KR20100135653A

KR20100135653A - 전기 기계를 위한 네스트형 비틀림 댐퍼

Info

Publication number: KR20100135653A
Application number: KR1020100052119A
Authority: KR
Inventors: 리차드 에이. 히멜만
Original assignee: 해밀턴 선드스트랜드 코포레이션
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2010-06-03
Publication date: 2010-12-27
Also published as: KR101214679B1; CN101931287A; US20100323804A1; EP2264867B1; ZA201004308B; CN101931287B; JP2011004591A; JP5155363B2; IL206475A0; EP2264867A1; US7923874B2

Abstract

본 발명에 따른 전기 기계(10)를 위한 댐퍼는 샤프트(20) 및 샤프트(20)를 중심으로 동심형이고 샤프트(20)에 작동식으로 연결되는 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)를 포함한다. 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)는 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)의 비틀림 컴플라이언스를 증가시키기 위해 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)의 벽(40)을 통해 연장되는 복수의 샤프트 슬롯(38)을 포함한다. 구동계통 장착식 전기 기계(10)는 전기 기계(10)의 중심 축(18)에 위치하는 적어도 하나의 로터(16) 및 댐퍼를 포함한다. 댐퍼는 적어도 하나의 로터(16)와 작동식으로 연통하는 샤프트(20)와; 샤프트(20)를 중심으로 동심형이고 샤프트에 작동식으로 연결되는 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)를 포함한다. 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)는 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)의 비틀림 컴플라이언스를 증가시키기 위해 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)의 벽(40)을 통해 연장되는 복수의 샤프트 슬롯(38)을 포함한다.

Description

전기 기계를 위한 네스트형 비틀림 댐퍼 {NESTED TORSIONAL DAMPER FOR AN ELECTRIC MACHINE}

본원은 동일한 양수인, 즉 미국 코넥티컷주 윈저 록스에 소재한 해밀톤 선드스트랜드 코포레이션에게 양도된 이하의 동시계속출원의 개시 내용과 관련된 개시 내용을 포함한다. 이하의 출원은 그 전체 내용이 본원에 참고로 인용된다.

2009년 7월 8일자로 출원된 "NESTED EXCITER AND MAIN GENERATOR STAGES FOR A WOUND FIELD GENERATOR"라는 명칭의 미국 특허 출원 제12/499,292호; 및

2009년 7월 14일자로 출원된 "HYBRID CASCADING LUBRICATION AND COOLING SYSTEM"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제12/502,492호.

본원의 개시 내용은 대체로 전기 기계에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원의 개시 내용은 전기 기계를 위한 비틀림 댐퍼에 관한 것이다.

역사적으로, 육상 운송수단을 위한 전력 발전은 엔진 크랭크 샤프트에 연결된 풀리에 의해 구동되는 교류발전기를 통해 이루어졌다. 운송수단의 전력 수요가 증가함에 따라, 풀리 구동식 교류발전기가 크랭크 샤프트로부터 발전기로 기계적 부하를 운반하는 능력은 한계에 이르게 된다. 풀리 구동식 교류발전기의 대안으로서, 전기 발전기가 엔진의 구동계통에 직접 설치될 수 있다. 발전기를 구동계통에 설치함으로써, 발전기로부터 엔진으로 부하를 전달하고 그리고/또는 엔진으로부터 발전기로 동력을 전달하는데 필요하던 풀리, 기어 또는 체인 시스템이 존재하지 않는다.

