KR20170079678A - 차량용 교류발전기의 샤프트와 풀리의 체결구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 교류발전기의 샤프트와 풀리의 체결구조에 있어서, 일단에서 시작되고 축 방향을 따라 적어도 하나 이상의 핀 슬롯이 형성되는 샤프트 및 상기 샤프트와 접하는 내주면에 돌출 형성된 적어도 하나 이상의 핀을 포함하는 풀리를 포함하고, 상기 풀리는 상기 핀이 상기 핀 슬롯에 삽입되도록 상기 샤프트와 체결되는 체결구조이다.
본 발명에 따르면, 나사구조를 사용하지 않고도 풀리를 샤프트에 구속시킬 수 있고, 안정적으로 풀리의 회전으로 인한 토크를 샤프트에 전달할 수 있다. 그리고 나사구조를 사용하지 않음으로써, 진동으로 인해 샤프트와 풀리의 결합이 풀리는 문제를 해결할 수 있다.
또한 풀리와 베어링 사이에 칼라를 사용하지 않아도 되므로 부품의 개수를 줄일 수 있고, 이로 인해 생산 단가를 낮출 수 있다는 장점이 있다.

Description

차량용 교류발전기의 샤프트와 풀리의 체결구조{Connecting structure of the shaft and the pulley for vehicle alternator}

본 발명은 차량용 교류발전기의 샤프트와 풀리의 체결구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풀리에 형성된 핀과 샤프트에 형성된 핀 슬롯을 이용하여 풀리와 샤프트를 체결시키는 구조에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 전원은 시동을 걸거나 각종 전장부품에서 과다한 전력을 필요로 하는 경우를 제외하고는 대부분 자동차 엔진의 풀리와 V-벨트를 통해 작동하는 자동차용 교류발전기, 즉 얼터네이터에서 생산되는 전력에 의존하게 된다. 그리고, 교류발전기에서 생성된 전력 중 소모되지 않은 여분의 전력은 배터리에 충전된다.

차량의 교류발전기와 결합한 풀리는 엔진의 동력축과 벨트로 연결되어 동력을 전달받는다. 동력을 전달받은 풀리는 샤프트와 함께 회전하게 되고 교류발전기는 이를 이용하여 회전에너지를 전기에너지로 바꾸게 된다.

특허문헌 1에는 종래기술에 따른 차량용 교류발전기 및 그에 결합되는 풀리가 나타나 있다. 특허문헌 1에는 풀리, 베어링의 간섭을 방지하기 위한 칼라(collar) 및 풀리를 회전축에 구속시키기 위한 너트(nut)가 나타나 있다.

특허문헌 1과 같이 칼라, 풀리 및 너트를 별개의 부품을 사용하게 되면 조립 공정에서 몇 가지 문제가 발생할 수 있다. 첫째로, 칼라를 누락하고 조립하게 되어 풀리와 베어링이 간섭을 일으킬 수 있다. 둘째로, 풀리는 일정한 방향으로 조립되어야 함에도 불구하고 반대 방향으로 풀리가 조립될 수 있고, 이로 인해 풀리에 걸리는 벨트와 풀리의 얼라인(align)이 어긋날 수 있다. 셋째로, 풀리가 샤프트에 정확히 조립되지 않고 비스듬하게 기울어져 조립되는 경우 샤프트가 회전함에 따라 진동이 발생하고 이로 인해 너트가 풀리는 문제가 발생할 수 있다.

따라서 본 발명은 나사구조를 사용하지 않고, 풀리에 형성된 핀과 샤프트에 형성된 핀 슬롯을 이용하여 풀리와 샤프트를 체결시키는 구조를 제시한다.

