KR20190049553A - 폴리머 압축기 휠 조립체 - Google Patents

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KR20190049553A
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shaft
bore
sectional configuration
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KR1020180130745A
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엘리자베스 개넌 캐서린
찰스 테리 안토니
윌리엄 불게스 마크
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보르그워너 인코퍼레이티드
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Abstract

압축기 휠 조립체(200)는 압축기 휠(140) 및 결합 부재(230)를 포함한다. 압축기 휠(140)은 폴리머 재료로 형성된다. 압축기 휠(140)은 허브(202), 허브(202)의 전방면(210)으로부터 연장되는 블레이드(204), 및 허브(202)의 후방면으로부터 축방향의 후방으로 연장되는 샤프트 결합부(206)를 포함한다. 샤프트 결합부(206)는, 이를 통해 연장되고 다각형 단면 구성을 갖는 보어(208)를 포함한다. 결합 부재(230)는 헤드(232) 및 헤드(232)로부터 축방향으로 연장되는 본체(234)를 포함한다. 헤드(232)는 압축기 휠(140)의 전방 단부(216)에 대해 수용되고, 본체(234)는 보어(208)를 통해 연장된다. 본체(234)는 결합 부재(23)로부터 압축기 휠(140)로 토크를 전달하기 위한 다른 다각형 단면 구성을 갖는다.

Description

폴리머 압축기 휠 조립체{POLYMERIC COMPRESSOR WHEEL ASSEMBLY}
관련 출원의 상호참조
본 출원은 2017년 10월 31일에 출원된 미국 가특허출원 제62,579,421호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 그 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함된다.
본 개시는 압축기 휠, 보다 구체적으로는 사각형 너트(squared nut)를 사용하는 압축기 휠 보유를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
터보차저는 엔진에 제공되는 흡입 공기의 압력을 증가시키는 데 이용되는 강제 유도 장치이다. 압축기 휠은, 예를 들어 전기 모터, 엔진으로부터의 배기 가스, 또는 둘 모두에 의해 회전되는 샤프트에 부착된다. 이에 의해, 압축기 휠은 주변 흡입 공기를 가압하고 가압된 흡입 공기를 엔진에 공급한다. 흡입 공기를 가압함으로써, 엔진은 다른 유사한 자연 흡기 엔진에 비해서 증가된 전력 출력을 가질 수 있다.
압축기 휠은 전형적으로 알루미늄과 같은 금속 재료로 제조된다. 압축기 휠은, 대안적으로 다양한 이점(예를 들어, 보다 낮은 관성 모멘트, 상이한 제조 방법)을 제공하는 폴리머 재료로 제조될 수 있다.
본 명세서에서는, 압축기 휠의 양태, 특징, 요소, 실시예 및 실시형태가 개시되며, 특히 폴리머 압축기 휠 및 이를 포함하는 압축기 휠 조립체가 개시된다.
압축기 휠 조립체는 압축기 휠 및 결합 부재를 포함한다. 압축기 휠은 폴리머 재료로 형성된다. 압축기 휠은 허브, 허브의 전방 표면으로부터 연장되는 블레이드, 및 허브의 후방 표면으로부터 축방향 후방으로 연장되는 샤프트 결합부를 포함한다. 샤프트 결합부는, 이를 통해 연장되고 다각형 단면 구성을 갖는 보어(bore)를 포함한다. 결합 부재는 헤드 및 헤드로부터 축방향으로 연장되는 본체를 포함한다. 헤드는 압축기 휠의 전방 단부에 대해 수용되고, 본체는 보어를 통해 연장된다. 본체는 결합 부재로부터 압축기 휠로 토크를 전달하기 위한 다른 다각형 단면 구성을 갖는다.
압축기 휠 조립체는 샤프트를 더 포함할 수 있다. 결합 부재의 본체는 중공형 내부를 포함한다. 샤프트는, 중공형 내부에 나사식으로 수용되어 샤프트가 구동원에 의해 회전됨에 따라 샤프트를 결합 부재에 결합하고 결합 부재에 토크를 전달하는 전방부를 포함한다.
압축기 휠 조립체는 샤프트 결합부 주위에 배치되어 샤프트 결합부와 계합하는 칼라(collar)를 더 포함할 수 있다. 칼라는 폴리머 재료보다 강성인 재료로 형성된다.
본 개시는 첨부된 도면과 함께 읽을 때 이하의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 통상적인 관행에 따라, 도면의 다양한 특징은 일정한 축척이 아니라는 것이 강조된다. 반대로, 다양한 특징의 치수는 명확히 하기 위해 임의로 확대 또는 축소된다.
도 1은 본 개시의 원리에 따른 터보차저의 부분 단면 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 개시의 원리에 따른 압축기 휠 조립체의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 개시의 원리에 따른 압축기 휠 조립체의 분해도의 단면 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 개시의 원리에 따른 압축기 휠 조립체의 단면 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 개시의 원리에 따른 칼라를 포함하는 압축기 휠 조립체의 단면 사시도를 개략적으로 도시한다.
