KR20130054697A - 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 관한 것으로서, 샤프트가 회전 가능하게 끼워지도록 구비되는 슬리브와, 상기 샤프트의 상단에 구비되고, 축방향 하부로 돌출되는 주벽부를 구비하는 허브 및 상기 주벽부의 내측에 구비되어 상기 허브의 부상을 제한하고, 내경방향 내측면과 상기 슬리브의 외측면 사이에 오일계면을 형성하는 스토퍼를 포함하고, 상기 스토퍼는 오일이 채워지는 부분의 기공도가 그 외 부분의 기공도보다 작은 유체 동압 베어링 어셈블리를 포함할 수 있다.

Description

유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터{Hydrodynamic bearing assembly and motor including the same}
본 발명은 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 관한 것이다.
정보 저장 장치 중 하나인 하드 디스크 드라이브(HDD; Hard Disk Drive)는 기록재생헤드(read/write head)를 사용하여 디스크에 저장된 데이터를 재생하거나, 디스크에 데이터를 기록하는 장치이다.
이러한 하드 디스크 드라이브는 디스크를 구동시킬 수 있는 디스크 구동장치가 필요하며, 상기 디스크 구동장치에는 소형의 모터가 사용된다.
소형의 모터는 유체 동압 베어링 어셈블리가 이용되고 있으며, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리의 회전부재 중의 하나인 샤프트와 고정부재 중의 하나인 슬리브 사이에는 오일이 개재되어 상기 오일에서 생기는 유체 압력으로 샤프트를 지지하게 된다.
또한, 유체 동압 베어링 어셈블리를 채용하는 있는 스핀들 모터는 유체의 표면장력 및 모세관 현상을 이용하여 상기 유체의 실링부를 구성하고 있으며, 상기 실링부에 있어서 안정성이라는 측면은 중요한 인자 중 하나이다.
그러나, 모터 구동 및 정지 상태에서 외부충격이 가해지는 경우 윤활 유체 계면을 형성하던 윤활 유체가 외부로 유출되는 현상이 발생하였으며, 결국 윤활 유체 손실이 발생하여 모터의 구동 안정성을 저하시킨다는 문제가 있다.
따라서, 외부 충격이 가해지는 경우 윤활 유체의 유출을 방지하고, 유출이 되더라도 다시 윤활 유체 계면 방향으로 재유입이 가능하도록 하여 모터 구동의 안정성을 향상시키는 연구가 시급한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서 오일 계면이 형성되는 부분에 구비되는 스토퍼를 소결 스토퍼로 구비하고, 상기 소결 스토퍼에서 오일이 채워지는 부분의 기공도가 그 외 부분의 기공도보다 낮도록 하여 유출되려고 하는 오일이 기공도가 높은 부분에 흡수될 수 있도록 하는 모터를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리는 샤프트가 회전 가능하게 끼워지도록 구비되는 슬리브; 상기 샤프트의 상단에 구비되고, 축방향 하부로 돌출되는 주벽부를 구비하는 허브; 및 상기 주벽부의 내측에 구비되어 상기 허브의 부상을 제한하고, 내경방향 내측면과 상기 슬리브의 외측면 사이에 오일계면을 형성하는 스토퍼;를 포함하고, 상기 스토퍼는 오일이 채워지는 부분의 기공도가 그 외 부분의 기공도보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 스토퍼는 소결(sintering) 스토퍼일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리는 상기 스토퍼에서 오일계면이 축방향 하측으로 최대 하강했을 때의 위치에 기공도가 달라지는 경계가 위치하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 슬리브의 상단에는 반경방향 외측으로 돌출되는 걸림턱이 구비되어 상기 스토퍼가 걸림되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 오일계면이 형성되는 부분의 스토퍼 내주면 및 슬리브의 외주면 중 적어도 하나는 축방향 하측으로 갈수록 스토퍼와 슬리브의 간격이 넓어지도록 테이퍼질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 샤프트가 회전 가능하게 끼워지도록 구비되는 슬리브와, 상기 샤프트의 상단에 구비되고, 축방향 하부로 돌출되는 주벽부를 구비하는 허브 및 상기 주벽부의 내측에 구비되어 상기 허브의 부상을 제한하고, 내경방향 내측면과 상기 슬리브의 외측면 사이에 오일계면을 형성하는 스토퍼를 포함하고, 상기 스토퍼는 오일이 채워지는 부분의 기공도가 그 외 부분의 기공도보다 작은 유체 동압 베어링 어셈블리; 상기 슬리브의 외측 방향에 결합하며 회전 구동력을 발생시키기 위한 코일이 권선되는 코어를 구비하는 스테이터; 및 상기 스테이터에 대해 회전 가능하도록 상기 샤프트에 고정되며, 상기 코일과 대면하는 마그네트가 일면에 장착되는 허브;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 의하면, 소결 스토퍼를 사용하여 유체의 누수를 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 도시한 개략 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동압 베어링 어셈블리를 도시한 개략 단면도이다.
