KR20210061579A

KR20210061579A - 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리 및 이를 갖는 터보 차저

Info

Publication number: KR20210061579A
Application number: KR1020190149292A
Authority: KR
Inventors: 팽용석
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2021-05-28

Abstract

컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리 및 이를 갖는 터보 차저가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예는 휠 샤프트의 선단부 또는 선단부와 후단부에 홈을 형성하여 고속 회전시 비틀림 모멘트를 감소시킬 수 있다.

Description

컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리 및 이를 갖는 터보 차저{compressor wheel shaft assembly and turbo-charger}

본 발명은 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리 회전시 발생되는 비틀림 모멘트를 감소시키기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리 및 이를 갖는 터보 차저에 관한 것이다.

일반적으로 터보차저는 공기과급기로서 엔진 연소 후 배출되는 배기가스의 유동 에너지를 이용하여 터빈을 회전시키고 이때 유도되는 회전동력을 이용하여 터빈 축과 직결된 엔진 흡기구측에 위치한 압축기를 회전시킴으로써 강제로 공기를 압축하여 연소실로 공급하는 장치이다.

상기 터보차저는 엔진에 적용함으로써 작은 엔진 배기량으로 출력을 증대하기가 용이하기 때문에 고압 연료 분사시스템을 장착하는 차량용 디젤엔진에 모두 장착되고 있으며 최근에는 가솔린엔진에서도 그 적용이 확대되고 있다.

상기 터보차저가 엔진에 적용함으로써 작은 엔진 배기량으로 출력을 증대하기가 용이하기 때문에 고압 연료 분사시스템을 장착하는 차량용 디젤엔진에 모두 장착되고 있으며 최근에는 가솔린엔진에서도 그 적용이 확대되고 있다.

첨부된 도 1은 일반적인 터보 차저에 구비된 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리를 도시한 도면이다.

첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리(2)는 휠 샤프트(2a)의 일측 단부에 컴프레셔 휠(2b)이 결합되고, 상기 컴프레셔 휠(2b)을 고정하기 위해 육각 형태의 고정부재(2c)가 도면 기준으로 좌측 단부에 결합된다.

상기 고정부재(2c)가 상기 휠 샤프트(2a)에 설치되기 위해서 축 방향 내측으로 가공을 실시한 후에 결합시켜 사용한다.

상기 고정부재(2c)는 육각 형태로 가공을 실시해야 하므로 별도의 가공 공정이 추가되는 문제점이 유발되었고, 상기 육각 가공의 가공 난이도가 높아서 작업에 어려움이 있었다.

또한 고정부재(2c)는 가공을 위한 가공비가 높아지고, 체결과 풀림이 반복될 경우 마모가 발생되면서 슬립 현상과 이물질이 발생되면서 윌 샤프트(2a)가 고속 회전될 경우 주위로 비산되는 현상이 유발되었다.

이와 함께 상기 휠 샤프트(2a)가 고속으로 회전될 경우 축 방향에서 비틀림 모멘트로 인해 부속품이 파손되거나 불평형의 문제점이 유발되었다.

이와 같은 휠 샤프트(2a)가 고속 회전시 발생되는 문제점들은 축 방향 길이가 증가되면서 고속 회전시 비틀림 모멘트가 증가되었고, 무게가 경량화 되지 못하면서 최대로 구동 가능한 속도가 현저히 감소되는 문제점이 유발되었다.

대한민국등록특허 제10-20202011호

본 발명의 실시 예들은 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리가 고속 회전시 비틀림 모멘트로 인한 변형 및 파손을 최소화 할 수 있는 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리 및 이를 갖는 터보 차저를 제공하고자 한다.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리는 선단부 내측에 소정의 길이로 제1 결합 홈(110)이 형성된 휠 샤프트(100); 상기 휠 샤프트(100)의 선단부를 통해 삽입된 컴프레셔 휠(10); 상기 휠 샤프트(100)의 선단부를 통해 삽입되고 상기 컴프레셔 휠(10)에 밀착되어 위치하는 샤프트 너트(20); 상기 휠 샤프트(100)의 후단부를 통해 삽입된 마그넷(30); 및 상기 휠 샤프트(100)에 삽입된 베어링(40)을 포함한다.

