수 있는 것이다.
한편, 제 1 내지 4실시예에 형성되는 동압홈(G1)(G2)(G3)(G4)는 헤링본 또는 스파이럴상으로 형성될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 샤프트 (127)(227)(327)(427)가 조립식으로 형성되거나 일체로 구비되는 허브(125)(225)(325)(425)의 정중앙에는 회전대상물과 연결되는 체결공(129)(229)(329)(429)을 각각 형성한다.
본 발명의 스핀들모터(100)(100a)(200)(200a)(300)(300a)(400)(400a)는 스테이터(110)(210)(310)(410)에 대하여 이에 조립된 슬리브(130)(230)(330)(430)를 매개로 하여 로터(120)(220)(320)(420)가 회전 가능하게 조립되고, 전원인가시 상기 로터(120)(220)(320)(420)는 동일한 원리로 회전구동되는바, 도 1의 제 1실시예를 기준으로 이하 설명한다.
즉, 상기 스테이터(110)의 권선코일(112)에 전원이 인가되면, 상기 권선코일(112)에는 일정세기의 전기장이 형성되고, 상기 권선코일(112)에서 발생되는 전기장은 상기 로터(120)의 마그네트(124)에서 발생되는 자기장간의 상호작용에 의해서 상기 로터(120)의 허브(125)가 샤프트(127)를 회전중심으로 하여 일방향으로 회전되기 시작한다.
이때, 상기 권선코일(112)이 권선되는 코어(113)의 단부와 일정간격을 두고 서로 대응하는 마그네트(124)는 높이중심이 상기 코어(113)의 높이중심보다 높게 위치되도록 상기 허브(125)의 스커트부(123)의 외측에 장착되기 때문에, 모터구동시 자화되는 코어(113)의 자기중심과 상기 마그네트(124)의 자기중심은 일정높이차를 두고 서로 어긋나게 된다.
이러한 경우, 상기 마그네트(124)로부터 코어(113)측으로 자기력이 흐르는 자속흐름은 자기중심위치가 높은 마그네트(124)로부터 상기 마그네트(124)와 코어(113)사이 간격을 거쳐 구조상 상대적으로 자기중심위치가 낮은 코어(113)측으로 향하는 경사진 방향성을 갖게 된다.
즉, 도 9에 도시한 바와 같이, 모터구동시 상기 코어(113)와 마그네트(124)사이의 간극에서 발생되는 수평힘(Fx)과 수직힘(Fy)의 합력인 외력(F)이 상기 로터(120)를 슬리브(130)로부터 이탈되지 못하도록 하방으로 누르는 누름력으로 작용되는 것이다.
이에 따라, 상기 마그네트(124)와 허브(125)를 포함하는 로터(120)에는 자속방향과 동일하게 하방으로 경사지게 당기는 외력에 의해서 상기 로터(120)의 샤프트(127)가 슬리브(130)로부터 이탈되는 것을 방지하는 누름력이 발생되기 때문에, 상기 로터(120)는 슬리브(130)를 매개로 하여 외부이탈없이 안전하고 지속적으로 회전구동될 수 있는 것이다.
상기와 같이, 상기 로터(120)가 일방향으로 회전되기 시작하면, 도 1과 2에 도시한 바와 같이, 상기 샤프트(127)의 외부면이나 이에 대응하는 슬리브(130)의 지지부(135)의 내부면에 형성된 동압홈(G1)(G3)과, 상기 지지부(135)와 대응하는 샤프트(127)의 하부면에 형성된 또 다른 동압홈(G2)에 각각 윤활용 오일이 공급되어 있기 때문에, 고정부재인 슬리브(130)에 대하여 상기 로터(120)가 회전되면서 상기 동압홈(G1)(G3)에서 래디얼유체동압을 발생시킴과 동시에 상기 동압홈(G2)에서 하부스러스트동압을 발생시킨다. 이로 인하여 상기 스테이터(110)에 대하여 로터(120)의 회전을 안정적으로 지지할 수 있는 것이다.
이때, 상기 샤프트(127) 또는 슬리브(130)에 형성되는 동압홈(G1)(G3)에서의 래디얼동압은 상기 샤프트(127), 슬리브(130)의 내,외주면 전체에 넓게 발생되기 때문에, 유체동압이 발생되는 면적을 넓혀 상기 스테이터(110)에 대한 상기 로터(120)의 고속회전을 안정적으로 지지하는 축강성이 보다 양호해진다.
그리고, 상기 슬리브(130)의 축강성이 향상되면 고점도 오일대신에 저점도의 오일을 사용하여 축손실을 줄일 수 있다.
한편, 도 5 내지 8에 도시한 바와 같이, 상기 허브(325)(425)의 하면과 대응하는 슬리브(330)(430)의 상면에 상부스러스트동압을 발생시키는 동압홈(G4)을 형성하는 경우에도, 상기 샤프트(327)(427) 또는 슬리브(330)(430)에 형성되는 동압홈(G1)(G3)에서의 래디얼동압과 더불어 유체동압이 발생되는 면적을 넓혀 상기 스테이터(310)(410)에 대한 상기 로터(320)(420)의 고속회전을 안정적으로 지지하는 축강성이 보다 양호해진다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 마그네트의 높이중심이 코어의 높이중심보다 높게 위치되도록 스테이터에 대하여 슬리브를 매개로 로터가 회전가능하도록 구성함으로써, 모터구동시 자화되는 코어의 자기중심과 마그네트의 자기중심은 일정높이차를 두고 서로 어긋나면서 마그네트로부터 코어측으로 자기력이 흐르는 자속흐름이 자기중심위치가 낮은 코어측으로 흐르는 경사진 방향성을 갖게 되기 때문에, 종래와 같이 스토퍼링에 의존하지 않고 로터를 하방으로 당기는 외력에 의해 서 로터의 외부이탈을 방지할 수 있고, 이로 인하여 모터의 구성부품수를 줄여 제조원가를 절감하고, 조립공정을 단순화할 수 있는 것이다.