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, 변경, 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.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 도시한 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동압 베어링 어셈블리를 도시한 개략 단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터(400)는 샤프트(110)와 슬리브(120)를 포함하는 유체 동압 베어링 어셈블리(100), 허브(210)를 포함하는 로터(200) 및 코일(320)이 권선되는 코어(310)를 포함하는 스테이터(300)를 포함할 수 있다.
유체 동압 베어링 어셈블리(100)는 샤프트(110), 슬리브(120), 스토퍼(190) 및 허브(210)를 포함할 수 있으며, 상기 허브(210)는 후술할 로터(200)를 구성하는 구성인 동시에 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(100)를 구성하는 구성일 수 있다.
우선, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축방향은 도 1에서 볼 때, 상기 샤프트(110)를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 반경방향 외측 및 내측 방향은 상기 샤프트(110)를 기준으로 상기 허브(210)의 외측단 방향 또는 상기 허브(210)의 외측단을 기준으로 상기 샤프트(110)의 중심방향을 의미할 수 있다.
상기 슬리브(120)는 상기 샤프트(110)의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트(110)를 지지할 수 있다. 상기 슬리브(120)는 Cu-Fe계 합금 분말 또는 SUS계 분말을 소결하여 형성될 수 있다.
여기서, 상기 샤프트(110)는 상기 슬리브(120)의 축공과 미소 간극을 가지도록 삽입되어 베어링 간극(C)의 역할을 하고, 상기 베어링 간극에는 오일이 충전되며 상기 샤프트(110)의 외경 및 상기 슬리브(120)의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 레디얼 동압홈(122)에 의해 로터(200)의 회전을 부드럽게 지지할 수 있다.
상기 레디얼 동압홈(122)은 상기 슬리브(120)의 축공의 내부인 상기 슬리브(120)의 내측면에 형성되며, 상기 샤프트(110)의 회전 시에 상기 샤프트(110)가 상기 슬리브(120)와 소정 간격 이격된 상태로 회전할 수 있도록 압력을 형성시키게 된다.
다만, 상기 레디얼 동압홈(122)은 상기 언급한 바와 같이 상기 슬리브(120)의 내측면에 마련되는 것에 한정하지 않으며, 상기 샤프트(110)의 외경부에 마련되는 것도 가능하며, 갯수도 제한이 없다는 것을 밝혀둔다.
상기 레디얼 동압홈(122)은 헤링본 형상, 스파이럴 형상 및 나사선 형상 중 어느 하나일 수 있으며, 레디얼 동압을 발생시키는 형상이라면 그 형상에는 제한이 없다.
