KR100749028B1 - Spindle motor with fluid dynamic bearing - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터를 나타내는 종단면도,1 is a longitudinal sectional view showing a spindle motor supported by a hydrodynamic journal bearing according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터의 상부 저널 베어링을 형성하는 샤프트와 슬리브 및 영구자석을 나타내는 횡단면도,2 is a cross-sectional view showing a shaft and a sleeve and a permanent magnet forming an upper journal bearing of a spindle motor supported by a hydrodynamic journal bearing according to the present invention;
도 3은 도 2의 샤프트 외주면에 형성된 그루브 패턴(groove pattern)을 펼쳐서 도시한 전개도,FIG. 3 is an exploded view showing the groove pattern (groove pattern) formed on the outer peripheral surface of the shaft of FIG.
도 4는 본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터의 상부 저널 베어링을 형성하는 샤프트와 슬리브 및 다극 착자된 영구자석을 나타내는 횡단면도,4 is a cross-sectional view showing a shaft and a sleeve and a multipole magnetized permanent magnet forming an upper journal bearing of a spindle motor supported by a hydrodynamic journal bearing according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 고정슬리브의 상면에 형성된 스러스트 베어링의 그루브 패턴을 나타내는 도면,5 is a view showing the groove pattern of the thrust bearing formed on the upper surface of the fixed sleeve according to the present invention,
도 6은 본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터의 상부 저널 베어링을 형성하는 샤프트와 슬리브 및 부채꼴형 영구자석을 나타내는 횡단면도,6 is a cross-sectional view showing a shaft and a sleeve and a fan-shaped permanent magnet forming an upper journal bearing of a spindle motor supported by a hydrodynamic journal bearing according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터의 상부 저널 베어링을 형성하는 샤프트와 슬리브 및 막대형 영구자석을 나타내는 횡단면도,7 is a cross-sectional view showing a shaft and a sleeve and a rod-shaped permanent magnet forming an upper journal bearing of a spindle motor supported by a hydrodynamic journal bearing according to the present invention;
도 8은 종래의 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터를 나타내는 종단면도,8 is a longitudinal sectional view showing a spindle motor supported by a conventional hydrodynamic journal bearing;
도 9는 도 8에 도시된 스핀들 모터의 상부 저널 베어링을 형성하는 샤프트와 슬리브를 나타내는 단면도,9 is a sectional view showing a shaft and a sleeve forming the upper journal bearing of the spindle motor shown in FIG. 8;
도 10은 도 9에 도시된 샤프트의 외주면에 형성된 그루브 패턴을 펼쳐서 도시한 전개도이다. FIG. 10 is an exploded view showing the groove pattern formed on the outer circumferential surface of the shaft illustrated in FIG. 9.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
110 : 베이스 112 : 슬리브110: base 112: sleeve
114 : 코일 116 : 고정슬리브114: coil 116: fixed sleeve
118,218,318,418 : 영구자석 120 : 샤프트118,218,318,418: permanent magnet 120: shaft
121,122 : 그루브 124 : 허브121,122 Groove 124 Herb
126 : 자석 131 : 상부 저널 베어링126: magnet 131: upper journal bearing
132 : 하부 저널 베어링 141 : 상부 스러스트 베어링132: lower journal bearing 141: upper thrust bearing
142 : 하부 스러스트 베어링142: lower thrust bearing
본 발명은 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 베어링의 반경방향 및 축방향의 강성(stiffness) 및 감쇄(damping) 성능을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 회전 정밀도를 개선시킬 수 있는 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터에 관한 것이다. The present invention relates to a spindle motor supported by a hydrodynamic journal bearing, and more particularly, to improve the radial and axial stiffness and damping performance of the bearing, thereby improving rotation accuracy. The present invention relates to a spindle motor supported by a hydrodynamic journal bearing.
일반적으로, 스핀들 모터는 레이저 프린터용 레이저 빔 스캐너 모터, 하드디스크 드라이브(HDD)용 모터, CD나 DVD와 같은 광디스크 드라이브용 모터 등으로 널리 사용되고 있다. In general, the spindle motor is widely used as a laser beam scanner motor for a laser printer, a motor for a hard disk drive (HDD), a motor for an optical disk drive such as a CD or a DVD.
상기 하드디스크 드라이브에 사용되는 스핀들 모터는 높은 회전 정밀도가 요구되므로 통상적으로, 회전 정밀도가 높은 유체동압베어링(fluid dynamic bearing)을 사용하고 있다. Since the spindle motor used in the hard disk drive requires high rotational precision, a fluid dynamic bearing having high rotational precision is generally used.
