KR20030070843A - 유체 베어링 기구와 이 유체 베어링 기구를 구비한브러시리스 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 정밀도 높게 가공 공수를 극단적으로 삭감하고, 저렴하며 어떠한 고속 회전에 있어서도 오일 중단이 일어나지 않는 안정된 오일의 순환 구멍을 갖는 유체 베어링 기구를 제공하기 위한 것으로, 바닥측이 밀폐된 원통 형상의 베어링 하우징(2)의 내부에, 회전축(3)을 회전 가능하게 지지하는 상부 베어링부(2a)와 하부 베어링부(2b) 및 스러스트 받이부(2c)를 가지며, 윤활 유체인 오일(4)이 채워져 있다. 또한, 그 개구측에는 개구측 오일통(2d), 바닥측에는 바닥측 오일통(2e) 그리고 상부 베어링부(2a)와 하부 베어링부(2b)의 사이에 중간부 오일통(2f)이 설치되어 있다. 또한, 개구측 오일통(2d)과 중간부 오일통(2f) 및 바닥측 오일통(2e)을 연결하도록 회전축(3)과 평행하게 오일의 순환 구멍(2g)이 형성되며, 개구측에는 공간(2h)을 형성하여 오일의 누출 방지용 마개(5)가 고정 부착되어 있다.

Description

유체 베어링 기구와 이 유체 베어링 기구를 구비한 브러시리스 모터 {FLUID BEARING MECHANISM AND A BRUSHLESS MOTOR HAVING THE SAME}

본 발명은, 유체 베어링 기구 및 이 기구를 구비한 모터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 동압 유체 베어링부의 동압 발생용 오일의 순환 기구에 관한 것이다.

최근에 디스크 미디어 등의 기록 재생 장치는 고속화가 진행되어, 이 장치에 사용되는 스핀들 모터의 베어링 구조도, 그 고속화에 대응하기 위해, 동압 유체 베어링을 이용한 것이 많아지고 있다.

이 동압 유체 베어링은, 회전축과 베어링을 구성하는 베어링 슬리브가 슬라이드 접합하는 슬라이드 접합부의, 회전축의 외주 혹은 베어링 슬리브의 내주부에헤링본 그루브(herring bone groove) 등의 동압 발생홈을 형성하고, 회전축과 베어링 슬리브의 슬라이드 접합부에 구성되는 간극(gap)에 윤활 유체인 오일을 채워넣고, 회전축의 회전에 의해 이 간극의 오일에 압력을 발생시키며, 이 압력에 의해 회전자(rotor)의 베어링을 회전 지지하는 구조의 베어링이다.

이 동압 유체 베어링에 사용되고 있는 윤활 유체인 오일은, 회전에 수반된 마찰열에 의해 팽창되어 회전축과 베어링 슬리브의 슬라이드 접합 간극으로부터 누출된다. 누출에 의해 오일이 고갈되면 베어링의 현저한 성능 저하를 가져오기 때문에, 이 오일을 항상 담아두는 오일통을 그 슬라이드 접합부의 근처에 설치하여, 오일이 팽창해서 남아돌 때에는 이 오일통에 일시적으로 저장하고, 또한 온도가 내려가 슬라이드 접합부에 오일이 부족할 때에는 그곳으로부터 보급하도록 하고 있다.

이 슬라이드 접합부의 간극은 5∼20㎛로 구성된다. 이 간극을 지닌 슬라이드 접합부가 한 개의 회전축에 여러개 사용되었을 경우, 그 슬라이드 접합부마다 오일통을 설치하는 구성이 일반적이다. 그 간극에 오일이 채워지면 각각의 슬라이드 접합부 사이는 거의 밀폐에 가까운 상태가 된다. 각각의 슬라이드 접합에 의해 차단된 슬라이드 접합부 사이에서 오일통에 압력 차가 발생하면, 그 압력 차로 인해 슬라이드 접합부에 오일이 골고루 가지 않게 되어 동압 발생에 문제를 초래하는 경우가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해 각각의 오일통을 연결하여 압력의 일정화를 꾀하고, 윤활 유체인 오일을 순환시키는 순환 구멍이 구비되어 있는 것이 있다.

