KR100345406B1

KR100345406B1 - 오일펌프로우터

Info

Publication number: KR100345406B1
Application number: KR1019980012560A
Authority: KR
Inventors: 카쯔아키 호소노
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2002-10-25
Also published as: KR19980081230A; EP0870926B1; DE69816163T2; EP0870926A1; DE69816163D1; US6077059A

Abstract

n개의 톱니를 가지고, 톱니의 팁이 내부 로우터(10)의 베이스 원(B_i)을 따라서 회전하는 제1 외부 회전 원(E_i)에 의해 생성된 에피사이클로이드에 의해 정해지며, 톱니 공간이 내부 로우터(10)의 베이스 원(B_i)을 따라서 회전하는 제1 회전 원(H_i)에 의해 생성된 하이포사이클로이드 곡선에 의해 정해지는 내부 로우터(10)와, n+1개의 톱니를 가지고, 톱니 공간이 외부 로우터(20)의 베이스 원(B_o)을 따라서 회전하는 제2 회전 원(E_o)에 의해 생성된 에피사이클로이드 곡선에 의해 정해지며, 톱니의 팁이 외부 로우터(20)의 베이스 원(B_o)을 따라서 회전하는 제2 내부 회전 원(H_o)에 의해 생성된 하이포사이클로이드 곡선에 의해 정해지는 외부 로우터(20)가 형성되는 오일 펌프 로우터에 있어서, 각 로우터가 하기 관계를 만족한다 :

D_o＞D_i, d_i＞d_o

여기서, D_i, d_i, D_o및 d_o는 각각 E_i, H_i, E_o및 H_o의 직경을 나타낸다.

Description

오일 펌프 로우터

본 발명은 펌프의 내부 및 외부 로우터 사이에 형성된 복수개의 셀의 부피 변화에 따라서 유체를 흡입하고 배출하는 오일 펌프에 사용되는 오일 펌프 로우터에 관한 것이다.

종래의 오일 펌프는 n(n은 자연수)개의 외치가 형성되어 있는 내부 로우터와, 내부 로우터의 외치와 맞물리는 n+1개의 내치가 형성되어 있는 외부 로우터와, 그리고 유체를 흡입하는 흡입포트와 유체를 배출하는 배출포트가 형성되어 있는 케이스를 구비한다. 이러한 오일 펌프에 있어서, 내부 로우터가 회전되어 외치가 내치와 맞물리게 하고, 그것에 의해 외부 로우터를 회전시킨다. 셀의 부피 변화에 따라서 두 로우터 사이에 형성된 복수개의 셀에서 유체를 흡입 또는 배출한다.

개개의 셀은 회전 방향의 전후에서 내부 로우터의 각 외치와 외부 로우터의 내치 사이의 접촉으로, 그리고 내부 및 외부 로우터의 양측에서 오일 펌프의 케이스의 존재에 의하여 분할된다. 결과적으로, 독립적인 유체 운반 체임버가 형성된다. 내부 로우터의 외치와 외부 로우터의 내치 사이의 맞물림 과정 중에 일단 셀의 부피가 최소값으로 떨어지면, 다음에 셀이 그 부피가 팽창하는 흡입포트를 따라서 진행되어 유체가 흡입되도록 한다. 셀의 부피가 최대값이 된 후에는, 셀이 그 부피가 감소되는 배출포트를 따라서 진행되어 유체가 배출되도록 한다.

이렇게 설계된 오일 펌프는 크기가 작고 구조가 간단하기 때문에, 자동차의 윤활유 펌프와, 자동 변속기의 오일 펌프 등에 폭넓게 응용될 수 있다. 이러한 오일 펌프가 자동차에 설치되는 경우에, 내부 로우터가 엔진의 크랭크 샤프트에 직접 부착되어 구동수단이 제공되므로, 오일 펌프는 엔진의 회전에 의해 구동된다.

기계적 효율을 향상시키는 동시에 펌프에 의해 발생하는 소음을 감소시키기 위하여, 상기와 같이 설계된 오일 펌프에는 내부 및 외부 로우터의 조립에서 톱니의 맞물림 위치로부터 180°회전된 위치에서 내부 및 외부 로우터의 톱니의 팁 사이에 적당히 큰 팁 틈새를 두도록 한다.

팁 틈새를 확보하기 위하여, 일정한 런오프를 수행하여 로우터 톱니의 각 표면 사이에 틈새가 형성되도록 하여, 맞물림중에 각 로우터에서 톱니의 팁 사이에팁 틈새를 확보하는 것을 포함하여 다양한 방법이 제안될 수 있다. 선택적으로, 사이클로이드 곡선을 평평하게 하여 팁 틈새를 또한 확보할 수 있다.

