KR100448013B1

KR100448013B1 - 토러스 크랭크 기구

Info

Publication number: KR100448013B1
Application number: KR10-2002-0026443A
Authority: KR
Inventors: 최진희
Original assignee: 최진희
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2004-09-08
Also published as: KR20030088630A

Abstract

본 발명은 토러스 크랭크 기구에 관한 것으로서, 진동을 극소화할 수 있고, 크랭킹 작용을 위한 복잡한 링크기구를 별도로 요하지 않으며, 동력 인출효율 및 동력 입력효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 여러 개의 하우징조립체를 동축적으로 연결하여 다중 토러스 크랭크 기구를 손쉽게 구성할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 토러스 크랭크 기구는, 챔버들(145∼148)을 구비하는 하우징조립체(100)와; 상기 하우징조립체의 중앙부에 배치되며, 한 쌍의 수직축(215, 216) 및 다수의 수평축(211∼214)을 가지는 코어(200)와; 상기 챔버 내에 위치하는 회전블레이드(311∼314)를 가지고 코어 외측에서 왕복회전요동운동 하도록 하우징조립체에 설치되며, 내주면에는 다수의 가이드 슬롯(315∼318)이 형성된 로터(300)와; 상기 가이드 슬롯에 회전슬라이딩 가능하게 수용되는 편심 슬라이더(411, 421, 431, 441)를 차례로 가지고 코어의 각 수평축에 회전가능하게 지지되는 다수의 베벨기어(410∼440)와; 그리고, 상기 코어의 각 수직축에 상기 베벨기어들과 맞물리도록 회전가능하게 지지되는 한 쌍의 출력기어(500, 600);를 포함하여 이루어진다. 각 편심 슬라이더의 편심위상은 어느 한 베벨기어의 회전방향에 대하여 순차적으로 180°씩 차이가 나도록 되어 있다. 상기 베벨기어들은 상/하부 출력기어에 교대로 맞물린다. 따라서, 상/하부 출력기어에 맞물린 베벨기어들의 회전방향이 서로 반대가 되어 상/하부 출력기어가 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 상/하부 출력기어(500, 600)에는 동력축(700, 700)이 차례로 연결되거나, 하나의 동력축(700a)이 연결될 수 있다.

Description

토러스 크랭크 기구{TORUS CRANK}

본 발명은 입력되는 왕복회전요동운동을 일방향 회전운동으로 변환하여 출력하거나 입력되는 일방향 회전운동을 왕복회전요동운동으로 변환하여 출력시키는 토러스 크랭크 기구(TORUS CRANK)에 관한 것이다.

크랭크 기구는 입력되는 왕복직선운동을 일방향 회전운동으로 변환하여 출력시키는 장치로 잘 알려져 있다. 예컨대 입력파트로써의 피스톤에 커넥팅 로드가 연결되고, 이 커넥팅 로드에 출력파트로써의 크랭크 샤프트가 연결된 구조를 가진 크랭크 기구를 들 수 있다. 이러한 크랭크 기구는 대부분의 엔진에 채용되고 있는데, 이 경우 피스톤의 왕복직선운동은 커넥팅 로드를 통하여 크랭크 샤프트의 일방향 회전운동으로 변환된다. 한편, 크랭크 샤프트를 입력파트로 하면 크랭크 샤프트의 일방향 회전운동을 피스톤의 왕복직선운동으로 유도할 수 있는 바, 압축기나 펌프의 예가 이에 해당한다.

그러나, 상기한 바와 같은 일반적인 크랭크 기구는, 피스톤의 행정거리, 커넥팅 로드의 길이, 크랭크 샤프트의 편심부 회전에 필요한 공간 등을 필요로 하기 때문에, 그 부피가 커짐으로써 체적효율이 매우 낮다. 또한, 엔진이나 엑추에이터, 압축기 및 펌프 등의 전체적인 무게가 무겁게 되는 단점이 있다. 이러한 단점은 큰 마력의 엔진이나 엑추에이터, 고용량의 압축기 및 펌프를 구성함에 있어서 더욱 크게 나타난다. 특히, 선박용 엔진의 경우 그 크기가 매우 비대해지고 무게가 증가됨으로써 제작이 어려울 뿐만 아니라 많은 제작비용이 소요되고 있다.

또한, 일반적인 크랭크 기구는 입력파트 축과 출력파트 축이 서로 다른 방향 및 장소로 이원화되어 있고, 다수의 운동 요소에서 발생되는 마찰 저항 등의 요인으로 인해 진동 및 소음이 크게 나타날 뿐만 아니라 제작 및 효율면에서 경제적이지 못한 문제가 있다.

또한, 일반적인 크랭크 기구를 이용한 엔진은, 엔진 전복시 크랭크실 내부의 윤활유가 실린더 헤드 쪽으로 역류하여 엔진이 정지되며, 이로 인해 연소실, 실린더 및 피스톤의 기계적인 손실을 초래하는 문제도 있다.

이러한 일반적인 크랭크 기구의 단점을 보완하기 위한 방안으로 여러 형태의 로터리 엔진이 소개되었다. 로터리 엔진의 대부분은 종래 크랭크 기구와 관련된 근본적인 단점을 줄이는 한편 연료의 효율면에서 경제적이며 경량인 엔진을 제공할 목적으로 제안되었으나, 상업적인 측면에서 효용성이 없으며 대부분 상품화 하지 못하였다. 상품화에 가장 근접한 것으로서는 소위 방켈엔진이 있으며, 그 대표적인 예가 프랑스 특허 제2498248 호 및 독일 특허 제3521593호에 개시되어 있다. 또한 로터리 엔진 중에서 일부는 실린더 내부를 이동하는 로터수단을 선택적으로 운동시키기 위해 외부기구를 이용하고 있으며, 다른 일부는 필요로 하는 구동요소를 기구적으로 결합하기 위해 회전 경사판과 캠 등을 이용하는 파워 트레인을 구성한 것도 있다.

그러나, 종래 방켈엔진은 입력파트와 출력파트의 중심축이 동축적으로 위치함으로써 앞서 언급한 일반적인 크랭크 기구가 가지는 문제를 어느 정도 해소할 수는 있으나, 작동상 비효율적인 구조를 지니고 있으며, 최적의 출력분배가 지속적으로 이루어지지 않는다고 하는 문제를 지닌다. 이 때문에, 방켈엔진은 차량용 엔진이나 대량 생산되는 산업용 경량엔진과 같은 통상의 왕복 피스톤 엔진을 대체할 수 있는 것으로 널리 사용되지 못하였다. 더욱이, 방켈엔진은 고속에서는 출력성능이 어느 정도 좋은 점은 있으나 저속에서의 출력성능이 일반적인 크랭크 기구를 이용한 엔진에 비하여 현저하게 떨어지는 단점이 있다.

또한, 종래 알려지고 있는 대부분의 방켈엔진은 일반적인 크랭크 기구의 크랭크 샤프트와는 좀 다르지만 크랭크 샤프트의 작동원리를 이용한 동력전달구조를취하고 있는 바, 이 때문에, 엔진의 부피가 커지는 것을 피할 수 없으며, 이에 따라 일반적인 크랭크 기구가 가지는 체적효율 저하 문제를 완전히 해소하지 못하였다. 이 밖에도 종래의 방켈엔진은 복잡하고 정교한 제조 및 조립 공정을 필요로 하기 때문에, 대량생산이 어렵고 제작 비용이 많이 소용된다고 하는 문제가 있다.

