KR100731172B1 - 유체동압베어링 모터 - Google Patents

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KR100731172B1
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Abstract

발생된 기포의 팽창에도 불구하고 오일의 누출을 방지하고 베어링 상호간의 압력 균형을 이루어 동작특성이 향상된 유체동압베어링 모터에 대해 개시한다. 이 모터는 회전자와 고정자 사이에 오일갭을 형성하여서 유체동압베어링을 형성하여 회전자를 회전가능하게 지지하고, 오일갭을 형성하는 회전자 또는 고정자의 상호 대응면에 오일홈이 형성된 구조를 가진다.
고정자는 스테이터(201)가 고정된 베이스(200)와, 베이스(200)의 중심부에 결합고정되는 샤프트(210)와, 샤프트(210)의 상하부에 고정되는 스러스트 플레이트(211) 및 스러스트돌출부(212)를 구비한다.
회전자는 샤프트(210)에 상/하부 저널베어링(413)(414)을 형성하면서 회전가능하게 결합되며 스러스트 플레이트(211) 및 스러스트돌출부(212)와의 사이에 상/하부 스러스트베어링(411)(412)을 형성하는 슬리이브(310)와, 슬리이브(310)의 외주연에 결합고정되며 그 내주면에 스테이터(201)와 대향되어 마그네트(350)가 고정된 허브(320)와, 슬리이브(310)의 상하단부에 결합고정되어 스러스트 플레이트(211)와 스러스트돌출부(212)를 각각 감싸는 상/하부커버(330)(340)를 구비한다.
샤프트(210)에는 오일갭과 연통하는 유입홀(213)과, 대기(500)와 연통하는 배기홀(214)과, 유입홈(213)과 배기홀(214) 사이를 연결하는 연통홀(215)이 형성되어서, 오일갭에 형성된 기포가 상기 유입홀(213), 연통홀(215) 및 배기홀(214)을 경유하여 대기중으로 배기되도록 한다.
이와 같은 유체동압베어링모터는 샤프트(210)에 오일갭과 대기(500)에 연통되는 유입홀(213)과 배기홀(214)을 형성시킴으로써, 모터의 구동시 발생된 기포로 인한 상하 베어링간의 압력을 균일하게 유지시키고, 팽창기포에 의한 오일의 누출을 방지할 수 있어 주변오염 및 모터구동특성 저하를 방지한다. 또한, 제1,2모세관실을 형성함으로써, 모터의 정지 또는 구동시 오일의 누출을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 오일의 주입시 제1모세관실을 통하여 최종 주입량을 일정하게 할 수 있어 동일 품질의 제품생산이 가능해진다.
유체동압베어링, 오일누출, 모세관실, 원심력

Description

유체동압베어링 모터{A hydrodynamic bearing motor}
도 1은 종래 유체동압베어링 모터를 나타낸 개략도,
도 2 및 도 3은 도 1의 요부 확대도,
도 4는 본 발명 실시예에 따른 유체동압베어링 모터를 나타낸 단면도,
도 5 및 도 6은 도 4의 요부 확대도,
도 7은 저널베어링 부분을 나타낸 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
200...베이스 210...샤프트
211...스러스트 플레이트 212...스러스트돌출부
213...유입홀 214...배기홀
310...슬리이브 320...허브
330,340...상/하부커버 331,341...틈새
411,412...스러스트 베어링 413,414...저널베어링
410,415...제1모세관실 42,421...제2모세관실
430.431...틈새 500...대기
본 발명은 유체동압베어링 모터에 관한 것으로써, 특히 발생된 기포의 팽창에도 불구하고 오일의 누출을 방지하고 베어링 상호간의 압력 균형을 이루어 동작특성이 향상된 유체동압베어링 모터에 관한 것이다.
컴퓨터 하드디스크 드라이브(computer hard disk drive)의 개발에는 통상 고정밀의 트랙(track)밀도, 노이즈(noise)의 경감 및 충격이나 진동등 외적요소에 안정될 수 있도록 다양한 설계요소들이 채택된다.
