KR20130032039A - 스핀들 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스핀들 모터는 회전자의 회전중심을 이루는 샤프트, 상기 샤프트를 수용하며, 회전가능하도록 지지하는 슬리브, 상기 슬리브를 지지하도록 상기 슬리브 외측면에 결합되며, 내측면에 코일이 권선된 코어가 장착되는 베이스, 상기 샤프트가 중심부에 일체로 결합되고 상기 슬리브의 일단면에 대응되도록 상기 샤프트 상부에서 결합되며, 일측단에 플랜지부가 형성된 허브;를 포함하고, 상기 플랜지부의 래디얼 방향 외측면에 추력패턴부가 형성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 허부 외경부에 추력패턴을 형성함으로써, 별도의 자성 부재 없이도 스핀들 모터 구동시에 회전자의 부상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

스핀들 모터{Spindle Motor}

본 발명은 스핀들 모터에 관한 것이다.

일반적으로 스핀들 모터(Spindle Motor)는 BLDC(Brushless-DC Motor)에 속하는 것으로 하드디스크 드라이브용 모터 외에도 레이저프린터용 레이저빔 스캐너 모터, 플로피디스크(FDD:Floppy Disk Driver)용 모터, CD(Compack Drive)나 DVD(Digital Versatile Disk)와 같은 광디스크 드라이브용 모터 등으로 널리 사용되고 있다.

최근 하드디스크 드라이브와 같은 고용량 및 고속의 구동력이 요구되는 기기에서는 소음과 볼 베어링 채용시에 발생되는 진동인 NRRO(Non Repeatable Run Out)의 발생을 최소화하기 위하여 기존의 볼베어링의 형태보다는 구동마찰이 적은 유체동압베어링이 적용된 스핀들 모터가 범용적으로 사용되고 있다. 유체동압베어링은 기본적으로 회전체와 고정체 사이에 얇은 유막을 형성하여 회전시 발생하는 압력으로 회전체와 고정체를 지지하므로 회전체와 고정체간에 서로 접촉하지 않아 마찰부하가 저감되는 것이다. 그러므로, 상기 유체동압베어링이 적용되는 스핀들 모터는 디스크를 회전시키는 모터의 샤프트를 윤활유(이하 '작동유체'라 한다)가 동압(회전축의 원심력에 의해 유압을 중심으로 되돌리는 압력)만으로 유지시키는 것으로 샤프트볼 쇠구슬로 지지하는 볼베어링 스핀들 모터와는 구별된다.

이러한 유체동압베어링을 스핀들 모터에 적용하게 되면 유체를 이용하여 회전체를 지지하기 때문에 모터에서 발생되는 소음량이 적고, 소비전력도 적게 소요됨과 동시에 내충격성이 우수하다.

유체동압베어링을 적용하는 스핀들 모터에서는 종래 일본특허공개번호 제2010-136575에서와 같이, 유체동압베어링에 의한 회전자의 부상을 방지하여 적절한 회전균형을 유지하기위해 베이스부재에 흡인요크(풀링플레이트)를 부착한다. 즉, 회전자의 로터마그네트의 자기력을 이용하여 회전시 유체동압베어링에 의한 회전자의 부상과 로터마그네트와의 인력의 균형을 이루도록 설계되었다. 그러나, 이러한 흡인요크(풀링플레이트)를 베이스부재에 부착하는 경우에 본드를 도포한 후, 별도의 지그를 통해 경화시키는 과정을 거친다. 본딩공정을 위한 별도의 내부 공간을 확보해야 하는 문제점과, 본딩공정에 사용되는 접착제 등으로 인한 아웃가스의 발생, 흡인요크(풀링플레이트)를 포함하는 스핀들 모터의 생산에 따른 리드타임 증가로 인한 생산성의 경감 등 다양한 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 풀링플레이트의 기능을 허브의 외경부에 추력패턴부를 통해 수행할 수 있는 스핀들 모터를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 모터는 회전자의 회전중심을 이루는 샤프트, 상기 샤프트를 수용하며, 회전가능하도록 지지하는 슬리브, 상기 슬리브를 지지하도록 상기 슬리브 외측면에 결합되며, 내측면에 코일이 권선된 코어가 장착되는 베이스, 상기 샤프트가 중심부에 일체로 결합되고 상기 슬리브의 일단면에 대응되도록 상기 샤프트 상부에서 결합되며, 일측단에 플랜지부가 형성된 허브;를 포함하고, 상기 플랜지부의 래디얼 방향 외측면에 추력패턴부가 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 추력패턴부는 헬리컬 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스는 상기 플랜지부의 래디얼 방향 외측면과 이격되어 마주보도록 형성되고, 상기 베이스로부터 돌출되어 형성되는 추력발생면;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 추력패턴부는 상기 스핀들 모터의 회전방향에 대응되는 방향으로 형성되고, 축방향 하부방향으로 나선형으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 종래 회전자의 부상을 방지하기 위한 풀링플레이트의 부재를 생략함으로써, 별도의 내부공간확보가 필요없어 조립의 용이성을 향상시키고 생산성을 높이는 효과가 있다.