본 명세서에서는, 터보차저에서 사용될 수 있는 압축기 휠 및 압축기 휠 조립체의 실시형태가 개시된다. 압축기 휠은 폴리머 재료로 형성되고 결합 부재로 샤프트에 연결되어, 압축기 휠 조립체를 형성한다. 보다 특히, 압축기 휠은, 차례로 샤프트에 결합되는 결합 부재를 수용하는 중앙 보어를 포함한다. 중앙 보어 및 결합 부재는 이들 간에 토크 전달을 가능하게 하는 상보적인 다각형 단면 형상을 갖는다. 중앙 보어 및 결합 부재는 또한 상보적인 축방향 길이를 가질 수 있고, 결합 부재 및 샤프트는 대향 표면을 포함할 수 있으며, 이들 대향 표면은 협력적으로 이들 사이에 압축기 휠이 축방향으로 보유될 수 있게 한다. 본 명세서에 개시된 압축기 휠 및 압축기 휠 조립체의 이들 및 추가 양태가 이하에서 더욱 상세히 논의된다.
도 1은 본 개시의 원리에 따른 터보차저(100)의 부분 단면 사시도를 개략적으로 도시한다. 터보차저(100)는 내연 기관(미도시)과 함께 사용되는 배기 가스 구동 강제 유도 장치이다. 터보차저(100)는 터빈 휠(110)을 포함한다. 터빈 휠(110)은 터빈 하우징(120) 내에 위치된다. 터빈 하우징(120)은 내연 기관으로부터 배기 가스를 수용하기 위한 배기 가스 유입구(122)를 포함한다. 배기 가스는 배기 가스 배출구(123)에서 터빈 하우징(120)을 빠져 나가기 전에 배기 가스 유입구(122)로부터 터빈 휠(110)로 보내진다. 웨이스트게이트(124)는 배기 가스의 일부 또는 전부가 터빈 휠(110)을 바이패스할 수 있도록 터빈 하우징(120) 내에 장착될 수 있다. 웨이스트게이트(124)는 전기 선형 액추에이터(130)에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동 가능하다.
터보차저는 압축기 휠(140)을 포함하는 압축기 휠 조립체를 포함한다. 압축기 휠(140)은 압축기 하우징(150) 내에 위치된다. 압축기 하우징(150)은 공기 유입구(152) 및 공기 배출구(미도시)와 연통하는 볼류트(volute)를 포함한다. 흡입 공기는 공기 유입구(152)로부터 압축기 휠(140)로 보내지고, 여기서 흡입 공기는 압축기 휠(140)의 회전에 의해 가압된다. 압축 공기는 볼류트로 진입된 다음, 공기 배출구를 통해 압축기 하우징(150)을 빠져 나가서 내연 기관에 공급된다.
압축기 휠(140)의 회전은 터빈 휠(110)의 회전에 의해 구동된다. 특히, 터빈 휠(110)과 압축기 휠(140)은 각각 샤프트(160)에 연결된다. 샤프트(160)는 실질적으로 강성 부재일 수 있고, 터빈 휠(110) 및 압축기 휠(140) 각각은, 샤프트(160)에 대한 터빈 휠(110) 및 압축기 휠(140)의 회전을 방지하는 방식으로 샤프트(160)에 연결될 수 있다. 그 결과, 압축기 휠(140)은 터빈 휠(110)의 회전에 응답하여 터빈 휠(110)과 일치하여 회전할 수 있다.
샤프트(160)는, 높은 회전 속도로 베어링 하우징(170)에 대해 자유롭게 회전할 수 있도록 베어링 하우징(170) 내에 지지된다. 베어링 하우징(170), 터빈 하우징(120), 및 압축기 하우징(150)은 모두 샤프트(160)의 회전 축을 따라 배열된다. 특히, 베어링 하우징(170)은 터빈 하우징(120)과 압축기 하우징(150) 사이에 위치되며, 베어링 하우징(170)의 제1 단부는 터빈 하우징(120)에 연결되고 베어링 하우징(170)의 제2 단부는 압축기 하우징(150)에 연결된다. 베어링 하우징(170)은 윤활 및/또는 냉각 특징을 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 5는 본 개시의 원리에 따른 압축기 휠 조립체(200)를 개략적으로 도시한다. 압축기 휠 조립체(200)는 도 1의 터보차저(100)와 같은 터보차저, 또는 다른 강제 유도 장치(예를 들어, 배기, 전기 모터, 및/또는 다른 적합한 구동원에 의해 구동됨)와 관련될 수 있다.
압축기 휠 조립체(200)는 일반적으로 압축기 휠(140)(예를 들어, 도 1에 도시된 것), 샤프트(160), 및 압축기 휠(140)을 샤프트(160)에 고정하는 데 적응된 결합 부재(230)를 포함한다.
압축기 휠(140)은 유리 충전 나일론, 플라스틱과 같은 폴리머 재료로 형성되거나, 또는 다른 적합한 재료를 포함할 수 있다. 압축기 휠(140)은, 예를 들어 사출 성형될 수 있다. 압축기 휠(140)은 또한 폴리머 압축기 휠으로 지칭될 수 있다.
압축기 휠(140)은 일반적으로 허브(202), 블레이드(204), 및 샤프트 결합부(206)를 포함하고, 샤프트 결합부(206)는 이를 통해 축방향으로 연장되는 보어(208)를 갖는다. 압축기 휠(140)의 인듀서 단부(예를 들어, 공기 유입구(152) 근처)로부터 엑스듀서 단부(예를 들어, 볼류트 근처)로 이동하면, 허브(202)는 단면이 볼록형인(예를 들어, 거의 수직면으로부터 거의 수평면으로 이동하는) 외부 표면(210)(예를 들어, 전방 표면)으로 넓어진다. 허브(202)는, 예를 들어 일반적으로 일정한 벽 두께를 가질 수 있으며, 이는 제조(예를 들어, 사출 성형)에 유리할 수 있다.
