KR100763515B1

KR100763515B1 - 적어도 삼중 실링벽을 구비한 유체동압 베어링 모타

Info

Publication number: KR100763515B1
Application number: KR1020050061887A
Authority: KR
Inventors: 김상욱
Original assignee: (주)지엔더블유테크놀러지
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2007-10-05
Also published as: KR20070006498A

Abstract

본 발명은 유체동압 베어링 모타에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적어도 삼중의 실링벽(SEALING WALL)을 구비하여 실링 경로가 길게되어 베어링 유체의 배출을 억제할 수 있는 유체동압 베어링 모타에 관한 것이다. 또한, 삼 중 실링벽 중 적어도 하나의 실링벽에는 테이퍼가 형성되어 회전축의 회전시 원심력에 의한 베어링 유체의 비산 및 누출을 방지할 수 있는 유체동압 베어링 모타에 관한 것이다.

본 발명에 따른 유체동압 베어링 모타는, 로터 조립체와, 상기 로터 조립체가 회전시 이를 지지하기 위한 유체동압 저어널 베어링과 스러스트 베어링을 구비한 스테이터 조립체와, 로터조립체를 회전시키기 위한 구동수단을 포함한다. 또한, 본 발명의 유체 동압 베어링 모타는 상기 저어널 베어링과 상기 스러스트 베어링의 윤활에 사용되는 유체가 외부로 배출되는 것을 방지하도록 유체의 흐름 방향을 전환시키기 위하여 일정한 간격으로 서로 적층되도록 배치된 적어도 세개 이상의 실링벽을 구비한다.

유체동압 베어링, 모터, 레버린스 실, 삼중 실링벽, 저어널 베어링, 스러스트 베어링

Description

적어도 삼중 실링벽을 구비한 유체동압 베어링 모타{FLUID DYNAMIC BEARING SPINDLE MOTOR AT LEAST HAVING TRIPLE SEALING WALLS}

도 1은 본 발명에 따른 유체동압 베어링 모타의 일실시예의 단면도

도 2(a)는 도 1의 실시예의 저어널 베어링에 형성된 그루브를 도시하는 단면도이고, 도 2(b)는 도1의 실시예의 스러스트 베어링에 형성된 그루브를 도시하는 평면도

도 3은 도 1에 도시된 실시예의 저어널 베어링 및 스러스트 베어링에 발생하는 기포의 배출경로를 도시한 설명도

도 4는 본 발명에 따른 유체동압 베어링 모타의 다른 실시예의 단면도

도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명에 따른 유체동압 베어링 모타에 있어서, 스러스트 베어링의 위치가 변경된 또 다른 실시예의 단면도

도 6(a) 내지 도 6(d)는 본 발명에 따른 유체동압 베어링 모타에 있어서, 테이퍼 실의 위치가 변경된 또 다른 실시예의 단면도

도7은 종래의 기술에 따른 유체동압 베어링 모타의 일실시예의 단면도

도8은 종래의 기술에 따른 유체동압 베어링 모타의 다른 일실시예의 단면도

<도면부호의 간단한 설명>

10 : 스테이터 조립체 11 : 베이스

13 : 베어링 슬리브 18 : 저어널 베어링

19 : 스러스트 베어링 20 : 로터 조립체

21 : 회전허브 23 : 회전축

25 : 허브 커버 30 : 구동수단

본 발명은 유체동압 베어링 모타에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적어도 삼중의 실링벽(SEALING WALL)을 구비하여 실링 경로가 길게 되도록 하여 베어링 윤활유의 배출을 억제할 수 있는 유체 동압 베어링 모타에 관한 것이다. 또한, 삼 중 실링벽 중 적어도 하나의 실링벽에는 테이퍼가 형성되어 회전축의 회전 시 원심력에 의한 베어링 유체의 비산 및 누출을 방지할 수 있는 유체동압 베어링 모타에 관한 것이다.

발명의 명칭이 '동압 베어링을 구비한 모타(MOTOR WITH DYNAMIC PRESSURE BEARING)'인 미국 특허 제6,834,996호에는, 회전축의 회전시 베어링으로 부터 회전축이 이탈되는 것을 방지할 수 있는 수단을 구비한 유체동압 베어링 모타에 대한 기술이 공개되어 있다. 도 7에는 상기 미국 특허에 공개된 유체동압 베어링 모타의 구성이 도시되어 있다. 도 7에 도시된 종래의 유체동압 베어링 모타는 로터조립체(120)와, 상기 로터 조립체(120)가 회전시 이를 지지하기 위한 유체동압 저어널 베어링(RB)과 스러스트 베어링(SB)을 구비한 스테이터 조립체(110)와, 로터 조 립체(120)를 회전시키기 위한 구동수단을 구비한다. 로터 조립체(120)는 회전허브(122)와 회전허브(122)에 동축으로 고정된 회전축(121) 및 링 형상의 이탈방지수단(125)을 구비한다. 이탈방지수단(125)은 상부의 외주면이 반경방향으로 연장되어 상기 회전허브(122)에 고정된 허브고정부(125a)와, 하부의 내주면이 반경방향으로 연장된 이탈방지턱(125b)를 구비한다. 스테이터 조립체(110)는 중공의 실린더 형상의 베어링 슬리브(113)와 중앙에 홀이 형성된 디스크 형상의 프레임(111)을 구비한다. 베어링 슬리브(113)의 중공에는 회전축(121)이 삽입되며, 회전축(121)이 삽입되는 단부의 외주면에는 축방향으로 이탈방지턱(125b)의 상부면과 대향되도록 반경방향으로 연장된 이탈방지 플랜지부(113b)가 형성되어 있다. 프레임(111) 중앙의 홀부는 상기 베어링 슬리브(113)가 삽입되어 고정될 수 있도록 링 형상의 베어링 홀더(112)가 축방향으로 연장되어 있다. 또한, 베어링 홀더(112)의 외주면의 상단은 상기 이탈방지수단(125)의 외주면까지 축방향으로 연장되어 있다.

