KR20220151897A - Vehicle Generator - Google Patents

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KR20220151897A
KR20220151897A KR1020210059192A KR20210059192A KR20220151897A KR 20220151897 A KR20220151897 A KR 20220151897A KR 1020210059192 A KR1020210059192 A KR 1020210059192A KR 20210059192 A KR20210059192 A KR 20210059192A KR 20220151897 A KR20220151897 A KR 20220151897A
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강경호
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Abstract

The present invention relates to a vehicle power generator and, in particular, to a vehicle power generator which includes a torsion damper to prevent damage to a shaft or a coupler due to torsional resonance at an operating speed and to prevent backlash and rattling noise due to a spline connection structure. The vehicle power generator, which is directly connected between an engine and a transmission of a vehicle, comprises a torsion damper in which a coupling part for coupling with a shaft of a power generator is formed in the center thereof, a plurality of fastening holes for assembly with the engine are formed on an edge part thereof, and a spring operated to suppress a change in torque when torque is transmitted due to an excessive amount of torsional torque of the engine is formed in an outer circumferential direction of the coupling part.

Description

차량용 발전기{Vehicle Generator}Vehicle Generator {Vehicle Generator}

본 발명은 차량용 발전기에 관한 것으로서, 특히 비틀림 댐퍼를 구비하여 공진 주파수 이상의 운전속도에서 비틀림 공진으로 인한 축 또는 커플러의 파손을 예방하고 스플라인 연결 구조에 의한 백래쉬와 엔진 토크 맥동에 의해 발생되는 치타음을 방지하는 차량용 발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle generator, and more particularly, torsion dampers are provided to prevent damage to a shaft or coupler due to torsional resonance at an operating speed higher than the resonance frequency, and to prevent backlash and engine torque pulsation caused by a spline connection structure. It relates to a vehicle generator that prevents

일반적으로 차량에 설치되는 엔진은 연료의 종류에 따라 디젤, 가솔린, LPG 엔진으로 구분되며, 실린더 내에서 연료와 공기의 혼합기체를 점화, 폭발시켜 피스톤의 왕복운동으로 크랭크축과, 이 크랭크축의 단부에 크랭크휠을 회전시킴으로써, 열에너지를 기계적 에너지로 바꿔 차량에 동력을 공급하는 내연기관이다.In general, engines installed in vehicles are classified into diesel, gasoline, and LPG engines according to the type of fuel, and a mixture of fuel and air is ignited and exploded in a cylinder to reciprocate the piston to move the crankshaft and the end of the crankshaft. It is an internal combustion engine that converts thermal energy into mechanical energy by rotating a crank wheel to power the vehicle.

또, 변속기는 엔진의 크랭크휠에 연결되어 엔진에서 발생하는 동력을 속도에 따라 필요한 회전력으로 바꾸어 전달하는 장치로써, 현재에는 차량의 주행속도와 부하(負荷)에 맞추어 자동으로 최적의 토크 변환을 얻을 수 있도록 마찰클러치를 없애고, 유체를 이용하여 엔진의 동력을 전달하는 토크컨버터를 장착한 자동변속기가 많이 사용되고 있다.In addition, the transmission is a device that is connected to the crank wheel of the engine and converts the power generated by the engine into the rotational force required according to the speed and transmits it. An automatic transmission equipped with a torque converter that transmits engine power using fluid and eliminating a friction clutch is widely used.

따라서, 종래의 차량은 전기모터에 전기를 공급하는 축전지를 충전하기 위해 발전기가 필요함에 따라, 도 1에 도시된 바와 같이, 차량용 발전기(100)가 차량의 엔진(10) 및 변속기(20) 사이에 직접 연결되어 상시 발전으로 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전지에 전기를 충전하게 하였다.Therefore, as a conventional vehicle requires a generator to charge a storage battery that supplies electricity to an electric motor, as shown in FIG. 1, a vehicle generator 100 is installed between the engine 10 and the transmission 20 of the vehicle. Directly connected to the constant power generation, mechanical energy is converted into electrical energy to charge the storage battery.

그러나, 종래의 차량용 발전기는 엔진에서 발생된 토크 변동이 발전기와 커플링의 축계에 직접 전달되는 구조 즉, 엔진의 토크 맥동을 흡수할 수 있는 구조가 없기 때문에 발전기 회전자의 관성이 엔진 내부 축계의 관성보다 클 경우 엔진 운전 영역 내에서 비틀림 공진이 발생되어 축계에 과다한 변위를 발생시켜 축 또는 커플러의 파손을 야기할 수 있는 문제점이 있었다.However, since the conventional vehicle generator does not have a structure in which the torque fluctuation generated by the engine is directly transmitted to the shaft system of the generator and the coupling, that is, there is no structure capable of absorbing torque pulsation of the engine, the inertia of the generator rotor is If it is greater than the inertia, there is a problem in that torsional resonance occurs within the engine operating range, causing excessive displacement in the shaft system and causing damage to the shaft or coupler.

