KR19990027969A - 유체동압 베어링장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축과 슬리브의 사이 간격이 일정속도 이상에서 원하는 방향으로 편심되도록 슬리브의 외주면에 전자석을 이용한 편심수단을 설치함으로써, 오일의 압력발생률이 증가되고 고속에서 동특성이 향상되는 유체동압 베어링장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 축과의 사이에 오일이 충진되어 상기 축이 회전되는 동안 동압이 발생되도록 안내하는 슬리브; 상기 슬리브의 외주면에 방사상으로 다수개 구비되어 전원이 인가되면 전자기력을 발생시키는 전자석; 상기 전자석과 슬리브를 감싼 상태로 구비되며 열경화성수지가 충진되어 경화되면 상기 전자석과 슬리브가 내부에 고정되는 지그; 그리고 상기 슬리브와 축 사이의 편심량이 감소될 때 상기 각 전자석 마다 전원을 선택적으로 인가하여 상기 축이 전자기력에 의해 원하는 방향으로 당겨져 강제로 편심 되도록하는 제어기를 구비하는 특징이 있다.

Description

유체동압 베어링장치 및 그 제조방법

본 발명은 유체동압 베어링장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬리브의 외주면에 전자석을 이용한 편심수단이 열경화성수지에 의해 고정 설치되도록 함으로서, 축과 슬리브 사이의 간격이 일정속도 이상에서 원하는 방향으로 편심됨으로 축이 고속으로 회전될 때 오일 훨 현상이 감소되고 또한 저진동 저소음의 동특성이 향상되는 유체동압 베어링장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 스핀들모터에 사용되는 유체동압베어링은 축과 이를 회전지지하는 슬리브의 사이에 동압을 발생시키는 오일이 충진된다. 도 1은 종래 스핀들 모터의 단면도 로서, 하우징(1)의 상부 중앙에 슬리브(1a)가 억지끼움식으로 조립되고 슬리브(1a)의 내부에 축(2)이 회전 가능한 상태로 구비된다. 그리고 하우징(1)의 상부 외주연에 스테이터를 구성하는 코어(1b)가 구비되며 축(2)의 상단에는 캡 형태의 로터(3)가 구비된다. 로터(3)는 내주연에 코어(1b)를 감싸는 자성체(3a)가 구비되며 코어(1b)에 권회된 코일(1c)에 전원이 인가되면 자성체(3a)에 자기력이 발생되고 로터(3)가 축(2)을 중심으로 회전된다.

이처럼 구성된 종래의 스핀들모터는 축(2)이 고속으로 회전되면 슬리브(1a)와의 사이에 충진된 오일에 압력이 발생된다. 따라서 축(2)이 회전 반경반향으로 회전지지 되며 또한 축(2)이 회전되는 동안 로터(3)의 상부에 놓인 디스크가 함께 회전되면서 디스크의 정보가 재생된다.

그러나 유체동압 베어링의 경우 오일 훨(Oil whirl) 이라는 불안정 현상이 저속에서 발생하는 단점이 있다. 오일 훨 현상은 슬리브(1a)와 축(2) 간의 베어링 편심률이 일정 속도 이상에서 점점 감소하면서 시작된다. 이는 속도의 증가에 따라 좀머펠트 수(sommer felt number)의 감소로 베어링 편심률(eccentricity)이 점점 작아지기 때문이다. 이러한 현상은 축(2)을 따라 회전하는 오일이 일정한 속도 분포를 갖기 때문에 발생하는데 일반적으로 축(2)의 외주면에 동압발생홈이 없는 진원형의 유체동압 베어링에서 주로 발생된다. 따라서 고속에서 저진동, 저소음의 동특성이 저하되는 등의 단점이 있다.

본 발명은 종래의 여러 가지 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 축과 슬리브의 사이 간격이 일정속도 이상에서 원하는 방향으로 편심되도록 슬리브의 외주면에 전자석을 이용한 편심수단을 설치함으로써, 오일의 압력발생률이 증가되고 고속에서 동특성이 향상되는 유체동압 베어링장치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 축과의 사이에 오일이 충진되어 상기 축이 회전되는 동안 동압이 발생되도록 안내하는 슬리브; 상기 슬리브의 외주면에 방사상으로 다수개 구비되어 전원이 인가되면 전자기력을 발생시키는 전자석; 상기 전자석과 슬리브를 감싼 상태로 구비되며 열경화성수지가 충진되어 경화되면 상기 전자석과 슬리브가 내부에 고정되는 지그; 그리고 상기 슬리브와 축 사이의 편심량이 감소될 때 상기 각 전자석 마다 전원을 선택적으로 인가하여 상기 축이 전자기력에 의해 원하는 방향으로 당겨져 강제로 편심 되도록하는 제어기가 구비된 특징이 있다.