로터 조립체(120)가 회전시 유체동압에 의하여 로터 조립체(120)를 지지하기 위하여 상기 베어링 슬리브(113)의 내주면과 회전축(121)의 외주면 사이에는 저어널 베어링(RB)이, 상기 베어링 슬리브(113)의 상부면과 상기 회전허브(122)의 하부면에는 스러스트 베어링(SB)가 형성되어 있다. 또한, 이탈방지수단(125)과 상기 베어링 슬리브(113)의 외주면 및 상기 베어링 홀더(112) 사이에는 상기 스러스트 베어링(SB)의 작동유체가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여 실링 공간이 형성되어 있다.

또한, 회전축(121)을 회전시키기 위한 구동수단은 베어링 홀더(112)의 외주 면에 고정되는 코아(114)와, 상기 코아(114)와 반경방향으로 대향되도록 회전허브(122)의 벽부(122a)의 내주면에 고정되는 마그네트(115)로 구성되어 있다. 상기 코아(114)와 마그네트(115)에 의하여 회전력이 발생하여 로터 조립체(120)가 회전하게 되며, 로터 조립체(120)는 스테이트 조립체(110)로부터 저어널 베어링(RB)에 의하여 반경방향으로 지지되고, 스러스트 베어링(SB)에 의하여 축방향으로 지지 된다.

한편, 발명의 명칭이 발명의 명칭이 '스핀들 모타 및 상기 스핀들 모타를 이용한 디스크 드라이버'인 미국 특허공개공보 제2003/0197438 A1호에는, 테이퍼진 실링벽을 구비한 유체 동압 베어링 모타가 공개되어 있다. 도 8에는 상기 미국 공개공보에 공개된 유체동압 베어링 모타의 구성이 도시되어 있다.

도 8에 도시된 유체동압 베어링 모타는 로터 조립체(210), 스테이트 조립체(220) 및 구동수단을 구비한다. 로터 조립체(210)는 회전축(215), 회전허브(211) 및 링 형상의 허브 벽(213)을 구비하며, 스테이트 조립체(220)는 베이스(221) 및 슬리브(225)를 구비한다. 또한, 스러스트 베이링(218)은 상기 슬리브(225)의 상부면과 회전허브(211)의 하부면 사이에 형성되어 있으며, 저어널 베어링(217)은 회전축(215)의 외주면과 슬리브(225)의 내주면 사이에 형성되어 있다. 상기 슬리브(225)의 외주면과 허브벽(213)의 사이에는 상기 스러스트 베어링(218)의 작동유체가 외부로 유출되지 않도록 테이퍼 실링벽에 의하여 실링 공간이 형성되어 있다. 구동수단은 상기 회전허브(211)의 외주면에 고정된 마그네트(235)와 상기 마그네트(235)와 반경방향으로 대향되도록 베이스(221)의 내주면에 고정된 코아(231)로 구 성되어 있다.