이렇게 구성된 동압 유체 베어링은, 베어링 장치 자체를 소형화시킬 수 있으며, 또한 회전축과 베어링 사이에 유체가 개재하기 때문에, 저소음, 저진동, 내충격성이 뛰어나다. 또한, 부하 허용치를 크게 취할 수 있어, 회전축의 흔들림을 매우 작게 억제할 수 있는 성능을 가지고 있다.

상기와 같은 동압 유체 베어링에 있어서의 순환 구멍의 예로서, 통 형상의 베어링 슬리브와 그 베어링 슬리브를 수납하는 하우징으로 구성된 베어링에 순환 구멍을 형성하는 것이 있다. 순환 구멍은, 베어링 슬리브의 외주면 또는 그 베어링 슬리브를 고정 부착시키는 하우징의 내주면에 축방향의 오목홈을 형성하고, 더욱이 베어링 슬리브의 단부 표면에 지름방향의 오목홈을 형성하거나, 지름방향의 가로 구멍, 또는 베어링 내부에 배치된 회전축의 단부 표면으로부터 내부를 지나서 동압 발생부 근처의 외주면으로 빠지는 도통 구멍을 형성한 것이 알려져 있다. 이러한 구성에서는, 전부 다 부품수가 많아지고, 또한 복잡한 구조를 하고 있으며, 오목홈을 형성하거나 도통 구멍을 형성한 부품 가공에 있어서도 많은 가공 공수와 높은 정밀도를 필요로 했었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고, 정밀도 높게 가공 공수를 극단적으로 삭감하여, 부품 수를 줄이는 등, 저렴하고 어떠한 고속 회전에 있어서도 오일 중단이 일어나지 않는 안정된 오일의 순환부를 갖는 유체 베어링 기구를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은, 본 발명의 제 1 실시 형태를 도시하는 동압 유체 베어링 기구의 요부 단면도이다.

도 2는, 도 1에 있어서의 베어링 하우징을 도시하는 측면 단면도이다.

도 3은, 도 1에 있어서의 베어링 하우징의 가공 공정을 설명하는 설명도이다.

도 4는, 도 1에 있어서의 베어링 하우징의 사시도이다.

도 5는, 도 1에 있어서의 유체 베어링 기구의 오일의 순환을 설명하는 설명도이다.

도 6은, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 유체 베어링 기구를 구비한 브러시리스 모터의 요부 단면도이다.

도 7은, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 동압 발생홈을 회전축측에 구비한 브러시리스 모터의 요부 단면도이다.

도 8은, 본 발명의 제 2 실시 형태를 도시하는 동압 유체 베어링 기구의 요부 단면도이다.

도 9는, 본 발명의 제 3 실시 형태를 도시하는 동압 유체 베어링 기구의 요부 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 고정자 베이스(stator base)2 : 베어링 하우징

2a : 상부 베어링부2b : 하부 베어링부

2c : 스러스트 받이2d : 개구측 오일통

2e : 바닥측 오일통2f : 중간부 오일통

2g : 순환 구멍2h : 공간부

3 : 회전축4 : 오일

5 : 마개(cap)

이상과 같은 과제를 해결하기 위해서는, 청구항 1에 기재된 발명과 같이, 바닥측이 밀폐된 원통 형상으로 형성된 베어링 하우징의 원통부 내주면에 동압 발생홈을 형성하여 베어링부로 하고, 이 베어링부에 의해 회전축을 회전 가능하게 지지하며, 이 베어링부 근처에는 오일통이 설치된 유체 베어링 기구에 있어서, 상기 원통부의 내주측에 회전축의 축방향을 따라 복수개의 오일통을 설치하며, 상기 오일통을 연결하는 오일의 순환부를 베어링 하우징에 형성함으로써 달성할 수 있다.