일본국 특허 93-256268호에 기재된 오일 펌프는 소위 사이클로이드 펌프이고, 여기서 피니언(내부 로우터) 톱니의 팁과 내부에 톱니를 가진 링 기어(외부 로우터)의 톱니 공간은, 피니언과 내부에 톱니를 가진 링 기어의 피치원에서 제1 사이클로이드 생성 원의 회전에 의해 생성된 에피사이클로이드 형상을 가지고, 피니언의 톱니 공간과 내부에 톱니가 있는 링 기어의 톱니의 팁은 피니언과 내부로 톱니를 가지는 링 기어의 피치원에서 제2 사이클로이드 생성 원의 회전에 의해 생성된 하이포사이클로이드 형상을 가진다(제1 사이클로이드 생성 원의 반경은 제2 사이클로이드 생성 원의 반경과 다르다). 이러한 오일 펌프에 있어서, 두 회전 원은 피니언과 내부에 톱니가 있는 링 기어의 톱니 윤곽을 형성하는 것에 사용되어, 피니언 톱니의 팁과 내부에 톱니가 있는 링 기어의 톱니 공간이 동일한 제1 사이클로이드 생성 원에 의해 생성되고, 피니언의 톱니 공간과 내부로 톱니가 있는 링 기어 톱니의 팁은 제2 사이클로이드 생성 원에 의해 생성된다.

상기 펌프에 있어서, 펌프에 의해 발생하는 소음을 감소시키고 그 기계적 효율을 향상시키기 위하여, 두 사이클로이드 곡선은, 피니언과 내부로 톱니가 있는 링 기어가 가장 깊게 맞물리는 지점의 반대쪽 영역에서 톱니의 팁 사이에 요구되는 반경 틈새와 일치하는 정도까지 평평해져서, 피니언과 내부에 톱니가 있는 링 기어가 가장 깊게 맞물리는 지점에서의 틈새는 상당히 감소된다. 결과적으로, 새로 공급된 유체의 진동이 크게 감소되어, 펌프에 의해 생성된 소음, 펌프의 기계적 효율및 내구성이 향상된다.

또한, 상기 펌프에 있어서, 피치 원상에서 평평해진 사이클로이드 곡선의 시작점 및 끝점과, 평평해지지 않은 사이클로이드 곡선의 시작점 및 끝점을 직선으로 연결함으로써 닫혀진 사이클로이드 곡선이 생성된다. 하지만, 사이클로이디 곡선의 한 부분에서 직선 성분이 생성되기 때문에, 피니언과 내부에 톱니가 있는 링 기어의 맞물림이 부드럽게 수행되지 않을 가능성이 있다. 예를 들어, 피니언 톱니 팁의 이동 과정이 피니언과 내부에 톱니가 있는 링 기어 사이의 맞물림 위치로부터 내부에 톱니가 있는 링 기어의 톱니 공간의 표면을 따라서 이동하는 동안에, 피니언 톱니의 팁이 곡선부에서 직선부로, 또는 직선부에서 곡선부로 이동하는 경우에 휘어짐이 발생할 수 있어서, 부드러운 맞물림의 진행을 방해하게 된다.

본 발명은 상기 문제점을 고려하여 착상된 것이고, 로우터의 맞물림중에 내부 로우터 톱니의 팁과 외부 로우터의 톱니 공간 사이에 적당히 큰 간격의 틈을 제공하여, 로우터 톱니 표면 사이의 미끄러짐 저항을 감소시킴으로써 기계적 효율과 오일 펌프의 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 만족시키기 위하여, 본 발명의 오일 펌프 로우터에 있어서, 내부 로우터의 베이스 원에 외접하고 내부 로우터의 베이스 원을 따라 미끄러지지 않고 회전하는, 제1 외부 회전 원에 의해 생성된 에피사이클로이드 곡선에 의해 톱니의 팁이 정해지고, 내부 로우터의 베이스 원에 내접하고 베이스 원을 따라 미끄러지지 않고 회전하는, 제1 내부 회전 원에 의해 생성된 하이포사이클로이드에 의해톱니 공간의 윤곽이 정해지도록 내부 로우터가 설계되며, 그리고, 외부 로우터의 베이스 원에 외접하고 외부 로우터의 베이스 원을 따라 미끄러지지 않고 회전하는 제2 외부 회전 원에 의해 생성된 에피사이클로이드에 의해 톱니 공간의 윤곽이 정해지고, 외부 로우터의 베이스 원에 내접하고 외부 로우터의 베이스 원을 따라 미끄러지지 않고 회전하는 제2 내부 회전 원에 의해 생성된 하이포사이클로이드 곡선에 의해 톱니 팁의 윤곽이 정해지도록 외부 로우터는 설계된다. 내부 로우터의 베이스 원, 제1 외부 회전 원, 그리고 제1 내부 회전 원의 직경을 각각 b_i, D_i, 그리고 d_i로 하고, 외부 로우터의 베이스 원, 제2 외부 회전 원, 그리고 제2 내부 회전 원의 직경을 각각 b_o, D_o, 그리고 d_o로 하며, 내부 및 외부 로우터의 편심 하중을 e로 나타내면, 내부 및 외부 로우터는 다음을 만족하도록 형성된다 :

b_i= n·(D_i+ d_i), b_o= (n + 1)·(D_o+ d_o)

D_i+ d_i= D_o+ d_o= 2e

(n + 1)·b_i= n·b_o, 그리고

D_o＞D_i, d_i＞d_o

내부 및 외부 로우터는 하기 식을 만족하도록 형성되는 것이 바람직하다 :

D_i+ t/2 = D_o, d_i- t/2 = d_o

여기서 t(t≠0일때)는 외부 로우터상의 톱니의 팁과 내부 로우터상의 톱니의 팁 사이 공간의 크기를 나타낸다.