상기 제1 결합 홈(110)에는 내부에 제1 나사산(112)이 형성된다.

상기 휠 샤프트(100)는 후단부 내측에 소정의 길이로 제2 결합 홈(120)이 형성된다.

상기 제2 결합 홈(120)에는 내부에 제2 나사산(122)이 형성된다.

상기 제1 결합 홈(110)은 8mm ~ 10mm 사이에서 선택되는 어느 하나의 깊이로 형성된다.

상기 제2 결합 홈(120)은 6mm ~ 8mm 사이에서 선택되는 어느 하나의 깊이로 형성된다.

상기 베어링(40)은 상기 휠 샤프트(100)에 삽입된 상기 마그넷(30)의 전방에 위치된 제1 베어링(42); 상기 마그넷(30)의 후방에 위치된 제2 베어링(44)을 포함하고 상기 제1 베어링(42)과 상기 제2 베어링(44) 사이에 마그넷(30)이 위치된다.

상기 휠 샤프트(100)는 선단부에서 후단부까지 연장된 총 연장 구간(S)에서 상기 선단부에서 상기 제1 베어링(42)이 위치된 사이를 제1 구간(S1)이라 정의하고, 상기 제1 베어링(42)에서 상기 제2 베어링(44)이 위치된 사이를 제2 구간(S2) 이라 정의할 때 상기 제1 구간(S1)은 상기 제2 구간(S2) 보다 짧은 길이로 연장되며, 상기 휠 샤프트(100)는 상기 제2 구간(S2)에 무게 중심이 위치된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리가 장착된 터보 차저를 제공한다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리는 선단부 내측에 소정의 길이로 제1 결합 홈(1100)이 형성되고, 후단부 내측에 소정의 길이로 제2 결합 홈(1200)이 형성된 휠 샤프트(1000); 상기 휠 샤프트(1000)의 선단부를 통해 삽입된 컴프레셔 휠(100); 상기 휠 샤프트(1000)의 선단부를 통해 삽입되고 상기 컴프레셔 휠(1000)에 밀착되어 위치하는 샤프트 너트(200); 상기 휠 샤프트(1000)의 후단부를 통해 삽입된 마그넷(300); 및 상기 휠 샤프트(1000)에 삽입된 베어링(400)을 포함한다.

상기 제1 결합 홈(1100)은 상기 제2 결합 홈(1200) 보다 상대적으로 깊게 형성된다.

상기 베어링(400)은 상기 휠 샤프트(1000)에 삽입된 상기 마그넷(300)의 전방에 위치된 제1 베어링(420); 상기 마그넷(300)의 후방에 위치된 제2 베어링(440)을 포함하고 상기 제1 베어링(420)과 상기 제2 베어링(440) 사이에 마그넷(300)이 위치된다.

상기 제2 결합 홈(1200)은 상기 제2 베어링(440)이 설치된 위치 이내까지 연장된다.

상기 제1 결합 홈(1100)에는 내부에 제1 나사산(1120)이 형성되고, 상기 제2 결합 홈(1200)에는 내부에 제2 나사산(1220)이 형성되되, 상기 제1,2 나사산(1120, 1220)은 상기 휠 샤프트(1000)의 선단부와 후단부에서 각각 제1,2 결합 홈(1100, 1200)을 바라볼 때 동일 방향으로 나사산이 형성된다.

상기 휠 샤프트(1000)는 선단부에서 후단부까지 연장된 총 연장 구간(S)에서 상기 선단부에서 상기 제1 베어링(420)이 위치된 사이를 제1 구간(S1)이라 정의하고, 상기 제1 베어링(420)에서 상기 제2 베어링(440)이 위치된 사이를 제2 구간(S2) 이라 정의할 때 상기 제1 구간(S1)은 상기 제2 구간(S2) 보다 짧은 길이로 연장되며, 상기 휠 샤프트(1000)는 상기 제2 구간(S2)에 무게 중심이 위치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예들은 터보 차저가 고속 회전시 휠 샤프트에서의 비틀림 모멘트로 인한 변형 및 파손을 최소화 할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 휠 샤프트의 위험속도가 종래 보다 높은 회전수에서 유지되므로 안전도가 향상된다.