상기 오일의 순환부는, 청구항 2에 기재된 발명과 같이, 상기 복수개의 오일통을 연결하는 상기 회전축과 평행한 세로 구멍으로 하거나, 또는 청구항 3에 기재된 발명과 같이, 상기 베어링 하우징의 내주면에 형성된, 회전축과 평행한 홈으로 하면 된다.

또한, 청구항 4에 기재된 발명과 같이, 오일통을 원통부의 개구측, 중간부 및 바닥측의 세 군데에 설치할 경우, 중간부 혹은 바닥측의 오일통을 개구측의 오일통에 연결하면, 연결이 두 군데가 되어 가공이 쉬워진다.

더욱이, 청구항 5에 기재된 발명과 같이, 고정자(stator) 베이스에 고정 부착된 원통 형상의 베어링 하우징과, 이 베어링 하우징을 에워싸는 상태로 배치된 고정자 코어와, 이 고정자 코어에 대향하여 회전 가능하게 배치된 회전자의 회전축을 회전 가능하게 지지하는 상기 베어링 하우징에 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 기재된 유체 베어링 기구를 구비하면 상기 과제를 해결한 브러시리스 모터를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 따라 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제 1 실시 형태를 도시하는 동압 유체 베어링 기구의 요부 단면도이다. 도 1에 있어서, 고정자 베이스(1)의 부착 구멍에 고정 부착된 베어링 하우징(2)은, 바닥쪽이 밀폐된 원통 형상으로 형성되고, 그 내부에, 회전축(3)을 회전 가능하게 지지하는 상부 베어링부(2a)와, 하부 베어링부(2b) 및 축방향으로 지지하는 스러스트 받이부(2c)를 가지고 있다.

또한, 그 개구측에는 개구측 오일통(2d), 바닥측에는 바닥측 오일통(2e), 그리고 상부 베어링부(2a)와 하부 베어링부(2b) 사이에 중간부 오일통(2f)이 설치되어 있다.

또한, 개구측 오일통(2d)과 중간부 오일통(2f) 및 바닥측 오일통(2e)을 연결하도록 회전축(3)과 평행하게 오일의 순환 구멍(2g)이 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 베어링 하우징(2)의 내부에는 윤활 유체인 오일(4)이 채워져 있다.

그리고, 개구측에는 공간(2h)을 형성하여 오일의 누출 방지를 위한 마개(cap)(5)가 고정 부착되어 있다.

도 2는, 도 1에 있어서의 베어링 하우징의 축방향의 측면 단면도로서, 동압 유체 베어링의 구조를 설명한다. 도 2에 있어서 상부 베어링부(2a) 및 하부 베어링부(2b)의 내주면에는 각각 헤링본 타입의 동압 발생홈(2i)이 새겨져 있다. 한편, 동압 발생홈(2i)은, 상부 베어링부(2a)와 하부 베어링부(2b)에 대치되는 회전축(3)의 외주면에 형성해도 무방하다. 또한, 회전축(3)의 단부와 접하는 스러스트 받이부(2c)에 스러스트 구조의 동압 유체 베어링을 병설할 수도 있다.

도 3은, 도 1에 있어서의 베어링 하우징의 가공 공정의 일례를 단면도에 의해 설명하는 설명도이고, 도 4는 그 완성된 베어링 하우징의 사시도이다.

이하, 도 3에 근거하여 베어링 하우징(2)의 가공 방법을 설명한다. 먼저, 도 3(a)와 같이 베어링 하우징(2)의 소재가 되는 금속제 둥근 막대의 단부(A)를 NC 선반(특별히 도시하지는 않음)의 척(chuck)에 척킹하여 단부 표면(B) 방향으로부터 소정의 위치에 작은 구멍의 순환 구멍(2g)을 개구한다.

