KR20110002418A - 발전기 플렉서블 구동 커플링 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 발전기 조립체(6)는 회전자(24)와, 회전자(24)에 작동식으로 커플링되는 보조 풀리 구동 샤프트(36)와, 보조 풀리 구동 샤프트(36) 및 회전자(24)를 작동식으로 커플링하는 플렉서블 구동 커플링 부재(40)를 포함한다. 플렉서블 구동 커플링 부재(40)는, 보조 풀리 구동 샤프트(36)의 오정렬을 수용하기 위해 보조 풀리 구동 샤프트(36)가 반경 방향 로드 하에서 반경 방향으로 편향되고 축방향 로드 하에서 축방향으로 편향되게 하면서, 실질적으로 어떤 비틀림 편향도 없이 회전자(24)로부터 보조 풀리 구동 샤프트(36)로 토크를 전달하도록 구성되는 복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66)을 포함한다.

Description

발전기 플렉서블 구동 커플링 {GENERATOR FLEXIBLE DRIVE COUPLING}
본 발명은 전기 발전기 분야에 관한 것이고, 더 구체적으로 전기 발전기용 플렉서블 구동 커플링에 관한 것이다.
많은 최신 차량은 큰 전력 요구량을 갖는 전자 장치 및 다른 장치들을 이용한다. 세미트레일러와 같은 상용 차량은 컴퓨터와 엔터테인먼트 시스템 양자 모두를 포함한다. 군용 차량은 레이더뿐만 아니라 컴퓨터 장비, 통신 장비 및 무기 시스템을 포함하고, 이들 모두는 고에너지 요구량을 갖는다. 이들 증가하는 에너지 요구량을 충족하기 위해, 많은 차량은 저속 왕복 엔진과 함께 사용되도록 구성되는 발전기 시스템을 포함한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 발전기 조립체는 회전자와, 회전자에 작동식으로 커플링되는 보조 풀리 구동 샤프트와, 보조 풀리 구동 샤프트 및 회전자를 작동식으로 커플링하는 플렉서블 구동 커플링 부재를 포함한다. 플렉서블 구동 커플링 부재는, 보조 풀리 구동 샤프트의 오정렬을 수용하기 위해 보조 풀리 구동 샤프트가 반경 방향 로드 하에서 반경 방향으로 편향되고 축방향 로드 하에서 축방향으로 편향되게 하면서, 실질적으로 어떤 비틀림 편향도 없이 회전자로부터 보조 풀리 구동 샤프트로 토크를 전달하도록 구성되는 복수의 플렉스 구동 링을 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 발전기 시스템은 크랭크샤프트를 포함하는 엔진과, 크랭크샤프트에 작동식으로 커플링되는 회전자와, 회전자에 작동식으로 커플링되는 보조 풀리 구동 샤프트와, 보조 풀리 구동 샤프트 및 회전자를 작동식으로 커플링하는 플렉서블 구동 커플링 부재를 포함한다. 플렉서블 구동 커플링 부재는, 크랭크샤프트에 대한 보조 풀리 구동 샤프트의 오정렬을 수용하기 위해 보조 풀리 구동 샤프트가 반경 방향 로드 하에서 반경 방향으로 편향되고 축방향 로드 하에서 축방향으로 편향되게 하면서, 실질적으로 어떤 비틀림 편향도 없이 회전자로부터 보조 풀리 구동 샤프트로 토크를 전달하도록 구성되는 복수의 플렉스 구동 링을 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 플렉서블 구동 커플링 부재는 복수의 플렉스 구동 링을 포함한다. 복수의 플렉스 구동 링 각각은 중앙 개구 및 외부 에지부를 갖는 주 본체를 포함한다. 복수의 플렉스 구동 링들 중 인접한 플렉스 구동 링들은, 피구동 부재 및 구동 부재의 오정렬을 수용하기 위해 피구동 부재가 반경 방향 로드 하에서 반경 방향으로 편향되고 축방향 로드 하에서 축방향으로 편향되게 하면서, 실질적으로 어떤 비틀림 편향도 없이 구동 부재로부터 피구동 부재로 토크를 전달하기 위한 탄성 연결부를 형성하도록 결합된다.
