KR101240742B1 - 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터 Download PDF

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KR101240742B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리는 샤프트를 지지하며, 오일이 순환되는 순환홀을 구비하는 슬리브; 상기 샤프트와 결합하며, 상기 오일을 매개로 동압을 발생토록 하는 스러스트 플레이트; 및 상기 슬리브와 결합하여 상기 슬리브의 하단부를 밀폐시키는 베이스 커버;를 포함하며, 상기 스러스트 플레이트의 상면 및 상기 스러스트 플레이트의 상면에 대향 배치되는 대향면 중 적어도 하나에는 반경 방향 내측을 향하여 오일을 펌핑하는 스러스트 동압부가 형성되며, 상기 슬리브의 내주면 및 상기 샤프트의 외주면 중 적어도 하나에는 오일 순환경로가 상기 샤프트의 하단부 측으로부터 상단부 측으로 형성되도록 하는 상측 및 하측 유체 동압부가 형성되고, 상기 스러스트 플레이트와 상기 슬리브는 정지 시 접촉상태를 유지하고, 상기 샤프트는 회전 시 동압에 의해 발생된 축 방향 하측을 향하는 힘에 의해 하강되어 회전되며, 상기 샤프트 회전시 상기 스러스트 플레이트와 상기 베이스 커버 사이에 충진되는 상기 오일의 유출로 인한 기포 발생을 억제하기 위해 상기 오일이 상기 순환홀을 통과하여 상기 스러스트 플레이트와 상기 베이스 커버 사이에 보충되도록 할 수 있다.

Description

베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터{Bearing assembly and motor including the same}
본 발명은 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기록 디스크를 회전시키는 하드 디스크 드라이브(HDD; Hard Disk Drive)에 적용될 수 있는 모터에 관한 것이다.
정보 저장 장치 중 하나인 하드 디스크 드라이브(HDD; Hard Disk Drive)는 기록재생헤드(read/write head)를 사용하여 디스크에 저장된 데이터를 재생하거나, 디스크에 데이터를 기록하는 장치이다.
이러한 하드 디스크 드라이브는 디스크를 구동시킬 수 있는 디스크 구동장치가 필요하며, 상기 디스크 구동장치에는 스핀들 모터가 사용된다.
스핀들 모터는 유체 동압 베어링 어셈블리가 이용되고 있으며, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리의 회전부재 중의 하나인 샤프트와 고정부재 중의 하나인 슬리브 사이에는 오일이 개재되어 상기 오일에서 생기는 유체 압력으로 샤프트를 지지 하게 된다.
상기와 같은 스핀들 모터는 회전부재의 회전을 위해 소정의 부상력을 필요로 하는데, 이 경우 회전부재의 회전을 위해 필요한 부상력 이상의 힘이 발생되어 과부상이 되는 경우를 방지하기 위해 마그네트와 대응되는 영역에 풀링플레이트를 결합하여 부상력을 억제하고 있다.
그러나, 이 경우 공정상의 특성상 샤프트를 중심으로 일정한 풀링력을 제공하는데 한계가 있으며, 이로 인하여 회전부재가 고정부재로부터 편심되어 회전되는 현상을 완벽히 해결하고 있지 못하고 있다.
또한, 회전부재의 과부상을 방지하기 위해 제공되는 풀링플레이트는 외부 충격 등에 의해 베이스로부터 이탈되는 경우가 발생되어 모터의 성능에 치명적인 문제를 제공하였다.
또한, 풀링플레이트의 결합으로 인한 베이스의 두께 감소로 인하여 베이스의 강성에도 영향을 미치게 되었다.
따라서, 기록 디스크 구동장치에 사용되는 스핀들 모터에 있어서 회전부재의 과부상을 억제하여 성능 및 수명을 향상시키는 새로운 축계 구조에 대한 연구가 시급한 실정이다.
