KR101275334B1 - 모터용 로터 어셈블리 및 이를 구비하는 스핀들 모터 - Google Patents

모터용 로터 어셈블리 및 이를 구비하는 스핀들 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터용 로터 어셈블리 및 이를 구비하는 스핀들 모터에 관한 것으로서, 샤프트에 고정되는 로터 허브, 상기 로터 허브에서 외경 방향으로 연장되는 로터 연장부 및 상기 연장부에서 축방향 하측으로 연장되는 마그넷 결합부를 포함하는 로터 케이스; 및 상기 마그넷 결합부의 내측에 구비되는 마그넷;을 포함하고, 상기 마그넷의 외경 방향 두께는 상기 로터 케이스의 회전 중심에서 상기 로터 케이스의 외경 방향 끝단까지의 거리의 8.5~20% 비율로 구비되는 모터용 로터 어셈블리를 포함할 수 있다.

Description

모터용 로터 어셈블리 및 이를 구비하는 스핀들 모터{Rotor Assembly and Spindle Motor including the same}
본 발명은 모터용 로터 어셈블리 및 이를 구비하는 스핀들 모터에 관한 것이다.
일반적으로 디스크 드라이브 내에 설치되는 스핀들 모터(spindle motor)는 광픽업 기구가 디스크에 기록된 데이터를 읽을 수 있도록 디스크를 회전시키는 기능을 한다.
한편, 디스크 드라이브는 언제 어디서나 휴대할 수 있고, 사용할 수 있는 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 멀티미디어 디바이스에 사용되며, 이에 따라 제조사는 휴대용 멀티미디어 디바이스의 소형화 추세에 따라 디스크 드라이브의 박형화를 이루고자 한다.
그리고, 디스크 드라이브에 설치되는 현재 대부분의 스핀들 모터에서의 스테이터 코어는 그 위에 코일을 권선하고, 권선된 코일에 전류를 흘려 발생하는 전자기력을 스핀들 모터의 회전 토오크 발생원으로 삼고 있다.
나아가, 상기한 디스크 드라이브의 박형화를 위해 제조사에서는 스핀들 모터를 박형화하고자 한다. 이에 따라 스핀들 모터의 박형화를 이룰 수 있는 스핀들 모터를 구성하는 부품, 예를 들어 스테이터와 로터의 박형화 기술이 절실히 필요한 실정이다.
한편, 스핀들 모터에서 로터에 구비되어 상기 스테이터 코어와 상호작용하여 로터에 회전동력을 제공하는 마그넷의 재질로 네오디움(Neodium) 재질이 주로 사용된다. 하지만, 최근 네요디움 마그넷의 수요 증가와 희토류 규제에 의해 원자재 가격이 상승하여 마그넷의 가격이 상승함에 따라 모터의 단가가 상승하는 문제점이 발생하고 있어 종래 마그넷의 재질인 네오디움을 대체할 수 있는 재질이 요구되는 실정이다.
하기의 특허문헌은 스핀들 모터에 관한 것으로서, 폐라이트 자석을 이용한 마그네트를 개시하나, 이의 반경방향 두께와 관련된 설명은 개시되어 있지 않습니다.
한국공개특허 KR 2006-0025730
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 네오디움 재질의 마그넷보다 자력이 약한 페라이트(Ferrite) 또는 사마륨코발트(SmCo) 재질의 마그넷을 사용하면서도 모터의 성능은 저하되지 않도록 하는 스핀들 모터를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터 어셈블리는 샤프트에 고정되는 로터 허브, 상기 로터 허브에서 외경 방향으로 연장되는 로터 연장부 및 상기 연장부에서 축방향 하측으로 연장되는 마그넷 결합부를 포함하는 로터 케이스; 및 상기 마그넷 결합부의 내측에 구비되는 마그넷;을 포함하고, 상기 마그넷의 외경 방향 두께는 상기 로터 케이스의 회전 중심에서 상기 로터 케이스의 외경 방향 끝단까지의 거리의 8.5~20% 비율로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터 어셈블리에서 상기 마그넷은 페라이트(Ferrite) 및 사마륨코발트(SmCo) 중 적어도 어느 하나의 재질일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터 어셈블리에서 상기 마그넷은 상기 마그넷 결합부의 내측에 환고리형으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터는 샤프트의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트를 지지하는 슬리브; 상기 샤프트에 고정되는 로터 허브와 상기 로터 허브에서 외경 방향으로 연장되는 로터 연장부와 상기 연장부에서 축방향 하측으로 연장되는 마그넷 결합부를 포함하는 로터 케이스 및 상기 마그넷 결합부의 내측에 구비되는 마그넷을 포함하고, 상기 마그넷의 외경 방향 두께는 상기 로터 케이스의 회전 중심에서 상기 로터 케이스의 외경 방향 끝단까지의 거리의 8.5~20% 비율로 구비되는 모터용 로터 어셈블리; 및 상기 슬리브의 외주면에 직접 또는 간접적으로 결합되며 회전 구동력을 발생시키기 위한 코일이 권선되는 코어를 구비하는 스테이터;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 마그넷은 페라이트(Ferrite) 및 사마륨코발트(SmCo) 중 적어도 어느 하나의 재질일 수 있다.
