JP2014020367A - セラミック振動子を備える油圧動力ユニットと、該油圧動力ユニットを備える油圧エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】親環境的な電気エネルギーを使用して回転動力を発生させるエンジンであり、性能が向上して寿命の長い新たなエンジンを提供すること。また、新たなエンジンを具現するために作動流体を強い力で圧出できる、親環境的で寿命の長い新たな油圧動力ユニットを提供すること。
【解決手段】ハウジングと、ハウジングの内部に回転自在に支持され、周りにローターブレードが配されたローターと、ローターの周りに沿って複数が離隔して配された油圧動力ユニットと、ローターの回転によって共に回転するものとして、前記ハウジングの外側に突出した出力軸と、を備え、油圧動力ユニットから圧出された流体がローターブレードを加圧して出力軸の回転力を発生させる油圧エンジン。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧動力ユニットと、これを備える油圧エンジンに係り、さらに詳細には、セラミック振動子を備えて振動子の作用により流体を流入及び圧出できる油圧動力ユニットと、該油圧動力ユニットを備えて回転力を発生させる油圧エンジンとに関する。

車両や各種機械、器具などを駆動させる動力（回転力）として、化石燃料を燃焼させて得るのが一般的である。化石燃料を燃焼させれば、多量の二酸化炭素が排出され、二酸化炭素以外にも、各種有害物質が量産され、環境を汚染させる主な原因になる。また、原油や石炭のような化石燃料は、地球上に存在する量が限定されており、このような化石燃料に依存するのには限界があるということが広く認識されている。このため、新たなエネルギー源を見出そうとすると共に、既存のエネルギーを効率的に使用する方法が広く研究されている。

これまでの研究成果のうちには、バッテリを充電し、電気エネルギーで車両や機械装置の動力を得る方式や、既存の化石燃料を燃焼させる方式や、それと共にバッテリを使用するハイブリッド方式などがある。しかし、これまでの電気エネルギーを活用する動力発生装置（エンジン）は、その性能に限界があった。このために、使用において、二酸化炭素の発生がなく、親環境的な電気エネルギーを使用しつつ、性能が向上し、かつ長寿命の新たな方式の動力発生装置を開発する必要性が大きく叫ばれている。

本発明は、前記の問題点を含む色々な問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、親環境的な電気エネルギーを使用して回転動力を発生させるエンジンであって、性能が向上して寿命の長い新たなエンジンを提供することである。

また本発明の目的は、新たなエンジンを具現するために作動流体を強い力で圧出できる親環境的で寿命の長い新たな油圧動力ユニットを提供することである。

前記のような本発明の目的は、ハウジングと、前記ハウジングの内部に回転自在に支持され、周りにローターブレードが配されたローター；前記ローターの周りに沿って複数が離隔して配された油圧動力ユニット；前記ローターの回転によって共に回転するものとして、前記ハウジングの外側に突出した出力軸；を備え、前記油圧動力ユニットは、内側に中空部が形成され、表面に流体が流入される流体流入口と、流体が圧出される流体圧出口が形成されるが、前記流体流入口、及び流体圧出口はＶ状溝で形成され、先端部が閉鎖された油圧チューブ；弾性材質で形成され、前記流体圧出口を外部で閉鎖するように、前記油圧チューブの外部のＶ状溝に密着して配された弾性材質の外部チェックリング；弾性材質で形成され、前記油圧チューブの中空部内で前記流体流入口を閉鎖するように、前記油圧チューブの内部のＶ状溝に接して配された内部チェックリング；内側に中空部が形成される弾性チューブ層と、前記弾性チューブ層の外側周りに配される金属チューブ層、及び前記金属チューブ層と前記弾性チューブ層との後端部に配されて、振動子から力を伝達される伝達部ホルダーとを備える振動チューブ；前記振動チューブの下部に配されて中空が形成されたケーシング、前記ケーシング内に配されて円筒状に中空が形成され、かつ前記円筒表面に長手方向に複数のスリットが形成されたスウェルチューブ、及び前記スウェルチューブの中空を横切るように前記スウェルチューブ内に配される弾性チップを備える振幅拡大装置；前記振幅拡大装置の下部に配され、かつ油圧チューブの内側及び外側方向に変形自在に配されて、前記油圧チューブ及び振動チューブ内の流体の圧力を上昇または下降させる振動子；前記スウェルチューブ内に一部が挿入されて前記振動子と連結される振動子先端部；を備え、前記油圧チューブの流体圧出口を通じて圧出された流体が前記ローターブレードを加圧して出力軸の回転力を発生させる油圧エンジンを提供することで達成される。

望ましくは、本発明の一実施形態による油圧エンジンは、前記振動子は、逆圧電効果により電気が印加されれば変形されるものであり、前記油圧チューブの中空部内側方向とその逆方向とに変形するように構成される。

さらに望ましくは、本発明の一実施形態による油圧エンジンは、前記振幅拡大装置は、前記スウェルチューブの中空内に、前記伝達部ホルダーの一部分及び前記振動子先端部の一部分が挿入されるように構成されるが、前記伝達部ホルダーと前記振動子先端部との間に前記弾性チップが配され、前記弾性チップは、変形によって復元力を持つように弾性を持つ材質で構成され、中心部が突出するように曲率を持つ円板状に構成されるが、円周方向に沿って複数のホールが形成されるように構成される。

