KR20220024137A - 구름 베어링 예압 부재가 장착된 회전 전기 기계 - Google Patents

구름 베어링 예압 부재가 장착된 회전 전기 기계 Download PDF

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KR20220024137A
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KR1020217041876A
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알렉시 라이벌스
장-클로드 라브로스
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발레오 에뀝망 엘렉뜨리끄 모떼르
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Abstract

본 발명은 주로 회전 전기 기계를 위한 조립체에 관한 것으로서, 이 조립체는:
- 구름 베어링(24)을 위한 리세스(23)를 갖는 브래킷(22),
- 축방향으로 리세스(23)의 단부벽과 구름 베어링(24) 사이에 배치되도록 의도된, 구름 베어링(24)을 예압하기 위한 예압 부재(32), 및
- 반경방향으로 구름 베어링(24)과 리세스(23)의 측벽 사이에 배치되도록 의도된, 구름 베어링(24)을 유지하기 위한 유지 부재(33)를 구비하고,
구름 베어링(24)을 유지하기 위한 유지 부재(33)는 회전 전기 기계의 조립 단계 중에 구름 베어링(24)이 리세스(23) 내에 삽입되기 전에 예압 부재(32)를 브래킷(22)의 리세스(23) 내에 축방향으로 유지하게 할 수 있도록 배열된다.