또한, 허부 외경부에 추력패턴을 형성함으로써, 별도의 자성 부재 없이도 스핀들 모터 구동시에 회전자의 부상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 종래 풀링플레이트와 같은 별도부재의 본딩공정을 생략함으로써, 스핀들 모터 내부의 아웃가스의 발생을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 허브 외경부에 추력패턴을 형성함으로써, 회전자의 부상방지 뿐만 아니라 회전자의 회전균형을 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스핀들 모터의 추력패턴부의 확대 단면도;
도 2는 본 발명에 따른 추력패턴부의 확대 사시도;
도 3은 본 발명에 따른 스핀들 모터의 단면도; 및
도 4는 본 발명에 따른 추력패턴부의 작동상태를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 "축방향"이란 스핀들 모터의 회전중심의 축인 샤프트를 기준으로 상부에서 하부로의 방향을 의미한다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 스핀들 모터의 추력패턴부의 확대 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 추력패턴부의 확대 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 스핀들 모터의 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 추력패턴부의 작동상태를 나타내는 단면도이다.

본 발명에 따른 스핀들 모터는 회전자(10)의 회전중심을 이루는 샤프트(11), 상기 샤프트(11)를 수용하며, 회전가능하도록 지지하는 슬리브(22), 상기 슬리브(22)를 지지하도록 상기 슬리브(22) 외측면에 결합되며, 내측면에 코일(23a)이 권선된 코어(23)가 장착되는 베이스(21), 상기 샤프트(11)가 중심부에 일체로 결합되고 상기 슬리브(22)의 일단면에 대응되도록 상기 샤프트(11) 상부에서 결합되며, 일측단에 플랜지부(21a)가 형성된 허브(12);를 포함하고, 상기 플랜지부(21a)의 래디얼 방향 외측면에 추력패턴부(12b)가 형성된 것을 특징으로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 샤프트(11)는 스핀들 모터가 회전구동하는 중심축을 이루며, 일반적으로 원통형상으로 이루어진다. 유체동압베어링에 의한 스러스트동압베어링을 형성하기 위한 스러스트플레이트(40)가 샤프트(11) 상측부에 직교하도록 삽입설치된다. 여기서, 스러스트플레이트(40)는 샤프트(11)의 상측부에 형성되는 것을 도시하였으나, 샤프트(11)의 하단부에 직교하도록 삽입설치될 수 있음은 물론이다. 스러스트플레이트(40)는 샤프트(11)에 고정시키기 위해 별도의 레이저 용접 등이 가능하나, 스러스트플레이트(40)에 소정의 압력을 가하여 압입결합될 수 있음은 당업자에 의해 자명한 사항이다. 유체동압베어링에 의한 스러스트동압베어링을 형성하기 위해 스러스트플레이트(40)에는 동압발생홈(도면 미도시)이 형성될 수 있다.

슬리브(22)는 샤프트(11)를 회전가능하도록 지지하기 위한 것으로, 전체적으로 중공의 원통형상을 가지며, 결합된 샤프트(11)의 외주면과 스러스트플레이트(40)가 마주하는 베어링면에 유체동압베어링에 의한 스러스트동압베어링이 형성된다. 슬리브(22)의 외주면과 마주보는 샤프트(11)의 내주면 사이에 유체동압베어링에 의한 래디얼동압베어링이 형성된다. 래디얼동압베어링을 형성하기 위해 샤프트(11)의 외주면과 마주보는 슬리브(22)의 내주면(22a)에는 래디얼 동압발생홈(도면 미도시)이 형성되며, 슬리브(22)의 내주면(22a)과 샤프트(11)의 외주면 사이에 작동유체(예를 들면, 오일 등이 사용될 수 있다)가 보관된다. 래디얼 동압발생홈은 샤프트(11)의 회전시 슬리브(22)와 샤프트(11) 사이에 보관되는 유체를 이용하여 유체동압을 발생시킴으로써 샤프트(11)와 슬리브(22) 사이에 비접촉 상태를 유지한다. 래디얼 동압발생홈이 유체동압베어링에 의한 래디얼동압베어링을 형성하는 샤프트(11)의 외주면에 형성될 수 있음은 물론이다.