또, 발전기와 커플러의 조립 구조 상 스플라인 연결구조를 채택하게 되는데 스플라인 구조는 백래쉬를 가지게 되므로 백래쉬에 의한 치타음이 발생하므로 지속적인 소음과 마모로 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.In addition, the spline connection structure is adopted due to the assembly structure of the generator and the coupler. Since the spline structure has a backlash, a rattling sound is generated due to the backlash, so there is a problem in that durability is deteriorated due to continuous noise and wear.

또한, 스플라인 연결부에서 발생된 마모는 기어면에서 금속분진을 발생시키기 때문에 영구자석형 발전기 회전자에 배치된 자석에 흡착되어 발전기 성능을 저하시키는 원인이 되는 문제점이 있었다.In addition, since the abrasion generated in the spline connection part generates metal dust on the gear surface, it is adsorbed to the magnet disposed in the rotor of the permanent magnet type generator, causing deterioration in the performance of the generator.

공개특허 제10-2015-0112064호Patent Publication No. 10-2015-0112064 등록번호 제10-1316601호Registration No. 10-1316601

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진 운전 영역 내에서 비틀림 공진 발생으로 인한 축 또는 커플러의 파손을 예방하는 차량용 발전기를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle generator that prevents damage to a shaft or coupler due to torsional resonance in an engine operating area.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량의 엔진 및 변속기 사이에 직접 연결되는 차량용 발전기에 있어서, 중앙에 발전기의 축과 결합을 위한 결합부가 형성되고, 가장자리 부분에는 엔진과의 조립을 위한 복수 개의 체결구멍이 형성되며, 상기 결합부의 외주 방향으로는 엔진의 비틀림 토크가 과다하게 발생하여 토크전달이 이루어질 경우 토크의 변화를 억제하도록 작동되는 스프링이 형성된 비틀림 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a vehicle generator directly connected between a vehicle engine and a transmission, in which a coupling portion for coupling with a shaft of the generator is formed in the center, and a plurality for assembly with the engine is formed at the edge portion. Two fastening holes are formed, and a spring-formed torsion damper is operated to suppress a change in torque when an excessive torsional torque of the engine is generated and torque is transmitted in an outer circumferential direction of the coupling part.

본 발명은 차량용 발전기에 있어서, 상기 비틀림 댐퍼는 엔진의 관성과 발전기 축의 관성 차이값을 최소화 하기 위해 1차측 회전부와 2차측 회전부로 구성되는 것을 특징으로 한다.In the vehicle generator of the present invention, the torsion damper is characterized in that it is composed of a primary rotation unit and a secondary rotation unit in order to minimize the difference between the inertia of the engine and the generator shaft inertia.

본 발명은 차량용 발전기에 있어서, 상기 비틀림 댐퍼의 스프링은 2단의 비틀림 강성을 구현하기 위해 제1 단 스프링과 제2 단 스프링으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In the vehicle generator of the present invention, the spring of the torsion damper is characterized in that it is formed of a first-stage spring and a second-stage spring to implement two-stage torsional rigidity.

본 발명은 차량용 발전기에 있어서, 상기 비틀림 댐퍼의 강성 및 관성값은 전체 축계의 비틀림 공진주파수 영역이 엔진의 아이들 회전수 이내 또는 발전개시 속도와 엔진의 아이들 회전수 사이에서 결정되는 것을 특징으로 한다.In the vehicle generator of the present invention, the stiffness and inertia values of the torsion damper are characterized in that the torsional resonance frequency region of the entire shaft system is determined within the engine idle speed or between the power generation start speed and the engine idle speed.

본 발명은 차량용 발전기에 있어서, 상기 비틀림 댐퍼는 발전기의 사용 운전 조건 내에 공진이 발생하여도 치타음이 발생되지 않도록 히스테리시스 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.In the vehicle generator of the present invention, the torsion damper is characterized in that it has a hysteresis characteristic so that a chittering sound is not generated even when resonance occurs within operating conditions of the generator.

본 발명은 차량용 발전기에 있어서, 상기 비틀림 댐퍼는 1차측 회전부의 관성이 2차측 회전부의 관성에 비해 큰 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the vehicle generator, the torsion damper is characterized in that the inertia of the primary rotation unit is greater than that of the secondary rotation unit.

본 발명은 차량용 발전기에 있어서, 상기 비틀림 댐퍼의 스프링은 엔진의 토크전달이 비틀림 댐퍼의 비틀림 각도 4°미만에서 제1 단 스프링만 토크 변화를 억제하도록 작동되는 것을 특징으로 한다.In the vehicle generator of the present invention, the spring of the torsion damper is characterized in that only the first-stage spring is operated to suppress torque change when the torque transmission of the engine is less than 4° torsion angle of the torsion damper.