본 발명의 실시 예들은 휠 샤프트의 무게 중심을 특정 구간에 위치시킬 수 있어 최적화된 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리의 변형 실시 예를 도시한 도면.
도 4는 종래 기술에 의한 휠 샤프트 어셈블리의 크리티컬 스피드에 따른 고속 회전에서의 위험속도를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리의 크리티컬 스피드에 따른 고속 회전에서의 위험속도를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리를 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 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. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 참고로 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리를 도시한 도면이다.

첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리는 선단부 내측에 소정의 길이로 제1 결합 홈(110)이 형성된 휠 샤프트(100)와, 상기 휠 샤프트(100)의 선단부를 통해 삽입된 컴프레셔 휠(10)과, 상기 휠 샤프트(100)의 선단부를 통해 삽입되고 상기 컴프레셔 휠(10)에 밀착되어 위치하는 샤프트 너트(20)와, 상기 휠 샤프트(100)의 후단부를 통해 삽입된 마그넷(30) 및 상기 휠 샤프트(100)에 삽입된 베어링(40)을 포함한다.

컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리는 상기 컴프레셔 휠(10)의 좌측 단부를 선단부로 정의하고, 우측 단부를 후단부로 정의하여 설명한다.

상기 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리는 선단부를 기준으로 샤프트 너트(20)와, 컴프레셔 휠(10)이 순차적으로 위치된다.

상기 휠 샤프트(100)는 터보 차저 작동시 고속 회전이 이루어지면서 축 방향에서 비틀림 모멘트 발생이 최소화 될 수 있어 마그넷(30)의 파손 및 고장 발생을 감소시켜 안정적인 작동을 도모하는 것이 중요하다고 할 수 있다.

또한 이와 더불어서 고속 회전에 따른 분당 회전수도 함께 증가하는 것이 터보 차저의 효율 향상 및 엔진 효율 향상에 도모이 된다.

상기 제1 결합 홈(110)에는 내부에 제1 나사산(112)이 형성되고, 8mm ~ 10mm 사이에서 선택되는 어느 하나의 깊이로 형성된다. 상기 제1 결합 홈(110)은 탭 가공 방식으로 가공되며 상기 휠 샤프트(100)의 축 방향 중앙에 형성된다.

상기 제1 결합 홈(110)은 개구된 깊이가 전술한 길이에서 선택되는 것이 바람직 하며 지나치게 깊게 형성될 경우 강도 저하 및 강성이 약해질 수 있어 전술한 수치 범위 이내에서 형성되는 것이 바람직하다.

본 실시 예는 기존과 같이 휠 샤프트(100)의 선단부에 고정을 위해 육각가공부를 가공하지 않아도 되므로 불필요한 작업 공수가 삭제되고, 상기 제1 결합 홈(110)에 의해 상기 휠 샤프트(100)의 무게가 감소하여 고속 회전이 이루어질 때 발생되었던 비틀림 모멘트를 감소시켜 안정적으로 사용할 수 있다.

또한 본 실시 예는 상기 제1 결합 홈(110)에 의한 무게 감소로 인해 상기 휠 샤프트(100)가 고속될 때 1차 고유 진동수를 낮출 수 있어 안전성 측면에서도 유리해 진다.

또한 본 실시 예는 육각가공부를 휠 샤프트(100)에 설치할 필요가 없어 축 방향 길이가 종래에 비해 상대적으로 짧아 지게 된다. 즉 휠 샤프트(100)는 축 방향 길이가 감소되므로 고속 회전에 따른 비틀림 모멘트도 상대적으로 감소하게 된다.

본 실시 예에 의한 휠 샤프트(100)는 상기 제1 결합 홈(110)만 단독으로 형성하여 사용하는 것도 가능하나, 무게 감소와 비틀림 모멘트 감소를 위해 다음과 같이 구성된다.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 실시 예는 상기 휠 샤프트(100)의 후단부 내측에 소정의 길이로 제2 결합 홈(120)이 형성된다. 상기 제2 결합 홈(120)에는 내부에 제2 나사산(122)이 형성되고, 상기 제2 결합 홈(120)은 6mm ~ 8mm 사이에서 선택되는 어느 하나의 깊이로 형성된다.

