KR19980087205A - 내연기관과 발전기 및 펌프장치로 이루어진 구조체 - Google Patents

내연기관과 발전기 및 펌프장치로 이루어진 구조체 Download PDF

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KR19980087205A
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베르너-게오르크 슈뢰더
카스파 튀겔
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노르베르트 파이퍼
슈틸 게엠베하
베른트 린데만
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Abstract

본 발명의 요지는 내연기관과, 상기 내연기관에 의하여 구동될 수 있는 발전기, 그리고 상기 내연기관에 의하여 구동될 수 있는 펌프장치로 이루어진 구조체이다. 본 발명에 따르면, 펌프장치(10)에 의해 생성되는 유체의 흐름이 발전기용 냉각매체의 흐름을 구성하도록 하는 방법으로 발전기 케이싱(4)이 설계되고, 또한 펌프장치(10)가 발전기 케이싱(4)과 연관되어 배치된다. 펌프장치(10)를 발전기 케이싱(4)에 연결하는 채널 및/ 도관은 적어도 그 일부가 발전기 케이싱(4)의 내측에 위치된다. 일 실시예에 따르면, 채널 및/또는 도관은 전체적으로 발전기 케이싱(4)의 내측에 위치된다. 보다 개량된 것에 의하면, 상기 펌프장치(10)는 유압 펌프이고, 상기 냉각매체는 유압 오일이 된다.

Description

내연기관과 발전기 및 펌프장치로 이루어진 구조체
본 발명은 내연기관과, 상기 내연기관에 의하여 구동될 수 있는 발전기와, 그리고 상기 내연기관에 의하여 구동될 수 있는 펌프장치로 이루어진 구조체에 관한 것이다.
이런 종류의 구조체는 모터 차량에 자주 사용된다. 이 경우, 모터의 크랭크축의 회전운동은 직접 또는 간접적으로 발전기와 펌프장치로 인도된다. 발전기에 의하여 전기 에너지가 발생하고, 이 전기에너지는 예컨데 차량의 전기 구동모터로 인도된다. 상기 펌프장치는 예를 들면 냉각수 펌프 또는 유압오일 펌프로서 설계된다.
냉각수 펌프가 발전기 케이싱의 내측에 설치되는 것은 예컨데 EP 0 666 634 A1 으로부터 알려져 있다. 이 경우, 발전기 케이싱은 발전기의 고정자 권선에 인접한 냉각수 채널을 가지고, 이 냉각수 채널은 파이프나 호스에 의하여 냉각수 펌프의 입구와 출구에 연결된다. 이러한 도관(Conduit)은 구조적으로 상당한 수단을 요구하며, 부가하여 이 도관은 외부의 기계적 고장에 의하여 손상받을 수 있다.
결론적으로, 본 발명은 조립수단과 설치수단을 거의 요구하지 않으며 외부 환경에 손상받는 취약성이 거의 없는 일반적으로 연관된 구조체를 이용할 수 있도록 하는 목적을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 구조체의 종방향 단면도이고,
도 2는 펌프에서 바라본 본 발명에 따른 구조체를 도시한 것이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2: 크랭크축 4: 케이싱
4a: 요부 4b, 4c: 리드
5: 고정자 권선 6: 회전자
10: 펌프장치 13: 입력축
14: 중간축 17: 입력 연결부
18: 출력 연결부 19: 공간부
22 : 공급통로
본 발명에 따라, 적어도 일부는 발전기 케이싱의 내측에 위치하여 펌프장치와 발전기 케이싱을 연결하는 채널 및/또는 도관으로써 펌프장치로부터 유출되는 액체의 흐름이 발전기의 냉작매체의 흐름이 될 수 있도록 하는 방법에 의하여, 발전기 케이싱이 설계되고, 펌프장치도 상기 발전기 케이싱 상에 설치되는 사실에 의하여 상기 목적은 달성된다.
이러한 방법에서는, 구성부품의 수가 감소되어서 설치에 소요되는 수단이 상당히 작아지게 된다. 이에 덧붙여, 발전기 케이싱 내측의 채널 및/또는 도관은 외부의 기계적 영향으로부터 보호된다.
본 발명의 유용한 설계는 펌프장치의 적어도 일부분이 발전기 케이싱의 내측에 위치하도록 하는 것이다.
펌프장치를 발전기 케이싱에 연결하는 채널 및/또는 도관이 전체적으로 발전기 케이싱의 내측에 있는 것은 특히 바람직하다.
