JP2018506669A - ベーンポンプおよびこれを構成するカムリング内部のプロファイル決定方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ベーンポンプの磨耗を少なくしつつ、ベーンポンプチャンバの体積を増加させて理論吐出量を上げることができるベーンポンプ、およびこれを構成するカムリング内部のプロファイル決定方法に関する。このための本発明によるカムリング内部のプロファイル決定方法は、ポンプハウジング内に収容されたカムリング、前記カムリング内に回転軸を中心として回転可能に収容されたロータ、および、前記ロータに結合され、流体を吐出させる複数のベーン、を含むベーンポンプのカムリング内部のプロファイル決定方法であって、前記カムリングは、前記回転軸を中心として円周方向に最大半径（Ｒｍａｘ）と最小半径（Ｒｍｉｎ）との間で可変する環状の内部プロファイルで形成し、前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を決定するステップ；前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を通るサイクロイド曲線を決定するステップ；前記サイクロイド曲線にタンジェント曲率で連結され、傾斜したタンジェントラインを決定するステップ；および、前記タンジェントラインの端部にタンジェント曲率で連結され、前記最小半径（Ｒｍｉｎ）地点を通る円弧を決定するステップ；を含む。
Description
本発明は、ベーンポンプおよびこれを構成するカムリングのプロファイル決定方法に関し、より詳細には、ベーンポンプの磨耗を少なくしつつ、ベーンポンプチャンバの体積を増加させて理論吐出量を上げることができるベーンポンプ、およびこれを構成するカムリング内部のプロファイル決定方法に関する。
一般的に、ベーンポンプ（ｖａｎｅ ｐｕｍｐ）は、油圧ポンプであり、図１に示されたように、ベーンポンプのケースを形成するポンプハウジング（図示省略）内に収容されるカムリング（ｃａｍ ｒｉｎｇ、８）と、前記カムリング（８）の内側に回転可能に取り付けられているロータ（ｒｏｔｏｒ、２）と、前記ロータ（２）の外側へ出没可能に取り付けられているベーン（ｖａｎｅ、４）とで構成される。
一方、前記カムリング（８）には、オイルが流入される吸入口（６a）と、これとは反対方向にオイルが吐出される吐出口（６b）とが形成されており、例えば、商用車用パワーステアリングのベーンポンプは、ベーン及びロータの大きさ及び形状などの特徴によってポンプの効率に大きな影響を及ぼす。
前記ベーンポンプの作動原理を検討すると、初期には、ロータ（２）のベーンスロットにベーン（４）が挿入されているが、始動時に、ロータ（２）の回転による遠心力でベーン（４）がベーンスロットから排出されれば、ロータ（２）とカムリング（８）との間の形状差による空間をベーン（４）が通過しながら、オイルが吸入口（６a）を介して流入され、吐出口（６b）に排出される。
上述したように、前記ロータ（２）が円形に形成され、前記カムリング（８）の内部が略楕円形に形成されることにより、ロータ（２）とカムリング（８）との間の形状差による空間が形成されることができ、特に、前記カムリング（８）内部のプロファイルの形状によって理論吐出量が決定される。
具体的には、前記カムリング（８）内部のプロファイル形状の設計が誤った場合には、ベーンポンプの磨耗が発生することがあるが、このような磨耗の発生を防止するためには、より大きな体積となるように設計しなければならない。
したがって、ベーンポンプの磨耗を少なくしつつ、ベーンポンプチャンバの体積を増加させて理論吐出量を上げることができる構造が要望されている。
前記従来の技術による問題点を解決するために、本発明の目的は、ベーンポンプの磨耗を少なくしつつ、ベーンポンプチャンバの体積を増加させて理論吐出量を上げることができるベーンポンプ、およびこれを構成するカムリング内部のプロファイル決定方法を提供することにある。
前記技術的課題を解決するための本発明のベーンポンプは、ポンプハウジング内に収容されたカムリング、前記カムリング内に回転軸を中心として回転可能に収容されたロータ、および前記ロータに結合され、流体を吐出させる複数のベーン、を含むベーンポンプであって、前記カムリングは、前記回転軸を中心として円周方向に最大半径（Ｒｍａｘ）と最小半径（Ｒｍｉｎ）との間で可変する環状の内部プロファイルを備え、前記環状の内部プロファイルは、前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を通るサイクロイド曲線；前記最小半径（Ｒｍｉｎ）地点を通る円弧；および前記サイクロイド曲線と前記円弧をタンジェント曲率で連結するタンジェントライン；で構成される。
好ましくは、前記サイクロイド曲線は、下記[数学式１]による（ｘ,ｙ）座標で決定することができる。
[数学式１]
（ただし、Ｒは、サイクロイド曲線を描くフラリッシュサークル（flourish circle）の半径、Θは、媒介変数角度、Ｋは、１．５乃至３の常数である。）
好ましくは、前記タンジェントラインは、回転軸の中心と前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を連結する半径に対して、４゜乃至１５゜の角度で傾斜するように構成することができる。