본 발명의 목적은 회전부재 회전시 스러스트 플레이트와 베이스 커버 사이의 부압을 방지하여 기포 발생을 억제하고, 회전부재가 하강되어 회전되는 새로운 축계 구조를 채용한 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리는 샤프트를 지지하며, 오일이 순환되는 순환홀을 구비하는 슬리브; 상기 샤프트와 결합하며, 상기 오일을 매개로 동압을 발생토록 하는 스러스트 플레이트; 및 상기 슬리브와 결합하여 상기 슬리브의 하단부를 밀폐시키는 베이스 커버;를 포함하며, 상기 스러스트 플레이트의 상면 및 상기 스러스트 플레이트의 상면에 대향 배치되는 대향면 중 적어도 하나에는 반경 방향 내측을 향하여 오일을 펌핑하는 스러스트 동압부가 형성되며, 상기 슬리브의 내주면 및 상기 샤프트의 외주면 중 적어도 하나에는 오일 순환경로가 상기 샤프트의 하단부 측으로부터 상단부 측으로 형성되도록 하는 상측 및 하측 유체 동압부가 형성되고, 상기 스러스트 플레이트와 상기 슬리브는 정지 시 접촉상태를 유지하고, 상기 샤프트는 회전 시 동압에 의해 발생된 축 방향 하측을 향하는 힘에 의해 하강되어 회전되며, 상기 샤프트 회전시 상기 스러스트 플레이트와 상기 베이스 커버 사이에 충진되는 상기 오일의 유출로 인한 기포 발생을 억제하기 위해 상기 오일이 상기 순환홀을 통과하여 상기 스러스트 플레이트와 상기 베이스 커버 사이에 보충되도록 할 수 있다.
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본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리의 상기 순환홀은 상기 슬리브의 상면과 하면을 연통하며, 상기 스러스트 플레이트의 반경 방향 외측에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리의 상기 샤프트와 상기 스러스트 플레이트는 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터는 베어링 어셈블리; 상기 샤프트와 연동하여 회전하며, 마그네트가 결합되는 허브; 및 상기 슬리브에 결합되어 회전구동력을 발생시키는 코일이 권선되는 코어를 구비하는 베이스;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터의 상기 스러스트 플레이트는 정지시 상기 마그네트의 자기 중심과 상기 코어의 중심과의 위치차이에 의한 자기적 인력에 의해 상기 슬리브와 접촉 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터의 상기 슬리브의 상면과 상기 허브 사이에는 상기 오일의 계면이 형성되도록 하는 오일실링부가 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터의 상기 슬리브의 상면 및 상기 슬리브의 상면과 대면하는 상기 허브의 일면 중 적어도 하나에는 상기 오일을 상기 샤프트와 상기 슬리브 사이로 펌핑하도록 하는 펌핑부가 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터의 상기 슬리브의 상면과 상기 허브 사이의 간격은 반경 방향 외측을 향하여 증가할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터의 상기 슬리브의 상면은 반경 방향 외측을 향하여 하향 경사질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터의 상기 슬리브의 상면과 대면하는 상기 허브의 일면은 반경 방향 외측을 향하여 상향 경사질 수 있다.
본 발명에 따른 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 의하면, 회전부재가 별도의 부재없이 과도하게 하강되어 회전되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 회전부재가 축 중심으로부터 편심되어 회전되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 베어링 스팬 길이의 증가로 인한 베어링 강성이 향상되어 회전 특성이 최대화될 수 있다.
또한, 회전부재 회전시 스러스트 플레이트와 베이스 커버 사이의 부압을 방지하여 기포 발생을 억제하여 성능 및 수명을 최대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리를 포함하는 모터를 도시한 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리에 제공되는 슬리브를 도시한 개략 절개 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리에 제공되는 허브를 도시한 개략 절개 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 모터의 정지 상태를 도시한 개략 단면도.
도 5(a) 및 도 5 (b)는 본 발명에 따른 모터의 정지상태 및 회전 초기 상태를 도시한 것으로, 도 4의 A의 개략 확대 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 베어링 어셈블리를 포함하는 모터를 도시한 개략 단면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리에 제공되는 슬리브를 도시한 개략 절개 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리에 제공되는 허브를 도시한 개략 절개 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 모터(10)는 베어링 어셈블리(100), 마그네트(210)가 결합하는 허브(200) 및 코일(310)이 권선되는 코어(320)를 구비하는 베이스(300)를 포함할 수 있다.