본 발명은 차량용 발전기에 있어서, 상기 비틀림 댐퍼의 스프링은 엔진의 비틀림 토크전달이 비틀림 댐퍼의 비틀림 각도 4°이상에서는 제1 단 스프링과 제2 단 스프링이 모두 비틀림 압축 강성을 발휘하여 토크 변화 및 이에 따른 댐퍼의 하중변화를 억제하도록 작동되는 것을 특징으로 한다.In the vehicle generator of the present invention, the spring of the torsion damper exhibits torsional compression stiffness when the torsional torque transmission of the engine is greater than the torsion angle of the torsion damper at 4 ° or more, so that the torque change and thus It is characterized in that it operates to suppress the change in the load of the damper according to.

또한, 본 발명은 상기 발전기를 구비하는 차량을 더 제공한다.In addition, the present invention further provides a vehicle equipped with the generator.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 발전기는 링기어 조립체에 조립이 가능한 비틀림 댐퍼와 변속기와 체결이 가능한 커플러를 구비함으로써, 엔진 운전 영역 내에서 비틀림 공진 발생을 방지하여 축 또는 커플러의 파손을 예방하는 효과가 있다.As described above, the vehicle generator according to the present invention includes a torsion damper that can be assembled to the ring gear assembly and a coupler that can be fastened to the transmission, thereby preventing torsional resonance from occurring within the engine operating area to prevent damage to the shaft or coupler has the effect of

또, 본 발명은 공진주파수 이상의 운전속도에서 공진특성으로 인해 비틀림 각도가 공진점 이후로 감쇠되어 입력되는 토크 맥동보다 출력 토크 맥동이 줄어드는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of reducing the output torque pulsation rather than the input torque pulsation because the torsion angle is attenuated beyond the resonance point due to the resonance characteristic at an operating speed equal to or higher than the resonance frequency.

또한, 본 발명은 사용 운전 조건 내에 공진이 발생하여도 토크 맥동과 백래쉬로 인한 치타음의 발생을 방지하여 소음과 마모로 인한 내구성 저하를 예방하는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of preventing durability deterioration due to noise and wear by preventing torque pulsation and generation of rattling noise due to backlash even when resonance occurs within operating conditions.

도 1은 종래의 차량의 엔진 및 변속기 사이에 결합된 차량용 발전기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 발전기를 엔진과 변속기사이에 조립 상태를 개략적으로 분리하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 비틀림 댐퍼의 구조를 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 비틀림 댐퍼의 스프링에 의한 2단 강성을 구현할 수 있는 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 비틀림 댐퍼의 스프링에 의한 2단 강성 특성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 비틀림 댐퍼가 발전기의 회전축에 결합될 수 있는 상태를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 도 2의 조립 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 요부 단면도이다.
도 9는 도 8의 요부 확대도이다.
도 10은 본 발명에 따른 차량용 발전기의 엔진 부하곡선에서의 댐퍼 운전가능 속도영역을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 차량용 발전기의 비틀림 댐퍼에 대한 공진특성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 1자유도의 감쇠 강제진동을 해석할 경우 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 차량용 발전기의 비틀림 댐퍼의 히스테리시스 토크 발생 특성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 14는 실린더 수에 따라 엔진의 토크 맥동 파형이 달리 형성되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a vehicle generator coupled between an engine and a transmission of a conventional vehicle.
Figure 2 is a diagram showing a schematic separation of the assembly state between the engine and the transmission of the vehicle generator according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is an enlarged view of the structure of a torsion damper according to the present invention.
4 is a view schematically showing a structure capable of realizing two-stage stiffness by a spring of a torsion damper according to the present invention.
5 is a view showing the two-stage stiffness characteristics by the spring of the torsion damper according to the present invention.
6 is an enlarged view showing a state in which the torsion damper according to the present invention can be coupled to the rotating shaft of the generator.
7 is a view showing an assembled state of FIG. 2 according to the present invention.
Fig. 8 is a cross-sectional view of a main part of Fig. 7;
Fig. 9 is an enlarged view of a main part of Fig. 8;
10 is a view showing a damper operable speed range in an engine load curve of a vehicle generator according to the present invention.
11 is a diagram schematically showing resonance characteristics of a torsion damper of a vehicle generator according to the present invention.
12 is a graph in the case of analyzing the damped forced vibration of one degree of freedom.
13 is a diagram schematically showing hysteresis torque generating characteristics of a torsion damper for a vehicle generator according to the present invention.
14 is a diagram schematically illustrating a state in which torque pulsation waveforms of an engine are differently formed according to the number of cylinders.

이하, 본 발명에 따른 차량용 발전기의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a vehicle generator according to the present invention will be described in more detail based on the accompanying drawings.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야함을 명시한다.Here, components having the same functions in all the following drawings use the same reference numerals, and repetitive descriptions are omitted. In addition, the terms to be described later are defined in consideration of the functions in the present invention, which are unique and commonly used. to be interpreted in a meaningful way.