블레이드(204)는 일반적으로 주변 공기를 압축기 하우징(150) 내로 흡인하고, 공기를 압축하며, 압축된 공기를 엔진에 공급하기 위해 볼류트로 배출하도록 구성된다. 블레이드(204)는 허브(202)의 외부 표면(210) 상에 배치되고 이로부터 멀어지게(예를 들어, 반경방향 및/또는 축방향으로) 연장된다. 블레이드(204)는 서로 동일하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 블레이드(204) 각각은 동일하거나 실질적으로 동일한 형상 및 치수를 포함할 수 있다. 대안적으로, 블레이드(204)는 상이한 형상 및/또는 크기(예를 들어, 더 크고 더 작은 블레이드)를 가질 수 있다. 블레이드(204)는, 예를 들어 사출 성형 공정 중에 허브(202)와 일체로 형성된다.
샤프트 결합부(206)는 허브(202)의 내면(미표기; 예를 들어, 후방 표면)으로부터 축방향 후방으로 연장된다. 샤프트 결합부(206)는, 예를 들어 축방향 후방으로(즉, 압축기 휠(140)의 인듀서 단부로부터 멀어지게) 연장되는 돌출부로서 형성된다. 후방으로 이동하면, 샤프트 결합부(206)는 증가하는 거리를 두고 허브(202)의 내면으로부터 반경방향으로 이격된다. 샤프트 결합부(206)는 이를 통해 축방향으로 연장되는 보어(208)를 포함하며, 보어(208)는, 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 압축기 휠(140)을 샤프트(160)에 결합하기 위한 결합 부재(230)의 수용을 가능하게 한다. 샤프트 결합부(206)는 샤프트(160)에 결합될 때에 샤프트(160)와 평행(예를 들어, 동심)이다. 일반적으로 원통형인 것으로 나타냈지만, 샤프트 결합부(206)는 상이한 구성(예를 들어, 비원형 단면 형상을 갖고/갖거나 그에 따라 축방향으로 이동하는 상이한 단면 형상 및/또는 크기를 가짐)을 가질 수 있다. 샤프트 결합부(206)는, 예를 들어 사출 성형 공정 중에 허브(202)와 일체로 형성된다.
보어(208)와 결합 부재(230)는 협력적으로 압축기 휠(140)을 샤프트(160)에 결합하고 이들 간에 토크를 전달하도록 구성된다. 보다 특히, 보어(208)와 결합 부재(230)는, 결합 부재(230)를 보어(208) 내에 축방향으로 수용하게 하고 그들의 계합 표면 사이에 힘을 전달하는 상보적인 단면 형상을 갖는다.
보어(208)는 전방 개구부(212) 및 후방 개구부(214)를 갖도록 압축기 휠(140)을 통해 축방향으로 전체적으로 연장된다. 보어(208)의 전방 개구부(212)는, 허브(202)의 외부 표면(210)으로부터 반경방향 내측으로 연장되는 평면형 표면을 형성할 수 있는 압축기 휠(140))의 전방 단부(216)(예를 들어, 제1 또는 인듀서 단부)에 위치한다. 보어(208)의 후방 개구부(214)는 샤프트 결합부(206)의 후방 단부(218)에 위치시킨다. 샤프트 결합부(206)의 후방 단부(218)는 또한 평면형 표면을 형성할 수 있다. 보어(208)는 직사각형 단면 구성(예를 들어, 나타낸 바와 같이 정사각형)과 같은 다각형 단면 구성(예를 들어, 형상)을 포함한다. 즉, 보어(208)는 단면 구성을 형성하는 내부 표면(220)(예를 들어, 직선형 또는 평면형 내부 표면)을 갖는 내주를 갖는다. 일부 실시형태에서, 보어(208)는 삼각형 단면 구성, 오각형 단면 구성, 육각형 단면 구성, 팔각형 단면 구성, 또는 다른 적합한 단면 구성과 같은 다른 단면 구성을 포함할 수 있다.
다각형 단면 구성은, 직선형이고 다각 형상(예를 들어, 직사각형 또는 정사각형)을 형성하는 내부 표면(220) 사이에서 연장되는(예를 들어, 전이하는) 곡선형 표면(222)(예를 들어, 필렛, 필렛 표면 또는 내부 곡선형 표면)을 추가로 포함할 수 있다. 결합 부재(230)의 외부 표면이 보어(208)를 정의하는 내부 표면과 계합할 때, 응력은 샤프트 결합부(206)를 형성하는 폴리머 재료에 형성될 수 있고 보어(208)의 다각형 단면 형상을 형성하는 인접하는 직선형 표면 사이의 교차부 근처에 집중될 수 있다. 직선형인 내부 표면(220) 사이에 연장되는 곡선형 표면(222)은 이러한 응력 집중을 감소시킬 수 있다.