우선, 방향에 대항 용어를 정의하면, 축 방향은 도 1에서 볼 때, 샤프트(110)를 기준으로 상하 방향을 의미할 수 있으며, 반경 방향 외측 또는 내측 방향은 상기 샤프트(110)를 기준으로 허브(210)의 외측단 방향 또는 상기 허브(210)의 외측단을 기준으로 상기 샤프트(110)의 중심 방향을 의미할 수 있다.
베어링 어셈블리(100)는 샤프트(110), 순환홀(125)을 구비하는 슬리브(120), 스러스트 플레이트(130) 및 베이스 커버(140)를 포함할 수 있다.
슬리브(120)는 회전부재의 일 구성인 샤프트(110)를 지지하는 구성요소로, 상기 샤프트(110)의 상단이 축 방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트(110)를 지지할 수 있으며, Cu 또는 Al을 단조하거나, Cu-Fe계 합금 분말 또는 SUS계 분말을 소결하여 형성될 수 있다.
상기 슬리브(120)는 샤프트(110)가 삽입되어 상기 샤프트(110)와 미소 간극을 가지는 축공을 구비할 수 있으며, 상기 미소 간극에는 오일(O)이 충전되어 상기 오일(O)을 매개로한 레디얼 동압에 의해 상기 샤프트(110)를 안정적으로 지지할 수 있다.
이 때, 상기 오일(O)에 의한 레디얼 동압은 슬리브(120)의 내주면에 요홈 형성되는 상측 및 하측 유체 동압부(122, 124)에 의해 발생될 수 있으며, 상기 상측 및 하측 유체 동압부(122, 124)는 헤링본 형상, 스파이럴 형상 또는 나사산(스크류) 형상 중 하나일 수 있다.
다만, 상기 상측 및 하측 유체 동압부(122, 124)는 상기 언급한 바와 같이 슬리브(120)의 내주면에 형성되는 것에 한정되지 않으며, 회전부재인 샤프트(110)의 외주면에 형성되는 것도 가능하고 갯수도 제한이 없다는 것을 밝혀둔다.
또한, 상기 슬리브(120)의 저면에는 후술할 스러스트 플레이트(130) 사이의 간극에 충진되는 오일(O)을 반경 방향 내측으로 펌핑하도록 하여 회전부재인 상기 스러스트 플레이트(130)에 축 방향 하측으로의 스러스트 동압을 발생시키도록 하는 스러스트 동압부(135)가 형성될 수 있다.
즉, 상기 스러스트 플레이트(130)는 코일(310)에 전원이 인가되면, 스러스트 동압부(135)에 의해 상기 스러스트 플레이트(130)와 슬리브(120) 사이에 충진되는 오일(O)을 반경 방향 내측으로 펌핑하여 상기 샤프트(110) 및 상기 스러스트 플레이트(130)를 포함한 회전부재가 하강되어 회전되도록 할 수 있다
여기서, 상기 스러스트 동압부(135)는 상기 상측 및 하측 유체 동압부(122, 124)와 마찬가지로 헤링본 형상, 스파이럴 형상 또는 나산선 형상 중 하나일 수 있다.
다만, 상기 스러스트 동압부(135)는 상기 슬리브(120)의 저면에 형성되는 것에 한정되지 않으며, 회전부재인 스러스트 플레이트(130)의 상면에 형성되어도 무방하다.
상기 스러스트 플레이트(130)는 상기 샤프트(110)와 접착제에 의한 본딩, 용접 또는 압입 등에 의해 결합될 수 있으며, 별도의 부재가 아닌 상기 샤프트(110)와 일체로 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 스러스트 플레이트(130)는 정지시 슬리브(120)의 저면과 접촉상태를 유지할 수 있으며(도 4 참조), 접촉 상태를 유지하는 힘은 코어(320)의 중심(C1, 도 4 참조)과 허브(200)에 결합된 마그네트(210)의 자기 중심(C2, 도 4 참조)과의 높이차에 의해 발생될 수 있다.
이에 대한 자세한 설명은 도 4를 참조로 후술하기로 한다.