상기 제2 결합 홈(120)은 전술한 수치 범위 이내에서 형성되는 것이 안전성과 주변 구성품과의 결합 관계에서 유리하므로 상기 범위를 유지하면서 최적의 깊이가 선택될 수 있다.

상기 제2 결합 홈(120)은 상기 제1 결합 홈(110)에 비해 연장된 길이가 상대적으로 짧게 형성되는데, 이는 후술할 제2 베어링(44)의 위치 및 상기 휠 샤프트(100)의 무게 중심을 고려하여 위와 같이 형성된다.

또한 제2 결합 홈(120)은 제1 결합 홈(110)에 비해 직경이 크게 형성된다.

샤프트 너트(20)는 컴프레셔 휠(10)에 대한 고정을 위해 구비되고, 고정부재의 삭제로 인해 축 방향 길이가 기존 보다 짧아지게 되므로 가공을 위한 소재비가 감소되고, 휠 샤프트(100)의 전체적인 무게가 감소하게 된다.

이 경우 휠 샤프트(100)가 고속 회전될 때 발생되었던 비틀림 모멘트가 감소하는데 보다 유리해지므로 고속 회전에 따른 비틀림 모멘트 발생 시점이 변화하게 된다.

상기 마그넷(30)은 상기 휠 샤프트(100)의 직경 보다 상대적으로 큰 직경을 갖고 설치되며 축 방향을 따라 소정의 길이로 연장된다.

상기 베어링(40)은 상기 휠 샤프트(100)에 삽입된 상기 마그넷(30)의 전방에 위치된 제1 베어링(42)과, 상기 마그넷(30)의 후방에 위치된 제2 베어링(44)을 포함하고 상기 제1 베어링(42)과 상기 제2 베어링(44) 사이에 마그넷(30)이 위치된다.

상기 제1,2 베어링(42, 44)은 저널 베어링이 사용되고 상기 휠 샤프트(100)가 회전될 때 상대 회전하면서 축 방향에서 가해지는 응력을 지지하고 고속 회전시 안정적인 회전을 가능하게 한다.

상기 휠 샤프트(100)는 선단부에서 후단부까지 연장된 총 연장 구간(S)에서 상기 선단부에서 상기 제1 베어링(42)이 위치된 사이를 제1 구간(S1)이라 정의하고, 상기 제1 베어링(42)에서 상기 제2 베어링(44)이 위치된 사이를 제2 구간(S2) 이라 정의할 때 상기 제1 구간(S1)은 상기 제2 구간(S2) 보다 짧은 길이로 연장된다.

상기 휠 샤프트(100)는 상기 제2 구간(S2)에 무게 중심이 위치되므로 상기 제1 구간(S1)의 길이가 감소될수록 무게 중심이 유지되는 상기 제2 구간(S2)에서 회전 중심이 유지하게 된다.

이 경우 휠 샤프트(100)가 고속 알피엠으로 회전될 경우에 축 방향을 기준으로 선단부에서 비틀림 모멘트가 감소하게 되므로 파손 또는 변형으로 인한 문제점 발생이 최소화 된다.

또한 상기 휠 샤프트(100)는 고속 회전시 비틀림 모멘트가 발생되는 경우에도 상기 제2 구간(S2)에서 주로 발생하게 되고 선단부 또는 후단부 위치에서 감소될 수 있어 상기 휠 샤프트(100)의 축 방향 전체 구간에서 비틀림 모멘트의 분포가 안정화 될 수 있다.

본 발명은 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리가 장착된 터보 차저를 제공하며, 상기 터보 차저에 장착하여 사용할 경우 고속 회전에 따른 비틀림 모멘트 감소 및 파손으로 인한 문제점 발생이 최소화 된다.

본 실시 예에 의한 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리에 대해 종래 기술에 의한 휠 샤프트 어셈블리와의 실험 데이터를 참조하여 크리티컬 스피드에 따른 고속 회전에서의 위험속도를 설명한다.

