KR101150520B1 - 베어링 어셈블리 - Google Patents

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KR101150520B1
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김정용
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르노삼성자동차 주식회사
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Abstract

자동차의 교류 발전기 등에 사용가능한 베어링 어셈블리에 있어서, 베어링은 샤프트를 회전 가능하게 지지하고, 베어링 외부에 씌워지도록 구비되는 베어링 박스는 상기 샤프트를 수용하기 위해 중앙부위에 형성된 관통공과, 베어링의 내부 및 외부 사이에 공기 순환이 가능하도록 베어링 박스 외주부에는 외측 유체 순환공을 갖는다. 베어링 박스 상에는 외부로부터의 이물질 유입을 차단하기 위한 이물질 차단벽이 구비된다. 따라서, 고온의 베어링 내부의 공기가 외부와 배출되어 베어링 내부 윤활 물질의 변질 현상과 외부 이물질의 유입에 의한 문제를 동시에 해결할 수 있어 베어링의 내구성이 크게 향상될 수 있다.

Description

베어링 어셈블리{Bearing assembly}
본 발명은 자동차의 교류발전기(alternator) 등에 사용 가능한 베어링 어셈블리(bearing assembly)에 관한 것이다.
베어링(bearing)은 회전하는 샤프트를 일정한 위치에 고정시키고 샤프트의 자중과 샤프트에 걸리는 하중을 지지하면서 샤프트를 회전시키는 역할을 하는 기계 요소를 일컫는다. 자동차의 교류발전기(alternator)도 또한, 로터 샤프트(rotor shaft)와 이를 지지하는 베어링이 구비된다. 자동차의 엔진이 구동되고 있는 상태에서 교류발전기의 로터 샤프트도 계속 회전하고 있으므로 이를 지지하는 베어링은 지속적인 발열로 뜨거워지기 쉽다. 베어링 내부의 발열이 효율적으로 배출되지 않으면 베어링 내부의 윤활 물질, 예컨대 그리스(grease)의 물성 변화를 야기하여 소음이나 베어링 고장이 유발될 수 있다. 또한, 베어링 내부의 수분도 적절히 배출되지 못하면 베어링 내부의 부식으로 인한 소음이나 베어링 고장이 유발될 수 있다.
본 발명은, 효율적인 방열 및 수분 배출로 윤활 물질의 물성 변화와 베어링 내부 부식을 예방할 수 있는 베어링 어셈블리를 제공한다. 베어링이 사용되는 가혹한 환경 조건에 불구하고 내구성이 개선될 수 있는 베어링 어셈블리를 제공한다.
본 발명은, 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링, 및 상기 베어링을 보호하기 위하여 상기 베어링 외부에 씌워지는 베어링 박스를 구비하고, 상기 베어링 박스는, 상기 샤프트가 관통하도록 개방된 샤프트 관통공; 및, 상기 베어링 박스의 내부와 외부 사이에 공기 순환 가능하게 베어링 박스의 외주부에 형성된 외측 유체 순환공;을 구비하고, 상기 외측 유체 순환공의 단면적은 0.5 내지 1 mm2인 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리를 제공한다.
상기 베어링 박스는 상기 베어링 박스의 내부와 외부 사이에 공기 순환 가능하게 형성되고, 상기 외측 유체 순환공보다 상기 샤프트 관통공 주위에 더 가깝게 위치하는 내측 유체 순환공을 더 구비하고, 상기 내측 유체 순환공의 단면적은 0.5 내지 1 mm2일 수 있다.
상기 베어링 박스는 상기 샤프트 관통공 주위에 이물질의 유입을 차단하는 이물질 차단벽을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 베어링 어셈블리는 베어링 내부의 고온의 공기와 베어링 내부의 수분이 외부로 배출될 수 있어 베어링 내부 윤활 물질의 변질과 베어링 내부의 부식이 예방된다. 이로 인해 베어링 소음 발생이 억제되고 내구성이 향상된다.
도 1은 자동차의 교류발전기의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리를 도시한 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 베어링 어셈블리와 이 베어링 어셈블리가 사용되는 자동차용 교류발전기를 설명한다.