일반적으로 사용되고 있는 볼 베어링은 베어링의 결함에 따른 불규칙적인 진동, 큰 노이즈 및 높은 공진주파수 등에 의하여 드라이브(drive)의 성능이 좌우되므로 엄격하게 제한되어 채택되고 있다.
유체동압베어링(hydrodynamic bearing)은 비접촉 베어링을 구현함으로써 상기와 같은 제한을 극복할 수 있다. 박막의 오일로 충전된 유체베어링에서는 불규칙적인 진동 및 노이즈가 대폭 경감되고, 높은 감쇄력에 의하여 외부로부터의 충격 및 진동에 대한 저항이 높다.
하드디스크 드라이브(hard disk drive)의 환경에 있어서, 유체동압베어링 시스템의 개발에는 베어링 성능의 저하나 드라이브(drive)내의 오염을 막기 위하여, 모든 동작 및 비동작의 상황에 있어서 오일의 누출을 방지하는 구조가 요구된다.
도 1은 이러한 오일의 누출을 방지할 수 있도록 한 유체동압 베어링을 나타낸 것으로써, 미국특허 5,876,124호에 개시된 기술이다.
베이스(112)에 샤프트(114)의 하단부가 압입고정되어 있고, 샤프트(114)의 상단은 커버(110)에 고정되어 있으며, 샤프트(114)의 상부측에는 경사면을 가지는 시트플레이트(185a)와 스러스트 플레이트(184)가 결합고정되고 하단부에는 경사면을 가지는 실플레이트(seal plate;165)가 결합고정되어 있다.
스러스트 플레이트(184)와 실플레이트(seal plate;165) 사이에는 내측 슬리이브(194)가 샤프트(114)에 대해 회전가능하도록 일정한 틈새를 가지고 결합되어 있고, 내측슬리이브(194)의 외측에는 외측슬리이브(195)와 허브(128)가 순차적으로 결합고정되어 있다.
시트플레이트(185a)와 스러스트 플레이트(184) 사이에는 스러스트 베어링면을 형성하는 스러스트 부싱(186)이 외측 슬리이브(195)의 내경면에 결합고정되어 있고, 스러스트 부싱(186)에는 후술하는 상부 모세관실(150)과 연결되는 구멍(171)이 형성되어 있다.
또한, 외측 슬리이브(195)의 상하단부에는 각각 시트플레이트(185a)의 경사면과의 사이에 상기 상부 모세관실(150)(도2 참조)을 형성하는 상부클램프링(187)과, 상기 실플레이트(165)의 경사면과의 사이에 하부 모세관실(151)(도3 참조)을 형성하는 하부클램프링(167)이 결합고정되어 있다.
또한, 상기 각 클램프링(187)(167)에는 각 내경면이 시트플레이트(185a)와 샤프트(114)에 틈새를 형성하도록 상/하부 커버링(160a)(160b)이 결합고정되어 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 유체동압베어링은 상/하부 모세관실(150)(151) 및 상/하부 커버링(160a)(160b)의 내경면이 형성하는 틈새 구조에 의해서 모터의 정지시에는 모세관 현상에 의해서 오일의 누출을 방지시키고, 모터의 구동중에는 원심력에 의해서 오일이 각 베어링부로 유입되도록 함으로써 오일의 누출을 방지시키도록 한다.
그러나 상기와 같은 유체동압베어링 구조에 있어서, 모터의 구동중에 내부 발생열(마찰열 또는 전자기적요소의 작동에 따른 발생열)에 의해서 내부온도가 상승됨으로써 발생된 기포들이 팽창되면서 외부로 배기될때, 모세관실(150)(151) 부분에 가둬진 오일 또는 상기 틈새에 머물던 오일이 기포들이 배기되면서 외부로 누출되는 문제점이 있다.
또한, 내측 슬리이브(194)와 샤프트(114) 사이의 저널 베어링부분에서 발생되는 기포들에 의해 저널 베어링 상하부간 압력 불균형이 발생되어 베어링의 동작특성이 저하된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로써, 다음과 같은 목적을 가진다.