보어(208)의 단면 구성은 전방 개구부(212)로부터 후방 개구부(214)까지 일정하게 연장될 수 있다. 보어(208)는 또한 보어(208)의 전방 개구부(212) 및/또는 후방 개구부(214)에 인접하는 영역에서 넓어질 수 있다. 예를 들어, 보어(208)는, 내부 표면(220)뿐만 아니라, 곡선형 표면(222) 사이에서 허브(202)의 전방 단부(216)의 평면형 표면까지 축방향 및 반경방향으로 연장되는 테이퍼형 표면(224)을 포함할 수 있다. 테이퍼형 표면(224)은, 도시된 바와 같이, 챔퍼형으로 될 수 있거나, 또는 대안적으로 곡선형(예를 들어, 필렛형) 또는 단차형으로 될 수 있다.
보어(208)는 결합 부재(230)를 수용하는 데 적응된다. 결합 부재(230)는 또한 너트, 보유 너트, 또는 인서트(insert)로 지칭될 수 있다. 결합 부재(230)는 압축기 휠 조립체(200)를 형성하기 위해 샤프트(160) 상에 압축기 휠(140)을 보유하는 데 적응된다. 결합 부재(230)는, 예를 들어 금속, 플라스틱, 또는 다른 적합한 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 결합 부재(230)를 형성하는 재료는 압축기 휠(140)의 폴리머 재료와 비교하여 상대적으로 강할(예를 들어, 더 강성일) 수 있다. 이러한 방식으로, 결합 부재(230)는, 샤프트(160)로부터 압축기 휠(140)로 토크를 전달할 때, 압축기 휠(140)의 샤프트 결합부(206)의 폴리머 재료가 반경방향 외측 위치에서 견디는 것보다 (이하에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이) 샤프트(160)와 계합하는 반경방향 내측 위치에서 더 큰 힘을 견딜 수 있다.
결합 부재(230)는 일반적으로 헤드부(232) 및 헤드부(232)로부터(예를 들어, 결합 부재(230)의 전방 단부(236)로부터 결합 부재(230)의 후방 단부(238)까지) 축방향 후방으로 연장되는 세장형 본체부(234)를 포함한다. 헤드부(232)는 또한 헤드로 지칭될 수 있는 한편, 세장형 본체부(234)는 또한 본체, 중공형 본체, 또는 본체부로 지칭될 수 있다.
세장형 본체부(234)는, 보어(208)의 단면 구성에 대응하는 다각형 단면 구성을 가지며, 이는 보어(208)에 의한 결합 부재(230)의 수용 및 이들 사이에서의 토크 전달을 용이하게 한다. 즉, 세장형 본체부(234)는 단면 구성을 형성하는 외부 표면(240)(예를 들어, 직선형 또는 평면형 외부 표면)을 갖는 외주를 갖는다. 예를 들어, 세장형 본체부(234)는 직사각형 단면 구성(예를 들어, 정사각형)을 포함하는 한편, 보어(208)는 직사각형 단면 구성을 포함한다. 본체부(234)는 삼각형 단면 구성, 오각형 단면 구성, 육각형 단면 구성, 팔각형 단면 구성, 또는 다른 적합한 단면 구성과 같은 다른 단면 구성을 포함할 수 있다.
본체부(234)의 다각형 단면 구성은, 직선형이고 다각형 형상(예를 들어, 직사각형 또는 정사각형)을 형성하는 외부 표면(240) 사이에서 연장되는(예를 들어, 전이하는) 곡선형 표면(242)(예를 들어, 필렛, 필렛면, 또는 외부 곡선형 표면)을 추가로 포함할 수 있다. 보어(208)의 내부 표면(220)이 외부 표면(240)에 의해 계합될 때, 응력은 샤프트 결합부(206)를 형성하는 폴리머 재료에서 형성될 수 있고 본체부(234)의 직선형 외부 표면(240)의 에지가 내부 표면(220)과 계합하는 곳에 집중될 수 있다. 외부 표면(240) 사이에서 연장되는 곡선형 표면(242)은 더 넓은 영역에 걸쳐 보어(208)의 내부 표면(220)에 힘을 가함으로써 이러한 응력 집중을 감소시킬 수 있다.
본체부(234)의 단면 구성은 결합 부재(230)의 헤드부(232)로부터 후방 단부(238)까지 일정하게 연장될 수 있다. 본체부(234)는 또한, 예를 들어 외부 표면(240)뿐만 아니라, 곡선형 표면(242) 사이에서 헤드부(232)의 평면형 후방 표면(244)까지 축방향 및 반경방향으로 연장되는 테이퍼형 표면(246)(예를 들어, 챔퍼형, 필렛형, 단차형)을 형성함으로써, 헤드부(232)에 인접하여 더 넓어질 수 있다.
결합 부재(230)는 압축기 휠(140)의 보어(208)에 의해 수용되는 데 적응된다. 보다 특히, 본체부(234)는 압축기 휠(140)의 보어(208) 내로 및/또는 이를 통해 연장된다. 본체부(234)의 단면 구성은 보어(208)의 단면 구성과 합치하는 데 적응된다. 예를 들어, 본체부(234)의 단면 구성은, 본체부(234)가 보어(208) 내에 삽입될 수 있도록, 동일한 형상(예를 들어, 정사각형과 같은 직사각형)을 갖고 보어(208)의 단면 구성보다 약간 작다. 대안적으로, 본체부(234)는, 본체부(234)가 보어(208) 내에 압입되도록, 본체부(234)가 본체부(234)를 둘러싸고 본체부(234)와 계합하는 압축기 휠(140)의 샤프트 결합부(206)에 의해 반경방향으로 압축되도록, 동일하거나 약간 큰 크기를 가질 수 있다. 세장형 본체부(234)가 보어(208)에 의해 수용될 때, 외부 표면(240) 및 곡선형 표면(242)은 보어(208)의 내부 표면(220) 및/또는 곡선형 표면(222)과 계합하여 이들에 힘을 가함으로써, 결합 부재(230)로부터 압축기 휠(140)로 토크를 전달한다.