또한, 샤프트와 슬리브사이에 형성되는 래디얼동압의 발생면적을 스토퍼링이 제거되는 높이만큼 최대한 넓게 구비할 수 있기 때문에, 로터의 고속회전을 안정적으로 지지하는 축강성을 보다 향상시킬 수 있고, 이로 인하여 저점도의 오일을 사용하여 축손실을 감소시킬 수 있으며, 모터의 회전구동을 보다 안정적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 저소비전력을 구현할 수 있다.
그리고, 스토퍼링이 제거되는 높이만큼 모터의 형성높이를 줄이는 슬림화설계가 가능해져 사용자의 다양한 요구에 신속하게 대응할 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.






Claims (16)

  1. 적어도 하나이상의 권선코일이 감기는 코어를 갖추고, 상기 코어가 구비되는 상부면 중앙에 일정크기의 장착공을 관통형성한 베이스를 갖는 스테이터;
    상기 코어의 단부와 일정간격을 두고 서로 대응하는 마그네트를 갖추고, 상기 마그네트의 높이중심이 상기 코어의 높이중심보다 높게 위치되도록 상기 마그네트가 외측에 구비되는 허브를 갖추며, 상기 허브의 회전중심과 일치하는 수직축상에 배치되는 샤프트를 갖는 로터 ; 및
    상기 베이스의 장착공에 고정되는 몸체중앙에 상기 샤프트가 대응조립되는 일정깊이의 중공형 지지부를 형성하고, 상기 지지부의 내부면과 상기 샤프트의 외부면 중 어느 일측에 적어도 하나이상의 동압발생용 홈을 형성하여 상기 스테이터에 대해 로터의 회전을 지지하는 슬리브;를 포함함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 허브는 상기 샤프트의 상단과 조립되는 샤프트공을 관통형성한 샤프트연결부와, 상기 샤프트연결부의 외측단에서 하방으로 경사지게 연장되어 환고리형의 마그네트가 외부면에 장착되는 중공원통형 스커트부로 구성됨을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  3. 제 1 또는 제 2항에 있어서,
    상기 지지부의 내주면과 대응하는 샤프트의 외주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  4. 제 1 또는 제 2항에 있어서,
    상기 샤프트의 외주면과 대응하는 지지부의 내주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  5. 제 1 또는 제 2항에 있어서,
    상기 지지부의 바닥면과 대응하는 상기 샤프트의 하면에는 적어도 하나이상의 하부스러스트동압홈을 형성함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 허브는 상기 샤프트가 하면으로부터 직하방으로 일정길이로 연장되는 샤프트보스부와, 상기 샤프트보스부의 외측단에서 하방으로 경사지게 연장되어 환고리형의 마그네트가 외부면에 장착되는 중공원통형 스커트부로 구성됨을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 지지부의 내주면과 대응하는 샤프트의 외주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  8. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 샤프트의 외주면과 대응하는 지지부의 내주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  9. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 지지부의 바닥면과 대응하는 상기 샤프트의 하면에는 적어도 하나이상의 하부스러스트동압홈을 형성함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  10. 적어도 하나이상의 권선코일이 감기는 코어를 갖추고, 상기 코어가 구비되는 상부면 중앙에 일정크기의 장착공을 관통형성한 베이스를 갖는 스테이터;
    상기 코어의 단부와 일정간격을 두고 서로 대응하는 마그네트를 갖추고, 상기 마그네트의 높이중심이 상기 코어의 높이중심보다 높게 위치되도록 상기 마그네트가 외측에 구비되는 허브를 갖추며, 상기 허브의 회전중심과 일치하는 수직축상에 배치되는 샤프트를 갖는 로터 ; 및
    상기 베이스의 장착공에 고정되는 몸체중앙에 상기 샤프트가 대응조립되는 일정깊이의 중공형 지지부를 형성하고, 상기 지지부의 내부면과 상기 샤프트의 외부면 중 어느 일측에 적어도 하나이상의 동압발생용 홈을 형성하며, 상기 허브의 하면과 면접하는 상부면에 적어도 하나이상의 상부스러스트동압홈을 형성하여 상기 스테이터에 대해 로터의 회전을 지지하는 슬리브;를 포함함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 허브는 상기 샤프트의 상단과 조립되는 샤프트공을 관통형성한 샤프트연결부와, 상기 샤프트연결부의 외측단에서 하방으로 경사지게 연장되어 환고리형의 마그네트가 외부면에 장착되는 중공원통형 스커트부로 구성됨을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 지지부의 내주면과 대응하는 샤프트의 외주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  13. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 샤프트의 외주면과 대응하는 지지부의 내주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 허브는 상기 샤프트가 하면으로부터 직하방으로 일정길이로 연장되는 샤프트보스부와, 상기 샤프트보스부의 외측단에서 하방으로 경사지게 연장되어 환고리형의 마그네트가 외부면에 장착되는 중공원통형 스커트부로 구성됨을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  15. 제 10항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 지지부의 내주면과 대응하는 샤프트의 외주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
  16. 제 10항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 샤프트의 외주면과 대응하는 지지부의 내주면에 적어도 하나이상의 래디얼동압홈을 형성함을 특징으로 하는 유체동압베어링 스핀들모터.
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