첫째, 모터의 구동시 발생된 기포로 인한 상하 베어링간의 압력을 균일하게 유지시키고, 오일의 누출을 방지할 수 있도록 그 구조가 개량된 유체동압베어링 모터를 제공하는 데 있다.
둘째, 모터의 정지 또는 구동시 오일의 누출을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 유체동압베어링 모터를 제공하는 데 있다.
세째, 오일의 주입시 최종 주입량을 일정하게 할 수 있도록 한 유체동압베어 링 모터를 제공하는 데 있다.
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 유체베어링 모터에 있어서,
상기 고정자는 스테이터가 고정된 베이스와, 상기 베이스의 중심부에 결합고정되는 샤프트와, 상기 샤프트의 상하부에 고정되는 스러스트 플레이트 및 스러스트돌출부를 구비하고,
상기 회전자는 상기 샤프트에 상/하부 저널베어링을 형성하면서 회전가능하게 결합되며 상기 스러스트 플레이트 및 스러스트돌출부와의 사이에 상/하부 스러스트베어링을 형성하는 슬리이브와, 상기 슬리이브의 외주연에 결합고정되며 그 내주면에 상기 스테이터와 대향되어 마그네트가 고정된 허브와, 상기 슬리이브의 상하단부에 결합고정되어 상기 스러스트 플레이트와 스러스트돌출부를 각각 감싸는 상/하부커버를 구비하며,
상기 샤프트에 상기 오일갭과 연통하는 유입홀과, 대기와 연통하는 배기홀과, 상기 유입홈과 배기홀 사이를 연결하는 연통홀이 형성되어서, 상기 오일갭에 형성된 기포가 상기 유입홀, 연통홀 및 배기홀을 경유하여 대기중으로 배기되도록 되고,
상기 슬리이브의 상하단부에 상기 스러스트 플레이트와 스러스트돌출부가 수용되는 환형리브가 형성되고, 상기 환형리브의 내경면과 대향되는 상기 스러스트 플레이트와 스러스트돌출부의 각 외주면에 제1경사면이 형성되어서 샤프트의 양단방향으로 확장되는 공간을 형성하는 제1모세관실과, 상기 스러스트 플레이트와 스러스트돌출부의 각 제1경사면으로부터 연장되어 상기 샤프트의 중심을 향하여 경사진 제2경사면과 상기 상/하부커버의 각 내경면 사이에 확장공간부를 형성하는 제2모세관실과, 상기 상/하부커버와 샤프트 사이에 형성되는 틈새가 마련된 구조를 가지며,
상기 상/하부커버에 상기 제2모세관실과 대기를 연통시키는 압력균형홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명 유체베어링 모터는 모터의 구동중에 발생되는 기포들이 내부열에 의하여 팽창될때 상기 배기홀을 통하여 대기중으로 배기되도록 함으로써 오일의 누출을 방지시키며 상하 저널 베어링간의 압력을 균일하게 유지시켜 구동특성을 향상시킨다. 또한, 모세관실에 의하여 모터의 정지중에 오일의 누출을 방지시키며 압력균형홀에 의하여 기포들의 배기를 원할하게 하여 오일의 누출을 방지시킨다. 또한, 모세관 실 구조를 통하여 오일의 주입량을 확인함으로써 정확한 양의 오일을 주입할 수 있도록 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명 실시예의 유체베어링 모터는 모터의 정지시에는 모세관현상에 의해서 오일의 누출을 방지시키고, 모터의 운정중에는 발생된 기포들을 원할하게 배출 시킴으로써 팽창된 오일로 인한 오일의 누출을 방지시키며, 또한 상/하 베어링부분에서의 기포를 원할하게 배기시켜서 베어링 상호가 압력균형을 이루어 모터의 동작특성을 향상시키도록 한다.
이와 같은 본 발명 실시예의 유체동압베어링 모터를 나타낸 도 4를 참조하면, 이는 회전자와 고정자 사이에 오일갭을 형성하여서 유체동압베어링을 형성하여 회전자를 회전가능하게 지지하고, 상기 오일갭을 형성하는 회전자 또는 고정자의 상호 대응면에 오일홈이 형성된 구조를 나타낸다.