이러한 문제를 개선하고자 본 발명자에 의해 한국 등록특허 제292988호(대응특허 : 미국 특허 제6,186,095호)로 동축형 왕복엔진이 제안되었다. 이 엔진에 의하면, 하우징 조립체에 장착된 로터의 왕복회전요동운동이 동력전달유닛을 통해서 출력축의 일방향 회전운동으로 변환되어 전달된다.

그러나, 상기한 바와 같은 동축형 왕복엔진에 있어서는, 이론적으로 볼 때 필요로 하는 동력을 얻기에 충분한 구조를 지니고 있으나, 동력전달유닛을 구성하는 구성부품수가 많고, 특히 많은 수의 링크가 설치됨으로써 구조적으로 약하여 고속 및 높은 토오크의 엔진을 구성하기 어렵다. 또한, 로터와 출력축간의 거리가 커서 모멘트가 크게 발생되고 동력전달유닛과 링크의 회전 중심축이 다르기 때문에 구조적으로 매우 불안하며 진동이 많이 발생된다. 또한, 다수의 링크 및 기어박스를 구비하여야 하기 때문에, 전체적인 부피가 커지고, 기어박스의 고정이 불안정하다는 구조적인 약점도 지닌다. 또한, 연소시 발생하는 내측방향(하우징 중심축방향) 압력을 지지할 수 있는 구조가 구비되어 있지 않기 때문에, 로터의 변형 및 관성손실이 크게 발생된다.

상기와 같은 문제점들을 고려하여, 본 발명자에 의해 한국 특허출원 제2001-44704호의 토러스 크랭크 기구가 제안되었다. 이 토러스 크랭크 기구에 의하면, 입력파트와 출력파트의 중심축이 동일선상에 위치하지만 일반적인 크랭크 샤프트와 같은 기계요소를 사용하지 않고서 단순하고 콤팩트한 구조로 입력파트의 왕복회전요동운동을 출력파트의 일방향 회전운동으로 변환하거나 그 역으로 변환할 수 있으므로, 체적효율을 극대화시킬 수 있다.

그러나, 상기한 토러스 크랭크 기구의 경우 체적효율면이나 성능면에서는 선행기술들과는 비교할 수조차 없을 정도로 우수하고 별다른 문제점은 나타나지 않지만, 다음과 같은 문제점이 있을 수 있다.

즉, 각 베벨기어에 구비되는 편심 슬라이더들이 예컨대 베벨기어에 대하여 모두 동일한 높이로 편심되어 있기 때문에 로터의 가이드 슬롯들 내에서 운동할 경우 편심 슬라이더들이 로터의 가이드 슬롯들에 대하여 한 쪽으로 치우치게 되므로 무게중심이 맞지 않아 출력기어에 연결되는 동력축에 진동이 발생할 수 있다. 또한, 코어의 상하방향에 모두 출력기어가 설치될 경우 두 출력기어에 베벨기어들이 모두 맞물리기 때문에, 각 출력기어에 동력축이 연결되면 양쪽 동력축은 서로 반대방향으로 회전하게 된다. 따라서, 동일한 방향으로 동력을 전달하기 위해서는 두 출력축중 어느 하나의 출력축에는 방향을 전환하기 위한 복잡한 수단이 더 개재되어야 하는 문제점이 있고, 이는 여러 개의 토러스 크랭크 기구를 동축적으로 연결하여 다중 토러스 크랭크 기구를 구성하는 것을 어렵게 하는 요인이 된다.

본 발명은 본 발명자에 의해 제안된 한국 특허출원 제2001-44704호의 토러스 크랭크 기구의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 진동을 극소화할 수있는 토러스 크랭크 기구의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 양쪽으로 동력을 인출하거나 양쪽에서 동력을 입력하기 위한 양쪽 동력축이, 별도의 방향전환수단이나 크랭킹 작용을 위한 복잡한 링크기구의 개재없이 동일한 방향으로 회전하도록 할 수 있는 토러스 크랭크 기구를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 양쪽 동력축이 동일한 방향으로 회전하도록 함으로써, 동력 인출효율 및 동력 입력효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 여러 개의 하우징조립체를 동축적으로 연결하여 다중 토러스 크랭크 기구를 손쉽게 구성할 수 있도록 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 토러스 크랭크 기구를 나타낸 분해 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 토러스 크랭크 기구의 내부의 조립상태를 나타내는 사시도이다.

도 3은 도 2의 일부를 절개하여 나타낸 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 토러스 크랭크 기구를 구성하는 하우징조립체와 코어의 결합관계를 나타낸 평면도이다.

도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 토러스 크랭크 기구를 구성하는 로터의 예를 나타내는 사시도이다.

도 7은 도 6의 평면도이다.

도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ선에 따른 단면도이다.

도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 일실시예에 따른 토러스 크랭크 기구를 구성하는 베벨기어를 나타내는 사시도 및 평면도이다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 토러스 크랭크 기구를 구성하는 로터와 베벨기어들의 배치관계를 보인 평면도,

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 토러스 크랭크 기구의 요부인 로터의 가이드 슬롯과 베벨기어의 편심 슬라이더간의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도 13은 본 발명의 일실시예에 의한 토러스 크랭크 기구의 베벨기어에 형성되는 편심 슬라이더의 경사에 따른 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 토러스 크랭크 기구를 구성하는 베벨기어의 다른 예를 나타내는 평면도이다.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 토러스 크랭크 기구를 구성하는 로터의 다른 예를 나타내는 사시도이다.

도 16은 도 15에 나타낸 로터에 적용되는 가이드부재의 예를 나타내는 사시도이다.

도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 토러스 크랭크 기구에 있어서 베벨기어들과 출력기어들과의 치합관계를 나타내기 위한 요부 절개 사시도이다.

도 18은 동 다른 예를 나타내는 요부 절개 사시도이다.

도 19 및 도 20은 각각 본 발명의 일시시예에 따른 토러스 크랭크 기구에 있어서 베벨기어들에 설치되는 편심 슬라이더들의 편심위상관계를 설명하기 위한 사시도이다.

도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 토러스 크랭크 기구로서 더블 토러스 크랭크 기구의 예를 나타내는 분해 사시도이다.