상기 슬리브(120)의 축방향 하부에는 간극을 유지한 상태로 상기 슬리브(120)와 결합하며, 상기 간극에는 오일(O)을 수용하는 베이스 커버(140)가 결합될 수 있다.
상기 베이스 커버(140)는 상기 슬리브(120) 사이의 간극에 오일(O)을 수용하여 그 자체로서 상기 샤프트(110)의 하면을 지지하는 베어링으로서의 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 오일(O)은 상기 샤프트(110)와 상기 슬리브(120) 사이의 간극, 후술할 허브(200)와 상기 슬리브(120)의 사이의 간극 및 상기 베이스 커버(140)와 상기 샤프트(210) 및 상기 베이스 커버(140)와 스러스트 플레이트(130) 사이의 간극에 연속적으로 충진되어 전체적으로 풀필(Full-fill)구조를 형성할 수 있다.
또한, 상기 슬리브(120)의 상면과 상기 슬리브(120)의 상면과 대면하는 허브(200) 사이의 간격은 반경 방향 외측을 향하여 증가할 수 있다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 슬리브(120)의 상면은 반경 방향 외측을 향하여 하향 경사질 수 있다.
또한, 도시하진 않았으나 상기 슬리브(120)의 상면과 대면하는 상기 허브(200)의 일면이 반경 방향 외측을 향하여 상향 경사질 수도 있으며, 상기 슬리브(120)의 상면과 상기 허브(200)의 일면이 동시에 경사지게 형성될 수도 있다.
이는 상기 슬리브(120)의 상면과 상기 슬리브(120)의 상면과 대면하는 허브(200) 사이의 간격에 충진되는 오일(O)의 모세관 현상을 이용하여 상기 오일(O)의 누설을 방지하기 위함으로, 상기 오일(O)의 저장공간을 확보하는 동시에 상기 오일(O)의 실링 능력을 극대화할 수 있다.
즉, 상기 슬리브(120)의 상면과 상기 슬리브(120)의 상면과 대면하는 상기 허브(200)의 일면 사이에는 오일(O)의 계면이 형성될 수 있으며, 정상상태의 오일(O)의 계면을 유지하도록 하는 오일 실링부(400)가 구비될 수 있다.
상기 오일 실링부(400)는 상기 슬리브(120)의 상면과 허브(200)의 일면에 의해 형성될 수 있으며, 구체적으로 상기 슬리브(120)의 상면과 허브(200)의 일면 사이의 간격을 의미할 수 있다.
여기서, 상기 베이스 커버(140)와 상기 스러스트 플레이트(130) 사이의 간격은 상기 슬리브(120)의 상면과 허브(200) 사이의 간격보다 크게 형성될 수 있다.
이는 외부 충격 등에 의해 샤프트(110) 및 허브(200)가 축 방향 하측으로 이동하는 경우 슬리브(120)의 상면과 허브(200)가 먼저 접촉하게 되어 상기 스러스트 플레이트(130)가 베이스 커버(140)에 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기 베이스 커버(140)는 외부 충격 등에 의해서도 스러스트 플레이트(130)와 비접촉을 유지할 수 있으므로, 상기 베이스 커버(140)는 접촉에 의한 파손 방지를 위해 필요한 두께가 요구되지 않을 수 있다.
즉, 상기 베이스 커버(140)는 두께를 얇게 한 상태로 상기 슬리브(120)와 결합하여 상기 슬리브(120)의 하부를 밀폐시킬 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따른 모터(10)의 소형화 및 박형화에 있어서, 상대적으로 베이스 커버(140)의 두께를 감소시킬 수 있으므로, 슬리브(120)의 전체 높이를 종래대로 유지시키거나 종래보다 증가시킬 수 있다.
이는, 상측 및 하측 유체 동압부(122, 124)의 꺾인 지점간의 거리, 즉, 베어링 스팬 길이를 증가시킬 수 있으므로 전체적인 베어링 강성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 슬리브(120)는 상면과 하면을 연통하는 순환홀(125)을 구비할 수 있으며, 상기 순환홀(125)에 의해 본 발명에 따른 모터(10)의 내부 압력의 평형을 유지할 수 있다.
