KR20110002212A - 스핀들 모터 - Google Patents

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KR20110002212A
KR20110002212A KR1020090059692A KR20090059692A KR20110002212A KR 20110002212 A KR20110002212 A KR 20110002212A KR 1020090059692 A KR1020090059692 A KR 1020090059692A KR 20090059692 A KR20090059692 A KR 20090059692A KR 20110002212 A KR20110002212 A KR 20110002212A
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South Korea
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magnet
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center
spindle motor
pulling plate
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KR1020090059692A
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Inventor
박상진
하승우
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 스핀들 모터는 회전 구동력을 발생시키도록 전원인가 시 전자기력을 형성하는 권선코일이 권선되는 코어를 포함하는 스테이터; 상기 스테이터에 대해 회전 가능하도록 상기 코어와 대면하는 마그네트가 구비되는 로터; 및 상기 마그네트에서 축방향으로 자기력이 발생하도록 상기 마그네트에 인접하게 형성되는 풀링 플레이트;를 포함하고, 상기 코어와 상기 마그네트 간에 작용하는 축방향 자기력 방향이 상기 마그네트와 상기 풀링 플레이트에서 작용되는 힘의 방향과 반대가 되도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

스핀들 모터{spindle motor}
본 발명은 스핀들 모터에 관한 것으로, 보다 상세히는 스테이터와 로터의 결합에서 로터의 회전 특성을 향상시키는 스핀들 모터에 관한 것이다.
전기 모터는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치이며, 이는 공급되는 전원의 종류, 시동 방식의 종류, 회전자의 종류, 후레임, 브라켓트 등 외피 구조의 종류에 따라 다양하게 분류된다.
그리고, 상기의 방식에 의해 분류된 전기 모터는 전부 절연의 방식, 베어링 방식, 출력, 회전수, 전압, 주파수 등에 의해서 세분화된다.
일반적으로, 볼베어링이 채용된 모터는 샤프트와 마찰이 존재하고, 이로 인하여 소음과 진동이 발생한다. 이때, 발생되는 진동을 NRRO(Non Repeatable Run Out)이라고 하며, 이는 하드디스크의 트랙밀도를 높이는 데 장애요인으로 작용한다.
반면에, 원심력에 의한 윤활유의 가동압만으로 샤프트의 축강성을 유지시키는 유체동압베어링이 구비된 스핀들 모터는 윈심력을 기반으로 하기 때문에 금속마찰이 없고 고속회전일수록 안정감이 상승하여 소음과 진동의 발생이 적으며, 회전 물의 고속회전이 볼베어링을 갖는 모터보다 순조롭기 때문에, 하이엔드용 광디스크장치, 자기디스크장치에 주로 적용된다.
이러한 특징을 갖는 스핀들 모터에 구비되는 유체동압베어링은 회전중심인 샤프트와, 상기 샤프트에 조립되어 습동면을 형성하는 금속제 슬리브로 구성되며, 이들중 어느 한쪽면에 헤링본(herringbone) 또는 스파이럴(spiral)상의 동압발생용 홈(groove)을 형성한다.
그리고, 상기 샤프트와 슬리브사이의 습동면에 미세하게 형성되는 간극에 윤활용 오일인 유체를 채움으로써, 습동면의 홈에서 발생되는 동압에 의해서 마찰부재가 서로 비접촉상태가 되도록 하여 회전구동시 마찰부하를 저감시키고, 회전부재인 로터를 지지하는 구조의 베어링부재이다.
일반적으로 스핀들 모터는 상기 베어링부재의 축방향으로 자기장이 발생되도록 구현되는데, 마그네트의 하단에 풀링 플레이트(Pulling Plate)가 배치될 수 있다.
따라서, 스핀들 모터의 회전체가 베어링부재의 회전 시 작용되는 동압에 의해 상부를 향하여 부상되는데, 상기 축방향으로 작용되는 자기장은 부상하는 상기 회전체를 상부에서 눌러주므로 상기 회전체가 베어링부재의 축방향 동적 평형상태로 유지되도록 한다.
