KR101275339B1 - 유체 동압 베어링 조립체 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 동압 베어링 조립체 및 이를 포함하는 모터에 관한 것으로서, 고정부재 및 상기 고정부재와의 베어링 간극에 오일이 충진되고, 상기 고정부재에 상대 회전하는 회전부재를 포함하고, 상기 오일의 계면을 형성하도록 상호 마주보는 부재들의 면 중 적어도 일부는 오일의 온도 변화에 따라 상기 오일의 실링력이 향상되도록 마주보는 부재와의 간격이 변하는 형상기억합금 재질로 구비되는 유체 동압 베어링 조립체를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

유체 동압 베어링 조립체 및 이를 포함하는 모터{Hydrodynamic bearing assembly and motor including the same}
본 발명은 유체 동압 베어링 조립체 및 이를 포함하는 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 소형의 모터가 사용된다.
소형의 모터는 유체 동압 베어링 조립체가 이용되고 있으며, 상기 유체 동압 베어링 조립체의 회전부재 중의 하나인 샤프트와 고정부재 중의 하나인 슬리브 사이에는 오일이 개재되어 상기 오일에서 생기는 유체 압력으로 샤프트를 지지하게 된다.
또한, 유체 동압 베어링 조립체를 채용하는 있는 스핀들 모터는 유체의 표면장력 및 모세관 현상을 이용하여 상기 유체의 실링부를 구성하고 있으며, 상기 실링부에 있어서 안정성이라는 측면은 중요한 인자 중 하나이다.
그러나, 모터 구동 및 정지 상태에서 외부충격이 가해지는 경우 윤활 유체 계면을 형성하던 윤활 유체가 외부로 유출되는 현상이 발생하였으며, 결국 윤활 유체 손실이 발생하여 모터의 구동 안정성을 저하시킨다는 문제가 있다.
더욱이, 모터의 정지 상태와 작동 상태는 윤활 유체의 온도에 상당한 차이가 있으며 이는 유체의 점성에 영향을 미치게 되나 이러한 점성 변화를 실링부에 반영할 수 없다는 문제가 있다.

하기의 선행기술문헌에는 스토퍼가 형상기억합금으로 구비되는 것이 개시되나, 스토퍼와 대면하는 부재 간에 오일 계면을 형성하지는 않고 있다.
일본공개특허 JP 1994-034906
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서 오일계면이 형성되는 부분의 부재의 적어도 일부를 형상기억합금으로 하여 윤활유체의 온도 변화에 따라 테이퍼 각을 변경시킴으로써 유체의 실링력을 향상시킬 수 있는 모터를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체는 고정부재; 및 상기 고정부재와의 베어링 간극에 오일이 충진되고, 상기 고정부재에 상대 회전하는 회전부재;를 포함하고, 상기 오일의 계면을 형성하도록 상호 마주보는 부재들의 면 중 적어도 일부는 오일의 온도 변화에 따라 상기 오일의 실링력이 향상되도록 마주보는 부재와의 간격이 변하는 형상기억합금 재질로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체는 샤프트가 회전 가능하게 끼워지도록 구비되는 슬리브; 상기 샤프트의 상단에 구비되고, 축방향 하부로 돌출되는 주벽부를 구비하는 허브; 및 상기 주벽부의 내측에 구비되어 상기 허브의 부상을 제한하고, 내경방향 내측면과 상기 슬리브의 외측면 사이에 오일계면을 형성하는 스토퍼;를 포함하고, 상기 오일계면을 형성하도록 상호 마주보는 상기 주벽부 및 스토퍼 면 중 적어도 일부는 오일의 온도 변화에 따라 상기 오일의 실링력이 향상되도록 마주보는 부재와의 간격이 변하는 형상기억합금 재질로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체는 샤프트가 회전 가능하게 끼워지도록 구비되는 슬리브; 상기 샤프트에 고정되어 상기 슬리브의 상면에 배치되는 스러스트 플레이트; 및 상기 스러스트 플레이트 상부에 배치되며, 상기 스러스트 플레이트 사이에서 오일계면을 형성하여 윤활 유체가 실링되도록 하는 캡부재;를 포함하고, 상기 오일계면을 형성하도록 상호 마주보는 상기 스러스트 플레이트 및 캡부재의 면 중 적어도 일부는 오일의 온도 변화에 따라 상기 오일의 실링력이 향상되도록 마주보는 부재와의 간격이 변하는 형상기억합금 재질로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체에서 상기 형상기억합금 재질은 오일의 온도가 상승함에 따라 마주보는 상대부재와의 간격이 오일방향으로 갈수록 완만하게 작아지도록 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체에서 상기 형상기억합금 재질은 적어도 일 부재에서 상대부재와 마주보는 면에 링 