본 발명은 네오디움 재질의 마그넷보다 자력이 약한 페라이트(Ferrite) 또는 사마륨코발트(SmCo) 재질의 마그넷을 사용하여 모터의 제작 비용을 절감할 수 있다.
또한, 페라이트(Ferrite) 또는 사마륨코발트(SmCo) 재질의 마그넷을 사용하면서도 모터의 성능은 저하되지 않도록 하는 스핀들 모터를 제공할 수 있다.
또한, 별도로 로터 케이스의 외경을 증가하지 않더라도 페라이트(Ferrite) 또는 사마륨코발트(SmCo) 재질의 마그넷의 외경 방향 두께를 늘려 자력을 충분히 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터를 도시한 개략 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 어셈블리를 도시한 개략 단면도이다.
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 제안한 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 로터 어셈블리를 구비하는 스핀들 모터에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터를 도시한 개략 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터(10)는 스테이터(20)와, 로터(40)로 이루어진다.
먼저, 방향에 대해 정의하면 외경 방향은 모터의 회전 중심과 모터의 외측단의 사이 방향을 의미할 수 있으며, 외경 방향 외측은 모터의 회전 중심에서 모터의 외측단 방향을, 외경 방향 내측은 모터의 외측단 방향에서 모터의 회전 중심 방향을 의미할 수 있다. 즉, 도 1의 도시에서 로터 케이스(50)를 기준으로 로터 허브(52)에서 마그넷 결합부(54) 방향은 외경 방향 외측을 의미할 수 있다. 다만, 이는 회전축에 수직한 방향을 의미할 수 있다.
또한, 축방향은 도 1의 도시에서 샤프트의 방향을 의미할 수 있으며, 축방향 상측은 도 1의 도시에서 샤프트의 상부 방향을, 축방향 하측은 도 1의 도시에서 샤프트의 하부 방향을 의미할 수 있다.
스테이터(20)는 회전하는 구성요소를 제외한 모든 고정된 구성요소를 의미하는 것으로, 인쇄회로기판(21)이 설치되는 베이스 플레이트(22), 슬리브(23)와 슬리브 홀더(24) 및 커버부재(26)로 구성된 고정부재(25), 고정부재(25)에 고정 설치되는 스테이터 코어(100)를 포함한다. 한편, 상기 고정부재(25)는 모터의 베이스를 구성하는 베이스 플레이트(22)를 더 포함할 수 있으며, 상기 베이스 플레이트(22)의 상부에는 회로기판(21)이 구비될 수 있다.
로터(40)는 스테이터 코어(100)와 대응하는 환고리형 마그넷(42)을 외주부에 구비하는 컵상의 로터 케이스(50)를 구비하며, 마그넷(42)은 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정세기의 자기력을 발생하는 영구자석이다.
슬리브(23)는 샤프트(44)의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트(44)를 지지하는 부재이다. 상기 슬리브(23)는 Cu 또는 Al을 단조하거나, Cu-Fe계 합금 분말 또는 SUS계 분말을 소결하여 형성될 수 있다.
여기서, 상기 샤프트(44)는 상기 슬리브(23)의 축공(23a)과 미소 간극을 가지도록 삽입되고, 상기 미소 간극에는 윤활 유체가 충전되며 상기 샤프트(44)의 외경 및 상기 슬리브(23)의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 래디얼 동압홈에 의해 상기 로터(40)의 회전을 더 부드럽게 지지할 수 있다.