고정밀, 고속회전에 사용되는 유체동압베어링 모타를 장시간 사용할 수 있도록 하기 위해서는 저어널 베어링과 스러스트 베어링의 윤활유가 외부로 배출되지 않도록 실링이 유지되어야 한다. 윤활유가 외부로 배출되는 것을 방지하기 위하여 모세관 형상을 이용한 레버린스(labyrinch) 실링이 사용된다. 보다 완전한 실링을 위해서는 레버린스의 통로의 길이를 길게하는 것이 바람직하며, 레버린스의 통로는 유동의 방향을 차단하는 벽을 많이 구비하도록 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, 도 7에 개시된 레버린스 실링의 구조를 갖는 유체동압 베어링 모타는 스러스트 베어링의 끝단에서 회전축의 회전시 배출되는 윤활유를 차단하기 레버린스 실링의 경로가 충분히 길지 못하여 스러스트 베어링에 발생 되는 압력과 원심력에 의하여 레버린스 실링 공간 내부의 윤활유가 외부로 배출되는 문제점이 있다. 따라서, 일정기간 사용한 후에는 윤활유가 모자라게 되어 유체동압 베어링 모타를 장시간 사용할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 실링벽에 테이퍼를 형성하여 모세관현상에 의하여 윤활유가 배출되는 것을 차단하고자 할 경우, 회전축이 회전할 때 윤활유에 원심력이 작용하지 않도록 하여 윤활유가 외부로 배출되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 도 8에 개시된 테이퍼진 실린벽을 구비한 유체동압 베어링 모타는 실링공간 내에 위치하는 윤활유에 원심력이 작용하여 외부로 배출되도록 된 구조로 되어 있다. 즉, 실링 공간은 테이퍼진 허브벽(213)의 내주면과 슬리브(225)의 외주면에 의해서 한정되 고, 허브벽(213)은 로터 조립체(210)에 고정되어 있어서 회전축이 회전할 경우 허브벽(213)과 접촉하는 윤활유가 동시에 회전하게 되므로 윤활유에 원심력이 작용하게 된다. 따라서, 윤활유는 허브벽을 타고서 외부로 흐르거나 비산에 의하여 배출되어 유체 동압 베어링 모타의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 유체동압 베어링 모타는 저어널 베어링부에는 헤링본(Herringbone) 형상의 그르부(Groove)가 형성되어 있다. 회전축이 회전할 경우 저어널 베어링에 형성된 헤링본 형상의 그르부의 양 끝단에는 음압이 형성된다. 베어링 내부에 음압이 형성되면, 윤활유 유막에 기포가 발생하거나, 윤활유의 유막내에 존재하는 기포가 모이게 된다. 기포가 발생하면 유체동압베어링에 있어서 잘 알려진 케비테이션(Cavitation) 현상에 의해서 베어링의 강성과 정밀도가 떨어지게 되거나, 안정성이 급격히 저하되어 회전축이 베어링면과 접촉하여 베어링이 손상되는 문제점이 있다. 또한, 케비테이션 형상에 의하여 베어링 면이 부식되는 문제점도 있다. 그러나, 종래의 도 7 및 도 8에 도시된 유체 동압 베어링 모타는 저어널 베어링의 음압부에 형성되는 기포를 배출시키기 위한 구성을 제시하지 못하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 유체동압 베어링 모타의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은 적어도 삼중 실링벽을 구비하여 레버린스 실의 실링 경로를 길게 하여 윤활유가 베어링의 외부로 배출되는 것을 억제하고, 삼중의 실링벽 중 적어도 하나의 실링벽에 테이퍼를 형성하여 윤활유가 모세관작용에 의하여 외부로 배출되는 것을 방지하여, 연장된 수명을 갖는 유체동압 베어링 모타를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 저어널 베어링의 음압부에서 발생하는 기포를 효과적으로 배출시켜서 케비테이션에 의한 베어링의 손상을 방지하고 베어링의 안정성을 제고할 수 있는 유체동압 베어링 모타를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 유체동압 베어링 모타는, 로터 조립체와, 상기 로터 조립체가 회전시 이를 지지하기 위한 유체동압 저어널 베어링과 스러스트 베어링을 구비한 스테이터 조립체와, 로터조립체를 회전시키기 위한 구동수단을 포함하는 유체 동압 베어링 모타에 있어서, 상기 저어널 베어링과 상기 스러스트 베어링의 윤활에 사용되는 유체가 외부로 배출되는 것을 방지하도록 유체의 흐름 방향을 전환시키기 위하여 상기 로터조립체와 상기 스테이터 조립체로부터 번갈아 연장되고, 상기 저어널 베어링의 회전의 중심축선에 대하여 반경방향으로 일정한 간격으로 서로 이격되어 배치된, 적어도 세개 이상의 실린더 형상의 실링벽을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터 조립체는, 회전축과, 디스크 형상으로 중심이 상기 회전축의 일단에 고정되고, 주연부에서 상기 회전축의 타단을 향하는 길이방향으로 연장되어 형성된 실린더 형상의 제3 실링벽을 구비한 회전허브와, 외경이 상기 제3 실링벽의 내경보다 작고 내경이 상기 회전축의 외경보다 큰 중공의 실린더 형상인 제1 실링벽과, 회전허브를 향하는 단부에서 반경방향으로 연장되어 상기 회전허브의 제3 실링벽의 내주면에 고정된 플랜지부를 구비한 허브 커버를 포함하고, 상기 스 테이터 조립체는, 외경이 상기 제1실링벽의 내경보다 작은 중공의 실린더 형상이고, 상기 회전축이 삽입되는 측 일단부의 외측에 반경방향으로 상기 제1 실링벽의 내경보다 직경이 커도록 연장되어 형성된 플랜지부와, 중공에 삽입된 회전축이 회전할 때 발생하는 유체의 동압에 의하여 상기 회전축을 지지하기 위한 저어널 베이링부를 구비한 베어링 슬리브와, 판형상이고, 상기 베어링 슬리브의 타단부가 고정된 슬리브 고정부와, 상부면에서 상기 허브커버의 제1 실링벽의 외주면과 회전허브의 실린더 형상의 제3실링벽의 내주면 사이의 공간으로 연장되어 형성된 실린더 형상의 제2 실링벽을 구비한 베이스를 포함하고, 상기 회전축과 상기 베어링 슬리브 사이에 형성된 공간과, 상기 베어링 슬리브의 상부면과 상기 회전허브의 하부면 사이에 형성된 공간, 상기 베어링 슬리브와 상기 허브 커버 사이에 형성된 공간, 상기 허브 커버와 상기 베이스의 제2 실링벽 사이에 형성된 공간 및 상기 제2 실링벽과 상기 회전허브의 제3 실링벽 사이에 형성된 공간이 연통되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 실링벽은 상기 제1 실링벽과 상기 제2 실링벽 사이의 간격이 축방향으로 상기 베이스 측이 좁아지도록 그 외주면의 적어도 일부가 축방향으로 경사진 것이 바람직하며, 상기 제2 실링벽과 상기 제3 실링벽 사이의 간격이 축방향으로 상기 베이스 측이 커지도록 제2 실링벽의 외주면의 적어도 일부가 축방향으로 경사진 것이 바람직하다.

또한, 상기 허브커버의 플랜지부의 상부면은 상기 베어링 슬리브의 플랜지부의 하부면과 일정한 간격으로 이격되어 대향하도록 되어 있고, 상기 허브커버의 플랜지부의 상부면과 상기 베어링 슬리브의 플랜지부의 하부면 사이의 간격이 회전축의 중심축선에 가까울 수록 넓어지도록 상기 허브커버의 플랜지부의 상부면 및 베어링 슬리브의 플랜지부의 하부면 중 적어도 하나가 경사진 것이 바람직하며, 상기 베어링 슬리브는 상기 제1 실링벽과 상기 베어링 슬리브 사이의 간격이 축방향으로 상기 베이스 측이 커지도록 상기 제1 실링벽과 대향되는 부분의 외주면이 축방향으로 경사진 것이 바람직하다.

