KR20150057784A - 벨트 구동형 시동 발전기 - Google Patents

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유현수
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 벨트 구동형 시동 발전기는 회전축, 회전축의 외주면에 결합되는 풀리벨트, 회전축과 풀리벨트 사이에 형성된 홈에 압입되어 회전축과 풀리벨트를 고정시키는 키 및 회전축의 외주면에 형성된 나사선에 결합되어 풀리벨트의 일측을 지지하는 링 형상의 너트를 포함하며, 본 발명의 실시예에 따르면, 동작 신뢰성과 조립 편의성을 개선할 수 있다.

Description

벨트 구동형 시동 발전기{BELT DRIVEN STARTER GENERATOR}
본 발명은 벨트 구동형 시동 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 벨트 구동형 시동 발전기의 풀리벨트 조립 구조에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 엔진을 구동시키는 스타터 모터와 엔진의 회전력을 이용하여 전기를 발전시키는 알터네이터(Alternator)가 구비된다.
스타터 모터는 차량의 시동 시 운전자의 조작에 의해 이그니션 스위치가 배터리의 전원에 연결되고 이를 통해 스타트 모터에 전원이 공급되어 발생한 구동력이 엔진을 회전시켜 시동이 걸리게 된다.
이에 비해 알터네이터는, 엔진의 구동부에 연결되어 엔진의 구동력을 통해 자기장이 형성된 상태에서 회전자가 회전되어 교류전력이 발생하고, 이를 정류장치 등을 이용하여 배터리를 충전하게 된다.
이러한 스타터 모터와 알터네이터는 모두 스테이터와 로터의 구조로 구성되어 있어 그 구조가 매우 유사하고, 힘을 가하느냐 전원을 인가하느냐에 따라 발전기로 동작하게 할 수도 있고 모터로 동작하게 할 수도 있다.
최근에는, 하나의 구조로 스타터 모터와 알터네이터의 역할을 수행할 수 있는 벨트 구동형 시동 발전기(Belt Driven Starter Generator, BSG) 구조에 대한 연구가 활발하다.
한편, 이러한 벨트 구동형 시동 발전기에서 모터에 의해 회전하는 회전축의 상단에는 풀리벨트(pulley belt)가 결합된다. 구체적으로, 반달키를 회전축에 측방향 삽입한 후 풀리벨트를 조립하고, 너트를 체결하여 풀리벨트를 고정하고 있다.
하지만, 모터가 고속으로 운전하는 경우, 풀리벨트를 고정하는 너트 결합이 느슨해져 불량이 발생할 수 있고, 그에 따라 동작 신뢰성이 저해될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 반달키를 회전축에 측방향 삽입해야 하기 때문에, 조립이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 풀리벨트를 회전축에 안정적으로 고정하여 고출력, 고토크 사양의 모터 구동시 동작 신뢰성과 조립 편의성을 개선할 수 있는 벨트 구동형 시동 발전기를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 벨트 구동형 시동 발전기는, 회전축; 상기 회전축의 외주면에 결합되는 풀리벨트; 상기 회전축과 상기 풀리벨트를 고정시키는 키; 및 상기 회전축의 외주면에 형성된 나사선에 결합되어 상기 풀리벨트의 일측을 지지하는 너트를 포함하고, 상기 회전축은 외주면에 홈을 포함하고, 상기 풀리벨트는 상기 회전축의 홈의 위치에 대응하며 상기 풀리벨트의 내주면에 형성되는 홈을 포함하며, 상기 키는 상기 회전축의 홈과 상기 풀리벨트의 홈에 삽입되어 상기 회전축과 상기 풀리벨트를 고정시킨다.
본 발명의 일 특징에 따른 벨트 구동형 시동 발전기에 있어서, 상기 키는 상기 회전축의 홈과 상기 풀리벨트의 홈에 압입되어 상기 회전축과 상기 풀리벨트를 고정시킨다.
본 발명의 일 특징에 따른 벨트 구동형 시동 발전기에 있어서, 상기 키와 상기 너트 사이에 배치되는 링 형상의 텐션와셔를 더 포함한다.