さらに望ましくは、本発明の一実施形態による油圧エンジンは、前記ホールは、前記弾性チップの円周の一部を弧として持つ扇形に構成される。

さらに望ましくは、本発明の一実施形態による油圧エンジンは、前記金属チューブ層には、長手方向に延びたスリットが周りに複数形成される。

さらに望ましくは、本発明の一実施形態による油圧エンジンは、前記振動チューブの後端は、前記油圧チューブの内側に突出した状態を維持させる突出部を備える。

さらに望ましくは、本発明の一実施形態による油圧エンジンは、前記流体流入口は、前記油圧チューブの周りに沿って複数が形成されており、前記内部チェックリングが、前記流体流入口のＶ状溝に接して配されて、前記流体流入口を閉鎖できるように構成される。

さらに望ましくは、本発明の一実施形態による油圧エンジンは、前記流体圧出口は、前記油圧チューブの周りに沿って複数が形成されており、前記外部チェックリングは、リング状に設けられて前記流体圧出口のＶ状溝に接して配されて、前記流体圧出口を閉鎖できるように構成される。

さらに望ましくは、本発明の一実施形態による油圧エンジンは、前記油圧チューブの閉鎖された先端には先端軸圧部が配され、前記先端軸圧部は、軸圧プレート、先端キャップ、ばねガイドチューブ、ばねを備え、前記ばねは、前記先端キャップと前記軸圧プレートとの間に配されて、前記先端キャップと前記軸圧プレートとの間に対して弾性力を作用する。

さらに望ましくは、本発明の一実施形態による油圧エンジンは、絶縁油循環放熱冷却部をさらに備え、前記絶縁油循環放熱冷却部は、少なくとも２つの油圧動力ユニットの間を連結するように備えられるが、前記油圧動力ユニットの間を連結する第１管路、第２管路；前記第１管路及び前記第２管路と連結され、所定のクーラーによる冷却効果が印加される第３管路；前記第１管路に備えられた第１チェックボール収容部；前記第１チェックボール収容部に挿入され、かつ弾性変形される第１チェックボール；第２油圧動力ユニットと第１管路との間に配され、かつ弾性変形される第２チェックボール；を備えるように構成される。

さらに望ましくは、本発明の一実施形態による油圧エンジンは、前記ローター及び前記油圧動力ユニットが配されるスリーブフランジをさらに備え、前記スリーブフランジは、内側にローターが配されるように中空が形成され、前記中空の外側部に前記油圧動力ユニットが配される複数の配置ホールが形成され、前記中空を形成するスリーブの側面前方に長手方向に延びる圧出スロットが複数形成され、前記中空を形成するスリーブの側面後方に長手方向に延びる流入スロットが複数形成され、前記ローターは、二重らせん状のブレードを備え、前記中空内に挿入されて配される。

さらに望ましくは、本発明の一実施形態による油圧エンジンは、前記油圧動力ユニットを駆動し、前記ローターの回転数及びトルクを調整し、駆動電源として２次バッテリーを備える作動モジュールを備える。

本発明による油圧エンジンでは、油圧エンジンを構成する油圧動力ユニットに含まれたセラミック振動子で逆圧電効果を主に活用する。逆圧電効果によれば、駆動電圧、駆動周波数及びセラミック振動子の剛性によってセラミック振動子で変位と大きい力が発生し、この変位と大きい力で作動流体をローターブレードに強く加圧して圧出するため、ローターを回転させるトルクを非常に大きくすることができる。特に、加えられる駆動信号の供給時間を調整して流量を任意に変更できて望ましい。

一方、本発明による油圧エンジンは、駆動モジュールで油圧動力ユニットに含まれたセラミック振動子に印加する信号を発生させるのに使われる駆動モジュールに含まれた２次バッテリーの電力以外には、さらに電力や燃料を必要としないように構成されている。したがって、さらなる電力や燃料の供給なしにセラミック振動子及びセラミック振動子に駆動信号を印加するのに必要な電力を提供する２次バッテリーとセラミック振動子の寿命範囲内で、持続的に油圧エンジンの駆動が可能な特徴を持つ。

また、本発明による油圧エンジンは振幅拡大装置を備えることで、振動子による振動振幅がさらに拡大されるので、さらに大きい出力を持つ。

さらに、本発明による油圧エンジンは、セラミックの絶縁油循環放熱冷却部を備えることで、作動中に発生する熱の冷却が効率的に行われる。

本発明の一実施形態による油圧エンジンの外観を示す斜視図である。 油圧エンジンの内部を示す図面である。 油圧エンジンのスリーブフランジを示す斜視図である。 スリーブフランジの断面を示す図面である。 油圧動力ユニットの内部を示す図面である。 振動チューブの断面を示す図面である。 振幅拡大装置の断面を示す図面である。 振幅拡大装置の断面を示す図面である。 振幅拡大装置の動作を示す図面である。 振幅拡大装置の動作を示す図面である。 振幅拡大装置の一例を示す図面である。 油圧エンジン内部の絶縁油循環放熱冷却装置を示す図面である。 絶縁油循環放熱冷却装置の動作を示す概念図である。

以下では、本発明の望ましい実施形態を、添付した図面を参照してさらに詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による油圧エンジンの外観を示す斜視図、図２は、油圧エンジンの内部を示す図面、図３は、油圧エンジンのスリーブフランジを示す斜視図、図４は、スリーブフランジの断面を示す図面、図５は、油圧動力ユニットの内部を示す図面、図６は、振動チューブの断面を示す図面、図７は、振幅拡大装置の断面を示す図面、図８は、振幅拡大装置の断面を示す図面、図９及び図１０は、振幅拡大装置の動作を示す図面、図１１は、振幅拡大装置の一例を示す図面、図１２は、油圧エンジン内部の絶縁油循環放熱冷却装置を示す図面、図１３は、絶縁油循環放熱冷却装置の動作を示す概念図である。

