KR101133419B1 - 모터 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치는 축 방향 상부에서 축 방향 하부로 확대되는 축공을 가지는 슬리브; 상기 슬리브의 상부로 노출되는 동일 직경의 헤드부와 상기 축공에 대응되는 형상의 몸체부를 가지는 샤프트; 상기 헤드부에 압입되어 상기 샤프트와 연동하여 회전하는 로터 케이스; 상기 슬리브와 상기 로터 케이스 사이에 내경 방향으로 충진된 오일의 계면이 형성되도록 하며, 상기 슬리브의 상면과 상기 로터 케이스의 저면 사이의 간격이 외경 방향으로 증가되어 형성되는 오일 실링부; 및 상기 오일 계면보다 내경 방향 내측의 상기 로터 케이스와 상기 슬리브 중 어느 하나에 형성되며, 상기 로터 케이스의 회전 시 상기 오일을 상기 샤프트와 상기 슬리브 사이로 펌핑하는 스러스트 동압부;를 포함할 수 있다.

Description

모터 장치{Motor device}
본 발명은 모터 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외력에 의해 발생되는 변형을 방지하는 모터 장치에 관한 것이다.
기록 디스크 구동장치에 사용되는 소형의 스핀들 모터는 유체 동압 베어링 어셈블리가 이용되고, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리의 샤프트와 슬리브 사이에는 오일가 개재되며, 상기 오일에서 생기는 유체 압력으로 샤프트를 지지하는 기구이다.
특히, 하드 디스크 드라이브(HDD, hard disk drive)용 스핀들 모터가 넷북, 휴대폰, PMP, 게임기 등 다양한 휴대 제품에 적용됨에 따라 소형화에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
일반적으로 스핀들 모터의 유체 동압 베어링 어셈블리는 샤프트, 슬리브, 축방향 동압을 발생시키는 스러스트 플레이트, 오일의 누설을 방지하는 캡부재 및 베이스 플레이트로 구성되어진다.
따라서, 종래의 유체 동압 베어링 어셈블리는 상기 유체 동압 베어링 어셈블리를 구성하는 부품수가 많음으로써 개발시 부품관리 측면이나, 조립공정이 복잡해 진다는 문제가 있다.
또한, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리를 포함하는 스핀들 모터에 외력이 작용하는 경우 캡부재나 스러스트 플레이트가 파손될 우려가 존재한다.
따라서, 종래의 유체 동압 베어링 어셈블리보다 부품수를 줄여 외력에 의한 파손을 방지하고 동시에 모터 회전을 위한 동압 발생에는 영향이 없도록 하는 방안이 요구된다.
본 발명의 목적은 외력에 의한 모터의 파손을 방지하고 조립공정의 단순화를 위해 샤프트 및 슬리브의 구조를 변형한 모터 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치는 축 방향 상부에서 축 방향 하부로 확대되는 축공을 가지는 슬리브; 상기 슬리브의 상부로 노출되는 동일 직경의 헤드부와 상기 축공에 대응되는 형상의 몸체부를 가지는 샤프트; 상기 헤드부에 압입되어 상기 샤프트와 연동하여 회전하는 로터 케이스; 상기 슬리브와 상기 로터 케이스 사이에 내경 방향으로 충진된 오일의 계면이 형성되도록 하며, 상기 슬리브의 상면과 상기 로터 케이스의 저면 사이의 간격이 외경 방향으로 증가되어 형성되는 오일 실링부; 및 상기 오일 계면보다 내경 방향 내측의 상기 로터 케이스와 상기 슬리브 중 어느 하나에 형성되며, 상기 로터 케이스의 회전 시 상기 오일을 상기 샤프트와 상기 슬리브 사이로 펌핑하는 스러스트 동압부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치의 상기 오일 실링부는 상기 슬리브의 상면과 외경 방향으로 상향 경사진 상기 로터 케이스의 저면 사이에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터 장치의 상기 오일 실링부는 상기 로터 케이스 저면과 외경 방향으로 하향 경사진 상기 슬리브의 상면 사이에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 모터 장치의 상기 오일 실링부는 상기 오일 실링부는 외경 방향으로 상향 경사진 상기 로터 케이스의 저면과 외경 방향으로 하향 경사진 상기 슬리브의 상면 사이에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 모터 장치의 상기 로터 케이스는 상기 슬리브를 수용하는 축방향 하측으로 돌출된 주벽부를 구비하며, 상기 오일 실링부는 상기 슬리브의 외주면과 상기 주벽부의 내면 사이에 