好ましくは、前記タンジェントラインは、回転軸の中心と前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を連結する半径に対して、４゜乃至１５゜の角度で傾斜するように構成することができる。
前記技術的課題を解決するための本発明のカムリング内部のプロファイル決定方法は、ポンプハウジング内に収容されたカムリング、前記カムリング内に回転軸を中心として回転可能に収容されたロータ、および前記ロータに結合され、流体を吐出させる複数のベーン、を含むベーンポンプのカムリング内部のプロファイル決定方法であって、前記カムリングは、前記回転軸を中心として円周方向に最大半径（Ｒｍａｘ）と最小半径（Ｒｍｉｎ）との間で可変する環状の内部プロファイルで形成し、前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を決定するステップ；前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を通るサイクロイド曲線を決定するステップ；一側が前記サイクロイド曲線にタンジェント曲率で連結され、傾斜したタンジェントラインを決定するステップ；および前記タンジェントラインの他側にタンジェント曲率で連結されるように前記最小半径（Ｒｍｉｎ）地点を通る円弧を決定するステップ；を含む。
好ましくは、前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点は、下記[数学式１]のＲ値とＫ値とによって決定され、前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を通るサイクロイド曲線は、下記[数学式１]による（ｘ,ｙ）座標で決定されることができる。
[数学式１]
（ただし、Ｒは、サイクロイド曲線を描くフラリッシュサークルの半径、Θは、媒介変数角度、Ｋは、１．５乃至３の常数である。）
好ましくは、前記タンジェントラインは、回転軸の中心と前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を連結する半径に対して、４゜乃至１５゜の角度で傾斜するように構成することができる。
好ましくは、前記タンジェントラインは、回転軸の中心と前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を連結する半径に対して、４゜乃至１５゜の角度で傾斜するように構成することができる。
上述したような本発明は、ベーンポンプの磨耗を少なくしつつ、ベーンポンプチャンバの体積を増加させて理論吐出量を上げることができる効果がある。
本発明は、その技術的思想または主な特徴から外れることなく、他の様々な形態で実施することができる。したがって、本発明の実施例は、すべての点で単なる例示に過ぎないものであり、限定的に解釈されてはならないものである。
第１、第２のような用語は、多様な構成要素を説明するために用いることができるが、上記構成要素は、上記用語によって限定されるものではない。
上記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱することなく、第１の構成要素は第２の構成要素と命名されることが可能であり、同様に第２の構成要素も第１の構成要素と命名されることが可能である。
および/またはの用語は、複数の関連して記載された項目の組み合わせまたは複数の関連して記載された項目のうちいずれかの項目を含む。
ある構成要素が別の構成要素に“連結されて”いるか、または“接続されて”いると言及された場合には、その別の構成要素に直接連結されているか、または接続されていることもできるが、その中間に他の構成要素が存在することもあると理解すべきである。
一方、ある構成要素が別の構成要素に“直接連結されて”いるか、または“直接接続されて”いると言及された場合には、その中間に他の構成要素は存在しないものと理解すべきである。
本出願において使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上、明白に違うことを意味しない限り、複数の表現を含んでいる。
本出願において、“含む”または“備える”、“有する”等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を前もって排除しないものと理解すべきである。
別途で定義されない限り、技術的或いは科学的な用語を含めてここで使用されるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有している。
一般的に使用される辞典に定義されているものと同一の用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであり、本出願において明白に定義しない限り、理想的か、若しくは過度に形式的な意味で解釈されない。
以下において、添付の図面を参照しながら本発明による好ましい実施例を詳しく説明するが、図面符号に関係なく同一または対応の構成要素には同一の参照番号を付与し、これに対する重複の説明は省略することにする。
以下において、添付の図面を参照しながら本発明による好ましい実施例を詳しく説明するが、図面符号に関係なく同一または対応の構成要素には同一の参照番号を付与し、これに対する重複の説明は省略することにする。