일반적인 육상 운송수단 구동계통에서, 빠르게 변동하는 엔진 토크 출력은 플라이휠의 사용을 통해 매끄러워진다. 그러나 플라이휠은 엔진 출력 샤프트의 주기적인 속도 변동을 완전히 제거하지는 못한다. 엔진의 토크 출력을 더욱 매끄럽게 하기 위해, 비틀림 댐퍼 또는 유체 다이나믹 커플링과 같은 기타 수단이 변속기와 엔진 사이에 설치된다. 구동계통에 발전기를 설치하는 것은 문제를 더욱 복잡하게 하였는데, 이는 발전기가 엔진 크랭크 샤프트에 결합되었을 때, 발전기의 회전 관성이 크랭크 샤프트에 작용하는 비틀림 응력을 증가시켜, 크랭크 샤프트의 파손을 야기하였기 때문이다. 이 문제를 완화시키기 위해, 일반적으로 긴 샤프트인 비틀림 댐퍼가 발전기와 엔진 플라이휠 사이에 설치된다. 구동계통 발전기 설비의 전체적인 길이를 줄이기 위해서는, 더욱 간소한 비틀림 댐퍼가 요구된다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 전기 기계를 위한 댐퍼는 샤프트 및 샤프트를 중심으로 동심형이고 샤프트에 작동식으로 연결되는 적어도 하나의 샤프트 세그먼트를 포함한다. 적어도 하나의 샤프트 세그먼트는 적어도 하나의 샤프트 세그먼트의 비틀림 컴플라이언스(compliance)를 증가시키기 위해 적어도 하나의 샤프트 세그먼트의 벽을 통해 연장되는 복수의 샤프트 슬롯을 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 구동계동 장착식 전기 기계가 전기 기계의 중심 축에 위치하는 적어도 하나의 로터 및 댐퍼를 포함한다. 댐퍼는 적어도 하나의 로터와 작동식으로 연통하는 샤프트 및 샤프트를 중심으로 동심형이고 샤프트에 작동식으로 연결되는 적어도 하나의 샤프트 세그먼트를 포함한다. 적어도 하나의 샤프트 세그먼트는 적어도 하나의 샤프트 세그먼트의 비틀림 컴플라이언스를 증가시키기 위해 적어도 하나의 샤프트 세그먼트의 벽을 통해 연장되는 복수의 샤프트 슬롯을 포함한다.

이상의 내용과 기타 장점 및 특징은 도면과 함께 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명에 따르면, 구동계통 발전기 설비의 전체적인 길이를 감소시키면서 더욱 간소해진 전기 기계용 비틀림 댐퍼가 제공된다.

발명으로 간주되는 개시 내용은 명세서 말미의 청구범위에 상세히 적시되고 명확히 청구되어 있다. 이상의 내용과 본 발명의 기타 특징 및 장점은 첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 명확하다.
도 1은 구동계통 장착식 전기 기계의 일 실시예의 단면도이다.
도 2는 전기 기계용 비틀림 댐퍼의 일 실시예의 사시도이다.
도 3은 전기 기계용 비틀림 댐퍼의 일 실시예의 단면도이다.
도 4는 전기 기계용 비틀림 댐퍼의 다른 실시예의 사시도이다.
상세한 설명은 도면을 참고하여 예시의 방법으로 발명의 실시예들을 장점 및 특징과 함께 설명한다.

도 1에는 전기 기계(10)의 일 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서는 발전기인 전기 기계(10)가 엔진 플라이휠(12)과 변속기(14) 사이의 구동계통을 따라 배치된다. 전기 기계(10)는 중심 축(18)을 중심으로 회전 가능한 적어도 하나의 로터(16)를 포함한다.

전기 기계(10)는 플라이휠(12)에 연결되고 중심 축(18)을 중심으로 배치된 발전기 샤프트(20)를 포함한다. 이제 도 2를 참조하면, 몇몇 실시예에서, 발전기 샤프트(20)는 스플라인 연결부를 통해 플라이휠(12)에 연결된다. 도 2의 실시예에서, 발전기 샤프트(20)는 발전기 샤프트(20)로부터 외측으로 연장되는 복수의 스플라인 치형부(22)를 포함하고, 이들은 플라이휠(12)로부터 내측으로 연장되는 복수의 플라이휠 스플라인 치형부(도시되지 않음)와 맞물림 가능하다. 도시된 구성은 예시를 위한 것일 뿐이며, 발전기 샤프트(20)와 플라이휠 사이의 연결은 다른 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 발전기 샤프트의 스플라인 치형부(22)는 내측으로 연장되어, 플라이휠(12)의 일부로부터 외측으로 연장되는 플라이휠 스플라인 치형부와 맞물릴 수 있다. 또한, 연결은 나사형 체결구(너트 및 볼트 등), 키 또는 핀 장치 및/또는 구성요소들 사이의 가압 끼워맞춤(press fit)을 통해 이루어질 수 있다.