형상으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체에서 상기 스토퍼는 형상기억합금 재질일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체에서 상기 캡부재는 형상기억합금 재질일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 고정부재 및 상기 고정부재와의 간극에 오일이 충진되고 상기 고정부재에 상대 회전하는 회전부재를 포함하고, 상기 오일의 계면을 형성하도록 상호 마주보는 부재들의 면 중 적어도 일부는 오일의 온도 변화에 따라 상기 오일의 실링력이 향상되도록 마주보는 부재와의 간격이 변하는 형상기억합금 재질로 구비되는 유체 동압 베어링 조립체; 상기 고정부재에 결합하며 회전 구동력을 발생시키기 위한 코일이 권선되는 코어를 구비하는 스테이터; 및 상기 스테이터에 대해 회전 가능하도록 상기 회전부재에 고정되며, 상기 코일과 대면하는 마그네트가 일면에 장착되는 허브;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유체 동압 베어링 조립체 및 이를 포함하는 모터에 의하면, 형상기억합금을 이용하여 유체의 누수를 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 도시한 개략 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터에 형상기억합금을 적용하는 예를 보여주는 도 1의 A 부분 확대도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터에서 형상기억합금의 작동을 보여주는 도 1의 A 부분 확대도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터를 도시한 개략 단면도이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터에 형상기억합금을 적용하는 예를 보여주는 도 4의 B 부분 확대도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터에서 형상기억합금의 작동을 보여주는 도 4의 B 부분 확대도이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 도시한 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터에 형상기억합금을 적용하는 예를 보여주는 도 1의 A 부분 확대도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터(400)는 샤프트(110)와 슬리브(120)를 포함하는 유체 동압 베어링 조립체(100), 허브(210)를 포함하는 로터(200) 및 코일(320)이 권선되는 코어(310)를 포함하는 스테이터(300)를 포함할 수 있다.
유체 동압 베어링 조립체(100)는 샤프트(110), 슬리브(120), 스토퍼(190) 및 허브(210)를 포함할 수 있으며, 상기 허브(210)는 후술할 로터(200)를 구성하는 구성인 동시에 상기 유체 동압 베어링 조립체(100)를 구성하는 구성일 수 있다.
우선, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축방향은 도 1에서 볼 때, 상기 샤프트(110)를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 반경방향 외측 및 내측 방향은 상기 샤프트(110)를 기준으로 상기 허브(210)의 외측단 방향 또는 상기 허브(210)의 외측단을 기준으로 상기 샤프트(110)의 중심방향을 의미할 수 있다.
아울러, 이하 설명에서 회전부재는 샤프트(110), 허브(210)를 포함하는 로터(200), 이에 장착되는 마그네트(220) 등을 포함하는 회전하는 부재이며, 고정부재는 상기 회전부재를 제외한 나머지 부재로 슬리브(120), 스테이터(300), 베이스 등 상기 회전부재에 상대적으로 고정되어 있는 부재일 수 있다.
상기 슬리브(120)는 상기 샤프트(110)의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트(110)를 지지할 수 있다. 상기 슬리브(120)는 Cu-Fe계 합금 분말 또는 SUS계 분말을 소결하여 형성될 수 있다.
여기서, 상기 샤프트(110)는 상기 슬리브(120)의 축공과 미소 간극을 가지도록 삽입되어 베어링 간극(C)의 역할을 하고, 상기 베어링 간극에는 오일이 충전되며 상기 샤프트(110)의 외경 및 상기 슬리브(120)의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 래디얼 동압홈(122)에 의해 로터(200)의 회전을 부드럽게 지지할 수 있다.