또한, 상기 베어링 슬리브는 상기 로터 조립체가 회전시 축방향으로 상기 저어널 베어링의 중앙부에 발생하는 기포가 상기 베어링 슬리브의 외부로 유출되도록 상기 중앙부의 내주면과 외주면을 관통하도록 형성된 적어도 하나의 벤트홀을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 베이스의 슬리브 고정부는 상기 베어링 슬리브의 타단부가 삽입되어 고정되도록 베이스의 상부면의 일부가 제거되어 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 베이스의 슬리브 고정부와 베어링 슬리브의 타단부의 접촉면에는 상기 로터 조립체가 회전시 상기 저어널 베어링의 상기 베이스 측에서 발생하는 기포가 상기 베어링 슬리브와 제1 실링벽 사이의 공간으로 배출되도록 배출통로가 형성된 되거나, 상기 스러스트 베어링은 상기 베어링 슬리브의 플랜지부의 상부면과 대향하는 상기 회전허브의 하부면 사이의 틈새에 채워진 유체에 의하여 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 스러스트 베어링은 상기 베이스의 슬리브 고정부와 제2 실링벽 사이의 베이스 상부면과 대향하는 상기 허브커버의 제1실링벽의 단부면 사이의 틈 새에 채원진 유체에 의하여 이루어진 것이 바람직하며, 상기 스러스트 베어링은 상기 스러스트 베어링은 상기 베어링 슬리브의 플랜지부의 상부면과 대향하는 상기 회전허브의 하부면 사이의 틈새와 베어링 슬리브의 플랜지부의 하부면과 대향하는 허브커버의 플랜지부의 상부면 사이의 틈새에 채워진 유체에 의하여 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 구동수단은, 상기 회전허브의 제3 실링벽의 외주면에 일정한 간격으로 고정된 복수의 마그네트와, 상기 복수의 마그네트로 부터 일정 간격 이격되어 마그네트를 감싸도록 상기 베이스에 설치된 코아를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구동수단은, 상기 회전허브의 제3 실링벽의 외주면에 고정된 코아와, 상기 코아의 외주면으로 부터 반경방향으로 일정 간격 이격되어 베이스에 일정한 간격으로 설치된 복수의 마그네트를 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 유체동압 베어링 모타의 일실시예의 개략도가 도시 되어 있다. 본 실시예의 유체동압 베어링 모타는 로터 조립체(20)와 스테이터 조립체(10) 및 구동수단(30)을 포함한다. 로터 조립체(20)는 회전축(23), 회전허브(21), 허브 커버(25) 및 허브 플레이트(27)를 구비한다. 회전허브(21)는 회전축(23)의 상단에 고정되어 있으며, 그 주연부에서 회전축(23)의 하단을 향하는 축방향으로 연장되어 형성된 실린더 형상의 제3 실링벽(21a)을 구비하고 있다. 허브 커버(25)는 제1 실링벽(25a)과 플랜지부(25b)를 구비하고 있다. 제1 실링벽(25a)은 외경이 제3 실링벽(21a)의 내경보다 작고 내경이 회전축(23)의 외경보다 큰 중공의 실린더 형상이며, 상기 중공에는 아래에서 설명되는 베어링 슬리브(13)가 삽입된다. 허브 커버(25)의 플랜지부(25b)는 제1 실링벽(25a)의 회전허브(21)를 향하는 단부에서 반경방향으로 연장되어 회전허브(21)의 제3 실링벽(21a)의 내주면에 고정된다. 따라서 회전허브(21)가 회전시 허브 커버(25)도 같이 회전하게 된다. 또한, 허브 플레이트(27)는 판 형상으로 회전허브(21)의 외주면에 결합하여 고정된다.

스테이터 조립체(10)는 베어링 슬리브(13), 베이스(11) 및 회전축 커버(15)를 구비한다. 베어링 슬리브(13)는 외경이 허브 커버(25)의 제1 실링벽(25a)의 내경 보다 작은 중공의 실린더 형상이고, 상기 중공에는 회전축(23)이 삽입된다. 또한, 베어링 슬리브(13)의 회전축(23)이 삽입되는 측 일단부의 외측에는 제1 실링벽(25a)의 내경보다 직경이 커도록 반경방향으로 연장된 플랜지부(13a)가 형성되어 있다. 따라서 축방향으로 상기 베어링 슬리브(13)의 플랜지부(13a)의 하부면과 허브 커버(25)의 제1 실링벽(25a)의 상부는 대향된다. 베이스(11)는 판 형상이고, 베어링 슬리브(13)의 타단부에 고정되는 슬리브 고정부(11b)와 제2 실링벽(11a)을 구비한다. 제2 실링벽(11a)은 실린더 형상으로써 베이스(11)의 상부면에서 상기 허브 커버(25)의 제1 실링벽(25a)과 회전허브(21)의 제3 실링벽(21a)의 사이에 형성된 공간으로 연장되어 있다. 그리고, 회전축 커버(15)는 회전축(23)의 타단에 위치하도록 상기 베이스(11)에 고정된다. 또한, 베이스(11)의 주연부에는 반경방향으로 회전허브를 포위하는 하우징(17)이 고정되어 있다.

구동수단(30)은 코일이 권선된 코아(31)와 마그네트(33)를 구비한다. 코아 (31)은 상기 하우징(17)의 내주면에 고정되며, 마그네트(33)은 반경방향으로 코아(31)와 대향되도록 회전허브(21)의 제3 실링벽(21a)의 외주면에 고정되나, 상기 코아(31)와 마그네트(33)의 위치는 반대로 배치될 수 있다. 따라서 코아(31)와 마그네트(33)의 전자력에 의하여 로터 조립체(20)는 스테이터 조립체(10)에 대하여 회전하게 된다.