본 발명의 일 특징에 따른 벨트 구동형 시동 발전기에 있어서, 상기 키의 상단부와 하단부 중 적어도 하나에 테이퍼가 형성된다.
본 발명의 일 특징에 따른 벨트 구동형 시동 발전기에 있어서, 상기 테이퍼는 끝단으로 갈수록 단면적이 좁아진다.
본 발명의 다른 특징에 따른 벨트 구동형 시동 발전기는, 모터에 의해 회전하는 회전축; 상기 회전축의 외주면에 결합되는 풀리벨트; 및 상기 회전축의 외주면에 형성된 나사선에 결합되어 상기 풀리벨트의 일측을 지지하는 너트를 포함하고, 상기 회전축의 외주면은 적어도 하나의 돌기를 포함하고, 상기 풀리벨트의 내주면은 상기 돌기에 대응하는 홈을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 벨트 구동형 시동 발전기는, 모터에 의해 회전하는 회전축; 상기 회전축의 외주면에 결합되는 풀리벨트; 및 상기 회전축의 외주면에 형성된 나사선에 결합되어 상기 풀리벨트의 일측을 지지하는 너트를 포함하고, 상기 회전축의 외주면은 적어도 하나의 홈을 포함하고, 상기 풀리벨트의 내주면은 상기 홈에 삽입되는 돌기를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 풀리벨트를 회전축에 안정적으로 고정할 수 있어 고출력, 고토크 사양의 모터 구동시 동작 신뢰성을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 반달키를 회전축에 측방향 삽입하는 대신 회전축과 풀리벨트 사이에 형성된 홈에 키를 압입하기 때문에, 조립 편의성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트 구동형 시동 발전기의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부분을 도시한 확대도이다.
도 3은 도 1의 A부분을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트 구동형 시동 발전기에서 회전축과 풀리벨트를 상측에서 바라본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 벨트 구동형 시동 발전기에서 회전축과 풀리벨트를 상측에서 바라본 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벨트 구동형 시동 발전기에서 회전축과 풀리벨트를 상측에서 바라본 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트 구동형 시동 발전기의 단면도이고, 도 2는 도 1의 A부분을 도시한 확대도이며, 도 3은 도 1의 A부분을 도시한 사시도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트 구동형 시동 발전기에서 회전축과 풀리벨트를 상측에서 바라본 단면도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트 구동형 시동 발전기는 하우징(100), 스테이터(200), 로터(300), 회전축(400), 풀리벨트 (420), 키(430) 텐션와셔(440) 및 너트(450)를 포함한다.
하우징(100)은 원통 형상으로 형성되어 내부에 스테이터(200)와 로터(300)가 장착될 수 있는 공간이 마련된다. 이때, 하우징(100)의 형상이나 재질은 다양하게 변형될 수 있으나 차량에 장착되는 특성상 고온에서도 잘 견딜 수 있는 금속재질이 선택될 수 있다.
하우징(100)은 상부 하우징(110)과 하부 하우징(120)을 포함할 수 있으며, 이들의 결합에 의해 스테이터(200)와 로터(300)를 외부와 차폐시킬 수 있도록 구성된다. 또한, 내부 열을 용이하게 배출할 수 있도록 냉각 구조(도시되지 않음)가 더 포함될 수 있다. 이러한 냉각 구조는 공냉 구조 또는 수냉 구조가 선택될 수 있으며, 냉각 구조에 따라 하우징(100)의 형태가 적절히 변형될 수 있다.
스테이터(200)는 하우징(100)의 내부 공간에 삽입되며 내부에 공간부가 형성된다. 스테이터(200)는 코일 및 코일이 권선되는 복수 개의 코어를 구비하는 고정 구조물일 수 있으며, 동일한 형상을 갖는 판상의 스테이터 플레이트들이 소정 높이로 적층되어 형성될 수 있다.
로터(300)는 스테이터(200)의 내부에 마련된 공간부에 삽입되고, 회전축(400)의 외주면에 결합된다. 로터(300)는 디스크 형상의 코어 플레이트가 복수 매 적층되어 형성될 수 있다. 로터(300)에 장착된 복수 매의 마그네트들은 스테이터(200)와 마주하게 배치되며, 각 마그네트들은 로터(300)에 내부에 형성된 홀을 통해 로터(300)에 삽입되어 결합될 수 있다.