상기 래디얼 동압홈(122)은 상기 슬리브(120)의 축공의 내부인 상기 슬리브(120)의 내측면에 형성되며, 상기 샤프트(110)의 회전 시에 상기 샤프트(110)가 상기 슬리브(120)와 소정 간격 이격된 상태로 회전할 수 있도록 압력을 형성시키게 된다.
다만, 상기 래디얼 동압홈(122)은 상기 언급한 바와 같이 상기 슬리브(120)의 내측면에 마련되는 것에 한정하지 않으며, 상기 샤프트(110)의 외경부에 마련되는 것도 가능하며, 갯수도 제한이 없다는 것을 밝혀둔다.
상기 래디얼 동압홈(122)은 헤링본 형상, 스파이럴 형상 및 나사선 형상 중 어느 하나일 수 있으며, 래디얼 동압을 발생시키는 형상이라면 그 형상에는 제한이 없다.
상기 슬리브(120)에는 슬리브(120)의 상부와 하부를 연통하도록 형성되는 순환홀(125)을 구비하여, 유체 동압 베어링 조립체(100) 내부의 오일의 압력을 분산시켜 평형을 유지할 수 있도록 할 수 있으며, 상기 유체 동압 베어링 조립체(100) 내부에 존재하는 기포 등을 순환에 의해 배출되도록 이동시킬 수 있다.
여기서, 상기 슬리브(120)의 상단에는 반경방향 외측으로 돌출되는 걸림턱(121)이 구비되어 이하 상술한 스토퍼(190)가 걸림되어 샤프트(110) 및 로터(200)의 부상을 제한하도록 할 수 있다.
또한, 상기 슬리브(120)의 축방향 하부에는 간극을 유지한 상태로 상기 슬리브(120)와 결합하며, 상기 간극에는 오일을 수용하는 베이스 커버(130)가 결합될 수 있다.
상기 베이스 커버(130)는 상기 슬리브(120) 사이의 간극에 오일을 수용하여 그 자체로서 상기 샤프트(110)의 하면을 지지하는 베어링으로서의 기능을 수행할 수 있다.
허브(210)는 샤프트(110)와 결합하며, 상기 샤프트(110)와 연동하여 회전하는 회전부재로 유체 동압 베어링 조립체(100)를 구성하는 구성인 동시에 로터(200)를 구성할 수 있으므로, 이하 로터(200)에서 자세히 설명한다.
로터(200)는 스테이터(300)에 대하여 회전 가능하게 구비되는 회전 구조물이며, 후술할 코어(310)와 일정 간격을 두고 서로 대응되는 환고리형의 마그네트(220)를 외주면에 구비하는 허브(210)를 포함할 수 있다.
다시 말하면, 상기 허브(210)는 상기 샤프트(110)에 결합되어 상기 샤프트(110)와 연동하여 회전하는 회전부재일 수 있다.
여기서, 상기 마그네트(220)는 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정 세기의 자기력을 발생시키는 영구자석으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 허브(210)는 샤프트(110)의 상단에 고정되도록 하는 제1 원통형 벽부(212), 상기 제1 원통형 벽부(212)의 단부로부터 반경방향 외측으로 연장 형성되는 원판부(214), 상기 원판부(214)의 반경방향 외측 단부에서 하향 돌출되는 제2 원통형 벽부(216)를 포함할 수 있으며, 상기 제2 원통형 벽부(216)의 내주면에는 상기 마그네트(220)가 결합될 수 있다.
상기 허브(210)는 상기 슬리브(120)의 상측 외측부와 대응되도록 축방향 하측으로 연장되어 형성되는 주벽부(230)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 주벽부(230)의 내측에는, 상기 허브(210)의 부상을 제한하고, 내경방향 내측면과 상기 슬리브(120)의 외측면 사이에 오일계면을 형성하는 스토퍼(190)를 구비할 수 있다.
또한, 상기 스토퍼(190)의 내주면은 테이퍼지게 형성되어 상기 슬리브(120)의 외측면과의 간격이 축방향 하부로 갈수록 넓어지도록 하여 오일의 실링이 용이하도록 할 수 있다. 또한, 상기 슬리브(120)의 외주면을 테이퍼지도록 형성하여 오일의 실링이 용이하도록 할 수도 있다.