본 발명의 보다 개량된 안에 의하면, 상기 펌프장치는 유압펌프로 설계되고, 상기 냉각매체로서 유압오일이 사용된다. 유압펌프는 파워 스티어링 장치 또는 산업용 트럭의 리프팅 장치와 같은 차량의 다양한 부가적인 집합체에 유압오일을 공급한다. 게다가, 본 발명에 따르면 유압오일은 발전기의 냉각매체로서 사용된다.
상기 펌프장치를 상기 발전기 케이싱 내의 요부(Recess)에 설치하는 것이 바람직하다.
상기 발전기 케이싱은 발전기 케이싱 내의 요부가 내연기관으로부터의 유체 흐름에 대하여 견디도록 하는 리드를 가지는 것이 적절하다.
이에 덧붙여서, 발전기 케이싱이 발전기 케이싱 내의 요부가 내연기관으로부터 간격을 두고 접하는 측면 상에서 내연기관으로부터 흘러나온 내연기관 유체에 대하여 견디도록 하는 리드를 가지는 것도 동일하게 적절하다. 이 경우, 발전기 케이싱 내의 요부는 밀봉되고 모든 면에서 수밀이 유지되게 된다. 리드 또는 리드들 양자는 펌프장치에 고정될 수 있다. 이와 동시에 만일 리드(들)가 펌프장치를 위한 케이싱의 일부를 형성하면 바람직하다.
특히 유익한 본 발명의 보다 개량된 안은 펌프장치를 발전기 케이싱의 요부 내측에 위치하도록 하고, 요부 내측의 빈 공간을 통하여 흐르는 유체의 흐름을 가지는 것이다. 2개의 리드 사이의 요부 내측의 용적은 펌프장치의 용적보다 크다. 결론적으로, 요부의 내측에 자유 공간이 있어서 그 곳을 통하여 펌프로부터 유출되는 유체 흐름이 흐른다.
이 경우, 내연기관으로부터 간격을 두고 접하는 측면 상에 위치하는 리드가 펌프장치로부터 유출되는 유체 흐름을 위한 입구와 출구를 가진다면 바람직하다. 유체 흐름이 소정 압력하에서 발전기 케이싱으로부터 예컨데 열교환기 및/또는 유압수요처와 같은 밖으로 안내되고, 그리고 적어도 거의 압력이 없는 상태로 되돌아온다. 이 연결은, 용이하게 접근할 수 있도록, 발전기 케이싱 내의 요부를 밀봉하는 리드에 위치한다.
상기 리드 내의 입구는 펌프의 공급통로를 향하여 직접 개방되는 것이 적절하다. 따라서, 펌프의 공급통로는 리드에 위치하는 입구로 직접 몰입된다. 이 방법에 의하면, 누출은 가능하도록 하면서 압력 파이프에서의 손실이 방지된다.
리드 내의 출구는 2개의 리드 사이의 공간부를 향해 개방되는 것이 특히 바람직하다. 적어도 거의 압력이 없는 상태에 있는 유체가 처음에는 리드 상의 출구를 통하여 발전기 케이싱 내 요부의 공간부로 흘러간다. 그리고, 이 유체는 이 공간부로부터 펌프장치의 흡입통로를 통하여 흡입된다.
유체 흐름의 방향을 안내하는 수단이 상기 공간부에 위치하면 바람직하다. 이러한 목적을 위하여, 예를 들면 유체 안내판 및/또는 난류 발생기가 사용될 수 있다.
본 발명의 더욱 개량된 실시예에서는, 내연기관 크랭크축의 회전운동을 펌프장치의 입력축에 전달하기 위하여 연결부재가 설계된다. 이 연결부재를 통하여 펌프장치는 내연기관에 의하여 구동된다.
이 경우, 상기 연결부재가 반경방향 및/또는 축방향 변화 및/또는 사선방향의 변위를 보상할 수 있는 수단을 구비하고 있다면 특히 바람직하다. 내연기관 상의 크랭크축의 회전운동은 정적 공차와 동적 공차를 가진다. 이 경우, 사선방향의 편차가 발생하면서 크랭축의 축방향과 반경방향의 변위가 발생한다. 연결부재에 의하여 펌프장치의 입력축에 관련된 이들 편차를 보상하는 것이 가능하게 된다. 상기 연결부재는 예컨데 휨 조인트(Cardan joint)로써 부착될 수 있다.