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치는 상기 몸체부의 외주면과 상기 슬리브의 내주면 사이에 오일가 충전되어 상기 로터 케이스의 회전시 동압을 발생시키도록 상기 몸체부의 외주면 또는 상기 슬리브의 내주면 중 적어도 하나에 적어도 하나의 래디얼 동압홈이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치의 상기 래디얼 동압홈은 상기 몸체부의 외주면 또는 상기 슬리브의 내주면 중 적어도 하나에 축방향 상측 및 하측에 각각 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치의 상기 래디얼 동압홈은 상기 오일가 축방향 하측으로 이동하여 부상력이 발생하도록 헤링본 구조로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치의 상기 래디얼 동압홈은 상기 래디얼 동압홈의 중심을 기준으로 길이가 다르게 요홈 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 모터 장치에 의하면, 부품수를 간소화하여 조립시 발생하는 변형을 방지할 수 있으며, 외력에 의한 파손을 방지할 수 있다.
또한, 오일 실링부과 스러스트 동압홈의 구성을 변경하여 모터 회전을 위한 충분한 동압을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치를 도시한 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치에 제공되는 샤프트를 절개하여 펼친 개략도.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터 장치를 도시한 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 모터 장치를 도시한 개략 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 모터 장치를 도시한 개략 단면도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치를 도시한 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치에 제공되는 샤프트를 절개하여 펼친 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치(400)는 유체 동압 베어링 어셈블리(100), 스테이터(200) 및 로터(300)를 포함할 수 있다.
상기 유체 동압 베어링 어셈블리(100)의 구체적인 실시예들은 이하에서 상술하기로 하며, 본 발명에 따른 모터(400)는 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(100)의 각 실시예들의 구체적인 특징 전부를 가질 수 있다.
상기 스테이터(200)는 전원인가 시 일정크기의 전자기력을 발생시키는 코일(220) 및 상기 코일(220)이 권선되는 복수개의 코어(210)를 구비하는 고정 구조물이다.
상기 코어(210)는 패턴회로가 인쇄된 인쇄회로기판(미도시)이 구비되는 베이스(230)의 상부에 고정 배치되고, 상기 코일(220)과 대응하는 베이스(230)의 상부면에는 상기 코일(220)을 하부로 노출시키도록 일정크기의 코일공이 복수개 관통형성될 수 있고, 상기 코일(220)은 외부전원이 공급되도록 상기 인쇄회로기판(미도시)과 전기적으로 연결된다.
상기 로터(300)는 상기 스테이터(200)에 대하여 회전 가능하게 구비되는 회전 구조물이며, 상기 코어(210)와 일정 간격을 두고 서로 대응되는 환고리형의 마그네트(310)를 내주면에 구비하는 로터 케이스(320)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 마그네트(310)는 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정 세기의 자기력을 발생시키는 영구자석으로 구비된다.
여기서, 상기 로터 케이스(320)는 샤프트(110)의 상단, 즉 후술할 상기 샤프트(110)의 헤드부(112)에 압입되어 고정되도록 하는 베이스부(324) 및 상기 베이스부(324)에서 외경방향으로 연장되고 축방향 하측으로 절곡되어 상기 로터(300)의 상기 마그네트(310)를 지지하는 마그네트 지지부(322)로 이루어진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리(100)는 샤프트(110), 슬리브(120), 오일 실링부(150), 스러스트 동압부(160) 및 래디얼 동압홈(170)를 포함할 수 있다.