결합 부재(230)의 헤드부(232)는 결합 부재(230)의 전방 단부(236)에 배치된다. 헤드부(232)는 압축기 휠(140)의 전방 단부(216)에 대해 수용된다.
헤드부(232)는 결합 부재(230)를 압축기 휠(140)의 보어(208) 내에 삽입하기 위해서 작동자, 도구, 또는 다른 적합한 계합 기구에 의해 계합되는 데 적응된다. 헤드부(232)는 결합 부재(230)를 샤프트(160)에 연결하는 것을 보다 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 헤드부(232)는, 예를 들어 샤프트(160)에 대한 결합 부재(230)의 나사식 계합을 위한 토크를 가하기 위해 작동자, 도구, 또는 다른 적합한 계합 기구에 의해 계합되도록 구성된 외주(250)(예를 들어, 육각형)를 가질 수 있다.
헤드부(232)는, (예를 들어, 중앙 평면형 표면을 갖는 것과 반대로) 압축기 휠 조립체(200)의 인듀서 단부에 걸쳐 공기의 공기역학적 흐름을 개선하기 위해서 테이퍼형(예를 들어, 도시된 바와 같이, 반구형과 같은 둥근형)으로 되는 외부 표면(252)을 더 포함할 수 있다.
결합 부재(230)는 샤프트(160)의 일부분을 수용하여 샤프트(160)에 연결하는 데 적응된다. 예를 들어, 결합 부재(230)는 내부적으로 나사 체결되는 한편, 샤프트(160)는 외부에 나사산이 형성되어 있을 수 있어, 샤프트(160)가 결합 부재(230)에 의해 나사식으로 수용된다. 이 나사식 계합은, 토크가 샤프트(160)로부터 결합 부재(230)로 전달되도록 하여, 압축기 휠(140)에 전달되도록 한다.
결합 부재(230)는 제1 부분(254) 및 제2 부분(256)을 갖는 중공형 내부를 포함할 수 있다. 제1 부분(254)은 결합 부재(230)의 후방 단부(238)로부터 제2 부분(256)으로 축방향 전방으로 연장된다. 제2 부분(256)은 제1 부분(254)으로부터 결합 부재(230)의 헤드부(232) 내로 축방향 전방으로 연장된다. 일부 실시형태에서, 제1 부분(254)은 제2 부분(256)과 관련된 내부 프로파일보다 큰 내부 프로파일(예를 들어, 직경과 같은 단면 형상)을 포함한다. 예를 들어, 제2 부분(256)은 제1 부분(254)의 내부 표면(예를 들어, 원통형 또는 비나사형 표면)에 대해 반경방향 내측으로 돌출하는 나사산에 의해 내부적으로 나사 체결될 수 있다. 숄더 표면(258)은 또한 결합 부재(230)의 중공형 내부의 제1 부분(254)의 내부 표면으로부터 제2 부분(256)까지 반경방향 외측으로 연장될 수 있다. 결합 부재(230)의 중공형 내부는 또한 보어로 지칭될 수 있다.
샤프트(160)는 결합 부재(230)의 중공형 내부에 삽입되는 데 적응된다. 샤프트(160)는 후방부(260) 및 전방부(262)를 포함한다. 후방부(260)는, 예를 들어 베어링 하우징(170) 내로 연장될 수 있다. 전방부(262)(예를 들어, 전방부)는 샤프트(160)의 후방부(260)로부터 전방 단부(264)까지 축방향으로 연장된다. 전방부(262)는 후방부(260)보다 작은 직경을 갖고, 숄더(266)가 이들 사이에서 반경방향으로 연장된다.
전방부(262)는 결합 부재(230)의 중공형 내부에 삽입되고/삽입되거나 그와 합치되는 데 적응된다. 예를 들어, 샤프트(160)의 전방부(262)는, 결합 부재(230)의 중공형 내부의 제1 부분(254)에 대응하는 제1 하위 부분(262a) 및 제1 하위 부분(262a)으로부터 멀어지게 축방향으로(즉, 전방 방향으로) 연장되고 제2 부분(256)에 대응하는 제2 하위 부분(262b)을 포함한다.
제1 하위 부분(262a)은 결합 부재(230)의 제1 부분(254)의 내부 프로파일에 대응하는 외부 프로파일을 포함한다. 예를 들어, 제1 하위 부분(262a)의 외부 프로파일은 결합 부재(230)의 제1 부분(254)의 내부 프로파일에 대응하는 직경보다 약간 작은 직경을 갖는 원통형일 수 있다. 샤프트(160)의 전방부(262)의 제1 하위 부분(262a)의 약간 작은 직경은 결합 부재(230) 내에 전방부(262)를 수용하게 하고, 이들 사이의 상대적인 반경방향 이동(예를 들어, 요동)을 또한 방지할 수 있다.