상기 연결부재는 중간축(Countshaft)으로서 설계되면 특히 유익한데, 상기 중간축은, 바람직하기로 양단에서 축방향과 반경방향의 유극(Clearance)을 가지고서, 베어링 상에서 동작한다. 간단하고 경제적인 중간축에 의하더라도 상기 변화와 이동은 확실하게 균등화된다.
상기 중간축의 베어링에 펌프장치에 의해 이동되는 유체가 공급되도록 하는 것이 바람직하다. 이 방법에 의하면, 연결부재와 크랭크축 및 펌프장치의 접촉점에서 가능한 최선의 윤활이 얻어질 수 있다.
상기 요부를 밀봉하는 리드와 펌프장치가 제거될 때, 내연기관의 크랭크축을 향한 발전기 회전자용 연결점에 상기 요부를 통하는 통로가 있다면 더욱 바람직스럽다. 구조체를 조립하는 동안 처음으로 발전기의 회전자가 내연기관의 크랭크축에 스크류 체결될 수 있다. 이 경우, 이 스크류는 발전기 케이싱 내의 요부를 통하여 접근이 가능하게 된다. 그 후에 요부가 리드로써 밀봉되고 펌프장치가 설치된다.
상기 발전기는 외부 회전자 발전기로 설계되는 것이 특히 유리하다.
여기에서, 만일 고정자 권선이 반대측 면은 펌프장치로부터 유출되는 유체 흐름 상에 접하게 되는 발전기 케이싱의 벽에 부착된다면 더욱 바람직하다. 이런 방법에 의하면, 상기 유체는 고정자 권선으로부터 발전기 케이싱의 벽을 통하여 열을 빼앗게 된다.
특히 유용한 하나의 실시예에서는, 고정자 권선이 발전기 케이싱의 벽에 부착되는데, 이 벽은 동시에 발전기 케이싱 내의 요부의 벽을 구성한다. 이 경우에는 요부에 이미 존재하던 유체 흐름에 의하여 열 에너지가 직접 방출된다. 이 경우, 발전기 케이싱의 내부에 추가적인 냉각매체 채널이 필요치 않게 된다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면에 도시된 구체적인 실시예를 참조하여 본 발명의 다른 장점과 세부 구성을 보다 상세히 설명한다.
첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 구조체의 종방향 단면도이고, 도 2는 펌프에서 바라본 본 발명에 따른 구조체를 도시한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 구조체의 종방향 단면도인데, 이 구조체는 내연기관과 발전기 및 펌프장치로 이루어진다. 단지 일부 만이 도시된 상기 내연기관은 자가용이나 공용자동차에서 발견되는 것과 같은 일반적인 종류의 기관이다. 도면에는 내연기관 케이싱 부분(1)과 크랭크축(2)이 나타나 있다. 표준형 크랭크축에서는 지지점(3)이 있는데, 본 구조체에서는 사용되지 않은 상태로 남게 된다. 케이싱 부분(1)은 실제의 모터 케이싱에 부착되는 내연 모터의 중간 플랜지로부터 형성된다.
발전기 케이싱(4)이 상기 내연기관의 케이싱 부분(1)에 부착된다. 이 발전기 케이싱(4)은 항아리 형상을 가지고 중앙에 요부(4a)를 가진다. 이 요부(4a) 영역내에서 발전기의 고정자 권선(5)이 발전기 케이싱(4) 내부로 부착된다.
발전기의 회전자(6)는 체결스크류(21)에 의하여 내연기관의 크랭크축(2)에 부착된다. 이 회전자(6), 즉 외부 회전자,는 크랭크축(2)으로부터 형성된 삽입구(7) 상에 중심이 맞추어지고, 동시에 내연기관의 플라이 휘일로서 작용한다. 톱니가 가공된 내연기관의 스타팅 기어 링(8)이 상기 회전자(6)에 부착된다. 또한, 이 회전자(6) 상에는 발전기의 영구자석(9)이 있다. 상기 영구자석(9)과 고정자 권선(5) 사이에는 빈 공간이 있다. 이 빈 공간은 내연기관이 현재와 같은 배치에서 작동 중일 때 규칙적으로 발생하는 크랭크축의 가벼운 반경방향 운동과 축방향 이동이 영구자석(9)과 고정자 권선(5)의 충돌을 유도하지 않으면서 회전자(6)에 직접 전달될 수 있을 정도의 크기를 가진다.