본 발명의 오일 펌프 로우터의 내부 및 외부 로우터는 다음을 만족하도록 형성되는 것이 바람직하다 :

0.03mm ≤ t ≤ 0.25mm (mm: 밀리미터)

본 발명의 오일 펌프 로우터는 다음을 만족하도록 형성되는 것이 바람직하다 :

0.850 ≤ D_i/D_o≤ 0.995

내부 및 외부 로우터의 톱니 윤곽을 결정하기 위해 필요한 조건으로서, 내부 로우터의 제1 외부 회전 원과 제1 내부 회전 원의 회전 거리가 하나의 원주내에 포함되어 있어야 하며, 즉, 내부 로우터 베이스 원의 원주와 같아야 한다. 따라서,

b_i= n·(D_i+ d_i)

마찬가지로, 외부 로우터의 제2 외부 회전 원과 제2 내부 회전 원의 회전 거리는 외부 로우터 베이스 원의 원주와 같아야 한다. 따라서,

b_o= (n + 1)·(D_o+ d_o)

다음에, 내부 및 외부 로우터가 맞물리기 때문에 다음과 같다 :

D_i+ d_i= D_o+ d_o= 2e

상기 방정식으로부터,

(n + 1)·b_i= n·b_o

내부 및 외부 로우터의 톱니 윤곽은 상기 방정식을 만족하도록 형성된다.

상기 조건을 만족하도록 형성된 오일 펌프 로우터에 있어서,

D_o＞D_i, d_i＞d_o이면,

제2 외부 회전 원(D_o)에 의해 형성된 외부 로우터 톱니 공간의 윤곽에 따라 제1 외부 회전 원(D_i)에 의해 형성된 내부 로우터 톱니 팁의 윤곽과, 제1 내부 회전 원(d_i)에 의해 형성된 내부 로우터 톱니 윤곽에 따라 제2 내부 회전 원(d_o)에 의해 형성된 외부 로우터 톱니 팁의 윤곽이, 종래 기술에 비하여 맞물림 중에 양 로우터 톱니의 표면 사이에 더 큰 백래시(backlash)를 확보할 수 있다. "백래시"는 하중을 가하는 톱니 표면 반대쪽에 위치한 내부 로우터의 톱니 표면과 내부 로우터의 상기 표면과 마주보는 외부 로우터의 톱니 표면 사이에 형성될 수 있는 맞물림 중의 갭이다.

상기 관계 방정식은 각 로우터의 톱니 윤곽이 팁 틈새를 제공하도록 형성되는 경우에 또한 성립되어야 한다. 그러므로, 로우터 맞물림 위치와 각 로우터의 톱니 팁의 반대 위치(즉, 팁 틈새가 제공된 위치) 사이에서 필요한 팁 틈새(t)는 똑같이 나누어진다. 이것을 이하, "틈새"라고 한다. 팁 틈새(t)는 각 위치에서 로우터의 톱니 표면 사이에서 분리된다. 이 틈새는 하기 관계 방정식을 사용하여 확인 될 수 있다 :

D_i+ t/2 = D_o, d_i- t/2 = d_o

두 틈새(t/2)는 로우터 맞물림 위치와 반대쪽 톱니 팁 위치에서 각각 산출된다. 로우터가 조립되는 경우에, 맞물림 위치에서 틈새는 반대쪽 톱니 팁 위치로 이동하여, 팁 틈새(t)가 반대쪽 톱니 팁 사이에 형성된다.

본 발명의 오일 펌프 로우터의 내부 및 외부 로우터는, 내부 로우터에서 톱니 팁의 윤곽이 외부 로우터 톱니 공간의 톱니 윤곽보다 약간 작고, 내부 로우터 톱니 공간의 톱니 윤곽이 외부 로우터의 톱니 팁의 윤곽보다 약간 크도록 형성된다. 그러므로, 백래시와 팁 틈새를 적당히 크게 설정할 수 있다. 결과적으로, 종래 기술과 비교하여, 팁 틈새를 작게 유지하면서 비교적 큰 백래시가 확보될 수 있다. 따라서, 로우터의 톱니 표면 사이의 미끄러짐 저항이 감소되는 동안에, 유체에서 압력 진동이 발생하기 어렵다.