또한, 상기 순환홀(125)은 코일(310)에 전원이 인가되어 샤프트(110)를 포함하는 회전부재가 회전을 시작하는 경우 스러스트 플레이트(130)와 베이스 커버(140) 사이에 오일(O)을 보충해줄 수 있다.
다시 말하면, 회전부재가 회전을 시작하면, 슬리브(120)의 저면 및 스러스트 플레이트(130)의 상면 중 적어도 하나에 형성되는 스러스트 동압부(135)에 의해 스러스트 플레이트(130)와 슬리브(120) 사이에 충진되는 오일(O)을 반경 방향 내측으로 펌핑하게 된다.
이러한 펌핑력(F1, 도 5 참조)은 슬리브(120)의 저면과 스러스트 플레이트(130)의 상면과의 간격에 반비례하게 되므로, 본 발명에 따른 모터(10)의 초기 구동시 가장 강한 펌핑력(F1)이 발생되게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 모터(10)의 초기 구동시에는 반경 방향 내측을 향하는 강한 펌핑력(F1)에 의해 스러스트 플레이트(130)와 베이스 커버(140) 사이에 충진되었던 오일(O)이 외측으로 유출될 수 있다.
그러므로, 상기 스러스트 플레이트(130)와 베이스 커버(140) 사이에는 부압이 발생될 수 있으며, 부압 발생으로 인해 기포(bubble)가 발생되어 샤프트(110) 및 스러스트 플레이트(130)를 포함하는 회전부재의 원활한 회전에 문제를 일으킬 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 모터(10)는 스러스트 플레이트(130)의 반경 방향 외측에 형성되는 순환홀(135)에 의해 상기 스러스트 플레이트(130)와 베이스 커버(140) 사이에 오일(O)을 보충해줄 수 있으므로, 초기 구동시의 부압에 의한 기포(bubble) 발생을 미연에 차단할 수 있다.
허브(200)는 샤프트(110)의 상측에 결합되어, 상기 샤프트(110)와 연동하여 회전하는 회전부재로, 코일(310)이 권선되는 코어(320)와 일정 간격을 두고 서로 대면하는 환고리형의 마그네트(210)를 내주면에 구비할 수 있다.
또한, 상기 허브(200)의 내면, 즉, 슬리브(120)의 상면과 대면하는 상기 허브(30)의 일면에는 펌핑부(205)가 형성될 수 있다.
상기 펌핑부(205)는 슬리브(120)의 상면과 허브(200) 사이에 충진되는 오일(O)의 누출을 방지하기 위한 구성요소로, 본 발명에 따른 모터(10)의 회전시 상기 오일(O)을 샤프트(110)와 슬리브(120) 사이로 펌핑할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 모터(10) 회전시 외부 충격 등에 의한 오일(O)의 누출을 방지하여 상기 오일(O)의 적정량을 유지할 수 있으므로, 상기 오일(O)에 의한 동압을 유지하여 베어링 강성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 펌핑부(205)는 도 3에 도시된 바와 같이 스파이럴 형상의 홈일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 헤링본 또는 나사산(스크류) 형상일 수 있다.
베이스(300)는 슬리브(120)와 결합하여 회전부재의 회전을 지지하는 구성요소로, 코일(310)이 권선되는 코어(320)가 결합될 수 있다.
다시 말하면, 상기 베이스(300)는 본 발명에 따른 모터(10)의 축계인 샤프트(110)를 지지하는 슬리브(120)가 결합되도록 삽입공이 형성되는 고정부재일 수 있으며, 전원인가시 일정 크기의 전자기력을 발생시키는 코일(310)이 권선되는 코어(320)가 결합될 수 있다.
따라서, 상기 코일(310)에 전원이 인가되면 마그네트(210)와의 전자기적 상호작용에 의해 회전 구동력이 발생되게 된다.
여기서, 상기 베이스(300)와 상기 슬리브(120) 및 상기 코어(320)의 결합 방식은 접착제에 의한 본딩, 용접 및 압입 중 어느 하나의 방법으로 결합될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 모터의 정지 상태를 도시한 개략 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 모터(10)는 정지시 회전부재인 스러스트 플레이트(130)의 상면과 고정부재인 슬리브(120)의 저면은 접촉상태를 유지할 수 있다.
