KR101091672B1 - 차량용 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 스타터 제너레이터의 샤프트를 지지하고 있는 리어 베어링을 고정시키는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 베어링을 지지하는 웨이브 와셔에 온도변화에 대응이 가능한 바이메탈 소재를 부착하여, 베어링 외륜과 하우징 간의 끼워맞춤량 변화에 유연하게 적극적으로 대처할 수 있는 새로운 형태의 베어링 고정 방식을 구현함으로써, 하이브리드 스타터 제너레이터 부하 운전시 온도가 상승하는 경우에도 베어링의 지지력을 항상 일정하게 확보할 수 있는 등 하우징 마모 및 하이브리드 스타터 제너레이터 내구품질문제를 해소할 수 있는 차량용 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치를 제공한다.

Description

차량용 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치{Device for fixing Bearing of HSG for vehicle}

본 발명은 차량용 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하세는 하이브리드 스타터 제너레이터의 샤프트를 지지하고 있는 리어 베어링을 고정시키는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 전기자동차에는 동력원으로 엔진 및 배터리를 사용하고 있으며, 엔진의 동력을 이용하여 배터리의 충전이 이루어지도록 하고 있다.

따라서, 엔진 시동을 위한 스타터(Starter)와 전압 발전을 위한 시스템인 제너레이터(Generator)가 갖추어져 있다.

그러나, 위와 같이 스타터와 제너레이터를 각각 적용하는 경우 한정된 엔진 룸의 공간을 효율적으로 사용할 수 없으며, 각각 독립적인 장치의 설치에 따라 원가의 상승 및 각종 문제점을 초래하게 되고, 또한 발전 효율이 낮은 단점과 발전량을 부하량에 따라 조절할 수 없는 한계를 갖게 된다.

따라서, 하이브리드 전기자동차에서는 엔진 시동을 위한 스타터와 전압 발전을 위한 제너레이터의 기능을 동시에 수행하는 HSG(Hybrid Starter Generator)를 적용하고 있다.

보통 HSG는 하이브리드 차량에 탑재되는 기기로서, 주요 기능은 EV(Electric Vehicle) 모드에서 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 전환시 엔진을 재시동시키는 기능, 아이들 스탑 또는 EV 운전시 에어컨 컴프레서를 연속 기동하는 기능과, 필요시 비상발전을 하는 기능 등을 가지고 있는 하이브리드 차량에서 핵심적인 역할을 담당한다.

도 1에서는 하이브리드 전기자동차에 적용되는 하이브리드 스타터 제너레이터를 보여주고 있다.

현재 적용 중인 하이브리드 스타터 제너레이터(10)는 조립 특성상 베어링(11), 예를 들면 리어 베어링을 하우징(12)에 중간끼워맞춤한 상태에서 웨이브 와셔(13)의 압축력으로 베어링 외륜의 회전을 방지하는 구조로 되어 있다.

예를 들면, 하우징(12)의 베어링 지지부(14)에 일정한 두께의 웨이브 와셔(13)를 삽입하고, 그 위에 베어링(11)을 압입하는 방식을 적용하고 있다.

여기서, 상기 웨이브 와셔(13)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 샤프트(15)에 끼워져 있는 베어링(11)과 하우징(12) 사이의 높이를 탄성으로 지지해주면서 소음의 감소와 베어링 수명을 연장시켜주는 기능을 한다.

그러나, 위와 같은 리어 베어링 고정방식의 경우 다음과 같은 문제점이 있다.

하이브리드 스타터 제너레이터 부하 운전시 리어 베어링이 기계마찰로 인해 온도가 상승하는 경우, 베어링 외륜(스틸)와 하우징(Al)의 열팽창률이 다름에 따라 하우징과 베어링 외륜 간 끼워맞춤량이 변화되고(헐거워지게 되고), 즉 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 베어링 외륜과 하우징 간에 갭(G)이 형성되면서 헐거워지게 되고, 결국 시간이 지남에 따라 베어링 외륜이 회전하게 되면서 하우징 마모 및 하이브리드 스타터 제너레이터 내구품질문제가 발생하게 된다.