도 1은 본 발명에 의한 오일 펌프 로우터의 실시예 1을 도시하는 것으로서, 오일 펌프에는 내부 및 외부 로우터가 다음의 관계(D_i+ t/2 = D_o,d_i- t/2 = d_o,그리고 t값은 t=0.12mm로 설정됨.)를 만족하도록 형성되어 있는 오일 펌프 로우터가 제공되어 있는 도면.

도 2는 선택적으로 선택된 t값을 사용하여 얻어진, 내부 로우터 및 외부 로우터가 제공되는 오일 펌프의 부피 효율(η)과 기계적 효율(ζ)을 나타내는 그래프.

도 3은 본 발명에 의한 오일 펌프 로우터의 실시예 2를 도시하는 것으로서, 오일 펌프에는 내부 및 외부 로우터가 다음의 관계(0.850 ≤ D_i/D_o≤ 0.995 (D_i/D_o= 0.95))를 만족하도록 형성되어 있는 오일 펌프 로우터가 제공되어 있는 도면.

도 4는 선택적으로 선택된 D_i/D_o값을 사용하여 얻어진 내부 및 외부 로우터가 제공되는 오일 펌프의 부피 효율(η)과 구동 토크(T)를 나타내는 그래프.

도 5는 본 발명에 의한 오일 펌프 로우터의 또다른 실시예를 도시하는 것으로서, 오일 펌프에는 내부 및 외부 로우터가 다음의 관계(0.850 ≤ D_i/D_o≤ 0.995(D_i/D_o= 0.984))를 만족하도록 형성되어 있는 오일 펌프 로우터가 제공되어 있는 도면.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

(10): 내부 로우터 (20):외부 로우터

(E_i): 제1외부 회전원 (H_i): 제1 내부 회전원

(E_o): 제2외부 회전원 (H_o): 제2 내부 회전원

(B_i): 내부 로우터의 베이스원

(B_o): 외부 로우터의 베이스원

(t): 팁 틈새

본 발명의 오일 펌프 로우터의 실시예 1을 설명할 것이다.

도 1에 도시된 오일 펌프 로우터에는 n개의(n은 자연수임, 본 실시예에서는 n=10) 외치가 형성되는 내부 로우터(10)와, 각 외치와 맞물리는 n+1개의 내치가 형성되는 외부 로우터(20)와, 그리고 내부 로우터(10)와 외부 로우터(20)를 내장하는 케이스(30)가 제공된다.

복수개의 셀(C)이 로우터(10),(20)의 회전 방향을 따라서 내부 로우터(10) 및 외부 로우터(20)의 톱니 표면 사이에 형성된다. 각 셀(C)은 로우터(10),(20)의 회전 방향의 전후에서 내부 로우터(10)의 각 외치(11)와 외부 로우터(20)의 내치(21) 사이의 접촉의 결과로서, 그리고 내부 및 외부 로우터(10),(20)의 양측에서 케이스(30)가 있음으로 해서 개별적으로 분리된다. 결과적으로, 독립적인 유체운반 체임버가 형성된다. 셀(C)은 로우터(10),(20)의 회전에 따라서, 그리고 로우터가 계속 회전될 때 각 회전 사이클중에 최대와 최소 수준에 이르는 각 셀(C)의 부피에 따라 회전하고 이동한다.

내부 로우터(10)는 회전축에 부착되고, 이는 축 중심(O_i)을 중심으로 회전가능하도록 지지된다. 내부 로우터(10)는, 내부 로우터(10)의 베이스 원(B_i)에 외접하고 내부 로우터(10)의 베이스 원(B_i)을 따라 미끄러지지 않고 회전하는 제1 외부 회전 원(E_i)에 의해 생성된 에피사이클로이드 곡선에 의해 톱니 팁의 윤곽이 정해지고, 내부 로우터(10)의 베이스 원(B_i)에 내접하고 베이스 원(B_i)을 따라 미끄러지지 않고 회전하는 제1 내부 회전 원(H_i)에 의해 생성된 하이포사이클로이드 곡선에 의해 톱니 공간의 윤곽이 정해지도록 형성된다.

외부 로우터(20)의 축 중심(O_o)은 내부 로우터(10)의 축 중심(O_i)에 대해 편심(편심률: e)되어 배치되고, 이는 축(O_O)을 중심으로 케이스(30)내에서 회전가능하도록 지지된다. 외부 로우터(20)는, 외부 로우터의 베이스 원(B_o)에 외접하고 외부 로우터의 베이스 원(B_o)을 따라 미끄러지지 않고 회전하는 제2 외부 회전 원(E_o)에 의해 생성된 에피사이클로이드 곡선에 의해 톱니 공간의 윤곽이 정해지고, 외부 로우터의 베이스 원(B_o)에 내접하고 외부 로우터의 베이스 원(B_o)을 따라 미끄러지지않고 회전하는 제2 내부 회전 원(H_o)에 의해 생성된 하이포사이클로이드 곡선에 의해 톱니 팁의 톱니 윤곽이 정해지도록 형성된다.