발전기 샤프트(20)는 네스트형(nested) 비틀림 댐퍼(24)를 포함한다. 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 비틀림 댐퍼(24)는 발전기 샤프트(20)를 중심으로 배치된 적어도 하나의 동심형 샤프트 세그먼트(26)를 포함한다. 도 3에 도시된 비틀림 댐퍼(24)의 실시예는 3개의 동심형 샤프트 세그먼트(26)를 포함하지만, 예를 들어 4개 또는 5개의 샤프트 세그먼트(26)와 같이 또 다른 수량의 샤프트 세그먼트(26)가 본원에서 고려될 수 있다. 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)는 적어도 하나의 세그먼트 단부(28)를 통해 발전기 샤프트(20) 및 인접한 샤프트 세그먼트(26)에 연결된다. 도시된 바와 같이, 예를 들어, 세그먼트 단부(28)는 제1 샤프트 세그먼트(32)의 제1 단부(30)를 제2 샤프트 세그먼트(36)의 제2 단부(34)에 연결하고, 제2 샤프트 세그먼트(36)는 제1 샤프트 세그먼트(32)의 반경방향 바로 바깥쪽에 배치된다.

다시 도 2를 참조하면, 비틀림 댐퍼(24)의 비틀림 컴플라이언스(torsional compliance)를 증가시키기 위해, 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)는 복수의 슬롯(38)을 포함한다. 복수의 슬롯(38)은 적어도 하나의 샤프트 세그먼트의 벽(40)을 통해 연장되고, 벽(40)이 비틀림 부하에 응답하여 접선 방향으로 변형되는 것을 허용하여, 비틀림 댐퍼(24)의 비틀림 컴플라이언스 능력을 증가시키도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 복수의 슬롯(38)은 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26) 둘레에 원주방향으로 배열되고, 중심 축(18)을 따라 종방향으로 연장된다. 그러나, 원하는 감쇄 특성을 얻기 위해 복수의 슬롯(38)의 다른 구성이 고려될 수 있다. 예를 들어, 슬롯은 크기가 더 작고 개수 더 많을 수 있거나, 또는 크기가 더 크고 개수가 더 적을 수 있거나, 또는 복수의 슬롯이 감쇄 특성을 원하는 방향으로 편향시키기 위해 중심 축(18)에 대해 비스듬한 각도로 연장될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 슬롯(38) 중 하나 이상의 슬롯(38)은 고무 댐퍼(42)로 충전될 수 있고, 고무 댐퍼(42)는 비틀림 댐퍼(24) 및 발전기 샤프트(20)에 작용하는 부하를 더욱 감쇄시키기 위해 하나 이상의 슬롯(38) 내의 제 위치에서 경화(vulcanize)될 수 있다.

몇몇 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 비틀림 댐퍼(24)가 전기 기계(10)의 적어도 하나의 로터(16)에 대한 스플라인 또는 기어 인터페이스(44)를 포함한다. 기어 인터페이스(44)는 적어도 하나의 로터(16) 상의 상보형 특징부(도시되지 않음)와 맞물려서, 발전기 샤프트(20)의 회전을 통해 적어도 하나의 로터(16)의 회전을 구동한다. 비틀림 댐퍼(24)가 발전기 샤프트(20)에 일체화된 실시예들은 단순히 예일 뿐이라는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어 비틀림 댐퍼(24)가 적어도 하나의 로터(16) 또는 다른 회전 구성요소에 일체화되거나 또는 비틀림 댐퍼(16)가 몇몇 기계적 수단에 의해 적어도 하나의 로터(16) 또는 발전기 샤프트(20) 중 하나에 고정되는 대안적인 실시예들이 본 발명의 범위 내에서 고려될 수 있다.

본 발명은 한정된 수의 실시예와 연계하여 상세히 설명되었지만, 본 발명은 그러한 개시된 실시예들에 한정되지 않는다는 것이 쉽게 이해되어야 한다. 오히려, 본 발명은 명세서에 설명되지 않았지만 본 발명의 사상 및 범위에 상응하는 임의의 수의 변형, 변경, 대체 또는 등가 구성을 포함하도록 수정될 수 있다. 추가적으로, 본 발명의 다양한 실시예들이 설명되었지만, 본 발명의 태양들은 설명된 실시예들 중 일부만을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 이상의 설명에 의해 한정되는 것으로 이해되어서는 안되며, 첨부된 청구 범위에 의해서만 한정된다.