우선, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축방향은 상기 샤프트(110)를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 외경 또는 내경 방향은 상기 샤프트(110)를 기준으로 상기 로터(300)의 외측단 방향 또는 상기 로터(300)의 외측단을 기준으로 상기 샤프트(110)의 중심 방향을 의미한다.
상기 슬리브(120)는 상기 샤프트(110)의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트(110)를 지지할 수 있다.
즉, 상기 슬리브(120)는 축 방향 상부에서 축 방향 하부로 확대되는 축공(125)을 가지며, 상기 샤프트(110)의 외주면과 대응되는 내주면을 구비할 수 있다.
다시 말하면, 상기 샤프트(110)는 상기 슬리브(120)의 상부로 노출되는 동일 직경의 헤드부(112)와 상기 축공(125)에 대응되는 형상의 원뿔형의 외주면을 구비한 몸체부(114)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 샤프트(110)는 상기 슬리브(120)의 원뿔형의 축공(125)과 미소 간극을 가지도록 삽입되고, 상기 미소 간극에는 오일이 충전될 수 있다.
또한, 상기 샤프트(110)의 외주면, 즉 상기 몸체부(114)에는 요홈 형성되는 적어도 하나의 래디얼 동압홈(170)이 형성될 수 있다.
상기 래디얼 동압홈(170)은 헤링본(herringbone)형상의 홈을 포함할 수 있으며, 상기 헤링본 형상의 홈은 샤프트(110)의 회전을 부드럽게 지지하도록 래디얼 동압을 발생시킨다
다만, 상기 래디얼 동압홈(170)는 도 1에서 도시한 바와 같이 상기 샤프트(110)의 몸체부(114)에 형성되는 것에 한정되지 않으며, 상기 슬리브(120)의 내주면에 형성되어도 동일한 래디얼 동압을 발생시킬 수 있다.
여기서, 상기 오일은 상기 샤프트(110)의 몸체부(114)와 상기 슬리브(120) 사이에 형성되는 간극으로 공급되어 상기 래디얼 동압홈(170)에 채워지게 되며, 상기 모터(400) 구동시 상기 슬리브(120)에 형성된 상기 래디얼 동압홈(170)에 채워진 유체는 강한 압력을 받아 유체막을 형성하게 된다.
따라서, 상기 슬리브(120)와 상기 로터(300) 사이에 습동면은 마찰부하를 최소화시키는 유체 마찰상태가 되어 소음 및 진동이 없는 모터 회전 구동이 이루어지는 것이다.
도 2를 참조하면, 상기 샤프트(110)의 외주면에 요홈 형성되는 상기 래디얼 동압홈(170)는 상기 언급한 바와 같이 헤링본(herringbone) 형상으로 형성되나, 모터 설계에 따라 스파이럴(spiral) 형상으로 교체하여 형성할 수 있다. 그러나, 상기 래디얼 동압홈(170)의 형상은 이러한 형상에 한정되는 것은 아니라 설계자의 의도에 따라 상기와 다르게 다양하게 설정될 수 있다.
또한, 상기 래디얼 동압홈(170)는 절삭, 코이닝(coining), 에칭(etching) 및 레이져 가공법, 전해 가공법 등으로 간단하게 제조될 수 있다.
따라서, 상기 샤프트(110)의 외주면 또는 상기 슬리브(120)의 내주면에는 미세한 크기로 정밀하게 가공되는 다양한 형태의 상기 래디얼 동압홈(170)만을 가공하여도 안정된 모터 구동을 보장할 수 있기 때문에 모터의 가공비용을 절감하여 모터의 제조원가를 낮출 수 있다.
상기 래디얼 동압홈(170)은 상기 몸체부(114)의 외주면 또는 상기 슬리브(120)의 내주면 중 적어도 하나에 축방향 상측 및 하측에 각각 형성될 수 있으며, 상기 래디얼 동압홈(170)의 중심(C)을 기준으로 길이가 다르게 요홈 형성될 수 있다.