내부 로우터(10)의 베이스 원(B_i), 제1 외부 회전 원(E_i), 그리고 제1 내부 회전 원(H_i)의 직경을 각각 b_i, D_i, 그리고 d_i로 나타내고, 외부 로우터(20)의 베이스 원(B_o), 제2 외부 회전 원(E_o), 그리고 제2 내부 회전 원(H_o)의 직경을 각각 b_o, D_o, 그리고 d_o로 나타내면, 아래의 관계 방정식이 내부 로우터(10) 및 외부 로우터(20)에 대하여 성립될 수 있다. 여기서 치수의 단위로 밀리미터가 사용된다.

첫째, 내부 로우터(10)의 제1 외부 회전 원(E_i)과 제1 내부 회전 원(H_i)의 회전거리는 하나의 원주에 포함되어 있어야 하며, 즉, 내부 로우터(10) 베이스 원(B_i)의 원주와 같아야 한다. 따라서,

π·b_i= n·π(D_i+ d_i)

즉, b_i= n·(D_i+ d_i) … (Ia)

마찬가지로, 외부 로우터(20)의 제2 외부 회전 원(E_o)과 제2 내부 회전 원(H_o)의 회전거리는 외부 로우터 베이스 원(B_o)의 원주와 같아야 한다. 따라서,

π·b_o= (n + 1)·π(D_o+ d_o)

즉, b_o= (n + 1)·(D_o+ d_o) … (Ib)

다음에, 내부 및 외부 로우터가 맞물리기 때문에,

D_i+ d_i= D_o+ d_o= 2e … (II)

상기 방정식 (Ia), (Ib), 그리고 (II)로부터, 하기 관계식이 만족된다 :

(n + 1)·b_i= n·b_o… (III)

로우터(10),(20) 사이의 맞물림 위치로부터 1/2 회전 위치에서, 외치(11)와 내치(21)의 팁이 서로 마주보는 경우에 톱니의 팁 사이에 형성되는 공간, 즉, 팁 틈새가 t로 정의되면, 내부 로우터(10)와 외부 로우터(20)는 하기와 같이 형성된다 :

D_i+ t/2 = D_o… (IV)

d_i- t/2 = d_o… (V)

(D_o＞D_i, d_i＞d_o) 그리고 t값은 다음의 범위로 설정된다 :

0.03mm ≤ t ≤ 0.25mm … (VI)

(도 1은 D_i=2.9865mm, d_i=4.6585mm, 그리고 t=0.12mm로 형성된 내부 로우터(10) 및 외부 로우터(20)를 도시한다).

원형 흡입포트(도시되지 않음)는 로우터(10),(20)의 톱니 사이에 형성된 주어진 셀(C)의 부피가 증가하는 영역에 따라서 케이스(30)에 형성된다. 마찬가지로, 원형 배출포트(도시되지 않음)는 로우터(10),(20)의 톱니 사이에 형성되는 주어진 셀(C)의 부피가 감소하는 영역에 따라서 형성된다.

본 발명은, 외치(11)와 내치(12) 사이의 맞물림 중에 주어진 셀(C)의 부피가 최소값에 도달한 후에, 유체가 흡입포트를 따라 이동하면서 셀의 부피가 팽창될 때 셀에 흡입되도록 설계된다. 마찬가지로, 외치(11)와 내치(12) 사이의 맞물림 중에 주어진 셀(C)의 부피가 최대값에 도달한 후에, 유체가 배출포트를 따라 이동하면서 셀의 부피가 감소될 때 셀로부터 배출된다.

또한, 방정식 (IV)와 (V)로 표시된 관계를 만족시키기 위하여, 상기 바와 같이 형성된 오일 펌프 로우터는, 내부 로우터(10)의 톱니 팁의 윤곽이 외부 로우터(20)의 톱니 공간의 윤곽보다 약간 작고, 내부 로우터(10)의 톱니 공간의 윤곽이 외부 로우터(20)의 톱니 팁의 윤곽보다 약간 크도록 형성되는 내부 로우터(10) 및 외부 로우터(20)를 구비한다. 따라서, 백래시와 팁 틈새를 적당히 크게 설정할 수 있고, 결과적으로 팁 틈새를 작게 유지하면서 비교적 큰 백래시를 확보할 수 있다. 따라서, 유압 진동이 쉽게 발생하지 않고, 로우터의 톱니 표면 사이의 미끄러짐 저항이 감소된다.

상기 바에 의하면, 내부 로우터(10) 및 외부 로우터(20)가 t값이 하기와 같이 설정되어 형성되는 경우에:

t＜0.03mm … (VII)

팁 틈새는 너무 좁아지게 된다. 결과적으로, 부피가 감소되는 셀(C)로부터 밀려나오는 유체에서 압력 진동이 발생한다. 캐비테이션 사운드가 발생하여 펌프의 작동 소음이 커지게 된다. 또한, 로우터의 회전은 압력 진동으로 인해 부드럽게 이루어지지 않는다.