一方、図２は、図１のＡ−Ａ’の断面図であり、図１２は、図１のＥ−Ｅ’の断面図である。

図１ないし図１３に示したように、本発明による油圧エンジン１００は、ハウジング１１０、ローター１３０、出力軸１２０及び複数の油圧動力ユニット２００を備える。

前記ハウジング１１０は、本発明の実施形態による油圧エンジン１００の外形を構成する部材である。前記ハウジング１１０内には、ローター１３０及び複数の油圧動力ユニット２００が配される。

ローター１３０は、前記ハウジング１１０の内部に回転自在に配される部材であり、ローター１３０の回転軸を基準としてローター１３０の半径方向に突出するように配された複数のローターブレード１３２を備える。一方、ローター１３０は、例えば、所定のダブルヘリカルギアのような構成を持つ。

前記出力軸１２０は、スリーブフランジ１４０内のローター１３０の回転軸が延びるか、または前記ローター１３０の回転軸と一体に設けられたものであり、前記ハウジング１１０の外部に突設される。

一方、出力側１２０の側部の一部分には、所定の油圧油冷却ポンプ室１５０が設けられる。

前記油圧動力ユニット２００は、前記ローター１３０に配された複数のローターブレード１３２に向かって前記ローター１３０の接線方向に流体を圧出及び流入する機能を行うものであり、前記ローター１３０の周りに同様に偶数設けられ、例えば、４つが設けられる。もちろん、本発明による油圧エンジン１００が、４つの油圧動力ユニット２００を備えるものに限定されるものではなく、２つずつ対をなして動作可能に２つ以上配さえすれば、本発明の範囲に属するものである。一方、油圧動力ユニット２００を複数のセットに構成する時は、同じ油圧動力ユニット２００を２つとして１セットに構成し、後述する一つの空洞アキュムレータを油圧エンジン１００のハウジング１１０の外部に設け、前記空洞流入室２３３及び空洞圧出室２２３と連通できる。

図１に示した油圧エンジン１００で、ローター１３０の周りに配された４つの油圧動力ユニット２００は、２つが対をなして流体の圧出フローを形成する方式で動作する。

すなわち、ローター１３０を中心としてそれぞれ配された油圧動力ユニット２００を、それぞれ時計回り方向に第１ないし第４油圧動力ユニット２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄとする時、第１及び第３油圧動力ユニット２００ａ、２００ｃの圧出作用と、第２及び第４油圧動力ユニット２００ｂ、２００ｄの流入作用とが同時に動作できる。この時、第１及び第３油圧動力ユニット２００ａ、２００ｃから圧出された流体がスリーブフランジ１４０の前方空洞圧出室２２３を経由しつつ、スリーブフランジ１４０の前面に形成された圧出口スロット１４６を通じて、スリーブフランジ１４０内側の中空１４１に配されたローター１３０のローターブレード１３２を圧出加圧することでローター１３０を回転させる。一方、前記流体は、スリーブフランジ１４０の背面に形成された複数の流入口スロット１４４を通じて、背面空洞流入室２３３を経由しつつ流体の流入作用を行う第２及び第４油圧動力ユニット２００ｂ、２００ｄの流入口に加圧流入される。一方、空洞圧出室２２３及び空洞流入室２３３は、スリーブフランジ１４０によって区切られる。一方、油圧動力ユニット２００を用いて油圧エンジン１００を駆動する時は、２つの油圧動力ユニット２００を一つのセットにし、前記空洞流入室２３３及び空洞圧出室２２３と連通できる。

一方、前記の各油圧動力ユニット２００の作用を逆にして、前記の作用と同じ一方向流体のフローを連続進行しつつローター１３０に回転動力を加える。

回転力を必要とする車両や機械装置に、プーリーとベルト、ギアなどの動力伝達要素を通じて本発明の油圧エンジンの出力軸１２０を連結する方式で、本発明による油圧エンジン１００を使用することができる。すなわち、出力軸１２０には、所定のプーリー１１１などの部材が結合される。

図面を参照すれば、ローター１３０を中心として、油圧動力ユニット２００ａ、２００ｂが両側に配されることが分かる。

一方、ハウジング１１０は、容易な結合及び分離のために、カバー１１２と本体ハウジング１１４とに分離され、カバー１１２と本体ハウジング１１４との間にはシール部材１１６が配されて、流体の漏れを防止できる。

図３には、スリーブフランジ１４０が図示されている。図３を参照すれば、スリーブフランジ１４０は油圧エンジン１００の骨格を形成し、油圧動力ユニット２００を定位置に配させる配置ホール１４２が形成される。また、内部にローター１３０が配されるように中空１４１が形成された円筒形構造を持ち、油圧動力ユニット２００とローター１３０との間で流体が流動できるように、前記円筒形構造に流入スロット１４４、及び圧出スロット１４６が形成された構造を持つ。前記流入スロット１４４はスリーブフランジ１４０の後方に配され、圧出スロット１４６はスリーブフランジ１４０の前方に形成される。前記流入スロット１４４及び圧出スロット１４６は、スリーブフランジ１４０の長手方向に延設される。一方、図３に示したように、流入スロット１４４及び圧出スロット１４６は、油圧動力ユニット２００から流入及び圧出された流体が、ローターブレード１３２を通じてローター１３０を容易に回転させるように、ローター１３０の半径方向ではないローター１３０の接線方向に傾いて構成される。