첨부한 도 8에는 종래의 유체동압베어링을 적용한 하드디스크 드라이브용 스핀들 모터가 도시되어 있는 바, 첨부도면을 참조하면, 종래의 하드디스크 드라이브용 스핀들 모터는 베이스(10), 슬리브(sleeve,12), 고정슬리브(16), 샤프트(shaft,20) 및 허브(hub,24)를 구비하게 된다.8 shows a spindle motor for a hard disk drive to which a conventional hydrodynamic bearing is applied. Referring to the accompanying drawings, the spindle motor for a conventional hard disk drive includes a
상기 베이스(10)의 양측에는 코일(14)이 구비되어 있으며, 상기 고정슬리브(16)는 베이스(10)에 고정 설치되고, 그 중앙부에는 중공부가 형성되어 있으며, 중공부 내부에는 상기 슬리브(12)가 고정된다.
상기 슬리브(12)의 중앙에는 중공부가 형성되어 있으며, 이 중공부 내부에는 샤프트(20)가 회전 가능하게 설치된다. A hollow portion is formed at the center of the
그리고, 상기 샤프트(20)와 슬리브(12) 사이에는 샤프트(20)의 회전 시에 슬리브(12)와의 접촉을 방지하기 위한 베어링 간극(bearing clearance)이 형성되며, 이 베어링 간극에는 윤활 유체가 채워진다. A bearing clearance is formed between the
상기 샤프트(20)의 상부에는 디스크가 안착되는 허브(24)가 결합된다. The upper portion of the
그리고, 이 허브(24)의 양측 하부에는 상기 코일(14)에 대응하는 자석(26)이 구비되어 있다. In addition,
이와 같이 구성된 상기 코일(14) 및 자석(26)은 서로의 상호 작용에 의하여 전자기력(electromagnetic force)을 발생시켜 샤프트(20)를 회전시키게 된다. The
한편, 상기 샤프트(20)의 하부에는 그 샤프트(20)가 슬리브(12)로부터 빠져 나가지 않도록 스토퍼(stopper,40)가 구비되어 있다. On the other hand, a
여기서, 상기 스토퍼(40) 및 허브(24)와 슬리브(12) 사이에도 베어링 간극이 형성되며, 이 베어링 간극에는 윤활 유체가 채워진다. Here, a bearing gap is formed between the
상기와 같은 스핀들 모터의 회전부는 샤프트(20)의 상하부에 형성된 상부 및 하부 저널 베어링(21,22)에 의해서 반경방향으로 지지되고, 고정슬리브(16)의 상부와 슬리브(12) 하부에 형성된 상부 및 하부 스러스트 베어링(41,42)에 의하여 축방향으로 지지된다.The rotating part of the spindle motor as described above is radially supported by the upper and
첨부한 도 9는 스핀들 모터의 상부 저널 베어링(31)을 형성하는 샤프트(20)와 슬리브(12)의 단면을 도시한 것이고, 도 10은 도 9에 도시된 샤프트(20)의 외주면에 형성된 그루브 패턴을 펼쳐서 도시한 전개도이다. 9 is a cross-sectional view of the
첨부도면 도 9 및 도 10을 참조하면, 상부 저널 베어링(31)을 형성하는 샤프 트(20)의 외주면 상부에는 다수의 그루브(groove,21)가 빗살무늬(herringbone) 형태로 형성되어 있으며, 이때의 상기 그루브(21)는 그 사이의 간격이 일정하게 형성되어 있다. 9 and 10, a plurality of
한편, 하부 저널 베어링(32)을 형성하는 샤프트(20)의 외주면 하부에도 도 8에 도시된 바와 같이 빗살무늬 형태의 다수의 그루브(21)가 일정한 간격으로 형성되어 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 8, a plurality of
그리고, 상부 및 하부 스러스트 베어링(미도시)을 형성하는 고정슬리브(16)의 상면 및 슬리브(12) 하면에도 다수의 그루브가 일정한 간격으로 형성되어 있다. In addition, a plurality of grooves are formed at regular intervals on the upper surface of the
한편, 유체동압 베어링은 회전체의 편심율(eccentricity rate)이 클수록 강성 및 감쇄 성능이 증가하게 된다. On the other hand, the hydrodynamic bearing increases rigidity and attenuation performance as the eccentricity rate of the rotating body increases.