상기 슬리브(120)에는 슬리브(120)의 상부와 하부를 연통하도록 형성되는 순환홀(125)을 구비하여, 유체 동압 베어링 어셈블리(100) 내부의 오일의 압력을 분산시켜 평형을 유지할 수 있도록 할 수 있으며, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(100) 내부에 존재하는 기포 등을 순환에 의해 배출되도록 이동시킬 수 있다.
여기서, 상기 슬리브(120)의 상단에는 반경방향 외측으로 돌출되는 걸림턱(121)이 구비되어 이하 상술한 스토퍼(190)가 걸림되어 샤프트(110) 및 로터(200)의 부상을 제한하도록 할 수 있다.
또한, 상기 슬리브(120)의 축방향 하부에는 간극을 유지한 상태로 상기 슬리브(120)와 결합하며, 상기 간극에는 오일을 수용하는 베이스 커버(130)가 결합될 수 있다.
상기 베이스 커버(130)는 상기 슬리브(120) 사이의 간극에 오일을 수용하여 그 자체로서 상기 샤프트(110)의 하면을 지지하는 베어링으로서의 기능을 수행할 수 있다.
허브(210)는 샤프트(110)와 결합하며, 상기 샤프트(110)와 연동하여 회전하는 회전부재로 유체 동압 베어링 어셈블리(100)를 구성하는 구성인 동시에 로터(200)를 구성할 수 있으므로, 이하 로터(200)에서 자세히 설명한다.
로터(200)는 스테이터(300)에 대하여 회전 가능하게 구비되는 회전 구조물이며, 후술할 코어(310)와 일정 간격을 두고 서로 대응되는 환고리형의 마그네트(220)를 외주면에 구비하는 허브(210)를 포함할 수 있다.
다시 말하면, 상기 허브(210)는 상기 샤프트(110)에 결합되어 상기 샤프트(110)와 연동하여 회전하는 회전부재일 수 있다.
여기서, 상기 마그네트(220)는 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정 세기의 자기력을 발생시키는 영구자석으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 허브(210)는 샤프트(110)의 상단에 고정되도록 하는 제1 원통형 벽부(212), 상기 제1 원통형 벽부(212)의 단부로부터 반경방향 외측으로 연장 형성되는 원판부(214), 상기 원판부(214)의 반경방향 외측 단부에서 하향 돌출되는 제2 원통형 벽부(216)를 포함할 수 있으며, 상기 제2 원통형 벽부(216)의 내주면에는 상기 마그네트(220)가 결합될 수 있다.
상기 허브(210)는 상기 슬리브(120)의 상측 외측부와 대응되도록 축방향 하측으로 연장되어 형성되는 주벽부(230)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 주벽부(230)의 내측에는, 상기 허브(210)의 부상을 제한하고, 내경방향 내측면과 상기 슬리브(120)의 외측면 사이에 오일계면을 형성하는 스토퍼(190)를 구비할 수 있다.
또한, 상기 스토퍼(190)의 내주면은 테이퍼지게 형성되어 상기 슬리브(120)의 외측면과의 간격이 축방향 하부로 갈수록 넓어지도록 하여 오일의 실링이 용이하도록 할 수 있다. 또한, 상기 슬리브(120)의 외주면을 테이퍼지도록 형성하여 오일의 실링이 용이하도록 할 수도 있다.
또한, 상기 스토퍼(190)는 오일이 채워지는 부분인 유체접부(191)의 기공도가 그 외 부분인 공기접부(193)의 기공도보다 작도록 구비될 수 있다. 이에, 상기 스토퍼(190)는 소결 방식으로 제조되는 소결 슬리브일 수 있다.
여기서, 상기 스토퍼(190)에서 오일계면이 축방향 하측으로 최대 하강했을 때의 위치에 기공도가 달라지는 경계가 위치하도록 할 수 있다. 즉, 상기 유체접부(191)와 공기접부(193)의 경계가 상기 스토퍼(190)에서 오일계면이 축방향 하측으로 최대 하강했을 때의 위치와 일치하도록 할 수 있다. 물론, 이는 최초 모터를 제조하는 당시에 유체를 채우는 과정을 의미할 수 있다.