따라서, 상기 래디얼 동압홈(170)의 길이가 다르게 형성됨으로써 도 1에서 도시한 바와 같이 모터 회전시의 동압은 화살표 방향으로 형성되고, 오일는 상기 샤프트(110)의 저면과 베이스 커버(130) 사이에 채워지면서 축방향 상측으로 동압이 형성되어 상기 샤프트(110)의 부상력이 발생할 수 있는 것이다.
이때, 상기 오일은 상기 슬리브(120)와 상기 샤프트(110) 사이에서 정체하지 않고 상기 슬리브(120)에 관통 형성된 바이패스 채널(127)로 이동하므로 유체가 정체되지 않고 순환하게 되며, 이러한 현상에 의해서 상기 모터(400) 구동시 유체와 상기 모터(400)의 사용 수명을 연장할 수 있는 것이다.
다만, 상기 래디얼 동압홈(170)은 상기 언급한 바와 같이 상기 샤프트(110)의 외주면에 마련되는 것에 한정하지 않으며, 상기 슬리브(120)의 내주면에 마찬가지로 마련되는 것도 가능하다.
또한, 상기 바이패스 채널(127)도 도 1과 같이 상기 몸체부(114)의 외주면과 평행하게 형성되는 것에 한정하지 않으며, 유체가 정체되지 않고 순환할 수 있다면 축방향과 평행하게 형성되는 것도 무방하다.
또한, 상기 슬리브(120)의 상면과 상기 로터 케이스(320)의 저면 사이의 간격은 외경 방향으로 증가할 수 있으며, 구체적으로 상기 로터케이스(320)의 저면은 외경 방향으로 상향 경사질 수 있다.
여기서, 상기 슬리브(120)의 상면과 상기 로터 케이스(320)의 저면 사이에는 오일 계면(I)이 형성될 수 있으며, 정상상태의 오일 계면(I)을 유지하도록 오일실링부(150)가 형성될 수 있다.
상기 오일 실링부(150)는 모터 구동시 오일가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위해 모세관 현상을 이용한 것으로 상기 슬리브(120)의 상면과 외경 방향으로 상향 경사진 상기 로터 케이스(320)의 저면 사이에 형성될 수 있다.
즉, 상기 오일 실링부(150)는 슬리브(120)의 상면에 대응되는 상기 로터 케이스(320)의 저면이 외경 방향으로 상향 경사지게 형성됨으로써 구비될 수 있다.
여기서, 상기 슬리브(120)의 상면에는 모터 구동시 상기 오일 계면(I)을 내경 방향 내측으로 펌핑하는 스러스트 동압부(160)를 구비할 수 있다.
즉, 상기 스러스트 동압부(160)는 상기 샤프트(110)에 스러스트 동압을 제공할 수 있으며, 상기 오일 계면(I)보다 내경 방향 내측의 상기 로터 케이스(320)의 저면에 형성되어도 무방하다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터 장치를 도시한 개략 단면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 모터 장치를 도시한 개략 단면도이다.
도 3 내지 도 5을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터 장치(400)는 오일 실링부(150)를 제외하고는 상기 일 실시예의 구성 및 효과가 동일하므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 오일 실링부(150)는 모터 구동시 오일가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위해 모세관 현상을 이용한 것으로 상기 로터 케이스(320)의 저면과 축방향 하측으로 테이퍼진 상기 슬리브(120)의 상면 사이에 형성될 수 있다.
즉, 상기 오일 실링부(150)는 상기 로터 케이스(320)의 저면에 대응되는 상기 슬리브(120)의 상면이 외경 방향으로 하향 경사지게 형성됨으로써 구비될 수 있다.
또한, 상기 오일 실링부(150)는 외경 방향으로 상향 경사진 상기 로터 케이스(320)의 저면과 외경 방향으로 하향 경사진 상기 슬리브(120)의 상면 사이에 형성될 수 있다.