도 1은 자동차의 교류발전기의 일 예를 도시한 단면도로서, 이를 참조하면, 교류발전기(10)는 차체에 고정되는 하우징(11)에 로터 샤프트(12)가 회전 가능하게 지지되고, 이 로터 샤프트(12)에는 로터(13)가 고정된다. 로터(13)의 바깥에는 로터(13)와의 상호 작용에 의해 교류 전기를 발생시키는 스테이터(14)가 구비된다. 스테이터(14)는 하우징(11)의 내부에 고정된다. 로터(13)의 외주에는 슬립링(15)으로부터 여자전류가 유입되는 로터 코일(13a)이 구비되고, 스테이터(14)의 외주에는 로터(13)와의 작용에 의해 발생된 교류 전기를 정류기(16)로 송전하는 스테이터 코일(14a)이 구비된다. 하우징(11)의 외부로 돌출된 로터 샤프트(12)의 일단부에는 차량의 엔진(미도시)에 벨트로 연결되는 풀리(17)가 고정된다. 풀리(17)와 하우징(11) 사이의 로터 샤프트(12)에는 냉각팬(18)이 구비된다. 한편, 하우징(11)의 내부에는 로터 샤프트(12)가 원활히 회전할 수 있게 로터 샤프트(12)를 지지하는 베어링 어셈블리(20)가 설치된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리를 도시한 분해 사시도로서, 이를 참조하면 베어링 어셈블리(20)는, 로터 샤프트(12)(도 1 참조)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(21), 및 상기 베어링(21)을 보호하기 위하여 상기 베어링 외부에 씌워지는 베어링 박스(30)를 구비한다. 상기 베어링(21)은 소위 볼베어링(ball bearing)이라 불리우는 것으로, 동심원 관계에 있는 내륜(22) 및 외륜(24)과, 상기 내륜(22) 및 외륜(24) 사이에 개재되는 복수의 볼(ball)(26)을 구비한다.
상기 내륜(22)의 내주면에는 로터 샤프트(12)의 풀리(17)(도 1 참조)가 밀착 고정된다. 상기 외륜(24)의 외주면은 베어링 박스(30)의 내측면에 밀착 고정된다. 로터 샤프트(12)가 회전하면 내륜(22)은 동일한 각속도로 회전하나, 그 회전력은 볼(26)의 회전에 의해 상쇄되어, 외륜(24)은 회전하지 않는 상태로 유지된다. 도시되진 않았으나 상기 내륜(22)과 외륜(24) 사이에는 볼(26) 이외에도 윤활 물질인 그리스(grease)가 도포되어 있고, 볼(26)을 이탈되지 않게 잡아주는 홀더(holder)가 더 구비될 수도 있다. 베어링(21)의 내륜(22) 직경은 대략 17mm, 외륜(24)의 직경은 대략 47mm 이고, 베어링(21)의 폭은 대략 14mm 일 수 있다.
상기 베어링 박스(30)는 상기 베어링(21)을 수용할 수 있는 오목한 홈을 구비한 링(ring) 형태로서, 중앙부에 로터 샤프트(12)(도 1 참조)가 관통하도록 개방된 샤프트 관통공(31)을 구비한다. 상기 샤프트 관통공(31)은 상기 내륜(22)의 로터 샤프트 관통 개구와 일렬로 정렬된다. 상기 베어링 박스(30)는 교류발전기(10)(도 1 참조)의 하우징(11)(도 1 참조)에 고정 결합된다. 베어링 박스(30)는 그 내부와 외부 사이에 공기가 순환 가능하게 개방된 유체 순환공(33, 35)을 더 구비한다.
유체 순환공은 베어링 박스 외주부에 형성된 외측 유체 순환공(33)과, 샤프트 관통공(31) 주위에 형성된 내측 유체 순환공(35)으로 구분될 수 있다. 내측 유체 순환공(35)이 외측 유체 순환공(33)보다 샤프트 관통공(31)에 더 가까이 위치한다. 외측 유체 순환공(33) 및 내측 유체 순환공(35)은 각각 복수 개가 구비될 수 있으며, 동심원 상에서 등간격으로 배치될 수 있다. 상기 외측 유체 순환공(33)은 외륜(24)과 마주보는 위치, 다시 말해 외측 유체 순환공(33)을 통해 외륜(24)을 엿볼 수 있는 위치에 형성되고, 내측 유체 순환공(35)은 내륜(22)과 마주보는 위치, 다시 말해 내측 유체 순환공(35)을 통해 내륜(22)을 엿볼 수 있는 위치에 형성될 수 있다. 로터 샤프트(12)(도 1 참조)의 고속 회전에 의해 볼(26)이 고속 회전할 때 베어링(21) 내부에서는 볼(26)의 외주면에서 공기의 유속이 빨라진다. 구체적으로는, 인접한 볼 사이에서는 서로 반대 방향의 유속이 작용하여 상쇄되나, 서로 마주보는 볼(26)과 내륜(22) 사이, 및 서로 마주보는 볼(26)과 외륜(24) 사이에서는 유속이 빠르다. 따라서, 외측 유체 순환공(33)을 외륜(24)과 마주보는 위치에 형성하고, 내측 유체 순환공(35)을 내륜(22)과 마주보는 위치에 형성하면 베어링(21) 내부의 빠른 유속의 고온의 공기를 베어링(21) 외부로 효과적으로 배출할 수 있다.