또한, 로우터의 맞물림 중에, 하중을 가하는 톱니 표면의 반대쪽에 위치한 내치(21)의 톱니 표면과 내부 로우터의 상기 톱니 표면을 마주보는 외부 로우터의 톱니 표면 사이에 형성될 수 있는 갭, 즉, 백랙시는 너무 좁다. 결과적으로, 미끄러짐 저항이 로우터의 맞물림 위치 이외의 다른 톱니 표면에서 생성된다. 따라서, 내부 로우터(10)가 외부 로우터(20)를 회전시킬 수 있는 구동 토크가 증가하여, 오일 펌프의 기계적 효율이 떨어질 뿐만 아니라, 양쪽 로우터의 톱니 표면에서의 상당한 마찰에 의하여 장치의 내구성이 저하된다.

대조적으로, 내부 로우터(10) 및 외부 로우터(20)가 하기식을 만족하는 t값을 갖는 경우에 :

t＞0.25mm … (VIII)

팁 틈새는 넓어지고 유체에서 생성될 압력 진동이 중단된다. 결과적으로, 작동 소음이 감소될 뿐만 아니라, 백래시가 넓어져 미끄러짐 마찰이 감소하고 기계적 효율이 향상된다. 하지만, 한편으로는, 팁 틈새가 크기 때문에 개별 셀(C)의 액상의 견고성(tightness)이 손상되어, 특히 펌프 효율과 부피 효율이 나빠진다. 또한, 구동 토크는 정확한 맞물림 위치에 전달되지 않는다. 따라서, 회전손실이 커져서, 기계적 효율이 떨어지게 된다.

도 2는 t값과 펌프의 기계적 효율(ζ) 및 부피 효율(η) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프에 의하면, 부피 효율(η)은 상기 식(VII)을 만족시키는 범위내에서 높은 수준으로 안정적이지만, 기계적 효율(ζ)은 t가 작아질수록 극히 낮은 값을 가지게 된다. 또한, 식(VIII)을 만족시키는 범위내에서, 기계적효율(ζ) 및 부피 효율(η)은 t가 커질수록 낮아진다. 상기 그래프로부터 0.05mm≤t≤0.20mm의 범위내에서 더욱 최적의 t값을 가지며, 0.12 부근에서 가장 최적의 t값을 가진다는 것을 알 수 있다.

따라서, 상기 그래프로부터 알 수 있듯이, 상기 식(VI)을 만족시키는 내부 로우터(10) 및 외부 로우터(20)를 형성함으로써, 백래시와 팁 틈새가 적당히 큰 크기로 설정될 수 있으며, 종래 기술과 비교하여, 팁 틈새를 더 작은 크기로 유지하면서 백래시를 비교적 큰 크기로 확보할 수 있다.

또한, 유체에서 압력 진동이 쉽게 생성되지 않고, 두 로우터의 톱니 표면 사이의 미끄러짐 저항이 감소되기 때문에, 펌프의 작동 소음이 낮은 수준으로 유지될 수 있다. 또한, 상기 형성된 오일 펌프는 높은 부피 효율, 우수한 펌프 효율, 작은 구동 토크, 그리고 월등한 기계적 효율을 가진다.

본 발명에 의한 오일 펌프 로우터의 바람직한 실시예 2를 도면을 참조하여 설명한다.

도 3에 도시된 오일 펌프에는 m개의(m은 자연수임, 본 실시예에서는 m=10) 외치(111)가 형성되는 내부 로우터(110)와, 내부 로우터의 외치와 맞물리는 m+1개의 내치(121)가 형성되는 외부 로우터(120)가 제공된다. 내부 로우터(110)와 외부 로우터(120)는 케이스(130)에 내장된다.

실시예 1에서와 같이, 내부 로우터(110)의 축 중심(O_i)에 대한 외부 로우터(120)의 축 중심(O_o)의 편심률은 e로 나타내고, 내부 로우터(11)의 베이스원(B_i), 제1 외부 회전 원(E_i), 그리고 제1 내부 회전 원(H_i)의 직경을 각각 b_i, D_i, 그리고 d_i로 나타내고, 외부 로우터(120)의 베이스 원(B_o), 제2 외부 회전 원(E_o), 그리고 제2 내부 회전 원(H_o)의 직경을 각각 b_o, D_o, 그리고 d_o로 나타내면, 하기 관계 방정식이 내부 로우터(110) 및 외부 로우터(120)에 대하여 성립될 수 있다.