도 2 내지 도 14에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 발전기(200)는 중앙에 발전기(200)의 회전축(200a)과 결합을 위한 결합부(211)가 형성되고, 가장자리 부분에는 엔진(300)과의 조립을 위한 복수 개의 체결구멍(212)이 형성되며, 상기 결합부(211)의 외측으로는 엔진(300)의 비틀림 토크가 과다하게 발생하여 토크전달이 이루어질 경우 토크의 변화를 억제하도록 작동되는 스프링(213)이 형성된 비틀림 댐퍼(210)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIGS. 2 to 14, the vehicle generator 200 according to the present invention has a coupling part 211 for coupling with the rotating shaft 200a of the generator 200 at the center, and the engine 300 is formed at the edge. ) A plurality of fastening holes 212 for assembly are formed, and to the outside of the coupling part 211, when the torsional torque of the engine 300 is excessively generated and torque transmission is made, the change in torque is suppressed. It includes a torsion damper 210 having an actuated spring 213 formed thereon.

여기서, 상기 발전기(200)의 회전축(200a)은 외면에 여러 줄의 키(key)를 절삭한 스플라인(spline) 구조로 형성된다.Here, the rotating shaft 200a of the generator 200 is formed in a spline structure by cutting several rows of keys on the outer surface.

그리고, 상기 비틀림 댐퍼(210)의 결합부(211)는 상기 발전기(200)의 회전축(200a)과 결합하기 위한 스플라인 보스(spline boss) 구조로 형성된다.And, the coupling part 211 of the torsion damper 210 is formed in a spline boss structure for coupling with the rotary shaft 200a of the generator 200.

또, 상기 비틀림 댐퍼(210)는 엔진(300)의 관성과 발전기(200)의 회전축(200a)의 관성 차이값을 최소화 하기 위해 1차측 회전부(214)와 2차측 회전부(215)로 구성된다.In addition, the torsion damper 210 is composed of a primary rotation unit 214 and a secondary rotation unit 215 to minimize the difference between the inertia of the engine 300 and the rotation shaft 200a of the generator 200.

그리고, 상기 비틀림 댐퍼(210)는 엔진(300)의 관성과 발전기(200)의 회전축(200a)의 관성 차이값을 최소화 하기 위해 1차측 회전부(214)의 관성이 2차측 회전부(215)의 관성에 비해 큰 특징을 가진다.In addition, the torsion damper 210 minimizes the difference between the inertia of the engine 300 and the inertia of the rotation shaft 200a of the generator 200, so that the inertia of the primary rotation unit 214 is the inertia of the secondary rotation unit 215 has greater characteristics than

예컨대, 상기 엔진(300)의 회전방향은 고정이고, 발전기(200)의 회전자 관성이 엔진(300)의 회전자 관성보다 크기 때문에 엔진(300)의 관성과 발전기 회전축(200a)의 관성 차이값을 최소화 하기 위해 상기 비틀림 댐퍼(210)의 1차측 회전부(214)의 관성을 2차측 회전부(215)의 관성에 비해 최대한 증가시키는 것이 바람직하다.For example, since the rotation direction of the engine 300 is fixed and the rotor inertia of the generator 200 is greater than the rotor inertia of the engine 300, the difference between the inertia of the engine 300 and the inertia of the generator shaft 200a It is preferable to increase the inertia of the primary rotating part 214 of the torsion damper 210 as much as possible compared to the inertia of the secondary rotating part 215 in order to minimize

또한, 상기 비틀림 댐퍼(210)의 스프링(213)은 2단의 비틀림 강성을 가지도록 1차측 회전부(214)와 2차측 회전부(215) 사이에 형성되는 제1 단 스프링(213a)과 제2 단 스프링(213b)으로 구성된다.In addition, the spring 213 of the torsion damper 210 includes a first stage spring 213a and a second stage formed between the primary rotation unit 214 and the secondary rotation unit 215 so as to have two stages of torsional rigidity. Consists of a spring (213b).

즉, 상기 비틀림 댐퍼(210)의 스프링(213)은 도 4에 도시된 바와 같이 2단의 비틀림 강성을 구현하기 위해 제1 단 스프링(213a)과 제2 단 스프링(213b)으로 2개가 조립 형성된다.That is, as shown in FIG. 4, the spring 213 of the torsion damper 210 is assembled into a first spring 213a and a second spring 213b to realize a two-stage torsional rigidity. do.

이러한 구성의 상기 비틀림 댐퍼(210)를 구비하는 발전기(200)는, 예컨대 이상 연소 등에 의해 엔진(300)의 비틀림 토크가 과다하게 발생되어 토크전달이 이루어지면 도 5에 도시된 바와 같이 비틀림 각도 이상에서 강성이 변경되어 토크의 변화 및 이에 따른 댐퍼의 하중변화를 억제하도록 작동되게 된다.In the generator 200 having the torsion damper 210 having such a configuration, for example, when the torsional torque of the engine 300 is excessively generated due to abnormal combustion and the torque is transmitted, as shown in FIG. 5, the torsion angle or more The rigidity is changed in and operates to suppress the change in torque and the consequent change in the load of the damper.

