KR102252769B1 - 베어링 하우징 구조물 - Google Patents

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하이키 살리넨
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단포스 에디트론 오와이
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Abstract

베어링 하우징 구조물(101)은 베어링(117)을 지지하기 위한 지지부(102), 윤활 그리스를 받기 위한 리셉션 인터페이스(103), 윤활 그리스를 베어링의 축방향으로 서로 대향하는 베어링의 양쪽 면으로 유도하기 위한 그리스 채널을 포함한다. 상기 베어링 하우징 구조물은, 윤활 그리스가 상기 베어링의 양측으로부터 베어링을 빠져나오도록 하기 위한 출구 도관(107, 108) 및 상기 하나 이상의 출구 도관을 통하여 베어링을 빠져나가는 윤활 그리스를 저장하기 위한 그리스 저장원(109)을 포함한다. 상기 베어링 하우징 구조물은 다른 위치에서 작동가능함으로써, 상기 베어링의 축 방향은 수평, 수직 또는 경사질 수 있다.

Description

베어링 하우징 구조물{A bearing housing structure}
본 발명은 일반적으로 베어링의 윤활에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은, 반드시 제한하는 것은 아니나, 예를 들어 전기 기계의 말단 쉴드(end-shield)일 수 있는 베어링 하우징 구조물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 예를 들어 모바일 작동 기계를 위한 전기 기계에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 모바일 작동 기계에 관한 것이다.
전기 모터 및 발전기와 같은 회전 기계는, 일반적으로 예를 들어 볼 베어링, 롤러 베어링 또는 슬라이드 베어링일 수 있는 베어링의 도움으로 고정 부분에 대해 회전 가능하게 지지되는 회전 부분을 포함한다. 상기에서 언급한 종류의 베어링들은 적당히 작동하기 위해 윤활유가 필요하다. 볼 베어링 및 롤러 베어링과 함께, 상기 윤활유는 예를 들어 그리스 윤활유, 오일 스프레이 윤활유 또는 오일-배쓰 윤활유가 될 수 있다. 많은 경우에, 오일 스프레이 윤활유 또는 오일-배스 윤활유를 처리하는 것이 어렵거나 불편할 수 있어, 그리스(grease) 윤활유가 필요하다.
그리스 윤활제는 전형적으로, 윤활 그리스가 외부 공급원으로부터 윤활 그리스를 수용하기 위한 리셉션 인터페이스에 연결된 그리스 채널을 통해 베어링 내로 가압되도록 처리된다. 상기 리셉션 인터페이스는 예를 들어 그리스 니플일 수 있으며, 상기 외부 공급원은 그리스 건일 수 있다. 새로운 윤활 그리스는 베어링 내로 가압되고, 상기 새로운 윤활 그리스가 기존 윤활 그리스를 출구 도관을 통해 베어링에서 밀어낸다. 상기 출구 도관에는 일반적으로 새로운 윤활 그리스가 베어링 내로 가압될 때 기존의 윤활 그리스가 빠져나오도록 하기 위하여 제거되는 플러그가 제공된다.
상기 기재된 그리스 윤활유에 관한 과제는 다른 작동 위치에 대하여 다른 기계적 구조물을 필요로 한다는 것이다. 예를 들어, 회전 부분의 회전축이 수평인 경우에 적합한 그리스 채널 및 출구 도관은 회전축이 수직인 경우에는 부적절할 수 있다. 또한, 회전축이 수직인 기계에서, 상단 베어링에서 새어나가는 기존의 윤활 그리스가 손상을 일으킬 수 있는 기계의 영역, 예를 들어 전기 기계의 에어갭으로부터 상기 상단 베어링에서 새어나가는 기존의 윤활 그리스가 멀리 떨어지도록 유지하면서, 상단 베어링으로부터 기존의 윤활 그리스를 제거하는 것은 어려울 수 있다. 따라서, 회전축이 수직인 많은 기계들에서, 기계의 본체 외부에 있는 베어링 하우징이 필요하다. 분명한 것은, 상기 외부 베어링 하우징은 기계의 복잡성을 증가시킨다.