도 22는 동 더블 토러스 크랭크 기구에서의 동력인출/입력관계의 예를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

90, 500, 600 : 출력기어, 100 : 하우징조립체,

110 : 하우징 바디, 120, 130 : 커버,

141∼144 : 고정블럭, 145∼148 : 챔버,

200 : 코어, 211∼214 : 수평축,

215, 216 : 수직축, 221∼224 : 지지간,

300 : 로터, 310 : 로터몸체,

311∼314 : 회전블레이드, 315∼318 : 가이드 슬롯,

321∼324 : 가이드부재, 410, 420, 430, 440 : 베벨기어,

411, 421, 431, 441 : 편심 슬라이더, 411a : 가이드 롤러,

412 : 가이드부, 413 : 밸런스 웨이트부,

414 : 중공부, 700, 700a : 동력축

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 밀폐된 챔버를 제공하는 하우징조립체와; 상기 하우징조립체의 중앙부에 배치되며, 상/하부로 각각 돌출되는 한 쌍의 수직축 및 측방향으로 돌출되는 다수의 수평축을 가지는 코어와; 상기 하우징조립체의 챔버 내에 위치하는 회전블레이드가 구비되어 코어 외측에서 왕복회전요동운동 하도록 하우징조립체에 설치되며, 내주면에는 다수의 가이드 슬롯이 형성된 로터와; 상기 로터의 가이드 슬롯에 회전슬라이딩 가능하게 수용되는 편심 슬라이더가 구비되어 코어의 각 수평축에 회전 가능하게 지지되는 다수의 베벨기어와; 그리고, 상기 코어의 각 수직축에 상기 베벨기어들과 맞물리도록 회전가능하게 지지되는 한 쌍의 출력기어;를 포함하여 이루어지는 토러스 크랭크 기구에 있어서: 상기 베벨기어들의 각 편심 슬라이더의 편심위상은 어느 한 베벨기어의 회전방향에대하여 순차적으로 180°씩 차이가 나도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 각 베벨기어에 구비된 편심 슬라이더의 편심위상에 따른 무게중심편차가 인접하는 베벨기어들의 서로 마주보는 베벨기어 쌍들에 의해 상쇄되므로, 로터의 가이드 슬롯들 내에서 편심 슬라이더들이 운동할 때 발생하는 진동을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 베벨기어들은 상/하부 출력기어에 교대로 맞물리는 것이 바람직하다. 따라서, 상부 출력기어에 맞물린 베벨기어들의 회전방향과 하부 출력기어에 맞물린 베벨기어들의 회전방향이 서로 반대가 되므로, 상/하부 출력기어의 회전방향은 서로 동일하고, 이에 따라 상/하부 출력기어에 연결되는 두 동력축도 동일한 방향으로 회전할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상/하부 출력기어가 동일한 방향으로 회전한다는 점을 고려하여, 상기 상/하부 출력기어 및 코어에 동축적으로 중공이 형성되고, 상기 코어의 중공을 하나의 동력축이 회전가능하게 관통하고, 상기 동력축의 양쪽은 상/하부 출력기어를 관통하면서 결합될 수 있다. 따라서, 이 경우 상기 하나의 동력축에 의해 양쪽으로 동력을 인출 또는 입력할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 하우징조립체는, 원형공간부를 구비한 상부면, 관통공을 구비한 하부면 및 측부면의 외곽 프로파일을 가지는 하우징 바디; 상기 바디의 상하부면에 각각 결합되는 제1 및 제2커버; 상기 챔버들을 형성하기 위하여 상기 원형공간부를 구획하도록 원형공간부 내에 설치되는 다수의 고정블럭;을 구비하며, 상기 코어는 상기 하우징 바디의 하부면으로부터 상부면을 향하여 연장되는 다수의 지지간에 의해 하우징 바디와 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 구성된 토러스 크랭크 기구가 적어도 2개 이상 동축적으로 연결함으로써 다중 토러스 크랭크 기구를 간단하게 구성할 수 있다. 즉, 고마력의 토러스 크랭크 기구를 구성하기 위한 확장성이 우수하다. 이 경우, 상기 출력기어들중 하우징조립체들 내부에서 서로 인접하는 출력기어들은 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 토러스 크랭크 기구에 있어서 참조부호 100은 하우징조립체, 200은 코어, 300은 로터, 410, 420, 430 및 440은 각각 베벨기어, 그리고 500 및 600은 출력기어를 나타내며, 여기서는 편의상 4개의 베벨기어(410∼440)가 본 발명에 따른 토러스 크랭크 기구에 적용된 것이 예시되어 있다.

상기 하우징조립체(100)의 중앙부에는 코어(200)가 배치되며, 이 코어(200)의 외측으로 로터(300)가 왕복회전요동운동 가능하도록 배치된다. 베벨기어들(410∼440)은 상기 코어(200)의 측면에 회전가능하게 설치되며, 출력기어(500, 600)는 상기 코어(200)의 상하부에 회전 가능하게 설치된다.

상기 하우징조립체(100)는, 하우징 바디(110)와 제1 및 제2커버(120, 130)와 다수의 고정블럭(141∼144)을 구비한다. 상기 하우징 바디(110)는 상부면(111), 하부면(112) 및 측부면(113)을 구비하는 대략 통 형상의 프로파일을 가진다. 즉, 하우징 바디(110)의 형상은 도시된 바와 같은 사각통 형상으로 한정되지 않으며, 원통형으로 할 수도 있는 등 필요에 따른 형태 변경이 가능하다. 상기 하우징 바디(110)의 상부면(111)에는 원형공간부(111a)가 일정깊이로 형성되며, 상기 하부면(112)에는 관통공(112a)이 형성된다. 상기 제1 및 제2커버(120, 130)는 하우징 바디(110)의 상/하부면(111, 112)에 각각 결합된다. 상기 다수의 고정블럭(141∼144)은 상기 원형공간부(111a)을 다수의 공간으로 구획하도록 원형공간부(111a)에 등간격으로 설치된다. 예컨대, 고정블럭(141∼144)은 하우징 바디(110)에 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 제작되어 하우징 바디(110)에 결합될 수도 있다. 상기 고정블럭(141∼144)이 원형공간부(111a)를 구획하는 것에 의해 하우징 바디(110)에는 다수 개(여기서는 4개가 예시됨)의 챔버(145∼148)가 마련된다. 여기서, 상기 챔버(145∼148)는 도시예와 같은 사각형의 종단면 형상을 가지도록 형성될 수도 있고, 원형의 종단면 형상을 가지도록 형성될 수도 있다. 즉, 고정블럭(141, 144)의 형상에 따라 다양한 변경이 가능하다.