허브(12)는 미도시된 광디스크 또는 자기디스크를 탑재하여 회전시키기 위한 것으로, 샤프트(11)가 중심에 일체로 결합되고, 슬리브(22)의 축방향 상단면에 대응되도록 샤프트(11) 상부에 결합된다. 후술하는 베이스(21)의 코어(23)와 래디얼방향으로 대응되도록 로터마그네트(13)가 형성된다. 코어(23)는 전류가 흐르면 자기장이 형성되면서 자속이 발생한다. 이와 마주한 로터마그네트(13)는 N극과 S극이 반복 착자되어져 코어(23)에서 발생하는 가변전극과 대응하여 전극을 형성한다. 코어(23)와 로터마그네트(13)는 자속의 쇄교에 따른 전자력에 의하여 상호간 반발력이 생성되고 이에 따라 허브(12) 및 이와 결합된 샤프트(11)가 회전하게 되는 것이다.

허브(12)의 일측단에는 베이스(21)의 상부방향으로 돌출되어 형성된 추력발생면(21b)과 마주보는 허브(12)의 플랜지부(12a)가 형성된다. 여기서, 플랜지부(12a)와 마주보는 베이스(21)의 축방향 상부방향으로 돌출된 추력발생면(21b) 사이의 간극은 일정하게 형성되는 것을 특징으로 한다. 플랜지부(21a)의 래디얼 방향 외측면에는 추력패턴부(12b)가 형성된다. 추력패턴부(12b)에 의해 스핀들 모터의 회전시에 허브(12)를 포함하는 회전자(10)가 부상하는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 추력패턴부(12b)는 헬리컬 패턴 형상으로 형성될 수 있다. 스핀들 모터의 회전자(10)가 A방향으로 회전하는 경우에, 추력패턴부(12b)와 후술하는 베이스(21)의 추력발생면(21b) 사이에 공기가 B방향인 축방향 상측으로 배출되면서 추력이 발생되어, 회전자(10)가 C방향인 축방향 하부로 향하는 힘을 받게 된다. 따라서, 결과적으로 스핀들 모터의 회전 구동중의 회전자(10)의 부상이 방지되는 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 추력패턴부(12b)는 스핀들 모터의 회전방향에 대응되는 방향으로 형성되고, 축방향 하부방향으로 나선형으로 이루어짐으로써, 상기와 같인 작용효과를 나타낼 수 있는 것이다.

베이스(21)는 샤프트(11)를 포함하는 슬리브(22)가 내측에 결합되도록, 일측면이 슬리브(22)의 외주면에 결합된다. 베이스(21) 일측면의 반대편인 타측면에는 권선코일(23a)이 감긴 코어(23)가 허브(12)에 형성된 로터마그네트(13)와 대응되는 위치에 결합된다. 베이스(21)는 스핀들 모터의 하부에서 전체적인 구조를 지지하는 기능을 하며, 그 제작방법은 프레스가공 또는 다이캐스팅(die-casting) 방법에 의해 제작될 수 있다. 프레스가공에 의한 재질은 알루미늄, 강철 등 다양한 재질의 금속이 가능하나, 강성을 갖는 것으로 형성하는 것이 바람직하다. 베이스(21)의 내면 혹은 슬리브(22) 외면에 접착제를 도포하여 슬리브(22)와 조립될 수 있다. 베이스(21)와 슬리브(22)가 접합되는 하단면에는 베이스(21)와 슬리브(22)의 도통을 위한 도전성접착제(도면 미도시)가 연결되어 형성될 수 있다. 도전성접착제를 형성함으로써, 모터의 작동시 발생되는 과전하가 베이스(21)와 도통하여 흘러나갈 수 있도록 함으로써 모터 작동의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것이다.

상기에서 설명한 바와 같이, 베이스(21)는 허브(12)의 플랜지부(21a)의 래디얼 방향 외측면과 이격되어 마주보도록 베이스(21)로부터 축방향 상부로 돌출되는 추력발생면(21b)이 형성될 수 있다. 스핀들 모터 구동시에 추력발생면(21b)과 플랜지부(21a)의 외측면이 마주보는 이격공간에 생성되는 기류가 플랜지부(21a)의 추력패턴부(12b)에 의해 축방향 상부로 배출되면서 발생되는 추력에 의해 허브(12)를 포함하는 회전자(10)가 축방향 하부로 힘을 받게 되어 회전자(10)의 부상을 방지할 수 있음은 이미 살펴보았다.