여기서, 상기 오일계면을 형성하도록 상호 마주보는 상기 주벽부(230) 및 스토퍼(190) 면 중 적어도 일부는 형상기억합금 재질로 구비될 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 상기 오일계면을 형성하도록 상호 마주보는 상기 주벽부(230) 및 스토퍼(190) 면 또는 주벽부(230) 및 스토퍼(190) 자체가 형상기억합금 재질로 구비되도록 할 수 있다. 상기 주벽부(230) 및 스토퍼(190) 면에 형상기억합금이 구비되도록 하는 방식으로는 도금을 시행하거나 링 형상의 형상기억합금 부재가 구비되도록 할 수 있다.
상기 주벽부(230) 및 스토퍼(190) 면 중 적어도 일부를 형상기억합금 재질로 구비하면, 모터의 비작동시와 작동시의 윤활유체의 온도차에 따른 점성 차에 의해 실링부에서 실링력이 제대로 발휘되지 않을 수 있는 단점을 해소할 수 있다. 즉, 모터의 작동 시에 윤활유체의 온도가 높아지면 이와 접하거나 인접하는 형상기억합금 재질이 형상을 변경하여 오일계면이 형성되는 부분의 부재 경사도를 변경시켜 윤활유체의 온도에 따른 최적 실링력이 발휘되도록 할 수 있다.
도 2의 (a)에서는 스토퍼(190) 자체가 형상기억합금(191)으로 구비되는 경우를 도시하고 있으며, 도 2의 (b)에서는 스토퍼(190)의 내측면에 형상기억합금(193)이 일부 도금되거나 링 형상으로 구비되어 있는 것을 알 수 있다. 링 형상일 경우에는 스토퍼(190)를 제조하는 과정에서 몰딩할 수 있다. 또는 형상기억합금의 성질을 이용하여 저온 등에서 내측에 끼운 후 상온으로 이동시키면 팽창하여 스토퍼(190)의 내측에 단단히 끼움되도록 할 수 있다.
한편, 상기 주벽부(230)에는 단차부(231)가 구비되어 상기 단차부(231)에 스토퍼(190)가 안착되도록 할 수 있다.
스테이터(300)는 코일(320), 코어(310) 및 베이스 부재(330)를 포함할 수 있다.
다시 말하면, 상기 스테이터(300)는 전원인가 시 일정크기의 전자기력을 발생시키는 코일(320) 및 상기 코일(320)이 권선되는 복수 개의 코어(310)를 구비하는 고정 구조물일 수 있다.
상기 코어(310)는 패턴회로가 인쇄된 인쇄회로기판(미도시)이 구비되는 베이스 부재(330)의 상부에 고정 배치되고, 상기 권선코일(320)과 대응하는 베이스 부재(330)의 상면에는 상기 권선코일(320)을 하부로 노출시키도록 일정크기의 코일공이 복수개 관통형성될 수 있으며, 상기 권선코일(320)은 외부전원이 공급되도록 상기 인쇄회로기판(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 베이스 부재(330)는 상기 슬리브(120)의 외주면이 고정되고, 상기 코일(320)이 권선되는 코어(310)가 삽입될 수 있으며, 상기 베이스 부재(330)의 내면 혹은 상기 슬리브(120)의 외면에 접착제를 도포하여 조립될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터에서 형상기억합금의 작동을 보여주는 도 1의 A 부분 확대도이다.
도 3의 (a)는 모터가 비작동하는 경우로 윤활유체의 온도가 낮은 경우이다. 즉, 형상기억합금 재질의 스토퍼(190) 형상이 변화하지 않은 상태를 도시한 것이다. 이 경우의 스토퍼(190)의 내측면과 슬리브(120)의 외측면이 이루는 각도를 θ1이라고 한다.
그리고, 도 3의 (b)는 모터가 작동하여 윤활유체의 온도가 높아지는 경우이다. 윤활유체의 온도가 높아지면 이와 접하거나 인접하는 스토퍼(190)의 온도도 높아지게 되고 형상기억합금 재질인 스토퍼(190)의 형상이 소정 형상(d1)만큼 변화하게 된다. 이에 본 발명의 일 실시예에서는 스토퍼(190)의 내측 방향으로 테이퍼 각이 변경되도록 형상이 변화되도록 한다. 이때 스토퍼(190)와 슬리브(120)가 이루는 각을 θ2라 한다. 즉, 도 3의 (b)에서와 같이 스토퍼(190)와 슬리브(120)의 간격이 축방향 하부로 갈수록 좁아지도록 할 수 있다. 즉, θ1>θ2 라는 부등식이 성립하게 된다.