油圧動力ユニット２００は、先端軸圧部２６０、油圧チューブ２１０、振動チューブ３００、振幅拡大装置４００、及び振動子２４０を備える。

油圧動力ユニット２００ａ、２００ｂの先端部には先端軸圧部２６０が設けられている。この先端軸圧部２６０は、あらゆる油圧動力ユニット２００に設けられる必要はなく、対をなして動作する複数の油圧動力ユニット２００のうち、最初の駆動信号で流体を圧出する機能を行う一つの油圧動力ユニット２００のみに設けられてもよい。

前記先端軸圧部２６０は、油圧チューブ２１０内で流体が最初に圧出される時に油圧チューブ２１０内に最初の圧出を吸収する機能を行うものであり、先端キャップ２６８、ばね２６２、ばねガイドチューブ２６４、及び軸圧プレート２６６を備える。前記先端キャップ２６８は前記油圧チューブ２１０と結合され、前記ばね２６２は、先端キャップ２６８と前記軸圧プレート２６６とに両端がそれぞれ結合される。

一方、前記油圧チューブ２１０の後端外側に密封密閉用シール溝１４８を複数形成した後、前記シール溝１４８の所定のシール部材を配置して油圧チューブ２１０と振動チューブ３００とが圧入結合される。

前記油圧チューブ２１０は作動流体を収容している部分である。前記油圧チューブ２１０は、前端部が締結、密封及び密閉され、油圧チューブ２１０には、流体圧出口２２２と流体流入口２３２とがそれぞれ一つ以上形成されている。

油圧チューブ２１０に形成された流体流入口２３２に内部チェックリング２３０が載置され、内部チェックリング２３０は、前記流体流入口２３２を開閉する機能を行う。望ましくは、前記流体流入口２３２が形成された前記油圧チューブ２１０の部分には、前記油圧チューブ２１０の内壁周りに沿ってＶ状の溝が形成され、このＶ状の溝に前記内部チェックリング２３０が載置される。

油圧チューブ２１０に形成された流体圧出口２２２に外部チェックリング２２０が載置され、前記外部チェックリング２２０は、流体圧出口２２２を開閉する機能を行う。望ましくは、前記流体圧出口２２２が形成された前記油圧チューブ２１０の部分には、前記油圧チューブ２１０の外壁周りに沿ってＶ状の溝が形成されており、このＶ状の溝に前記外部チェックリング２２０が載置される。

一方、内部チェックリング２３０、及び外部チェックリング２２０は、弾性を持って変形できる材質で構成され、したがって、内部チェックリング２３０、及び外部チェックリング２２０の変形によって、流体流入口２３２を通じて油圧チューブ２１０内に流体が流入されるか、または流体圧出口２２２を通じて油圧チューブ２１０から流体が圧出される。

一方、本発明で外部チェックリング２２０は、リング状ではなくボール状でも同じ機能を行うように構成できる。例えば、流体圧出口にチェックボールが載置されるボールシートを形成してチェックボールを位置させた後、チェックボールを流体圧出口に密着させて外部ハウジングを設ける。この場合には、チェックボールが流体圧出口と外部ハウジングとの間で若干押された状態に維持され、油圧チューブ２１０内部の圧力が増加すれば、チェックボールが変形しつつ流体圧出口が開放される。もちろん油圧チューブ２１０の内部圧力が減圧すれば、チェックボールは、流体圧出口に密着して流体圧出口を閉鎖できる。

一方、油圧チューブ２１０は所定の配管ホール１１８と連結され、前記配管ホール１１８は、所定のアキュムレータ１１９と連結される。

振動チューブ３００は、振動子２４０の動作によって、油圧チューブ２１０及び振動チューブ３００内の体積を低減させるように変形されるものであり、振動子２４０の振幅が制限的であるという振動子２４０の限界を乗り越え、振動子２４０の動きによって移動する流体の流量増加のために使われるものである。前記振動チューブ３００は、金属チューブ層３２０と弾性チューブ層３１０との２層構造で形成され、金属チューブ層３２０外側の絶縁油チャンバ３３０を備える。前記金属チューブ層３２０には、長手方向に沿って複数のスリット３２２が形成されている。

図７には、振動チューブ３００の断面図が図示されている。

図７に示したように、振動チューブ３００は２層を含むが、内部に位置する層は、弾性変形及び復元の容易な弾性チューブ層３１０であり、例えば、ウレタンやゴムなどの材質からなる。外部に位置する層は、金属材質で形成された金属チューブ層３２０であり、長手方向に沿って長く形成された複数のスリット３２２が周り方向に所定間隔をなして形成された形態を持つ。

前記金属チューブ層３２０は、前記弾性チューブ層３１０に比べては弾性係数の小さな材質からなるが、スリット３２２が形成されていて、油圧チューブ２１０内側への変形及び復元が可能である。

前記振動チューブ３００のうち弾性チューブ層３１０の一側端部には突出部３１２が形成され、油圧チューブ２１０の一端には、前記突出部３１２を収容する溝が形成されていて、前記弾性チューブ層３１０が前記油圧チューブ２１０にしっかり固定される。