여기서, 상기 스러스트 플레이트(130)와 슬리브(120)의 접촉 상태를 유지하는 힘은 베이스(300)에 결합된 코어(320)의 중심(C1)과 허브(200)에 결합된 마그네트(210)의 자기 중심(C2)과의 높이차에 의해 형성될 수 있다.
즉, 마그네트(210)의 중심(C2)은 코어(320)의 중심(C1)보다 하측에 배치되어 본 발명에 따른 모터(10)의 구동시 또는 정지시에 항상 축 방향 상측을 향하는 힘(F2)이 발생될 수 있으며, 상기 힘(F2)은 회전부재의 중량보다 크게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 회전부재의 중량은 샤프트(110), 스러스트 플레이트(130), 허브(200) 및 디스크(미도시)와 상기 디스크(미도시)를 고정시키기 위한 클램프(미도시) 등 회전하는 모든 구성요소를 포함하는 개념일 수 있으며, 상기 코어(320)와 상기 마그네트(210) 사이의 자기적 인력의 크기는 상기 코어(320)의 중심(C1)과 상기 마그네트(210)의 중심(C2)과의 거리에 비례하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 모터(10)의 정지시에는 스러스트 플레이트(130)의 상면과 슬리브(120)의 저면이 접촉 상태를 유지하게 되어, 슬리브(120)의 상면과 허브(200)의 저면과의 간극은 회전시에 비해 큰 간극을 형성하게 된다.
또한, 상기 마그네트(210)의 중심(C2)과 상기 코어(320)의 중심(C1)과의 높이차에 의한 자기적 인력은 본 발명에 따른 모터(10)가 회전하는 경우에도 계속적으로 작용할 수 있으며, 상기 자기적 인력에 의한 상기 허브(200)의 축 방향 상측으로의 힘(F2)은 회전부재의 과도한 하강을 방지할 수 있다.
일반적으로, 하드 디스크 드라이브에 제공되는 모터는 회전부재가 축 방향 상측으로 부상하여 회전되며, 부상하여 회전하는 경우 과도한 부상을 방지하기 위해 베이스에 별도의 부재인 풀링플레이트를 결합하게 된다.
이러한 풀링플레이트는 별도의 부재로 형성됨으로 인하여 모터의 단가가 상승되는 원인이 되며, 풀링플레이트를 베이스에 결합하는 경우 베이스에 결합부분을 형성하여야 함으로 베이스의 강성에도 악영향을 미치게 되었다.
그러나, 본 발명에 따른 모터(10)는 샤프트(110)를 포함하는 회전부재의 회전을 부상이 아닌 하강하여 회전되는 구조를 채택하고 있으며, 과도하게 하강되어 회전되는 것을 방지하기 위해 풀링플레이트와 같은 별도의 부재가 요구되지 않는다.
즉, 회전부재의 과도한 하강은 코어(320)의 중심(C1)과 마그네트(210)의 자기 중심(C2)의 위치만으로 이를 해결하고 있으므로, 생산 단가 및 베이스(300) 강성에도 탁월한 효과가 있다.
도 5(a) 및 도 5 (b)는 본 발명에 따른 모터의 정지상태 및 회전 초기 상태를 도시한 것으로, 도 4의 A의 개략 확대 단면도이다.
도 5(a)를 참조하면, 본 발명에 따른 모터(10)가 정지하는 경우에는 도 4를 참조로 설명한 바와 같이 마그네트(210)의 자기 중심(C2)이 코어(320)의 중심(C1)보다 축 방향 하측에 배치되어 상기 마그네트(210)와 코어(320) 사이에 작용하는 자기적 인력에 의해 스러스트 플레이트(130)의 상면과 슬리브(120)의 저면이 접촉 상태를 유지하게 된다.
또한, 슬리브(120)의 상면과 허브(200)의 저면과의 간극은 회전시에 비해 큰 간극을 형성하게 된다.