상기 코어(200)의 측면에는, 다수의 베벨기어(410∼440) 및 출력기어(500, 600)를 지지하기 위하여 4개의 수평축(211∼214)이 일체로 형성되고, 코어(200)의 상/하면에는 일체로 2개의 수직축(215, 216)이 차례로 형성된다. 여기서, 상기 수평축(211∼214)에는 다수의 베벨기어(410∼440)가 각각 회전가능하게 지지되며, 상기 수직축(215, 216)에는 출력기어(500, 600)가 회전가능하게 지지된다. 이러한 코어(200)는 하우징 바디(110)의 하부면(112)으로부터 상부면(111)을 향하여 연장되는 다수의 지지간(221∼224)에 의해 하우징 바디(110)와 일체로 형성되는 것이 바람직하나, 이를 꼭 한정하는 것은 아니다. 예컨대, 상기 코어(200)는 하우징 바디(110)와는 별도로 제작되어 제1 및 제2커버(120, 130)에 의해 하우징 바디(110)에 조립되도록 구성될 수도 있다. 여기서, 상기 지지간(221∼224)은 코어(200)를 중심으로 상하대칭으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 로터(300)는 하우징조립체(100)의 하우징 바디(110)에 마련된 원형공간부(111a) 내에 양방향으로 회전이 가능하도록 설치된다. 이 로터(300)는 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 링형상으로 이루어지는 로터몸체(310)와, 상기 로터몸체(310)의 외측에 하우징 바디(110)의 원형공간부(111a)에 마련된 다수의 챔버(145∼148) 내에 위치함과 아울러 상기 각 챔버의 폭보다 작은 폭을 가지도록 형성되는 다수의 회전블레이드(311∼314)를 구비한다. 또한, 로터몸체(310)의 내주면(바람직하게는 회전블레이드(311∼314))에는 다수의 가이드 슬롯(315∼318)이 형성된다. 상기 가이드 슬롯(315∼318)은 서로 마주보도록 형성됨이 바람직하다. 이러한 로터(300)의 회전블레이드(311∼314)는 상기한 하우징조립체(100)의 챔버(145∼148)를 예컨대 일반적인 엔진이나 압축기 등의 실린더 보어에 비교할 경우 피스톤에 해당한다. 따라서, 로터(300)는 경량일수록 유리하다는 점을 고려하여 로터의 재질은 알루미늄 합금류 등으로 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 각 회전블레이드(311∼314)의 내부가 중공으로 형성됨이 바람직하다.회전블레이드(311∼314)에 가이드 슬롯(315∼318)이 형성된 경우 회전블레이드(311∼314)의 중공은 가이드 슬롯(315∼318)과 통하지 않아야 한다.

코어(200)의 수평축(211∼214)에 회전가능하게 각각 지지되는 베벨기어(410∼440)의 일측면에는, 도 9, 도 10 및 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 로터(300)의 가이드 슬롯(315∼318)에 회전슬라이딩 가능하게 수용되는 편심 슬라이더(411, 421, 431, 441)가 베벨기어(410∼440)의 중심축으로부터 일정량 편심되어 형성된다. 따라서, 상기 로터(300)가 왕복회전요동운동을 하게 되면, 가이드 슬롯(315∼318)과 편심 슬라이더(411, 421, 431, 441)의 스카치 요크기구(Scotch yoke)와 같은 작용에 의해 베벨기어(410∼440)는 어느 한 방향으로만 회전하게 된다. 또한, 다수의 베벨기어(410∼440)는 가이드부(412)와 밸런스 웨이트부(413)와 다수의 중공부(414)를 구비할 수 있다. 상기 가이드부(412)는 각 베벨기어의 편심 슬라이더가 형성된 면에 상기 로터(300)의 곡률반경(r)과 같은 곡률반경(r₁)을 가지는 원호면으로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 각 베벨기어의 회전시 가이드부(412)가 로터(300)의 내주면과 미끄럼 접촉하게 되므로 베벨기어의 위치가 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 각 베벨기어에 형성된 가이드부(412)는 본 발명의 토러스 크랭크 기구가 엔진으로 적용되는 경우에, 챔버(145∼148) 내에서의 연소과정에서 내측방향, 즉 로터(300)의 벽에 가스압력이 가해질 때 하우징조립체(100)의 중심축 방향의 압력을 지지하는 역할도 겸하게 되므로, 로터(300)의 변형 및 관성 손실을 방지할 수 있다. 상기 밸런스 웨이트부(413)는베벨기어(410∼440)가 회전할 때 편심 슬라이더(411, 421, 431, 441)에 의한 언밸런스 문제를 해소하기 위하여 형성된다. 이 밸런스 웨이트부(413)는 예컨대, 베벨기어(410)의 내측면(편심 슬라이더(411)가 형성된 면의 반대면을 말함)중 편심 슬라이더(411) 형성부위 반대쪽에 위치하고 대략 반원형으로 형성됨이 바람직하다. 그리고, 상기 중공부(414)는 베벨기어의 감량 및 상기한 밸런스 웨이트부와 같은 목적으로 구비되는 것으로, 상기 밸런스 웨이트부(413)의 반대쪽에 위치하도록 베벨기어를 관통하여 형성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 다수의 베벨기어(410∼440)는 도 11에서 보는 바와 같이, 베벨기어(410∼440)의 편심 슬라이더(411, 421, 431, 441)가 로터(300)의 가이드 슬롯(315∼318)에 삽입되도록 코어(200)의 수평축(211∼214)(도 3 및 도 4 참조)에 회전가능하게 각각 지지된다. 이 때, 베벨기어(410∼440)의 각 가이드부(412)는 로터(300)의 내주면 곡률반경(r)과 동일한 곡률반경(r₁)을 가지는 원호로 형성되어 있기 때문에, 로터(300)의 내주면에 접촉하게 된다. 이와 같은 상태에서 상기 로터(300)가 왕복회전요동운동을 하게 되면, 도 12에서 보는 바와 같이, 예컨대 로터(300)의 가이드 슬롯(315) 내에서 베벨기어(410)의 편심 슬라이더(411)가 원호를 그리며 공전하게 되며, 이러한 가이드 슬롯(315)과 편심 슬라이더(411)의 작용에 의해 베벨기어(410)가 일방향으로 회전하게 된다. 나머지 편심 슬라이더들(421, 431, 441)도 마찬가지로 운동하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

가이드 슬롯(315)과 편심 슬라이더(411)의 상기와 같은 작용을 구체적으로 보면 다음과 같다. 도 12에서 보는 바와 같이, 가이드 슬롯(315)의 제1위치(A)에 위치한 편심 슬라이더(411)는 로터(300)가 도면에서 좌측으로 움직이면 제1화살표 방향(a)을 따라 이동하여 가이드 슬롯(315)의 제2위치(B)로 이동하게 되며, 로터(300)가 방향을 바꾸어 도면에서 우측으로 이동하기 시작하면, 편심 슬라이더(411)는 제2 및 제3화살표 방향(b, c)을 따라 이동하면서 제3위치(C)를 지나 제4위치(D)까지 이동하게 된다. 이후, 로터(300)가 다시 도면에서 좌측으로 이동할 때, 편심 슬라이더(411)는 제4화살표 방향(d)을 따라 이동하여 초기 위치로 이동하게 된다. 이와 같은 편심 슬라이더(411)의 가이드 슬롯(315) 내에서의 공전에 의해 베벨기어(410)는 코어(200)의 수평축(211)을 중심으로 회전하게 되는 것이다.

상기 베벨기어(410)의 편심 슬라이더(411)는 도 10 및 도 13에서 보는 바와 같이, 그의 중심축에서 연장되는 선(L)이 하우징조립체(100)의 중심축(P)과 만나도록 소정각도(θ)로 경사지게 형성된다. 이에 의하면, 편심 슬라이더(411)가 가이드 슬롯(315) 내의 어느 위치에서도 항상 하우징조립체(100)의 중심축을 향하게 되므로 힌지나 또는 볼조인트 등과 같은 기계요소를 사용하지 않고도 기구학적 적합조건(Kinematic condition)을 충족시킬 수 있어, 토러스 크랭크 기구의 구조적인 단순화 및 작동의 원활성을 도모할 수 있게 된다.