예컨대, 상기 엔진(300)의 토크전달이 비틀림 댐퍼(210)의 비틀림 각도 4°미만에서는 제1 단 스프링(213a)의 비틀림 강성 내에서 토크 변화 및 이에 따른 댐퍼의 하중변화를 억제하도록 작동된다.For example, when the torque transmission of the engine 300 is less than 4 ° of the torsion angle of the torsion damper 210, the torque change within the torsional rigidity of the first stage spring 213a and the resultant load change of the damper are suppressed.

그러나, 상기 엔진(300)의 이상 연소 등으로 인해 엔진(300)의 비틀림 토크가 과다하게 발생되어 토크전달이 비틀림 댐퍼(210)의 비틀림 각도 4°이상에서는 제1 단 스프링(213a)과 제2 단 스프링(213b)이 모두 비틀림 압축 강성을 발휘하여 토크 변화 및 이에 따른 댐퍼의 하중변화를 억제하도록 작동된다.However, the torsional torque of the engine 300 is excessively generated due to abnormal combustion of the engine 300, so that the torque is transferred to the first stage spring 213a and the second stage spring 213a when the torsion angle of the torsion damper 210 is greater than 4°. However, all of the springs 213b exert torsional compression stiffness to suppress torque change and consequent load change of the damper.

또, 상기 비틀림 댐퍼(210)의 강성 및 관성값은 전체 축계의 비틀림 공진주파수(공진점) 영역이 엔진(300)의 아이들 회전수 이내 또는 발전개시 속도와 엔진(300)의 아이들 회전수 사이에서 결정되는 것이 바람직하다.In addition, the stiffness and inertia values of the torsion damper 210 are determined within the torsional resonance frequency (resonance point) area of the entire shaft system within the idle rotation speed of the engine 300 or between the power generation start speed and the idle rotation speed of the engine 300 it is desirable to be

즉, 고유 진동수(Natural frequency)는 회전운동의 경우, 관성과 비틀림 강성(스프링 상수)으로 결정된다.That is, the natural frequency is determined by inertia and torsional stiffness (spring constant) in the case of rotational motion.

따라서, 상기 비틀림 댐퍼(210)의 강성 및 관성에 의한 공진주파수 결정은 1자유도의 비감쇠 자유진동을 해석하면 고유진동수는 ωn 으로 계산된다.Therefore, when determining the resonant frequency by the stiffness and inertia of the torsion damper 210, the natural frequency is calculated as ω n when the undamped free vibration of one degree of freedom is analyzed.

Figure pat00001
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Figure pat00002
Figure pat00003

m : 질량 또는 관성m : mass or inertia

K : 강성(스프링 상수)K : Stiffness (spring constant)

F(t) : 가진력(엔진의 폭발행정에 따른 토크맥동)F(t): Excitation force (torque pulsation according to the explosion stroke of the engine)

그러므로, 본 발명에 따른 상기 비틀림 댐퍼(210)의 강성 및 관성값을 전체 축계의 비틀림 공진주파수(공진점) 설정 영역은 도 10에 도시된 바와 같이 엔진(300)의 아이들 회전수 이내 또는 발전개시 속도와 엔진(300)의 아이들 회전수 사이에서 결정될 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 10, the stiffness and inertia values of the torsion damper 210 according to the present invention are set within the idle rotation speed of the engine 300 or the power generation start speed, as shown in FIG. It can be determined between and the idle speed of the engine 300.

여기서, 공진주파수 이상의 운전속도에서는 도 11 도시된 바와 같은 공진특성으로 인해 비틀림 각도가 공진주파수(공진점) 이후로 감쇠되어 입력되는 토크 맥동보다 출력 토크 맥동이 줄어드는 특성을 가지게 되기 때문이다.Here, at a driving speed higher than the resonance frequency, the torsion angle is attenuated after the resonance frequency (resonance point) due to the resonance characteristic as shown in FIG.

예컨대, 공진주파수 이상의 운전속도에서는 공진특성으로 인해 비틀림 각도가 감쇠되는 근거는, 1 자유도의 감쇠 강제진동을 해석하면 아래의 식과 같이 계산될 수 있다. For example, the reason why the torsion angle is attenuated due to the resonance characteristic at a driving speed higher than the resonance frequency can be calculated as the following equation by analyzing the damped forced vibration of one degree of freedom.

Figure pat00004
Figure pat00004

Figure pat00005
Figure pat00005

m : 질량 또는 관성m : mass or inertia

K : 강성(스프링 상수)K : Stiffness (spring constant)

C : 댐핑(히스테리시스 토크 마찰력)C: Damping (hysteresis torque friction force)

F(t) : 가진력(엔진의 폭발행정에 따른 토크맥동)F(t): Excitation force (torque pulsation according to engine explosion stroke)

도 12에 도시된 바에서 알 수 있듯이, 1차 고유진동수 이후 진폭이 1보다 작아진다.As shown in FIG. 12, the amplitude becomes less than 1 after the first natural frequency.

즉, 사용하지 않는 운전점에 공진을 위치시켜 이후 영역의 진폭을 감쇠시키면 진동을 줄일 수 있다. That is, the vibration can be reduced by locating the resonance at the operating point that is not in use and damping the amplitude of the subsequent region.

