KR20100066432A - 파워 유닛 - Google Patents

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테이이치로 치바
유키히코 스기모토
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

출력축(1)과 입력축(2)은 외부에 모터 로터(30)를 구비한 연결부재(40)를 통해서 연결되어 있다. 입력축과 연결부재(40)의 제1 스프라인 결합부(81)에는 모터 하우징(MH)의 상벽부에 형성된 유공급구(11a)로부터 흘러내려진 오일의 일부가 모터 하우징(MH)에 고정된 베어링 플랜지(59)의 개구(52), 공간부(54)를 통해서 공급된다. 제1 스플라인 결합부(81)를 윤활한 오일은 연결부재(40)의 회전에 따라서 원심력에 의해서 중공 구멍(45)의 내주면에 따라서 이동하고, 연결부재(40)의 일단부에 있어서 연결부재(40)의 일단부측의 단면에 따라서 래디얼 방향으로 이동하여, 출력축(1)과 연결부재(40)와의 제2 스플라인 결합부(82)로 공급된다. 이에 의해, 하이브리드형 엔진의 출력축과 유압 펌프의 입력축을 스플라인 결합시키는 연결축부의 양단부에 있어서 2개의 스플라인 결합부에 대해서 충분한 윤활유의 공급을 행하는 파워 유닛이 제공될 수 있다.

Description

파워 유닛{POWER UNIT}
본 발명은 자동차와 건설기계 등에 탑재되어, 특히 하이브리드형 엔진의 보조동력원으로서의 발전 전동기를 갖춘 파워 유닛에 관한 것이다.
하이브리드형 엔진에 있어 엔진의 플라이 휠에 발전 전동기를 탑재한 하이브리드차는 이미 승용차와 버스, 트럭 등의 상용차로서 실용화되었다. 또한, 하이브리드차에 있어서 엔진에 설치하는 PTO(power take off: 동력 추출 장치)로서 엔진의 플라이 휠 하우징 내에 발전 전동기를 탑재한 구성도 제안되고 있다.
또한, 하이브리드차에 관계없이 차량 탑재 공간상의 제약으로, 차량에 탑재하는 것을 최대한 조밀한 구조로 해 두는 것이 요구되고 있다. 특히, 차량 탑재 공간(space)상의 제약에 있어 엔진의 축 방향에 있어서의 공간에 대한 제약은 대단히 엄격하다.
한편으로, 발전 전동기를 탑재하는 경우에는 엔진의 출력축에 있어서의 흔들림과 충격의 영향을 완화하면서, 발전 전동기에 있어서의 로터(회전자)와 스테이터(고정자)와의 상대적인 회전 정밀도를 유지함과 동시에 유압 펌프의 구동에 대해서 앞서 기술한 충격 등의 영향을 완화하기 위해, 일반적으로 댐퍼(damper)가 이용되고 있다. 또한 발전 전동기를 탑재하는데 있어서, 댐퍼를 배치 설치하게 되면, 엔진의 축방향에 있어서의 공간이 아무래도 희생되어 버린다는 문제가 있었다.
이 문제에 대해서 두 가지 이상의 스플라인(spline) 결합부에 의한 커플링 구조를 채용하는 것으로, 커플링 구조에 의해 댐퍼 구조와 같은 댐퍼 기능을 갖게 할 수 있다. 더욱이 커플링 구조를 채용하는 것으로 엔진의 출력축에 부착하는 발전 전동기를 콤팩트하게 구성할 수 있다. 그리고 콤팩트하게 구성한 발전 전동기를 엔진의 축방향에 배치 설치하는 것으로, 엔진의 축방향에 있어서의 공간을 작게 구성할 수 있다.
이와 같이, 댐퍼구조 대신에 커플링 구조를 이용하여 엔진의 출력축과 유압
펌프의 입력축과의 사이에 발전 전동기를 배치 설치한 구성은 본 출원인에 의해 이미 제안되었다. (특허문헌 1 참조)
특허문헌 1 에 기재된 발전 전동기의 구성을 본원 발명의 종래 예 1로서 도 17에는 그 종단면을 보이고 있다. 또한, 도 17에서는 특허문헌 1 에 기재되어 있는 도면은 좌우 역방향으로 반전시킨 것을 보이고 있다. 도 17에 도시된 바와 같이 하이브리드형 엔진으로서 엔진 하우징(EH)와 펌프 하우징(PH) 사이에 모터 하우징(MH)가 고정되어 있다. 엔진의 출력축(101)과 유압 펌프의 입력축(102)은 원통모양의 연결축부(140)을 통해서 연결되어 있다.
출력축(101)과 연결축부(140)과는 출력축(101)의 단부(端部)에 부착한 플라이 휠(170)의 내주면에 형성된 내치 스플라인(171)과 연결축부(140)의 일단측 외주면에 형성된 외치 스플라인(141)에 의한 스플라인 결합에 의해, 일체가 회전 가능하게 연결되어 있다. 또한, 연결축부(140)과 입력축(102)은 연결축부(140)의 다른 단부에 있어서의 내주면에 형성된 내치 스플라인(142)과, 입력축(102)의 외주면에 형성한 외치 스플라인(102a)에 의한 스플라인 결합에 의해, 일체가 회전 가능하게 연결되어 있다.
연결축부(140)의 중간부에서의 외주면에는 외치 스플라인(143)이 형성되어 있다. 상기 외치 스플라인(143)에는 모터 로터(130)의 구성 부재의 하나인 고리 모양의 로터 지지부(131)의 내주면에 형성된 내치 스플라인(131a)이 서로 맞물려 있어, 스플라인 결합이 이루어지고 있다. 그리고, 로터 지지부(131)에 부착된 고리 모양의 로터 요크(135)의 외주면과 모터 하우징(MH)의 내벽면에 고정 설치된 링모양의 스테이터 코어(120)의 내주면과는 소정의 에어 갭을 통해서 배설되어 있다.
또한, 연결축부(140)의 일단부측의 단면에 있어서의 축 중심에는 나사구멍
(140a)이 형성되어 있어, 그 단면(端面)에 형성된 원형 함몰부에는 스프링 링(145)을 통해서 계단식 리테이너(144)가 끼어져 있다. 스프링 링(145) 및 계단식 리테이너(144)는 조임 볼트(146)을 나사구멍(140a)에 나합체결함에 의해 연결축부(140)의 일단부측의 단면에 고착되어 있다. 이때 스프링 링(145)의 외주 끝 가장자리를 플라이 휠(170)의 내치 스플라인(171)의 내주면에 형성된 링 모양의 홈 부분에 끼워 고착시키는 것으로, 연결축부(140)과 플라이 휠(170)의 사이에서의 상대적인 이동을 저지하고 있다.
이 발전 전동기의 구성에 의해 엔진의 출력축(101)과 출력축(101)의 구동력이 전달되는 입력축(102)과는 스플라인 결합 장소를 두 곳 이상으로 한 연결축부(140)를 통해서 연결할 수가 있다. 게다가 출력축(101) 및 입력축(102)과 연결축부(140)과는 스플라인 결합에 의한 커플링 구조에 의해 각각 연결되어 있다. 이것에 의해 엔진 쪽에서의 면의 흔들림(面振)과 중심의 흔들림(芯振), 나아가서는 충격 등이 커플링 구조에 의해 입력축(102)에 전달되는 것을 완화할 수 있다. 그리고, 출력축(101)으로부터 입력축(102)에 대해서 동력을 효율적으로 전달하는 것이 가능하게 된다.
또한, 발전 전동기의 모터 로터(130)는 연결축부(140)에 대해 스플라인 결합에 의해서 일체로 회전 가능하게 부착할 수 있다. 이것에 의해서 모터 로터(130)에 대해 엔진 쪽에서의 면의 흔들림과 중심의 흔들림, 나아가서는 충격 등이 모터 로터(130)에 전달되는 것을 완화할 수 있다.
더욱이, 발전 전동기의 모터 로터(130)로서는 베어링(160)을 통해 고정 하우징인 엔진 하우징(EH)에 유지되는 구성으로 되어 있다. 이 구성에 의해 발전 전동기의 로터 요크(135)와 스테이터(120)의 사이에 있어서의 상대적인 회전 정밀도를 보증할 수 있다. 게다가, 발전 전동기에 대해 효율적인 발전 또는 전동기로서의 구동을 하게 하는 것이 가능하게 된다.
특허문헌1 : 일본특허공개 특개2007-6554호 공보
상술된 문헌 1에 개시된 하이브리드형 엔진에서는 스플라인치(141, 171)이 교합한 스플라인 결합부와 스플라인치(142, 102a)가 교합한 스플라인 결합부에 의한 캡 링구조에 의해 엔진 쪽에서의 면의 흔들림과 중심의 흔들림, 나아가서는 충격 등이 입력축(102)쪽에 전달되는 것을 완화하고 있다. 그러나, 입력축(102)쪽으로의 충격 등의 전달을 완화하기 위해서는 각 스플라인 결합부가 충분히 윤활되어 있는 것이 필요하게 된다.