도 14는 본 발명에 사용되는 베벨기어의 다른 예를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 예컨대 베벨기어(410)의 편심 슬라이더(411)에는 이것이 가이드슬롯(315) 내에서 회전슬라이딩할 때 보다 원활히 작동하도록 하기 위한 가이드 롤러(411a)가 베어링의 개재하에 설치되어 있다. 물론, 이러한 가이드 롤러(411a)는 4개의 베벨기어(410∼440) 모두에 설치된다. 또한, 예컨대 베벨기어(410)에 밸런스 웨이트부(413)를 형성함으로써 밸런스 웨이트부(413)가 형성된 면에 단차가 발생된다. 이러한 단차는 베벨기어(410)가 그 결합상대부(즉, 코어(200)의 측면)에 균등접촉을 하지 못하게 함으로써, 예컨대 베벨기어 회전의 장해요인이 될 수 있다. 이러한 베벨기어의 단차에 의한 영향을 줄이기 위하여, 도 14에서 점선으로 도시한 바와 같이, 베벨기어(410)의 밸런스 웨이트부(413) 형성면에 이 밸런스 웨이트부(413)와 같은 높이를 가지는 경량재의 덧살부(413a)를 설치하고 있다. 이 덧살부(413a)는 중공부(414)를 이용하여 결합할 수 있도록 구성될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 토러스 크랭크 기구에서 상기 로터(300)는 그 특성상 알루미늄 합금류 등으로 제작되는 것이 바람직한데, 이 때문에 로터의 경도 및 강도가 약하여 이의 가이드 슬롯(315∼318)에서 회전슬라이딩하는 베벨기어(410∼440)의 편심 슬라이더(411, 421, 431, 441)에 의한 가이드 슬롯(315∼318) 양측벽의 마모가 발생될 수 있다. 본 발명에 의한 토러스 크랭크 기구는, 도 15에서 보는 바와 같이, 로터(300)의 가이드 슬롯(315∼318) 양측벽에 로터(300)의 재질보다 높은 강도 및 경도를 가지는 재질로 이루어지는 가이드부재(321∼324)를 부착하여 가이드 슬롯(315∼318) 양측벽의 마모를 방지할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 가이드부재(321∼324)들은 모두 같은 구조로 이루어져 있으므로, 하나의 가이드부재(321)에 대해서만 설명하면, 도 16에서 보는 바와 같이, 전면부(321a)와 후면부(321b)가 연결부(321c)에 의해 일체로 연결된 구조로 되어 있다. 이러한 가이드부재(321)는 연결부(321c)가 가이드 슬롯(315)의 벽에 스크류 등과 같은 고정요소에 의해 체결되는 것에 의해 설치될 수 있다. 그리고, 상기 전면부(321a)에는 베벨기어(410)의 가이드부(412)와 같은 곡률반경을 가지고 만곡되는 호형지지부(321d)가 형성된다. 이 호형지지부(321d)는 베벨기어(410)의 가이드부(412)와 면접촉하게 되는데, 이에 의해 베벨기어(410)는 그 가이드부(412)가 로터(300)의 내주면과 선접촉함과 동시에 상기 가이드부재(321)의 호형지지부(321d)와 면접촉하는 상태로 코어(200)의 축(211)에 지지되므로, 베벨기어의 위치가 보다 안정적으로 지지될 수 있으며, 예컨대 엔진을 구성하는 경우에 로터의 벽에 가해지는 연소가스압력을 보다 효과적으로 지지할 수 있게 된다. 여기서, 상기한 바와 같은 가이드부재(321)는 2개 1조의 일체형으로 구성되어도 무방하다.

출력기어(500, 600)는 도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 코어(200)에 마련된 수직축(215, 216)에 상기한 베벨기어(410∼440)와 맞물리도록 설치되어, 베벨기어가 회전하는 것에 의해 회전하게 된다. 이 때, 4개의 베벨기어(410∼440)가 2개의 출력기어(500, 600)에 모두 맞물려 있을 경우 출력기어(500, 600)는 서로 반대방향으로 회전하게 되므로 출력기어(500, 600)에 연결되는 두 동력축(700, 700)도 서로 반대방향으로 회전하게 되는데, 두 동력축(700, 700)을 동일한 방향으로 회전시키기 위해서는 어느 하나의 동력축에 기어트레인과 같은 방향전환수단을 더 개재하여 회전방향을 반대로 바꾸어야만 한다.

이러한 점을 고려하여, 본 발명에서는 별도의 방향전환수단을 개재하지 않고도 두 동력축(700, 700)을 동일한 방향으로 회전하도록 하고 있다. 즉, 도 17에 도시된 바와 같이, 4개의 베벨기어(410∼440)중 서로 마주보는 베벨기어(410, 420)는 예컨대 상부 출력기어(500)에 맞물리고, 상기 베벨기어(410, 420)와 인접하여 서로 마주보는 베벨기어(430, 440)는 하부 출력기어(600)에 맞물리면, 베벨기어(410, 420)는 예컨대 반시계방향으로 회전하는 반면, 베벨기어(430, 440)는 시계방향으로 회전한다. 따라서, 상/하부 출력기어(500, 600)는 위에서 보아 시계방향으로 서로 동일한 방향으로 회전함에 따라 두 동력축(700, 700)이 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 여기서는 4개의 베벨기어(410∼440)에 대하여 두 동력축(700, 700)이 동일한 방향으로 회전하도록 출력기어(500, 600)와 맞물리는 구조를 도시하고 설명하였으나, 이에 한정하지 않고 4배수의 베벨기어가 채용되는 구조라면 동일하게 적용될 수 있다. 예컨대, 8개의 베벨기어가 채용된 경우에도 인접하여 서로 마주보는 베벨기어 쌍들이 상/하부 출력기어(500, 600)에 교대로 맞물리면 상/하부 출력기어(500, 600)의 회전방향은 서로 동일하고, 이에 따라 출력기어(500, 600)에 연결되는 두 동력축(700, 700)도 동일한 방향으로 회전할 수 있다.

이와 같이 출력기어(500, 600)의 회전방향이 동일할 경우, 도 18에 도시된 바와 같이, 출력기어(500, 600) 및 코어(200)에 동축적으로 중공이 형성되면, 전술한 것처럼 두 개의 동력축(700, 700)을 채용할 필요없이 하나의 동력축(700a)을 채용할 수 있다. 즉, 동력축(700a)이 코어(200)의 중공을 회전가능하게 관통하고, 상기 동력축(700a)의 양쪽으로 출력기어(500, 600)들이 그 중공을 통해 결합되면 하나의 동력축(700a)만으로도 양쪽으로 동력을 인출하거나 입력할 수 있다. 또한 도 20에 도시된 바와 같이 하나의 동력축(700a)에 의해 한 쪽으로 동력을 인출하거나 입력할 경우에도 동력축(700a)이 두 출력기어(500, 600)에 모두 결합되어 있으므로 소형의 고성능 토러스 크랭크 기구를 얻을 수 있는 것이다.