여러 가지 장점 및 특성이 도면과 관련하여 취해진 이하 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
본 발명으로 여겨지는 주요 요지는 명세서의 결말에서의 특허청구범위에서 상세히 지적되고 명확하게 청구된다. 본 발명의 여러 가지 특성 및 장점은 첨부 도면과 관련된 이하의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라 모터부와 발전기 조립체를 포함하는 모터 발전기 조립체의 단면 사시도이다.
도 2는 도 1의 모터 발전기의 발전기 조립체의 단면 입면도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따라 도 2의 발전기 조립체의 플렉서블 구동 커플링 부재의 우측 하부 사시도이다.
도 4는 도 3의 플렉서블 구동 커플링 부재의 단면 입면도이다.
도 5는 또 다른 예시적인 실시예에 따라 플렉서블 구동 부재를 포함하는 발전기 조립체의 단면 입면도이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따라 도 5의 발전기 조립체의 플렉서블 구동 커플링 부재의 우측 하부 사시도이다.
도 7은 도 6의 플렉서블 구동 커플링 부재의 단면 입면도이다.
상세한 설명은 도면을 참조하여 일례로서 장점 및 특성과 함께 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 예시적인 실시예에 따라 구성된 모터 발전기 또는 소정 형태로 도시된 발전기 시스템이 전반적으로 도면부호 2로 지시된다. 모터 발전기(2)는 모터부(4) 및 발전기 조립체(6)를 포함한다. 모터부(4)는 구동 부재 또는 크랭크샤프트(10)에 작동식으로 연결되는 복수의 피스톤(도시 안됨)을 포함하는 내연기관 형태를 취한다. 또한, 모터부(4)는 아이들러 풀리(15) 및 팬(16)뿐만 아니라 복수의 보조 풀리(12, 13)를 포함하는 것으로 도시된다. 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 발전기 조립체(6)는 복수의 워닝(warning)(도시 안됨)을 포함하는 고정자(27) 및 회전자(24)가 내부에 위치 설정되는 하우징(21)을 포함한다. 발전기 조립체(6)는 제1 보조 풀리(30) 및 제2 보조 풀리(32)를 포함한다. 보조 풀리(32)는, 하나가 도면부호 38로 지시된 복수의 기계적 체결구에 의해 피구동 부재 또는 보조 풀리 드래프트 샤프트(36)를 통해 크랭크샤프트(10)에 작동식으로 연결된다. 보조 풀리 드래프트 샤프트(36)는 플렉서블 구동 커플링 부재(40)를 거쳐 크랭크샤프트(10)에 작동식으로 연결된다. 플렉서블 구동 커플링 부재(40)는 이하에 충분히 논의될 방식으로 보조 풀리 드래프트 샤프트(36)와 크랭크샤프트(10) 사이의 정렬 변화를 허용한다.
도 3 및 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 플렉서블 구동 커플링 부재(40)는 플렉서블 구동 커플링 부재(40)를 크랭크샤프트(10)에 유지시키는 기계적 체결구(60)(도 2)를 수용하기 위한, 하나가 도면부호 58로 지시된 복수의 개구를 갖는 기부 판(46)을 포함한다. 또한, 플렉서블 구동 커플링 부재(40)는 보조 풀리 구동 샤프트(36)와 크랭크샤프트(10) 사이의 임의의 오정렬을 수용하기 위해, 이하에 충분히 논의될 바와 같이 다수 축들을 중심으로 축방향 굴곡성(flexation)을 제공하는 복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66)을 포함하는 것으로 도시된다. 플렉스 구동 링(64 내지 66)에 더하여, 플렉서블 구동 커플링 부재(40)는 샤프트 부착 판(68)의 형태를 갖는 플렉서블 구동 링을 포함한다. 샤프트 부착 판(68)은 스플라인부(splined portion)(75)를 포함하는 중앙 허브(72)가 제공된 주 본체부(69)를 포함한다. 스플라인부(75)는 보조 풀리 구동 샤프트(36)의 대응 스플라인부(도시 안됨)를 수용하도록 구성된다. 물론, 중앙 허브(72)는 키, 볼트, 가압 끼워 맞춤 등을 사용하여 보조 풀리 구동 샤프트(36)에 결합될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 각각의 플렉스 구동 링(64 내지 66)이 유사하게 형성되기 때문에, 나머지 플렉스 구동 링, 즉 플렉스 구동 링(65, 66)이 대응 구조를 포함한다는 조건으로 상세한 설명은 플렉스 구동 링(64)에 대해 제시될 것이다.