스플라인 결합부에서의 윤활을 하려면 모터 하우징(MH)의 상부에서 윤활유를 공급하여, 스플라인 결합부까지 윤활유를 인도하는 구성으로 해 둘 수 있다. 이 구성으로 했을 경우에는 스플라인 결합부까지 도달한 윤활유는 스플라인 결합부에 있어서의 교합의 틈을 통하여 축 방향으로 흐를 수 있다. 게다가, 스플라인에 결합해 있는 축이 회전하고 있기때문에, 서로 맞물고 있는 각각의 치(齒)에 대해 계속해서 균일하게 윤활유의 공급을 할 수 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 하이브리드형 엔진에서는 출력축(101)과 입력축(102)은 연결축부(140)의 양 단부에 있어서의 두 곳의 스플라인 결합부를 통해서 연결된 구성으로 되어 있다. 이 때문에 두 곳의 스플라인 결합부에 대해 각각 윤활유가 공급될 수 있도록 구성해야 한다.
그러기 위해서는, 윤활유를 두 곳의 스플라인 결합부에 각각 공급하는 유로를 모터하우징(MH)내에 설치하지만, 두 곳의 스플라인 결합부에 각각 윤활유를 공급하는 유로 구성이 되면 복잡한 구성이 되어 버린다. 또한, 스플라인 결합부 주위에 있어서의 공간(space)의 제약도 엄격히 제한되어 있기 때문에, 동시에 두개의 스플라인 결합부에 윤활유를 공급하는 것 자체가 곤란한 것이 된다.
한쪽의 스플라인 결합부에 윤활유를 공급하고, 한쪽의 스플라인 결합부를 윤활한 오일(油)을 다른 쪽 스플라인 결합부에 계속해서 공급할 수 있으면, 윤활유를 공급하는 유로 구성을 심플하게 구성할 수 있다. 명백하게, 연결축부(140)의 일단부측 단면에는 나사구멍(140a)이 형성되어 있기 때문에, 스플라인치(spline tooth)(142, 102a)가 교합(咬合)한 스플라인 결합부를 통과한 윤활유를 스플라인치(141, 171)이 교합한 스플라인 결합부에 공급하는 통로로서, 나사구멍(140a)을 이용할 수 있다고 생각할 수 있다. 나사구멍(140a)를 이용할 수 있으면 두 곳의 스플라인 결합부에 윤활유를 공급하는 유로를 각각 따로따로 구성해 두는 것이 필요하게 된다.
그러나, 나사구멍(140a)는 스프링 링(145) 및 계단식 리테이너(retainer) (144)를 연결축부(140)의 일단부측의 단면에 고정시키기 위해, 조임 볼트(146)로 나합(螺合) 체결하는 나사구멍으로 구성되어 있다. 이 때문에 조임 볼트(146)과 나사구멍(140a)와의 사이에는 유로가 될 수 있는 틈은 형성되어 있지 않다. 따라서, 스플라인치(142, 102a)가 교합한 스플라인 결합부에 있어서의 스플라인 틈을 통과한 윤활유를 조임 볼트(146)가 나사를 서로 체결하고 있는 나사구멍(140a)을 통과하여 스플라인치(141, 171)가 교합한 스플라인 결합부까지 흘려 보내는 것이 어렵다.
또한, 스플라인치(142, 102a)가 교합한 스플라인 결합부에 있어서의 스플라인 틈을 통과한 윤활유를 연결축부(140)의 외주면측까지 인도할 수 있도록 하기 위한 구성으로서, 비스듬한 구멍을 연결축부(140)의 내주면측에서 외주면측으로 관통시켜 형성해 두는 것도 생각할 수 있다. 그리고, 비스듬한 구멍으로서는 스플라인치(141, 171)가 교합한 스플라인 결합부 쪽에 경사진 배치 구성으로 해 두는 것을 생각할 수 있다. 이 구성을 이용했을 경우에는 비스듬한 구멍을 통과하여 배출된 오일의 일부는 모터 하우징(MH) 내의 부품재료 등에 충돌하면서 안개 상태가 되어, 스플라인치(141, 171)가 교합한 스플라인 결합부에 도달시킬 수 있다.
그러나, 연결축부(140)에 있어서의 회전수가 커져서 원심력의 영향이 강해지면, 비스듬한 구멍을 통과한 오일은 더욱 바깥쪽으로 유출시키게 된다. 이 때문에, 스플라인치(141, 171)가 교합한 스플라인 결합부에 충분한 윤활유를 공급하기 위해서는 비스듬한 구멍의 출구에 스플라인치(141, 171)가 교합한 스플라인 결합부를 향하여 오일을 안내하는 안내편 등을 설치해 두어야 한다. 그 때문에 스플라인치(141, 171)가 교합한 결합부 근방에 있어서의 구조가 복잡한 것이 되어 버린다.
본 발명은 하이브리드형 엔진에 있어서의 상기 과제를 극복하기 위해 발명된 것이다. 본 발명의 목적은 간단한 구조로, 엔진의 출력축 및 동 출력축의 구동력이 전달되는 입력축과 스플라인 결합해 있는 연결축부의 양단부에 있어서의 2개의 스플라인 결합부에 대하여 각각 충분한 윤활유를 공급할 수 있는 파워 유닛을 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 목적은 본 발명의 가장 주요한 구성이다. 엔진의 출력축과 상기 출력축의 구동력이 전달되는 입력축을 연결하는 연결축부와, 상기 연결축부의 외주부에 배설되어, 상기 연결축부와 일체적으로 회전하는 모터를 지닌 발전 전동기와, 상기 연결축부의 일단부측에 있어서의 외주면에, 상기 연결축부의 중심축 방향과 평행으로 형성되어, 상기 출력축 또는 상기 입력축과 스플라인 결합하는 외치 스플라인과, 상기 연결축부의 다른 단부 쪽의 내주면에, 상기 연결축부의 중심축 방향과 평행하게 형성되어, 상기 입력축 또는 상기 출력축과 스플라인 결합하는 내치스플라인을 갖추어,
상기 연결축부는 상기 내치 스플라인을 형성하고 있는 중공 요부와 서로 통하고, 상기 연결축부의 일단부측의 단면에 개구된 중공구멍을 갖게 되어, 상기 내치 스플라인과 상기 외치 스플라인을 서로 통하게 하는 유로가, 상기 중공구멍 및 상기 연결축부의 일단부측의 단면(端面)과 상기 출력축 및 상기 입력축과의 사이에 형성되는 틈에 의해 구성되게 되는 것을 특징으로 하는 파워 유닛에 의해 효과적으로 달성된다.
바람직한 상태에 따르면 중공구멍이 연결축부의 일단부측을 향해 내경이 확대하는 경사구멍으로서 구성되어 있다. 또한 중공 요부(中空凹部)와 서로 통하는 부위에 있어서의 중공구멍의 내경을 연결축부에 형성한 내치 스플라인의 치뿌리 원(齒元円)의 직경과 거의 같은 직경이 되도록 구성해 둘 수도 있다.
또한, 중공구멍의 형상으로서는 내경이 다른 복수의 연속된 구멍으로서 구성하여, 복수의 연속된 구멍을 상기 연결축부의 일단부측을 향해 내경이 점차 커지도록 형성할 수도 있다.
또한, 중공구멍에 제 1 경사홈을 적어도 하나 이상 형성해 두고, 제 1 경사홈으로서는 연결축부의 일단부측의 단면에 개구되어, 일단부측을 향해 홈의 깊이가 깊어지는 경사홈으로서 구성해 둘 수 있다. 제 1 경사 홈으로서는 연결축부의 다른 단부 쪽의 단면까지 서로 통한 경사홈으로서 구성해 두는 것도 가능하다.
또한, 연결축부에 있어 내치 스플라인이 형성되어 있는 영역에 있어서의 제 1 경사홈의 홈 형상으로서는 연결축부의 내치 스플라인의 피치폭과 같은 폭의 경사홈으로서 구성대 두는 것도 가능하다.
또한, 연결축부의 일단부측의 외주면에 제 2 경사홈을 적어도 하나 이상 형성해 두어, 제 2 경사홈으로서는 연결축부의 일단부측의 단면에 개구되어, 일단부측을 향해 홈의 깊이가 깊어지는 경사홈으로서 구성해 둘 수 있다. 연결축부에 있어 외치 스플라인이 형성되고 있는 영역에 있어서의 제 2 경사홈의 홈 형상으로서는 연결축부의 외치 스플라인의 피치폭과 같은 폭의 경사홈으로서 구성해 두는 것도 가능하다.