첫째, 내부 로우터(110)에 대하여 :

b_i= m·(D_i+ d_i) … (IXa)

마찬가지로, 외부 로우터(120)에 대하여 :

b_o= (m + 1)·(D_o+ d_o) … (IXb)

다음으로, 내부 및 외부 로우터가 맞물리기 때문에,

D_i+ d_i= D_o+ d_o= 2e … (X)

방정식 (IXa), (IXb), 그리고 (X)로부터,

(m + 1)·b_i= m·b_o… (XI)

내부 로우터(110) 및 외부 로우터(120)는 제1 외부 회전 원(E_i)의 직경(D_i)과 제2 외부 회전 원(E_o)의 직경(D_o)의 비의 값이 다음의 범위가 되도록 형성된다 :

0.850 ≤ D_i/D_o≤ 0.995 … (XII)

(도 4에서는 D_i/D_o가 0.95가 되도록 형성된 내부 로우터(110) 및 외부 로우터(12)를 도시한다).

상기와 같이 형성된 오일 펌프 로우터에서 두 로우터 사이의 맞물림 관계를 고려하면, 내부 로우터(110) 톱니 팁의 윤곽이 외부 로우터(120) 톱니 팁의 윤곽보다 크게 설계되며, 즉, 내부 로우터(110) 톱니 팁의 윤곽은, D_i/D_o값이 1을 넘지 않고 1보다 작은 값을 가지도록 설계된다.

따라서, 이러한 사실로부터, 내부 로우터(110) 및 외부 로우터(120)가 다음과 같이 형성되었을 경우에 :

D_i/D_o＞ 0.995 … (XIII)

내부 로우터(110) 및 외부 로우터(120)상의 톱니 팁 사이 공간의 간격, 즉 팁 틈새가 너무 좁아지게 된다. 결과적으로, 부피가 감소되는 셀(C)로부터 밀려나오는 유체에서 압력 진동이 발생된다. 캐비테이션 사운드가 발생되어 펌프의 작동소음이 커지게 된다. 또한, 두 로우터의 회전은 압력 진동으로 인해 부드럽게 수행되지 않는다.

또한, 로우터의 맞물림 중에, 하중을 가하는 톱니 표면의 반대쪽에 위치한 내치(121)의 톱니 표면과 내부 로우터의 상기 톱니 표면을 마주보는 외부 로우터의 톱니 표면 사이에 형성될 수 있는 갭, 즉, 백래시는 너무 좁다. 결과적으로, 미끄러짐 저항이 로우터의 맞물림 위치 이외의 다른 톱니 표면에서 생성된다. 따라서, 내부 로우터(110)가 외부 로우터(120)를 회전시키는데 필요한 구동 토크가 증가하여, 오일 펌프의 기계적 효율이 떨어질 뿐만 아니라, 두 로우터의 톱니 표면에서의 상당한 마찰에 의하여 장치의 내구성이 저하된다.

대조적으로, 내부 로우터(110) 및 외부 로우터(120)가 다음을 만족하도록 형성되는 경우에 :

D_i/D_o＜ 0.850 … (XIV)

팁 틈새는 넓어지고 유체에서 발생되는 압력 진동이 중단된다. 결과적으로, 작동 소음이 감소될 뿐만 아니라, 백래시가 넓어져 미끄러짐 마찰이 감소하고 기계적 효율이 향상된다. 하지만, 한편으로는, 팁 틈새가 넓기 때문에 개별 셀(C)의 액상의 견고성(tightness)이 손상되어, 특히 펌프 효율과 부피 효율이 나빠진다.

도 4는 D_i/D_o와 로우터를 회전시키기 위해 필요한 구동 토크(T) 및 펌프의 부피 효율(η) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프로부터 알 수 있듯이, 부피 효율(η)은 상기 식(VIII)을 만족시키는 범위내에서 높은 수준으로 안정되지만, 구동 토크(T)는 D_i/D_o값이 커질수록 급격히 증가한다. 또한, 식(XIV)을 만족시키는 범위내에서, 구동 토크(T)는 낮은 수준으로 안정되지만, 부피 효율(η)은 D_i/D_o값이 작아질수록 낮아진다.

상기 그래프로부터, 0.95≤D_i/D_o≤0.99mm를 만족하는 범위내에서 더욱 최적의 D_i/D_o값을 가지며, 0.95 부근에서 가장 최적의 D_i/D_o값을 가진다는 것을 알 수 있다.

따라서, 상기 그래프로부터 알 수 있듯이, 상기 식(XII)을 만족시키는 내부 로우터(110) 및 외부 로우터(120)를 형성함으로써, 백래시와 팁 틈새가 적당히 큰 크기로 설정될 수 있으며, 종래 기술과 비교하여, 팁 틈새를 더 작은 크기로 유지하면서 백래시를 비교적 큰 크기로 유지할 수 있다. 또한, 유체에서 압력 진동이 쉽게 생성되지 않고, 두 로우터의 톱니 표면 사이의 미끄러짐 저항이 감소되기 때문에, 펌프의 작동 소음이 낮은 수준으로 유지될 수 있다. 또한, 상기와 같이 형성된 오일 펌프는 높은 부피 효율, 우수한 펌프 효율, 작은 구동 토크, 그리고 월등한 기계적 효율을 가진다.