도시된 바와 같이, 플렉스 구동 링(64)은 외부 에지부(87) 및 중앙 개구(85)를 갖는 주 본체(82)를 포함한다. 한 쌍의 연결 구역(91 및 92)은 중앙 개구들(85 및 87) 사이에 주 본체(82) 상에 배열된다. 또한, 플렉스 구동 링(64)은 연결 구역(91 및 92)으로부터 90도 오프셋되는 연결 구역(94) 및 대향 연결 구역(도시 안됨)인 제2 쌍의 연결 구역을 포함한다. 이러한 구성으로, 연결 구역(91 및 92)은 플렉스 구동 링(64)을 기부 판(56)에 연결시키는 반면, 연결 구역(93) 및 대향 연결 구역(도시 안됨)은 플렉스 구동 링(64)을 인접한 플렉스 구동 링(65)에 커플링시킨다. 유사한 방식으로, 플렉스 구동 링(65)과 플렉스 구동 링(66) 사이에 그리고 플렉스 구동 링(66)과 샤프트 부착 판(68) 사이에 커플링이 달성된다.
이러한 구성으로, 90도 간격으로 연결된 다수의 플렉스 구동 링은 샤프트 부착 판(68)이 반경 방향 로드 하에서 반경 방향으로 편향되고 축방향 로드 하에서 축방향으로 편향되게 한다. 즉, 플렉스 구동 링(64 내지 66) 및 샤프트 부착 판(68)은 축방향으로의 스프링으로서 작용한다. 또한, 특정 재료에 대해 무한 수명 응력 변형 곡선 아래로 응력을 유지함으로써, 플렉스 구동 링(64 내지 66) 및 샤프트 부착 판(68)은 마모를 야기하지 않으면서 축방향 및 반경방향 샤프트 오정렬 모두를 수용할 수 있다. 어떤 경우에, 도시된 예시적인 실시예에서, 플렉스 구동 링(64 내지 66) 및 샤프트 부착 판(68)은 도 4에서 도면부호 100 내지 103으로 지시된 기계적 체결구들의 사용을 통해 연결 구역(91 내지 93)에서 결합된다.
다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 플렉서블 구동 커플링 부재(140)를 설명하는 도 5 내지 도 7을 이제 참조할 것이고, 여기에서 유사한 도면부호는 각 도면에서 대응하는 부품을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 플렉서블 구동 커플링 부재(140)는 도 5에서 도면부호 160으로 지시된 바와 같은 기계적 체결구를 수용하기 위한 복수의 개구(158)를 갖는 기부 판(156)을 포함한다. 기계적 체결구(160)는 기부 판(156)을 크랭크샤프트(10)에 고정시킨다. 플렉서블 구동 커플링 부재(140)는 복수의 플렉스 구동 링(164 내지 167)뿐만 아니라, 샤프트 부착 판(168)의 형태를 갖는 부가적인 구동 플렉스 링을 포함하는 것으로 또한 도시된다. 샤프트 부착 판(168)은 보조 풀리 구동 샤프트(36) 상에 대응 스플라인을 정합식으로 수용하도록 구성되는 스플라인부(175)를 포함하는 중앙 허브(172)를 갖는 주 본체부(169)를 포함한다. 물론, 중앙 허브(172)는 키형 연결, 볼트, 가압 끼워 맞춤 등을 사용하여 보조 풀리 구동 샤프트(36)에 결합될 수 있다는 이해되어야 한다. 각각의 플렉스 구동 링(164 내지 167)이 유사하게 형성되기 때문에, 나머지 플렉스 구동 링(165 내지 167)이 유사한 구조를 포함한다는 조건으로 상세한 설명은 플렉스 구동 링(164)에 대해 제시될 것이다.
도시된 바와 같이, 플렉스 구동 링(164)은 제1 플렉스 부재(182) 및 제2 플렉스 부재(183)를 포함한다. 제1 플렉스 부재(182) 및 제2 플렉스 부재(183)는 중앙 개구(188 및 189)를 형성하는 대응 내부 에지부(185, 186)를 각각 포함한다. 또한, 제1 플렉스 부재(182) 및 제2 플렉스 부재(183)는 외부 에지부(192 및 193)를 각각 포함한다. 플렉서블 반경 방향 웨브(196)는 제1 플렉스 부재의 내부 에지(185)와 외부 에지(192) 사이에서 연장된다. 유사하게, 플렉서블 반경 방향 웨브(197)는 제2 플렉스 부재(183)의 내부 에지(186)와 외부 에지(193) 사이에서 연장된다.