본 발명에서는 연결축부의 내치 스플라인이 교합해 있는 스플라인 결합부에서 연결축부의 외치 스플라인이 교합해 있는 스플라인 결합부의 사이를 서로 연결시키는 유로가 연결축부에 형성한 중공구멍(中空孔) 및, 연결축부의 일단부측의 단면과 대치하는 출력축 또는 입력축과의 사이에 형성된 틈을 통과하는 유로(流路)에 의해 구성되고 있다.
이 구성에 의해 연결축부의 내치 스플라인이 교합해 있는 스플라인 결합부를 고르게 윤활하여 중공구멍에 유입한 윤활유는 회전해 있는 연결축부의 원심력에 의해, 중공구멍의 내주면을 따라 연결축부의 일단부측을 향해 흘러나갈 수 있다. 흘러나간 윤활유는 동일하게 회전하고 있는 연결축부의 원심력에 의해, 연결축부의 일단부측의 단면과 대치하는 출력축 또는 입력축과의 사이에 형성된 틈을 통과해, 연결축부의 외치 스플라인이 교합해 있는 스플라인 결합부에 공급되는 것이다.
연결축부의 외치 스플라인이 교합해 있는 결합부에 공급된 윤활유는 연결축부의 외치 스플라인이 교합해 있는 스플라인 결합부를 고르게 윤활하여 연결축부의 축 방향으로 흐를 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 회전하고 있는 연결축부의 원심력을 활용하여, 원활하게 다량의 윤활유를 2개의 스플라인 결합부에 공급하는 것이 가능하게 된다. 또한, 한쪽의 스플라인 결합부에 하우징 상부로부터 윤활유를 공급해 두면, 다른 쪽의 스플라인 결합부에는 자동적으로 윤활유가 공급됨으로, 하우징 상부로부터 스플라인 결합부에 윤활유를 공급하는 유로로서는 하나의 유로로 구성해 둘 수 있다. 이 때문에, 하우징 상부로부터 스플라인 결합부에 윤활유를 공급하는 유로의 구성이 간단해진다.
연결축부로서는 베어링(軸受)을 통해서 동일한 연결축부가 엔진 하우징, 모터 하우징 또는 펌프 하우징에 지지되고 있는 구성으로 해 둘 수 있다. 이와 같이 구성해 두는 것에 의해, 스플라인 결합부에 모터 하우징 상부로부터 윤활유를 공급하는 공급로를 설계하는데 있어, 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다. 또한, 연결축부가 베어링을 거쳐서 하여, 하우징에 의해 지지됨으로써, 연결축부의 축 방향으로의 이동을 규제할 수 있다.
본 발명에서는 이와 같은 연결축부가 하우징에 의해 지지되는 구성을 취할 수 있기 때문에, 종래의 예로서 상기 발전 전동기에 있어, 연결축부(140)과 플라이 휠(170)의 사이에 있어서의 상대적인 이동을 저지하기 위해서 이용되고 있는 스프링 링(145)이 불필요하게 되고, 조임 볼트(146)을 나합시키는 나사구멍(140a)가 불필요하게 된다. 이 때문에, 나사구멍(140a)를 형성했던 부위에, 본 발명의 중공구멍을 형성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 연결축부의 일단부측을 향해 내경이 확대하는 경사구멍으로서, 중공구멍을 구성해 둘 수 있다. 이와 같이 구성해두는 것에 의해, 회전하는 연결축부 내의 오일은 원심력의 작용에 의해 중공구멍의 내주면에 따라 연결축부의 일단부측을 향해 흐르게 된다. 이에 따라, 보다 많은 오일을 중공구멍 내로 흘려 보낼 수 있어, 2개의 스플라인 결합부에 충분한 윤활유를 공급할 수 있다.
또한, 연결축부의 일단부측과는 반대 쪽에서의 중공구멍의 내경을 연결축부에 형성한 내치 스플라인의 치뿌리 원(Deddendum circle)의 직경과 거의 같은 직경이 되도록 구성해 둘 수도 있다. 이와 같이 구성하면 중공구멍을 보다 크게 한 경사구멍으로서 구성할 수 있게 되어, 한층 더 대량의 오일을 흘려 보내는 일이 가능하게 된다.
중공구멍의 형상으로서는 연결축부의 일단부측을 향해 점차 큰 내경이 되는 복수의 다른 내경의 구멍으로서 구성해 둘 수 있다. 이와 같이 구성해 두는 것에 의해, 내경이 확대하는 경사구멍으로서 중공구멍을 구성한 경우와 마찬가지로, 원심력을 이용하여 많은 오일을 점점 중공구멍 내로 흘려 보낼 수 있다. 또한, 이 경우에는 중공구멍으로서 내경이 확대하는 경사구멍을 제작하기보다도, 간단한 절삭가공으로 단시간에, 또한 염가에 제작할 수 있다.
중공구멍에 경사를 낸 제 1 경사홈을 적어도 하나 이상 형성해 둘 수도 있다. 그리고 연결축부의 회전에 따라 얻을 수 있는 원심력을 이용하여, 중공구멍의 내주면을 끼고 흐르는 오일의 대부분이 제 1 경사홈 내에서 흐르듯이 구성해 두는 것도 가능하다. 이와 같이 중공구멍에 제 1 경사홈을 형성하는 것으로, 제 1 경사홈에서 흘려보내는 오일에 대해서 원심력을 유효하게 이용할 수 있게 되었다.
이와 같이, 중공구멍으로서 내경이 확대하는 경사구멍과 복수의 다른 직경의 단(step)의 차이를 설치한 구멍을 형성해 두지 않아도, 단순히 드릴구멍 등으로서 형성한 중공구멍에 대해서, 간단하게 제 1 경사홈을 형성할 수 있다. 또한, 중공구멍의 내주면을 따라 흐르고 있는 오일도, 제 1 경사홈 내에 보충해 갈 수 있기에, 많은 윤활유를 제 1 경사홈 내로 흘려 보낼 수 있다.
또한, 드릴구멍 등으로서 형성한 중공구멍에 있어 제 1 경사홈을 만든 경우에 절삭되는 절삭량으로서는 내경이 확대하는 경사구멍을 절삭하는 경우와 복수의 다른 직경의 단의 차이를 준 구멍을 절삭하는 경우에 있어 절삭되는 절삭량보다도 적어도 된다. 이 때문에, 예를 들면, 연결축부의 한쪽 측의 단면에 있어서의 외경이 충분한 크기의 직경을 갖지 않는 경우라도, 내경이 작은 드릴구멍 등을 중공구멍으로서 형성해 둘 수 있어, 이와 같이 하여 형성한 중공구멍에 제 1 경사 홈을 형성하는 것으로, 연결축부 자체의 강성을 저하시키는 일 없이, 중공구멍을 흐르는 오일량을 늘릴 수 있다.
또한, 제 1 경사 홈으로서는 내경이 확대하는 경사구멍을 갖는 중공구멍과 복수의 다른 직경의 단의 차이를 준 구멍을 갖는 중공구멍에 대해 형성해 둘 수 있다. 또한, 제 1 경사 홈의 배치 위치로서는 연결축부의 회전 밸런스가 흐트러지지 않게 하기 위해서도, 연결축부의 중심축에 대해서 축 대칭의 부위에 적어도 한 쌍의 제 1 경사홈을 배치해 두는 것이 바람직하다.
연결축부의 일단부측의 단면에서 다른 단부 쪽의 단면까지 서로 통한 경사홈
으로서, 제 1 경사홈을 구성해 두는 것보다, 연결축부의 다른 단부 쪽에서의 스플라인 결합부를 통과하고 있는 오일에 대해서도, 원심력의 작용을 쉽게 받게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 스플라인 결합부에 있어서도, 보다 다량의 오일을 통과시킬 수 있다.
연결축부의 내치 스플라인이 형성되어 있는 영역에서의 제 1 경사홈의 홈 형상으로서는 내치 스플라인의 일부를 결치(欠齒)시킨 경사홈으로서 구성할 수도, 내치 스플라인에서의 치 바닥면에서의 피치폭과 같은 폭의 경사홈으로서 구성해 둘 수도 있다.
연결축부의 외치 스플라인이 형성되어 있는 영역에 대해서도, 제 2 경사홈을 적어도 하나 이상 형성해 둘 수 있다. 제 2 경사홈을 형성해 두는 것에 의해, 연결축부의 회전에 의한 원심력을 이용하여, 연결축부의 외치 스플라인이 교합해 있는 스플라인 결합부에 대해서도 고르게 윤활할 수 있다. 또한, 윤활 후의 오일은 연결축부의 외부로 유출시킬 수 있다.