이렇게 하면, 모터가 작동하여 윤활유체의 온도가 높아지면 윤활유체의 점성이 낮아지더라도 테이퍼 각이 작아지게 되므로 스토퍼(190)와 슬리브(120) 간의 실링력이 상승하여 유체의 누수를 방지할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터를 도시한 개략 단면도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터에 형상기억합금을 적용하는 예를 보여주는 도 4의 B 부분 확대도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 동압 베어링 조립체(100')를 포함하는 모터(400')는 스러스트 플레이트(130') 및 캡부재(140')를 포함하는 유체 동압 베어링 조립체(100'), 코일(320')이 권선되는 코어(310')를 포함하는 스테이터(300') 및 로터케이스(210')를 포함하는 로터(200')를 포함할 수 있다.
이하 상기 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
유체 동압 베어링 조립체(100')는 샤프트(110'), 슬리브(120'), 스러스트 플레이트(130') 및 캡부재(140')를 포함할 수 있다.
우선, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축방향은 도 4에서 볼 때, 상기 샤프트(110')를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 반경 방향 외측 또는 내측 방향은 상기 샤프트(110')를 기준으로 상기 로터(200')의 외측단 방향 또는 상기 로터(200')의 외측단을 기준으로 상기 샤프트(110')의 중심 방향을 의미한다.
아울러, 이하 설명에서 회전부재는 샤프트(110'), 스러스트 플레이트(130'), 로터케이스(210')를 포함하는 로터(200'), 이에 장착되는 마그네트(220') 등을 포함하는 회전하는 부재이며, 고정부재는 상기 회전부재를 제외한 나머지 부재로 슬리브(120'), 스테이터(300'), 베이스 등 상기 회전부재에 상대적으로 고정되어 있는 부재일 수 있다.
슬리브(120')는 상기 샤프트(110')의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트(110')를 지지할 수 있으며, Cu 또는 Al을 단조하거나, Cu-Fe계 합금 분말 또는 SUS계 분말을 소결하여 형성될 수 있다.
여기서, 상기 샤프트(110')는 상기 슬리브(120')의 축공과 미소 간극을 가지도록 삽입되고, 상기 미소 간극에는 윤활 유체가 충전되며 상기 샤프트(110')의 외경 및 상기 슬리브(120')의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 래디얼 동압홈에 의해 상기 로터(200')의 회전을 더 부드럽게 지지할 수 있다.
상기 래디얼 동압홈은 상기 슬리브(120')의 축공의 내부인 상기 슬리브(120')의 내측면에 형성되며, 상기 샤프트(110')의 회전 시에 상기 샤프트(110')가 상기 슬리브(120')의 내측면과 소정 간격 이격하여 부드럽게 회전하도록 압력을 형성시키게 된다.
다만, 상기 래디얼 동압홈은 상기 언급한 바와 같이 상기 슬리브(120')의 내측면에 마련되는 것에 한정하지 않으며, 상기 샤프트(110')의 외경부에 마련되는 것도 가능하며, 갯수도 제한이 없다는 것을 밝혀둔다.
상기 슬리브(120')에는 슬리브(120')의 상부와 하부를 연통하도록 형성되는 바이패스 채널(125')를 구비하여, 유체 동압 베어링 조립체(100') 내부의 윤활 유체의 압력을 분산시켜 평형을 유지할 수 있도록 할 수 있으며, 상기 유체 동압 베어링 조립체(100') 내부에 존재하는 기포 등을 순환에 의해 배출되도록 이동시킬 수 있다.
여기서, 상기 슬리브(120') 하부에는 간극을 유지한 상태로 상기 슬리브(120')와 결합하며, 상기 간극에는 윤활 유체를 수용하는 커버플레이트(150')가 결합될 수 있다.