상기 래디얼 동압홈은 상기 슬리브(23)의 축공(23a)의 내부인 상기 슬리브(23)의 내측면에 형성되며, 상기 샤프트(44)의 회전 시에 한쪽으로 편향되도록 압력을 형성시키게 된다.
다만, 상기 래디얼 동압홈은 상기 언급한 바와 같이 상기 슬리브(23)의 내측면에 마련되는 것에 한정하지 않으며, 상기 샤프트(44)의 외경부에 마련되는 것도 가능하며, 갯수도 제한이 없다는 것을 밝혀둔다.
상기 슬리브(23)에는 슬리브(23)의 상부와 하부를 연통하도록 형성되는 바이패스 채널(미도시)를 구비하여, 유체 동압 베어링 어셈블리 내부의 윤활 유체의 압력을 분산시켜 평형을 유지할 수 있도록 할 수 있으며, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리 내부에 존재하는 기포 등을 순환에 의해 배출되도록 이동시킬 수 있다.
한편, 상기 슬리브(23)의 외주에는 상기 슬리브(23)를 내부에 고정되도록 수용하는 홀더(24)가 구비될 수 있다.
상기 홀더(24)의 축방향 하부에는 상부에 샤프트(44)의 하단이 안착된 상태로 상기 홀더(24)와 결합하며, 상부에 윤활 유체를 수용하는 커버 부재(26)가 결합될 수 있다. 물론, 상기 샤프트(44)가 회전하게 되면 상기 샤프트(44)는 상기 커버 부재(26)에서 부상할 수 있다.
상기 커버 부재(26)는 상부에 윤활 유체를 수용하여 그 자체로서 상기 샤프트(110)의 하면을 지지하는 베어링으로서의 기능을 수행할 수 있다.
나아가, 상기 슬리브(23)의 하부에는 상기 홀더(24) 또는 커버 부재(26)에 결합되는 스토퍼(27)가 구비될 수 있다. 상기 스토퍼(27)는 환고리형으로 구비되어 상기 샤프트(44)의 하단 측에 샤프트(44)의 내경으로 형성되는 인입부(44a)에 걸림되도록 할 수 있다. 상기 스토퍼(27)는 상기 샤트프(44)의 과부상을 제한하여 궁극적으로 상기 로터(40)의 부상을 제한할 수 있다.
로터 케이스(50)는 샤프트(44)에 압입되어 체결되는 로터 허브(52)와 상기 로터 허브(52)에서 반경방향 외측으로 연장되는 연장부(56) 및 환고리형의 마그넷(42)을 내부면에 배치하는 마그넷 결합부(54)를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 로터 케이스(50)는 샤프트(44)에 고정되는 로터 허브(52), 상기 로터 허브(52)에서 외경 방향으로 연장되는 로터 연장부(56) 및 상기 연장부(56)에서 축방향 하측으로 연장되는 마그넷 결합부(54)를 포함할 수 있다. 이의 구조에 대해서는 이하 도 2를 참조하여 더욱 자세히 상술하기로 한다.
한편, 환고리형의 마그넷(42)과 스테이터 코어(100)에 권취되는 코일(110)의 전자기적 상호 작용으로 로터(40)가 회전하게 되며, 다시 말해, 로터(40)의 로터 케이스(50)가 회전하면 로터 케이스(50)와 연동하는 샤프트(44)가 회전하는 구조로 이루어진다.
여기서, 상기 마그넷(42)은 페라이트(Ferrite) 및 사마륨코발트(SmCo) 중 적어도 어느 하나의 재질로 구비될 수 있다. 이와 관련해서는 이하 도 2를 참조하여 상술하기로 한다.
스테이터 코어(100)는 상기한 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터 코어(100)에 대한 설명에서 자세하게 설명한 바와 같이 코어백(120)과, 티스부(140)를 포함한다.
코어백(120)은 고정부재(25)에 압입되어 고정되도록 개구가 형성된다. 고정부재(25)가 압입되는 개구는 일예로서 코어백(120)의 중앙에 배치될 수 있으며, 코어백(120)은 고리 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 한편, 도면의 도시에서는 상기 코어백(120)이 고정부재(25) 중 홀더(24)에 고정되는 형상으로 개시되었으나, 상기 코어백(120)은 상기 슬리브(23)의 외주면에 고정될 수 있다.