本発明を説明する上で関連のある公知技術に対する具体的な説明が、本発明の要旨をぼかすおそれがあると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
本発明の一実施例によるベーンポンプ１００は、図２及び図５に示されたように、ポンプハウジング（図示省略）内に収容されるカムリング１１０と、前記カムリング１１０内に回転軸（図示省略）と軸結合され、前記回転軸を中心として回転可能に収容されたロータ１４０と、前記ロータ１４０に結合され、流体を吐出させる複数のベーンＶと、並びに、前記カムリング１１０の両側にそれぞれ係合ピンＰによって組み立てられる上部プレート１２０と下部プレート１３０とを含んで構成される。
前記ベーンポンプ１００は、軸孔ＳＨを介して前記ロータ１４０に軸結合された回転軸が回転することにより、前記ロータ１４０が前記カムリング１１０の内部で回転するように構成される。
前記ロータ１４０の回転により複数のベーンＶの端部が前記カムリング１１０の内部面に密着した状態で回転することによって、入力ポートＩＰを介して流体が流入された後、排出ポートＯＰへ排出され得るようになる。
一方、本発明の一実施例によるベーンポンプ１００を構成するカムリング１１０は、ベーンＶの接触による磨耗を少なくしつつ、流体が滞留し得る体積を増加させて理論吐出量を増大させるために、前記回転軸を中心として円周方向に最大半径（Ｒｍａｘ）と最小半径（Ｒｍｉｎ）との間で可変する環状の内部プロファイルを備える。
具体的には、前記環状の内部プロファイルは、前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点（Ｒ）を通るサイクロイド曲線（図７のＡ区間）、前記最小半径（Ｒｍｉｎ）地点（Ｒ'）を通る円弧（図７のＤ区間）、および、前記サイクロイド曲線と前記円弧をタンジェント曲率で連結するタンジェントライン（図７のＣ区間）で構成される。
この時、前記サイクロイド曲線は、下記[数学式１]による（ｘ,ｙ）座標で決定することができる。
[数学式１]
（ただし、Ｒは、サイクロイド曲線を描くフラリッシュサークルの半径、Θは、媒介変数角度、Ｋは、１．５乃至３の常数である。）
また、前記タンジェントラインＣは、ロータ１４０の中心と前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点Ｒを連結する線（ｙ軸）に対して、４゜乃至１５゜の角度で傾斜するように決定され得る。
また、前記タンジェントラインＣは、ロータ１４０の中心と前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点Ｒを連結する線（ｙ軸）に対して、４゜乃至１５゜の角度で傾斜するように決定され得る。
例えば、前記タンジェントラインＣの傾斜角αが４゜よりも小さいと、タンジェントラインＣ自体の決定ができなくなる問題があり得、傾斜角αが１５゜よりも大きいと、カムリング１１０の最小半径（Ｒｍｉｎ）が最大半径（Ｒｍａｘ）よりも長くなることがあり、プロファイルの形成自体ができなくなる問題があり得る。
上述したような環状の内部プロファイルを備えたカムリング１１０内部のプロファイル決定方法について説明する。
本発明の一実施例によるベーンポンプ１００を構成するカムリング１１０内部のプロファイル決定方法は、前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点Ｒを決定するステップと、前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点Ｒを通るサイクロイド曲線Ａを決定するステップと、一側が前記サイクロイド曲線Ａにタンジェント曲率で連結（図７のＢ区間）され、傾斜したタンジェントラインＣを決定するステップと、および、前記タンジェントラインＣの他側にタンジェント曲率で連結されるように、前記最小半径（Ｒｍｉｎ）地点Ｒ'を通る円弧Ｄを決定するステップとを含む。
まず、前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点Ｒを決定するステップについて説明する。
前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点Ｒは、下記[数学式１]のＲ値とＫ値とによって決定することができ、前記Ｋ値が１．５よりも小さいと、カムリング１１０の容積効率が劣る問題があり得、前記Ｋ値が３よりも大きいと、最大半径（Ｒｍａｘ）地点Ｒの近所でベーンＶがロータ１４０からあまりにも過剰に排出され、耐久性が低下される問題があり得る。
[数学式１]
（ただし、Ｒは、サイクロイド曲線を描くフラリッシュサークルの半径、Θは、媒介変数角度、Ｋは、１．５乃至３の常数である。）
次いで、前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点Ｒを通るサイクロイド曲線Ａを決定するステップについて説明する。
次いで、前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点Ｒを通るサイクロイド曲線Ａを決定するステップについて説明する。
前記サイクロイド曲線Ａは、前記[数学式１]による（ｘ,ｙ）座標で決定することができる。