상기 구동수단(30)에 의하여 로터 조립체(20)가 회전하게 되면, 상기 로터 조립체(20)와 스테이터 조립체(10)의 접촉으로 인한 마찰을 방지하기 위하여 상기 로터 조립체(20)에는 유체 동압에 의하여 스테이터 조립체(10)를 지지하는 저어널 베어링(18) 및 스러스트 베어링(19)이 형성된다. 저어널 베어링(18)은 베어링 슬리브(13)의 내주면과 회전축(23)의 외주면 사이에 형성되며, 스러스트 베어링(19)은 회전허브(21)의 하부면과 베어링 슬리브(13)의 상부면 사이에 형성된다.

또한, 로터 조립체(20)가 회전시 스러스트 베어링(19)의 작동유체가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여, 스러스트 베어링(19)의 외부에는 레버린스 실(Labyrinth Seal, 41)이 형성되어 있다. 레버린스 실(41)은 베어링 슬리브(13)와 허브 커버(25) 사이에 형성된 공간에서 회전 커브(25)의 제1 실링벽(25a)과 베이스(11)의 제2 실링벽(11a) 사이에 형성된 공간까지 연통되는 공간으로 구성된다. 또한, 레버린스 실(41)의 최종부는 제1 실링벽(25a)의 외경이 축방향으로 회전허브(21) 측이 좁아지도록 외주면을 경사지게 함으로써 테이퍼 실(41a)로 구성된다. 따라서, 본 실시예에 따른 유체동압 베어링 모타는 반경방향으로 상기 베어링 슬리브(13)의 외주면에서 부터 제1 실링벽(25a), 제2 실링벽(11a), 제3 실링벽(21a)이 일 정한 간격으로 적층되어 있다. 또한, 상기 회전축(23)과 베어링 슬리브(13) 사이에 형성된 공간과, 베어링 슬리브(13)와 회전허브(21) 사이에 형성된 공간, 베어링 슬리브(13)와 허브 커버(25) 사이에 형성된 공간, 허브 커버(25)와 베이스(11)의 제2 실링벽(11a) 사이에 형성된 공간, 제2 실링벽(11a)과 회전허브의 제3 실링벽(21a) 사이에 형성된 공간은 서로 연통되어 있다.

한편, 도 2a 및 도2b를 참조하면, 일반적으로 유체동압 베어링(18, 19)에는 회전시 유체동압을 원활히 형성하기 위하여 베어링면에 홈(groove)이 형성된다. 저어널 베어링부에는 베어링 슬리브(13)의 내주면 및 이에 대향되는 회전축(23)의 외주면 중 어느 한면 이상에 헤링본(herringbone) 형상의 홈(51, 53)이 그 상부 및 하부에 형성될 수 있다. 그리고 스러스트 베어링부에는 베어링 슬리브(13)의 상부면 및 이에 대향되는 회전허브(21)의 하부면 중 어느 한면 이상에 스파이럴(spiral) 형상의 홈(55)이 형성될 수 있다. 본 실시예에서 스러스트 베어링부에는 스파이럴 홈(55)에 형성되어 있으나 헤링본 홈이 형성될 수도 있다. 그러고, 저어널 베어링(18)에 헤링본 홈(51, 53)을 사용하는 경우 일반적으로 헤링본 홈(51, 53)의 양단에는 음압이 형성된다. 이러한 음압부에는 일반적으로 기포가 형성되거나 이미 존재하는 기포들이 모이게 된다. 따라서 유체동압 베어링 모타가 고속으로 회전시 상기 기포들에 의하여 음압부에는 캐비테이션이 발생한다. 따라서, 유체동압 베어링 모타에는 이러한 기포들을 효과적으로 외부로 배출시켜 캐비테이션을 억제하는 것이 중요하다.

따라서, 헤링본 홈(51, 53)의 양단에 발생하는 기포를 배출하기 위하여 벤트 홀(Vent Hall, 12) 및 배출통로(14)이 형성된다. 벤트홀(12)은 제1 헤링본 홈(51)과 제2 헤링본 홈(53) 사이에 형성된 음압부에 발생한 기포를 레버린스 실(41)에 배출하기 위하여 상기 음압부의 위치에서 반경방향으로 베어링 실링부(13)의 내경에서 외경까지 관통하여 형성된다. 또한, 상기 기포를 벤트홀(12)을 통하여 효율적으로 배출하기 위하여, 벤트홀(12)과 축방향으로 동일한 높이에서 회전축(23)의 외주면에 반경방향으로 홈이 형성될 수 있다. 배출통로(14)은 제2 헤링본 홈(53)의 베이스(11) 측에 형성된 음압부에 발생한 기포를 배출하기 위하여 상기 음압부의 위치에서 레버린스 실(41)까지 관통하도록 형성된다. 따라서, 배출통로(14)은 상기 음압부의 위치에서 반경방향으로 베어링 실링부(13)의 내경에서 외경까지 관통하여 형성된 실링부 홈부(14a)와 상기 실링부 홈부(14a)와 연통되도록 베이스(11)의 슬리브 고정부(11b)의 하부면에서 상부면까지 형성된 고정부홈부(14b)로 구성된다.