다음은 다양한 발명의 구체예들의 일부 측면의 기본적인 이해를 제공하기 위해 간략화된 요약을 나타낸다. 상기 요약은 본 발명의 광범위한 개요는 아니다. 본 발명의 핵심 또는 중요한 요소를 확인하거나, 본 발명의 범위를 기술하고자 하는 것은 아니다. 다음 요약은 본 발명의 예시적인 구체예들의 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 간략화된 형태의 본 발명의 일부 개념을 나타낸 것에 불과하다.
본 발명에 따르면, 반드시 제한하는 것은 아니나, 예를 들어 전기 기계의 말단-쉴드일 수 있는 새로운 베어링 하우징 구조물이 제공된다. 본 발명에 따른 베어링 하우징 구조물은 다음을 포함한다:
- 베어링을 지지하기 위한 지지부,
- 외부 공급원으로부터 윤활 그리스를 수용하기 위한 리셉션 인터페이스,
- 리셉션 인터페이스로부터 제1 공간 및 제2 공간으로 윤활 그리스를 유도하기 위한 그리스 채널, 여기서, 상기 제1 공간 및 제2 공간은, 상기 지지부가 상기 베어링을 지지할 때, 상기 베어링의 축 방향으로 상기 베어링의 대향면들에 한정된다,
- 상기 윤활 그리스가 상기 제1 공간 및 제2 공간을 빠져나가도록 하는 출구 도관들, 및
- 하나 이상의 출구 도관을 통하여 상기 제1 공간 및 제2 공간을 빠져나오는 윤활 그리스를 상기 하나 이상의 출구 도관으로부터 수용하고, 상기 하나 이상의 출구 도관으로부터 수용된 윤활 그리스를 저장하기 위한 그리스 저장원.
상술한 베어링 하우징 구조물은 다양한 위치에서 작동할 수 있으므로, 베어링의 축 방향은 수평, 수직 또는 경사질 수 있다. 다양한 위치에서 작동하는 능력은, 상기 윤활 그리스를 베어링의 양쪽 면으로 유도하기 위한 그리스 채널의 도움으로, 상기 윤활 그리스를 상기 베어링의 양쪽 면으로부터 베어링으로 나오게 하기 위한 출구 도관의 도움으로, 그리고 하나 이상의 출구 도관을 통해 베어링을 나가는 윤활 그리스를 저장하기 위한 그리스 저장원의 도움으로 달성된다. 상기 그리스 저장원은 베어링의 수명 동안에 일어나는 모든 그리스 소모량을 저장할 수 있도록 수치가 결정된다. 이러한 예시적인 경우에서, 상기 베어링이 교체되면, 상기 그리스 저장조를 비울 수 있다. 상기 베어링은, 예를 들어 볼 베어링, 롤러 베어링, 또는 추가의 롤링 접촉 베어링일 수 있다.
본 발명에 따르면, 신규한 전기 기계를 또한 제공한다. 본 발명에 따른 전기 기계는, 고정자, 베어링으로 고정자에 회전가능하게 지지되는 로터, 및 본 발명에 따른 베어링 하우징 구조물인 적어도 하나의 말단을 포함한다. 전기 기계의 양 말단은 본 발명에 따른 베어링 하우징 구조물인 말단-쉴드를 포함할 수 있다. 상기 전기 기계의 오직 한쪽 말단이 본 발명에 따른 베어링 하우징 구조물인 말단-쉴드를 포함하는 것이 또한 가능하다. 이러한 예시적인 경우에, 전기 기계의 다른쪽 말단은 오일 윤활된 베어링을 포함할 수 있는데, 이는 예를 들어 전기 기계가 기어박스 또는 오일 윤활된 베어링을 일반적으로 포함하는 다른 기계와 통합되는 경우일 수 있다.