상기 샤프트(20)에 반경방향의 정하중이 작용하면 편심율이 증가하게 되어 반경방향의 강성 및 감쇄 성능이 향상된다. When the static load in the radial direction acts on the
또한, 상기 스러스트 베어링에 축방향의 정하중이 작용하면 부상높이가 감소하여 축방향의 강성 및 감쇄 성능이 향상된다. In addition, when the static load in the axial direction acts on the thrust bearing, the floating height is reduced to improve the stiffness and the damping performance in the axial direction.
그러나, 회전체의 질량 불평형이 미소하고, 상기 회전체에 가해지는 외력이 없는 종래의 하드디스크 드라이브용 스핀들 모터에서는, 상기한 바와 같이 샤프트(20)의 외주면에 그루브(21)가 분포되어 있는 종래의 상부 및 하부 저널 베어링(31,32)이 사용되면 회전체의 편심율이 매우 작아 그 상부 및 하부 저널 베어링(31,32)의 강성을 증가시키기가 어려운 문제점이 있다.However, in the conventional spindle motor for a hard disk drive which has a small mass unbalance of the rotating body and no external force applied to the rotating body, the
만약, 종래의 상부 및 하부 저널 베어링(31,32)을 사용하여 동일 회전속도에 서 강성이 큰 베어링을 설계하고자 할 경우, 베어링의 크기를 증가시키는 방법이 있지만, 이 경우에는 마찰 토크가 증가하여 모터의 기동 및 구동 시에 효율이 크게 감소하는 문제가 발생하게 된다.If the conventional upper and lower journal bearings (31,32) are used to design a bearing with high rigidity at the same rotational speed, there is a method of increasing the size of the bearing, but in this case, the friction torque increases. There arises a problem that the efficiency is greatly reduced at the time of starting and driving the motor.
또한, 상기 스러스트 베어링에 축방향의 정하중이 작용하면 부상높이가 감소하여 축방향의 강성 및 감쇄 성능이 향상된다. In addition, when the static load in the axial direction acts on the thrust bearing, the floating height is reduced to improve the stiffness and the damping performance in the axial direction.
그러나, 회전체의 질량이 미소하고, 장착 상태에 따라 자중에 의한 축방향 하중의 방향이 달라지게 되는 종래의 하드디스크 드라이브용 스핀들 모터에서는, 상기한 바와 같이 스러스트 베어링(미도시)에 그루브가 분포되어 있는 종래의 스러스트 베어링이 사용되면 스러스트 베어링의 형상 및 회전속도, 자중에 의해 결정되는 부상 높이를 감소시키기 어려우므로 스러스트 베어링의 강성 및 감쇄를 증가시키기가 어려운 문제점이 있다. However, in the conventional spindle motor for hard disk drives in which the mass of the rotating body is minute and the direction of the axial load due to its own weight varies depending on the mounting state, grooves are distributed in the thrust bearing (not shown) as described above. If a conventional thrust bearing is used, it is difficult to reduce the height of the thrust bearing determined by the shape, the rotational speed, and the weight of the thrust bearing, which makes it difficult to increase the rigidity and attenuation of the thrust bearing.
따라서, 그 해결책으로 영구자석을 이용하여 정 하중을 가하는 기구가 발명되었으나, 축 방향의 정하중만을 발생시켜 축방향의 강성 및 감쇄만을 증가시킬 수 있다. Therefore, although a mechanism for applying a static load using permanent magnets has been invented as a solution, it is possible to increase only axial rigidity and attenuation by generating only static load in the axial direction.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 하드디스크 드라이브용 스핀들 모터에 있어서, 샤프트 및 허브 혹은 스러스트 베어링과 공극을 이루며 마주하는 영구자석을 슬리브의 상부, 하부, 상부 및 하부, 또는 내부에 환형, 부채꼴형, 막대형 등으로 배치함으로써, 자기력 및 자중으로 인한 회전체의 편심율을 증가시켜 마찰 토크에 영향을 주지 않으면서 베어링의 반경방향 및 축방향의 강성 및 감쇄 성능을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 회전 정밀도를 개선시킬 수 있는 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, in the spindle motor for a hard disk drive, the permanent magnet facing the shaft and the hub or thrust bearing to form a gap, the top, bottom, top and bottom of the sleeve By arranging in the shape of annular, fan-shaped, rod, etc. inside, it increases the eccentricity of the rotating body due to magnetic force and self-weight so that the bearing's radial and axial stiffness and damping performance can be improved without affecting friction torque. It is an object of the present invention to provide a spindle motor supported by a hydrodynamic journal bearing which can be improved, thereby improving the rotational accuracy.