그러나, 이러한 축방향으로 작용되는 자기장에 의해서 상기 베어링부재의 축방향 강성은 증대되지만 베어링부재의 회전 마찰이 증가하여 스핀들 모터의 효율이 저하된다. 따라서, 스핀들 모터의 기동성능을 향상시킬 수 있는 기술들이 요구된 다.
본 발명은 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 스핀들 모터의 기동성능을 향상시키는 스핀들 모터를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 스핀들 모터는 회전 구동력을 발생시키도록 전원인가 시 전자기력을 형성하는 권선코일이 권선되는 코어를 포함하는 스테이터; 상기 스테이터에 대해 회전 가능하도록 상기 코어와 대면하는 마그네트가 구비되는 로터; 및 상기 마그네트에서 축방향으로 자기력이 발생하도록 상기 마그네트에 인접하게 형성되는 풀링 플레이트;를 포함하고, 상기 코어와 상기 마그네트 간에 작용하는 축방향 자기력 방향이 상기 마그네트와 상기 풀링 플레이트에서 작용되는 힘의 방향과 반대가 되도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스핀들 모터는 상기 마그네트의 중심이 상기 코어의 중심보다 상기 풀링 플레이트에서 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스핀들 모터의 상기 로터는 상기 코어의 중심보다 상기 마그네트의 중심이 하부에 위치하도록 상기 마그네트가 외주면에 장착되는 허브를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스핀들 모터의 상기 스테이터는 상기 마그네트의 중심보다 상기 코어의 중심이 상부에 위치하도록 상기 코어가 장착되는 베이스를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스핀들 모터의 상기 마그네트의 중심은 상기 코어의 중심보다 높고 상기 코어의 타단보다 낮은 위치에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스핀들 모터의 상기 스테이터는 상기 마그네트의 중심보다 상기 코어의 중심이 하부에 위치하도록 상기 코어가 장착되는 베이스를 포함하고, 상기 베이스에는 상기 풀링 플레이트가 상기 마그네트에 인접하게 장착되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스핀들 모터의 상기 베이스는 상기 풀링 플레이트가 수용되는 수용부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 스핀들 모터는 상기 코어와 상기 마그네트 간에 작용하는 축방향 자기력 방향이 상기 마그네트와 상기 풀링 플레이트에서 작용되는 힘의 방향과 반대가 되도록 형성되므로 상기 스핀들 모터가 회전 시에 로터에서 발생하는 마모를 저감시킬 수 있고, 이에 따라 스핀들 모터의 수명을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 스핀들 모터에 관하여 도 1 내지 도 5를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 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, 변 경, 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 스핀들 모터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 스핀들 모터는 스테이터(110), 로터(120), 유체 동압용 베어링(140) 및 풀링 프레이트(160)를 포함한다.
상기 스테이터(110)는 전원인가 시 일정크기의 전자기력을 발생시키는 권선코일(114)을 구비하고, 상기 권선코일(114)이 적어도 하나의 폴(pole)을 중심으로 방사방향으로 감기는 복수개의 연장한 코어(112)를 구비하는 고정구조물이다.
상기 코어(112)는 패턴회로가 인쇄된 기판(미도시)이 구비되는 베이스(116)의 상부에 고정배치되며, 상기 베이스(116)의 상부면에는 일정크기로 관통형성된 장착공(117)을 구비한다.
상기 권선코일(114)과 대응하는 베이스(116)의 상부면에는 상기 권선코일(114)을 하부로 노출시키도록 일정크기의 코일공이 복수개 관통형성될 수 있고, 상기 권선코일(114)은 외부전원이 공급되도록 플렉시블 기판과 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 로터(120)는 상기 스테이터(110)에 대하여 회전가능하게 구비되는 회전구조물이며, 상기 코어(112)와 일정간격을 두고 서로 대응하는 환고리형의 마그네트(122)를 외주면에 구비하는 컵상의 허브(124)를 갖추고, 상기 마그네트(122)는 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정세기의 자기력을 발생시키는 영구자석으로 구비된다.