본 발명에 따르면, 신규한 모바일 작동 기계를 또한 제공한다. 본 발명에 따른 모바일 작동 기계는,
- 연소 엔진, 및
- 모바일 작동 기계의 연소 엔진 및 하나 이상의 액추에이터, 예를 들어 휠 및/또는 체인 트랙의 사이의 전기기계적 전력 전달 체인을 포함한다.
상술된 전기기계적 전력 전달 체인은 본 발명에 따른 적어도 하나의 전기 기계를 포함한다.
상기 모바일 작동 기계는 바람직하게는 모바일 작동 기계의 유압 시스템 및 전기기계적 전력 전달 체인을 냉각시키기 위해 배치되는 액체 냉각 시스템을 포함한다. 상기 모바일 작동 기계는, 예를 들어, 트랙터, 버킷 충전기, 로드 드래그, 불도저, 또는 휠 및/또는 체인 트랙을 갖는 임의의 다른 작동 기계일 수 있다.
본 발명의 구체예에 따른 베어링 하우징 구조물은 상술된 종류의 모바일 작동 기계들 외에 다른 많은 시스템 및 장치에서 또한 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 본 발명의 구체예에 따른 베어링 하우징 구조물 및 본 발명의 구체예에 따른 전기 기계는 해양 용도로 사용될 수 있다.
본 발명의 다수의 예시적이고 비제한적인 구체예들은 첨부된 종속항에 기재되어 있다.
추가의 목적 및 이들의 장점과 함께 구성 및 작동 방법에 관한 본 발명의 다수의 예시적이고 비제한적인 구체예들은, 첨부된 도면과 연관지어 읽을 때 다음의 상세한 설명의 구체적으로 예시적이고 비제한적인 구체예들로부터 잘 이해될 것이다.
동사 "함유하다" 및 "포함하다"는 인용되지 않은 특징의 존재를 배제하거나 요구하지 않는 개방적 제한의 의미로 본 명세서에서 사용된다. 종속항에서 기술된 특징들은 달리 명시되지 않는 한, 서로 자유롭게 조합가능하다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 "하나(a)" 또는 "하나(an)", 즉 단수 형태의 사용은 복수를 배제하지 않는다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 예시적이고 비제한적인 구체예들 및 그들의 장점들은 하기의 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 이하에 보다 상세히 설명한다:
도 1은 본 발명의 예시적이고 비제한적인 구체예에 따른 베어링 하우징 구조물을 포함하는 전기 기계 일부의 단면도를 나타내고,
도 2는 본 발명의 예시적이고 비제한적인 구체예에 따른 모바일 작동 기계의 개략도를 나타낸다.
이하의 발명의 상세한 설명에 제공된 구체적 실시예들은 첨부된 청구항의 범위 및/또는 적용가능성을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 이하의 발명의 상세한 설명에 제공된 목록 및 예시 그룹들은, 달리 명시하지 않는 한, 전체를 망라하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 예시적이고 비제한적인 구체예에 따른 베어링 하우징 구조물(101)을 포함하는 전기 기계 일부의 단면도를 나타낸다. 상기 단면은 좌표계(199)의 yz-평면과 평행하다. 상기 전기 기계는 배치되는 고정자(113) 및 로터(115)를 포함함으로써 자속(magnetic flux) 및 토크 발생 상호작용(torque generating interaction)이 상기 둘 사이에서 발생될 수 있다. 상기 로터(115)는 베어링으로 상기 고정자(113)에 회전가능하게 지지된다. 도 1에서, 상기 베어링 중 하나는 도면 부호(117)로 표시되어 있다. 이러한 예시적인 경우에, 상기 베어링(117)은 볼 베어링이지만, 상기 베어링은 롤러 베어링 또는 다른 롤링 접촉 베어링일 수도 있다. 상기 베어링 하우징 구조물(101)은 전기 기계의 말단-쉴드를 구성한다. 상기 고정자(113)는 권선(120), 및 강자성 물질(ferromagnetic material)로 구성되고, 요크(yoke) 및 요크에 연결되는 고정자 티스(stator teeth)를 포함하는 코어 구조물(114)을 포함한다. 코어 구조물(114)은 전기 기계의 축 방향으로 적층된(stacked) 전기적으로 절연된 강자성 스틸 시트로 구성될 수 있다. 상기 축방향은 좌표계(199)의 z-축과 평행하다. 