도 5(b)를 참조하면, 본 발명에 따른 모터(10)는 샤프트(110) 및 스러스트 플레이트(130)를 포함하는 회전부재가 회전되기 위해 외부로부터 코일(310)에 전원이 인가되면, 코일(310)과 마그네트(210)의 전자기적 상호작용에 의해 허브(200)가 회전하게 되며, 이에 따라 허브(200)와 결합된 샤프트(110) 및 스러스트 플레이트(130)도 회전하게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 모터(10)의 회전부재가 하강되어 회전하는 원리에 대해 자세히 살펴보면, 샤프트(110) 및 슬리브(120) 중 적어도 하나에 형성되는 상측 및 하측 유체 동압부(122, 124)에 의해 상기 샤프트(110)는 레디얼 동압을 제공받는 동시에 스러스트 플레이트(130)는 축 방향 하측을 향하는 힘을 받게 된다.
또한, 스러스트 동압부(135)는 스러스트 플레이트(130)와 슬리브(120) 사이에 충진되는 오일(O)을 매개로 반경 방향 내측을 향하는 펌핑력(F1)이 발생시켜, 결국, 스러스트 플레이트(130)는 축 방향 하측을 향하는 스러스트 동압이 발생되게 된다.
따라서, 스러스트 플레이트(130)의 상면은 슬리브(120)의 저면에서 이격되어 회전을 하게 되며, 결국, 회전부재는 하강되어 회전할 수 있는 것이다.
이때, 상기 회전부재가 회전하게 되면, 앞서 언급한 바와 같이 스러스트 플레이트(130)의 상면과 슬리브(120)의 저면은 접촉 상태에서 벗어나 간극을 형성하게 되며, 상기 간극에 충진되는 오일(O)은 스러스트 동압부(130)에 의해 반경 방향 내측으로 펌핑될 수 있다.
이러한 펌핑력(F1)은 본 발명에 따른 모터(10)의 초기 구동시 가장 강하게 발생되게 되며, 이는 상기 펌핑력(F1)이 슬리브(120)의 저면과 스러스트 플레이트(130)의 상면과의 간격에 반비례하게 하기 때문이다.
따라서, 본 발명에 따른 모터(10)의 초기 구동시에는 반경 방향 내측을 향하는 강한 펌핑력(F1)에 의해 스러스트 플레이트(130)와 베이스 커버(140) 사이에 충진되었던 오일(O)은 샤프트(110)와 슬리브(120) 사이의 간극으로 유출(Y)될 수 있다.
상기와 같은 강한 펌핑력(F1)은 스러스트 플레이트(130)와 베이스 커버(140) 사이에 발생되는 부압으로 인하여 기포가 발생될 수 있으며, 스러스트 플레이트(130)를 포함하는 회전부재의 원활한 회전에 문제를 일으킬 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 모터(10)는 회전부재의 초기 회전시 스러스트 플레이트(130)의 반경 방향 외측에 형성되는 순환홀(125)에 의해 상기 스러스트 플레이트(130)와 베이스 커버(140) 사이에 오일(O)을 보충(X)해줄 수 있으므로, 초기 구동시의 부압 발생을 미연에 차단할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 모터(10)는 초기 구동시 부압으로 인한 기포 발생없이 안정적으로 회전될 수 있다.
이후에는 샤프트(110) 및 스러스트 플레이트(130)를 포함하는 회전부재가 안정적인 하강 높이를 유지한 채 회전되게 되며, 상기 회전부재의 과도한 하강은 앞서 언급한 바와 같이 코어(320)의 중심(C1)과 마그네트(210)의 중심(C2)과의 위치 관계, 즉, 상기 마그네트(210)의 중심(C2)이 상기 코어(320)의 중심(C1)보다 낮게 배치되는 구조로 이를 해결할 수 있다.
또한, 상기 마그네트(210)의 중심(C2)이 상기 코어(320)의 중심(C1)보다 낮게 배치되어 축 방향 상측을 향하는 힘(F2)이 상기 마그네트(210)에 전체적으로 작용하므로 베이스(300)를 포함하는 고정부재가 회전부재를 보다 안정적으로 지지할 수 있다.