본 실시예에 의하면 유체동압 베어링 모타는 구동수단(30)에 의하여 로터 조립체(20)가 회전하게 된다. 이때 유체 동압이 발생하여 저어널 베어링(18)은 반경방향으로 회전축(23)에 압력을 가하여 로터 조립체(20)를 지지하며, 스러스트 베어링(19)은 축방향으로 회전허브(21)에 압력을 가하여 로터 조립체(20)를 지지한다. 따라서, 상기 유체동압 베어링(18, 19)에 의하여 로터 조립체(20)는 지지되어 스테이터 조립체(10)와의 접촉을 피할 수 있다. 한편, 스러스트 베어링(19)에 의하여 로터 조립체(20)에 상방향으로 힘이 작용하므로 축방향으로 힘의 불평형이 발생한다. 이 경우 축방향에 대하여 코아(31)의 중심을 마그네트(33)의 중심보다 일정간격 만큼 상대적으로 낮게 고정시키면 로터 조립체(20)에 대하여 하방향의 힘이 작 용하여 힘의 평형을 맞출 수 있다. 따라서, 스러스트 베어링(19)에 의한 힘의 불평형은 코아(31)과 마그네트(33)의 중심을 축방향으로 이격 시킴으로서 해소할 수 있다.

도 3을 참조하면, 로터 조립체(20)가 회전시 저어널 베어링(18)에는 제1 헤링본 홈(51)과 제2 헤링본 홈(53)의 각각의 중앙부에 양압이 형성되며, 제1 헤링본 홈(51)과 제2 헤링본 홈(53)의 각각의 양단에는 음압이 형성된다. 따라서 베어링 슬리브(13)의 상부, 하부 및 제1 헤링본 홈(51)과 제2 헤링본 홈(53)의 사이인 중앙부에는 음압이 형성되어 기포가 모이게 된다. 베어링 슬리브(13) 중앙부와 하부의 음압부는 벤트홀(12) 및 배출통로(14)에 의하여 대기압인 레버린스 실(41)과 연통되어 있다. 따라서 상기의 음압부에 발생한 기포는 상기 벤트홀(12) 및 배출통로(14)에 의하여 도 3과 같은 배출경로를 따라 레버린스 실(41)로 배출되며 이에 의하여 상기 기포에 의하여 캐비테이션이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 스러스트 베어링(19)에는 스파이럴 홈(55)이 형성되어 있으므로 내측에는 양압이 발생한다. 따라서 저어널 베어링(19)의 상단의 음압부에 발생한 기포는 스러스트 베어링(18)의 내측에 형성되는 양압에 의하여 스파이럴 홈(55)를 통하여 스러스트 베어링(18)의 외측의 압력이 작은 영역으로 이동하게 된다.

또한, 로터 조립체(20)가 회전하면, 스러스트 베어링(19)의 작동유체는 원심력에 의하여 원주면으로 이동하여 스러스트 베어링(19)으로부터 누출될려고 한다. 작동유체의 누출은 스러스트 베어링(19)의 외경 끝단에서부터 형성되어 있는 레버린스 실(41)의 모세관 현상에 의하여 억제할 수 있다. 따라서, 작동유체의 누출을 효과적으로 방지하기 위해서는 레버린스 실(41)이 길게 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 레버린스 실(41)의 모세관 현상의 효과를 증대시키기 위해서는 레버린스 실(41)의 최종부의 공간이 테이퍼진 형상인 테이퍼 실(41a)로 하는 것이 효과적이다. 즉, 테이퍼 실(41a)의 경우 작동유체가 배출되는 방향으로 테이퍼 실(41a)의 면적이 넓어지게 된다. 이러한 베어링 작동유체와 대기사이에 형성된 표면에서는 작동유체의 응집력으로 인해 유체를 안쪽으로 당기려는 힘이 발생하게 된다. 이러한 응집력은 표면에서 압력구배를 형성하게 된다. 표면장력은 이러한 압력구배와 표면에서 작동유체의 응집력 사이에 평형을 유지하게 한다. 이러한 표면장력은 표면의 면적을 줄여서 표면에너지를 줄이려는 방향으로 작동유체를 이동하게 한다. 따라서 작동유체가 배출되는 방향으로 넓어지는 테이퍼 실(41a)은 작동유체를 테이퍼 실(41a)의 좁아지는 영역으로 밀어 넣어주게 되어 작동유체의 누출을 방지하게 된다.

또한, 레버린스 실(41)의 최종부를 제1 실링벽(25a)의 하부의 외경이 상부의 외경보다 큰 테이퍼 실(41a)로 한 경우 테이퍼 실(41a) 내부의 유체의 속도는 하부 측이 상부 측 보다 빨라지게 된다. 따라서, 압력은 속도와는 반대로 상부가 하부 보다 높게 작용하므로 하부로 작용하게되어 작동유체의 누출을 효과적으로 방지할 수 있다. 한편 테이퍼 실(41a)을 형성하는 외측 면이 회전할 경우 작동유체의 비산 및 누출을 유발할 수 있다. 본 실시예의 경우 테이퍼 실(41a)의 외측 면을 형성하는 제2 실링벽(11a)은 베이스(11)에 결합되어 있으므로 고정되어 있다. 테이퍼 실 (41a)의 외측 면의 유체의 회전 속도는 없으므로 이로인해 유체는 원심력을 받지 않는다. 따라서 레버린스 실(41)의 최종부를 외측 면이 고정체인 테이퍼 실(41a)로 함으로써 실링의 효과를 극대화 할 수 있다. 이는 테이퍼 실(41a)의 외측 면을 고정체로 구성할 경우의 실링의 효과는 지금까지 여러 형태의 유체동압 베어링을 채용한 스핀들 모타에서 검증되어 왔다. 또한, 제2 실링벽(11a)의 외부에 제3 실링벽(21a)을 배치시킴으로써 유체의 누출을 2중으로 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 다른 실시예로는 도 4 내지 도 6에 도시되어 있다. 도 1의 실시예는 슬리브 고정부(11b) 및 제2 실링벽(11a)이 베이스(11)와 일체로 형성되어 있으나 도 4의 실시예는 슬리브 고정부(43b)와 제2 실링벽(43a)을 구비하는 슬리브 커버(43)가 형성된 후 상기 슬리브 커버(43)가 베이스(42)에 고정되어 있다.