상기 커버플레이트(150')는 상기 슬리브(120') 사이의 간극에 윤활 유체를 수용하여 그 자체로서 상기 샤프트(110')의 하면을 지지하는 베어링으로서의 기능을 수행할 수 있다.
한편, 상기 슬리브(120')의 상단에는 이하 설명한 캡부재(140')가 안착되도록 단차진 단턱부(121')가 구비될 수 있다.
또한, 상기 단턱부(121')에서 하측으로 추가로 단턱진 부분에는 스러스트 플레이트(130')가 회전 가능하게 안착될 수 있다.
스러스트 플레이트(130')는 상기 슬리브(120')의 축방향 상부에 배치되며, 중앙에 샤프트(110')의 단면에 상응하는 홀을 구비하여, 이 홀에 상기 샤프트(110')가 삽입될 수 있다.
이때, 상기 스러스트 플레이트(130')는 별도로 제조되어 상기 샤프트(110')와 결합할 수도 있으나, 제조시부터 상기 샤프트(110')와 일체로 형성될 수도 있으며, 상기 샤프트(110')의 회전 운동시 상기 샤프트(110')를 따라 회전 운동하게 된다.
또한, 상기 스러스트 플레이트(130')의 상면에는 상기 샤프트(110')에 스러스트 동압을 제공하는 스러스트 동압홈이 형성될 수 있다.
상기 스러스트 동압홈은 상기 언급한 바와 같이 상기 스러스트 플레이트(130')의 상면에 형성되는 것에 한정하지 않으며 상기 스러스트 플레이트(130')의 하면에 대응되는 슬리브(120')의 상면에도 형성될 수 있다.
캡부재(140')는 상기 스러스트 플레이트(130') 상측에서 상기 슬리브(120')의 단턱부(121')에 압입되어 상기 스러스트 플레이트(130') 사이에서 윤활 유체가 실링되도록 하는 부재이다. 물론, 상기 단턱부(121')는 상기 캡부재(140')가 안착되는 부분이며, 상기 단턱부(121')의 외곽으로 형성되는 기립부(129')에 의해 상기 캡부재(140')의 반경방향 외측단이 압입될 수 있다.
상기 캡부재(140')는 윤활 유체가 실링되도록 하기 위해 상기 스러스트 플레이트(130')와 마주보는 하면이 테이퍼진 형상으로 구비될 수 있으며, 이는 모터 구동시 윤활 유체가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위해 모세관 현상 및 윤활 유체의 표면 장력을 이용한 것이다.
여기서, 상기 오일계면을 형성하도록 상호 마주보는 상기 스러스트 플레이트(130') 및 캡부재(140') 면 중 적어도 일부는 형상기억합금 재질로 구비될 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 상기 오일계면을 형성하도록 상호 마주보는 상기 스러스트 플레이트(130') 및 캡부재(140') 면 또는 스러스트 플레이트(130') 및 캡부재(140') 자체가 형상기억합금 재질로 구비되도록 할 수 있다. 상기 스러스트 플레이트(130') 및 캡부재(140') 면에 형상기억합금이 구비되도록 하는 방식으로는 도금을 시행하거나 링 형상의 형상기억합금 부재가 구비되도록 할 수 있다.
상기 스러스트 플레이트(130') 및 캡부재(140') 면 중 적어도 일부를 형상기억합금 재질로 구비하면, 모터의 비작동시와 작동시의 윤활유체의 온도차에 따른 점성 차에 의해 실링부에서 실링력이 제대로 발휘되지 않을 수 있는 단점을 해소할 수 있다. 즉, 모터의 작동 시에 윤활유체의 온도가 높아지면 이와 접하거나 인접하는 형상기억합금 재질이 형상을 변경하여 오일계면이 형성되는 부분의 부재 경사도를 변경시켜 윤활유체의 온도에 따른 최적 실링력이 발휘되도록 할 수 있다.
도 5의 (a)에서는 캡부재(140') 자체가 형상기억합금(141')으로 구비되는 경우를 도시하고 있으며, 도 5의 (b)에서는 캡부재(140')의 하부면에 형상기억합금(141')이 일부 도금되거나 링 형상으로 구비되어 있는 것을 알 수 있다. 링 형상일 경우에는 캡부재(140')를 제조하는 과정에서 몰딩할 수 있다. 또는 형상기억합금의 성질을 이용하여 저온 등에서 내측에 끼운 후 상온으로 이동시키면 팽창하여 캡부재(140')의 하측에 단단히 끼움되도록 할 수 있다. 아울러, 캡부재(140')의 하측으로 형상기억합금(141')의 고정이 용이하므로 단순히 접착제나 압입 방식 등으로 고정할 수 있다.