따라서, 상기 회전부재가 축 중심으로부터 편심되어 회전되는 것을 방지하여 안정적인 모터(10) 구동이 가능해질 수 있다.
이상의 실시예를 통해, 본 발명에 따른 베어링 어셈블리(100) 및 이를 포함하는 모터(10)는 회전부재 회전시 순환홀(125)을 통한 오일(O)의 유입으로 스러스트 플레이트(130)와 베이스 커버(140) 사이의 부압을 방지하여 기포 발생을 억제할 수 있다.
또한, 회전부재가 별도의 부재없이 과도하게 하강되어 회전되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 회전부재가 축 중심으로부터 편심되어 회전되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 베어링 스팬 길이의 증가로 인한 베어링 강성이 향상되어 회전 특성이 최대화될 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
10: 모터 100: 베어링 어셈블리
110: 샤프트 120: 슬리브
125: 순환홀 130: 스러스트 플레이트
140: 베이스 커버 200: 허브
210: 마그네트 300: 베이스
310: 코일 320: 코어

Claims (13)

  1. 샤프트를 지지하며, 오일이 순환되는 순환홀을 구비하는 슬리브;
    상기 샤프트와 결합하며, 상기 오일을 매개로 동압을 발생토록 하는 스러스트 플레이트; 및
    상기 슬리브와 결합하여 상기 슬리브의 하단부를 밀폐시키는 베이스 커버;를 포함하며,
    상기 스러스트 플레이트의 상면 및 상기 스러스트 플레이트의 상면에 대향 배치되는 대향면 중 적어도 하나에는 반경 방향 내측을 향하여 오일을 펌핑하는 스러스트 동압부가 형성되며,
    상기 슬리브의 내주면 및 상기 샤프트의 외주면 중 적어도 하나에는 오일 순환경로가 상기 샤프트의 하단부 측으로부터 상단부 측으로 형성되도록 하는 상측 및 하측 유체 동압부가 형성되고,
    상기 스러스트 플레이트와 상기 슬리브는 정지 시 접촉상태를 유지하고, 상기 샤프트는 회전 시 동압에 의해 발생된 축 방향 하측을 향하는 힘에 의해 하강되어 회전되며,
    상기 샤프트 회전시 상기 스러스트 플레이트와 상기 베이스 커버 사이에 충진되는 상기 오일의 유출로 인한 기포 발생을 억제하기 위해 상기 오일이 상기 순환홀을 통과하여 상기 스러스트 플레이트와 상기 베이스 커버 사이에 보충되도록 하는 베어링 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 순환홀은 상기 슬리브의 상면과 하면을 연통하며, 상기 스러스트 플레이트의 반경 방향 외측에 형성되는 베어링 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트와 상기 스러스트 플레이트는 일체로 형성되는 베어링 어셈블리.
  7. 제1항, 제5항 내지 제6항 중 적어도 한 항에 따른 베어링 어셈블리;
    상기 샤프트와 연동하여 회전하며, 마그네트가 결합되는 허브; 및
    상기 슬리브에 결합되어 회전구동력을 발생시키는 코일이 권선되는 코어를 구비하는 베이스;를 포함하는 모터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스러스트 플레이트는 정지시 상기 마그네트의 자기 중심과 상기 코어의 중심과의 위치차이에 의한 자기적 인력에 의해 상기 슬리브와 접촉 상태를 유지하는 모터.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 슬리브의 상면과 상기 허브 사이에는 상기 오일의 계면이 형성되도록 하는 오일실링부가 구비되는 모터.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 슬리브의 상면 및 상기 슬리브의 상면과 대면하는 상기 허브의 일면 중 적어도 하나에는 상기 오일을 상기 샤프트와 상기 슬리브 사이로 펌핑하도록 하는 펌핑부가 구비되는 모터.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 슬리브의 상면과 상기 허브 사이의 간격은 반경 방향 외측을 향하여 증가하는 모터.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 슬리브의 상면은 반경 방향 외측을 향하여 하향 경사지는 모터.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 슬리브의 상면과 대면하는 상기 허브의 일면은 반경 방향 외측을 향하여 상향 경사지는 모터.
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