도 1은 종래 스핀들모터의 유체동압 베어링장치를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명이 적용된 스핀들모터의 단면도,

도 3은 본 발명 유체동압 베어링장치의 분리 사시도,

도 4 및 도 5는 본 발명 유체동압 베어링장치의 제조과정을 나타낸 단면도,

도 6은 본 발명 유체동압 베어링장치의 제조과정을 나타낸 블럭도,

도 7은 본 발명 다른 실시예의 유체동압 베어링장치의 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 슬리브, 12 : 축,

13 : 오일, 19 : 편심수단,

20 : 전자석, 21 : 전자기력발생부,

22 : 전자석코일, 23 : 끼움부,

24 : 유도코일, 25 : 증폭기,

26 : 제어기,

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명이 적용된 스핀들모터의 단면도 이고 도 3은 본 발명 유체동압베어링장치의 단면도 이다. 축(12)이 회전지지되는 슬리브(11)의 외주면에 축(12)을 전자기력으로 끌어 당기는 편심수단(19)이 구비된다. 편심수단(19)은 축(12)이 일정속도 이상 회전될 때 발생되는 오일 훨 현상을 억제시키는 것으로 축(12)을 원하는 방향으로 견인하여 편심률이 증가되도록 한다. 편심수단(19)은 전자기력을 발생시키는 전자석(20)이 슬리브(11)의 외주면에 방사상으로 다수개 구비된다. 이들 전자석(20)은 직사각형으로 구성되며 또한 각 전자석(20)은 축(12)을 향한 전방에 양측으로 갈라진 한쌍의 전자기력발생부(21)가 구비된다. 그리고 각 전자기력발생부(21)는 전자석코일(22)이 권회되며 이들 전자석코일(22)은 축(12)의 회전속도에 따라 전원이 인가된다.

축(12)이 고속으로 회전되는 과정에서 편심량이 감소될 때 전원이 각 전자석코일(22)에 선택적으로 인가되며 이와 동시에 전자기력발생부(21)에서 전자기력이 발생되어 축(12)이 전자석(20) 쪽으로 당겨진다. 그리고 해당 전자기력발생부(21) 마다 유도전류를 발생시키는 유도코일(23)이 구비된다. 유도코일(23)은 축(12)과 전자석(20) 사이의 거리차에 따라 유도전류를 발생시키며 유도전류의 변화량에 따라 전자석코일(22)에 전원이 인가된다. 이러한 유도전류는 증폭기(25)에서 증폭된 다음 제어기(24)로 입력되며 제어기(24)는 해당 전자석(20)과 축(12)과의 거리차에 따라 각 전자석(20)으로 전원을 인가시킨다.

좀더 상세히 설명하면, 제어기(24)에서 보내는 제어신호에 따라 해당 전자석(20)의 전자석코일(22)에 전원이 인가되고 전자기력발생부(21)에서 전자기력이 발생되어 축(12)이 원하는 방향으로 당겨진다. 예컨데 축(12)이 회전되는 과정에서 어느 한 방향으로 당겨져 편심된 상태로 회전되도록 할수 있다. 그리고 축(12)이 각 전자석(20)을 향해 연속적으로 편심되는 상태 즉 슬리브(11)의 내부에서 스크롤(scroll)의 상태로 공전되도록하여 오일(13)의 압축성이 증가되도록 할수 있다. 그리고 각 전자석(20)이 슬리브(11)의 외주면에 배치되도록 해당 전자석(20)을 감싸는 지그(30)가 구비된다. 또한 지그(30)와 슬리브(11)의 사이에 충진되어 각 전자석(20)의 유동을 억제시키는 열경화성수지(31)가 구비된다. 열경화성수지는 바람직하게는 폴리코트가 이용된다.

본 발명 유체동압 베어링장치가 구비된 스핀들모터는 다음과 같이 구성된다.

슬리브(11)와 전자석(20)이 내장된 지그(30)는 스핀들모터를 구성하는 하우징(10)에 끼워져 조립된다. 지그(30)를 하우징(10)의 내부에 조립할 때 억지끼움 되도록 하는 방법이 있으며 또한 지그(30)가 하우징(10)의 내부에 끼워진 다음 이들의 외주면을 나사못으로 동시에 체결하여 조립하는 방법이 있다. 또한 하우징(10)의 외주연에 코일(15)이 권회된 코어(14)가 구비된다. 그리고 슬리브(11)의 내부에 축(12)이 회전 가능하게 끼워지며 축(12)과 슬리브(11)의 사이에 동압을 발생시키는 오일(13)이 충진된다. 또한 축(12)의 상단에 허브(16)가 억지끼움식으로 결합되고 이의 외주연에 로터(17)가 함께 회전되도록 구비된다. 로터(17)는 하부가 개방되며 코어(14)를 감싸는 형태로 구성된다. 또한 로터(17)의 내주면에는 자성체(18)가 구비되며 코일(15)에 전원이 인가되면 자성체(18)에 자기력이 발생되고 로터(17)가 축(12)과 함께 고속으로 회전된다.