여기서, 현실적으로 운전점 밖으로 공진을 회피시켜도 되지만, 중량과 체적 한계로 불가능한 경우가 많다. 특히 엔진 회전체의 경우 특히 그렇다.Here, it is possible to realistically avoid resonance outside the operating point, but it is often impossible due to weight and volume limitations. Especially in the case of the engine rotating body.

또한, 상기 비틀림 댐퍼(210)는 발전기(200)의 사용 운전 조건 내에 공진이 발생하여도 기존 구조와 달리 백래쉬로 의한 치타음이 발생되지 않도록 도 13에 도시된 바와 같이 댐핑 특성인 히스테리시스(hysteresis characteristic) 특성을 가지는 것이 바람직하다.In addition, the torsion damper 210 is a hysteresis characteristic, a damping characteristic, as shown in FIG. ) is preferred.

이는 실제 비틀림 댐퍼 측정 시 발생되는 히스테리시스 토크로, 한바퀴 정/역 비틀림 시 마찰로 손실되는 에너지를 의미한다.This is the hysteresis torque generated when measuring the actual torsion damper, and means the energy lost due to friction during forward/reverse twisting of one turn.

여기서, 엔진(300)의 압축 배기 폭발 행정에 의해 발생된 폭발압력은 크랭크 축에 의해 비틀림 토크로 발생되는데 이러한 토크는 도 14에 도시된 바와 같이 엔진(300)의 출력량에 따라 다르고 특히 공진점에서 증가하는 경향을 가져 운전조건 내에 공진이 있을 경우 발전기 축(200a)에 토크 맥동의 형태로 전달된다.Here, the explosion pressure generated by the compression exhaust explosion stroke of the engine 300 is generated as torsional torque by the crankshaft. As shown in FIG. 14, this torque varies according to the amount of output of the engine 300 and particularly increases at the resonance point When there is resonance within the operating conditions, it is transmitted in the form of torque pulsation to the generator shaft (200a).

이러한 토크 맥동은 스플라인 구조로 체결되는 발전기 축(200a)과 결합부(211) 사이에 존재하는 백래쉬에 작용하여 치타음과 기어부 마모를 발생시킨다. 치타음은 백래쉬의 크기가 커질수록 증가하는 경향을 가지는데, 백래쉬를 줄일 경우 발전기 축(200a)과 결합부(211)의 조립이 불가능해진다.This torque pulsation acts on the backlash that exists between the generator shaft 200a and the coupling part 211 fastened in a spline structure to generate a rattling sound and wear of the gear part. The cheetah sound tends to increase as the size of the backlash increases. When the backlash is reduced, assembly of the generator shaft 200a and the coupling part 211 becomes impossible.

또한, 토크 맥동에 의해 스플라인 구조의 치 접합면에 발생된 마모는 백래쉬를 계속 증가시키는 원인이 된다. In addition, the wear generated on the tooth contact surface of the spline structure by torque pulsation causes the backlash to continuously increase.

그러나, 본 발명에 따른 비틀림 댐퍼(210)는 히스테리시스(hysteresis characteristic) 특성으로 히스테리시스 토크를 증가시킴으로써 운전영역 내 공진점에서 발전기 축에 전달되는 토크 맥동 성분을 감소시켜 치타음을 효율적으로 제거할 수 있다. 공진주파수 이후의 운전영역에서는 비틀림 댐퍼가 가지는 도 12에 도시된 바와 같은 특성에 의한 진동 감쇠특성으로 토크 맥동 성분의 감소가 가능한 특징이 있다. However, the torsion damper 210 according to the present invention increases the hysteresis torque with a hysteresis characteristic, thereby reducing the torque pulsation component transmitted to the generator shaft at the resonance point in the operating range to efficiently remove the cheetah sound. In the operating range after the resonance frequency, the torque pulsation component can be reduced due to the vibration damping characteristics of the torsional damper as shown in FIG. 12 .

또, 상기 발전기(200)는 일측면에 상기 비틀림 댐퍼(210)가 결합되고, 대향하는 타일측면에는 커플러(220)가 결합된다.In addition, the torsion damper 210 is coupled to one side of the generator 200, and the coupler 220 is coupled to the opposite tile side.

여기서, 상기 커플러(220)는 체결볼트(미도시)를 이용하여 발전기(200)의 타 일측 및 변속기(400)와 체결되어 발전기(200)의 회전축(200a)과 함께 회전한다.Here, the coupler 220 is fastened to the other side of the generator 200 and the transmission 400 using a fastening bolt (not shown) to rotate together with the rotating shaft 200a of the generator 200.