한국공개특허 제2007-0043435호(2007년 4월 25일 공개)

본 발명은 차량용 교류발전기에서 나사구조를 사용하지 않고, 풀리에 형성된 핀과 샤프트에 형성된 핀 슬롯을 이용하여 풀리와 샤프트를 체결시키는 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따르는 차량용 교류발전기의 샤프트와 풀리의 체결구조는, 일단에서 시작되고 축 방향을 따라 적어도 하나 이상의 핀 슬롯이 형성되는 샤프트 및 상기 샤프트와 접하는 내주면에 돌출 형성된 적어도 하나 이상의 핀을 포함하는 풀리를 포함하고, 상기 풀리는 상기 핀이 상기 핀 슬롯에 삽입되도록 상기 샤프트와 체결되는 체결구조이다. 상기 핀은 상기 샤프트의 축 방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 체결구조는 상기 샤프트에 삽입되고 상기 풀리에 접하도록 결합되는 리테이너 링을 더 포함하고 상기 풀리는, 상기 핀 슬롯의 일단과 상기 리테이너 링으로 인해 상기 샤프트의 축 방향으로 구속되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 샤프트의 외주면의 둘레를 따라 리테이너 링 슬롯이 형성되고, 상기 리테이너 링은 상기 리테이너 링 슬롯에 체결되는 것을 특징으로 한다.

상기 리테이너 링은 일부 구간의 호가 끊어진 것을 특징으로 하고, 상기 리테이너 링이 끊어진 부근에 이르러서 상기 샤프트 축의 반경 방향으로 넓어질 수 있고, 상기 회전축의 반경 방향으로 넓어진 부분을 상기 샤프트의 축 방향으로 각각 관통하는 한 쌍의 홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 나사구조를 사용하지 않고도 풀리를 샤프트에 구속시킬 수 있고, 풀리의 회전으로 인한 토크를 안정적으로 샤프트에 전달할 수 있다. 그리고 나사구조를 사용하지 않기 때문에 진동으로 인해 샤프트와 풀리의 결합이 풀리는 문제를 해결할 수 있다.

또한 풀리와 베어링 사이에 칼라를 사용하지 않아도 되므로 부품의 개수를 줄일 수 있고, 이로 인해 생산 단가를 낮출 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래기술에 따라 풀리와 회전축이 결합한 구조를 포함하는 차량용 얼터네이터의 단면을 나타낸 것이다.
도 2는 종래기술에 따른 풀리와 회전축의 결합구조를 입체적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 핀이 형성된 풀리를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 슬롯이 형성된 샤프트를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리테이너 링을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 샤프트, 풀리 및 리테이너 링이 체결된 구조를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

풀리(pulley)란 활차라고도 하며 자유롭게 회전하는 바퀴이며, 로프, 체인 등을 걸어 동력의 전달, 힘의 전달방향을 변환, 배력장치 등에 사용한다. 차량의 교류발전기와 결합한 풀리는 엔진의 동력축과 벨트로 연결되어 동력을 전달받는다. 동력을 전달받은 풀리는 회전축과 함께 회전하게 되고 교류발전기는 이를 이용하여 회전에너지를 전기에너지로 바꾸게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 풀리(2)와 회전축(4)이 결합한 구조의 단면을 나타낸 것이다. 도 2는 종래기술에 따른 풀리(2)와 회전축(4)이 결합한 구조를 입체적으로 나타낸 것이다.

도면을 참조하여 설명하면, 도면에는 칼라(1), 풀리(2), 너트(3) 및 회전축(4)이 도시되어 있다. 종래기술에 따르면 회전축(4)에 풀리(2)를 결합하기 위해 풀리(2)와 베어링의 간섭을 막기 위해 간격을 띄우는 칼라(1) 필요하다. 또한 풀리(2)를 회전축(4)에 구속시키기 위해 너트(3)가 회전축(4)과 나사결합하게 된다.