예시적인 실시예에 따르면, 제1 및 제2 플렉스 부재(182 및 183)는 용접과 같은 기계적 접합 공정을 통해 외부 에지(192 및 193)에서 서로 고정된다. 내부 에지(185 및 186)는 플렉서블 연결기 부재(203 및 204)를 통해 기부 판(156) 및 인접한 플렉스 구동 링(165)에 각각 고정된다. 이러한 구성으로, 플렉서블 구동 커플링 부재(140)는 샤프트 부착 판(168)이 반경 방향 로드 하에서 반경 방향으로 편향되고 축방향 로드 하에서 축방향으로 편향되게 한다. 즉, 각각의 플렉스 구동 링(164 내지 167) 및 샤프트 부착 판(168)은 스프링으로서 작용한다. 전술된 것과 유사한 방식으로, 특정 재료에 대해 무한 유사 응력 변형 곡선(infinite like stress strain curve) 아래로 응력을 유지함으로써, 플렉스 구동 링(164 내지 167) 및 샤프트 부착 판(168)은 마모를 야기하지 않으면서 축방향 및 반경방향 샤프트 오정렬 모두를 수용할 수 있다.
본 발명이 단지 제한된 수의 실시예에만 관련하여 상세히 설명되었지만, 본 발명은 이러한 기술된 실시예에 제한되지 않는다는 것이 용이하게 이해되어야 한다. 오히려, 본 발명은 기술되지는 않았지만 본 발명의 기술사상 및 범주에 상응하는 임의 개수의 변경, 변형, 대체 또는 균등 구성을 합체하도록 변형될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 다양한 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 태양은 기술된 실시예들 중 단지 일부만을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이에 따라, 본 발명은 전술된 설명에 의해 제한되는 것으로 보여서는 안되며, 첨부된 특허청구범위의 범주에 의해서만 제한되지 않는다.

Claims (20)

  1. 발전기 조립체(6)이며,
    회전자(24)와,
    회전자(24)에 작동식으로 커플링되는 보조 풀리 구동 샤프트(36)와,
    보조 풀리 구동 샤프트(36) 및 회전자(24)를 작동식으로 커플링하는 플렉서블 구동 커플링 부재(40)를 포함하고,
    플렉서블 구동 커플링 부재(40)는, 보조 풀리 구동 샤프트(36)의 오정렬을 수용하기 위해 보조 풀리 구동 샤프트(36)가 반경 방향 로드 하에서 반경 방향으로 편향되고 축방향 로드 하에서 축방향으로 편향되게 하면서, 실질적으로 어떤 비틀림 편향도 없이 회전자(24)로부터 보조 풀리 구동 샤프트(36)로 토크를 전달하도록 구성되는 복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66)을 포함하는
    발전기 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    플렉서블 구동 커플링 부재(40)는 샤프트 부착 판(68) 및 기부 판(56)을 포함하고,
    샤프트 부착 판(68)은 복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66)을 통해 기부 판(56)에 결합되는
    발전기 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    샤프트 부착 판(68)은 중앙 허브(72)를 포함하고,
    중앙 허브(72)는 보조 풀리 구동 샤프트(36)를 수용하도록 구성되는
    발전기 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    중앙 허브(72)는 스플라인부(75)를 포함하는
    발전기 조립체.
  5. 제2항에 있어서,
    복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66) 각각은 외부 에지부(87) 및 중앙 개구(85)를 갖는 주 본체(82)를 포함하는
    발전기 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66) 중 선택된 인접한 플렉스 구동 링들은 연결 구역(91 내지 93)에서 주 본체(82)를 통해 결합되는
    발전기 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66) 중 다른 선택된 플렉스 구동 링들은 다른 연결 구역(95, 96)에서 주 본체(82)를 통해 결합되고, 다른 연결 구역(95, 96)은 연결 구역(91 내지 93)으로부터 약 90도 오프셋된 위치에 있는
    발전기 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    플렉스 구동 링(64 내지 66) 중 선택된 플렉스 구동 링 및 다른 선택된 플렉스 구동 링은 연결 구역(91 내지 93) 및 다른 연결 구역(95, 96)에서 기계적 체결구에 의해 각각 결합되는
    발전기 조립체.