유체 순환공(33, 35)의 개수는 고온의 베어링 어셈블리(20) 내부 공기를 외부로 배출하여 방열이 촉진되되 구조적 강성에는 문제가 없는 수준에서 적절하게 결정될 수 있다. 구체적으로, 외측 유체 순환공(33) 및 내측 유체 순환공(35)은 각각 등각도 간격으로 4 내지 8개가 마련될 수 있다. 또한, 유체 순환공(33, 35)의 크기, 즉 개구의 단면적은 베어링(21)의 적절한 방열 기능을 확보할 수 있는 수준에서 결정된다. 또한, 방열 기능은 확보된다 하더라도 방열 기능윤활 물질인 그리스(grease)가 누출되면 내구성이 확보될 수 없으므로 그리스가 누출되지 않는 수준으로 결정된다. 구체적으로, 각 유체 순환공(33, 35)의 단면적은 0.5 mm2내지 1 mm2일 수 있다.
로터 샤프트(12)(도 1 참조)가 빠른 속도로 회전할 때 내륜(22)과 볼(26)이 빠른 속도로 회전하므로 베어링 박스(30) 내부의 공기도 압력이 상승한다. 승압된 베어링 박스(30) 내부의 공기는 유체 순환공(33, 35)을 통하여 베어링 박스(30) 외부로 배출되며, 고온 및 고압의 공기가 배출되며 베어링(21)의 방열이 원활해져 윤활 물질인 그리스의 변질이 예방된다. 또한, 유체 순환공(33, 35)을 통하여 습기도 베어링 박스(30) 내부에 축적되지 않고 배출되므로 베어링(21) 구성 요소들(22, 24, 26)의 부식과 이로 인한 베어링(21) 수명 단축을 예방할 수 있다.
상기 베어링 박스(30)는 샤프트 관통공(31) 주위에 이물질의 유입을 차단하는 이물질 차단벽(37)을 더 구비한다. 이물질 차단벽(37)은 로터 샤프트(12)(도 1 참조)의 연장 방향으로 돌출되어 있으며, 유체 순환공(33, 35)으로 인해 야기되는 이물질 유입 가능성 증대의 위험을 상쇄한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 교류발전기 11: 하우징
12: 로터 샤프트 20: 베어링 어셈블리
21: 베어링 22: 내륜
24: 외륜 26: 볼
30: 베어링 박스 31: 샤프트 관통공
33, 35: 유체 순환공 37: 이물질 차단벽

Claims (4)

  1. 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링;
    상기 베어링 외부에 씌워지도록 구비되고, 상기 샤프트를 수용하기 위해 중앙부위에 형성된 관통공과, 상기 베어링의 내부 및 외부 사이에 공기 순환이 가능하도록 외주부에 형성된 외측 유체 순환공을 갖는 베어링 박스; 및
    상기 베어링 박스 상에 구비되고, 외부로부터의 이물질 유입을 차단하기 위한 이물질 차단벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베어링 박스는,
    상기 외측 유체 순환공과 이격되도록 상기 외측 유체 순환공보다 상기 샤프트 관통공에 더 인접하도록 형성된 내측 유체 순환공을 더 갖는 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서, 상기 이물질 차단벽은,
    상기 외측 유체 순환공과 상기 내측 유체 순환공 사이 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
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Citations (4)

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JPH11332151A (ja) * 1999-04-12 1999-11-30 Denso Corp 車両用交流発電機
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