KR20130012496A

KR20130012496A - 스핀들 모터

Info

Publication number: KR20130012496A
Application number: KR1020110073763A
Authority: KR
Inventors: 유호준; 최열; 박경수
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2013-02-04

Abstract

본 발명은 스핀들 모터에 관한 것이다. 본 발명은 전기자를 구성하는 코어의 높이(H1)와 회전자를 구성하는 마그넷(Magnet)의 높이를 균등하게 형성하고, 상기 마그넷과 코어 사이에 형성된 공극(Air Gap)을 유선형으로 형성함으로써, 스핀들 모터의 회전상태를 감지하기 위한 역기전력 상수 값(B-EMF)이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.

Description

스핀들 모터{SPINDLE MOTOR}

본 발명은 스핀들 모터에 관한 것이다.

스핀들 모터는 베어링과 회전축 사이에 일정한 접촉구간을 유지하면서 회전축이 회전됨에 따라 회전특성을 유지할 수 있어 하드디스크 드라이브(H1ard Disk Drive: H1DD), 광디스크 드라이브(Opical Disk Drive: ODD) 등의 고속회전을 요하는 기록매체의 구동수단으로 널리 이용되고 있다.

이러한 스핀들 모터는 통상 전기자, 상기 전기자와의 사이에 전자기력을 형성하는 마그넷을 포함하는 회전자 및 상기 회전자를 회전 가능하게 지지하는 고정자를 포함하고 있으며, 상기 전기자와 마그넷 사이에 발생하는 전자기력에 의해 회전자가 회전하고 있다.

따라서 스핀들 모터는 원리상 회전자에 마그넷을 반드시 포함하고 있는데, 전자기력의 용이한 발생을 위하여 통상 전자기보다 사이즈가 크게 마그넷을 설계하고 있다.

그러나 마그넷의 사이즈가 전자기보다 클 경우 앞서 설명한 바와 같이, 전자기력을 용이하게 형성할 수 있는데 반해 상대적으로 스핀들 모터의 박형화에 어려움이 있으며, 또한 원자재의 가격이 상승할 경우 이를 원가에 반영해야 하는 만큼 가격조절에 어려움을 겪고 있다.

다만 이를 해결하기 위하여 마그넷의 사이즈를 무작정 작게 형성할 경우 전자기력의 용이한 발생에 어려움이 있어 결과적으로 스핀들 모터의 구동에 지장을 초래할 수 있다.

이에 (특허문헌 1)에서는 전기자를 구성하는 코어의 높이와 동등한 크기로 마그넷을 형성하되, 상기 코어의 절연층 즉, 상기 마그넷과 대향 배치된 절연층을 절삭 가공이나 연마 가공 등에 의하여 제거하여 금속 면을 노출함으로써, 마그넷과 코어의 틈을 가급적 좁게 하여 작은 마그넷으로도 큰 구동력을 발생시키는 기술을 개시하고 있다.

그러나 (특허문헌 1)에서 개시하고 있는 스핀들 모터는 회전상태 감지(디택팅)에 문제가 발생할 수 있다. 즉 스핀들 모터는 회전상태 감지를 모터의 회전시 각상에서 역방향으로 발생하는 역기전력 상수 값(B-EMF)을 통해서 검출하여 제어를 하도록 되어 있는데, 이값이 낮을 경우에는 제어에 문제가 발생한다.

아래의 표 1은 (특허문헌 1)과 같이 코어와 마그넷의 크기를 동등하게 설계했을 때의 실험데이터를 정리한 것이다.

	비교 예	(특허문헌 1)
공극(Air Gap)	0.25㎜	0.25㎜미만
역기전력 상수(B-EMF)	650㎷	550㎷
코깅(Cogging)	문제없음	약간 있음
Spin up시 기동불량	문제없음	발생함
Spin Down	보통(4.5S)	긴 시간 필요(6S)

즉 상기 표 1에서 보듯이, 코어의 높이보다 마그넷의 높이를 크게 형성한 비교 예의 경우 회전상태 감지가 가능한 역기전력 상수 값(B-EMF)을 나타내고 있으나, (특허문헌 1)과 같이, 마그넷의 높이를 코어의 높이와 동등하게 형성할 경우 역기전력 상수 값(B-EMF)이 회전상태를 감지하기에는 낮아 제어를 못 하는 문제점이 발생하고 있다.