또한, 도 1 및 도 4의 실시예는 스러스트 베어링(19)이 슬리브 커버(13)의 상부면과 회전허브(21)의 하부면 사이에 형성되나 스러스트 베어링의 위치도 변경할 수 있다. 도 5a의 실시예에서 스러스트 베어링(59)은 슬리브 고정부(43b)의 상부면과 제2 실링벽(25a)의 하부면 사이에 형성되어 있다. 또한, 도 5b의 실시예에서 허브 커버(25) 플랜지부(25b)의 상부와 베어링 슬리브(13) 플랜지부(13a)의 하부면 사이에 제1 스러스트 베이링(69b)과, 베어링 슬리브(13) 플랜지부(13a)의 상부면과 회전허브(21)의 하부면 사이에 제2 스러스트 베어링(69a)이 형성되어 있다. 이 경우 제1 스러스트 베어링(69b)과 제2 스러스트 베어링(69a) 간의 힘의 불평형을 방지하기 위하여 반경방향으로 제1 스러스트 베어링(69b)과 제2 스러스트 베어링(69a)의 축방향 힘의 균형을 이루도록 하는 것이 중요하다.

또한, 도1 및 도 4의 실시예에는 테이퍼 실이 제1 실링벽 및 제2 실링벽 사이에 형성되어 있으나, 도 6a 내지 도 6d에는 테이퍼 실의 위치가 변경되어 있다. 도 6a 및 도 6b의 실시예에는 제1 실링벽(75a) 및 제2 실링벽(71a) 사이에 제1 테이퍼 실(81) 뿐만 아니라, 베어링 슬리브(73) 플랜지부(73a)의 하부면과 축방향으로 이에 대향하는 허브 커버(75)의 상부면 사이에 형성된 제2 테이퍼 실(83, 85)이 형성되어 있다. 제2 테이퍼 실(83, 85)은 베어링 슬리브(73)의 플랜지부의 하부면과 허브 커버(75)의 상부면 사이의 간격이 반경방향으로 회전축(23) 측이 커지도록 경사져 있다. 제2 테어퍼 실(83, 85)은 도 6a에서는 허브 커버(75)의 상부면이 경사져 있으며, 도 6b에서는 베어링 슬리브(73)의 플랜지부(73a)의 하부면이 경사져 있다. 도 6c의 실시예에서는 제1 실링벽(75a)과 제2 실링벽(71a) 사이에 제1 테이퍼실(81) 뿐만 아니라 제1 실링벽(75a)과 베어링 슬리브(73) 사이에 제2 테이퍼 실(87)이 형성되어 있다. 제2 테이퍼 실(87)은 제1 실링벽(75a)과 베어링 슬리브(73) 사이의 간격이 축방향으로 베이스 측이 커지도록 베어링 슬리브(73)의 외주면이 경사져 있다. 도 6d에는 제2 실링벽(71a)과 제3 실링벽(21a) 사이에 테이퍼 실(88)이 형성되어 있다. 상기의 테이퍼 실(88)은 제2 실링벽(71a)과 제3 실링벽(21a) 사이의 간격이 축방향으로 베이스 측의 간격이 커지도록 제2 실링벽(71a)의 외주면이 경사져 있다.

본 발명에 의하면, 윤활유의 배출경로를 길게 하기 위하여 적어도 삼중 실링벽을 구비하고, 삼중의 실링벽 중 적어도 하나의 실링벽에 테이퍼가 형성된 유체 동압 베어링 모타를 제공하여, 유체동압 베어링 모타의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 저어널 베어링의 음압부에 형성되는 기포를 용이하게 배출할 수 있는 벤트 홀(Vent Hole)이 형성된 유체 동압 제어링 모타를 제공하여 캐비테이션 현상에 의한 베어링의 손상과 불안정을 방지할 수 있게 된다.

특히 본 발명에 의하면, 저어널 베어링의 주연부에서 외부로 배출되는 윤활유가 벤트홀을 통하여 저어널 베어링의 음압부로 유입되면서 순환하도록 되어 있어서 윤활유의 소모를 최소로 할 수 있으며, 동시에 밴트홀을 통하여 기포를 효과적으로 배출할 수 있는 유체동압 베어링 모타를 제공하여 모타의 수명을 획기적으로 길게 할 수 있게 한다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims

로터 조립체와, 상기 로터 조립체가 회전시 이를 지지하기 위한 유체동압 저어널 베어링과 스러스트 베어링을 구비한 스테이터 조립체와, 로터조립체를 회전시키기 위한 구동수단을 포함하는 유체 동압 베어링 모타에 있어서,

상기 저어널 베어링과 상기 스러스트 베어링의 윤활에 사용되는 유체가 외부로 배출되는 것을 방지하도록 유체의 흐름 방향을 전환시키기 위하여 상기 로터조립체와 상기 스테이터 조립체로부터 번갈아 연장되고, 상기 저어널 베어링의 회전의 중심축선에 대하여 반경방향으로 일정한 간격으로 서로 이격되어 배치된, 적어도 세개 이상의 실린더 형상의 실링벽을 구비한 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모타.
제1항에 있어서,