참고로 X축은 휠 샤프트(100)의 분당 회전수(rpm)을 나타낸 것이고, Y축은 고유 진동수를 나타낸 것이다.

종래의 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리(2)는 휠 샤프트(2a)의 일측 단부에 컴프레셔 휠(2b)이 결합되고, 상기 컴프레셔 휠(2b)을 고정하기 위해 육각 형태의 고정부재(2c)가 도면 기준으로 좌측 단부에 결합된다.

첨부된 도 4내지 도 5를 참조하면, 종래 기술은 73,000rpm에서 공진에 따른 변형이 발생되었고, 본 발명에 의한 휠 샤프트 어셈블리는 11만 6천 rpm 에서 공진에 따른 변형이 발생되는 것으로 상기 종래 기술에 비해 휠 샤프트의 고속 회전에 따른 공진이 발생되는 회전수가 상당히 차이가 발생되는 것을 알 수 있다.

이는 본 실시 예의 구성에 따른 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리를 사용할 경우 고속 회전에 따른 공진 발생 시점이 종래기술 보다 4만 rpm 이상 향상되므로 고속 회전에 따른 성능 향상이 예상되고 이로 인해 비틀림 모멘트에 의한 변형 발생도 감소되는 것을 알 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 전술한 제1 실시 예와 제2 실시 예의 차이점은 휠 샤프트(100)의 선단부에 제1 결합 홈이 형성되고, 후단부에도 제2 결합 홈(120)이 각각 형성되어 고속 회전에 따른 비틀림 모멘트를 감소시켜 사용 가능한 차이점을 갖는다.

첨부된 도 6을 참조하면, 본 실시 예는 선단부 내측에 소정의 길이로 제1 결합 홈(1100)이 형성되고, 후단부 내측에 소정의 길이로 제2 결합 홈(1200)이 형성된 휠 샤프트(1000)와, 상기 휠 샤프트(1000)의 선단부를 통해 삽입된 컴프레셔 휠(100)과, 상기 휠 샤프트(1000)의 선단부를 통해 삽입되고 상기 컴프레셔 휠(100)에 밀착되어 위치하는 샤프트 너트(200)와, 상기 휠 샤프트(1000)의 후단부를 통해 삽입된 마그넷(300) 및 상기 휠 샤프트(1000)에 삽입된 베어링(400)을 포함한다.

상기 제1 결합 홈(1100)은 상기 제2 결합 홈(1200) 보다 상대적으로 깊게 형성되는데, 이와 같이 형성되는 이유는 상기 제1 결함 홈(1100)이 형성된 위치에서 무게를 감소시킬 경우 휠 샤프트(1000)의 전체적인 무게 감소를 도모할 수 있다.

또한 본 실시 예는 기존과 같이 휠 샤프트(1000)의 선단부에 고정을 위해 육각가공부를 가공하지 않아도 되므로 불필요한 작업 공수가 삭제되고, 상기 제1 결합 홈(1100)에 의해 상기 휠 샤프트(1000)의 무게가 감소하여 고속 회전이 이루어질 때 발생되었던 비틀림 모멘트를 감소시켜 안정적으로 사용할 수 있다.

또한 휠 샤프트(1000)는 상기 제1 결합 홈(1100)에 의해 고속 회전이 이루어질 때 1차 고유 진동수를 낮출 수 있어 안전성 측면에서도 유리해 진다.

또한 본 실시 예는 육각가공부를 휠 샤프트(1000)에 설치할 필요가 없어 축 방향 길이가 종래에 비해 상대적으로 짧아 지게 된다. 즉 휠 샤프트(1000)는 축 방향 길이가 감소되므로 고속 회전에 따른 비틀림 모멘트도 상대적으로 감소하게 된다.

상기 제1 결합 홈(1100)에는 내부에 제1 나사산(1120)이 형성되고, 8mm ~ 10mm 사이에서 선택되는 어느 하나의 깊이로 형성된다. 상기 제1 결합 홈(1100)은 탭 가공 방식으로 가공되며 상기 휠 샤프트(1000)의 축 방향 중앙에 형성된다.