스테이터(300')는 코일(320'), 코어(330') 및 베이스 부재(310')를 포함할 수 있다.
다시 말하면, 상기 스테이터(300')는 전원인가 시 일정크기의 전자기력을 발생시키는 코일(320') 및 상기 코일(320')이 권선되는 복수 개의 코어(330')를 구비하는 고정 구조물일 수 있다.
상기 코어(330')는 패턴회로가 인쇄된 인쇄회로기판(미도시)이 구비되는 베이스 부재(310')의 상부에 고정 배치되고, 상기 권선코일(320')과 대응하는 베이스 부재(310')의 상부면에는 상기 권선코일(320')을 하부로 노출시키도록 일정크기의 코일공이 복수개 관통형성될 수 있으며, 상기 권선코일(320')은 외부전원이 공급되도록 상기 인쇄회로기판(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 베이스 부재(310')는 상기 슬리브(120')의 외주면이 압입되어 고정되고, 상기 코일(320')이 권선되는 코어(330')가 삽입될 수 있으며, 상기 베이스 부재(310')의 내면 혹은 상기 슬리브(120')의 외면에 접착제를 도포하여 조립될 수 있다.
로터(200')는 상기 스테이터(300')에 대하여 회전 가능하게 구비되는 회전 구조물이며, 상기 코어(330')와 일정 간격을 두고 서로 대응되는 환고리형의 마그네트(220')를 외주면에 구비하는 로터 케이스(210')를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 마그네트(220')는 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정 세기의 자기력을 발생시키는 영구자석으로 구비된다.
여기서, 상기 로터 케이스(210')는 샤프트(110')의 상단에 압입되어 고정되도록 하는 허브베이스(212') 및 상기 허브베이스(212')에서 외경방향으로 연장되고 축방향 하측으로 절곡되어 상기 마그네트(220')를 지지하는 마그네트 지지부(214')로 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터에서 형상기억합금의 작동을 보여주는 도 4의 B 부분 확대도이다.
도 6의 (a)는 모터가 비작동하는 경우로 윤활유체의 온도가 낮은 경우이다. 즉, 형상기억합금 재질의 캡부재(140) 형상이 변화하지 않은 상태를 도시한 것이다. 이 경우의 캡부재(140)의 하부면과 스러스트 플레이트(130')의 상부면이 이루는 각도를 θ3라고 한다.
그리고, 도 6의 (b)는 모터가 작동하여 윤활유체의 온도가 높아지는 경우이다. 윤활유체의 온도가 높아지면 이와 접하거나 인접하는 캡부재(140')의 온도도 높아지게 되고 형상기억합금 재질인 캡부재(140')의 형상이 소정 형상(d2)만큼 변화하게 된다. 이에 본 발명의 다른 실시예에서는 캡부재(140')의 내측 방향으로 테이퍼 각이 변경되도록 형상이 변화되도록 한다. 이때 이루는 각을 θ4라고 한다. 즉, 도 6의 (b)에서와 같이 캡부재(140')와 스러스트 플레이트(130')의 간격이 모터의 작동 전보다 작동 후에 반경 방향 내측으로 갈수록 좁아지게 된다. 즉, θ3>θ4 라는 부등식이 성립하게 된다.
이렇게 하면, 모터가 작동하여 윤활유체의 온도가 높아지면 윤활유체의 점성이 낮아지더라도 테이퍼 각이 작아지게 되므로 스토퍼(190)와 슬리브(120) 간의 실링력이 상승하여 유체의 누수를 방지할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 유체 동압 베어링 조립체 구조를 이용하는 모터에 있어서, 기액계면을 형성하는 부재 중 적어도 일부에 형상기억합금 재질을 이용하여 모터의 작동과 비작동시에 발생하는 윤활유체의 온도차에 따라 기액계면이 형성되는 부분의 경사각을 변경하여 실링력이 일정 또는 향상되게 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 축(샤프트)가 로터와 함께 회전하는 구조를 예시로 제시하였으나, 이에 한정하지 않으며 축(샤프트)가 고정되고 슬리브가 로터와 함께 회전하는 구조의 모터도 본 발명의 실시에 포함될 수 있다.