종래기술에 따라 도 1과 같이 회전축(4)과 풀리(2)가 결합하면, 조립 공정에서 몇 가지 문제가 발생할 수 있다. 첫째로, 칼라(1)를 누락하고 조립하게 되어 풀리(2)와 베어링이 간섭을 일으킬 수 있다. 둘째로, 풀리(2)는 일정한 방향으로 조립되어야 함에도 불구하고 반대 방향으로 풀리(2)가 조립될 수 있고, 이로 인해 풀리(2)에 걸리는 벨트와 풀리(2)의 얼라인(align)이 어긋날 수 있다. 셋째로, 풀리(2)가 회전축(4)에 정확히 조립되지 않고 비스듬하게 기울어져 조립되는 경우 회전축(4)이 회전함에 따라 진동이 발생하고 이로 인해 너트(3)가 풀리(2)는 문제가 발생할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 핀(21)이 형성된 풀리(20)를 나타낸 것이다. 도 3은 풀리(20)를 입체적으로 나타내기 위해 일부를 절단한 모습으로 나타내었다. 풀리(20)는 차량용 교류발전기의 회전축인 샤프트와 결합하는 구성으로 벨트 등을 걸어 동력을 전달하는 구성이다. 종래의 풀리(20)는 샤프트와 접하는 내주면에 나사산이 형성되어 샤프트와 나사결합을 통해 축에 구속되었다.

본 발명에 따른 풀리(20)는 샤프트와 접하는 내주면에 핀(21)이 형성된다. 핀(21)은 내주면에서 돌출된 것으로 샤프트에 핀(21)과 맞물리도록 형성된 핀 슬롯과 결합한다. 이로 인해 풀리(20)와 샤프트는 나사결합이 없어도 샤프트의 회전방향에 풀리(20)를 구속시킬 수 있다.

핀(21)은 풀리(20)와 샤프트가 함께 회전하도록 풀리(20)와 샤프트를 체결하기 위한 구성이므로 풀리(20)의 내주면에서 샤프트의 축 방향을 따라 길게 형성되는 것이 바람직하다. 핀(21)이 길수록 회전이 안정적으로 이루어질 수 있기 때문이다.

핀(21)의 형상은 특별히 제한되는 것은 아니지만 샤프트의 핀 슬롯과 용이하게 체결될 수 있도록 축방향을 따라 일정한 단면의 형상을 갖는 것이 바람직하고, 단면의 형상은 삼각형, 사각형 또는 다각형도 가능하다.

또한 핀(21)은 풀리(20)의 내주면을 따라 복수로 형성되는 것도 가능하다. 핀(21)이 복수로 형성되는 경우 풀리(20)의 내주면을 따라 등 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 슬롯이 형성된 샤프트(10)를 나타낸 것이다. 도 4는 본 발명의 특징을 적절히 드러내기 위해 샤프트(10)의 일부만을 나타낸 것이다. 샤프트(10)는 풀리와 결합하여 동력을 전달받아 축(11)을 중심으로 회전하는 구성이다.

종래의 풀리는 샤프트(10)와 접하는 내주면에 나사산이 형성되어 샤프트(10)와 나사결합을 통해 축(11)에 구속되었다. 그러나 본 발명에 따르면 풀리에는 핀이 형성되고, 샤프트(10)에는 핀 슬롯(12)이 형성되어 핀과 핀 슬롯(12)의 체결로 샤프트(10)와 풀리가 결합된다.

핀 슬롯(12)은 풀리의 핀에 대응하여 샤프트(10)에 형성된다. 샤프트(10)와 풀리가 샤프트(10)의 회전축을 중심으로 결합될 것이므로, 풀리의 핀이 돌출된 만큼 샤프트(10)에 함몰된 핀 슬롯(12)이 형성된다. 핀 슬롯(12)이 핀의 크기보다 크게 형성되기만 하면 풀리와 샤프트(10)가 결합하는데 문제되지 않으나 핀 슬롯(12)과 핀이 최소한의 유격만 존재하도록 핀 슬롯(12)이 형성되는 것이 바람직하다.