또 다른 문제점으로는 스핀들 모터의 스핀 업(Spin Up)시 기동불량이 발생할 수 있으며, 스핀 다운(Spin Down)에도 긴 시간이 필요하다. 이와 같은 문제점의 주된 원인으로는 (특허문헌 1)의 도 2에서 보듯이, 마그넷과 대향 배치된 코어의 측면을 직선형태로 가공하여 상기 마그넷과 코어 사이에 형성된 틈이 일직선(StraigH1t)으로 형성되어 있기 때문이다.

JP

1997-219962

A

따라서 본 발명은 상기 (특허문헌 1)에서 나타나고 있는 문제점인 역기전력 상수 값(B-EMF)이 낮아지고, 이로 인해 스핀들 모터의 회전상태를 용이하게 감지하지 못하는 것을 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은, 코어의 높이와 영구자석의 높이를 동등하게 형성하더라도 회전상태를 용이하게 감지할 수 있도록 한 스핀들 모터를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해,

본 발명은 코어를 포함하는 전기자;

상기 코어와 공극을 갖고 대향 배치된 마그넷을 포함하는 회전자; 및

상기 회전자를 회전 가능하도록 지지하는 고정자;

를 포함하며,

상기 마그넷은 코어의 높이와 동등하게 형성되고, 상기 공극은 유선형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 공극을 유선형으로 형성할 수 있도록 코어의 측면에 돌출부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 돌출부는 코어의 중심에 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 돌출부는 코어의 상단과 하단에 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 마그넷을 코어의 높이와 동등하게 형성하되, 공극을 일직선(StraigH1t)이 아닌 유선형으로 형성함으로써, 스핀들 모터의 회전시 역기전력 상수 값(B-EMF)이 낮아지는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 회전상태를 용이하게 감지할 수 있다.

또한 상기 마그넷의 사이즈가 현저하게 줄어듦으로써, 스핀들 모터의 박형화가 가능할 뿐만 아니라 마그넷의 원가의 상승이 발생하더라도 이와 동반하여 제조단가가 상승하는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 스핀들 모터를 나타내 보인 단면도.
도 2는 도 1의 요부를 확대하여 나타내 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 스핀들 모터를 나타내 보인 단면도.
도 4는 도 3의 요부를 확대하여 나타내 보인 단면도.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제1실시 예에 따른 스핀들 모터(100)는 도 1에서 보듯이, 전기자(110), 회전자(120) 및 고정자(130)를 포함한다. 상기 전기자(110)는 코어(111)를 포함하며, 상기 코어(111)에는 코일(112)이 권취되어 있다. 따라서 상기 전기자(110)는 마그넷(Magnet)과의 전자기력을 형성하여 회전자(120)를 회전시키게 된다.

상기 회전자(120)는 로터케이스(121), 마그넷(122) 및 회전축(123)을 포함한다. 또한 상기 회전자(120)는 로터케이스(121)의 상부에 설치되어 기록매체, 즉 자기디스크 또는 광디스크를 고정하기 위한 클램프(124)를 더 포함할 수 있다.

이러한 회전자(120)는 회전축(123)을 통해 고정자(130)에 회전 가능하게 설치되는데, 이를 위해 상기 고정자(130)는 상기 회전축(123)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(131) 및 상기 베어링(131)이 내부에 설치되는 베어링 홀더(132)를 포함하며, 상기 베어링 홀더(132)의 외부에 전기자(110)가 고정된다.

따라서 상기 베어링(131)에 회전축(123)이 기립 설치됨으로써, 마그넷(122)과 전기자(110)에 의해 발생한 전자기력에 의해 회전자(120)가 회전구동하게 되는 것이며, 이를 통해 클램프(124)에 탄성 장착된 기록매체가 회전하게 된다.

여기서 상기 고정자(130)는 베어링 홀더(132)에 설치된 베이스(133) 및 상기 베이스(133)에 설치되는 기판(134)을 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 기판(134)을 통해 전기자(110)에 외부전력을 공급하게 된다.