유체 동압용 베어링(140)은 로터(120)의 회전 중심과 일치하도록 형성되는 샤프트(125), 샤프트(125)가 배치되도록 샤프트 요홈(135)을 구비하는 슬리브(130) 및 샤프트의 외경부 또는 슬리브의 내경부 의 일측에 형성되는 복수개의 래디얼 동압홈(142)을 포함할 수 있다.
또한, 모터 구동시 상기 마그네트(122)와 더불어 회전되는 허브(124)는 상기 마그네트(122)가 장착되는 스커트부(123)와, 상기 허브(124)의 저면으로부터 하부로 일정길이 연장되어 상기 허브(124)의 회전중심과 일치하는 수직축상에 배치되는 샤프트(125)를 일체로 구비하며, 상기 샤프트(125)는 후술하는 슬리브(130)의 축공(135)에 삽입배치된다.
이때, 상기 샤프트(126)의 외주면과 상기 축공(135)의 내주면사이는 모터구동시 이들사이의 경계면에 접촉마찰력이 발생되지 않도록 일정간격을 두고 이격되는 것이 바람직하다.
허브(124)와 스테이터(110)에 장착되는 고정부재인 슬리브(130) 사이에는 슬리브(130)의 상부에 접하는 스토퍼링(126)을 장착한다. 이에 따라, 상기 허브(124)는 상기 스토퍼링(126)과 슬리브(130)간의 걸림력에 의해서 외부이탈이 방지되는 것이다.
상기 슬리브(130)는 도 1에 도시한 바와같이, 상기 스테이터(110)의 장착 공(117)에 몸체하부단을 압입하여 조립될 수 있다.
상기 슬리브(130)는 상기 로터(120)와 일정크기의 간격을 두고 서로 대응하여 이들 사이에 습동면을 형성하는 회전지지부재이다. 이때, 슬리브(130)와 샤프트(125)의 사이에는 유체가 채워질 수 있으며, 상기 윤활유에 따라 회전 시에 슬리브(130)와의 마찰을 줄이게 된다.
오일이나 공기와 같은 유체는 상기 로터(120)와 상기 슬리브(130)사이에 형성되는 간극으로 공급되어 래디얼 동압홈(142)에 채워지게 되며, 모터 구동시 상기 슬리브(130)에 형성된 래디얼 동압홈(142)에 채워진 유체는 강한 압력을 받아 유체막을 형성하고, 이로 인하여 상기 슬리브(130)와 로터(120)사이의 습동면은 마찰부하를 최소화시키는 유체 마찰상태가 되어 소음 및 진동이 없는 모터회전구동이 이루어지는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 작용되는 자기장 방향을 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터와 관련된 전류-시간의 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 마그네트(122)의 하부에는 베이스(116)에 장착되는 풀링 플레이트(160)가 위치하며, 마그네트(122)와 풀링 플레이트(160) 사이에는 축방향에서 하부를 향하도록 작용하는 자기장이 발생된다(ⓑ).
도 2에서 도시된 바와 같이, 마그네트(122)의 중심(C')은 코어(112)의 중심(C)보다 낮도록 형성될 수 있다. 이때, 마그네트(122)의 중심(C')이 코어(112)의 중심(C)보다 낮게 형성된다는 의미는 마그네트(122)가 풀링 플레이트(160)로부터 코어(112)보다 가깝게 형성되는 것을 의미할 수 있다.
따라서, 마그네트(122)의 중심과 코어(112)의 중심의 위치가 서로 다르기 때문에 마그네트(122)와 코어(112)는 서로 중심의 위치를 맞추기 위해서 힘이 작용하게 되므로 축방향에서 자기력 방향(ⓐ)이 마그네트(122)와 풀링 플레이트(160)에서 작용되는 힘의 방향(ⓑ)과 반대가 되도록 형성되게 된다.
여기서, 축방향이란 스핀들 모터가 회전할 때에 샤프트(125)의 회전 축과 수평하게 진행하는 방향을 의미할 수 있다.
이때, 스핀들 모터가 회전 시, 상기 슬리브(130)에 형성된 래디얼 동압홈(142)에 채워진 유체는 강한 압력을 받아 유체막을 형성하면서 스러스트 플레이트(152)에 인접한 부분에서 축방향의 상부를 향하여 힘이 작용하게 된다(ⓒ).