一方、金属チューブ層３２０の側部周りは、前記本体ハウジング１１４と所定の間隙を持つように構成され、金属チューブ層３２０の周りと前記本体ハウジング１１４との間に円筒形に構成されて、後述する絶縁油が充填されうる絶縁油チャンバ３３０が形成される。

一方、振動チューブ３００の側部には、後述する絶縁油循環放熱冷却装置と連結される冷却管３４０が形成され、前記冷却管３４０は、前記絶縁油チャンバ３３０と連結される。また、振動チューブ３００の下端には、振動子２４０の変形により力を伝達する伝達部ホルダー３５０が配される。

振動子２４０は、油圧動力ユニット２００の後端に配され、前記油圧動力ユニット２００の長手方向に変形できる部材である。前記振動子２４０は、圧電素子で形成され、望ましくは、圧電素子が積層されたスタックの形態で形成される。一方、振動子２４０の先端には、振動子２４０の変形による力を伝達する振動子先端部２４２が配される。また、振動子２４０の駆動のための作動モジュールに連結装置２５０が配される。

一方、前記振動子２４０に作動信号を印加して前記油圧動力ユニット２００を駆動し、前記ローターの回転数及びトルクを調整し、駆動電源として２次バッテリーを備える作動モジュール（図示せず）がさらに備えられる。

一方、本体ハウジング１１４の下部には、前記振動子２４０を取り囲む振動子ハウジング１６０が配される。一方、振動子ハウジング１６０内には、振動子２４０の作動による熱を冷却できるように絶縁油が充填され、前記絶縁油の流動のために所定の配管１６１が備えられ、前記配管１６１は、後述する絶縁油循環放熱冷却部５００と連通される。

一方、振動子２４０と振動チューブ３００との間には振幅拡大装置４００が配される。振幅拡大装置４００は、振動子２４０の制限的な変形量に加えて油圧チューブ２１０内の流体の流動量をさらに拡大させて油圧力を強化し、したがって、本発明による油圧動力ユニット２００の出力をさらに高めるように設けられたものである。

振幅拡大装置４００は、ケーシング４３０、スウェルチューブ４１０、及び弾性チップ４２０を備える。

ケーシング４３０は、振幅拡大装置４００のハウジングで構成され、内部に中空が形成された円筒形に構成される。一方、ケーシング４３０の一端部、または両端部には、振動チューブ３００と同様に所定の突出部などのホルダーが設けられて、振幅拡大装置４００がしっかり固定されるように構成される。一方、ケーシング４３０の外側には所定のねじ部が形成されて、ケーシング４３０と本体ハウジング１１４との堅固な結合が達成される。

スウェルチューブ４１０は、ケーシング４３０内に配され、かつケーシング４３０と同様に内部に中空が形成された円筒形に構成され、前述した金属チューブ層３２０のように、前記円筒の表面に複数のスリット４１２が長手方向に形成される。

弾性チップ４２０は、図８に示したように、スウェルチューブ４１０内に配され、前記スウェルチューブ４１０の中空を横切る変形前の円板状に構成される。弾性チップ４２０は、スウェルチューブ４１０内で、前記振動子先端部２４２と伝達部ホルダー３５０との間に配される。弾性チップ４２０は、円周の周りにわたって複数のホール４２２が形成されるように構成される。一方、前記ホール４２２は、図８に示したように放射状に配され、前記中空の内側面を弧とする扇形になりうる。

弾性チップ４２０は、弾性があって原形に復元する復元力を持つ材質で形成され、例えば、金属で構成された薄板である。一方、弾性チップ４２０は、例えば、レンズの一部分、または球面の一部分のように曲率を持って中心部が突出するように湾曲した形状を持つ。これにより、弾性チップ４２０は、外力の増減または外力の有無によって形態が変わり、例えば、外力の印加によって変形前の扁平な形状に変形されるか、または湾曲した形状に変形される。この時、弾性チップ４２０は弾性を持つ材質で形成されるため、変形による復元力を持つ。

一方、弾性チップ４２０は、振動子先端部２４２と伝達部ホルダー３５０との間に、前記振動子先端部２４２及び伝達部ホルダー３５０による加圧力を受けて配されるため、外力の印加がない初期状態には、前記弾性チップ４２０は扁平な形状を維持した状態に配される。次いで、振動子２４０による外力の印加がある時、前記弾性チップ４２０は、復元力によって変形された状態である湾曲した形状を持つ状態に変形される。

振幅拡大装置４００の動作を説明すれば、下記の通りである。

まず、図９に示したように、振動子２４２による外力の印加がある時、弾性チップ４２０は、中心部が突出している湾曲した変形形状を原形として持ち、油圧動力ユニット２００の下端部に配された振動子２４０による外力によって変形と復元とを反復できる。

例えば、振動子２４０が油圧チューブ２１０内の圧力を上昇させる方向（前進方向）に変形されれば、これにより、振動子先端部２４２を通じてスウェルチューブは内側方向に変形され、弾性チップ４２０が加圧されて扁平に変形される。前述したように、弾性チップ４２０は弾性材質で構成されて復元力を持つため、弾性チップ４２０が原形通りに復元され、振動子で発生する力は、伝達部ホルダー３５０を押して振動チューブ３００に作用する。この力は、振動子２４０で発生した変形力であって、油圧チューブ２１０内の流体を加圧し、前記力により内部チェックリング２３０は、流体流入口２３２に密着して流体流入口２３２を遮断した状態に維持し、油圧チューブ２１０の壁面より剛性の小さな外部チェックリング２２０が変形されつつ、流体圧出口２２２を通じて流体が圧出される。