그렇다고 초기 웨이브 와셔의 압축력을 일정수준 이상으로 증대시키면 베어링 내구수명이 현저하게 줄어드는 취약점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 베어링을 지지하는 웨이브 와셔에 온도변화에 대응이 가능한 바이메탈 소재를 부착하여, 베어링 외륜과 하우징 간의 끼워맞춤량 변화에 유연하게 적극적으로 대처할 수 있는 새로운 형태의 베어링 고정 방식을 구현함으로써, 하이브리드 스타터 제너레이터 부하 운전시 온도가 상승하는 경우에도 베어링의 지지력을 항상 일정하게 확보할 수 있는 등 하우징 마모 및 하이브리드 스타터 제너레이터 내구품질문제를 해소할 수 있는 차량용 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 차량용 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치는 하이브리드 스타터 제너레이터의 하우징에 있는 베어링 지지부에 삽입되면서 압축력으로 베어링의 외륜이 회전되는 것을 방지하는 웨이브 와셔를 포함하며, 특히 웨이브 와셔의 전면에는 온도변화에 따라 팽창 및 복원이 가능한 바이메탈 부재가 부착되어, 고온에서 베어링 외륜과 하우징의 열팽창계수가 다름에 따른 끼워맞춤량 변화시 팽창되면서 베어링 외륜을 가압할 수 있도록 된 것이 특징이다.

여기서, 상기 바이메탈 부재는 니켈-망간 합금, 니켈-몰리브덴-철 합금, 니켈-망간-구리 합금 등으로 구성하고, 웨이브 와셔에 있는 전면의 3곳의 돌출부에 각각 부착하여 베어링 외륜과 접할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 차량용 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치는 다음과 같은 장점이 있다.

웨이브 와셔에 온도변화에 대응이 가능한 바이메탈 소재를 부착하고, 온도상승시 바이메탈 소재의 팽창력을 이용하여 베어링 외륜의 지지력을 높일 수 있도록 함으로써, 하이브리드 스타터 제너레이터 부하 운전시 온도가 상승하는 경우에도 베어링의 지지력을 항상 일정하게 확보할 수 있으며, 이에 따라 하우징 마모 및 하이브리드 스타터 제너레이터 내구품질문제를 해소할 수 있는 장점이 있고, 또 초기 웨이브 와셔의 압축력을 크게 주지 않는 설계가 가능함으로써 베어링 내구 수명에 영향을 주지 않는 효과가 있다.

도 1은 일반적으로 하이브리드 전기자동차에 적용되는 하이브리드 스타터 제너레이터를 나타내는 사시도
도 2는 일반적으로 하이브리드 스타터 제너레이터에 적용되는 웨이브 와셔를 나타내는 사시도, 정면도 및 평면도
도 3은 종래 하이브리드 스타터 제너레이터에서 베어링과 웨이브 와셔 간의 결합관계를 나타내는 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치로서 바이메탈 소재를 갖는 웨이브 와셔를 나타내는 사시도, 정면도 및 평면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치로서 바이메탈 소재를 갖는 웨이브 와셔의 설치상태를 나타내는 사시도
도 6a,6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치로서 바이메탈 소재를 갖는 웨이브 와셔의 작동상태를 나타내는 단면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치로서 바이메탈 소재를 갖는 웨이브 와셔를 나타내는 사시도, 정면도 및 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치로서 바이메탈 소재를 갖는 웨이브 와셔의 설치상태를 나타내는 사시도이다.

도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 베어링 고정장치는 베어링(11)의 지지를 위한 웨이브 와셔(13)에 온도변화에 대응가능한 바이메탈 부재(16)를 부착하여, 고온시(예를 들면, 약 100℃ 정도) 바이메탈 부재(16)의 팽창력으로 베어링 외륜이 더욱 가압되도록 함으로써, 베어링 외륜과 하우징 간의 끼워맞춤량 변화(헐거워짐)에 대처할 수 있도록 하는 구조로 이루어진다.

이를 위하여, 상기 베어링 고정장치는 하이브리드 스타터 제너레이터(10)의 하우징(12)에 있는 베어링 지지부(14)에 삽입 장착되고, 자체 압축력으로 베어링(11)의 외륜이 회전되는 것을 방지하는 웨이브 와셔(13)를 포함한다.