또한, 제 3 경사홈의 배치 위치로서는 회전체로서의 연결축부의 회전 밸런스가 흐트러지지 않게 하기 위해서도, 연결축부의 중심축에 대해 축 대칭이 되는 위치에 적어도 한 쌍의 제 2 경사홈을 배치해 두는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 경사홈과 제 2 경사홈을 함께 형성하는 경우에는 예를 들면, 제 1 경사홈을 상하 방향의 두 곳에 설치하여, 제 2 경사 홈은 좌우 방향의 두 곳에 설치한 구성으로 해 둘 수 있다.
이와 같이 구성해 두는 것으로, 제 1 경사 홈과 제 2 경사 홈과의 간섭에 의해, 연결축부의 일단부측에서의 남은 두께가 적어져, 연결축부 자체의 강성이 저하해 버리는 것을 방지할 수 있다. 게다가, 연결축부의 회전 밸런스가 흐트러지지 않도록 구성할 수 있다.
이와 같이, 회전체로서의 연결축부의 회전 밸런스가 흐트러지지 않도록 하기 위해, 또한, 연결축부 자체에서의 강성의 저하를 방지하기 위해, 연결축부의 중심축에 대해 축 대칭에 배치함과 아울러, 제 1 경사홈과 제 2 경사홈이 서로 간섭하지 않도록, 둘레 방향에서의 배치도 고려해 두는 것이 바람직하다.
또한, 제 2 경사홈의 홈 형상으로서는 연결축부에서의 외치 스플라인의 일부를 결치(欠齒) 한 경사 홈 형상으로 하는 것도, 내치 스플라인에서의 치 바닥면에서의 피치폭과 같은 폭의 경사홈으로서 구성해 갈 수도 있다.
도 1은 발전 전동기의 종단면도. (실시예)
도 2는 모터 하우징을 엔진 쪽에서 본 사시도. (실시예)
도 3은 펌프 쪽에서 본 로터 지지부의 사시도. (실시예)
도 4는 모터 로터의 사시도. (실시예)
도 5는 스테이터 코어의 평면도. (실시예)
도 6은 연결축부의 종단면도. (실시예)
도 7은 중공구멍의 변형 예를 도시한 연결축부의 종단면도. (실시예)
도 8은 중공구멍의 다른 변형 예를 도시한 연결축부의 종단면도. (실시예)
도 9는 중공구멍의 별도의 변형 예를 도시한 연결축부의 종단면도. (실시예)
도 10은 중공구멍에 제 1 경사홈을 형성한 연결축부의 종단면도. (실시예)
도 11은 제 1 경사홈의 변형 예를 도시한 연결축부의 종단면도. (실시예)
도 12는 제 1 경사홈의 다른 변형 예를 도시한 연결축부의 종단면도. (실시
예)
도 13은 제 1 외치 스플라인에 제 2 경사홈을 형성한 연결축부의 종단면도. (실시예)
도 14는 제 2 경사 홈의 변형 예를 도시한 연결축부의 종단면도. (실시예)
도 15는 다른 발전 전동기의 종단면도. (실시예)
도 16은 도 15에서의 모터 하우징을 엔진 쪽에서 본 사시도. (실시예)
도 17은 발전 전동기의 종단면도. (종래 예)
이하, 본 발명의 대표적인 실시 형태를 도면에 기초하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태를 보이는 발전 전동기의 축선을 통과하는 종단도면이다. 도 2 내지 도 5는 같은 발전 전동기의 주된 구성 부재의 사시도이다. 본 실시예를 따른 발전 전동기는 주로 유압 셔블 등의 건설 기계에 적용되는 하이브리드형의 엔진에 탑재되는 발전 전동기를 예시하나, 다른 자동차 분야 및 일반 사업 기계 분야, 또는 선박 등의 대형 엔진 등에 널리 적용할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 발전 전동기(10)를 수납하는 모터 하우징(MH)은 엔진 하우징(EH)와 펌프 하우징(PH)와의 사이에 고정되어 있다. 모터 하우징(MH)을 거쳐서 엔진 하우징(EH)과 펌프 하우징(PH)은 고정 설치되어 일체화되어 있다.
엔진 하우징(EH)내에는 도시하지 않은 엔진에 직결된 출력축(1)이 베어링을 통해서 회전이 자유자재로 지지되어 있어, 펌프 하우징(PH) 내에는 도시하지 않은 유압 펌프의 입력축(2) 또는 도시하지 않은 트랜스미션에 직결된 입력축(2)이 베어링을 통해서 회전이 자유자재로 지지되어 있다.
모터 하우징(MH) 내에는 발전 전동기(10)를 구성하는 링 모양의 스테이터 코어(20)와 모터 로터(30)와 연결축부(40)가 배설되어 있다. 스테이터 코어(20)는 모터 하우징(MH)의 내벽면에 고정 설치되어 있다. 모터 로터(30)는 스테이터 코어(20)의 내주면과 에어갭을 통해서 대치되어, 연결축부(40)에 지지되어 연결축부(40)와 일체적으로 회전할 수 있다.
연결축부(40)는 베어링(60)을 통해서 모터 하우징(MH)에 지지되어 있어, 연결축부(40)의 일단부측의 외주면에는 제 1 외치 스플라인이 형성되어 있다. 또한, 연결축부(40)의 다른 단부측의 내주면에는 내치 스플라인(42)이 형성되어 있어, 연결축부(40)의 중간부에서의 외주면에는 제 2 외치 스플라인(43)이 형성되어 있다.
베어링(60)의 아우터레이스(outer race)는 모터 하우징(MH) 및 펌프 하우징(PH) 사이에 장착되어 고정된 베어링 플랜지(50)에 서로 끼어 있다. 또한 베어링(60)의 인너레이스(inner race)는 연결축부(40)의 감합부(40a)(도 6 참조)에 끼어 있다. 베어링 플랜지(50)은 중앙부에 베어링(60)의 아우터레이스를 끼는 원통부(50a)가 형성되어 있다.
엔진 하우징(EH) 내에서 모터 하우징(MH) 내로 돌출한 출력축(1)에는 플라이 휠(70)이 고정 설치되어, 플라이 휠(70)의 내주면에는 내치 스플라인(71)이 형성되어 있다. 또한, 펌프 하우징(PH) 내에서 모터 하우징(MH) 내로 돌출한 입력축(2)의 외주면에는 외치 스플라인(2a)이 형성되어 있다.
연결축부(40)의 다른 단부측에서의 내치 스플라인(42)은 입력축(2)의 외치 스플라인(2a)와 교합하여, 제 1 스플라인 결합부(81)를 구성하고 있다. 연결축부(40)의 일단부측에서의 제 1 외치 스플라인(41)은 플라이 휠(70)의 내치 스플라인(71)과 교합하여, 제 2 스플라인 결합부(82)를 구성하고 있다. 또한, 연결축부(40)의 제 2 외치 스플라인(43)은 모터 로터(30)를 구성하는 로터 지지부(31)의 내주면에 형성된 내치 스플라인(31a)과 교합하여, 제 3 스플라인 결합부(83)를 구성하고 있다.
이와 같이, 연결축부(40)와 출력축(1)은 플라이 휠(70)을 통해서 스플라인 결합된다. 그리고, 연결축부(40)는 베어링(60)을 통해서 모터 하우징(MH)에 지지되어 있는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 연결축부(40)가 출력축(1)에 대해 축 방향으로 이동하는 것은 베어링(60)에 의해 저지된 구성으로 되어 있다.
모터 로터(30)는 로터 지지부(31)와 로터 지지부(31)의 외주면에 밀착 지지되는 링모양의 로터 요크(35)로 구성되어 있다. 로터 지지부(31)는 상술된 바와 같이 제 3 스플라인 결합부(83)에서 연결축부(40)의 중간부에 형성된 제 2 외치 스플라인(43)과 스플라인 결합해 있다.
출력축(1)에 고정 설치되어 있는 플라이 휠(70)은 단순히 엔진의 회전 효율을 높이기 위해 작용하는 것 이외에도, 동시에 발전 전동기(10)에서의 발전 효율 및 모터 효율을 높이기 위한 기능을 가지고 있다. 이 때문에 플라이 휠(70)은 엔진 측의 구성 부재임과 동시에 발전 전동기(10)의 구성 부재를 겸하고 있다.
또한, 플라이 휠(70)의 외주부에는 스타터용 링 기어(73)이 고정 설치되어 있어, 엔진의 스타터 시동용의 기어 기능을 스타터용 링 기어(73)가 가지게 할 수 있다. 또한, 엔진을 시동시킬 때에는 발전 전동기(10)를 모터로서 작동시킬 수 있다. 이 때문에, 엔진을 시동시키는 모터로서 발전 전동기(10)를 작동시킬 때는 스타터용 링 기어(73)는 발전 전동기(10)에 대한 스타터 기능을 가질 수 있다. 더욱, 한냉지에서의 엔진의 시동성 향상을 도모하기 위해서는 종래부터 이용되고 있는 스타터를 별도 설치해 두어, 스타타용 링 기어(73)와 협동시켜 작동시키는 것이 한층 바람직한 사용 형태가 된다.