한편 본 발명에 따른 마그넷(122)은 코어(111)의 높이(H1)와 동등하게 형성되는데, 이때의 동등이란, 상기 코어(111)의 높이(H1)와 다소 차이가 있더라도 실질적으로 동일하다는 포괄적 의미로 해석되어야 한다. 즉 코어(111)의 높이(H1)와 마그넷(122)의 높이(H2)를 비교할 때, 상기 마그넷(122)이 다소 작거나 동일하거나 다소 큰 것도 동등에 포함된다.

상기 마그넷(122)은 도 2에서 보듯이, 회전축(123)에 설치된 로터케이스(121)의 측면 안쪽에 구비되어 전기자(110)를 구성하는 코어(111)와 공극(Air Gap: 이하 G)을 갖고 대향 배치됨으로써, 상기 전기자(110)와의 전자기력을 발생시키게 된다.

여기서 상기 마그넷(122)과 코어(111) 사이에 형성된 공극(G)은 유선형으로 형성되며, 이는 상기 코어(111)를 형성함에 있어서 코어(111)의 중심에 돌출부(111a)를 형성함으로써, 가능하게 된다.

즉 상기 코어(111)는 박형 금속판을 순차적으로 적층하여 형성하게 되는데, 코어(111)의 중심에 배치되는 박형 금속판들의 사이즈를 상단과 하단에 배치되는 박형 금속판들보다 크게 형성하여 돌출부(111a)를 형성함으로써, 상기 코어(111)의 단면형상을 측면에서 봤을 때, 상단과 하단보다 중심이 튀어나와 공극(G)을 유선형으로 형성하게 된다. 이때 상기 유선형이란 그 형상 자체가 아닌 일직선의 반대개념으로 해석되어야 한다.

상기 유선형 공극(G)에 의해 코어(111)의 중심과 마그넷(122)의 거리는 0.18㎜이고, 돌출부(111a)와 마그넷(122)의 거리는 0.25㎜이다.

따라서 이러한 유선형 공극(G)을 통한 마그넷(122)과 전기자(110) 사이의 자기상호작용을 통해 스핀들 모터(100)의 회전시 각상에서 역방향으로 발생하는 역기전력 상수 값(B-EMF)이 낮아지는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따른 실험데이터는 하기의 표 2와 같다.

본 발명의 제2실시 예에 따른 스핀들 모터(200)는 도 2에서 보듯이, 전기자(210), 회전자(220) 및 고정자(230)를 포함한다. 상기 전기자(210)는 코어(211)를 포함하며, 상기 코어(211)에는 코일(212)이 권취되어 있다. 따라서 상기 전기자(210)는 마그넷(222)과의 전자기력을 형성하여 회전자(220)를 회전시키게 된다.

상기 회전자(220)는 로터케이스(221), 마그넷(222) 및 회전축(223)을 포함한다. 또한 상기 회전자(220)는 로터케이스(221)의 상부에 설치되어 기록매체, 즉 자기디스크 또는 광디스크를 고정하기 위한 클램프(224)를 더 포함할 수 있다.

이러한 회전자(220)는 회전축(223)을 통해 고정자(230)에 회전 가능하게 설치되는데, 이를 위해 상기 고정자(230)는 상기 회전축(223)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(231) 및 상기 베어링(231)이 내부에 설치되는 베어링 홀더(232)를 포함하며, 상기 베어링 홀더(232)의 외부에 전기자(210)가 고정된다.

따라서 상기 베어링(231)에 회전축(223)이 기립 설치됨으로써, 마그넷(222)과 전기자(210)에 의해 발생한 전자기력에 의해 회전자(220)가 회전구동하게 되는 것이며, 이를 통해 클램프(224)에 탄성 장착된 기록매체가 회전하게 된다.

여기서 상기 고정자(230)는 베어링 홀더(232)에 설치된 베이스(233) 및 상기 베이스(233)에 설치되는 기판(234)을 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 기판(234)을 통해 전기자(210)에 외부전력을 공급하게 된다.

한편 본 발명에 따른 마그넷(222)은 코어(211)의 높이(H1)와 동등하게 형성되는데, 이때의 동등이란, 상기 코어(211)의 높이(H1)와 다소 차이가 있더라도 실질적으로 동일하다는 포괄적 의미로 해석되어야 한다. 즉 코어(211)의 높이(H1)와 마그넷(222)의 높이(H2)를 비교할 때, 상기 마그넷(222)이 다소 작거나 동일하거나 다소 큰 것도 동등에 포함된다.