또한, 상기 로터 케이스(320)는 상기 슬리브(120)를 수용하는 축방향 하측으로 돌출된 주벽부(326)를 구비할 수 있으며, 상기 오일 실링부(150)는 상기 슬리브(120)의 외주면과 상기 주벽부(326)의 내면 사이에 형성될 수 있다.
즉, 상기 슬리브(120)의 외주면과 대응되는 상기 주벽부(326)의 내주면이 축방향 하측으로 내경이 증가하도록 형성됨으로써 구비될 수 있다.
이상의 실시예를 통해, 상기 래디얼 동압홈(170)이 길이가 다르게 요홈 형성됨으로써 모터 구동시 상기 샤프트(110)에 부상력을 제공할 수 있다.
또한, 상기 슬리브(120)와 상기 로터 케이스(320) 사이에서 오일 계면을 형성하는 오일 실링부(150)가 구비되고, 상기 슬리브(120)의 상면 또는 로터 케이스(320)의 저면 중 적어도 하나에 스러스트 동압부(160)가 형성됨으로써 스러스트 동압을 제공하는 별도의 부재가 요구되지 않아 상기 모터 장치(400)에 제공되는 유체 동압 베어링 어셈블리(100)의 부품수를 줄일 수 있다.
따라서, 조립공정의 단순화를 지향할 수 있고 외력에 의해 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(100)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
100: 유체 동압 베어링 어셈블리 110: 샤프트
120: 슬리브 150: 오일 실링부
160: 스러스트 동압부 170: 래디얼 동압홈
200: 스테이터 300: 로터
320: 로터 케이스 I: 오일 계면

Claims (9)

  1. 축 방향 상부에서 축 방향 하부로 확대되는 축공을 가지는 슬리브;
    상기 슬리브의 상부로 노출되는 동일 직경의 헤드부와 상기 축공에 대응되는 형상의 몸체부를 가지는 샤프트;
    상기 헤드부에 압입되어 상기 샤프트와 연동하여 회전하는 로터 케이스;
    상기 슬리브와 상기 로터 케이스 사이에 내경 방향으로 충진된 오일의 계면이 형성되도록 하며, 상기 슬리브의 상면과 상기 로터 케이스의 저면 사이의 간격이 외경 방향으로 증가되어 형성되는 오일 실링부; 및
    상기 오일 계면보다 내경 방향 내측의 상기 로터 케이스와 상기 슬리브 중 어느 하나에 형성되며, 상기 로터 케이스의 회전 시 상기 오일을 상기 샤프트와 상기 슬리브 사이로 펌핑하는 스러스트 동압부;를 포함하는 모터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오일 실링부는 상기 슬리브의 상면과 외경 방향으로 상향 경사진 상기 로터 케이스의 저면 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 모터 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오일 실링부는 상기 로터 케이스 저면과 외경 방향으로 하향 경사진 상기 슬리브의 상면 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 모터 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오일 실링부는 외경 방향으로 상향 경사진 상기 로터 케이스의 저면과 외경 방향으로 하향 경사진 상기 슬리브의 상면 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 모터 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로터 케이스는 상기 슬리브를 수용하는 축방향 하측으로 돌출된 주벽부를 구비하며,
    상기 오일 실링부는 상기 슬리브의 외주면과 상기 주벽부의 내면 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 모터 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부의 외주면과 상기 슬리브의 내주면 사이에 오일가 충전되어 상기 로터 케이스의 회전시 동압을 발생시키도록 상기 몸체부의 외주면 또는 상기 슬리브의 내주면 중 적어도 하나에 적어도 하나의 래디얼 동압홈이 형성된 것을 특징으로 하는 모터 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 래디얼 동압홈은 상기 몸체부의 외주면 또는 상기 슬리브의 내주면 중 적어도 하나에 축방향 상측 및 하측에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 모터 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 래디얼 동압홈은 상기 오일이 축방향 하측으로 이동하여 부상력이 발생하도록 헤링본 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 모터 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 래디얼 동압홈은 상기 래디얼 동압홈의 중심을 기준으로 길이가 다르게 요홈 형성되는 것을 특징으로 하는 모터 장치.
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