한편, 본 발명에 있어서, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 베벨기어(410∼440)들의 편심 슬라이더(411, 421, 431, 441)의 편심위상은 어느 한 베벨기어의 회전방향에 대하여 순차적으로 180°씩 차이가 나는 것이 바람직하다. 어느 경우든 짝수 개의 베벨기어가 채용된 구조라면 전순할 바와 마찬가지로 적용될 수 있다. 따라서, 각 베벨기어(410∼440)에 구비된 편심 슬라이더(411, 421, 431, 441)의 편심위상에 따른 무게중심편차가 인접하는 베벨기어들의 서로 마주보는 베벨기어 쌍들에 의해 전체적으로 상쇄된다. 즉, 로터(300)의 가이드 슬롯(315∼318) 내에서 편심 슬라이더(411, 421, 431, 441)가 운동할 때, 편심 슬라이더(411, 421, 431, 441)가 전체적으로 어느 한 쪽으로 치우침이 없이 균형을 이루면서 운동하게 되는데, 도 19에서와 같이 한 쌍의 편심 슬라이더(411, 421)가 왕복회전요동운동하는 로터(300)의 가이드 슬롯(315, 316) 내에서 예컨대 반시계방향으로 회전하여 아래쪽에 위치(도 20 참조)할 때, 이와는 반대로 다른 한 쌍의 편심 슬라이더(431, 441)는 시계방향으로 회전하여 위쪽에 위치(도 20 참조)하는 방식으로 편심 슬라이더들(411, 421, 431, 441)이 회전하는 동안 상하좌우방향의 진동이 상호 상쇄되므로, 진동을 극소화할 수 있는 것이다. 또한, 편심 슬라이더들(411, 421, 431, 441)들과 결합되어 왕복회전요동하는 로터(300)의 가이드 슬롯(315∼318) 부분의 상하진동 역시 상쇄되어 극소화됨으로써 출력감소유발요인을 최소화시킬 수 있는 것이다.

한편, 도 1 내지 도 3에서 부호 150은 예컨대, 본 발명의 토러스 크랭크 기구를 이용하여 엔진을 구성하는 경우, 점화플러그 등과 같은 부품을 설치하기 위하여 하우징조립체(100)의 하우징 바디(110)에 설치되는 부품설치공간이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 토러스 크랭크 기구는 차량용 엔진을 포함하는 각종 산업용 엔진이나 엑추에이터, 유체를 압축하는 압축기, 유체를 펌핑하는 펌프 등에 광범위하게 적용할 수 있으며, 이러한 적용예를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 토러스 크랭크 기구가 동력발생장치인 엔진 및 액츄에이터로 적용되는 경우에 대하여 설명한다.

이 경우, 하우징조립체(100)의 각 챔버(145∼148)는 엔진의 실린더 보어에 해당한다. 또한, 상기 챔버(145∼148) 내에 위치하는 로터(300)의 회전블레이드(311∼314)는 엔진의 피스톤에 해당한다. 따라서, 상기 챔버(145∼148)를 구획하는 고정블럭(141∼144)의 양쪽에 흡배기기구 및 점화기구(도시되지 않음) 등을 구성하게 되면, 챔버(145∼148) 내에서의 연소사이클이 연속적으로 이루어지면서 연소가스 압력에 의해 로터(300)가 하우징조립체(100) 내에서 왕복회전요동운동을 하게 된다. 이 때, 4개의 챔버(145∼148)에서 상기와 같은 작용이 동시에 동일하게 이루어진다. 즉, 각 챔버에서 대응하는 각 회전블레이드를 중심으로 그 양측에서 상기와 같은 동작이 이루어지므로, 4개의 챔버(145∼148)를가지는 토러스 크랭크 기구의 경우 1개의 챔버 내에서 회전블레이드가 더블 액팅(double acting)을 하기 때문에 내연기관의 8기통에 해당한다. 즉, 동일 마력 대비 일반적인 내연기관에 비하여 엔진의 크기와 중량을 대폭 줄일 수 있는 것이다.

상기와 같이 하우징조립체(100) 내부에서 왕복회전요동운동을 하는 로터(300)의 가이드 슬롯(315∼318)에는 코어(200)의 수평축(211∼214)에 설치된 베벨기어(410∼440)의 편심 슬라이더(411, 421, 431, 441)가 수용되어 있으므로, 로터(300)의 왕복회전요동운동에 따라 상기 편심 슬라이더(411, 421, 431, 441)가 가이드 슬롯(315∼318)에서 회전슬라이딩 하면서 공전하게 되고, 이에 따라 베벨기어(410∼440)가 일방향으로 회전하게 되며, 이 베벨기어(410∼440)의 회전력은 이들과 맞물리는 출력기어(500, 600)로 전달된다. 이 경우, 본 발명에서는 상부 출력기어(500)에는 베벨기어(410, 420)이 맞물려 있고, 하부 출력기어(600)에는 베벨기어(430, 440)이 맞물려 있으므로, 베벨기어(410, 420)의 회전방향과 베벨기어(430, 440)의 회전방향이 서로 반대가 되어 출력기어(500, 600)가 동일한 방향으로 회전한다. 따라서, 출력기어(500, 600)에 2개의 동력축(700, 700)이 연결되는 경우나 출력기어(500, 600)에 하나의 동력축(700a)이 연결되는 경우에 관계없이 동력축(700, 700)이나 동력축(700a)은 출력기어(500, 600)의 회전방향과 같은 방향으로 회전할 수 있다. 즉, 별도의 방향전환수단을 개재하지 않고도 양쪽으로 동일한 방향의 회전력을 인출/입력할 수 있는 것이다.

다음으로, 본 발명에 따른 토러스 크랭크 기구가 동력발생장치와는 반대로구동수단을 통하여 동력을 입력받아 소정의 기능을 수행하는 장치, 예컨대 압축기나 펌프에 적용하는 경우에 대하여 설명한다.

이 경우, 상기 출력기어(500, 600)는 입력파트가 되며, 로터(300)가 출력파트가 된다. 즉, 출력기어(500, 600)를 별도의 방향전환수단의 개재없이 모터와 같은 구동수단에 의하여 동일한 방향으로 회전하는 동력축(700, 700) 또는 동력축(700a)에 의해 회전시키면, 출력기어(500)와 맞물린 베벨기어(410, 420) 및 출력기어(600)와 맞물린 베벨기어(430, 440)가 일방향으로 회전함으로써 앞서 설명한 바와 같이 로터(300)의 가이드 슬롯(315∼318)에 배치된 편심 슬라이더(411)들의 운동에 의해 로터(300)가 왕복회전요동운동을 하게 된다. 이 때, 하우징조립체(100)의 챔버(145∼148) 양측에 위치하는 고정블럭(141∼144)에 유체 흡입/배출기구(미도시)가 각각 구성되면, 로터(300)가 예컨대 시계방향으로 회전할 때에는 회전블레이드를 중심으로 챔버중 어느 일측은 유체를 흡입하고 챔버중 타측은 유체를 압축하여 배출한다. 또한, 로터(300)가 반시계방향으로 회전할 때에는 상기의 반대 동작이 수행된다. 이러한 동작이 반복되면서 각 챔버는 각 회전블레이드에 의해 구획된 채 유체를 흡입하여 압축 또는 펌핑하는 2개의 기통으로 기능하므로 소형인 반면에 고성능을 발휘할 수 있는 압축기 또는 펌프를 제공할 수 있다.