샤프트(160)의 전방부(262)의 제2 하위 부분(262b)은 결합 부재(230)의 중공형 내부의 제2 부분(256)에 대응한다. 제2 하위 부분(262b)은 결합 부재(230)의 제2 부분(256)의 내부 나사산에 대응하고 이 내부 나사산에 의해 수용되는 외부 나사산을 갖는 실질적으로 원통형일 수 있다. 나사산은 결합 부재의 제2 부분(256)의 내경보다 큰 외경을 갖는 것으로 나타낸 제2 하위 부분(262b)에 의해 개략적으로 표현된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 결합 부재(230)는 샤프트(160)에 대해 안착된다. 예를 들어, 결합 부재(230)의 후방 단부(245)는 샤프트(160)의 후방부(260)와 전방부(262) 사이에서 반경방향으로 연장되는 숄더(266)에 대해 안착될 수 있다. 보다 특히, 결합 부재(230)의 본체부(234)는, 보어(208)의 축방향 길이에 대해, 본체부(234)의 후방 단부(245)가 숄더(266)와 계합하게 하는 축방향 길이를 포함한다. 본체부(234)의 축방향 길이는 헤드부(232)의 평면형 후방 표면(244)과 후방 단부(245) 사이에서 측정되는 한편, 보어(208)의 축방향 길이는 그의 전방 단부(216)와 후방 단부(218) 사이에서 측정된다. 본체부(234)의 축방향 길이는, 도시된 바와 같이, 보어(208)의 축방향 길이와 동일할 수 있다. 따라서, 샤프트(160)의 전방부(262)가 결합 부재(230)의 중공형 내부에서 제2 부분(256)에 나사 체결될 때, 후방 단부(245)는 샤프트(160)의 숄더(266)를 향하여 당겨지고 그 숄더(266)에 대해 합치된다. 대안적으로, 본체부(234)의 축방향 길이는 보어(208)의 축방향 길이보다 약간 클 수 있고, 이 경우에 압축기 휠(140)이 결합 부재(230)의 헤드부(232)와 샤프트(160)의 숄더(266) 사이에서 축방향으로 약간 압축되는 한편, 결합 부재(230)의 후방 단부(245)가 샤프트(160)의 숄더(266)와 이들 간의 나사식 계합으로부터 계합되게 한다.
또 다른 대안으로, 결합 부재(230)의 후방 단부(245)는 샤프트(160)의 숄더(266)로부터 축방향으로 이격되며, 이 경우에 보어(208)의 축방향 길이는 결합 부재(230)의 본체부(234)의 축방향 길이보다 크다. 그 결과, 압축기 휠(140)은 결합 부재(230)와 샤프트(160) 간의 나사식 계합으로부터 결합 부재(230)의 헤드부(232)와 샤프트(160)의 숄더(266) 사이에서 축방향으로 압축될 수 있다.
또한, 샤프트(160)의 전방부(262)의 축방향 길이 및 결합 부재(230)의 중공형 내부의 축방향 길이는, 결합 부재(230) 및/또는 압축기 휠(140)이 협력적으로 샤프트(160)에 대해 안착하도록 구성된다. 예를 들어, 결합 부재(230)가 샤프트(160)에 대해 안착하는 실시형태에서, 결합 부재(230)의 중공형 내부의 축방향 길이는 샤프트(160)의 원위 단부(26t2)의 축방향 길이보다 크다. 그 결과, 샤프트(160)의 전방부(262)는 결합 부재(230)의 중공형 내부에서 닿지 않는다.
결합 부재(230) 및 샤프트(160)는 또한, 샤프트(160)의 전방 단부(264)와 결합 부재(230)의 중공형 내부의 단부 표면(272)(예를 들어, 내부 단부 표면) 사이에 축방향 갭(270)(예를 들어, 보이드)이 형성되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본체부(234)의 중공형 내부는 압축기 휠(140)의 전방 단부(216)의 축방향 전방으로 연장될 수 있는 한편, 샤프트(160)의 전방 단부(264)는 압축기 휠(140)의 전방 단부(216)의 후방에서 종결한다. 단부 표면(272)까지 연장되지 않음으로써, 샤프트(160)는 샤프트가 이를 통해 전체적으로 연장되는 것보다 작은 질량을 가질(예를 들어, 중량 완화를 제공할) 수 있다.
도 5를 참조하면, 압축기 휠 조립체(200)는 칼라(280)를 추가적으로 포함할 수 있다. 칼라(280)는, 예를 들어 토크가 결합 부재(230)로부터 샤프트 결합부(206)로 전달되고/전달되거나 원심력이 샤프트 결합부(206) 상에 작용할 때, 압축기 휠(140)의 샤프트 결합부(206)의 변형을 방지하도록 구성된다. 칼라(280)는 압축기 휠(140)을 형성하는 폴리머 재료보다 강한(예를 들어, 더 강성인) 재료로부터 제조된다. 예를 들어, 칼라(280)는 금속, 플라스틱, 또는 다른 적합한 재료로 형성될 수 있다. 칼라(280)는 일반적으로 원통형 프로파일을 포함하고, 칼라(280)의 제1 단부(284)로부터 칼라(280)의 제2 단부(286)까지 연장되는 보어(282)를 포함한다. 보어(282)는 압축기 휠(140)의 일부, 특히 그의 샤프트 결합부(206)를 수용하는 데 적응된다. 칼라(280)의 보어(282)는 압축기 휠(140)의 샤프트 결합부(206)를 수용하고 단단하게 계합하는 데 적응된 내경을 포함한다. 이와 같이, 칼라(280)는 샤프트 결합부(206) 주위에 배치되고 샤프트 결합부(206)와 계합하며, 또한 결합 부재(230) 및/또는 샤프트(160)를 둘러싼다.