상기 고정자는 스테이터(201)가 고정된 베이스(200)와, 상기 베이스(200)의 중심부에 결합고정되는 샤프트(210)와, 상기 샤프트(210)의 상하부에 고정되는 스러스트 플레이트(211) 및 스러스트돌출부(212)를 구비한다.
상기 스러스트돌출부(212)는 샤프트(211)에 일체로 가공형성되며, 상기 스러스트플레이트(211)와 같이 별도로 가공되어 샤프트(210)에 압입고정설치될 수 있다.
상기 회전자는 상기 샤프트(210)에 상/하부 저널베어링(413)(414)을 형성하면서 회전가능하게 결합되며 상기 스러스트 플레이트(211) 및 스러스트돌출부(212)와의 사이에 상/하부 스러스트베어링(411)(412)을 형성하는 슬리이브(310)와, 상기 슬리이브(310)의 외주연에 결합고정되며 그 내주면에 상기 스테이터(201)와 대향되어 마그네트(350)가 고정된 허브(320)와, 상기 슬리이브(310)의 상하단부에 결합고정되어 상기 스러스트 플레이트(211)와 스러스트돌출부(212)를 각각 감싸는 상/하부커버(330)(340)를 구비한다.
도 7을 참조하면, 상기 상/하부 저널베어링(413)(414)은 슬리이브(310) 및/또는 샤프트(210)의 외주면에 헤링본(herringbone) 형상의 오일홈(216)(217)이 형성되어서, 슬리이브(310)의 회전시 오일이 화살표(실선)방향으로 집중되어 동압을 형성하도록 한다.
상기 샤프트(210)에는 상기 오일갭과 연통하는 유입홀(213)과, 대기(500)와 연통하는 배기홀(214)과, 상기 유입홈(213)과 배기홀(214) 사이를 연결하는 연통홀(215)이 형성되어서, 상기 오일갭에 형성된 기포가 상기 유입홀(213), 연통홀(215) 및 배기홀(214)을 경유하여 대기중으로(도 6참조) 배기되도록 한다.
상기 유입홀(213)은 음압발생부분인 상기 상/하부 저널베어링(413)(414) 사이에 형성되어서, 음압부분으로 이동되어(도 7의 점선 화살표방향) 포집된 기포들이 유입되도록 한다.
한편, 본 발명 실시예의 유체동압베어링 모터에는 모터의 정지시 및 운전시에 오일의 누출을 방지할 수 있도록 한 오일누출방지구조가 채용되어 있다.
상기 오일누출방지구조는 샤프트(210)의 상하단부측에 각각 제1모세관실(410)(415), 제2모세관실(420)(421) 및 틈새(430)(431)를 형성하여서, 모세관현상 및 원심력에 의해 오일의 누출을 방지할 수 있도록 한 구조를 가진다.
즉, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 슬리이브(310)의 상하단부에는 상기 스러스트 플레이트(211)와 스러스트돌출부(212)를 수용하는 환형리브(311)(312)가 형성되어 있다.
상기 제1모세관실(410)(415)은 상기 환형리브(311)(312)의 내경면과 대향되 는 상기 스러스트 플레이트(211)와 스러스트돌출부(212)의 각 외주면에 제1경사면(211a)(212a)이 형성되어서 샤프트(210)의 양단방향으로 확장되는 공간에 의해 형성된다.
상기 제2모세관실(420)(421)은 상기 스러스트 플레이트(211)와 스러스트돌출부(212)의 각 제1경사면(211a)(212a)으로부터 연장되어 상기 샤프트(210)의 중심을 향하여 경사진 제2경사면(211b)(212b)과 상기 상/하부커버(330)(340)의 각 내경면(332)(342) 사이에 형성되는 확장공간부에 의해 형성된다.
상기 제2모세관실(420)(421)은 외부 충격 및 진동에 의해서 상기 제1모세관실(410)(415)로부터 이탈된 오일을 가둘수 있게 함으로써 오일의 누출을 방지시킨다.