次いで、一側が前記サイクロイド曲線Ａにタンジェント曲率で連結Ｂされ、傾斜したタンジェントラインＣを決定するステップについて説明する。
前記タンジェントラインＣの一側は、前記サイクロイド曲線Ａにタンジェント曲率で連結Ｂされるように決定されるが、前記タンジェントラインＣの傾斜度αは、ロータの中心と前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点Ｒを連結する線（ｙ軸）に対して、４゜乃至１５゜の角度で傾斜するように決定される。
次いで、前記タンジェントラインＣの他側にタンジェント曲率で連結されるように、前記最小半径（Ｒｍｉｎ）地点Ｒ'を通る円弧Ｄを決定するステップについて説明する。
前記最小半径（Ｒｍｉｎ）地点Ｒ'を通る円弧Ｄは、前記ロータ１４０を中心とする円弧であって、前記タンジェントラインＣの他側にタンジェント曲率で連結される。
すなわち、本発明の一実施例によるベーンポンプ１００を構成するカムリング１１０内部のプロファイル決定方法は、１）サイクロイド曲線の決定（数学式１を参照）、２）前記サイクロイド曲線にα゜で以って、タンジェント曲率で連結されるタンジェントラインの決定、３）回転軸（原点）を基準として前記タンジェントラインにタンジェント曲率で連結されるタンジェント的な円弧の決定、４）前記過程によって決定された１／４プロファイルを、ｘ,ｙ軸に対して対称に形成して環状のプロファイルを完成するような手順からなり得る。
上述したような本実施例のベーンポンプは、図８に示されたように、既存のベーンポンプと比較する時に、理論吐出量が増加したことを確認することができる。
本発明は、添付の図面を参照しながら好ましい実施例を中心に記述されたが、当業者であれば、このような記載から本発明の範疇を外れることなく、多くの多様で且つ自明な変形が可能であることは明白である。したがって、本発明の範疇は、このような多くの変形例を含むように記述された特許請求の範囲によって解釈されなければならない。
Claims (6)
- ポンプハウジング内に収容されたカムリング、前記カムリング内に回転軸を中心として回転可能に収容されたロータ、および前記ロータに結合され、流体を吐出させる複数のベーン、を含むベーンポンプであって、
前記カムリングは、
前記回転軸を中心として円周方向に最大半径（Ｒｍａｘ）と最小半径（Ｒｍｉｎ）との間で可変する環状の内部プロファイルを備え、
前記環状の内部プロファイルは、
前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を通るサイクロイド曲線；
前記最小半径（Ｒｍｉｎ）地点を通る円弧；および
前記サイクロイド曲線と前記円弧をタンジェント曲率で連結するタンジェントライン；で構成されたことを特徴とするベーンポンプ。 - 前記サイクロイド曲線は、
下記[数学式１]による（ｘ,ｙ）座標で決定されることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
[数学式１]
- 前記タンジェントラインは、
回転軸の中心と前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を連結する半径に対して、４゜乃至１５゜の角度で傾斜したことを特徴とする請求項２に記載のベーンポンプ。 - ポンプハウジング内に収容されたカムリング、前記カムリング内に回転軸を中心として回転可能に収容されたロータ、および前記ロータに結合され、流体を吐出させる複数のベーン、を含むベーンポンプのカムリング内部のプロファイル決定方法であって、
前記カムリングは、前記回転軸を中心として円周方向に最大半径（Ｒｍａｘ）と最小半径（Ｒｍｉｎ）との間で可変する環状の内部プロファイルで形成し、
前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を決定するステップ；
前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を通るサイクロイド曲線を決定するステップ；
一側が前記サイクロイド曲線にタンジェント曲率で連結され、傾斜したタンジェントラインを決定するステップ；および
前記タンジェントラインの他側にタンジェント曲率で連結されるように前記最小半径（Ｒｍｉｎ）地点を通る円弧を決定するステップ；を含むことを特徴とするカムリング内部のプロファイル決定方法。 - 前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点は、下記[数学式１]のＲ値とＫ値とによって決定され、前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を通るサイクロイド曲線は、下記[数学式１]による（ｘ,ｙ）座標で決定されることを特徴とする請求項４に記載のカムリング内部のプロファイル決定方法。
[数学式１]
- 前記タンジェントラインは、
回転軸の中心と前記最大半径（Ｒｍａｘ）地点を連結する半径に対して、４゜乃至１５゜の角度で傾斜したことを特徴とする請求項４に記載のカムリング内部のプロファイル決定方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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