터보차저(100)의 동작 중, 샤프트(160)가 회전되고 토크가 결합 부재(230)에 전달되어 샤프트 결합부(206)에 전달될 때, 압축기 휠(140)은 결합 부재(230)가 샤프트 결합부(206)를 형성하는 폴리머 재료에 대해 힘을 가하여 압축기 휠(140)을 가속하기 때문에 변형(예를 들어, 왜곡)에 민감할 수 있다. 변형은 또한 압축기 휠(140)이 높은 회전 속도로 회전될 때에 샤프트 결합부(206) 상에 작용하는 원심력으로부터 발생할 수 있다. 칼라(280)는, 샤프트 결합부(206)와 단단히 계합하고 결합 부재(230)의 반경방향 외측에 있음(예를 들어, 결합 부재(230)와 동심원임)으로써, 이러한 변형을 제한하고/제한하거나 방지하는 데 적응된다. 예를 들어, 칼라(280)는 샤프트 결합부(206)를 형성하는 폴리머 재료의 반경방향 외측 이동을 제한하도록 샤프트 결합부(206)에 기계적 지지부를 제공한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "또는"은 배타적인 "또는"이 아니라, 포괄적인 "또는"을 의미하는 것으로 의도되어 있다. 즉, 달리 명시되지 않거나, 또는 문맥으로부터 명확하지 않은 한, "X는 A 또는 B를 포함한다"는 자연스러운 포괄적인 치환(natural inclusive permutation) 중 임의의 것을 표시하는 것으로 의도되어 있다. 즉, X가 A를 포함하거나; X가 B를 포함하거나; 또는 X가 A와 B 둘 모두를 포함하는 경우, 그러면 "X는 A 또는 B를 포함한다"는 전술한 경우 중 어느 것에서도 충족된다. 또한, 본 출원 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이 관사 "a" 및 "an"은 달리 특정되거나 또는 단수형으로 지시되는 문맥으로부터 명확하지 않은 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 설명의 단순성을 위해, 본원의 도면 및 설명은 시퀀스 또는, 일련의 단계 또는 스테이지를 포함할 수 있지만, 본원에 개시된 방법의 요소는 다양한 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 본원에 개시된 방법의 요소는 본원에 명시적으로 제시 및 설명되지 않은 다른 요소와 함께 발생할 수 있다. 또한, 본원에서 설명된 방법의 모든 요소가 본 개시에 따른 방법을 구현하는 데 요구될 수 있는 것은 아니다. 양태, 특징, 및 요소가 특정 조합으로 본원에서 설명되어 있지만, 각 양태, 특징, 또는 요소는 다른 양태, 특징, 및 요소의 유무에 따라 독립적으로 또는 다양한 조합으로 사용될 수 있다.
본 개시는 특정의 실시형태와 관련하여 설명되어 있지만, 본 개시는 개시된 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 반대로, 첨부된 특허청구범위 내에 포함되는 다양한 변경 및 균등한 배열을 포괄하도록 의도되는 것으로 이해되어야 하며, 이 범위는 법으로 인정되는 모든 변경 및 균등한 구조를 포함하도록 가장 넓은 해석이 부여되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 압축기 휠 조립체(200)로서:
    폴리머 재료로 형성된 압축기 휠(140)로서, 상기 압축기 휠(140)은 허브(202), 상기 허브(202)의 전방 표면(210)으로부터 연장되는 블레이드(204), 및 상기 허브(202)의 후방 표면으로부터 축방향 후방으로 연장되는 샤프트 결합부(206)를 포함하며, 상기 샤프트 결합부(206)는 이를 통해 연장되고 다각형 단면 구성을 갖는 보어(208)를 포함하는, 상기 압축기 휠(140); 및
    헤드(232) 및 상기 헤드(232)로부터 축방향으로 연장되는 본체(234)를 갖는 결합 부재(230);를 포함하며, 상기 헤드(232)는 상기 압축기 휠(140)의 전방 단부(216)에 대해 수용되고 상기 본체(234)는 상기 보어(208)를 통해 연장되며, 상기 본체(234)는 상기 결합 부재(230)로부터 상기 압축기 휠(140)로 토크를 전달하기 위한 다른 다각형 단면 구성을 갖는, 압축기 휠 조립체(200).
  2. 제1항에 있어서, 상기 보어(208)의 상기 다각형 단면 구성 및 상기 본체(234)의 상기 다른 다각형 단면 구성은 정사각형인, 압축기 휠 조립체(200).
  3. 제1항에 있어서, 상기 보어(208)는 상기 다각형 단면 구성을 형성하기 위해 직선형인 내부 표면(220) 및 상기 내부 표면(220) 사이에서 연장되는 내부 곡선형 표면을 포함하며, 상기 본체(234)는 상기 다른 다각형 구성 형상을 형성하기 위해 직선형인 외부 표면(240) 및 상기 외부 표면(240) 사이에서 연장되는 외부 곡선형 표면을 포함하는, 압축기 휠 조립체(200).