一方、弾性チップ４２０は、振動子先端部２４２と伝達部ホルダー３５０との間に前記振動子先端部２４２及び伝達部ホルダー３５０による加圧力を受けて配されるため、振動子２４０による外力の印加がない初期状態には、図１０に示したように、前記弾性チップ４２０は扁平な形状に維持される。

一方、図１１に示したように、弾性チップ４２０は、一つだけでなく複数で構成され、第１弾性チップ４２４、及び第２弾性チップ４２８を備えてもよく、弾性チップ４２０の間には、弾性チップ４２０間の位置が固定され、かつ変形力が油圧動力ユニット２００の長手方向に印加されるように支持する支持板４２６が配される。

以下では、本発明の油圧エンジンに使われる油圧動力ユニットの作動方式を説明する。

まず、振動子２４０が油圧チューブ２１０の体積を縮める方向に変形されれば、振動チューブ３００が内側に収縮変形され、油圧チューブ２１０内部の圧力が上昇する。これにより、流体流入口２３２は内部チェックリング２３０により閉鎖され、外部チェックリング２２０が変形されて、流体圧出口２２２を通じて作動流体が圧出される。また流体圧出口２２２を通過した流体は、空洞圧出室２２３の圧出口スロット１４６を通じてローターブレード１３２に向かって圧出される。

一方、振動子２４０が油圧チューブ２１０の体積を原状回復させる方向に変形されれば、振動チューブ３００が原位置に復帰し、油圧チューブ２１０の圧力が下降する。これにより、流体流入口２３２が開放され、流体空洞流入室２３３の流入口スロット１４４を通じて加圧作動流体が油圧チューブ２１０内に加圧流入されて、振動チューブ３００を原位置に復帰させる。

一方、１対の各油圧動力ユニットの間に、駆動流体の圧出量と流入量との微細差を常にバランスよく維持可能にする先端軸圧部（アキュムレータ）２６０を、少なくとも一つの油圧動力ユニット２００の先端部に配する。

この先端軸圧部２６０は、密閉された油圧チューブ２１０内で、初期に停止した状態である流体が装置の始動と共に速く動けるようにする機能も行う。すなわち、駆動を始めるように、振動子２４０が初めて駆動して加圧状態を作れば、先端軸圧部２６０のばね２６２が圧縮されつつ油圧を吸収し、軸圧を形成して速い始動を可能にし、振動子２４０の最初の駆動で発生する流体は、油圧動力ユニット２００の先端部に流入蓄積され、停止状態では蓄積された流体を圧出しつつ、ばね２６２の復元力により原状に復帰されて常時再始動を容易にする。

一方、以上のような動作を具現するためには、油圧動力ユニット２００自体の構成以外に、油圧動力ユニットの振動子２４０に加えられる駆動信号を制御する駆動モジュールが別途に共に使われることが望ましい。

駆動モジュールが油圧動力ユニットを制御する場合の油圧エンジンの構成特徴を要約すれば、次の通りである。

駆動モジュールでは、基本的に二つの油圧動力ユニットに対してそれぞれ駆動信号を同時に印加させる。

駆動モジュールの最初の駆動信号により、油圧動力ユニットに配された振動子２４０が油圧チューブ２１０内の圧力を上昇させる方向（前進方向）に変形され、これによる振動チューブ３００の変形により油圧チューブ２１０内の流体に力が作用する。この時に作用する力は、振動子２４０の特徴上非常に大きく、この大きい力が油圧チューブ２１０内の流体に伝達される。この力により内部チェックリング２３０は、流体流入口２３２に密着して流体流入口２３２を遮断した状態に維持し、油圧チューブ２１０の壁面より剛性が小さな外部チェックリング２２０が変形されつつ、流体圧出口２２２を通じて流体が押し出される。

駆動モジュールの最初の駆動信号は、隣接した他の油圧動力ユニット２００の振動子２４０にも印加されるが、この時の信号は、油圧チューブ２１０内の圧力を減圧させる方向（後進方向）に振動子２４０及び振動チューブ３００を変形させる。油圧チューブ２１０内の圧力が減圧するにつれて、外部チェックリング２２０は流体圧出口２２２に密着した状態を維持し、内部チェックリング２３０は流体流入口２３２を密閉しなくなり、内部チェックリング２３０が位置する流体流入口２３２を通じて流体が加圧流入される。

本発明の油圧動力ユニット２００とその内外部の連結されたあらゆる部材の内部を流体で満たして密閉させる場合には、密閉された空間内部の流体を所望の方向に循環させつつ流体内部に空洞現状の発生を回避できる。

流体圧出口２２２を通じて圧出される流体の量を増大させるためには、振動子２４０の変形量、すなわち、ストロークを大きくする必要がある。ストロークを大きくする方法は、印加される電気エネルギーの電圧を高める方法と、機構的に振動子２４０として使われる圧電素子を複数積層してスタックを構成する方法と、がある。

また、前述したように、振動子２４０と振動チューブ３００との間に振幅拡大装置４００が配されることで、圧出口を通じて圧出される流体の量及び流入口を通じて流入される流体の量が増加するので、油圧動力ユニット２００及び油圧エンジン１００の出力がさらに大きくなる。