상술된 설명에서는 플라이 휠(70)을 이용한 구성 예에 관하여 설명을 했으나, 플라이 휠(70)을 이용하지 않고 출력축(1)에 도시하지 않은 내치 스플라인을 형성해 두어, 같은 방향으로 형성된 출력축(1)의 내치 스플라인과 연결축부(40)의 제 1 외치 스플라인(41)을 스플라인 결합된 구성으로 해 두는 것도 가능하다.
또한, 제 1 스플라인 결합부(81) 및 제 2 스플라인 결합부(82)에서의 스플라인 결합의 결합방법으로서, 각각 연결축부(40)의 도시하지 않은 내치 스플라인과 플라이 휠(70)의 도시하지 않은 외치 스플라인과 스플라인 결합시키고, 또한 연결축부(40)의 도시하지 않은 외치 스플라인과 입력축(2)의 도시하지 않은 내치 스플라인을 스플라인 결합시킨 결합방법을 채용할 수도 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 연결축부(40)는 내치 스플라인(42)이 형성되어 있는 중공 요부(44)에 중공구멍(45)이 서로 통하는 모양으로 연결축부(40)의 축 중심에 관통한 구멍이 형성되어 있다. 도 6에서 부합(40a)에서 보이는 부위는 베어링(60)의 인너레이스를 끼게 하는 감합부이다.
또한, 상술된 바와 같이 연결축부(40)의 축 중심에 형성한 중공구멍의 형상으로서는 도 6에서 보이는 단면형상 이외에도, 도 7 내지 도 14에서 도시된 단면형상으로 구성할 수 있다.
도 1 및 도 2을 참조하여 모터 하우징(MH)의 구성을 설명하면, 모터 하우징(MH)의 하우징 본체(11)은 전체적으로 박형 원통 모양의 형상을 보이고 있다. 이 구성에 의해 엔진의 축 방향에 발전 전동기(10)을 부착해도, 엔진의 축 방향에서의 길이를 길게 구성하지 않아도 된다.
모터 하우징(MH)의 상벽부에는 오일공급구(11a)가 형성되어 있어, 오일공급구(11a)에는 윤활유와 냉각유를 겸한 오일을 공급하는 파이프(5)가 접속해 있다. 오일공급구(11a)에서 흘러내린 오일은 로터 지지부(31)에 부착된 임펠러(38)의 날개에 공급됨과 아울러 베어링 플랜지(50)에 형성한 개구(52)를 통과해, 베어링 플랜지(50) 및 펌프 하우징(PH) 사이에 형성된 공간부(54)에 유입된다.
공간부(54)는 연결축부(40)의 내치 스플라인(42)과 입력축(2)의 외치 스플라인(2a)과 스플라인 결합해 있는 제 1 스플라인 결합부(81)에 연통하는 구성으로 되어있다. 공간부(54)를 형성하지 않고, 오일공급구(11a)에 연통한 파이프 등을 모터 하우징(MH) 내에 배설하여, 오일공급구(11a)에서 흘러내리는 오일의 일부를 파이프로 직접 추출하여, 파이프로 추출한 오일을 제 1 스플라인 결합부(81)에 내뿜는 구조를 채용하는 것도 가능하다.
이 구성에 의해, 공간부(54)에 유입한 오일을 제 1 스플라인 결합부(81)에 공급할 수 있다. 또한, 베어링 플랜지(50)에는 오일저장(16)이 부착되어 있어, 오일공급구(11a)에서 흘러 내려 임펠러(38)에 공급된 오일의 일부를 오일저장소(16) 내에 담아둘 수 있다.
임펠러(38)는 모터 로터(30)의 회전과 함께 회전하고, 오일공급구(11a)에서 흘러내린 오일을 그 주변부에서 받아, 외주면의 둘레 방향에 소정의 피치로 돌출하는 돌조(날개)의 사이에 유지할 수 있다. 그리고, 회전중의 원심력으로 돌조(날개)의 사이에 유지된 오일 및 오일저장소(16) 내에 담아둔 오일을 임펠러(38)의 회전에 의해 끌어올릴 수 있다. 임펠러(38)에 의해 끌어올려진 오일은 임펠러(38)의 주변에 배합된 스테이터 코어(20)에 뿌려진다.
스테이터 코어(20)는 도 5에 도시된 바와 같이 링 모양의 부재로 구성되어 있어, 그 내주면에는 중심을 향해 둘레 방향에 소정의 피치로 다수의 극이되는 돌출부(21)가 돌출 설치되어 있다. 각 돌출부(21)의 둘레면에는 3 개의 코일(23)이 일정한 규칙에 따라 순차적으로 감겨져 있다.
본 실시형태에서는 돌출부(21)은 총 36 개의 돌출한 돌출부로서 구성되어 있어, 이것에 의해 3 상 12 극의 SR모터를 구성하고 있다. 3 개의 코일(23)의 양 단부에서의 6 개의 코일 단자는 하우징 본체(11)의 둘레면에 형성된 도시하지 않은 단자 접속부에 끼워져 통하게 되어있다. 이 단자 접속부를 통해서 앞서 기술한 6 개의 코일 단자는 각각 외부의 교류 전원에서 늘어난 도시하지 않은 리드선의 단자와 접속하고 있다.
스테이터 코어(20)의 외주부에는 3 개의 돌기(20a)가 형성되어 있고, 각 돌기(20a)는 도 2에 도시된 하우징 본체(11)의 내주면에 형성한 요부(11b)에 각각 걸어 맞출 수 있다. 각 돌기(20a)와 각 요부(11b)를 걸어 맞추게 함으로서, 스테이터 코어(20)의 모터 하우징(MH)에 대한 위치 결정을 할 수 있다. 위치가 결정된 스테이터 코어(20)는 도시하지 않은 롤핀에 의해 하우징 본체(11)의 내주면에 고정된다.
이와 같이 스테이터 코어(20)가 구성되어 있어, 임펠러(38)의 회전에 의해 끌어올려진 오일은 스테이터 코어(20)에 감겨진 코일(23)에 골고루 방사되게 되어, 가열하는 코일(23)을 냉각할 수 있다.
또한, 하우징 본체(11)의 하부는 오일저장(51)가 되도록 구성되어 있어, 예를 들면, 도 1의 점선으로 나타내는 수평선의 위치까지 하우징 본체(11) 하부의 오일저장소(51)에 오일을 채워 둘 수 있다. 그리고, 하우징 본체(11) 하부의 오일저장소(51)에 담아둔 오일에 스테이터 코어(20)에 감은 코일(23)의 일부를 침지(浸漬)시켜 둘 수 있다. 이 구성에 의해, 코일(23)은 하우징 본체(11) 하부의 오일저장소(51)에 채워진 오일에 의해 냉각됨과 아울러, 임펠러(38)에 의해 끌어 올려진 오일에 의해서도 냉각되게 된다.
코일(23)을 냉각한 오일은 하우징 본체(11)의 하부에 흘려 보내 오일저장소(51)에 채워둘 수 있다. 하우징 본체(11)의 하부에는 외부로 서로 통한 드레인구(53)가 형성되어 있어, 오일저장소(51)에 채워져 있는 오일의 유면 레벨은 드레인구(53)에서 배출되는 오일의 흐르는 양과 유공급구(11a)에서 공급되는 흐르는 양에 의해 조정할 수 있다.
모터 로터(30)는 도 3에 도시된 로터 지지부(31)와 도 4에 도시된 로터 요크(35)로 구성되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 로터 지지부(31)는 고리모양의 원판부(34)와 원통 지지면(33)과, 고리모양의 플랜지부(32)를 구비한 구성으로 되어 있다. 고리모양의 원판부(34)는 원통 지지면(33)의 내주면측에 연접(連接)해 있어, 연결축부(40)의 제2 외치 스플라인(43)과 교합하는 내치 스플라인(31a)이 형성되어 있다.
원통 지지면(33)은 일단부측에서 고리모양의 플랜지부(32)와 연접해 있어, 로터 요크(35)의 내주면을 지지할 수 있다. 플랜지부(32)는 로터 요크(35)의 단면 및 임펠러(38)를 지지 고정할 수 있다.
또한, 로터 지지부(31)를 구성하는 원판부(34)와, 원판 지지면(33)과, 플랜지부(32)는 주조 등의 제조수단에 의해 일체적으로 구성해 둘 수 있다.