10: 전기 기계
16: 로터
18: 중심 축
20: 샤프트
22: 치형부
26: 샤프트 세그먼트
28: 단부 세그먼트
32: 제1 샤프트 세그먼트
36: 제2 샤프트 세그먼트
38: 샤프트 슬롯
40: 벽
42: 필러

Claims

전기 기계(10)를 위한 댐퍼이며,
샤프트(20)와,
샤프트(20)를 중심으로 동심형이고 샤프트에 작동식으로 연결되는 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)를 포함하고,
적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)는 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)의 비틀림 컴플라이언스를 증가시키기 위해 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)의 벽(40)을 통해 연장되는 복수의 샤프트 슬롯(38)을 구비하는
댐퍼.
제1항에 있어서, 복수의 샤프트 슬롯(38) 중 각각의 샤프트 슬롯(38)은 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)를 따라 실질적으로 종방향으로 연장되는
댐퍼.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)는 단부 세그먼트(28)를 통해 샤프트(20)에 연결되는
댐퍼.
제1항에 있어서, 제1 샤프트 세그먼트(32)의 제1 단부(30)는 단부 세그먼트(28)를 통해 제2 샤프트 세그먼트(36)의 제2 단부(34)에 연결되는
댐퍼.
제4항에 있어서, 제1 샤프트 세그먼트(32)는 제2 샤프트 세그먼트(36)에 반경방향으로 인접하는
댐퍼.
제1항에 있어서, 복수의 샤프트 슬롯(38) 중 적어도 하나의 샤프트 슬롯(38)에 필러(42)가 배치되는
댐퍼.
제6항에 있어서, 필러(42)는 경화된 고무를 포함하는
댐퍼.
제1항에 있어서, 샤프트(20)는 복수의 스플라인 치형부(22)를 구비하는
댐퍼.
구동계통 장착식 전기 기계(10)이며,
전기 기계(10)의 중심 축(18)에 배치되는 적어도 하나의 로터(16)와,
댐퍼를 포함하고,
댐퍼는 적어도 하나의 로터(16)와 작동식으로 연통하는 샤프트(20)와; 샤프트(20)를 중심으로 동심형이고 샤프트에 작동식으로 연결되는 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)를 포함하고, 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)는 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)의 비틀림 컴플라이언스를 증가시키기 위해 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)의 벽(40)을 통해 연장되는 복수의 샤프트 슬롯(38)을 구비하는
전기 기계.
제9항에 있어서, 복수의 샤프트 슬롯(38) 중 각각의 샤프트 슬롯(38)은 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)를 따라 실질적으로 종방향으로 연장되는
전기 기계.
제9항에 있어서, 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)는 단부 세그먼트(28)를 통해 샤프트(20)에 연결되는
전기 기계.
제9항에 있어서, 제1 샤프트 세그먼트(32)의 제1 단부(30)는 단부 세그먼트(28)를 통해 제2 샤프트 세그먼트(36)의 제2 단부(34)에 연결되는
전기 기계.
제12항에 있어서, 제1 샤프트 세그먼트(32)는 제2 샤프트 세그먼트(36)에 반경방향으로 인접하는
전기 기계.
제12항에 있어서, 복수의 샤프트 슬롯(38) 중 적어도 하나의 샤프트 슬롯(38)에 필러(42)가 배치되는
전기 기계.
제14항에 있어서, 필러(42)는 경화된 고무를 포함하는
전기 기계.
제9항에 있어서, 샤프트(20)는 샤프트(20)를 플라이휠(12)에 작동식으로 연결하기 위해 복수의 스플라인 치형부(22)를 구비하는
전기 기계.
제9항에 있어서, 적어도 하나의 샤프트 세그먼트(26)에 배치되는 복수의 기어 치형부(44)를 포함하는
전기 기계.
제17항에 있어서, 댐퍼는 복수의 기어 치형부(44)를 통해 적어도 하나의 로터(16)에 작동식으로 연결되는
전기 기계.
제9항에 있어서, 댐퍼는 적어도 하나의 로터(16)에 직접 통합되는
전기 기계.