상기 제1 결합 홈(1100)은 개구된 깊이가 전술한 길이에서 선택되는 것이 바람직 하며 지나치게 깊게 형성될 경우 강도 저하 및 강성이 약해질 수 있어 전술한 수치 범위 이내에서 형성되는 것이 바람직하다.

본 실시 예는 기존과 같이 휠 샤프트(1000)의 선단부에 고정을 위해 육각가공부를 가공하지 않아도 되므로 불필요한 작업 공수가 삭제되고, 상기 제1 결합 홈(1100)에 의해 상기 휠 샤프트(1000)의 무게가 감소하여 고속 회전이 이루어질 때 발생되었던 비틀림 모멘트를 감소시켜 안정적으로 사용할 수 있다.

또한 상기 제1 결합 홈(1100)에 의해 상기 휠 샤프트(1000)가 고속 회전시에 1차 고유 진동수를 낮출 수 있어 안전성 측면에서도 유리해 진다.

상기 제2 결합 홈(1200)에는 내부에 제2 나사산(1220)이 형성되고, 상기 제2 결합 홈(1200)은 6mm ~ 8mm 사이에서 선택되는 어느 하나의 깊이로 형성된다. 상기 제2 결합 홈(1200)은 전술한 수치 범위 이내에서 형성되는 것이 안전성과 주변 구성품과의 결합 관계에서 유리하므로 상기 범위를 유지하면서 최적의 깊이가 선택될 수 있다.

상기 제2 결합 홈(1200)은 상기 제1 결합 홈(1100)에 비해 연장된 길이가 상대적으로 짧게 형성되는데, 이는 후술할 제2 베어링(440)의 위치 및 상기 휠 샤프트(1000)의 무게 중심을 고려하여 위와 같이 형성된다.

상기 제2 결합 홈(1200)은 상기 제2 베어링(440)이 설치된 위치 이내까지 연장되는데, 상기 제2 베어링(440)이 설치된 위치를 경유하여 제2 결합 홈(1200)이 형성될 경우 휠 샤프트(1000)의 강성을 저하시킬 수 있으므로 도면에 도시된 깊이로 형성되는 것이 바람직하다.

일 예로 상기 제1,2 나사산(1120, 1220)은 오른 나사 방향으로 나사산이 형성될 수 있으며 이 경우 상기 휠 샤프트(1000)를 고정하기 위해 제1 결합 홈(1100)의 내측으로 제1 고정 볼트(미도시)가 결합될 때 제2 나사산(1220)에 결합된 제2 고정 볼트(미도시)가 풀림 해제되는 방향으로 회전되지 않아서 안정적으로 결합된 상태가 유지된다.

샤프트 너트(200)는 컴프레셔 휠(100)에 대한 고정을 위해 구비되고, 축 방향 길이가 기존 보다 짧아지게 되므로 가공을 위한 소재비가 감소되며, 무게가 감소되어 휠 샤프트(1000)의 전체적인 무게가 감소하게 된다.

이 경우 휠 샤프트(1000)가 고속 회전될 때 발생되었던 비틀림 모멘트가 감소하는데 보다 유리해지므로 고속 회전에 따른 비틀림 모멘트가 종래에 비해 감소하게 된다.

상기 마그넷(300)은 상기 휠 샤프트(1000)의 직경 보다 상대적으로 큰 직경을 갖고 설치되며 축 방향을 따라 소정의 길이로 연장된다.

상기 베어링(400)은 상기 휠 샤프트(1000)에 삽입된 상기 마그넷(300)의 전방에 위치된 제1 베어링(420)과, 상기 마그넷(300)의 후방에 위치된 제2 베어링(440)을 포함하고 상기 제1 베어링(420)과 상기 제2 베어링(440) 사이에 마그넷(300)이 위치된다.

상기 제1,2 베어링(420, 440)은 저널 베어링이 사용되고 상기 휠 샤프트(1000)가 회전될 때 상대 회전하면서 축 방향에서 가해지는 응력을 지지하고 고속 회전시 안정적인 회전을 가능하게 한다.