로터 요크(35) 및 임펠러(38)는 로터 지지부(31)의 플랜지부(32)에 형성한 복수의 볼트 삽통구멍(揷通孔)(32a)에 끼워서 통한 볼트(37a)와, 볼트(37a)에 끼운 너트(37b)에 의해 고정되어 있다. 또한 로터 요크(35)에는 도 4에 도시된 바와 같이 볼트(37a)를 삽입시킨 볼트 삽통구멍(35a)이 볼트 삽통구멍(32a)에 대응한 위치가 되도록 둘레 방향에 복수로 형성되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 임펠러(38)에도 볼트(37a)를 삽입시키는 볼트 삽입 구멍(38a)가 복수 형성되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 로터 요크(35)는 외주면의 둘레 방향에 소정의 피치로 다수의 유도자(36)가 돌출 설치되어 있어, 그 내주면이 원통 지지면(33)의 외주면에 바깥으로 끼워 고정되어 있다.
본 실시형태에 있어서는 상술된 바와 같이 스테이터 코어(20)의 내주면에 돌출 설치된 자극을 구성하는 돌출부(21)는 총 36 개의 돌출부(21)를 등간격(等間隔)으로 배설한 구성으로 되어 있다. 이에 대해, 로터 요크(35)에 형성한 유도자(36)로서는 총 24개의 유도자(36)를 등간격으로 배설한 구성으로 되어 있다.
이와 같이, 스테이터 코어(20)에서의 자극(돌출부(21))의 수, 즉, 각 자극(각 돌출부(21))사이의 피치와, 로터 요크(35)에서의 각 유도자(36) 간의 피치와의 사이에 피치 차를 두고 있다.
다음으로 도 1을 이용하여 모터 하우징(MH)의 상벽부에 형성한 오일공급구(11a)에서 흘러내린 오일이 공간부(54)를 통과하여 제 1 스플라인 결합부(81)에 공급된 후에, 제 2 스플라인 결합부(82)까지 공급되는 오일의 유로에 관하여 구체적으로 설명한다.
오일공급구(11a)에서 흘러내린 오일의 일부는 화살표로 도시한 바와 같이 모터 하우징(MH)에 부착된 베어링 플랜지(50)의 개구(52)를 통과하여, 베어링 플랜지(50)와 펌프 하우징(PH) 사이에 형성된 공간부(54)에 유입한다. 공간부(54)에 유입한 오일은 제 1 스플라인 결합부(81)에 공급된다.
제 1 스플라인 결합부(81)에 공급된 오일은 연결축부(40)의 내치 스플라인(42)과 입력축(2)의 외치 스플라인(2a)과의 교합의 틈을 지나, 화살표로 나타내듯이 연결축부(40)의 축 방향으로 흐를 수 있다. 또한, 이때, 스플라인 결합해 있는 연결축부(40)와 입력축(2)이 회전하고 있기에, 교합해 있는 내치 스플라인(42)과 외치 스플라인(2a)의 치(tooth)에 대해, 계속해서 골고루 균일하게 윤활유를 공급할 수 있다.
내치 스플라인(42)과 외치 스플라인(2a)을 골고루 윤활한 오일은 중공구멍(45)내에 유입한다. 중공구멍(45) 내에 유입한 오일은 회전하고 있는 연결축부(40)의 원심력에 의해, 중공구멍(45)의 내주면을 따르면서 화살표로 도시한 바와 같이 연결축부(40)의 일단부측을 향하여 흘러나가게 된다.
연결축부(40)의 일단부측으로 흘러나간 오일은 회전하고 있는 연결축부(40)의 원심력에 의해, 이번에는 연결축부(40)의 일단부측에서의 단면을 따라 레이디얼 방향으로 퍼져간다. 즉, 연결축부(40)의 일단부측에서의 단면과 대치하는 출력축(1)과의 사이에 형성된 틈을 통과한 오일은 제 2 스플라인 결합부(82)에 공급되게 된다.
제 2 스플라인 결합부(82)에 공급된 오일은 연결축부(40)의 제 1 외치 스플라인(41)과 플라이 휠(70)의 내치 스플라인(71)과의 교합의 틈을 통과하여, 화살표로 나타내듯이 연결축부(40)의 축 방향으로 흐를 수 있다. 제 2 스플라인 결합부(82)를 골고루 윤활하여 연결축부(40)의 축 방향으로 흘러나간 오일은 모터 하우징(MH) 내의 부재 등에 충돌하면서 안개 모양으로 되어, 제 3 스플라인 결합부(83)와 스테이터 코어(20)의 코일(23)에 도달시킬 수 있다. 그리고, 제 3 스플라인 결합부(83)에서의 윤활과 코일(23)의 냉각을 할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 중공구멍(45)은 연결축부(40)의 중간축 상에 형성되어 있어, 내치 스플라인(42)이 형성된 중공 요부(44)에 관통하는 구멍으로서 구성되어 있다. 또한, 내치 스플라인(42)의 양 단부에는 도려낸 시트홈부(seat groove)(48a, 48b)가 형성되어 있다. 도려낸 시트홈부(48a)에는 공간부(54)에서 제 1 스플라인 결합부(81)에 공급된 오일을 일시적으로 채워두는 것이 가능하다. 도려낸 시트홈부(48a) 내에 채운 오일을 항상 내치 스플라인(42)과 외치 스플라인(22)의 교합 틈에 골고루 공급할 수 있는 구성으로 되어 있다.
또한, 내치 스플라인(42)의 내단부에 형성한 도려낸 시트홈부(48b)에는 내치 스플라인(42)과 외치 스플라인(2a)(도 1 참조)과의 교합의 틈을 통과한 오일을 일시적으로 채워 둘 수 있다. 도려낸 시트홈부(48b)에 채워진 오일은 연결축부(40)의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해, 도려낸 시트홈부(46b)의 측 벽면을 따라 레이디얼 방향으로 이동하여, 중공구멍(45)내로 유입한다. 중공구멍(45) 내에 유입한 오일은 상술된 바와 같이 연결축부(40)의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 중공구멍(45)의 내주면을 따라 회전하면서, 연결축부(40)의 일단부측을 향해 흘러나가는 것이 된다.
중공구멍(45)의 구성으로서는 도 6에 도시된 바와 같이 연결축부(40)의 중심축 상에 중공구멍(45)를 가진 구성 이외에도, 연결축부(40)의 중심축을 중심으로 같은 중심축 모양에 복수의 중공구멍(45)을 설치한 구성으로 할 수도 있다. 이때, 같은 중심축 모양으로 배치 설치한 복수의 중공구멍(45)으로서는 연결축부(40)의 중심축과 평행이 되도록 구성해 둘 수 있다.
또한, 복수의 중공구멍(45)를 연결축부(40)의 중심축에 대해 각각 기울여 배치한 구성으로 하여, 각 중공구멍(45)의 단부 개구가 연결축부(40)의 일단부측에서의 제 1 외치 스플라인(41)측에 가깝도록 기울여 구성해 둘 수도 있다.
이하의 도 7 내지 도 14에서 설명하는 연결축부(40)에서의 중공구멍(45)의 변형 예의 구성에 있어, 도 7 및 도 8에서 도시된 연결축부(40)의 변형 예에서는 도 6에서 도시된 것과 같이 제 2 외치 스플라인(43)을 형성한 구조로 되어 있다. 또한, 도 9 내지 도 14에서 도시된 연결축부(40)에서의 중공구멍(45)의 변형 예에서는 제 2 외치 스플라인(43)을 형성하지 않고, 도 15에서 도시된 바와 같이, 연결축부(40)의 외주면에 형성한 고리 모양의 플랜지부(46)에, 볼트(62)를 통해서 로터 지지부(31)을 지지 고정하는 구조로 되어 있다.
이 때문에, 도 6 내지 도 8에 도시된 연결축부(40)의 외주 형상에서는 제 1 외치 스플라인(41)을 형성한 외주 직경에 비해서, 제 2 외치 스플라인(43) 및 플랜지부(46)를 형성한 외주 직경 쪽이 큰 외주 직경이 되도록 구성되어 있으나, 도 9 내지 도 14에 도시된 연결축부(40)의 외주부 형상에서는 제 1 외치 스플라인(41)을 형성한 외주 직경과 플랜지부(46)를 형성한 외주 직경을 거의 같은 외주 직경으로 구성하고 있다. 이것은 제 2 외치 스플라인을 형성하지 않는 만큼, 연결축부(40)의 외주 직경을 작게 구성할 수 있었기 때문이다.