따라서, 스핀들 모터가 회전하게 되면, 스러스트 플레이트(152)에 인접한 부분에서 축방향의 상부를 향하여 작용되는 힘(ⓒ)과 마그네트(122)와 코어(112) 사이에서 축방향의 상부를 향하여 작용되는 자기력(ⓐ)의 합력이 마그네트(122)와 풀링 플레이트(160)에서 작용되는 자기력(ⓑ)과 동일하게 형성되도록 설계된다.
예를 들어, 스러스트 플레이트(152)에 인접한 부분에서 축방향의 상부를 향하여 작용되는 힘(ⓒ)이 80이고, 마그네트(122)와 코어(112) 사이에서 축방향의 상부를 향하여 작용되는 자기력(ⓐ)이 30이면, 마그네트(122)와 풀링 플레이트(160)에서 작용되는 자기력(ⓑ)이 110으로 설계될 수 있다. 그러나, 상기의 조건에 한정되는 것이 아니라 설계자의 의도한 대로 다양하게 설계될 수 있다.
도 3을 참조하면, 스핀들 모터가 회전 시에 최초 시간에 전류 유입이 가장 크고, 일정 시간(①)이 지나 정격 속도에 도달한 이후에는 전류 유입이 감소되면서 동일한 양을 유지하게 된다.
도 3에서 도시된 그래프와 같이 전류가 유입되는 이유는 최초 스핀들 모터를 회전시킬 때에 그 힘이 가장 많이 필요하기 때문이다.
따라서, 마그네트(122)와 코어(112) 사이에서 축방향의 상부를 향하여 작용되는 자기력(ⓐ)은 전류의 유입에 따라서 회전이 시작되는 지점에 가장 크게 된다.
그러므로, 스핀들 모터가 회전이 시작되는 지점에 스러스트 플레이트(152) 부분에 마모가 가장 크게 발생될 수 있는데, 마그네트(122)와 코어(112) 사이에서 축방향의 상부를 향하여 작용되는 자기력(ⓐ)에 의해서 유체 동압용 베어링(140)에서 발생하는 마모를 저감시킬 수 있고, 이에 따라 스핀들 모터의 수명을 향상시킬 수 있다.
그리고, 이러한 원리에 의해서 회전 시에 로터에는 상기 회전 시에 발생되는 기동부하토크가 감소되므로 본 실시예에 따른 스핀들 모터는 기동 효율이 전체적으로 향상될 수 있다.
또한, 스핀들 모터가 회전된 이후에는 전류의 유입이 줄어들어 스러스트 플레이트(152)를 다시 하부를 향하여 압박하기 때문에 회전 도중에는 안정적인 회전을 할 수 있다.
이때, 풀링 플레이트(160)가 장착되는 베이스(116)에는 풀링 플레이트(160) 와 마그네트(122)의 간격에 따라 움푹 패이도록 형성된 수용부 또는 상부로 돌출되도록 형성된 돌출부 등을 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 코어와 마그네트의 위치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 마그네트(122)는 그 중심이 코어(112)의 중심으로부터 하부에 위치하도록 허브(124)에 장착되는데, 구체적으로 마그네트(122)의 중심이 코어(112)의 중심(①)으로부터 코어(112)의 하단 사이 중에 위치하도록 설계될 수 있다(②).
이때, 허브(124)에는 설계자의 의도에 따라 마그네트(122)의 중심이 코어(112)의 중심보다 하부에 위치하도록 마그네트(122)가 장착될 수 있는 장착 공간이 형성될 수 있다. 또한, 베이스(116)에는 코어(112)가 마그네트(122)보다 상부에 위치하도록 코어(112)가 상측에 장착되는 장착 공간이 형성될 수도 있다.
또한, 마그네트(122)와 풀링 플레이트(160)의 간격은 마그네트(122)와 코어(112) 사이에서 발생되는 자기력의 힘에 따라 조정하여 설계될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀들 모터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 스핀들 모터는 원통 형상의 슬리브(230)를 포함하고, 슬리브(230)의 하단의 개구에 삽입되는 개구 삽입부(242)를 포함할 수 있다.