핀 슬롯(12)은 풀리가 축(11)에 대해 회전하도록 구속시키는 역할을 할 뿐만 아니라 풀리가 축(11) 방향으로 움직이는 것을 구속하는 역할도 한다. 핀 슬롯(12)은 샤프트(10)의 일단에서 시작되어 샤프트(10)의 축(11) 방향을 따라 형성되는 것이므로, 샤프트(10)와 결합된 풀리는 핀 슬롯(12)이 형성된 곳까지 움직일 수 있다. 따라서 핀 슬롯(12)과 함께 후술할 리테이너 링을 이용하면 풀리를 샤프트(10)의 축(11) 방향에 대해 완전히 구속시킬 수 있다.

핀 슬롯(12)이 형성되는 길이를 조절하면 풀리를 샤프트(10)의 원하는 위치에 결합시키는 것이 가능하기 때문에 종래기술에 따른 칼라가 필요 없게 된다. 칼라는 풀리와 베어링이 서로 간섭하지 않도록 적절히 간격을 유지시켜주는 역할을 하는 구성이므로, 풀리와 베어링이 서로 간섭되지 않는 위치까지 핀 슬롯(12)을 형성하는 것으로 칼라를 대체할 수 있다.

또한 핀이 풀리의 내주면에 복수로 형성되는 경우 핀 슬롯(12)도 이에 대응하여 복수의 핀 슬롯(12)이 형성되어야 한다.

도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리테이너 링(30)을 나타낸 것이다. 리테이너 링(30)은 고리 형상으로 샤프트에 삽입되어 풀리를 샤프트의 축 방향으로 구속시키는 역할을 한다. 리테이너 링(30)이 샤프트의 축 방향에 대해 고정될 수 있도록 일정한 홈이 샤프트의 외주면의 둘레를 따라 파여서 리테이너 링 슬롯이 형성된다.

리테이너 링(30)은 샤프트에 형성된 리테이너 링 슬롯에 결합하여 샤프트의 축 방향에 구속된다. 그러나 샤프트의 회전방향으로는 구속되지 않는다. 샤프트의 회전방향으로 구속되지 않는다 하더라도 풀리를 샤프트의 축 방향으로 구속시키는 것은 무방하다.

리테이너 링(30)은 샤프트에 형성된 리테이너 링 슬롯에 쉽게 결합할 수 있도록 일부 구간이 끊어지는 것이 바람직하다. 일부 구간이 끊어진다는 것은 리테이너 링(30)에서 일부 호가 제거되는 것으로 끊어진 부분(31)을 이용하여 링을 벌릴 수 있다. 니퍼, 집게, 플라이어 등을 이용하여 끊어진 양쪽을 잡고 리테이너 링(30)을 벌려 샤프트에 쉽게 결합시킬 수 있다.

리테이너 링(30)이 끊어진 부근은 회전축의 반경 방향으로 넓어질 수 있고, 공구(34)를 이용하여 넓어진 부분(32)을 집으면 리테이너 링(30)을 쉽게 벌릴 수 있다.

도 5의 (b)를 참조하면, 공구(34)를 이용하기 편리하도록 리테이너 링(30)의 넓어진 부분(32)을 회전축 방향과 나란하게 관통하는 한 쌍의 홀(33)을 형성할 수 있다. 도 5의 (b)와 같이 홀(33)에 삽입 될 수 있는 첨부를 가진 니퍼, 집게, 플라이어 등의 공구(34)를 이용하여 리테이너 링(30)을 쉽게 벌릴 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 샤프트(10), 풀리(20) 및 리테이너 링(30)이 체결된 구조를 나타낸 것이다. 도 6에 나타난 차량용 교류발전기의 샤프트(10)와 풀리(20)의 체결구조는, 일단에서 시작되고 축(11) 방향을 따라 적어도 하나 이상의 핀 슬롯(12)이 형성되는 샤프트(10) 및 상기 샤프트(10)와 접하는 내주면에 돌출 형성된 적어도 하나 이상의 핀(21)을 포함하는 풀리(20)를 포함하고, 상기 풀리(20)는 상기 핀(21)이 상기 핀 슬롯(12)에 삽입되도록 상기 샤프트(10)와 체결되는 체결구조이다. 상기 핀(21)은 상기 샤프트(10)의 축(11) 방향을 따라 형성된다.