한편, 위에서는 하우징조립체(100)에 4개의 챔버(145∼148)가 형성되고, 로터(300) 또한 4개의 회전블레이드(311∼314)를 가짐과 아울러 4개의 베벨기어(410∼440)가 적용된 8기통 토러스 크랭크 기구에 대하여 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위한 것에 불과하며, 본 발명이 해결하고자 하는목적, 즉 진동의 최소화 및 양쪽으로 동일한 방향의 회전력을 인출하거나 입력하는 목적을 달성하기 위하여 짝수 개의 베벨기어가 적용된 것이라면 어느 것이나 본 발명의 범위에 포함되어야 한다. 이와 같이 기통수가 증가되면 엔진의 동력이나 엑추에이터, 압축기 및 펌프의 용량이 배가될 수 있으며, 이러한 경우에도 하우징조립체(100)나 로터(300)의 크기에는 큰 변화가 없으므로, 예컨대 선박용 엔진 등과 같은 경우에 그 크기 및 중량이 현저하게 작아질 수 있다.

여기서는 도시하고 설명하지 않았으나, 양쪽으로 동일한 방향의 회전력을 인출/입력하기 위한 것이라면 예를 들어 2개의 베벨기어가 적용될 수 있다. 즉, 상부 출력기어(500)에는 하나의 베벨기어가 맞물리고, 하부 출력기어(600)에는 다른 베벨기어가 맞물린 형태의 토러스 크랭크 기구가 제공될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 포함되어야 한다.

한편, 도 21에는 앞서 설명한 토러스 크랭크 기구를 다수 개 동축적으로 연결하여 이루어지는 다중 토러스 크랭크 기구중 2개의 토러스 크랭크 기구를 동축적으로 연결하여 이루어지는 더블 토러스 크랭크 기구가 도시되어 있으며, 이하에서는 도 21 및 도 22를 참조하면서 본 발명에 의한 토러스 크랭크 기구의 또 다른 장점인 용이한 확장성에 대하여 설명한다.

도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 토러스 크랭크 기구는 앞서 설명한 적어도 2개의 토러스 크랭크 기구(10, 20)가 동축적으로 연결되어 구성된다. 각 토러스 크랭크 기구(10, 20)의 기본적인 구성 및 작용은 앞서의 설명과 같으므로 동일한 참조부호를 붙여 나타내고, 여기서의 그 구체적인 설명을 생략한다.

본 실시예에 따르면, 제1토러스 크랭크 기구(10)의 하부 출력기어(600) 및 제2토러스 크랭크 기구(20)의 상부 출력기어(600)가 서로 일체로 형성되어 출력기어(90)를 구성하고, 제1 및 제2토러스 크랭크 기구(10, 20)의 하우징 바디(110, 110)가 기밀상태로 결합되면 2개의 토러스 크랭크 기구가 구비된 더블 토러스 크랭크 기구가 이루어질 수 있다. 이 경우, 도시되지는 않았으나 제1토러스 크랭크 기구(10)의 상부 출력기어(500) 및 제2토러스 크랭크 기구(20)의 하부 출력기어(600)에 동력축(700)을 각각 연결하면, 16기통의 엔진 및 액츄에이터, 압축기, 펌프 등으로 적용될 수 있으며, 동력축(700, 700)을 통하여 동일한 방향의 회전력을 인출/입력할 수 있다. 상기한 바와 같이 동력축(700, 700)을 각각 적용하지 않고, 도 22에 도시된 바와 같이 제1토러스 크랭크 기구(10)의 상부 출력기어(500)로부터 제2토러스 크랭크 기구(20)의 하부 출력기어(600)까지 관통하여 결합되는 동력축(700a)이 적용되면, 출력기어(500, 600) 뿐만 아니라 같은 방향으로 회전하는 출력기어(90)의 회전력도 동력축(700a)에 전달되고, 역으로 동력축(700a)의 회전력이 출력기어(500, 600) 뿐만 아니라 출력기어(90)에도 전달되므로 보다 높은 마력의 장치를 구성할 수 있다. 같은 원리로 다수 개의 토러스 크랭크 기구를 별도의 방향전환수단없이 동축적으로 연결함으로써 높은 마력의 다중 토러스 크랭크 기구를 손쉽게 구성할 수 있고, 또 방향전환수단이 추가되지 않으므로 다중 토러스 크랭크 기구를 더욱 소형화할 수 있다. 이러한 다중 토러스 크랭크 기구에 있어서 어느 경우든 하우징조립체(100)들 내부에서 서로 인접하는 출력기어(500, 600)들은 일체로 이루어져 출력기어(90)를 구성하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 다중 토러스 크랭크 기구에 있어서, 그 진동을 극소화하기 위하여, 인접하는 코어들의 수평축들은 전체적으로 인접하는 코어들의 중심을 연결하는 중심선에 대하여 차례로 90°씩 위상차를 가지도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 토러스 크랭크 기구에서의 동력 인출/입력구조를 정리하자면 양쪽으로 동력을 인출/입력할 수 있을 뿐만 아니라 어느 한 쪽으로 동력을 인출/입력하는 구조가 적용될 수 있는 것이다.

예컨대, 단일의 토러스 크랭크 기구의 경우 도 20에 도시된 바와 같이 한 쪽 출력기어(500)에 동력축(700a)의 일단이 결합되고 동력축(700a)의 타단은 다른 쪽 출력기어(600)를 관통하여 결합될 수 있다.

또한, 다중 토러스 크랭크 기구중 예컨대 더블 토러스 크랭크 기구의 경우 도 22에서 보는 바와 같이, 제1 및 제2 토러스 크랭크 기구(10, 20)의 어느 한 출력기어(500)에 동력축(700a)의 일단이 결합되고 동력축(700a)의 타단은 출력기어(90)를 관통하여 결합된 다음 다른 쪽 출력기어(600)를 관통하여 결합될 수 있다. 어느 경우든 출력기어들 및 동력축이 모두 같은 방향으로 회전하기 때문에 동력인출구조의 변환을 위하여 출력기어들을 공회전시킬 필요가 없고, 이에 따라 모든 출력기어들의 회전력이 모두 동력축(700a)에 전달되거나 동력축(700a)의 회전력이 모든 출력기어에 전달될 수 있으므로, 소형의 고성능 장치를 제공할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 토러스 크랭크 기구에 의하면, 각종 엔진, 엑츄에이터, 압축기, 펌프 등을 구성함에 있어서, 크랭크 샤프트와 같은 큰 작동 공간을 필요로 하는 기계요소가 필요치 않을 뿐만 아니라 입력파트와 출력파트가 동축적으로 구성되기 때문에, 체적효율을 향상시킬 수 있어, 동일 마력 대비 종래 엔진, 엑추에이터, 압축기, 펌프 등의 장치보다 크기와 중량을 대폭적으로 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에서는 양쪽으로 동력을 인출/입력하기 위한 한 쌍의 동력축이 서로 같은 방향으로 회전할 뿐만 아니라 하나의 동력축에 의해서도 양쪽으로 동력을 인출/입력할 수 있기 때문에 기어트레인과 같은 별도의 방향전환수단이 요구되지 않으므로 더욱 효과적인 소형화 및 구조의 단순화를 도모할 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이 하나의 동력축에 의해 양쪽으로 동력을 인출/입력할 수 있기 때문에 복수의 토러스 크랭크 기구를 간단하게 동축적으로 연결하여 다중 토러스 크랭크 기구를 구성할 수 있으므로 확장성이 우수하다.