상기 로터 조립체는, 회전축과,

디스크 형상으로 중심이 상기 회전축의 일단에 고정되고, 주연부에서 상기 회전축의 타단을 향하는 길이방향으로 연장되어 형성된 실린더 형상의 제3 실링벽을 구비한 회전허브와,

외경이 상기 제3 실링벽의 내경보다 작고 내경이 상기 회전축의 외경보다 큰 중공의 실린더 형상인 제1 실링벽과, 회전허브를 향하는 단부에서 반경방향으로 연장되어 상기 회전허브의 제3 실링벽의 내주면에 고정된 플랜지부를 구비한 허브 커 버를 포함하고,

상기 스테이터 조립체는,

외경이 상기 제1실링벽의 내경보다 작은 중공의 실린더 형상이고, 상기 회전축이 삽입되는 측 일단부의 외측에 반경방향으로 상기 제1 실링벽의 내경보다 직경이 커도록 연장되어 형성된 플랜지부와, 중공에 삽입된 회전축이 회전할 때 발생하는 유체의 동압에 의하여 상기 회전축을 지지하기 위한 저어널 베이링부를 구비한 베어링 슬리브와,

판형상이고, 상기 베어링 슬리브의 타단부가 고정된 슬리브 고정부와, 상부면에서 상기 허브커버의 제1 실링벽의 외주면과 회전허브의 실린더 형상의 제3실링벽의 내주면 사이의 공간으로 연장되어 형성된 실린더 형상의 제2 실링벽을 구비한 베이스를 포함하고,

상기 회전축과 상기 베어링 슬리브 사이에 형성된 공간과, 상기 베어링 슬리브의 상부면과 상기 회전허브의 하부면 사이에 형성된 공간, 상기 베어링 슬리브와 상기 허브 커버 사이에 형성된 공간, 상기 허브 커버와 상기 베이스의 제2 실링벽 사이에 형성된 공간 및 상기 제2 실링벽과 상기 회전허브의 제3 실링벽 사이에 형성된 공간이 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
제2항에 있어서,

상기 제1 실링벽은 상기 제1 실링벽과 상기 제2 실링벽 사이의 간격이 축방향으로 상기 베이스 측이 좁아지도록 그 외주면의 적어도 일부가 축방향으로 경사 진 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
제2항에 있어서,

상기 제2 실링벽과 상기 제3 실링벽 사이의 간격이 축방향으로 상기 베이스 측이 커지도록 제2 실링벽의 외주면의 적어도 일부가 축방향으로 경사진 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
제3항에 있어서,

상기 허브커버의 플랜지부의 상부면은 상기 베어링 슬리브의 플랜지부의 하부면과 일정한 간격으로 이격되어 대향하도록 되어 있고, 상기 허브커버의 플랜지부의 상부면과 상기 베어링 슬리브의 플랜지부의 하부면 사이의 간격이 회전축의 중심축선에 가까울 수록 넓어지도록 상기 허브커버의 플랜지부의 상부면 및 베어링 슬리브의 플랜지부의 하부면 중 적어도 하나가 경사진 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
제3항에 있어서,

상기 베어링 슬리브는 상기 제1 실링벽과 상기 베어링 슬리브 사이의 간격이 축방향으로 상기 베이스 측이 커지도록 상기 제1 실링벽과 대향되는 부분의 외주면이 축방향으로 경사진 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 베어링 슬리브는 상기 로터 조립체가 회전시 축방향으로 상기 저어널 베어링의 중앙부에 발생하는 기포가 상기 베어링 슬리브의 외부로 유출되도록 상기 중앙부의 내주면과 외주면을 관통하도록 형성된 적어도 하나의 벤트홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
제7항에 있어서,

상기 베이스의 슬리브 고정부는 상기 베어링 슬리브의 타단부가 삽입되어 고정되도록 베이스의 상부면의 일부가 제거되어 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
제8항에 있어서,

상기 베이스의 슬리브 고정부와 베어링 슬리브의 타단부의 접촉면에는 상기 로터 조립체가 회전시 상기 저어널 베어링의 상기 베이스 측에서 발생하는 기포가 상기 베어링 슬리브와 제1 실링벽 사이의 공간으로 배출되도록 배출통로가 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
제9항에 있어서,

상기 스러스트 베어링은 상기 베어링 슬리브의 플랜지부의 상부면과 대향하는 상기 회전허브의 하부면 사이의 틈새에 채워진 유체에 의하여 이루어진 것을 특 징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
제9항에 있어서,

상기 스러스트 베어링은 상기 베이스의 슬리브 고정부와 제2 실링벽 사이의 베이스 상부면과 대향하는 상기 허브커버의 제1실링벽의 단부면 사이의 틈새에 채원진 유체에 의하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
제9항에 있어서,

상기 스러스트 베어링은 상기 베어링 슬리브의 플랜지부의 상부면과 대향하는 상기 회전허브의 하부면 사이의 틈새와 베어링 슬리브의 플랜지부의 하부면과 대향하는 허브커버의 플랜지부의 상부면 사이의 틈새에 채워진 유체에 의하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
제10항에 있어서, 상기 구동수단은,

상기 회전허브의 제3 실링벽의 외주면에 일정한 간격으로 고정된 복수의 마그네트와,

상기 복수의 마그네트로 부터 일정 간격 이격되어 마그네트를 감싸도록 상기 베이스에 설치된 코아를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
제10항에 있어서, 상기 구동수단은,

상기 회전허브의 제3 실링벽의 외주면에 고정된 코아와,

상기 코아의 외주면으로 부터 반경방향으로 일정 간격 이격되어 베이스에 일정한 간격으로 설치된 복수의 마그네트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.