이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the features of the present invention for achieving the above object are as follows.
본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터는, Spindle motor supported by the hydrodynamic journal bearing according to the present invention,
베이스와;A base;
상기 베이스의 중심에 수직으로 설치되는 슬리브 및 상기 슬리브의 외곽에 맞대어 결합된 고정슬리브와;A sleeve installed perpendicular to the center of the base and a fixed sleeve coupled to an outer edge of the sleeve;
상기 슬리브 및 고정슬리브를 지지수단으로 하여 그 중앙의 중공부에 회전 가능하도록 설치된 샤프트와;A shaft installed so as to be rotatable in a hollow portion at the center thereof, using the sleeve and the fixed sleeve as support means;
상기 샤프트의 상,하부에 각각 형성되는 상부 및 하부 저널 베어링을 포함하여 구성된 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터에 있어서,In the spindle motor supported by the hydrodynamic journal bearing configured to include upper and lower journal bearings respectively formed on the upper and lower portions of the shaft,
유체동압저널 베어링에 반경 방향 자기력을 발생시킬 수 있도록 그 유체동압저널 베어링 내부에 영구자석이 설치된 것을 특징으로 한다. Permanent magnets are installed inside the hydrodynamic journal bearing so as to generate a radial magnetic force in the hydrodynamic journal bearing.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the configuration of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail.
첨부한 도 1은 본 발명에 다른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터를 나타내는 종단면도이다. 1 is a longitudinal sectional view showing a spindle motor supported by a hydrodynamic journal bearing according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터는 베이스(110)와, 그 중심에 수직으로 실린더형 슬리브(sleeve,112)가 설치되고, 상기 베이스 및 상기 슬리브의 외곽에 맞대어 결합된 고정슬리브(116)가 고정 설치된다. As shown in FIG. 1, the spindle motor supported by the hydrodynamic journal bearing according to the present invention includes a
또한, 상기 슬리브(112) 및 고정슬리브(116)를 지지수단으로 하여 그 중앙의 중공부에는 샤프트(120)가 회전 가능하도록 설치된다. In addition, the
여기서, 상기 샤프트(120)는 슬리브(112)와의 사이의 상,하부에 설치되는 2개의 유체동압식 저널 베어링(131,132)에 의해 지지된다. Here, the
이때, 2개의 저널 베어링(131,132)은 일정 간격을 두고 위치되면서 모터 회전시 반경방향의 지지력이 발생된다. At this time, the two journal bearings (131, 132) are positioned at a predetermined interval while generating a radial bearing force when the motor rotates.
그리고, 상기 샤프트(120)와 슬리브(112) 사이에는 샤프트(120)의 회전시 슬리브(112)와의 접촉을 방지하기 위한 베어링 간극(bearing clearance)이 형성되며, 이 베어링 간극에는 윤활 유체가 채워진다. In addition, a bearing clearance is formed between the
상기 윤활 유체는 샤프트(120)와 슬리브(112)를 분리시켜 주게 되므로, 샤프트(120)는 슬리브(112)와 접촉하지 않고 회전하게 되는 것이다. Since the lubricating fluid separates the
이때, 상기 윤활 유체는 공기가 사용 가능한 바, 상기 윤활 유체로서 낮은 점도를 가지는 공기가 사용될 경우, 마찰 손실을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 마찰열에 의한 베어링 특성 변화를 최소화할 수 있다. In this case, since the lubricating fluid is air available, when air having a low viscosity is used as the lubricating fluid, not only the friction loss can be reduced but also the bearing characteristic change due to the frictional heat can be minimized.
또한, 상기 슬리브(112)의 상부에는 환형의 영구자석(118)이 구비되어 있으며, 상기 영구자석(118)의 자기력 및 자중에 의해 반경방향 및 축방향의 정하중이 가해지므로 편심율이 증가하게 되며, 그 결과 강성 및 감쇄가 증가하게 된다. In addition, an upper portion of the
따라서, 하드디스크의 기록/재생에 나쁜 영향을 주는 비 반복적 런-아웃(NRRO; non-repeatable runout)및 반복적 런-아웃(RRO; repeatable runout)이 감소할 수 있게 된다. Therefore, non-repeatable runout (NRRO) and repeatable runout (RRO) that adversely affect recording / reproducing of the hard disk can be reduced.