상기 웨이브 와셔(13)는 원방향을 따라가면서 대략 180°간격을 유지하는 3곳의 돌출부(17)를 갖는 원형의 링 형태로 이루어지며, 이때의 돌출부(17)를 통해 베어링(11)의 외륜과 접하면서 베어링 외륜을 가압하게 되며, 이러한 3곳의 돌출부(17)에는 각각 바이메탈 부재(16)가 용접 등의 방법으로 부착된다.

이에 따라, 하우징(12)의 베어링 지지부(14)에 웨이브 와셔(13)가 삽입 장착된 상태에서는 웨이브 와셔(13)의 돌출부(17)에 부착되어 있는 바이메탈 부재(16)가 베어링(11)의 외륜에 밀착되면서 와셔 탄성력을 통해 베어링 외륜을 가압하게 되고, 결국 베어링 외륜은 웨이브 와셔(13)에 있는 3곳의 바이메탈 부재(16)에 의해 3점 지지되는 형태로 가압될 수 있게 된다.

여기서, 상기 바이메탈 부재(16)의 소재로는 고온에서 팽창이 잘 일어나는 니켈-망간 합금, 니켈-몰리브덴-철 합금, 니켈-망간-구리 합금 등과 같은 합금 소재를 적용할 수 있게 된다.

따라서, 이와 같이 구성되는 베어링 고정장치의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치로서 바이메탈 소재를 갖는 웨이브 와셔의 작동상태를 나타내는 단면도이다.

도 6a 및 6b에 도시한 바와 같이, 여기서는 상온에서의 바이메탈 부재의 상태(도 6a)와 고온에서의 바이메탈 부재의 상태(도 6b)를 각각 보여준다.

예를 들면, 하이브리드 스타터 제너레이터의 부하 운전시 베어링(11)이 기계마찰로 인해 온도가 상승하게 되는데, 이때 열팽창율이 다른 베어링 외륜과 하우징(12) 사이에는 끼워맞춤량의 변하면서 헐거워지게 된다.

이때, 상기 웨이브 와셔(13)와 베어링 외륜 사이에 개재되어 있는 바이메탈 부재(16) 또한 베어링 외륜 온도변화시 고온(약 100℃ 정도)에서 팽창되면서 베어링 외륜을 가압하게 되고, 이때의 바이메탈 부재(16)가 발휘하는 가압력(와셔의 탄성을 포함하는)에 의해 베어링 외륜이 바깥쪽으로 밀리면서 결국에는 반경방향으로 이동하여 하우징(12)의 내벽면에 더욱 밀착되므로, 베어링 외륜과 하우징(12) 간의 결속관계가 더욱 견고해질 수 있게 된다.

그리고, 베어링 외륜 온도가 다시 상온으로 회복되는 경우에는 바이메탈 부재(16) 또한 다시 원래 형태로 되돌아오게 된다.

이에 따라, 고온에서 베어링 외륜과 하우징의 열팽창 계수가 다름에 따른 끼워맞춤량 변화를 바이메탈 부재의 팽창력으로 커버하는 형태로 온도변화에 적적히 대응할 수 있어 헐거워짐을 방지할 수 있게 되고, 결국 하우징 마모와 내구품질문제를 개선할 수 있게 된다.

10 : 하이브리드 스타터 제너레이터
11 : 베어링
12 : 하우징
13 : 웨이브 와셔
14 : 베어링 지지부
15 : 샤프트
16 : 바이메탈 부재
17 : 돌출부

Claims (3)

1. 하이브리드 스타터 제너레이터(10)의 하우징(12)에 있는 베어링 지지부(14)에 삽입되면서 압축력으로 베어링(11)의 외륜이 회전되는 것을 방지하는 웨이브 와셔(13)를 포함하며, 상기 웨이브 와셔(13)의 전면에는 온도변화에 따라 팽창 및 복원이 가능한 바이메탈 부재(16)가 부착되어, 고온에서 베어링 외륜과 하우징의 열팽창계수가 다름에 따른 끼워맞춤량 변화시 팽창되면서 베어링 외륜을 가압할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 바이메탈 부재(16)는 웨이브 와셔(13)에 있는 전면의 3곳의 돌출부(17)에 각각 부착되면서 베어링 외륜과 접하도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 바이메탈 부재(16)는 니켈-망간 합금, 니켈-몰리브덴-철 합금, 니켈-망간-구리 합금 중에서 선택된 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 스타터 제너레이터의 베어링 고정장치.

Images