이와 같은 상기 커플러(220)의 구성은 특허 공개번호 제10-2015-0112064호에 상세하게 개시되어 있으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Since the configuration of the coupler 220 is disclosed in detail in Patent Publication No. 10-2015-0112064, a detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명에 따른 차량용 발전기(200)는 차량에 전력을 공급하기 위해 사용되는 것으로, 엔진(300)과 변속기(400) 사이에 체결되는 구조에 한정되는 것이 바람직하다.In addition, the vehicle generator 200 according to the present invention is used to supply power to a vehicle, and is preferably limited to a structure fastened between the engine 300 and the transmission 400.

즉, 본 발명에 따른 발전기(200)는 상기 엔진(300)을 원동기로 하여 엔진(300)의 동력 일부를 발전하고 나머지 동력을 변속기(400)로 전달하는 구조를 가진다. That is, the generator 200 according to the present invention has a structure in which a part of the power of the engine 300 is generated using the engine 300 as a prime mover and the remaining power is transmitted to the transmission 400.

이를 위해, 상기 엔진(300)은 일측으로 형성되는 크랭크축(310)과 링기어 조립체(320)를 포함하여 이루어진다.To this end, the engine 300 includes a crankshaft 310 and a ring gear assembly 320 formed on one side.

한편, 본 발명은 상기 발전기(200)를 구비하는 차량(미도시)을 더 제공할 수 있다.Meanwhile, the present invention may further provide a vehicle (not shown) having the generator 200.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.Referring to the working state of the present invention configured as described above is as follows.

예컨대, 차량의 정지(엔진 공회전) 및 주행시, 엔진(300)이 연료와 공기의 혼합기체를 점화, 폭발시켜 크랭크축(310)을 회전시킴에 따라, 크랭크축(310)과 결합된 발전기(200)가 회전하게 된다.For example, when the vehicle is stopped (engine idling) and driving, the engine 300 ignites and explodes a mixed gas of fuel and air to rotate the crankshaft 310, so that the generator 200 coupled with the crankshaft 310 ) will rotate.

그리고, 본 발명에 따른 차량용 발전기(200)는 축(200a)의 회전에 의해 전기에너지를 생성하게 된다.And, the vehicle generator 200 according to the present invention generates electric energy by the rotation of the shaft (200a).

이때, 상기 엔진(300)이 이상 연소 등에 의해 비틀림 토크가 과다하게 발생되어 토크전달이 이루어지면 상기 발전기(200)의 비틀림 댐퍼(210)는 제1 단 스프링(213a)과 제2 단 스프링(213b)이 모두 비틀림 압축 강성을 발휘하여 토크 변화를 억제하게 된다.At this time, when the engine 300 generates excessive torsional torque due to abnormal combustion and transfers torque, the torsion damper 210 of the generator 200 includes a first stage spring 213a and a second stage spring 213b ) all exhibit torsional compression stiffness to suppress torque change.

또, 본 발명에 따른 차량용 발전기(200)는 사용 운전 조건 내(예컨대, 아이들 속도와 발전개시 속도 사이)에 공진이 발생하여도 히스테리시스(hysteresis characteristic) 특성을 가지므로 엔진(300)에서 발생된 토크 맥동을 감소시킬 수 있다.In addition, the vehicle generator 200 according to the present invention has a hysteresis characteristic even when resonance occurs within operating conditions (eg, between idle speed and power generation start speed), so that the torque generated by the engine 300 Can reduce pulsation.

공진점 이후 운전영역(예컨대, 일반 주행 영역인 1,800RPM ∼ 2,500RPM 영역)에서는 공진이후의 진동변위 감쇠특성에 의해 엔진(300)에서 발전기(200)로 전달되는 토크 맥동 성분이 줄어들게 된다.In the operating range after the resonance point (eg, the general driving range of 1,800 RPM to 2,500 RPM), the torque pulsation component transmitted from the engine 300 to the generator 200 is reduced by the vibration displacement damping characteristics after resonance.

계속해서, 상기 발전기 축(200a)이 회전하면, 발전기(200)의 축(200a)과 함께 회전하는 커플러(220)와 체결된 변속기(400)는 엔진(300)의 회전력을 전달받게 된다.Subsequently, when the generator shaft 200a rotates, the transmission 400 coupled with the coupler 220 rotating together with the shaft 200a of the generator 200 receives the rotational force of the engine 300.

따라서, 본 발명에 따른 차량용 발전기는 엔진의 토크 맥동을 흡수 및 감쇠할 수 있는 비틀림 댐퍼를 구비하여 발전기 회전자의 관성이 엔진 내부 축계의 관성보다 클 경우 엔진 운전 영역 내에서 비틀림 공진 및 토크 맥동으로 인해 발생하는 축계에 과다한 변위와 커플러의 파손, 치타음 발생을 예방할 수 있는 것이다.Therefore, the vehicle generator according to the present invention is provided with a torsion damper capable of absorbing and damping the torque pulsation of the engine, and when the inertia of the generator rotor is greater than the inertia of the engine's internal shaft system, torsional resonance and torque pulsation occur within the engine operating range. It is possible to prevent excessive displacement in the shaft system, damage to the coupler, and the occurrence of chittering noise.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.Although the technical idea of the present invention has been described above with the accompanying drawings, this is an illustrative example of a preferred embodiment of the present invention, but does not limit the present invention. In addition, it is obvious that anyone skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