다른 구성에 관해서는 도 6 내지 도 14에서 도시된 연결축부(40)는 같은 구성으로 되어있다. 또한, 도 6 내지 도 14에서 도시된 연결축부(40)의 구성에 있어, 로터 지지부(31)를 지지 고정하는 구조에 관해서는 도 1과 도 15 어느 쪽의 구성을 채용하는가에 기초하여, 도 6 내지 도 8에서 도시된 바와 같이 제 2 외치 스플라인(43)을 형성한 구성으로 해 둘 수도 있으며, 도 9 내지 도 14에서 도시된 바와 같이 제 2 외치 스플라인(43)을 형성하지 않는 구성으로 해 둘 수도 있다.
도 15에서의 전동 발전기(10)의 구성을 설명하기 전에 도 7 내지 도 14를 이용하여 연결축부(40)에서의 중공구멍(45)위 변형 예에 관하여 설명한다. 도 6에서는 연결축부(40)의 중공구멍(45)이 똑바른 관통구멍으로서 보인 구성 예를 보이고 있으나, 도 7에서는 중공구멍(45)이 연결축부(40)의 일단부측을 향해 내경이 확대하는 경사구멍으로서 구성되어 있다.
이와 같이 경사구멍으로서 중공구멍(45)을 구성해 두는 것에 의해, 연결축부(40)의 회전에 의해 얻을 수 있는 원심력의 작용을 유효하게 이용할 수 있어, 중공구멍(45)의 내주면을 따라 회전하면서 흐르는 오일을 원활하게 연결축부(40)의 일단부측을 향해 흘려 보낼 수 있다. 또한, 도 6에서 보인 중공구멍(45)의 형상인 것과 비교해서, 도 7에서 도시된 중공구멍(45)의 형상인 것에는 보다 많은 오일을 흘려 보낼 수 있다.
중공구멍(45)을 경사구멍으로서 구성해 두는 경우에는 도 9에 도시된 바와 같이 중공 요부(44)와 서로 통해 있는 중공구멍(45)의 부위에서의 내경이 내치 스플라인(42)의 치뿌리 원의 직경과 거의 같은 직경이 되도록 구성해둘 수 있다. 이와 같이 구성해 두는 것에 의해, 경사구멍으로 아래 중공구멍(45)을 도 7에서 도시된 경우보다도 크게 구성할 수 있어, 회전하는 오일에 걸리는 원심력을 보다 크게 할 수 있다. 이에 따라, 보다 많은 오일을 중공구멍(45)내로 흘려 보내는 일이 가능하게 된다.
중공구멍(45)을 경사구멍으로서 구성하는 대신에, 도8에 도시된 바와 같이, 연결축부(40)의 일단부측을 향해 내경이 점점 커지도록, 내경이 다른 복수의 구멍을 연속시킨 구성으로 해 둘 수 있다.
이와 같이 구성해 두는 것에 의해, 도 7, 도 9에 도시한 바와 같이 내경이 확대하는 경사구멍으로서 중공구멍(45)을 구성한 경우와 마찬가지로, 원심력을 이용하여 많은 오일을 중공구멍(45)으로 흘려 보낼 수 있다. 게다가, 중공구멍(45)으로서는 내경이 다른 복수의 구멍을 연속시켜서 점점 변화시킨 구성으로 하고 있기에, 도 8에 도시된 바와 같이 중공구멍(45)의 절삭가공은 염가로 게다가 용이하게 할 수 있다.
도 10 내지 도 14를 이용하여, 경사 홈을 더욱 연결축부(40)의 구성에 관하여 설명한다. 도 10 내지 도 14에서, (a)에서 도시된 도는 연결축부(40)의 종단면도을 보이고 있어, (b)에서 도시된 도는 연결축부(40)의 일단부측에서 본 정면도를 보이고 있다.
도 10에서는 드릴구멍으로서 형성한 중공구멍(45)의 내주면에 연결축부(40)의 일단부측을 향해 홈의 깊이가 깊어지는 제 1 경사 홈(55)가 한 쌍 형성한 구성 예를 보이고 있다. 한 쌍의 제 1 경사 홈(55)은 연결축부(40)의 회전 밸런스를 깨지 않도록 하기 위해, 연결축부(40)의 중심축에 대해 축 대칭의 부위에 형성해 두는 것이 바람직하다.
또한, 연결축부(40)의 중심축에 대해 축 대칭의 부위에 형성한 한 쌍의 제 1 경사홈(55)를 복수조 형성하는 경우에는 각 제 1 경사 홈(55)은 연결축부(40)의 중심축 둘레에 등간격으로 배설되도록 구성해 두는 것이 바람직하다.
제 1 경사 홈(55)을 형성하는 것에 의해, 중공구멍의 내주면을 따라 흐르는 오일의 대부분을 제 1 경사홈 내에서 흘려 보낼 수 있다. 게다가, 제 1 경사홈(55)을 형성하는 데에 연결축부(40)를 절삭하는 절삭량은 도 7 및 도9에 도시된 내경이 확대하는 경사구멍을 절삭하는 경우나 도 8에 도시된 복수의 다른 직경의 단(step)의 차이를 준 구멍을 절삭하는 경우에 비해, 적은 절삭량으로 된다.
이 때문에, 예를 들면, 연결축부(40)의 일측의 단면에서의 외경이 충분한 크기의 직경을 갖지 않는 경우라도, 중공구멍(45)을 드릴구멍 등으로 형성해 둘 수 있어, 연결축부(40) 자체의 강성을 저하시키는 일 없이, 중공구멍(45)을 흐르는 오일의 양을 늘릴 수 있다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제 1 경사홈(55)를 연결축부(40)의 일 단부측의 단면에서 다른 단부측의 단면까지 연통한 경사홈으로서 구성해 둘 수도 있다. 도 11은 내치 스플라인(42)의 형성 영역에서의 제 1 경사홈(55)의 홈 형상으로서, 내치 스플라인(42)의 일부를 치(齒)를 빼게 한 홈 형상의 구성 예를 보이고 있다. 또한, 도 12는 내치 스플라인(42)의 형성 영역에서의 제 1 경사홈(55)의 홈 형상으로서, 내치 스플라인(42)에서의 치저면(齒底面)에서의 피치폭과 같은 폭의 경사홈으로 한 구성 예를 보이고 있다.
이 구성의 의해, 연결축부(40)의 다른 단부측에서의 제 1 스플라인 결합부(81)을 통과하고 있는 오일에 대해서도, 원심력의 작용을 받기 쉬운 구성으로 해 둘 수 있다. 이 때문에, 제 1 스플라인 결합부(81)에서도 보다 다량의 오일을 통과시킬 수 있다.
도 13 및 도 14에는 제 1 경사홈(55) 외에, 제1 외치 스플라인(41)의 형성영역에도, 연결축부(40)의 일단부측을 향해 홈의 깊이가 깊어지는 한 쌍의 제 2 경사홈(56)을 형성한 구성 예를 보이고 있다. 더욱, 도 13(a), 도 14(a)에서는 하반부에 표시한 제 2 경사홈(56)을 90도만큼 연결축부(40)의 중심축 주변에 회전시킨 상태를 보이고 있다.
도 13은 제 2 경사홈(56)의 홈 형상으로서, 제 1 외치 스플라인(41)의 일부를 치를 빼게 한 홈 형상의 구성 예를 보이고 있다. 또한, 도 14는 제 2 경사홈(56)의 홈 형상으로서, 제 1 외치 스플라인(41)에서의 치저면에서의 피치폭과 같은 폭의 경사홈으로 한 구성 예를 보이고 있다.
이와 같이, 제 2 경사홈(46)을 형성해 두는 것에 의해, 연결축부(40)의 회전에 의한 원심력을 이용하여, 연결축부(40)의 제 1 외치 스플라인(41)이 교합하고 있는 제 2 스플라인 결합부(82)에서 오일이 쉽게 흐르도록 구성할 수 있어, 제 2 스플라인 결합부(82)에 대해서도 골고루 오일을 윤활 시킬 수 있다.
더욱, 한 쌍의 제 2 경사홈(56)은 연결축부(40)의 회전 밸런스가 흐트러지지 않기 위해, 연결축부(40)의 중심축에 대해 축 대칭의 부위에 형성해 두는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 경사홈(45)와 제 2 경사홈(46)을 함께 형성하는 경우에는 예를 들면 도 13(b)에서 도시된 바와 같이, 제 1 경사홈(45)을 상하방향의 두 곳에 설치하여, 제 2 경사홈은 좌우방향의 두 곳에 설치한 구성으로 해 둘 수 있다.
이와 같이 구성해 두는 것으로, 한 쌍의 제 1 경사홈(45)과 한 쌍의 제 2 경사홈(46)과의 간섭에 의해, 연결축부(40)의 일단부측에 있어서의 남은 두께가 적어져, 연결축부(40) 자체의 강성이 저하해 버리는 것을 방지할 수 있다. 게다가, 연결축부(40)의 회전 밸런스가 흐트러지지 않도록 구성할 수 있다.