Description

구름 베어링 예압 부재가 장착된 회전 전기 기계
본 발명은 구름 베어링 예압 부재(rolling bearing preloading member)를 구비한 회전 전기 기계에 관한 것이다. 본 발명은 특히 유리하지만 배타적이지는 않게 자동차에 장착되는 회전 전기 기계에 적용할 수 있다.
그 자체로 알려진 방식으로, 회전 전기 기계는 샤프트에 고정되는 로터 및 스테이터를 갖는다. 로터는 구동 및/또는 종동 샤프트에 고정될 수 있으며, 얼터네이터(alternator), 전기 모터, 또는 두 모드에서 작동할 수 있는 가역 기계 형태의 회전 전기 기계에 속할 수도 있다.
로터는 리벳과 같은 적절한 체결 시스템에 의해 팩 형태로 유지되는 박판 적층체(stack of laminations)에 의해 형성된 몸체(body)를 가지고 있다. 로터는 예컨대 문서 EP0803962에 기술된 바와 같이 로터의 자성 질량체에 제공된 공동 내에 수납된 영구자석에 의해 형성되는 극을 갖는다. 대안적으로, "돌극(salient-pole)" 구조로 알려진 것에서, 극은 로터의 암(arm) 주위에 감긴 코일에 의해 형성된다.
나아가, 스테이터는 링을 형성하는 박판 적층체에 의해 형성되는 몸체를 갖는데, 그 내면에는 권선을 수용하도록 내부를 향해 개방된 슬롯이 제공된다. 권선은 예컨대 에나멜로 덮인 연속적인 와이어 또는 서로 용접된 핀들로부터 얻어진다. 권선은 스타 또는 델타 형상으로 연결된 다상 권선을 가질 수 있으며, 그 출력은 정류기 모드에서도 작동할 수 있는 전력 인버터를 갖는 전자 제어 모듈에 연결된다.
스테이터는 구름 베어링에 의해 샤프트를 회전 가능하게 지지하도록 구성된 브래킷을 갖는 케이싱 내에 장착된다. 서비스 수명을 최적화하기 위해, 회전 중인 샤프트를 안내하는 회전 전기 기계의 구름 베어링은 축방향 및/또는 반경방향의 기계적 하중 하에서 작동해야 한다. 얼터네이터를 구성하는 전기 기계의 경우, 기계적 하중은 연소 기관의 부속 표면에 있는 풀리와 전기 기계의 샤프트에 장착된 풀리 사이에 개재된 벨트식 운동 전달 시스템에 의해 가해진다.
그러나, 기어 메커니즘, 특히 기어박스의 기어 메커니즘과 결합된 전기 기계를 포함하는 특정 구동 구조의 경우, 회전 전기 기계에 토크가 가해지지 않아 구름 베어링이 기계적 하중을 받지 않는 수많은 서비스 상황이 관찰되었다.
따라서, 출원인은 구름 베어링 리세스 내에 예압 부재를 배치했다. 그러나, 이는 샤프트와 브래킷의 대응하는 구름 베어링이 협력하도록 하기 위해 모든 활동 부품(로터 및 스테이터)을 브래킷에 대해 이동시킬 필요가 있는 한에서는 조립 문제를 야기했다.
본 발명은 회전 전기 기계용 조립체를 제안함으로써 이러한 결점을 효과적으로 개선하는 것을 목적으로 하는데, 이 조립체는:
- 구름 베어링을 위한 리세스를 갖는 브래킷,
- 축방향으로 리세스의 단부벽과 구름 베어링 사이에 배치되도록 의도된, 구름 베어링을 예압하기 위한 예압 부재, 및
- 반경방향으로 구름 베어링과 리세스의 측벽 사이에 배치되도록 의도된, 구름 베어링을 유지하기 위한 유지 부재를 구비하고,
구름 베어링을 유지하기 위한 유지 부재는 회전 전기 기계의 조립 단계 중에 구름 베어링이 리세스 내에 삽입되기 전에 예압 부재를 브래킷의 리세스 내에 축방향으로 유지하는 것이 가능하도록 배열된다.
따라서, 본 발명은 "브래킷, 구름 베어링을 유지하기 위한 유지 부재, 및 예압 부재"에 의해 형성된 조립체가 조작 중에 예압 부재가 떨어질 위험 없이 조작될 수 있게 하고 그와 동시에 회전 전기 기계의 브래킷을 끼우는 동안 구름 베어링이 있는 샤프트와 활동 부품(스테이터 및 로터)을 정지 상태로 유지함으로써 회전 전기 기계의 조립을 용이하게 한다.
일 실시예에 따르면, 유지 부재는 구름 베어링이 브래킷의 리세스 내에 삽입될 때 예압 부재와 접촉하지 않도록 배열된다.
일 실시예에 따르면, 구름 베어링은 내륜, 외륜, 및 내륜과 외륜 사이에 배치된 시일(seal)을 갖고, 예압 부재는 시일과 접촉하지 않은 상태로 구름 베어링의 외륜에 축방향 힘을 인가하도록 구성된다. 이에 의해 구름 베어링의 서비스 수명을 연장할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 예압 부재는 파형 와셔(wave washer) 또는 테이퍼형 와셔(tapered washer)이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유지 부재는, 고온에서의 브래킷의 팽창 중에 발생하기 쉬운 구름 베어링과 브래킷 사이의 간극을 보완하기 위해, 구름 베어링보다 열팽창 능력이 더 큰 재료로 제조된다.
일 실시예에 따르면, 유지 부재는 플라스틱 재료로 제조된다.
일 실시예에 따르면, 유지 부재는 리세스에 대해 상기 유지 부재를 축방향으로 유지하기 위한 축방향 유지 수단이 제공된 환형의 몸체를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 유지 부재는 공차 링(tolerance ring)으로 구성된다.
일 실시예에 따르면, 유지 부재는 축방향 또는 반경방향으로 상기 리세스의 단부벽의 측면 너머로 연장되지 않은 상태로 완전히 리세스 내에 경계 설정된다.
본 발명은 또한 위에 정의된 바와 같은 조립체를 갖는 회전 전기 기계에 관한 것이다.
본 발명은 하기의 설명을 읽고 첨부 도면을 연구하면 더 잘 이해될 것이다. 이들 도면은 본 발명의 전적으로 비제한적인 예시로서만 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 회전 전기 기계의 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 구름 베어링 유지용 유지 부재와 예압 부재가 내부에 배치되는, 구름 베어링을 위한 리세스의 상세 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 회전 전기 기계에 통합되도록 의도된, 구름 베어링을 유지하기 위한 유지 부재의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 회전 전기 기계에 통합되도록 의도된, 구름 베어링을 예압하기 위한 예압 부재의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 회전 전기 기계에 통합되도록 의도된 구름 베어링 유지용 유지 부재 및 예압 부재의 사시도이다.
동일하거나 유사하거나 비슷한 요소는 도면 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호를 유지한다.
도 1은 회전 전기 기계(10)의 축에 대응하는 축(X)의 샤프트(13)에 장착된 로터(12)를 둘러싸는 다상 스테이터(11)를 갖는 회전 전기 기계(10)를 도시한다. 스테이터(11)는 스테이터(11)의 내주와 로터(12)의 외주 사이에 공극이 존재하는 상태로 로터(12)를 둘러싼다.