  9. 제5항에 있어서,
    복수의 플렉스 구동 링(164 내지 166) 중 선택된 인접한 플렉스 구동 링들은 외부 에지부(192, 193)를 통해 결합되는
    발전기 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    복수의 플렉스 구동 링(164 내지 166) 중 선택된 인접한 플렉스 구동 링들은 용접 공정을 통해 결합되는
    발전기 조립체.
  11. 제10항에 있어서,
    복수의 플렉스 구동 링(164 내지 166) 중 다른 선택된 인접한 플렉스 구동링들은 플렉서블 연결기 부재(203, 204)를 통해 결합되는
    발전기 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    복수의 플렉스 구동 링(164 내지 166) 각각의 주 본체(169) 각각은 플렉서블 반경 방향 웨브(196, 197)를 포함하는
    발전기 조립체.
  13. 제5항에 있어서,
    중앙 허브(172)는 복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66; 164 내지 166) 내로 연장되는
    발전기 조립체.
  14. 발전기 시스템(2)이며,
    크랭크샤프트(10)를 포함하는 모터부(4)와,
    크랭크샤프트(10)에 작동식으로 커플링되는 회전자(24)와,
    회전자(24)에 작동식으로 커플링되는 보조 풀리 구동 샤프트(36)와,
    보조 풀리 구동 샤프트(36) 및 회전자(24)를 작동식으로 커플링하는 플렉서블 구동 커플링 부재(40)를 포함하고,
    플렉서블 구동 커플링 부재(40)는, 크랭크샤프트(10)에 대한 보조 풀리 구동 샤프트(36)의 오정렬을 수용하기 위해 보조 풀리 구동 샤프트(36)가 반경 방향 로드 하에서 반경 방향으로 편향되고 축방향 로드 하에서 축방향으로 편향되게 하면서, 실질적으로 어떤 비틀림 편향도 없이 회전자(24)로부터 보조 풀리 구동 샤프트(36)로 토크를 전달하도록 구성되는 복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66)을 포함하는
    발전기 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    플렉서블 구동 커플링 부재(40)는 샤프트 부착 판(68) 및 기부 판(56)을 포함하고,
    샤프트 부착 판(68)은 복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66)을 통해 기부 판(56)에 결합되는
    발전기 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66) 각각은 외부 에지부(87) 및 중앙 개구(85)를 갖는 주 본체(82)를 포함하는
    발전기 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66) 중 선택된 인접한 플렉스 구동 링들은 연결 구역(91 내지 93)에서 주 본체(82)를 통해 결합되는
    발전기 시스템.
  18. 플렉서블 구동 커플링 부재(40)이며,
    복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66)을 포함하고,
    복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66) 각각은 외부 에지부(87) 및 중앙 개구(85)를 갖는 주 본체(82)를 포함하고,
    복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66) 중 인접한 플렉스 구동 링들은, 피구동 부재(36) 및 구동 부재(36)의 오정렬을 수용하기 위해 피구동 부재(36)가 반경 방향 로드 하에서 반경 방향으로 편향되고 축방향 로드 하에서 축방향으로 편향되게 하면서, 실질적으로 어떤 비틀림 편향도 없이 구동 부재(10)로부터 피구동 부재(36)로 토크를 전달하기 위한 탄성 연결부를 형성하도록 결합되는
    플렉서블 구동 커플링 부재.
  19. 제18항에 있어서,
    복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66) 중 선택된 인접한 플렉스 구동 링들은 연결 구역(91 내지 93)에서 주 본체(82)를 통해 결합되고, 복수의 플렉스 구동 링(64 내지 66) 중 다른 선택된 플렉스 구동 링들은 다른 연결 구역(95, 96)에서 주 본체(82)를 통해 결합되고, 다른 연결 구역(95, 96)은 연결 구역(91 내지 93)으로부터 약 90도 오프셋된 위치에 있는
    플렉서블 구동 커플링 부재.
  20. 제18항에 있어서,
    복수의 플렉스 구동 링(164 내지 166) 중 선택된 인접한 플렉스 구동 링들은 외부 에지부(192, 193)를 통해 결합되고, 복수의 플렉스 구동 링(164 내지 166) 중 다른 선택된 인접한 플렉스 구동 링들은 플렉서블 연결기 부재(203, 204)를 통해 결합되는
    플렉서블 구동 커플링 부재.
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