로터(300)의 상, 하부에는 각각 상부 마그네트 지지판(310)과 하부 마그네트 지지판(320)이 밀착 배치될 수 있다. 마그네트 지지판(310,320)은 로터(300)가 고속 회전할 때 마그네트가 로터(300)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위하여 로터(300)의 상, 하부에 밀착 배치된다.
회전축(400)은 로터(300)의 중앙부에 관통 형성된다. 따라서, 회전축(400)이 회전하는 경우 로터(300)는 회전축(400)과 함께 회전한다. 반대로 로터(300)가 회전하는 경우 회전축(400)이 로터(300)와 함께 회전할 수 있다. 이때, 회전축(400)은 베어링(410)에 의해 하우징(100)에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
도 2를 참조하면, 풀리벨트(420)는 로터(300)를 회전 가능하게 지지하는 회전축(400)의 외주면에 결합되고, 엔진 동력에 연동하여 움직이는 벨트가 결합되어 회전축(400)과 로터(300)를 회전시키도록 구성된다. 또한, 이와 반대로 로터(300)의 회전에 의해 외부 부품(엔진 등)을 회전시키도록 구성될 수도 있다. 풀리벨트(420)의 외주면에는 복수 개의 홈(421)이 마련되어 그루브 벨트(미도시)가 체결될 수 있다.
본 실시예에 따른 벨트 구동형 시동 발전기가 알터네이터로 동작하는 경우에는, 엔진의 구동에 의해 풀리벨트(420)가 회전하면서 로터(300)를 회전시켜 교류를 발생시킨다. 발생된 교류는 직류로 변환되어 외부 부품(배터리 등)에 공급될 수 있다.
이와 반대로, 본 실시예에 따른 벨트 구동형 시동 발전기가 스타터 모터로 동작하는 경우에는, 구동전류에 의해 로터(300)가 회전하면서 로터(300)의 회전축(400)에 연결된 풀리벨트(420)가 회전하여 외부 부품(엔진 등)을 구동시킬 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 벨트 구동형 시동 발전기에서, 회전축(400)과 풀리벨트(420)가 결합되는 부분에 각각 홈(411)을 형성하고, 이 홈(411)에 키(430)를 압입하여 회전축(400)과 풀리벨트(420)를 고정시킬 수 있다. 키(430)의 압입에 의해, 고속 회전하는 경우에도 회전축(400)과 풀리벨트(420)가 안정적으로 고정될 수 있다.
이때, 키(430)의 상단부와 하단부 중 적어도 하나의 부분은 끝단으로 갈수록 단면적이 좁아지도록 테이퍼가 형성되어 홈(411)에 보다 원활하게 압입될 수 있다.
또한, 키(430)의 높이(h)와 두께(t)는 설계자의 의도와 제품 사양에 따라 적절한 범위 내에서 다양하게 선택될 수 있다. 특히, 키(430)의 두께(t)는 하기 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, k는 비례상수로서 1.5×10-6일 수 있고, S는 안전율(safety factor)을 의미하며, I는 회전축(400)과 함께 회전하는 로터(300)의 회전 관성 모멘트를 나타내고, T는 회전에 의해 발생하는 회전토크를 나타내며, α는 각가속도를 의미한다.
이처럼, 키(430)가 압입된 후, 회전축(400)의 외주면에 형성된 나사선에는 링 형상의 너트(450)가 결합되어 풀리벨트(420)를 상측에서 지지할 수 있다. 또한, 키(430)와 너트(450) 사이에 링 형상의 텐션와셔(440)가 삽입될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 풀리벨트(420)를 회전축(400)에 안정적으로 고정할 수 있어 고출력, 고토크 사양의 모터 구동시 동작 신뢰성을 개선할 수 있다. 또한, 회전축(400)과 풀리벨트(420) 사이에 형성된 홈(411)에 키(430)를 압입하면 되기 때문에, 조립 편의성을 개선할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 벨트 구동형 시동 발전기에서 회전축과 풀리벨트를 상측에서 바라본 단면도이다.