로터(12)는 그 자체로 알려진 방식으로 박판 적층체 형태의 몸체(15)를 갖는다. 영구자석(16)은 몸체(15)의 공동 내에 설치된다. 영구자석(16)은 회전 전기 기계(10)의 용도 및 희망 출력에 따라 희토류 또는 페라이트로 제조될 수 있다.
또한, 스테이터(11)는 몸체(18)와 권선(19)을 갖는다. 몸체(18)는 스테이터 권선(19)을 장착하기 위한 복수의 축방향 및 반경방향으로 개방된 슬롯을 갖는다. 이 경우, 권선(19)은 서로 용접되는 핀에 의해 형성된다. 변형예로서, 권선은 에나멜로 덮인 연속 와이어 또는 몸체(18)의 치형부 주위에 감긴 코일로 형성될 수도 있다. 권선(19)은 스타 또는 델타 형상으로 연결된 다상 권선을 가질 수 있으며, 그 출력은 정류기 모드에서도 작동할 수 있는 전력 인버터를 갖는 전자 제어 모듈에 연결된다.
회전 전기 기계(10)는 또한 예컨대 알루미늄계 재료로 제조된 전방 브래킷(21) 및 후방 브래킷(22)을 갖는다. 전방 브래킷(21) 및 후방 브래킷(22) 각각에는 회전하는 샤프트(13)를 안내하는 구름 베어링(24), 특히 볼 베어링을 수용하도록 의도된 리세스(23)가 제공된다.
구름 베어링(24)은 내륜(24.1), 외륜(24.2), 내륜(24.1)과 외륜(24.2) 사이의 상대 회전 운동을 허용하는 볼(24.3), 및 내륜(24.1)과 외륜(24.2) 사이에 배치된 시일(24.4)을 갖는다.
전방 브래킷(21)은 샤프트(13)의 출력측에 위치되는 반면에(그 출력은 기어박스의 기어 메커니즘과 같은 회전 전기 기계(10)의 외부 요소와 협력하도록 의도됨), 후방 브래킷(22)은 샤프트(13)의 출력측에 대해 반대쪽에 위치된다.
이 경우, 브래킷(21, 22)은 축(X)에 대해 횡방향으로 배향되며 중심에 구름 베어링(24)을 위한 리세스(23)를 포함하는 벽(26)을 갖는데, 축(X)에 대해 축방향으로 배향되는 환형 측벽(27)이 이 벽(26)으로부터 출발한다.
냉각 챔버(29)는 전방 브래킷(21)의 측벽(27)의 외주와 후방 브래킷(22)의 측벽(27)의 내주에 의해 구획된다. 이 냉각 챔버(29)는 2개의 시일(30)에 의해 그의 축방향 단부들에서 밀폐된다. 스테이터(11)는 스테이터(11)의 몸체의 외주와 전방 브래킷(21)의 측벽(27) 내주 사이에 밀접한 접촉을 확립하도록 전방 브래킷(21) 내에 억지 끼워맞춤으로 장착되는 것이 바람직하다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 기계적 하중 하에서의 구름 베어링(24)의 작동을 보장하기 위해, 예압 부재(32)가 축방향으로 후방 브래킷(22)의 리세스(23)의 단부벽과 대응하는 구름 베어링(24) 사이에 배치되어, 구름 베어링(24)에 축방향 힘을 인가한다. 또한, 구름 베어링(24)을 유지하기 위한 유지 부재(33)가 반경방향으로 구름 베어링(24)과 리세스(23)의 측벽 사이에 배치된다.
유지 부재(33)는 회전 전기 기계(10)의 조립 단계 중에 구름 베어링(24)이 리세스(23) 내에 삽입되기 전에 후방 브래킷(22)의 리세스(23) 내에서 예압 부재(32)를 축방향으로 유지하는 것을 가능하게 하도록 배열된다. 이를 위해, 예압 부재(32)의 외경(D1)은 유지 부재(33)의 내경(D2)보다 크고, 유지 부재(33)의 외경(D3)보다 작거나 같다. 유지 부재(33)의 외경(D3)은 리세스(23)의 내경과 실질적으로 동일하다.
따라서, 예압 부재(32)는 "브래킷(22), 예압 부재(32) 및 유지 부재(33)"의 조립체가 로터(12)가 장착되는 샤프트(13)의 구름 베어링(24)과 협력하도록 수직으로 배치될 때 유지 부재(33)의 축방향 단부에 놓일 수 있다.
예압 부재(32)는 시일(24.4)과 접촉하지 않은 상태로 구름 베어링(24)의 외륜(24.2)에 축방향 힘을 인가하도록 구성된다. 이것은 구름 베어링(24)의 서비스 수명을 연장시킬 수 있다. 예압 부재(32)는 바람직하게는 도 2, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 파형 와셔이다. 따라서, 와셔(32)는 일련의 산부(peak)(36) 및 골부(trough)(37)에 의해 형성되는 복수의 파형부(35)를 갖는다. 예컨대 3 내지 8인 와셔(32)의 파형부(35)의 수는 적용예, 및 특히 구름 베어링(24)에 가해지는 힘에 따라 다르다. 대안적으로, 와셔(32)는 테이퍼형 와셔일 수도 있다.
유리하게는, 유지 부재(33)는 구름 베어링(24)이 브래킷의 리세스(23) 내로 삽입될 때 예압 부재(32)와 접촉하지 않도록 배열된다. 이를 위해, 유지 부재(33)는 도 2에 도시된 바와 같이 구름 베어링(24)의 외륜(24.2)의 축방향 길이(L2)보다 짧은 축방향 길이(L1)를 갖는다.
유지 부재(33)는 고온에서의 브래킷(22)의 팽창 중에 발생하기 쉬운 구름 베어링(24)과 브래킷(22) 사이의 간극을 보완하기 위해 구름 베어링(24)보다 더 많이 열팽창하는 재료, 특히 플라스틱 재료로 제조된다.
이 경우, 도 3 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 유지 부재(33)는 리세스(23)에 대해 상기 유지 부재(33)를 축방향으로 유지하기 위한 축방향 유지 수단(33.2)이 제공된 환형의 몸체(33.1)를 갖는다. 축방향 유지 수단(33.2)은 예컨대 리세스(23)에 제공된 대응하는 형상의 홈(39) 내에 삽입되도록 의도된 립(lip)으로 구성될 수도 있다(도 2 참조).
유지 부재(33)는 또한 리세스(23)에 제공된 대응하는 형상의 만입부 내에 삽입되는 러그로 구성된 회전 방지 수단(33.3)을 가질 수도 있다. 그러나, 회전 방지 수단(33.3)의 존재가 필수적인 것은 아니다.
유지 부재(33)는 축방향 또는 반경방향으로 상기 리세스(23)의 단부벽의 측면 너머로 연장되지 않은 상태로 완전히 리세스(23) 내에 경계 설정된다.
변형예로서, 유지 부재(33)는 공차 링으로 구성된다. 이 공차 링은 팽창 동안 리세스(23)의 치수 변화에 적응하도록 탄성적으로 변형 가능한 환형 부분뿐만 아니라, 환형 부분의 내주 상에 설치된 복수의 요소를 갖는다. 이들 내부 요소는 또한 구름 베어링(24)과의 접촉을 보장하기 위해 탄성적으로 변형될 수 있다.
물론, 위의 설명은 단지 예로서 제공되었을 뿐 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 다양한 요소를 임의의 다른 균등물로 대체하는 것은 상기 범위로부터의 이탈을 구성하지는 않을 것이다.
또한, 본 발명의 다양한 특징, 변형예 및/또는 실시예는 이들이 상호 호환 가능하지 않거나 상호 배타적이지 않은 한 다양한 조합으로 서로 결합될 수 있다.