또한 하나의 동력축을 사용할 경우, 어느 경우든 최외측 출력기어들 뿐만 아니라 내부의 출력기어들도 동력축에/으로부터 회전력을 전달하거나 전달받을 수 있기 때문에 고마력의 엔진이나 엑츄에이터, 고용량의 압축기 및 펌프 등을 더욱 효과적으로 구성할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 베벨기어들에 설치된 편심 슬라이더들이 전체적으로 무게중심이 잡히도록 설치되어 있기 때문에 진동발생을 최소화할 수 있고, 이에 따라 동력전달손실의 최소화, 내구성 향상, 소음저감 등의 효과를 얻을 수 있다.

Claims

다수의 밀폐된 챔버를 제공하는 하우징조립체와; 상기 하우징조립체의 중앙부에 배치되며, 상/하부로 각각 돌출되는 한 쌍의 수직축 및 측방향으로 돌출되는 다수의 수평축을 가지는 코어와; 상기 하우징조립체의 챔버 내에 위치하는 회전블레이드가 구비되어 코어 외측에서 왕복회전요동운동 하도록 하우징조립체에 설치되며, 내주면에는 다수의 가이드 슬롯이 형성된 로터와; 상기 로터의 가이드 슬롯에 회전슬라이딩 가능하게 수용되는 편심 슬라이더가 구비되어 코어의 각 수평축에 회전 가능하게 지지되는 다수의 베벨기어와; 그리고, 상기 코어의 각 수직축에 상기 베벨기어들과 맞물리도록 회전가능하게 지지되는 한 쌍의 출력기어;를 포함하여 이루어지는 토러스 크랭크 기구에 있어서:

상기 베벨기어들의 각 편심 슬라이더의 편심위상은 어느 한 베벨기어의 회전방향에 대하여 순차적으로 180°씩 차이가 나도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 토러스 크랭크 기구.
제 1 항에 있어서,

상기 베벨기어들은 상/하부 출력기어에 교대로 맞물림으로써, 상부 출력기어에 맞물린 베벨기어들의 회전방향과 하부 출력기어에 맞물린 베벨기어들의 회전방향이 반대가 되어 상/하부 출력기어가 동일한 방향으로 회전하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 토러스 크랭크 기구.
제 2 항에 있어서,

상기 상/하부 출력기어에 동력축이 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 토러스 크랭크 기구.
제 2 항에 있어서,

상기 상/하부 출력기어 및 코어에 동축적으로 중공이 형성되고, 상기 코어의 중공을 동력축이 회전가능하게 관통하고, 상기 동력축의 양쪽은 상/하부 출력기어를 관통하면서 결합됨으로써, 상기 하나의 동력축에 의해 양쪽으로 동력을 인출 또는 입력할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 토러스 크랭크 기구.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 하우징조립체는, 원형공간부를 구비한 상부면, 관통공을 구비한 하부면 및 측부면의 외곽 프로파일을 가지는 하우징 바디; 상기 바디의 상하부면에 각각 결합되는 제1 및 제2커버; 상기 챔버들을 형성하기 위하여 상기 원형공간부를 구획하도록 원형공간부 내에 설치되는 다수의 고정블럭;을 구비하며,

상기 코어는 상기 하우징 바디의 하부면으로부터 상부면을 향하여 연장되는 다수의 지지간에 의해 하우징 바디와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 토러스 크랭크 기구.
다수의 밀폐된 챔버를 제공하는 하우징조립체와; 상기 하우징조립체의 중앙부에 배치되며, 상/하부로 각각 돌출되는 수직축 및 측방향으로 돌출되는 다수의 수평축을 가지는 코어와; 상기 하우징조립체의 챔버 내에 위치하는 회전블레이드가 구비되어 코어 외측에서 왕복회전요동운동 하도록 하우징조립체에 설치되며, 내주면에는 다수의 가이드 슬롯이 형성된 로터와; 상기 로터의 가이드 슬롯에 회전슬라이딩 가능하게 수용되는 편심 슬라이더가 구비되어 코어의 각 수평축에 회전 가능하게 지지되는 다수의 베벨기어와; 그리고, 상기 코어의 각 수직축에 상기 베벨기어들과 맞물리도록 회전가능하게 지지되는 한 쌍의 출력기어;를 포함하는 토러스 크랭크 기구가 적어도 2개 이상 동축적으로 연결되어 구성되는 다중 토러스 크랭크 기구에 있어서:

상기 각 토러스 크랭크 기구에 설치되는 베벨기어들의 각 편심 슬라이더의 편심위상은 어느 한 베벨기어의 회전방향에 대하여 순차적으로 180°씩 차이가 나도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 토러스 크랭크 기구.
제 6 항에 있어서,

인접하는 코어들의 수평축들은 전체적으로 인접하는 코어들의 중심을 연결하는 중심선에 대하여 차례로 90°씩 위상차를 가지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 토러스 크랭크 기구.
제 6 항에 있어서,

상기 각 토러스 크랭크 기구에 설치되는 베벨기어들은 상/하부 출력기어에 교대로 맞물림으로써, 상부 출력기어에 맞물린 베벨기어들의 회전방향과 하부 출력기어에 맞물린 베벨기어들의 회전방향이 반대가 되어 상/하부 출력기어가 동일한 방향으로 회전하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 토러스 크랭크 기구.
제 8 항에 있어서,

상기 출력기어들중 최외측의 두 출력기어에 동력축이 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 다중 토러스 크랭크 기구.
제 8 항에 있어서,

상기 상/하부 출력기어 및 코어에 동축적으로 중공이 형성되고, 상기 코어의 중공을 동력축이 회전가능하게 관통하고, 상기 동력축의 양쪽은 상/하부 출력기어를 관통하면서 결합됨으로써, 상기 하나의 동력축에 의해 양쪽으로 동력을 인출 또는 입력할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 토러스 크랭크 기구.
제 6 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 하우징조립체는, 원형공간부를 구비한 상부면, 관통공을 구비한 하부면 및 측부면의 외곽 프로파일을 가지는 하우징 바디; 상기 바디의 상하부면에 각각 결합되는 제1 및 제2커버; 상기 챔버들을 형성하기 위하여 상기 원형공간부를 구획하도록 원형공간부 내에 설치되는 다수의 고정블럭;을 구비하며,

상기 코어는 상기 하우징 바디의 하부면으로부터 상부면을 향하여 연장되는 다수의 지지간에 의해 하우징 바디와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 토러스 크랭크 기구.
제 6 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 출력기어들중 하우징조립체들 내부에서 서로 인접하는 출력기어들은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 토러스 크랭크 기구.