이처럼 구성된 본 발명은 슬리브(11)의 내부에 축(12)을 원하는 방향으로 강제 편심시키는 편심수단(19)이 구비된다. 편심수단(19)은 축(12)이 고속으로 회전되는 과정에서 편심량이 감소되어 오일(13)의 동압이 감소되지 않도록 하는 것으로, 오일 훨 현상을 억제시킨다. 이러한 편심수단(19)은 슬리브(11)의 내부에 방사상으로 구비된 다수개의 전자석(20)으로 구성되며 이들 각 전자석(20)은 축(12)을 향한 전방으로 한쌍의 전자기력발생부(21)가 구비된다. 또한 이들 전자기력발생부(21)에 권회된 전자석코일(22)에 전원이 인가되면 전자기력이 발생된다. 그리고 각 전자기력발생부(21)에는 유도전류를 발생시키는 유도코일(23)이 구비된다. 유도코일(23)은 축(12)과 각 전자석(20)과의 거리차가 발생될 때 유도전류를 발생시키며 유도전류는 증폭기(25)를 거쳐 제어기(24) 쪽으로 보내진다. 따라서 각 전자석(20)에 구비된 유도코일(23)에서 발생되는 유도전류에 따라 전자기력이 발생되는 것으로 축(12)의 제어과정을 설명하면 다음과 같다.

축(12)이 고속으로 회전되면 편심량이 감소되는 현상이 발생된다. 이때 다수개의 전자석(20)에 구비된 유도코일(23)에서 축(12)과의 거리차 또는 회전속도에 따라 유도전류가 발생되며 이는 증폭기(25)에서 증폭된 다음 제어기(24) 쪽으로 출력된다. 그리고 제어기(24)는 거리차가 발생되는 해당 전자석코일(22) 쪽으로 전원을 인가 시키기 위한 신호를 마이콤으로 보낸다. 따라서 전원이 해당 전자석코일(22)에 인가되며 해당 전자기력발생부(21)에서 전자기력이 발생되어 축(12)을 원하는 방향으로 당긴다. 따라서 축(12)이 슬리브(11)에 대하여 강제적으로 편심되어 오일(13)의 동압이 증가되며 오일 훨 현상이 감소됨으로 고속회전시 동특성이 향상된다. 또한 각 전자석(20)에 인가되는 전원에 따라 축(12)이 연속적으로 편심되어 스크롤의 상태로 회전됨으로 오일(13)의 압력이 증가된다.

본 발명 유체동압 베어링장치의 제조방법은 다음의 각 단계로 구성된다.

도 3은 본 발명 유체동압 베어링장치의 분리 사시도 이고, 도 4 및 도 5는 본 발명 유체동압 베어링장치의 제조과정을 나타낸 단면도 이다. 먼저 다수개의 전자석(20)을 지그(30)에 넣어 사방으로 배치시키는 단계(100)가 구비된다. 지그(30)는 8각형의 파이프 형태로 구성되며 서로 대응되는 내측의 각 변에 전자석(20)이 배치된다. 이 과정에서 각 전자석(20)의 자기력발생부(21)가 서로 마주보며 대응된다. 그리고 이들 자기력발생부(21)의 선단면은 슬리브(11)의 외주면과 접하도록 원호형으로 구성된다. 또한 슬리브(11)를 각 전자석(20)의 사이에 넣는 단계(110)가 구비된다. 이 단계(110)에서 각 전자석(20)의 선단에 형성된 원호형의 면에 의해 슬리브(11)의 외주면이 지지된다.

또한 지그(30) 내부에 열경화성수지(31)를 부어 경화시킴으로써, 각 전자석(20)과 슬리브가 고정되도록하는 단계(120)가 구비되며 이후 슬리브(11)의 내주면을 정밀하게 가공하여 축(12)이 회전지지되도록 하는 단계(130)를 거친다. 슬리브(11)의 내주면을 가공하여 축(12)이 지지되도록 함으로써, 축(12)이 회전되는 동안 축(12)과 슬리브(11) 사이에 충진된 오일(13)에서 동압이 발생된다. 위의 각 단계를 거쳐 완성된 유체동압 베어링장치는 지그(30)가 하우징(10)의 내주면에 결합되어 고정됨으로써, 축(12)을 회전지지할수 있게된다.