그런 다음, 도 3(b)와 같이 이 둥근 막대의 단부 표면(B)으로부터, 그 단부 표면(B)의 중앙에 도 1에 도시한 회전축(3)을 지지하는 베어링부(2a, 2b) 및 스러스트 받이부(2c)를 형성하기 위한 구멍(C)을 소정 깊이까지 개구한다.

그 후, 도 3(c)와 같이 베어링부 구멍의 개구측과 중간부 및 바닥측에 오일통(2d, 2f, 2e)을 절삭에 의해 가공하여 순환 구멍(2g)을 오일통(2d, 2f, 2e)에 투과시킴과 동시에, 상부 베어링부(2a)와 하부 베어링부(2b)를 형성한다.

그 다음에, 도 3(d)와 같이 상부 베어링부(2a)와 하부 베어링부(2b)의 내주면에 헤링본 타입의 동압 발생홈(2i 및 2j)을 새긴다.

그 후, 도 3(e)와 같이 베어링 하우징(2)의 외형부(D)를 절삭 가공하고, 마지막으로 C부를 떼어내어 바닥측의 이면을 E와 같이 마무리한다.

상기 가공 방법에 의하면, 베어링부 (2a)와 (2b)는 순환 구멍(2g)과 베어링 하우징(2)에 일체로 형성할 수 있고, 또한 구멍이 뚫린 방향도 축선 방향의 세로 구멍이면 되기 때문에, 절삭 공정은 한 공정이면 충분하여, 재료비 및 가공비를 대폭으로 줄일 수 있다. 또한 작업편(work)의 재세팅이 없기 때문에 가공 정밀도와작업 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 절삭 가공의 순서는 먼저 구멍 지름이 작은 순환 구멍(2g)을 형성하면 가공성이 좋지만, 특별히 전술한 방법에 구애받지 않으며, 구멍(C)을 먼저 가공해도 된다.

한편, 본 실시의 형태에서 설명되어 있는 순환 구멍(2g)은 베어링부(2a, 2b)로부터 분리되어, 즉 도 3에 있어서의 구멍(C)으로부터 떨어져서 형성되어 있지만, 베어링부(2a, 2b)의 슬라이드 접합면 위, 즉 구멍(C)의 둘레면에 형성한 홈으로 해도 상관없다.

이 경우, 도 3에 있어서 순환 구멍(2g)을 먼저 가공하고, 그 후에 구멍(C)을 순환 구멍(2g)에 중첩시켜 형성하면 가공이 용이하다.

이 구멍 혹은 홈이 순환부를 구성하고 있다.

도 5는, 도 1에 있어서의 유체 베어링 기구의 오일의 순환을 설명하는 설명도이다.

도 5에 있어서, 오일(4)은 베어링 하우징(2)의 내부에 공간(2h)을 가지고 채워져 있다. 회전축(3)과 베어링부(2a 및 2b)는 오일이 개재하여 슬라이드 접합하고 있으나, 고속 회전에 따라 그 슬라이드 접합부의 마찰로 인해 온도 상승하여 오일이 팽창된다. 이 팽창된 오일(4)은, 예컨대 화살표와 같이 순환 구멍(2g)을 통과하여 공간(2h)측의 개구측 오일통(2d)에 모아진다.

회전이 저속으로 되어 온도가 내려가고 오일이 수축하여 윤활 기능이 저하되면, 오일은 개구측 오일통(2d)으로부터 공급된다. 이와 같이 순환 구멍(2g)은 채워져 있는 오일(4)을 양호하게 순환시킬 수 있다.

또한 순환 구멍(2g)을 형성함으로써 베어링 하우징(2)의 내부 압력을 주위의 기압과 같게 유지할 수 있으므로, 모터의 조립 공정에 있어서 회전축(3)의 베어링 하우징(2)에 대한 삽입 또는 이탈 작업이 용이해진다.

도 6은, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 유체 베어링 기구를 구비한 브러시리스 모터의 구조를 도시한 요부 단면도이다.