한편, 상기 주벽부(230)에는 단차부(231)가 구비되어 상기 단차부(231)에 스토퍼(190)가 안착되도록 할 수 있다.
스테이터(300)는 코일(320), 코어(310) 및 베이스 부재(330)를 포함할 수 있다.
다시 말하면, 상기 스테이터(300)는 전원인가 시 일정크기의 전자기력을 발생시키는 코일(320) 및 상기 코일(320)이 권선되는 복수 개의 코어(310)를 구비하는 고정 구조물일 수 있다.
상기 코어(310)는 패턴회로가 인쇄된 인쇄회로기판(미도시)이 구비되는 베이스 부재(330)의 상부에 고정 배치되고, 상기 권선코일(320)과 대응하는 베이스 부재(330)의 상면에는 상기 권선코일(320)을 하부로 노출시키도록 일정크기의 코일공이 복수개 관통형성될 수 있으며, 상기 권선코일(320)은 외부전원이 공급되도록 상기 인쇄회로기판(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 베이스 부재(330)는 상기 슬리브(120)의 외주면이 고정되고, 상기 코일(320)이 권선되는 코어(310)가 삽입될 수 있으며, 상기 베이스 부재(330)의 내면 혹은 상기 슬리브(120)의 외면에 접착제를 도포하여 조립될 수 있다.
100: 유체 동압 베어링 어셈블리 110: 샤프트
120: 슬리브 130: 커버플레이트
190: 스토퍼 200: 로터
210: 허브 230: 주벽부
300: 스테이터 310: 코어
320: 코일 330: 베이스 부재
400: 모터

Claims (6)

  1. 샤프트가 회전 가능하게 끼워지도록 구비되는 슬리브;
    상기 샤프트의 상단에 구비되고, 축방향 하부로 돌출되는 주벽부를 구비하는 허브; 및
    상기 주벽부의 내측에 구비되어 상기 허브의 부상을 제한하고, 내경방향 내측면과 상기 슬리브의 외측면 사이에 오일계면을 형성하는 스토퍼;를 포함하고,
    상기 스토퍼는 오일이 채워지는 부분의 기공도가 그 외 부분의 기공도보다 작은 유체 동압 베어링 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스토퍼는 소결(sintering) 스토퍼인 유체 동압 베어링 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스토퍼에서 오일계면이 축방향 하측으로 최대 하강했을 때의 위치에 기공도가 달라지는 경계가 위치하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브의 상단에는 반경방향 외측으로 돌출되는 걸림턱이 구비되어 상기 스토퍼가 걸림되도록 하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오일계면이 형성되는 부분의 스토퍼 내주면 및 슬리브의 외주면 중 적어도 하나는 축방향 하측으로 갈수록 스토퍼와 슬리브의 간격이 넓어지도록 테이퍼지진 유체 동압 베어링 어셈블리.
  6. 샤프트가 회전 가능하게 끼워지도록 구비되는 슬리브와, 상기 샤프트의 상단에 구비되고, 축방향 하부로 돌출되는 주벽부를 구비하는 허브 및 상기 주벽부의 내측에 구비되어 상기 허브의 부상을 제한하고, 내경방향 내측면과 상기 슬리브의 외측면 사이에 오일계면을 형성하는 스토퍼를 포함하고, 상기 스토퍼는 오일이 채워지는 부분의 기공도가 그 외 부분의 기공도보다 작은 유체 동압 베어링 어셈블리;
    상기 슬리브의 외측 방향에 결합하며 회전 구동력을 발생시키기 위한 코일이 권선되는 코어를 구비하는 스테이터; 및
    상기 스테이터에 대해 회전 가능하도록 상기 샤프트에 고정되며, 상기 코일과 대면하는 마그네트가 일면에 장착되는 허브;를 포함하는 모터.
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