다음으로, 도9 내지 도 14에 도시된 연결축부(40)를 이용할 수 있는 전동발전기(10)의 별도의 구성 예에 관하여 도 15를 이용하여 설명한다. 도 15에서 도시된 전동발전기(10)의 구성에서는 볼트(62)를 통해서 로터 지지부(31)를 연결축부(40)에 부착하는 구성으로 되어있어, 도 1에 도시된 발전 전동기(10)의 구성같이 제 3 스플라인 결합부(83)를 이용한 구성과는 다르다.
또한, 로터 지지부(31)를 연결축부(40)에 부착하기 위한 구성의 변경에 따라, 다소의 구성변경이 이루어지고 있다. 더욱이, 모터 하우징(MH) 내의 바닥부에 형성한 오일저장소(51)을 크게 구성하고 있다. 다른 구성은 도 1에 보인 발전 전동기 (10)와 동일한 구성으로 되어 있어, 동일 구성에 관해서는 동일한 부재 부호를 이용하는 것으로 그 설명을 생략한다.
도 15에 도시된 바와 같이, 출력축(1)에 부착된 플라이 휠(70)에는 연결축부(40)의 제 1 외치 스플라인(41)에 교합하는 내치 스플라인(76)이 형성된 치차부재(75)가 고정되어 있다. 로터 지지부(31)는 모터 하우징(MH)의 반대 엔진측에서의 둘레 측면에 고정된 베어링 플랜지(59)에 지지된 베어링(61)을 통해서 지지되어 있다.
또한, 로터 지지부(31)는 볼트(62)를 통해서 연결축부(40)의 외주면에 형성한 플랜지부(46)에 고정되어 있다. 로터 지지부(31)의 엔진측에서의 단면은 플라이 휠(70)에 고정된 치차부재(75)에 마주 접해 있다. 그리고, 베어링(61)에 의한 지지와, 치차부재(75)와의 마주 접함에 의해, 로터 지지부(31) 및 로터 지지부(31)을 고정하고 있는 연결축부(40)는 축 방향으로의 이동이 규제되고 있다.
모터 하우징(MH)의 상벽부에 설치된 오일공급구(11a)에서 흘러내린 오일은 모터 하우징(MH)의 측벽에 형성한 유로를 지나, 공간부(54)에서 제 1 스플라인 결합부에 공급할 수 있다. 또한, 공간부(54)에서 제 1 스플라인 결합부(81)에 공급된 오일의 일부는 입력축(2)의 외주면을 따라 펌프 하우징(PH) 내로 유입하여, 입력축(2)을 지지하고 있는 베어링 등을 윤활할 수 있음과 동시에, 연결축부(40)의 외주면과 베어링 플랜지(59)와의 사이에 형성된 틈을 통과해, 베어링(61)을 윤활할 수 있다.
제 1 스플라인 결합부(81)을 윤활한 오일은 중공구멍(45)의 내주면을 따라 이동하여, 제 2 스플라인 결합부(82)의 윤활에 도움을 줄 수 있다. 제 2 스플라인 결합부(82)의 윤활한 오일은 로터 지지부(31)와 치차부재(75) 및 플라이 휠(70)과의 틈을 통과해 로터 요크(35)에 공급할 수 있다.
로터 요크(35)의 단부에는 임펠러(38)가 부착되어 있어, 제 2 스플라인 결합부(82)를 윤활한 오일과 공간부(54)에서 베어링(61)을 윤활한 오일은 임펠러(38)에 공급되어, 임펠러(38)의 회전에 의해 날아 흩어져, 스테이터 코어(20)의 돌출부(21)에 뿌려 코일(23)(도 5 참조)을 냉각시킬 수 있다.
모터 하우징(MH)은 도 16에 도시된 바와 같이, 하우징 본체(11) 전체가 박형 원통모양을 보이고, 그 하단에 역이등변 삼각형상의 테두리부(12)가 연속 설치되어 있다. 하우징 본체(11)의 하단부와 테두리부(12)와는 일부 연속통로(13)을 통해서 서로 통해 있다. 테두리부(12)의 엔진측의 단면과 유압 펌프측의 단면이 폐쇄된 구성으로 되어 있어, 내부에 오일저장소(51)를 형성할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 하우징 본체(11)의 상벽부에 설치한 오일공급구(11a)에서 공급된 오일은 제1 스플라인 결합부(81) 및 제2 스플라인 결합부(82) 등을 윤활하기도 하고, 스테이터 코어(20)의 돌출부(21)를 냉각시킨 후, 모터 하우징(MH) 내로 흘러 내려 오일저장소(51)에 채워지게 된다.
스테이터 코어(20)에 감겨진 코일(23)의 일부를 오일저장소(51)에 담가둠으로써 오일저장소(51) 내의 오일에 의해 코일(23)을 냉각할 수 있다. 오일저장소(51)의 하부에는 드레인구(53)가 형성되어 있어, 드레인구(53)에서 외부로 배출하는 배출량을 제어할 수 있다.
1: 출력축
2: 입력축
10: 발전 전동기
11: 하우징 본체
11a: 오일공급구
20: 스테이터 코어
30: 모터 로터
31: 로터 지지부
35: 로터 요크
38: 임펠러(impeller)
40: 연결축부
41: 제 1 외치 스플라인
42: 내치 스플라인
43: 제2 외치 스플라인
45: 중공구멍
50: 베어링 플랜지
51: 오일 저장소
52: 개구
55: 제 1 경사홈
56: 제 2 경사홈
59: 베어링 플랜지
70: 플라이 휠
75: 치차부재
81: 제 1 스플라인 결합부
82: 제 2 스플라인 결합부
83: 제 3 스플라인 결합부
101: 출력축
102: 입력축
120: 스테이터 코어
130: 모터 로터
131: 로터 지지부
135: 로터 요크
140: 연결축부
141: 외치 스플라인
142: 내치 스플라인
143: 외치 스플라인
145: 스프링 링
170: 플라이 휠

Claims (9)

  1. 엔진의 출력축과 상기 출력축의 구동력이 전달되는 입력축을 연결하는 연결축부와;
    상기 연결축부의 외주부에 배설(配設) 되어, 상기 연결축부와 일체적으로 회전하는 로터(rotor)를 가진 발전 전동기와;
    상기 연결축부의 일단부측의 외주면에, 상기 연결축부의 중심축 방향과 평행으로 형성되어, 상기 출력축 또는 상기 입력축과 스플라인 결합하는 외치(外齒)(outer gear) 스플라인과;
    상기 연결축부의 다른 단부측의 내주면에, 상기 연결축부의 중심축 방향과 평행으로 형성되어, 상기 입력축 또는 상기 출력축과 스플라인 결합하는 내치(內齒)(inner gear) 스플라인;을 구비하며,
    상기 연결축부는 상기 내치 스플라인을 형성하고 있는 중공 요부와 연통하고, 상기 연결축부의 일 단부측의 단면에 개구된 중공구멍을 가지며, 상기 내치 스플라인과 상기 외치 스플라인을 연통하는 유로가, 상기 중공구멍 및 상기 연결축부의 일단부측의 단면과 상기 출력축 또는 상기 입력축의 사이에 형성되는 틈에 의해 구성되는 것을 특징으로 한 파워 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중공구멍이, 상기 연결축부의 일단부측을 향해 내경이 확대하는 경사구멍으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 파워 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 중공 요부와 연통하는 부위에 있어서의 상기 중공구멍의 내경이, 상기 내치 스플라인의 치뿌리 원(齒元円)(deddendum circle)의 직경과 거의 같은 직경인 것을 특징으로 하는 파워 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 중공구멍이 내경이 다른 복수의 연속된 구멍에 의해 구성되어, 상기 복수의 연속된 구멍이, 상기 연결축부의 일단부측을 향해 내경이 점점 커지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워 유닛.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결축부의 일단부측의 단면에 개구되고, 상기 일단부측을 향해 홈의 깊이가 깊어지는 제1 경사홈이, 상기 중공구멍에 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 유닛.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 경사홈이, 상기 연결축부의 다른 단부 측의 단면까지 연통한 경사홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 경사홈에 있어서의 상기 내치 스플라인의 형성 영역에서의 홈 형상이, 상기 내치 스플라인의 피치폭과 같은 폭의 경사홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 유닛.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결축부의 일단부측의 단면에 개구되어, 상기 일단부측을 향해 홈의 깊이가 깊어지는 제 2 경사홈이, 상기 외치 스플라인의 형성 영역에 있어서의 상기 연결축부의 외주면에 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 경사홈에 있어서의 상기 외치 스플라인의 형성 영역에서의 홈 형상이, 상기 외치 스플라인의 피치폭과 같은 폭의 경사홈으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 유닛.
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