다른 예시적인 대안으로서, 상기 코어 구조물(114)은 SOMALOY® (연자성 복합체)와 같은 페라이트 또는 철 파우더 성분들로 제조될 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 예시적인 전기 기계는 영구 자석 재료(116)를 포함하는 로터(115)를 갖는 영구 자석 기계이다. 본 발명의 또 다른 예시적인 구체예에 따른 전기 기계는, 또한 예를 들어 유도기계, 전기적으로 여기된 동기기(synchronous machine), 또는 직류 "DC" 기계일 수 있다. 또한, 본 발명의 예시적인 구체예에 따른 전기 기계는 내부 로터 기계 또는 외부 로터 기계일 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 베어링 하우징 구조물(101)은 베이링(117)을 지지하기 위한 지지부(102)를 포함한다. 상기 베어링 하우징 구조물(101)은 외부 공급원으로부터 윤활 그리스를 수용하기 위한 리셉션 인터페이스(103)를 포함한다. 상기 예시적인 경우에, 상기 리셉션 인터페이스(103)는 그리스 건으로부터 윤활 그리스를 받기에 적합한 그리스 니플이다. 그러나, 상기 리셉션 인터페이스는 단지 베어링 하우징 구조물의 표면 상의 조리개(aperture) 또는 외부 공급원으로부터 윤활 그리스를 받기 위한 다른 장치일 수 있다. 상기 베어링 하우징 구조물(101)은 리셉션 인터페이스(103)로부터 베어링(117)의 제1 면 상의 제1 공간(121) 및 베어링(117)의 제2 면 상의 제2 공간(122)으로 윤활 그리스를 유도하기 위한 그리스 채널(104, 105, 및 106)을 포함한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 공간(121) 및 제2 공간(122)은 상기 베어링의 축 방향, 즉 좌표계(199)의 z-방향에서 상기 베어링(117)의 서로 반대측에 있다. 상기 예시적인 경우에, 상기 그리스 채널(104~106)은 속이 비어있고, 그리스 채널의 불필요한 개구(opening)는 플러그(118 및 119)로 닫혀있다. 상기 베어링 하우징 구조물(101)은 상기 윤활 그리스가 제1 공간(121) 및 제2 공간(122)을 나가도록 하기 위한 출구 도관(107 및 108)을 포함한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 출구 도관(107 및 108)은 유리하게는 상기 공간들(121 및 122)에 대한 그리스 채널(105 및 106)의 출구들에 대해 상기 베어링(117)의 반대측 상에 방사 방향(radial direction)으로 위치한다. 또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 예시적인 경우에, 상기 베어링 하우징 구조물(101)은 지지부(102)의 양측 상에 로터리 축봉(shaft seal)(110 및 111)을 포함한다.
상기 베어링 하우징 구조물(101)은 하나 이상의 출구 도관(107 및/또는 108)을 통하여 베어링을 나가는 윤활 그리스를 저장하기 위한 그리스 저장원(109)을 포함한다. 도 1로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 그리스 저장원(109)의 일부분은 상기 베어링 하우징 구조물(101)이 축 방향, 즉 좌표계(199)의 z-축의 수직인 위치에 있을 때 베어링(107) 하부에 있다. 따라서, 상기 그리스 저장원(109)은 상기 축 방향이 수직인 경우에도 상기 사용된 윤활 그리스가 베어링으로 흐르지 않도록, 사용되는 윤활 그리스를 저장할 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적이고 비한정적인 구체예에 따른 모바일 작동 기계(260)의 개략도를 나타낸다. 상기 예시적인 경우에서, 상기 모바일 작동 기계는 버킷 충전기이지만, 상기 작동 기계는 트랙터, 로드 드래그, 불도저, 또는 휠 및/또는 체인 트랙을 갖는 임의의 다른 작동 기계일 수도 있다. 상기 모바일 작동 기계는, 예를 들어 디젤 엔진, 오토-사이틀 엔진(Otto-cycle engine) 또는 터어빈 엔진(turbine engine)일 수 있는 연소 엔진(261)을 포함한다. 상기 모바일 작동 기계는, 모바일 작동 기계의 연소 엔진 및 휠들 사이의 전기기계적 전력 전달 체인(262)을 포함한다. 도 2에, 상기 두개의 휠들은 도면 부호 (270) 및 (271)로 표시되어 있다.