한편, 상기 샤프트(120)는 영구자석(118)과 샤프트(120)의 자속 흐름을 원활하게 하기 위하여 자성 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 스핀들 모터에 요구되는 내마모성과 내충격성을 확보하기 위하여 내마모성과 내충격성이 우수한 재질을 사용하는 것이 바람직하다. On the other hand, the
한편, 상기 슬리브(112)도 샤프트(120)와 동일하게 자성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. On the other hand, the
한편, 상기 샤프트(120)의 상부에는 디스크가 안착되는 허브(hub,124)가 결합되며, 이 허브(124)의 양측 하부에는 상기 코일(114)에 대응하는 자석(magnet,126)이 구비되어 있다. On the other hand, the upper portion of the
상기 코일(114) 및 자석(126)은 서로의 상호 작용에 의하여 전자기력을 발생시킴으로써 샤프트(120)를 회전시키게 된다. The
한편, 상기 샤프트(120)의 하부에는 그 샤프트(120)가 슬리브(112)로부터 빠져 나가지 않도록 샤프트(120)보다 큰 외경을 가지는 스토퍼(stopper,140)가 결합되어 있다. Meanwhile, a
그리고, 상기 스토퍼(140), 허브(124), 고정슬리브(116), 슬리브(112) 사이에도 베어링 간극이 형성되며, 이 베어링 간극에는 윤활 유체가 채워진다.In addition, a bearing gap is formed between the
상기와 같은 구조의 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터에서, 샤프트(120)와 슬리브(112), 환형 영구자석(118) 사이에는 회전체를 반경방향으로 지지하는 제1베어링수단 및 반경방향의 정하중을 가할 수 있는 기구가 형성되고, 영구자석(118)과 스토퍼(140), 슬리브(112), 허브(124), 고정슬리브(116) 사이에는 회전체를 축방향으로 지지하는 제2베어링수단 및 축방향의 정하중을 가할 수 있는 기구가 형성된다. In the spindle motor supported by the fluid hydrodynamic journal bearing of the above structure, between the
상기 제1베어링수단은 샤프트(120)의 상하부에 각각 형성되는 상부 및 하부 저널 베어링(131,132)과, 반경방향으로 자기력을 발생시킬 수 있는 영구자석(118)을 포함한다. The first bearing means includes upper and
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터의 상부 저널 베어링을 형성하는 샤프트와 슬리브 및 환형 영구자석을 나타내는 횡단면도이고, 도 3은 도 2의 샤프트 외주면에 형성된 그루브 패턴(groove pattern)을 펼쳐서 도시한 전개도이다. 2 is a cross-sectional view showing a shaft, a sleeve, and an annular permanent magnet forming an upper journal bearing of a spindle motor supported by a hydrodynamic journal bearing according to the present invention, and FIG. 3 is a groove pattern formed on an outer circumferential surface of the shaft of FIG. It is an expanded view showing the groove pattern) unfolded.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 샤프트(120)의 외주면 상부에는 상부 저널 베어링(131)을 형성하기 위하여 샤프트(120)의 반경방향으로 유체동압을 발생시키는 다수의 그루브(121)가 빗살무늬(herringbone) 형태로 형성되어 있다. 2 and 3, a plurality of
이와 같이, 상기 그루브(121)가 빗살무늬 형태로 형성되면, 유체의 펌핑(pumping)효과에 의하여 상기 샤프트(120)의 반경방향으로 큰 부하용량(load capacity) 및 강성(stiffness)을 얻을 수 있으며, 회전 안정성도 확보할 수 있게 된다. As such, when the
그리고, 상기 영구자석(118)은 슬리브(112) 내부에 샤프트(120)의 외주면과 공극을 유지하며 배치된다. In addition, the
이와 같이 영구자석(118)이 배치되면 자성체로 이루어진 샤프트(120)와 영구자석(118)간의 자기력으로 인해 유체 베어링의 베어링 반력(bearing force)과 관성력(inertial force) 및 자기력(magnetic force)이 평형을 이루는 지점으로 이동하여 편심을 가지고 회전하게 되며, 이로 인하여 상부 및 하부 저널 베어링(131,132)의 강성 및 감쇄는 더욱 증가하게 된다. When the
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터의 상부 저널 베어링을 형성하는 샤프트와 슬리브 및 다극 착자된 영구자석을 나타내는 횡단면도로서, 한쪽방향으로만 자기력을 발생할 수 있는 8극 착자구조를 보여주고 있다.4 is a cross-sectional view showing a shaft, a sleeve, and a multipole magnetized permanent magnet forming an upper journal bearing of a spindle motor supported by a hydrodynamic journal bearing according to the present invention. The magnetization structure is shown.