도 5는 D_i/D_o값이 0.984로 형성된 내부 로우터(110) 및 외부 로우터(120)가 설치된 오일 펌프를 도시한다(여기서 내부 로우터(110)의 톱니 개수는 11개이다). 이 오일 펌프 로우터에서 백래시와 팁 틈새는 작게 설정된다. 도 5의 그래프로부터 알 수 있듯이, 이 오일 펌프 로우터에서는, 구동 토크를 감소시키는 것보다 부피 효율을 향상시키는 것에 더욱 강조를 두었다. 따라서, 오일 펌프에 요구되는 특성을 충분히 고려한 후에 D_i/D_o값을 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 로우터의 맞물림중에 내부 로우터 톱니의 팁과 외부 로우터의 톱니 공간 사이에 적당히 큰 간격의 틈을 제공하여, 로우터 톱니 표면 사이의 미끄러짐 저항을 감소시킴으로써 기계적 효율과 오일 펌프의 효율을 향상시킨다.

또한, 본 발명에 의한 구성을 가지는 오일 펌프에서는, 유체에서 압력 진동이 쉽게 생성되지 않고, 두 로우터의 톱니 표면 사이의 미끄러짐 저항이 감소되기 때문에, 펌프의 작동 소음이 낮은 수준으로 유지될 수 있으며, 높은 부피 효율, 우수한 펌프 효율, 작은 구동 토크, 그리고 월등한 기계적 효율을 가진다.

Claims

n개의(n은 자연수) 외치가 형성되어 있는 내부 로우터와, 상기 각 외치와 맞물리는 n+1개의 내치가 형성되어 있는 외부 로우터와, 그리고 유체를 흡입하는 흡입포트 및 유체를 배출하는 배출포트가 설치되어 있는 케이스를 구비하고, 로우터가 맞물리고 회전될 경우, 두 로우터의 톱니 표면 사이에 형성된 복수개의 셀의 부피 변화에 따라서 유체를 흡입 또는 배출함으로써 유체를 공급하는 오일 펌프에 사용되는 오일 펌프 로우터에 있어서,

내부 로우터의 베이스 원에 외접하고 내부 로우터의 베이스 원을 따라 미끄러지지 않고 회전하는 제1 외부 회전 원에 의해 생성된 에피사이클로이드 곡선에 의해 톱니의 팁의 윤곽이 정해지고, 내부 로우터의 베이스 원에 내접하고 베이스 원을 따라 미끄러지지 않고 회전하는 제1 내부 회전 원에 의해 생성된 하이포사이클로이드에 의해 톱니 공간의 윤곽이 정해지도록 상기 내부 로우터가 설계되고,

외부 로우터의 베이스 원에 외접하고 외부 로우터의 베이스 원을 따라 미끄러지지 않고 회전하는 제2 외부 회전 원에 의해 생성된 에피사이클로이드에 의해 톱니 공간의 윤곽이 정해지고 외부 로우터의 베이스 원에 내접하고 외부 로우터의 베이스 원을 따라 미끄러지지 않고 회전하는 제2 내부 회전 원에 의해 생성된 하이포사이클로이드 곡선에 의해 톱니 팁의 윤곽이 정해지도록 상기 외부 로우터가 설계되며, 그리고.

상기 내부 및 외부 로우터는, 내부 로우터의 베이스 원, 제1 외부 회전 원,그리고 제1 내부 회전 원의 직경을 각각 b_i,D_i, 그리고 d_i로 나타내고, 외부 로우터의 베이스 원, 제2 외부 회전 원, 그리고 제2 내부 회전 원의 직경을 각각 b_o,D_o, 및 d_o로 나타내며, 내부 및 외부 로우터의 편심 하중을 e로 나타내는 경우에,

b_i= n·(D_i+ d_i), b_o= (n + 1)·(D_o+ d_o)

D_i+ d_i= D_o+ d_o= 2e

(n + 1)·b_i= n·b_o, 및

D_o＞D_i, d_i＞d_o의 관계를 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 오일 펌프 로우터.
제1항에 있어서, 상기 내부 및 외부 로우터는 상기 내부 로우터상의 톱니 팁과 상기 외부 로우터상의 톱니 팁 사이의 공간의 크기를 t(단, t는 0이 아님.)로 나타내는 경우에,

D_i+ t/2 = D_o, d_i- t/2 = d_o의 관계를 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 오일 펌프 로우터.
제1항에 있어서, 상기 내부 및 외부 로우터는,

0.850 ≤ D_i/D_o≤ 0.995의 관계를 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는오일 펌프 로우터.
제2항에 있어서, 상기 내부 및 외부 로우터는,

0.03mm ≤ t ≤ 0.25mm(mm : 밀리미터)의 관계를 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 오일 펌프 로우터.
제2항에 있어서, 내부 및 외부 로우터가,

0.850 ≤ D_i/D_o≤ 0.995의 관계를 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 오일 펌프 로우터.