상기 휠 샤프트(1000)는 선단부에서 후단부까지 연장된 총 연장 구간(S)에서 상기 선단부에서 상기 제1 베어링(420)이 위치된 사이를 제1 구간(S1)이라 정의하고, 상기 제1 베어링(420)에서 상기 제2 베어링(440)이 위치된 사이를 제2 구간(S2) 이라 정의할 때 상기 제1 구간(S1)은 상기 제2 구간(S2) 보다 짧은 길이로 연장된다.

상기 휠 샤프트(1000)는 상기 제2 구간(S2)에 무게 중심이 위치되므로 상기 제1 구간(S1)의 길이가 감소될수록 무게 중심이 유지되는 상기 제2 구간(S2)에서 회전 줌심이 유지하게 된다.

이 경우 휠 샤프트(1000)가 고속 알피엠으로 회전될 경우에 축 방향을 기준으로 선단부에서 비틀림 모멘트가 감소하게 되므로 파손 또는 변형으로 인한 문제점 발생이 최소화 된다.

또한 상기 휠 샤프트(1000)는 고속 회전시 비틀림 모멘트가 발생되는 경우에도 상기 제2 구간(S2)에서 주로 발생하게 되고 선단부 또는 후단부 위치에서 감소될 수 있어 상기 휠 샤프트(100)의 축 방향 전체 구간에서 비틀림 모멘트의 분포가 안정화 될 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100, 1000 : 휠 샤프트
110, 1100 : 제1 결합 홈
120, 1200 : 제2 결합 홈
10, 100 : 컴프레셔 휠
20, 200 : 샤프트 너트
30, 300 : 마그넷
40, 400 : 베어링

Claims

선단부 내측에 소정의 길이로 제1 결합 홈(110)이 형성된 휠 샤프트(100);
상기 휠 샤프트(100)의 선단부를 통해 삽입된 컴프레셔 휠(10);
상기 휠 샤프트(100)의 선단부를 통해 삽입되고 상기 컴프레셔 휠(10)에 밀착되어 위치하는 샤프트 너트(20);
상기 휠 샤프트(100)의 후단부를 통해 삽입된 마그넷(30); 및
상기 휠 샤프트(100)에 삽입된 베어링(40)을 포함하는 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리.
제1 항에 있어서,
상기 제1 결합 홈(110)에는 내부에 제1 나사산(112)이 형성된 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리.
제1 항에 있어서,
상기 휠 샤프트(100)는 후단부 내측에 소정의 길이로 제2 결합 홈(120)이 형성된 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리.
제3 항에 있어서,
상기 제2 결합 홈(120)에는 내부에 제2 나사산(122)이 형성된 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리.
제2 항에 있어서,
상기 제1 결합 홈(110)은 8mm ~ 10mm 사이에서 선택되는 어느 하나의 깊이로 형성된 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리.
제3 항에 있어서,
상기 제2 결합 홈(120)은 6mm ~ 8mm 사이에서 선택되는 어느 하나의 깊이로 형성된 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리.
제1 항에 있어서,
상기 베어링(40)은 상기 휠 샤프트(100)에 삽입된 상기 마그넷(30)의 전방에 위치된 제1 베어링(42);
상기 마그넷(30)의 후방에 위치된 제2 베어링(44)을 포함하고 상기 제1 베어링(42)과 상기 제2 베어링(44) 사이에 마그넷(30)이 위치된 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리.
제7 항에 있어서,
상기 휠 샤프트(100)는 선단부에서 후단부까지 연장된 총 연장 구간(S)에서 상기 선단부에서 상기 제1 베어링(42)이 위치된 사이를 제1 구간(S1)이라 정의하고,
상기 제1 베어링(42)에서 상기 제2 베어링(44)이 위치된 사이를 제2 구간(S2) 이라 정의할 때 상기 제1 구간(S1)은 상기 제2 구간(S2) 보다 짧은 길이로 연장되며,
상기 휠 샤프트(100)는 상기 제2 구간(S2)에 무게 중심이 위치된 것을 특징으로 하는 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리.
제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 컴프레셔 휠 샤프트 어셈블리가 장착된 터보 차저.