이상에서, 상기 제1베어링수단은 2개의 저널 베어링(131,132)과 1개의 영구자석이 구비된 경우로 설명되었으나, 본실시 예에 따른 스핀들 모터에서는 이에 한정되지 않고, 1개의 저널 베어링과 1개의 영구자석 또는 2개 이상의 저널 베어링과 2개 이상의 영구자석이 구비될 수도 있다. In the above description, the first bearing means has been described as having two
또한, 상기 영구자석(118)의 위치는 슬리브(112)의 상부에 위치한 경우가 설명 되었으나, 본 발명의 구현예에 따른 스핀들 모터에서는 이에 한정되지 않고, 슬리브의 상부나 하부를 막론하고 어디에나 위치 가능하다. In addition, the position of the
상기 제2베어링수단은 고정슬리브(116) 상면과 슬리브(112) 하면에 형성되는 스러스트 베어링(141,142)과 영구자석(118)을 포함한다. The second bearing means includes thrust
첨부한 도 5는 본 발명에 따른 고정슬리브의 상면에 형성된 스러스트 베어링의 그루브 패턴을 나타내는 도면으로서, 첨부 도면을 참조하면, 상기 고정슬리브(116)의 상면에는 상부 스러스트 베어링(141)을 형성하기 위하여 샤프트(120)의 축방향으로 유체동압을 발생시키는 다수의 그루브(141)가 빗살무늬(herringbone) 형태로 형성되어 있다. 5 is a view illustrating a groove pattern of a thrust bearing formed on an upper surface of the fixed sleeve according to the present invention. Referring to the accompanying drawings, in order to form an upper thrust bearing 141 on an upper surface of the fixed
이와 같이, 플랜지(140)의 상하면에 각각 그루브(141)를 빗살무늬 형태로 형성하게 되면, 샤프트(120)의 축방향으로 큰 부하용량 및 강성을 얻을 수 있게 된다. As such, when the
또한, 자성체로 이루어진 플랜지(140)와 영구자석(118)간의 자기력으로 축방향의 자기력이 발생하게 되며, 이로 인해 스러스트 베어링(141,142)의 간극은 감소하게 된다. In addition, the magnetic force in the axial direction is generated by the magnetic force between the
이에 따라 상기 스러스트 베어링(141,142)의 강성 및 감쇄는 더욱 증가하게 된다.Accordingly, the stiffness and attenuation of the
첨부한 도 6은 본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터의 상부 저널 베어링을 형성하는 샤프트와 슬리브 및 부채꼴형 영구자석을 나타내는 횡단면도로서, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 영구자석을 배치하기 위해 전술한 구현예와 달리 부채꼴 형상의 영구자석(318)을 부채꼴 형상의 공동부가 가공된 슬리브(112) 내부에 삽입하여 배치하고 있다. 6 is a cross-sectional view showing a shaft and a sleeve and a fan-shaped permanent magnet forming an upper journal bearing of a spindle motor supported by a hydrodynamic journal bearing according to the present invention, in which a permanent magnet is disposed in a preferred embodiment of the present invention. Unlike the above-described embodiment, the fan-shaped
이때, 상기 영구자석(318)의 착자 패턴(sealed magnetic pattern)은 반경방향의 단극 착자 혹은 다극 착자 가능하도록 되어 있다. At this time, the sealed magnetic pattern of the
상기 샤프트(120)의 외주면 상부에는 상부 저널 베어링(131)을 형성하기 위하여 샤프트(120)의 반경방향으로 유체동압을 발생시키는 다수의 그루브(121)가 빗살무늬(herringbone) 형태로 형성되어 있다. On the outer circumferential surface of the
이와 같이, 상기 그루브(121)가 빗살무늬 형태로 형성되면, 유체의 펌핑(pumping)효과에 의하여 샤프트(120)의 반경방향으로 큰 부하용량(load capacity) 및 강성(stiffness)을 얻을 수 있으며, 회전 안정성도 확보할 수 있다. As such, when the
그리고, 상기 영구자석(318)은 슬리브(112) 내부에 샤프트(120)의 외주면과 공극을 유지하며 배치된다. In addition, the
그리고, 상기 샤프트(120)와 슬리브(112) 사이에는 샤프트(120)의 회전시 슬리브(112)와의 접촉을 방지하기 위한 베어링 간극(bearing clearance)이 형성되는 바, 이때 상기 부채꼴 형상의 영구자석(318)이 상기 슬리브(112) 내부에 삽입하여 배치되므로 샤프트(120)와 슬리브(112) 사이에는 슬리브(112)의 자성물질도 또한 위치하게 된다. In addition, a bearing clearance is formed between the