티스부(140)는 코어백(120)에서 외경 방향 외측으로 복수 개가 돌출될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 어셈블리를 도시한 개략 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터(40, 이하, '로터 어셈블리'라는 용어도 겸용하기로 한다)에서 마그넷(42)의 외경 방향 두께(B)는 상기 로터 케이스(50)의 회전 중심(회전축, X)에서 상기 로터 케이스(50)의 외경 방향 끝단까지의 거리(A)의 8.5~20% 비율로 구비될 수 있다.
스핀들 모터에 네오디움(Neodium) 마그넷을 사용하는 경우에는 네오디움 마그넷의 자력이 강하므로 통상 마그넷의 외경 방향 두께는 로터 케이스의 회전 중심에서 상기 로터 케이스의 외경 방향 끝단까지의 거리의 7.5~8%를 사용할 수 있다.
본 발명에서는 상기 네오디움(Neodium) 마그넷보다 자력이 다소 약한 페라이트(Ferrite) 및 사마륨코발트(SmCo) 중 적어도 어느 하나의 재질을 사용할 수 있다. 즉, 페라이트 또는 사마륨코발트를 마그넷의 재질로 사용할 수 있으며, 이들이 혼합된 것도 사용이 가능하다.
한편, 마그넷의 재질을 페라이트 또는 사마륨코발트 등 네오디움보다 자력이 약한 것을 사용하는 경우에는 인덕턴스(inductance)를 더 확보하기 위해 스테이터 코어에 코일이 권선되는 공간을 더 확보하기 위해 마그넷의 외경 방향 두께를 줄이고 스테이터 코어의 외경방향 길이를 길게 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 마그넷(42)의 외경 방향 두께(B)가 로터 케이스(50)의 회전 중심에서 상기 로터 케이스(50)의 외경 방향 끝단까지의 거리(A)의 8.5~20% 비율로 구비하고, 네오디움(Neodium) 마그넷보다 자력이 다소 약한 페라이트(Ferrite) 및 사마륨코발트(SmCo) 중 적어도 어느 하나의 재질을 사용하더라도 네오디움 마그넷을 사용하는 경우보다 모터의 성능이 좋은 것을 제공할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 사용하는 경우에는 마그넷 표면 자속이 마그넷의 두께 증가에 의해 충분히 확보되고, 자력이 확보됨에 따라 회전 강성이 좋아져서 모터에서 발생하는 소음 및 진동이 감소할 수 있으며, 자력이 확보됨에 따라 가속 성능이 좋아질 수 있다.
10 : 모터
20 : 스테이터
40 : 로터
100 : 스테이터 코어
120 : 코어백
140 : 티스부

Claims (5)

  1. 샤프트에 고정되는 로터 허브, 상기 로터 허브에서 외경 방향으로 연장되는 로터 연장부 및 상기 연장부에서 축방향 하측으로 연장되는 마그넷 결합부를 포함하는 로터 케이스; 및
    상기 마그넷 결합부의 내측에 구비되는 마그넷;을 포함하고,
    상기 마그넷의 외경 방향 두께는 상기 로터 케이스의 회전 중심에서 상기 로터 케이스의 외경 방향 끝단까지의 거리의 8.5~20% 비율로 구비되는 모터용 로터 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마그넷은 페라이트(Ferrite) 및 사마륨코발트(SmCo) 중 적어도 어느 하나의 재질인 모터용 로터 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마그넷은 상기 마그넷 결합부의 내측에 환고리형으로 구비되는 모터용 로터 어셈블리.
  4. 샤프트의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트를 지지하는 슬리브;
    상기 샤프트에 고정되는 로터 허브와 상기 로터 허브에서 외경 방향으로 연장되는 로터 연장부와 상기 연장부에서 축방향 하측으로 연장되는 마그넷 결합부를 포함하는 로터 케이스 및 상기 마그넷 결합부의 내측에 구비되는 마그넷을 포함하고, 상기 마그넷의 외경 방향 두께는 상기 로터 케이스의 회전 중심에서 상기 로터 케이스의 외경 방향 끝단까지의 거리의 8.5~20% 비율로 구비되는 모터용 로터 어셈블리; 및
    상기 슬리브의 외주면에 직접 또는 간접적으로 결합되며 회전 구동력을 발생시키기 위한 코일이 권선되는 코어를 구비하는 스테이터;를 포함하는 스핀들 모터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마그넷은 페라이트(Ferrite) 및 사마륨코발트(SmCo) 중 적어도 어느 하나의 재질인 스핀들 모터.
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