도 7은 본 발명 다른 실시예의 유체동압 베어링장치의 단면도 로서, 지그(32)가 원통형으로 구성된다. 지그(32)가 원통형으로 구성되면 스핀들모터를 구성하는 하우징(10)의 내주면에 결합시킬 때 하우징(10)이 원통형임으로 조립성이 향상된다. 본 발명 다른 실시예의 베어링장치는 원통형의 지그(32) 내주면에 사방으로 다수개의 가이드홈(33)이 형성된다. 이들 가이드홈(33)은 전자석(20)의 일측면과 대응되는 형태로 구성된다. 따라서 전자석(20)이 이들 가이드홈(33)에 끼워지면 유동되지 않는 상태로 고정되고 이후 각 전자석(20)의 사이에 슬리브(11)를 끼운 다음 슬리브(11)와 지그(32) 사이에 열경화성수지(31)를 충진시킨다. 열경화성수지(31)가 경화되면 지그(32)의 내부에 슬리브(11)와 각 전자석(20)이 유동되지 않는 상태로 고정되고 이후 슬리브(11)의 내주면을 정밀 가공하여 축(12)이 회전지지되도록 하면 본 발명 다른 실시예의 베어링장치가 완성된다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 하우징에 끼워지는 지그의 내부에 다수개의 전자석과 슬리브를 배치시킨 다음 열경화성수지로 이들을 고정시키면 유체동압 베어링장치가 완성된다. 이러한 유체동압 베어링장치를 하우징의 내부에 고정 설치한 다음 슬리브의 내주면에 축이 회전 지지되도록 구성하면 축이 회전되는 동안 동압이 발생되어 축이 회전지지된다. 그리고 축이 회전되는 과정에서 편심량이 감소될 때 각 전자석의 전자석코일에 전원이 인가되고 축이 원하는 방향으로 당겨져 편심량이 증가된다. 따라서 동압이 증가되어 고속회전시 저소음 저진동의 동특성이 향상되고 유체동압 베어링장치를 간단하게 구성할수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (6)

1. 축(12)과의 사이에 오일(13)이 충진되어 상기 축(12)이 회전되는 동안 동압이 발생되도록 안내하는 슬리브(11);

   상기 슬리브(11)의 외주면에 방사상으로 다수개 구비되어 전원이 인가되면 전자기력을 발생시키는 전자석(20);

   상기 전자석(20)과 슬리브(11)를 감싼 상태로 구비되며 열경화성수지(31)가 충진되어 경화되면 상기 전자석(20)과 슬리브(11)가 내부에 고정되는 지그(30);

   그리고 상기 슬리브(11)와 축(12) 사이의 편심량이 감소될 때 상기 각 전자석(20) 마다 전원을 선택적으로 인가하여 상기 축(12)이 전자기력에 의해 원하는 방향으로 당겨져 강제로 편심되도록하는 제어기(24)를 구비하는 유체동압 베어링장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 전자석(20)은 상기 축(12)을 향하여 양측으로 한쌍의 전자기력발생부(21)가 구비되며 상기 각 전자기력발생부(21) 마다 전원이 인가되면 전자기력이 발생되도록 하는 전자석코일(22)이 권회됨을 특징으로 하는 유체동압 베어링장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 각 전자석(20) 마다 상기 축(12)의 편심량이 감소될 때 유도전류를 발생시키는 유도코일(23)이 구비되고 상기 유도전류를 증폭하는 증폭기(25)가 구비되며 상기 제어기(24)는 상기 유도코일(23)의 증폭된 유도전류량에 따라 상기 각 전자석코일(22) 쪽으로 전원을 공급함을 특징으로 하는 유체동압 베어링장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 각 전자석(20)의 전자기력발생부(21) 마다 상기 유도코일(23)이 권회됨을 특징으로 하는 유체동압 베어링장치.
5. 다수개의 전자석(20)을 지그(30)에 넣어 사방으로 배치시키는 단계(100);

   슬리브(11)를 상기 각 전자석(20)의 사이에 놓이도록 상기 지그(30) 내부에 넣는 단계(110);

   상기 지그(30) 내부에 열경화성수지(31)를 충진시켜 상기 각 전자석(20)과 슬리브(11)가 고정되도록 하는 단계(120);

   그리고 상기 슬리브(11)의 내주면을 가공하여 축(12)이 회전지지되도록 하는 단계(130)를 구비하는 유체동압 베어링 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 열경화성수지(31)는 폴리 코트임을 특징으로 하는 유체동압 베어링 제조방법.