100: 유체 동압 베어링 조립체 110: 샤프트
120: 슬리브 130: 커버플레이트
190: 스토퍼 200: 로터
210: 허브 230: 주벽부
300: 스테이터 310: 코어
320: 코일 330: 베이스 부재
400: 모터

Claims (8)

  1. 고정부재; 및
    상기 고정부재와의 베어링 간극에 오일이 충진되고, 상기 고정부재에 상대 회전하는 회전부재;를 포함하고,
    상기 오일의 계면을 형성하도록 상호 마주보는 부재들의 면 중 적어도 일부는 오일의 온도 변화에 따라 상기 오일의 실링력이 향상되도록 마주보는 부재와의 간격이 변하는 형상기억합금 재질로 구비되는 유체 동압 베어링 조립체.
  2. 샤프트가 회전 가능하게 끼워지도록 구비되는 슬리브;
    상기 샤프트의 상단에 구비되고, 축방향 하부로 돌출되는 주벽부를 구비하는 허브; 및
    상기 주벽부의 내측에 구비되어 상기 허브의 부상을 제한하고, 내경방향 내측면과 상기 슬리브의 외측면 사이에 오일계면을 형성하는 스토퍼;를 포함하고,
    상기 오일계면을 형성하도록 상호 마주보는 상기 주벽부 및 스토퍼 면 중 적어도 일부는 오일의 온도 변화에 따라 상기 오일의 실링력이 향상되도록 마주보는 부재와의 간격이 변하는 형상기억합금 재질로 구비되는 유체 동압 베어링 조립체.
  3. 샤프트가 회전 가능하게 끼워지도록 구비되는 슬리브;
    상기 샤프트에 고정되어 상기 슬리브의 상면에 배치되는 스러스트 플레이트; 및
    상기 스러스트 플레이트 상부에 배치되며, 상기 스러스트 플레이트 사이에서 오일계면을 형성하여 윤활 유체가 실링되도록 하는 캡부재;를 포함하고,
    상기 오일계면을 형성하도록 상호 마주보는 상기 스러스트 플레이트 및 캡부재의 면 중 적어도 일부는 오일의 온도 변화에 따라 상기 오일의 실링력이 향상되도록 마주보는 부재와의 간격이 변하는 형상기억합금 재질로 구비되는 유체 동압 베어링 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형상기억합금 재질은 오일의 온도가 상승함에 따라 마주보는 상대부재와의 간격이 오일방향으로 갈수록 완만하게 작아지도록 변경되는 유체 동압 베어링 조립체.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형상기억합금 재질은 적어도 일 부재에서 상대부재와 마주보는 면에 링 형상으로 구비되는 유체 동압 베어링 조립체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 스토퍼는 형상기억합금 재질인 유체 동압 베어링 조립체.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 캡부재는 형상기억합금 재질인 유체 동압 베어링 조립체.
  8. 고정부재 및 상기 고정부재와의 간극에 오일이 충진되고 상기 고정부재에 상대 회전하는 회전부재를 포함하고, 상기 오일의 계면을 형성하도록 상호 마주보는 부재들의 면 중 적어도 일부는 오일의 온도 변화에 따라 상기 오일의 실링력이 향상되도록 마주보는 부재와의 간격이 변하는 형상기억합금 재질로 구비되는 유체 동압 베어링 조립체;
    상기 고정부재에 결합하며 회전 구동력을 발생시키기 위한 코일이 권선되는 코어를 구비하는 스테이터; 및
    상기 스테이터에 대해 회전 가능하도록 상기 회전부재에 고정되며, 상기 코일과 대면하는 마그네트가 일면에 장착되는 허브;를 포함하는 모터.
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KR20100103201A (ko) * 2009-03-13 2010-09-27 삼성전기주식회사 스핀들모터
KR20110081576A (ko) * 2010-01-08 2011-07-14 삼성전기주식회사 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터

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