본 발명에 따르면 상기 요부(4a)에 펌프장치(10)가 있으며 - 이 표본 실시예에서는 이 펌프장치(10)가 유압펌프가 된다. 이를 위하여 기어펌프와 같은 표준 소매 펌프를 사용하는 것이 가능하다.
상기 발전기 케이싱(4)은 내연기관과 동일한 측면 상에 리드(4b)를 가지고, 그 반대면 상에 또 다른 리드(4c)를 가진다. 상기 리드(4b,4c)는 오-링(O-ring) (11)에 의하여 요부(4a)로부터 밀봉된다.
내연기관과 동일한 측면 상의 리드(4b)는 틈을 가지고, 이 틈을 통하여 펌프장치(10)의 입력축(13)이 중간축(14)에 의하여 회전자(6)와 연결된다. 중간축(14)은 회전운동을 전달하기 위하여 양단에 종방향의 톱니를 가진다. 이 종방향 톱니는 이미 기술한 크랭크축(2)의 지지 변화가 펌프장치(10)의 입력축(13)으로 전달되는 것을 방지하도록 소정의 유극을 가진다. 이러한 방법으로, 크랭크축(2)에 연결된 회전자(6)의 회전운동이 펌프장치(10)로 전달된다. 상기 리드(4b)는 적절한 회전축 밀봉부(15)를 구비하고서 회전자(6)에 삽입된 박스(16)로부터 밀봉된다.
상기 리드(4c)로부터 입력 연결부(17)와 출력 연결부(18)가 형성된다. 상기 입력 연결부(17)는 펌프장치(10)의 공급통로(22)로 직접 몰입된다. 상기 출력 연결부(18)는 상기 리드(4b,4c) 사이의 공간부(19)로 개방되고, 이 공간부(19)는 상기 펌프장치에 의하여 공급되는 유체에 의하여 채워진다. 펌프장치(10)는 입력통로(20)를 통하여 상기 공간부(19)로부터 유체를 흡입한다.
본 발명에 따르면, 펌프장치(19)의 배치와 펌핑된 유체의 유도 때문에, 발전기 케이싱(4)의 요부(4a) 벽은 유체에 의하여 잠기게 된다. 따라서, 요부(4a)의 벽을 통하는 유체의 흐름에 의하여 고정자 권선(5)으로부터 열에너지가 빼앗기게 된다. 이러한 방법에 의하여, 고정자 권선의 어떠한 과열 및 그에 따른 전체 발전기의 과열이 안전하게 방지된다. 일정한 유체의 흐름을 얻기 위하여, 공간부(19)에 흐름 안내판이나 난류 발생기를 설치하는 것도 가능하다. 상기한 배치는 중간축(14)의 톱니가 유체에 의하여 잠기게 되어서 중간축(14)의 적절한 윤활을 확보하도록 하는 더 큰 장점을 제공한다.
상기 발전기 케이싱(4)은, 상기 리드(4b,4c)가 제거되고 상기 펌프장치(10)가 제거되면, 크랭크축(2) 상의 회전자(6)용 체결스크류(21)에 쉽게 접근이 가능한 방법으로 설계된다. 이러한 방법으로 발전기가 완전하게 - 즉, 고정자 케이싱과 고정자 권선 및 회전자로 구성되는 선조립된 구조 부품으로서 - 내연기관과 일체화될 수 있다.
도 2는 펌프와 동일한 측면에서 바라본 본 발명에 따른 구조체를 도시한 것이다. 이 도면에서는 리드(4c) 상의 입력 연결부(17)와 출력 연결부(18) 뿐만 아니라 펌프장치(10)의 출력통로(20)와 공급통로(22)의 배치가 특히 분명하게 도시되어 있다.
본 발명에 의하면, 내연기관과, 이 내연기관에 의하여 구동될 수 있는 발전기, 그리고 상기 내연기관에 의하여 구동될 수 있는 펌프장치로 이루어진 구조체에 있어서, 구성 부품의 수가 감소되어서 설치에 소요되는 수단이 매우 적게 소요되는 효과가 있다. 이와 더불어, 발전기 케이싱 내측의 채널 및/또는 도관이 외부의 기계적 영향으로부터 보호되는 효과를 제공한다.