이와 같이, 상기 영구자석(318)이 배치되면 자성체로 이루어진 샤프트(120)와 영구자석(318)간의 자기력으로 인해 유체 베어링의 베어링 반력(bearing force)과, 관성력(inertial force) 및 자기력(magnetic force)이 평형을 이루는 지점으로 이동하여 편심을 가지고 회전하게 되며, 이에 따라 상부 및 하부 저널 베어링(131,132)의 강성 및 감쇄는 더욱 증가하게 된다. As such, when the
상기 허브(124), 스토퍼(140), 고정슬리브(116), 그리고 슬리브(112)의 외주면에는 각각 샤프트(120)가 회전함에 따라 상기 샤프트(120)를 축방향으로 지지하는 상부 및 하부 스러스트 베어링(141,142)을 형성하기 위한 그루브(미도시)가 형성되어 있다. Upper and lower thrust bearings supporting the
여기에서, 상기 그루브는 전술한 바와 같이 빗살무늬 형태로 형성되어 있으며, 일정한 간격으로 배치된다. Here, the groove is formed in the shape of a comb as described above, it is arranged at regular intervals.
이와 같이 상기 그루브를 빗살무늬 형태로 형성하게 되면, 샤프트(120)의 축방향으로 큰 부하용량 및 강성을 얻을 수 있게 되며, 플랜지(140)와 영구자석(318)간의 자기력으로 인해 간극이 감소하게 되어 제2베어링수단의 강성 및 감쇄는 더욱 증가하게 된다.As such, when the groove is formed in the shape of a comb pattern, a large load capacity and rigidity can be obtained in the axial direction of the
첨부한 도 7은 본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터의 상부 저널 베어링을 형성하는 샤프트와 슬리브 및 막대형 영구자석을 나타내는 횡단면도로서, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 영구자석을 배치하기 위해 전술한 구현예와는 달리 막대 형상의 영구자석(418)을 슬리브(112)의 반경방향으로 가공된 삽입홀(418a)에 삽입,고정하고 있다. 7 is a cross sectional view showing a shaft and a sleeve and a rod-shaped permanent magnet forming an upper journal bearing of a spindle motor supported by a hydrodynamic journal bearing according to the present invention, in which a permanent magnet is disposed in a preferred embodiment of the present invention. Unlike the embodiment described above, the rod-shaped
이때, 상기 영구자석(418)의 착자 패턴은 반경방향의 단극 착자가 바람직하다. At this time, the magnetization pattern of the
상기 샤프트(120)의 외주면 상부에는 상부 저널 베어링(121)을 형성하기 위하여 샤프트(120)의 반경방향으로 유체동압을 발생시키는 다수의 그루브(121)가 빗살무늬(herringbone) 형태로 형성되어 있다. On the outer circumferential surface of the
이와 같이, 상기 그루브(121)가 빗살무늬 형태로 형성되면, 유체의 펌핑(pumping)효과에 의하여 샤프트(120)의 반경방향으로 큰 부하용량(load capacity) 및 강성(stiffness)을 얻을 수 있으며, 회전 안정성도 확보할 수 있다. As such, when the
그리고, 상기 영구자석(418)은 슬리브(112) 내부에 샤프트(120)의 외주면과 공극을 유지하며 배치된다. In addition, the
이와 같이, 상기 영구자석(418)이 배치되면 자성체로 이루어진 샤프트(112)와 영구자석(418)간의 자기력으로 인해 유체 베어링의 베어링 반력(bearing force)과, 관성력(inertial force) 및 자기력(magnetic force)이 평형을 이루는 지점으로 이동하여 편심을 가지고 회전하게 되며, 이에 따라 상부 및 하부 저널 베어링(131,132)의 강성 및 감쇄는 더욱 증가하게 된다. As such, when the
한편, 표 1은 종래의 하드디스크 드라이브용 스핀들 모터와 본 발명에 따른 하드디스크 드라이브용 스핀들 모터의 상부 및 하부 저널 베어링의 정특성(static characteristic)을 비교한 결과값이다.On the other hand, Table 1 is a result of comparing the static characteristics of the upper and lower journal bearings of the conventional spindle motor for a hard disk drive and the spindle motor for a hard disk drive according to the present invention.