이러한 구조는 모터의 정지시에 모세관현상에 의해서 오일이 가둬질 수 있도록 하고, 운전시에는 원심력에 의해서 오일이 스러스트베어링(411)(412)측으로 이동될 수 있도록 하여 오일의 누출을 방지시킨다.
한편, 틈새(430)(431)는 상기 상/하부커버(330)(340)와 샤프트(210) 사이에 형성되는 것으로써, 제2모세관실(420)(421)에 가둬진 오일이 외부 충격이나 진동에 의할때 최종적으로 오일의 누출을 방지토록 한다.
여기서, 운전중에 내부 발생열에 의해서 팽창된 기포가 샤프트(210)의 상하 양단부를 통하여 배기되는 바, 이때 상기 틈새(430)(431)에 가둬진 오일이 배기되는 기포에 의해서 외부로 누출되어 주변을 오염시킬 수 있게 되는 바, 이를 방지하기 위하여 상기 상/하부커버(330)(340)에 상기 제2모세관실(420)(421)과 대기를 연 통시키는 압력균형홀(331)(341)을 형성하였다.
이 경우 팽창된 기포가 압력균형홀(331)(341)을 통하여 원할하게 배기됨으로써 틈새(430)(431)에 가둬진 오일이 배기되는 기포에 의해서 외부로 누출되지 아니한다.
상술한 바와 같은 본 발명 유체베어링 모터는 다음과 같이 작동된다.
스테이터(201)에 전원이 인가되면 마그네트(350)와의 전자기력에 의해 고정된 샤프트(210)에 대하여 회전자가 회전된다.
이때 스러스트 플레이트(211)(212)와 슬리이브(310) 사이에 유체동압이 발생하여 스러스트베어링(411)(412)이 형성되고, 슬리이브(310)의 내경면과 샤프트(210) 사이에는 저널베어링(413)(414)이 형성된다.
상기와 같이 고정부분과 회전부분 사이에는 오일에 의한 유체동압 베어링이 형성되어서 샤프트(210)에 대하여 디스크(미도시)를 안착한 허브(320)등의 회전자를 안정되게 회전가능하게 한다.
한편, 상기와 같이 고정된 샤프트(210)에 대하여 회전자가 회전되는 동안 오일갭 내의 오일은 원심력에 의해서 각 베어링부분으로 유입되어 오일의 누출이 방지된다. 즉, 제1,2모세관실(410,415)(420,421)의 오일은 원심력에 의해서 상기 각 베어링내로 유입된다.
또한, 모터의 구동중 발생된 내부열에 의해서 발생된 기포들이 팽창되는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 기포들은 음압발생부분인 유입홀(213)측으로 포집되게 된다. 즉, 오일갭내의 오일들은 상/하 저널베어링(413)(414)의 오일홈 (216)(217)의 중심부측으로 이동되어 동압을 형성하고(실선 화살표 방향), 반대로 발생된 기포들은 압력이 낮은 저널베어링(413)(414) 사이의 음압발생부분으로 이동된다.(점선 화살표방향)
이와 같이 음압발생부분으로 포집되는 기포들은 도 6에 도시된 바와 같이, 대기(大氣;500)와 연결되는 유입홀(213),연통홀(215) 및 배기홀(214)을 통하여 대기중으로 배기된다.
이로써 기포에 의한 오일의 누출이 방지되고, 상부 저널베어링(413)과 하부 저널 베어링(414)에 발생된 기포들을 유입홀(213)을 통하여 배기토록 하여 상하 베어링간의 압력균형을 이루도록 함으로써 원할한 회전을 가능하게 한다.
또한, 발생된 기포들이 샤프트(210)의 상하 양단부로 이동되는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 넓은 확장공간부인 제2모세관실(420)(421)을 통하여 압력균형홀(331)(341)로 원할하게 배기됨으로써 오일의 누출을 방지할 수 있게 된다.
한편, 오일갭내에 오일을 주입하는 과정은, 샤프트(210)에 슬리이브(310)를 결합시키고, 샤프트(210)의 상단에 스러스트 플레이트(211)를 결합고정시킨 후, 오일을 주입한다.