코어(23)는 다수의 박형금속판을 적층하여 형성되는 것이 일반적이며, 연성회로기판(50)이 구비되는 베이스(21) 상부에 고정배치된다. 권선코일(23a)에서 인출되는 코일(23a)에 대응되도록는 복수개의 관통홀(21a)이 형성되며, 상기 관통홀(21a)을 통해 인출된 코일(23a)은 연성회로기판(50)에 솔더링되어 전기적으로 연결될 수 있다.

커버부재(30)는 샤프트(11)를 포함한 슬리브(22)의 축방항 하단면을 커버하도록 결합된다. 커버부재(30)는 샤프트(11)의 하단면(11b)과 마주보는 내측면에 동압발생홈을 형성하여 스러스트동압베어링부를 형성할 수 있다. 커버부재(30)는 슬리브(22)의 하단을 전체적으로 커버하면서 결합되어 유체동압베어링 내부에 형성된 작동유체인 오일을 보관할 수 있는 구조로 형성된다.

본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 모터의 구성과 작동관계를 도 3을 참고하여 간단하게 설명하면 다음과 같다.

회전자(10)는 회전축이 되며 회전가능하도록 형성된 샤프트(11), 로터마그네트(13)가 부착된 허브(12)로 구성되고, 고정자(20)는 베이스(21), 슬리브(22), 코어(23)가 포함되어 형성될 수 있다. 베이스(21)의 외측 및 허브(12)의 내측으로 서로 마주하는 위치에 각기 코어(23) 및 로터마그네트(13)가 부착되는데, 여기서 코어(23)는 전류가 흐르면 자기장이 형성되면서 자속이 발생한다. 이와 마주한 로터마그네트(13)는 N극과 S극이 반복 착자되어져 코어(23)에서 발생하는 가변전극과 대응하여 전극을 형성한다. 코어(23)와 로터마그네트(13)는 자속의 쇄교에 따른 전자력에 의하여 상호간 반발력이 생성되고 이에 따라 허브(12) 및 이와 결합된 샤프트(11)가 회전함으로써 본 발명의 스핀들 모터가 구동되는 것이다. 또한, 모터의 구동시에 회전자(10)가 부상하는 것을 방지하기 위해 본 발명에서는 허브(12)의 플랜지부(21a)의 래디얼 방향의 외측면에 베이스(21)의 추력발생면(21b)과 이격되어 대응되도록 추력패턴부(12b)가 형성된다. 따라서, 스핀들 모터의 회전 구동시에 추력패턴부(12b)에 의한 추력발생으로 회전자(10)가 축방향 하부로 힘을 받게 되어 회전자(10)의 부상을 방지할 수 있는 것은 이미 살펴보았으므로 자세한 설명은 생략한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 스핀들 모터는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10: 회전자 11: 샤프트
11a: 샤프트의 외주면 11b: 샤프트의 하단면
12: 허브 12a: 플랜지부
12b: 추력패턴부 13: 로터마그네트
20: 고정자 21: 베이스
21a: 관통홀 21b: 추력발생면
22: 슬리브 22a: 슬리브 내주면
23: 코어 23a: 코일
30: 커버부재 40: 스러스트플레이트
50: 연성회로기판(Flexibel Printed Circuit Board)

Claims (4)

1. 회전자의 회전중심을 이루는 샤프트;
   상기 샤프트를 수용하며, 회전가능하도록 지지하는 슬리브;
   상기 슬리브를 지지하도록 상기 슬리브 외측면에 결합되며, 내측면에 코일이 권선된 코어가 장착되는 베이스;
   상기 샤프트가 중심부에 일체로 결합되고 상기 슬리브의 일단면에 대응되도록 상기 샤프트 상부에서 결합되며, 일측단에 플랜지부가 형성된 허브;를 포함하고,
   상기 플랜지부의 래디얼 방향 외측면에 추력패턴부가 형성된 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 추력패턴부는 헬리컬 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 베이스는 상기 플랜지부의 래디얼 방향 외측면과 이격되어 마주보도록 형성되고, 상기 베이스로부터 돌출되어 형성되는 추력발생면;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 추력패턴부는 상기 스핀들 모터의 회전방향에 대응되는 방향으로 형성되고, 축방향 하부방향으로 나선형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.

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