도 6에 있어서, 고정자 베이스(1)에 전술한 본 발명에 따른 유체 베어링 기구로 이루어진 베어링 하우징(2)이 고정 부착되어 있다. 그 내부에는 회전자 요크(7)의 중앙에 압입된 회전축(3)이 회전 가능하게 지지되어 있다. 회전자 요크(7)는 컵 형상이며, 복수개의 자극을 갖는 둥근 고리 형상의 자석(6)이 그 내주면에 고정 부착되어 있다. 또한, 이 개구부에는 마개(5)가 고정 부착되고, 베어링 하우징(2)의 외주부에는 코일(8)이 감겨진 고정자 코어(9)가 고정 부착되어 있다.

도 7은, 본 발명의 실시의 형태에 따른 동압 발생홈을 회전축측에 구비한 브러시리스 모터의 구조를 도시한 요부 단면도이다. 도 7은 기본적으로는 도 6과 동일하나, 다른 점은 회전축(13)에 동압 발생홈(13i와 13j)이 새겨져 있다.

도 8은, 본 발명의 제 2 실시의 형태를 도시하는 동압 유체 베어링 기구의 요부 단면도이다. 도 8에 있어서, 고정자 베이스(1)의 부착 구멍에 고정 부착된 베어링 하우징(22)의 밀폐된 통의 바닥측 내부에, 회전축(3)을 지지하는 상부 베어링부(22a)와 하부 베어링부(22b) 및 스러스트 받이부(22c)가 형성되어 있다. 또한, 그 개구측에는 개구측 오일통(22d), 바닥측에는 바닥측 오일통(22e), 그리고상부 베어링부(22a)와 하부 베어링부(22b)의 사이에 중간부 오일통(22f)이 설치되고, 내부에 윤활 유체인 오일(4)이 채워져 있다.

또한, 개구측 오일통(22d)과 바닥측 오일통(22e)을 연결하도록 회전축(3)과 평행하게 오일의 순환 구멍(22g)이 형성되며, 개구측에는 공간(22h)을 형성해 오일의 누출 방지를 위한 마개(5)가 고정 부착되어 있다.

한편, 이 형태에 있어서의 오일(4)의 순환은, 개구측 오일통(22d)으로부터 순환 구멍(22g)을 경유하여, 회전축(3)과 상부 베어링부(22a), 및 회전축(3)과 하부 베어링부(22b)의 슬라이드 접합부로 순환이 이루어진다.

도 9는, 본 발명의 제 3 실시 형태를 도시하는 동압 유체 베어링 기구의 요부 단면도이다. 도 9에 있어서, 고정자 베이스(1)의 부착 구멍에 고정 부착된 베어링 하우징(32)의 밀폐된 통의 바닥측 내부에, 회전축(3)을 지지하는 상부 베어링부(32a)와 하부 베어링부(32b) 및 스러스트 받이부(32c)가 형성되어 있다. 또한, 그 개구측에는 개구측 오일통(32d), 바닥측에는 바닥측 오일통(32e), 그리고 상부 베어링부(32a)와 하부 베어링부(32b)의 사이에 중간부 오일통(32f)이 설치되고, 내부에 윤활 유체인 오일(4)이 채워져 있다.

또한, 개구측 오일통(32d)과 중간부 오일통(32f)을 연결하도록 회전축(3)과 평행하게 오일의 순환 구멍(32g)이 형성되며, 개구측에는 공간(32h)을 형성해 오일의 누출 방지를 위한 마개(5)가 고정 부착되어 있다. 이 형태에 있어서의 오일(4)의 순환은, 개구측 오일통(32d)으로부터 순환 구멍(32g)을 경유하여 회전축(3)과 상부 베어링부(32a), 및 회전축(3)과 하부 베어링부(32b)의 슬라이드 접합부로 순환이 이루어진다.

본 실시의 형태에서는, 바닥측이 밀폐된 상태로 베어링 하우징(2, 22, 32)이 일체로 형성되며, 개구부에 오일의 누출 방지용 마개(5)를 고정 부착시키는 구성을 나타내었으나, 마개(5) 대신에 바닥측과 마찬가지로 베어링 하우징과 일체인 뚜껑을 형성하여, 그 뚜껑에 샤프트를 통과시키는 구멍부를 형성하는 구성으로 해도 무방하다.