  4. 제1항에 있어서, 상기 다각형 단면 형상은 상기 보어(208)의 축방향 길이를 연장시키고, 상기 다른 다각형 단면 구성은 상기 본체(234)의 다른 축방향 길이를 연장시키며, 상기 보어(208)의 상기 다른 축방향 길이는 상기 본체(234)의 상기 축방향 길이 이상인, 압축기 휠 조립체(200).
  5. 제1항에 있어서, 상기 결합 부재(230)는 상기 폴리머 재료보다 강성인 재료로 형성되는, 압축기 휠 조립체(200).
  6. 제1항에 있어서,
    샤프트(160)를 더 포함하며;
    상기 결합 부재(230)의 상기 본체(234)는 중공형 내부를 포함하고;
    상기 샤프트(160)는, 상기 중공형 내부에 나사식으로 수용되어 상기 샤프트(160)가 구동원에 의해 회전됨에 따라 상기 샤프트(160)를 상기 결합 부재(230)에 결합하고 상기 결합 부재(230)에 토크를 전달하는 전방부(262)를 포함하는, 압축기 휠 조립체(200).
  7. 제6항에 있어서, 상기 샤프트(160)는 상기 전방부(262)의 직경보다 큰 직경을 갖는 후방부(260)를 포함하며, 상기 전방부(262)가 축방향 전방으로 연장되고, 상기 결합 부재(230)의 후방 단부(238)는 상기 후방부(260)와 상기 전방부(262) 사이에서 반경방향으로 연장되는 숄더(266)에 대해 안착하는, 압축기 휠 조립체(200).
  8. 제6항에 있어서, 상기 전방부(262)는 상기 중공형 내부에 의해 수용되어 상기 샤프트(160)를 상기 결합 부재(230)에 결합하며, 보이드(270)가 상기 본체(234)의 내부 단부 표면(272)과 상기 샤프트(160)의 전방 단부(264) 사이에 축방향으로 형성되는, 압축기 휠 조립체(200).
  9. 제8항에 있어서, 상기 본체(234)의 중공형 내부는 압축기 휠(140)의 상기 전방 단부(216)의 축방향 전방으로 연장되고, 상기 샤프트(160)의 상기 전방 단부(264)는 상기 압축기 휠(140)의 상기 전방 단부(216)의 후방에서 종결하는, 압축기 휠 조립체(200).
  10. 제6항에 있어서, 상기 샤프트 결합부(206) 주위에 배치되고 상기 샤프트 결합부(206)와 계합하는 칼라(280)를 더 포함하며, 상기 칼라(280)는 상기 폴리머 재료보다 강성인 재료로 형성되는, 압축기 휠 조립체(200).
  11. 제10항에 있어서, 상기 칼라(280)는 상기 결합 부재(230)를 둘러싸는, 압축기 휠 조립체.
  12. 압축기 휠 조립체(200)로서:
    폴리머 재료로 형성된 압축기 휠(140)로서, 상기 압축기 휠(140)은 허브(202), 상기 허브(202)의 전방 표면(210)으로부터 연장되는 블레이드(204), 및 상기 허브(202)의 후방 표면으로부터 축방향 후방으로 연장되는 샤프트 결합부(206)를 포함하며; 상기 샤프트 결합부(206)는 이를 통해 연장되고 다각형 단면 구성을 갖는 보어(208)를 포함하는, 상기 압축기 휠(140):
    상기 폴리머 재료보다 강성인 재료로 형성되며, 헤드(232) 및 상기 헤드(232)로부터 축방향으로 연장되고 중공형 내부를 갖는 본체(234)를 갖는 결합 부재(230)로서, 상기 헤드(232)는 상기 압축기 휠(140)의 전방 단부(216)에 대해 수용되고 상기 본체(234)는 상기 보어(208)를 통해 연장되며, 상기 본체(234)는 상기 결합 부재(230)로부터 상기 압축기 휠(140)로 토크를 전달하기 위한 다른 다각형 단면 구성을 갖는, 상기 결합 부재(230); 및
    전방부(262)를 갖는 샤프트(160);를 포함하며, 상기 전방부(262)는 상기 중공형 내부에 나사식으로 수용되어 상기 샤프트가(160) 회전 구동됨에 따라 상기 샤프트(160)를 상기 결합 부재(230)에 결합하고 상기 결합 부재(230)에 토크를 전달하는, 압축기 휠 조립체(200).
  13. 제12항에 있어서, 상기 보어(208) 및 상기 본체(234)의 상기 다각형 단면 구성은 정사각형이거나 또는 직선형 표면 및 곡선형 표면을 포함하는, 압축기 휠 조립체(200).
  14. 제12항에 있어서, 상기 샤프트 결합부(206) 주위에 배치되고 상기 샤프트 결합부(206)와 계합하는 칼라(280)를 더 포함하며, 상기 칼라(280)는 상기 폴리머 재료보다 강성인 재료로 형성되는, 압축기 휠 조립체(200).
  15. 제12항에 있어서, 상기 다각형 단면 구성은 상기 보어(208)의 축방향 길이를 연장시키고, 상기 다른 다각형 단면 구성은 상기 본체(234)의 다른 축방향 길이를 연장시키며, 상기 보어(208)의 상기 다른 축방향 길이는 상기 본체(234)의 상기 축방향 길이 이상인, 압축기 휠 조립체(200).
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