그리고 상기 체결구조는 상기 샤프트(10)에 삽입되고 상기 풀리(20)에 접하도록 결합되는 리테이너 링(30)을 더 포함하고 상기 풀리(20)는, 상기 핀 슬롯(12)의 일단과 상기 리테이너 링(30)으로 인해 상기 샤프트(10)의 축(11) 방향으로 구속된다.

그리고 상기 샤프트(10)의 외주면의 둘레를 따라 리테이너 링 슬롯(13)이 형성되고, 상기 리테이너 링(30)은 상기 리테이너 링 슬롯(13)에 체결되며, 상기 리테이너 링(30)은 일부 구간의 호가 끊어진 것을 특징으로 하고, 상기 리테이너 링(30)이 끊어진 부근에 이르러서 상기 샤프트(10) 축(11)의 반경 방향으로 넓어진다. 그리고 상기 회전축(11)의 반경 방향으로 넓어진 부분(32)을 상기 샤프트(10)의 축(11) 방향으로 각각 관통하는 한 쌍의 홀(33)을 포함한다.

본 발명에 따르면, 나사구조를 사용하지 않고도 풀리를 샤프트에 구속시킬 수 있고, 안정적으로 풀리의 회전으로 인한 토크를 샤프트에 전달할 수 있다. 그리고 나사구조를 사용하지 않음으로써, 진동으로 인해 샤프트와 풀리의 결합이 풀리는 문제를 해결할 수 있다.

또한 풀리와 베어링 사이에 칼라를 사용하지 않아도 되므로 부품의 개수를 줄일 수 있고, 이로 인해 생산 단가를 낮출 수 있다는 장점이 있다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 칼라
2 : 나사산이 형성된 풀리
3 : 너트
4 : 회전축
10 : 샤프트
11 : 축
12 : 핀 슬롯
13 : 리테이너 링 슬롯
20 : 풀리
21 : 핀
30 : 리테이너 링
31 : 끊어진 부분
32 : 넓어진 부분
33 : 홀
34 : 공구

Claims (7)

1. 차량용 교류발전기의 샤프트와 풀리의 체결구조에 있어서,
   일단에서 시작되고 축 방향을 따라 적어도 하나 이상의 핀 슬롯이 형성되는 샤프트; 및
   상기 샤프트와 접하는 내주면에 돌출 형성된 적어도 하나 이상의 핀을 포함하는 풀리;
   를 포함하고, 상기 풀리는 상기 핀이 상기 핀 슬롯에 삽입되도록 상기 샤프트와 체결되는 체결구조.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 핀은 상기 샤프트의 축 방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 체결구조.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 샤프트에 삽입되고 상기 풀리에 접하도록 결합되는 리테이너 링을 더 포함하고 상기 풀리는, 상기 핀 슬롯의 일단과 상기 리테이너 링으로 인해 상기 샤프트의 축 방향으로 구속되는 것을 특징으로 하는 체결구조.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 샤프트의 외주면의 둘레를 따라 리테이너 링 슬롯이 형성되고, 상기 리테이너 링은 상기 리테이너 링 슬롯에 체결되는 것을 특징으로 하는 체결구조.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 리테이너 링은 일부 구간의 호가 끊어진 것을 특징으로 하는 체결구조.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 리테이너 링은, 상기 리테이너 링이 끊어진 부근에 이르러서 상기 샤프트 축의 반경 방향으로 넓어지는 것을 특징으로 하는 체결구조.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 리테이너 링은, 상기 회전축의 반경 방향으로 넓어진 부분을 상기 샤프트의 축 방향으로 각각 관통하는 한 쌍의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 체결구조.

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