이때, 슬리브(230)의 내주면은 래디얼 동압홈이 형성되는 제1 내주면(232), 제1 내주면(232)의 하부에 위치하며 제1 내주면(232)보다 확대된 지름의 홈을 가지는 제2 내주면(234) 및 제2 내주면(234)의 하부에 위치하며 제2 내주면(234)보다 확대된 지름의 홈을 가지는 제3 내주면(236)을 포함할 수 있다.
또한, 개구 삽입부(242)는 제3 내주면(236)에 배치되어 슬리브(230) 내에 고정되게 된다. 또한, 슬리브(230)의 하단부는 베이스(216)의 내주면에 고정되게 되며, 슬리브(230)의 상단부 외주면은 경사진 형상으로 형성된 테이퍼 면(238)이 형성된다.
또한, 스러스트 플레이트(222)는 샤프트(220)의 하단에 형성되어 샤프트(220)의 외경보다 크고 제2 내주면(234)의 내경보다 작은 외경을 가진다. 또한, 스러스트 플레이트(222)는 균일한 두께를 가질 수 있으며, 베어링에 유체 역학의 유막 효과를 주기 위한 오일 홈 및 형상부 등이 형성될 수 있다.
그러나, 본 실시예에서 슬리브(230) 및 샤프트(220)의 형상은 설계자의 의도에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예에서 로터 및 스테이터는 일 실시예의 구성과 실질적으로 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략할 수 있다.
그리고, 마그네트(222)의 중심은 코어(212)의 중심보다 낮도록 형성될 수 있다. 이때, 마그네트(222)의 중심이 코어(212)의 중심보다 낮게 형성된다는 의미는 마그네트(222)가 풀링 플레이트(260)로부터 코어(212)보다 가깝게 형성되는 것을 의미할 수 있다.
따라서, 앞선 실시예에서 설명한 바와 같이, 마그네트(222)와 코어(212) 사 이에서 축방향의 상부를 향하여 작용되는 자기력에 의해서 유체 동압용 베어링(240)에서 발생하는 마모를 저감시킬 수 있고, 이에 따라 스핀들 모터의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 작용되는 자기장 방향을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터와 관련된 전류-시간의 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 코어와 마그네트의 위치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀들 모터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110.... 스테이터 112,212....코어
120, 220.... 로터 122,222....마그네트
130, 230.... 슬리브 140.... 유체 동압용 베어링

Claims (7)

  1. 회전 구동력을 발생시키도록 전원인가 시 전자기력을 형성하는 권선코일이 권선되는 코어를 포함하는 스테이터;
    상기 스테이터에 대해 회전 가능하도록 상기 권선코일과 대면하는 마그네트가 구비되는 로터; 및
    상기 마그네트에서 축방향으로 자기력이 발생하도록 상기 마그네트에 인접하게 형성되는 풀링 플레이트;를 포함하고,
    상기 코어와 상기 마그네트 간에 작용하는 축방향 자기력 방향이 상기 마그네트와 상기 풀링 플레이트에서 작용되는 힘의 방향과 반대가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트의 중심이 상기 코어의 중심보다 상기 풀링 플레이트에 가깝도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 로터는 상기 코어의 중심보다 상기 마그네트의 중심이 하부에 위치하도 록 상기 마그네트가 외주면에 장착되는 허브를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스테이터는 상기 마그네트의 중심보다 상기 코어의 중심이 하부에 위치하도록 상기 코어가 장착되는 베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트의 중심은 상기 코어의 중심보다 낮고 상기 코어의 타단보다 높은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터는 상기 마그네트의 중심보다 상기 코어의 중심이 하부에 위치하도록 상기 코어가 장착되는 베이스를 포함하고,
    상기 베이스에는 상기 풀링 플레이트가 상기 마그네트에 인접하게 장착되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 베이스는 상기 풀링 플레이트가 수용되는 수용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101114966B1 (ko) * 2010-05-28 2012-02-13 주식회사 엘지화학 고흡수성 수지용 분쇄장치 및 이를 이용한 고흡수성 수지의 제조 방법

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