상기 전기기계적 전력 전달 체인(262)은 로터가 연소 엔진(261)의 샤프트에 연결되는 전기 기계(263)를 포함한다. 상기 전기기계적 전력 전달 체인은 모바일 작동 기계의 휠의 허브에서 주파수 변환기(269) 및 전기 기계를 더 포함한다. 도 2에서, 상기 휠들의 허브에서 두개의 전기 기계는 도면 부호 (264) 및 (265)로 표시되어 있다. 상기 주파수 변환기(269)는, 전기 기계(263)에 의해 발생되는 전기 전압을 상기 휠의 허브에 위치되어 있는 전기 기계에 적합한 진폭 및 주파수를 갖는 전기 전압으로 변환하기 위해 배치된다. 상기 주파수 변환기는 휠들의 허브들에 위치되어 있는 모든 전기 기계들을 위한 개별 출력 단계들을 가질 수 있고, 이 경우, 각각의 전기 기계들은 개별적으로 제어될 수 있고, 또는 휠의 허브에 위치하는 모든 전기 기계들은 상기 주파수 변환기의 하나의 동일한 출력 단계에 연결되어, 이들 전기 기계들은 하나의 그룹으로서 제어될 수 있다. 하나 이상의 전기 기계들은 다음을 포함하는 말단-쉴드를 포함한다:
- 고려 대상이 되는 전기 기계의 베어링을 지지하기 위한 지지부,
- 외부 공급원으로부터 윤활 그리스를 수용하기 위한 리셉션 인터페이스, 예를 들어 그리스 니플,
- 리셉션 인터페이스로부터 제1 공간 및 제2 공간으로 윤활 그리스를 유도하기 위한 그리스 채널, 여기서, 상기 제1 공간 및 제2 공간은 상기 베어링의 축 방향으로 상기 베어링의 대향면들에 한정된다,
- 상기 윤활 그리스가 상기 제1 공간 및 제2 공간을 빠져나가도록 하는 출구 도관들, 및
- 적어도 하나 이상의 상기 출구 도관을 통하여 제1 공간 및 제2 공간을 빠져나오는 윤활 그리스를 저장하기 위한 그리스 저장원.
본 발명의 예시적이고 비제한적인 구체예에 따른 모바일 작동 기계는 전기기계적 전력 전달 체인(262)을 냉각시키기 위해 배치된 액체 냉각 시스템(266)을 포함한다.
본 발명의 예시적이고 비제한적인 구체예에 따른 모바일 작동 기계는, 모바일 작동 기계의 유압 시스템(267) 및 전기기계적 전력 전달 체인(262)을 냉각시키기 위해 배치되는 액체 냉각 시스템을 포함한다.
본 발명의 예시적이고 비제한적인 구체예에 따른 모바일 작동 기계는, 전기기계적 전력 전달 체인(262) 및 연소 엔진(261)을 냉각시키기 위해 배치된 액체 냉각 시스템을 포함한다.