Claims (20)

  1. 내연기관과, 상기 내연기관에 의하여 구동될 수 있는 발전기, 그리고 상기 내연기관에 의하여 구동될 수 있는 펌프장치로 이루어진 구조체에 있어서, 상기 펌프장치(10)에 의해 생성되는 유체의 흐름이 발전기용 냉각매체의 흐름으로서 작용하도록 하는 방법으로 상기 발전기의 케이싱(4)이 설계되고, 상기 펌프장치(10)가 상기 발전기 케이싱(4)과 연관되어 배치되고, 상기 펌프장치(10)를 상기 발전기 케이싱(4)에 연결하는 채널 및/또는 도관의 적어도 일부는 상기 발전기 케이싱(4)의 내측에 배치되는 것을 특징을 하는 구조체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 펌프장치(10)의 적어도 일부는 상기 발전기 케이싱(4)의 내측에 위치되는 것을 특징으로 하는 구조체.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 펌프장치(10)를 상기 발전기 케이싱(4)과 연결하는 채널 및/또는 도관이 전체적으로 상기 발전기 케이싱(4)의 내측에 위치되는 것을 특징을 하는 구조체.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프장치(10)는 유압펌프로서 구성되고, 상기 냉각매체로서 유압오일이 사용되는 것을 특징으로 하는 구조체.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프장치(10)가 상기 발전기 케이싱(4)의 요부(4a) 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 구조체.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 발전기 케이싱(4)은 상기 발전기 케이싱(4)의 요부(4a)를 상기 내연기관과 동일한 측면 상에서 수밀식으로 밀봉하는 리드(4b)를 가지는 것을 특징으로 하는 구조체.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 발전기 케이싱(4)은 상기 발전기 케이싱(4)의 요부(4a)를 상기 내연기관의 반대편 측면 상에서 수밀식으로 밀봉하는 리드(4c)를 가지는 것을 특징으로 하는 구조체.
  8. 제 5항 내지 제 7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프장치(10)가 상기 발전기 케이싱(4)의 상기 요부(4a) 내측에 위치되고, 상기 요부(4a) 내측의 공간부(19)는 유체 흐름으로 잠기게 되는 것을 특징으로 하는 구조체.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 내연기관의 반대편 측면 상에 위치하는 상기 리드(4c)가 상기 펌프장치(10)에 의해 생성되는 유체 흐름을 위한 출력 연결부(18)와 입력 연결부(17)를 가지는 것을 특징으로 하는 구조체.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 리드(4c)의 입력 연결부(17)는 상기 펌프장치(10)의 공급통로(22)를 향하여 직접 개방되는 것을 특징으로 하는 구조체.
  11. 제 7항 내지 제 10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 리드(4c)의 출력 연결부(18)는 상기 2개의 리드(4b,4c) 사이의 공간부(19)를 향하여 개방되는 것을 특징으로 하는 구조체.
  12. 제 8항 내지 제 11항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공간부에 유체 흐름의 방향을 안내하는 수단이 삽입되는 것을 특징으로 하는 구조체.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 내연기관의 크랭크축(2)의 회전운동을 상기 펌프장치(10)의 입력축(13)으로 전달하는 연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조체.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 연결부재가 반경방향 및/또는 축방향 변화 및/또는 사선방향의 변위를 보상할 수 있는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 구조체.
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 연결부재가 축방향과 반경방향의 유극을 가지고 양단에 베어링을 구비한 중간축(14)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조체.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 중간축의 베어링이 상기 펌프장치(10)에 의해 공급되는 유체에 의하여 잠기게 되는 것을 특징으로 하는 구조체.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 요부(4a)를 밀봉하는 상기 리드(4b,4c)와 펌프장치(10)를 제거한 후, 발전기의 회전자(6)를 내연기관의 크랭크축(2)에 체결하는 부재에 대한 통로가 상기 요부(4a)를 통하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 구조체.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 발전기는 외부 회전자 발전기로 설계되는 것을 특징으로 하는 구조체.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 있어서, 고정자 권선(5)이 상기 발전기 케이싱(4)의 벽에 고착되고, 상기 발전기 케이싱(4)의 벽의 반대측 면은 상기 펌프장치(10)에 의해 생성된 유체 흐름에 접하게 되는 것을 특징으로 하는 구조체.
  20. 제 1항 내지 제 19항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 권선이 상기 발전기 케이싱(4)의 벽에 고착되고, 상기 발전기 케이싱(4)의 벽이 동시에 발전기 케이싱 내의 요부(4a)의 벽을 구성하는 것을 특징으로 하는 구조체.
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