이때 오일은 제1모세관실(410)(415)까지 채워지게 되며 항상 일정량의 오일을 주입할 수 있게 되므로 제품마다 동일 품질의 모터를 구현할 수 있게 한다.
이와 같이 오일을 주입한 후, 상/하부 커버(330)(340)를 조립한다.
상술한 바와 같은 본 발명은 상기 본원의 정신과 범위를 이탈함이 없이 상기 실시예에 한정되지 아니하고 많은 변형을 가하여 실시될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 이점을 가진다.
첫째, 샤프트(210)에 오일갭과 대기(500)에 연통되는 유입홀(213)과 배기홀(214)을 형성시킴으로써, 모터의 구동시 발생된 기포로 인한 상하 베어링간의 압력을 균일하게 유지시키고, 팽창기포에 의한 오일의 누출을 방지할 수 있어 주변오염 및 모터구동특성 저하를 방지한다.
둘째, 제1,2모세관실을 형성함으로써, 모터의 정지 또는 구동시 오일의 누출을 효과적으로 방지할 수 있다.
세째, 오일의 주입시 제1모세관실을 통하여 최종 주입량을 일정하게 할 수 있어 동일 품질의 제품생산이 가능해진다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 회전자와 고정자 사이에 오일갭을 형성하여서 유체동압베어링을 형성하여 회전자를 회전가능하게 지지하고, 상기 오일갭을 형성하는 회전자 또는 고정자의 상호 대응면에 오일홈이 형성된 유체베어링 모터에 있어서,
    상기 고정자는 스테이터(201)가 고정된 베이스(200)와, 상기 베이스(200)의 중심부에 결합고정되는 샤프트(210)와, 상기 샤프트(210)의 상하부에 고정되는 스러스트 플레이트(211) 및 스러스트돌출부(212)를 구비하고,
    상기 회전자는 상기 샤프트(210)에 상/하부 저널베어링(413)(414)을 형성하면서 회전가능하게 결합되며 상기 스러스트 플레이트(211) 및 스러스트돌출부(212)와의 사이에 상/하부 스러스트베어링(411)(412)을 형성하는 슬리이브(310)와, 상기 슬리이브(310)의 외주연에 결합고정되며 그 내주면에 상기 스테이터(201)와 대향되어 마그네트(350)가 고정된 허브(320)와, 상기 슬리이브(310)의 상하단부에 결합고정되어 상기 스러스트 플레이트(211)와 스러스트돌출부(212)를 각각 감싸는 상/하부커버(330)(340)를 구비하며,
    상기 샤프트(210)에 상기 오일갭과 연통하는 유입홀(213)과, 대기(500)와 연통하는 배기홀(214)과, 상기 유입홈(213)과 배기홀(214) 사이를 연결하는 연통홀(215)이 형성되어서, 상기 오일갭에 형성된 기포가 상기 유입홀(213), 연통홀(215) 및 배기홀(214)을 경유하여 대기중으로 배기되도록 되고,
    상기 슬리이브(310)의 상하단부에 상기 스러스트 플레이트(211)와 스러스트돌출부(212)가 수용되는 환형리브(311)(312)가 형성되고,
    상기 환형리브(311)(312)의 내경면과 대향되는 상기 스러스트 플레이트(211)와 스러스트돌출부(212)의 각 외주면에 제1경사면(211a)(212a)이 형성되어서 샤프트(210)의 양단방향으로 확장되는 공간을 형성하는 제1모세관실(410)(415)과,
    상기 스러스트 플레이트(211)와 스러스트돌출부(212)의 각 제1경사면(211a)(212a)으로부터 연장되어 상기 샤프트(210)의 중심을 향하여 경사진 제2경사면(211b)(212b)과 상기 상/하부커버(330)(340)의 각 내경면(332)(342) 사이에 확장공간부를 형성하는 제2모세관실(420)(421)과,
    상기 상/하부커버(330)(340)와 샤프트(210) 사이에 형성되는 틈새(430)(431)가 마련되며,
    상기 상/하부커버(330)(340)에 상기 제2모세관실(420)(421)과 대기를 연통시키는 압력균형홀(331)(341)이 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
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