図１３は、絶縁油循環放熱冷却部５００を示す図面であり、図１４は、絶縁油循環放熱冷却部５００の動作概念を示す図面である。

図１３及び図１４を参照すれば、本発明による油圧エンジン１００は、絶縁油循環放熱冷却部５００を備える。

循環放熱冷却部５００は、振動子２４０の駆動時に発生する熱を放熱冷却するように設けられたものであり、油圧動力ユニット２００の作動を通じて流動できる絶縁油が充填され、前記絶縁油は、所定の管路を通じて流動して、放熱器を通じて放熱冷却されることで、振動子２４０の駆動温度を維持させる。

前述したように、振動チューブ３００と連結された冷却管３４０が設けられ、循環放熱冷却部５００は、前記冷却管３４０と連結される。

一方、循環放熱冷却部５００は、少なくとも２つの油圧動力ユニット２００の間を連結するように備えられ、例えば、第１油圧動力ユニット２００ａと第２油圧動力ユニット２００ｂとを連結する第１管路５１０及び第２管路５１２、第１管路５１０及び第２管路５１２を連結する弁部５１４、及び前記第１管路５１０及び第２管路５１２と連結されて延び、クーラー（ＦＡＮ）による冷却効果が印加される第３管路５２２を備える。一方、前記第１管路５１０の中間部には、第１チェックボール収容部５１６が設けられ、前記第１チェックボール収容部５１６には、弾性変形できる第１チェックボール５１８が挿入されるように構成される。また、第２油圧動力ユニット２００と第１管路５１０との間には、弾性変形できる第２チェックボール５２０が配される。また、前記循環放熱冷却部５００を構成するそれぞれの管路内には絶縁油が充填され、前記絶縁油の流動につれて、温度交換及び振動子２４０の冷却が行われる。

一方、温度変化による絶縁油の体積変化及び経時的な絶縁油消失に対応できるように、所定のアキュムレータ（図示せず）が連結され、前記第２管路５１２を通じる絶縁油供給を制御できるように所定の弁部５１４が備えられる。一方、前記弁部５１４は、所定のスロットル弁でありうる。

循環放熱冷却部５００の動作を説明すれば、下記の通りである。

例えば、まず、第１油圧動力ユニット２００ａ内の振動子２４０が油圧チューブ２１０内の流体を流入させるように変形されれば、振動チューブ３００が外側に変形され、これにより、絶縁油が振動チューブ３００の側部絶縁油チャンバ３３０から第１管路５１０に沿って圧出される。

この時、第１チェックボール５１８は油圧により変形されて、第１管路５１０を通じて第２油圧動力ユニット２００ｂに絶縁油が流動し、絶縁油の一部は、弁部５１４を通じて第２油圧動力ユニット２００ｂに流動できる。したがって、絶縁油は第１管路５１０及び第２管路５１２を通じて流動する。

次いで、第２油圧動力ユニット２００ｂ内の振動子２４０が油圧チューブ２１０内の流体を流入させるように変形されれば、振動チューブ３００が外側に変形され、これにより、絶縁油が振動チューブ３００の絶縁油チャンバ３３０から圧出され、この時、第２チェックボール５２０は変形されて、第１油圧動力ユニット２００ａに通じる第１管路５１０を遮断する。したがって、絶縁油は第３管路５２２を通じて流動し、この時、第３管路５２２の経路上に備えられた所定のクーラー（ＦＡＮ）によって絶縁油の冷却が行われる。

絶縁油循環放熱冷却部５００が設けられることで、油圧エンジン１００の各振動子２４０の冷却が効率的に行われ、したがって、油圧エンジン１００の動作効率低下が防止される。

以上、本発明を説明するに当って、図面に示した実施形態を参考として説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって定められねばならない。

本発明は、駆動動力関連の技術分野に好適に用いられる。

１００ 油圧エンジン
１１０ ハウジング
１１１ プーリー
１１２ カバー
１１４ 本体ハウジング
１１６ シール部材
１１８ 配管ホール
１１９ アキュムレータ
１２０ 出力軸
１３０ ローター
１３２ ローターブレード
１４０ スリーブフランジ
１４１ 中空
１４２ 配置ホール
１４４ 流入スロット
１４６ 圧出スロット
１４８ 密封シール
１５０ 油圧油冷却ポンプ室
１６０ 振動子ハウジング
２００ 油圧動力ユニット
２１０ 油圧チューブ
２２０ 外部チェックリング
２２２ 流体圧出口
２２３ 空洞圧出室
２３０ 内部チェックリング
２３２ 流体流入口
２３３ 空洞流入室
２４０ 振動子
２４２ 振動子先端部
２５０ モジュール連結装置
２６０ 先端軸圧部
２６２ ばね
２６４ ばねガイドチューブ
２６６ 軸圧プレート
２６８ 先端キャップ
３００ 振動チューブ
３１０ 弾性チューブ層
３１２ 突出部
３２０ 金属チューブ層
３２２ スリット
３３０ 絶縁油チャンバ
３４０ 冷却管
３５０ 伝達部ホルダー
４００ 振幅拡大装置
４１０ スウェルチューブ
４１２ スリット
４２０ 弾性チップ
４２２ ホール
４２４ 第１弾性チップ
４２６ 支持板
４２８ 第２弾性チップ
４３０ ケーシング
５００ 循環放熱冷却部
５１０ 第１管路
５１２ 第２管路
５１４ 弁部
５１６ 第１チェックボール収容部
５１８ 第１チェックボール
５２０ 第２チェックボール
５２２ 第３管路