상기 마그넷(222)은 도 4에서 보듯이, 회전축(223)에 설치된 로터케이스(221)의 측면 안쪽에 구비되어 전기자(210)를 구성하는 코어(211)와 공극(Air Gap: 이하 G)을 갖고 대향 배치됨으로써, 상기 전기자(210)와의 전자기력을 발생시키게 된다.

여기서 상기 마그넷(222)과 코어(211) 사이에 형성된 공극(G)은 유선형으로 형성되며, 이는 상기 코어(211)를 형성함에 있어서 상기 코어(211)의 상단과 하단에 각각 돌출부(211a)(211b)를 형성함으로써, 가능하게 된다.

즉 상기 코어(211)는 박형 금속판을 순차적으로 적층하여 형성하게 되는데, 코어(211)의 중심에 배치되는 박형 금속판들보다 상단과 하단에 배치되는 박형 금속판의 사이즈를 크게 형성하여 공극(G)방향으로 돌출시켜 돌출부(211a)(211b)를 형성함으로써, 상기 코어(211)의 단면형상을 측면에서 봤을 때, 상단과 하단이 중심보다 튀어나와 공극(G)을 유선형으로 형성하게 된다. 이때 상기 유선형이란 그 형상 자체가 아닌 일직선의 반대개념으로 해석되어야 한다.

상기 유선형 공극(G)에 의해 코어(211)의 중심과 마그넷(222)의 거리는 0.25㎜이고, 돌출부(211a)(211b)와 마그넷(222)의 거리는 0.18㎜이다.

따라서 이러한 유선형 공극(G)을 통한 마그넷(222)과 전기자(210) 사이의 자기상호작용을 통해 스핀들 모터(200)의 회전시 각상에서 역방향으로 발생하는 역기전력 상수 값(B-EMF)이 낮아지는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따른 실험데이터는 하기의 표 2와 같다.

아래의 표 2는 앞서 설명한데로 본 발명의 제1실시 예 및 제2실시 예에 따른 스핀들 모터(100)(200)의 실험데이터를 정리한 것이다.

	비교 예	제1실시 예	제2실시 예
공극	0.25㎜	0.18㎜	0.18㎜
역기전력 상수 값(B-EMF)	650㎷	620㎷	613㎷
코깅(Cogging)	문제없음	약간 있음	약간 있음
Spin up시 기동불량	문제없음	문제없음	문제없음
Spin Down	보통 (6S)	보통보다 빠름(4.3S)	보통보다 빠름(4.38S)

즉 상기 표 2에서 보듯이, 비교 예와 비교할 때, 코어(111)(211)의 높이와 동등하게 마그넷(122)(222)을 형성하되, 그 사이에 형성된 공극(G)을 유선형으로 형성할 경우 역기전력 상수 값(B-EMF)이 다소 낮아졌으나, 스핀들 모터(100)(200)의 회전상태를 감지(디택팅)하기에는 충분하여 제어에 문제를 보이지 않고 있다.

또한 상기 스핀들 모터(100)(200)의 스핀 업(Spin Up)시 소음이 일부 발생하고 있으나, 기동불량에는 전혀 문제가 발생하지 않고 있으며, 오히려 스핀 다운(Spin Down)시 비교 예보다 빠르게 기동하는 것을 보이고 있다.

100, 200 - 스핀들 모터 110, 210 - 전기자
111, 211 - 코어 112, 212 - 코일
120, 220 - 회전자 121, 221 - 로터케이스
122, 222 - 마그넷 123, 223 - 회전축
124, 224 - 클램프 130, 230 - 고정자
131, 231 - 베어링 132, 232 - 베어링 홀더
133, 233 - 베이스 134, 234 - 기판

Claims

코어를 포함하는 전기자;
상기 코어와 공극을 갖고 대향 배치된 마그넷을 포함하는 회전자; 및
상기 회전자를 회전 가능하도록 지지하는 고정자;
를 포함하며,
상기 마그넷은 코어의 높이와 동등하게 형성되고, 상기 공극은 유선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 공극을 유선형으로 형성할 수 있도록 코어의 측면에 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 2에 있어서,
상기 돌출부는 코어의 중심에 형성된 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 2에 있어서,
상기 돌출부는 코어의 상단과 하단에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.