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스핀들 모터의 편심율이 종래의 스핀들 모터의 편심율보다 큰 것을 알 수 있다. Referring to Table 1, it can be seen that the eccentricity of the spindle motor according to the present invention is larger than the eccentricity of the conventional spindle motor.
한편, 본 발명에 따른 스핀들 모터의 상부 및 하부 저널 베어링의 마찰토크는 종래의 스핀들 모터의 상하부 저널 베어링에 비해 거의 증가하지 않지만 부하용량은 4배 정도 증가한 것을 알 수 있다.On the other hand, the friction torque of the upper and lower journal bearings of the spindle motor according to the present invention is hardly increased compared to the upper and lower journal bearings of the conventional spindle motor, but it can be seen that the load capacity is increased by four times.
하기 표 2는 종래의 스핀들 모터와 본 발명에 따른 스핀들 모터의 상부 및 하부 저널 베어링의 강성과 감쇄계수를 유한요소법을 이용하여 계산한 결과이다.Table 2 shows the results of calculating the stiffness and attenuation coefficients of the upper and lower journal bearings of the conventional spindle motor and the spindle motor according to the present invention using the finite element method.
상기 표 2에서, Kxx,Kxy,Kyy,Kθxθx,Kθxθy,Kθyθy는 각각 강성의 방향 성분을 나타내고, Cxx,Cxy,Cyy,Cθxθx,Cθxθy,Cθyθy 는 각각 감쇄계수의 방향 성분을 나타낸다.In Table 2, K xx , K xy , K yy , K θxθx , K θxθy , K θyθy represent the stiffness components, and C xx , C xy , C yy , C θxθx , C θxθy , C θyθy , respectively The aromatic component of the attenuation coefficient is shown.
상기 표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스핀들 모터의 상부 및 하부 저널 베어링의 강성이 종래의 스핀들 모터의 상부 및 하부 저널 베어링의 강성보다 약 0.6 ~ 7% 정도 증가한 것을 알 수 있다. Referring to Table 2, it can be seen that the rigidity of the upper and lower journal bearings of the spindle motor according to the present invention is increased by about 0.6 to 7% than that of the upper and lower journal bearings of the conventional spindle motor.
그리고, 본 발명에 따른 스핀들 모터의 상부 및 하부 저널 베어링의 감쇄계수는 종래의 스핀들 모터의 상부 및 하부 저널 베어링의 감쇄계수보다 약 3 ~ 150% 정도 증가한 것을 알 수 있다. In addition, it can be seen that the damping coefficients of the upper and lower journal bearings of the spindle motor according to the present invention are increased by about 3 to 150% than the damping coefficients of the upper and lower journal bearings of the conventional spindle motor.
이와 같이, 본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터는 종래의 스핀들 모터보다 강성 및 감쇄계수가 증가하게 된다. As such, the spindle motor supported by the hydrodynamic journal bearing according to the present invention has an increased rigidity and attenuation coefficient than the conventional spindle motor.
따라서 본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터는 종래의 스핀들 모터보다 높은 강성과 감쇄를 가지게 되며 이에 따라 높은 회전 정밀도를 도모하게 된다. Therefore, the spindle motor supported by the hydrodynamic journal bearing according to the present invention has higher rigidity and attenuation than the conventional spindle motor, thereby achieving high rotational accuracy.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유체동압저널 베어링으로 지지되는 스핀들 모터에 의하면, 샤프트 및 허브와 공극을 이루며 마주하는 영구자석을 슬리브의 내부 또는 상,하부에 배치함으로써, 자기력으로 인한 회전체의 편심율을 증가시켜 베어링의 강성 및 감쇄 성능을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 회전 정밀도를 개선시킬 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the spindle motor supported by the hydrodynamic journal bearing according to the present invention, by placing a permanent magnet facing the shaft and the hub and facing the inside or in the upper and lower parts of the sleeve, the rotation of the rotating body due to the magnetic force Increasing the eccentricity can improve the rigidity and damping performance of the bearing, thereby improving the rotational accuracy.
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