Claims (12)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングの内部に回転自在に支持され、周りにローターブレードが配されたローターと、
   前記ローターの周りに沿って複数が離隔して配された油圧動力ユニットと、
   前記ローターの回転によって共に回転するものとして、前記ハウジングの外側に突出した出力軸と、を備え、
   前記油圧動力ユニットは、
   内側に中空部が形成され、表面に流体が流入される流体流入口と、流体が圧出される流体圧出口とが形成され、前記流体流入口、及び流体圧出口はＶ状溝で形成され、先端部が閉鎖された油圧チューブと、
   弾性材質で形成され、前記流体圧出口を外部で閉鎖するように、前記油圧チューブの外部のＶ状溝に密着して配された弾性材質の外部チェックリングと、
   弾性材質で形成され、前記油圧チューブの中空部内で前記流体流入口を閉鎖するように、前記油圧チューブの内部のＶ状溝に接して配された内部チェックリングと、
   内側に中空部が形成される弾性チューブ層と、前記弾性チューブ層の外側周りに配される金属チューブ層とで構成される振動チューブ、及び前記振動チューブの後端部に配されて、振動子から力を伝達される伝達部ホルダーを備える振動チューブと、
   前記振動チューブの下部に配されて中空が形成されたケーシング、前記ケーシング内に配されて円筒状に中空が形成され、かつ前記円筒表面に長手方向に複数のスリットが形成されたスウェルチューブ、及び前記スウェルチューブの中空を横切るように前記スウェルチューブ内に配される弾性チップを備える振幅拡大装置と、
   前記振幅拡大装置の下部に配され、かつ油圧チューブの内側及び外側方向に変形自在に配されて、前記油圧チューブ及び振動チューブ内の流体の圧力を上昇または下降させる振動子と、
   前記スウェルチューブ内に一部が挿入されて前記振動子と連結される振動子先端部と、
   を備えることを特徴とする油圧エンジン。
2. 前記振動子は、逆圧電効果により電気が印加されれば変形されるものであり、前記油圧チューブの中空部内側方向とその逆方向とに変形することを特徴とする請求項１に記載の油圧エンジン。
3. 前記振幅拡大装置は、
   前記スウェルチューブの中空内に、前記伝達部ホルダーの一部分及び前記振動子先端部の一部分が挿入されるように構成され、
   前記伝達部ホルダーと前記振動子先端部との間に前記弾性チップが配され、
   前記弾性チップは、
   変形によって復元力を持つように弾性を持つ材質で構成され、
   中心部が突出するように曲率を持つ円板状に構成され、円周方向に沿って複数のホールが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の油圧エンジン。
4. 前記ホールは、前記弾性チップの円周の一部を弧として持つ扇形に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の油圧エンジン。
5. 前記金属チューブ層には、長手方向に延びたスリットが周りに複数形成されたことを特徴とする請求項１に記載の油圧エンジン。
6. 前記振動チューブの後端は、前記油圧チューブの内側に突出した状態を維持させる突出部を備えることを特徴とする請求項１に記載の油圧エンジン。
7. 前記流体流入口は、前記油圧チューブの周りに沿って複数が形成されており、前記内部チェックリングが、前記流体流入口のＶ状溝に接して配されて、前記流体流入口を閉鎖できることを特徴とする請求項１に記載の油圧エンジン。
8. 前記流体圧出口は、前記油圧チューブの周りに沿って複数が形成されており、前記外部チェックリングは、リング状に設けられて、前記流体圧出口のＶ状溝に接して配されて、前記流体圧出口を閉鎖できることを特徴とする請求項１に記載の油圧エンジン。
9. 前記油圧チューブの閉鎖された先端には先端軸圧部が配され、
   前記先端軸圧部は、軸圧プレート、先端キャップ、ばねガイドチューブ、ばねを備え、
   前記ばねは、前記先端キャップと前記軸圧プレートとの間に配されて、前記先端キャップと前記軸圧プレートとの間に対して弾性力を作用させることを特徴とする請求項１に記載の油圧エンジン。
10. 絶縁油循環放熱冷却部をさらに備え、
    前記絶縁油循環放熱冷却部は、少なくとも２つの油圧動力ユニットの間を連結するように備えられ、
    前記油圧動力ユニットの間を連結する第１管路、第２管路と、
    前記第１管路及び前記第２管路の間を連結する弁部と、
    前記第１管路及び前記第２管路と連結され、所定のクーラーによる冷却効果が印加される第３管路と、
    前記第１管路に備えられた第１チェックボール収容部と、
    前記第１チェックボール収容部に挿入され、かつ弾性変形される第１チェックボールと、
    第２油圧動力ユニットと第１管路との間に配され、かつ弾性変形される第２チェックボールと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の油圧エンジン。
11. 前記ローター及び前記油圧動力ユニットが配されるスリーブフランジをさらに備え、
    前記スリーブフランジは、
    内側にローターが配されるように中空が形成され、
    前記中空の外側部に前記油圧動力ユニットが配される複数の配置ホールが形成され、
    前記中空を形成するスリーブの側面前方に長手方向に延びる圧出スロットが複数形成され、
    前記中空を形成するスリーブの側面後方に長手方向に延びる流入スロットが複数形成され、
    前記ローターは、二重らせん状のブレードを備え、前記中空内に挿入されて配されることを特徴とする請求項１に記載の油圧エンジン。
12. 前記油圧動力ユニットを駆動し、前記ローターの回転数及びトルクを調整し、駆動電源として２次バッテリーを備える作動モジュールを備えることを特徴とする請求項１に記載の油圧エンジン。

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