이상 설명한 바와 같이, 청구항 1에 기재된 발명에 따르면, 바닥측이 밀폐된 원통 형상으로 형성된 베어링 하우징의 원통부 내주면에 동압 발생홈을 형성하여 베어링부로 하고, 이 베어링부에 의해 회전축을 회전 가능하게 지지하며, 이 베어링부 근처에는 오일통이 설치된 유체 베어링 기구에 있어서, 상기 원통부의 내주측에 회전축의 축방향을 따라 복수개의 오일통을 설치하며, 상기 오일통을 연결하는 오일의 순환부를 베어링 하우징에 형성함으로써, 정밀도가 높고 작업효율이 좋은 오일의 순환 구멍을 갖는 유체 베어링 기구를 제공할 수 있다.

상기 오일의 순환 구멍은, 청구항 2에 기재된 발명에 따르면, 상기 복수개의 오일통을 연결하는 상기 회전축과 평행한 세로 구멍으로 하거나, 또는 청구항 3에 기재된 발명에 따르면, 상기 베어링 하우징의 내주면에 형성된 홈으로 한다. 또한, 청구항 4에 기재된 발명에 따르면, 상기 오일통을 원통부의 개구측, 중간부 및 바닥측의 어느 쪽이든 2군데를 연결할 경우, 반드시 개구측과 다른 오일통 중에서 한 군데와 연결하면, 정밀도가 높고 어떠한 고속 회전에 있어서도 오일 중단이 일어나지 않는 안정된 오일의 순환 구멍을 갖는 유체 베어링 기구를 제공할 수 있다.

더욱이, 청구항 5에 기재된 발명에 따르면, 고정자 베이스에 고정 부착된 원통 형상의 베어링 하우징과, 이 베어링 하우징을 에워싸는 상태로 배치된 고정자 코어와, 이 고정자 코어에 대향하여 회전 가능하게 배치된 회전자의 회전축을 지지하는 상기 베어링 하우징에 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 기재된 유체 베어링 기구를 구비하면, 저렴하고 어떠한 고속 회전에 있어서도 오일 중단이 일어나지 않는 안정된 브러시리스 모터를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 바닥측이 밀폐된 원통 형상으로 형성된 베어링 하우징의 원통부 내주면에 동압 발생홈을 형성하여 베어링부로 하고, 상기 베어링부에 의해 회전축을 회전 가능하게 지지하며, 상기 베어링부 근처에 오일통이 설치된 유체 베어링 기구에 있어서,

   상기 오일통은 상기 원통부의 내주측에 회전축의 축방향을 따라서 복수개 설치되고, 상기 복수개의 오일통을 연결하는 오일의 순환부가 상기 베어링 하우징에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 기구.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 오일의 순환부는 상기 회전축과 평행한 구멍으로 하는 유체 베어링 기구.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 오일의 순환부는 상기 내주면에 설치된 상기 회전축과 평행한 홈인 것을 특징으로 하는 유체 베어링 기구.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 오일통은 상기 하우징의 개구측과 중간부 및 바닥측에 설치되며, 상기오일의 순환부는 적어도 상기 하우징의 개구측과 바닥측 혹은 개구측과 중간부에 설치된 오일통을 연결하는 상기 구멍 또는 상기 홈으로 하는 유체 베어링 기구.
5. 고정자 베이스에 고정 부착된 원통 형상의 베어링 하우징과,

   상기 베어링 하우징을 에워싸는 상태로 배치된 고정자 코어와,

   상기 고정자 코어에 대향하여 회전 가능하게 배치된 회전자의 회전축을 회전 가능하게 지지하는 상기 베어링 하우징에 청구항 1 내지 4 항 중 어느 한 항에 기재된 유체 베어링 기구를 구비한 브러시리스 모터.