Claims (10)

  1. 회전 전기 기계(10)를 위한 조립체에 있어서,
    - 구름 베어링(24)을 위한 리세스(recess)(23)를 갖는 브래킷(bracket)(22),
    - 축방향으로 상기 리세스(23)의 단부벽과 상기 구름 베어링(24) 사이에 배치되도록 의도된, 상기 구름 베어링(24)을 예압하기 위한 예압 부재(preloading member)(32), 및
    - 반경방향으로 상기 구름 베어링(24)과 상기 리세스(23)의 측벽 사이에 배치되도록 의도된, 상기 구름 베어링(24)을 유지하기 위한 유지 부재(33)를 구비하고,
    상기 구름 베어링(24)을 유지하기 위한 유지 부재(33)는 회전 전기 기계(10)의 조립 단계 중에 상기 구름 베어링(24)이 상기 리세스(23) 내에 삽입되기 전에 상기 예압 부재(32)를 상기 브래킷(22)의 리세스(23) 내에 축방향으로 유지하게 할 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지 부재(33)는 상기 구름 베어링(24)이 상기 브래킷(22)의 리세스(23) 내에 삽입될 때 상기 예압 부재(32)와 접촉하지 않도록 배열되는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구름 베어링(24)은 내륜(24.1), 외륜(24.2), 및 상기 내륜(24.1)과 상기 외륜(24.2) 사이에 배치된 시일(seal)(24.4)을 갖고, 상기 예압 부재(32)는 상기 시일(24.4)과 접촉하지 않은 상태로 상기 구름 베어링(24)의 외륜(24.2)에 축방향 힘을 인가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 조립체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예압 부재(32)는 파형 와셔(wave washer) 또는 테이퍼형 와셔(tapered washer)인 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 조립체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재(33)는, 고온에서의 상기 브래킷(22)의 팽창 중에 발생하기 쉬운 상기 구름 베어링(24)과 상기 브래킷(22) 사이의 간극을 보완하기 위해, 상기 구름 베어링(24)보다 열팽창 능력이 더 큰 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유지 부재(33)는 플라스틱 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 조립체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재(33)는 상기 리세스(23)에 대해 상기 유지 부재(33)를 축방향으로 유지하기 위한 축방향 유지 수단(33.2)이 제공된 환형의 몸체(33.1)를 갖는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 조립체.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재(33)는 공차 링(tolerance ring)으로 구성되는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 조립체.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재(33)는 축방향 또는 반경방향으로 상기 리세스(23)의 단부벽의 측면 너머로 연장되지 않은 상태로 완전히 상기 리세스(23) 내에 경계 설정되는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 조립체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 조립체를 구비한
    회전 전기 기계(10).
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