200 : 차량용 발전기 200a : 회전축
210 : 비틀림 댐퍼 211 : 결합부
212 : 체결구멍 213 : 스프링
213a : 제1 단 스프링 213b : 제2 단 스프링
214 : 1차측 회전부 215 : 2차측 회전부
220 : 커플러 300 : 엔진
310 : 크랭크축 320 : 링기어 조립체
400 : 변속기200: vehicle generator 200a: rotational shaft
210: torsion damper 211: coupling part
212: fastening hole 213: spring
213a: first stage spring 213b: second stage spring
214: primary rotation unit 215: secondary rotation unit
220: coupler 300: engine
310: crankshaft 320: ring gear assembly
400: transmission

Claims (9)

차량의 엔진 및 변속기 사이에 직접 연결되는 차량용 발전기에 있어서,
중앙에 발전기의 축과 결합을 위한 결합부가 형성되고, 가장자리 부분에는 엔진과의 조립을 위한 복수 개의 체결구멍이 형성되며, 상기 결합부의 외주 방향으로는 엔진의 비틀림 토크가 과다하게 발생하여 토크전달이 이루어질 경우 토크의 변화를 억제하도록 작동되는 스프링이 형성된 비틀림 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기.In the vehicle generator directly connected between the engine and transmission of the vehicle,
A coupling part for coupling with the shaft of the generator is formed in the center, and a plurality of fastening holes for assembly with the engine are formed at the edge portion, and the torsional torque of the engine is excessively generated in the outer circumferential direction of the coupling part, so that torque transmission is difficult. A vehicular generator comprising a spring-formed torsion damper that operates to suppress a change in torque when made. 제1항에 있어서,
상기 비틀림 댐퍼는 엔진의 관성과 발전기 축의 관성 차이값을 최소화 하기 위해 1차측 회전부와 2차측 회전부로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기.According to claim 1,
The torsion damper is a vehicle generator, characterized in that composed of a primary rotation unit and a secondary rotation unit in order to minimize the difference between the inertia of the engine and the inertia of the generator shaft. 제1항에 있어서,
상기 비틀림 댐퍼의 스프링은 2단의 비틀림 강성을 구현하기 위해 제1 단 스프링과 제2 단 스프링으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기.According to claim 1,
The spring of the torsion damper is a vehicle generator, characterized in that formed of a first stage spring and a second stage spring to implement a two-stage torsional rigidity. 제1항에 있어서,
상기 비틀림 댐퍼의 강성 및 관성값은 전체 축계의 비틀림 공진주파수 영역이 엔진의 아이들 회전수 이내 또는 발전개시 속도와 엔진의 아이들 회전수 사이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기.According to claim 1,
The stiffness and inertia value of the torsion damper is a vehicle generator, characterized in that the torsional resonance frequency region of the entire shaft system is determined within the idle speed of the engine or between the power generation start speed and the idle speed of the engine. 제1항에 있어서,
상기 비틀림 댐퍼는 발전기의 사용 운전 조건 내에 공진이 발생하여도 치타음이 발생되지 않도록 히스테리시스 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기.According to claim 1,
The torsion damper is a vehicle generator, characterized in that it has a hysteresis characteristic so that even when resonance occurs within the operating conditions of the generator, the chittering sound is not generated. 제2항에 있어서,
상기 비틀림 댐퍼는 1차측 회전부의 관성이 2차측 회전부의 관성에 비해 큰 것을 특징으로 하는 차량용 발전기.According to claim 2,
The torsion damper is a vehicle generator, characterized in that the inertia of the primary rotation unit is greater than the inertia of the secondary rotation unit. 제3항에 있어서,
상기 비틀림 댐퍼의 스프링은 엔진의 토크전달이 비틀림 댐퍼의 비틀림 각도 4°미만에서 제1 단 스프링만 토크 변화를 억제하도록 작동되는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기.According to claim 3,
The spring of the torsion damper is a vehicle generator, characterized in that the torque transmission of the engine is operated so that only the first stage spring suppresses torque change when the torsion angle of the torsion damper is less than 4 °. 제3항에 있어서,
상기 비틀림 댐퍼의 스프링은 엔진의 비틀림 토크전달이 비틀림 댐퍼의 비틀림 각도 4°이상에서는 제1 단 스프링과 제2 단 스프링이 모두 비틀림 압축 강성을 발휘하여 토크 변화 및 이에 따른 댐퍼의 하중변화를 억제하도록 작동되는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기.According to claim 3,
The spring of the torsion damper is such that when the torsional torque transmission of the engine is 4 ° or more torsion angle of the torsion damper, both the first stage spring and the second stage spring exhibit torsional compression stiffness to suppress torque change and consequent load change of the damper Vehicle generator, characterized in that the operation. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 발전기를 구비하는 차량.A vehicle equipped with the generator according to any one of claims 1 to 5.
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