한편, 전술한 실시예에서는 회전축(400)과 풀리벨트(420) 사이에 형성된 홈(411)에 키(430)를 압입하여 회전축(400)과 풀리벨트(420)를 고정하는 구조에 대해 설명하였다.
하지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 회전축(400)의 외주면에 적어도 하나의 돌기(401)를 형성하고, 풀리벨트(420)의 내주면에 돌기(401)에 대응되는 홈을 형성하여 회전축(400)과 풀리벨트(420)를 고정할 수도 있다. 이와 같이 구성하는 경우, 별도의 키(430)를 제작하지 않아도 되는 이점이 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벨트 구동형 시동 발전기에서 회전축과 풀리벨트를 상측에서 바라본 단면도이다.
전술한 실시예에서는 회전축(400)의 외주면에 적어도 하나의 돌기(401)를 형성하고, 풀리벨트(420)의 내주면에 돌기(401)에 대응되는 홈을 형성하여 회전축(400)과 풀리벨트(420)를 고정하였지만, 이와 반대로 구성하는 것도 가능하다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 회전축(400)의 외주면에 적어도 하나의 홈을 형성하고, 풀리벨트(420)의 내주면에 홈에 삽입되는 적어도 하나의 돌기(422)를 형성하여 회전축(400)과 풀리벨트(420)를 고정할 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 하우징 110 : 상부 하우징
120 : 하부 하우징 200 : 스테이터
300 : 로터 310 : 상부 마그네트 지지판
320 : 하부 마그네트 지지판 400 : 회전축
410 : 베어링 420 : 풀리벨트
430 : 키 440 : 텐션와셔
450 : 너트

Claims (7)

  1. 회전축;
    상기 회전축의 외주면에 결합되는 풀리벨트;
    상기 회전축과 상기 풀리벨트를 고정시키는 키; 및
    상기 회전축의 외주면에 형성된 나사선에 결합되어 상기 풀리벨트의 일측을 지지하는 너트를 포함하고,
    상기 회전축은 외주면에 홈을 포함하고, 상기 풀리벨트는 상기 회전축의 홈의 위치에 대응하며 상기 풀리벨트의 내주면에 형성되는 홈을 포함하며,
    상기 키는 상기 회전축의 홈과 상기 풀리벨트의 홈에 삽입되어 상기 회전축과 상기 풀리벨트를 고정시키는 벨트 구동형 시동 발전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 키는 상기 회전축의 홈과 상기 풀리벨트의 홈에 압입되어 상기 회전축과 상기 풀리벨트를 고정시키는 벨트 구동형 시동 발전기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 키와 상기 너트 사이에 배치되는 링 형상의 텐션와셔를 더 포함하는 벨트 구동형 시동 발전기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 키의 상단부와 하단부 중 적어도 하나에 테이퍼가 형성된 벨트 구동형 시동 발전기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 테이퍼는 끝단으로 갈수록 단면적이 좁아지는 벨트 구동형 시동 발전기.
  6. 모터에 의해 회전하는 회전축;
    상기 회전축의 외주면에 결합되는 풀리벨트; 및
    상기 회전축의 외주면에 형성된 나사선에 결합되어 상기 풀리벨트의 일측을 지지하는 너트를 포함하고,
    상기 회전축의 외주면은 적어도 하나의 돌기를 포함하고, 상기 풀리벨트의 내주면은 상기 돌기에 대응하는 홈을 포함하는 벨트 구동형 시동 발전기.
  7. 모터에 의해 회전하는 회전축;
    상기 회전축의 외주면에 결합되는 풀리벨트; 및
    상기 회전축의 외주면에 형성된 나사선에 결합되어 상기 풀리벨트의 일측을 지지하는 너트를 포함하고,
    상기 회전축의 외주면은 적어도 하나의 홈을 포함하고, 상기 풀리벨트의 내주면은 상기 홈에 삽입되는 돌기를 포함하는 벨트 구동형 시동 발전기.
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