본 발명의 예시적이고 비제한적인 구체예에 따른 모바일 작동 기계에서, 상기 전기기계적 전력 전달 체인은 배터리(268) 및/또는 연소 엔진(261)의 최대 전력을 초과하는 피크 전력 요구량에 반응하도록 배치된 전기 이중층 커패시터를 포함한다. 상기 배터리 및/또는 전기 이중층 커패시터는, 예를 들어 상기 주파수 컨버터(26)의 직접 전압 중간 회로에 연결될 수 있다. 전기 이중층 커패시터는 종종 "슈퍼 커패시터"라고 불리기도 한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 구체예들에 따른 베어링 하우징 구조물은, 상기 기재된 종류의 모바일 작동 기계 외에도 많은 다른 시스템 및 장치 내에서 또한 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 본 발명의 구체예에 따른 베어링 하우징 구조물 및 본 발명의 구체예들에 대한 전기 기계들은 해양 용도로서 사용될 수 있다.
상기 발명의 상세한 설명에서 제공되는 구체적 실시예들은 첨부된 청구항들의 적용가능성 및/또는 설명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다. 상기 상세한 설명에 제공된 실시예들의 목록 및 그룹들은 달리 언급하지 않는 한 완전하지 않다.

Claims (8)

  1. - 베어링을 지지하기 위한 지지부(102), 및
    - 외부 공급원으로부터 윤활 그리스를 수용하기 위한 리셉션 인터페이스(103)를 포함하는 베어링 하우징 구조물(101)로서,
    - 리셉션 인터페이스로부터 제1 공간(121) 및 제2 공간(122)으로 윤활 그리스를 유도하기 위한 그리스 채널(104~106), 여기서, 상기 제1 공간 및 제2 공간은, 상기 지지부가 상기 베어링을 지지할 때, 상기 베어링의 축 방향으로 상기 베어링의 서로 반대측에 위치한다,
    - 상기 윤활 그리스가 상기 제1 공간 및 제2 공간을 빠져나가도록 하는 출구 도관들(107, 108), 및
    - 하나 이상의 출구 도관을 통하여 상기 제1 공간 및 제2 공간을 빠져나오는 윤활 그리스를 상기 하나 이상의 출구 도관으로부터 수용하고, 상기 하나 이상의 출구 도관으로부터 수용된 윤활 그리스를 저장하기 위한 그리스 저장원(109)을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 하우징 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지부가 상기 베어링을 지지하고, 상기 베어링의 축 방향이 수직이 되도록 상기 베어링 하우징 구조물이 위치할 때, 상기 그리스 저장원의 일부분이 베어링의 하부에 있도록, 상기 그리스 저장원은 상기 베어링에 대해 축 방향으로 연장되는 베어링 하우징 구조물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 출구 도관들(107, 108)은, 상기 지지부가 상기 베어링을 지지할 때 방사 방향으로, 상기 제1 공간 및 제2 공간을 향하는 그리스 채널들(105, 106)의 출구들에 대해 상기 베어링의 반대측 상에 위치하는 베어링 하우징 구조물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베어링 하우징 구조물은 상지 지지부의 양측 상에 로터리 축봉(110, 111)을 포함하는 베어링 하우징 구조물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베어링 하우징 구조물(101)은 전기 기계의 말단-쉴드인 베어링 하우징 구조물.
  6. - 고정자(113),
    - 베어링(117)에 의해 회전가능하게 지지되는 로터(115), 및
    - 적어도 하나의 베어링을 지지하기 위한 제1항 또는 제2항에 따른 적어도 하나의 베어링 하우징 구조물(101)을 포함하는 전기 기계.
  7. - 연소 엔진(261), 및
    - 모바일 작동 기계의 연소 엔진 및 하나 이상의 액추에이터 사이의 전기기계적 전력 전달 체인(262)을 포함하고,
    상기 전기기계적 전력 전달 체인은 제6항에 따른 적어도 하나의 전기 기계(263~265)를 포함하는 모바일 작동 기계(260).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모바일 작동 기계는, 상기 전기기계적 전력 전달 체인(262) 및 상기 모바일 작동 기계의 유압 시스템(267)을 냉각시키기 위해 배치된 액체 냉각 시스템(266)을 포함하는 모바일 작동 기계.
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