KR100545519B1

KR100545519B1 - 오일펌프로터

Info

Publication number: KR100545519B1
Application number: KR1020030010803A
Authority: KR
Inventors: 호소노가쯔아끼
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2006-01-24
Also published as: DE60300726D1; US20030165392A1; EP1340914B1; EP1340914A2; KR20030071624A; CN1442614A; MY125845A; EP1340914A3; CN1266383C; DE60300726T2; US6887056B2

Abstract

본 발명은 내부 로터의 치형(齒刑) 형상과 외부 로터의 치형 형상 및 양 로터 사이의 간극을 적절히 설정하여, 양 로터의 치면(齒面)간의 슬라이딩 저항이나 덜컹거림을 저감함으로써 정숙성을 향상시킨 오일펌프를 제공한다. 본 오일펌프의 각 로터(10, 20)는 기초원(基礎圓:Di) 상을 회전하는 제 1 외부회전원(Ai) 및 제 1 내부회전원(Bi)에 의해 생성되는 사이클로이드 곡선을 각각 이선단(齒先), 이홈으로 하여 잇수 n개의 내부 로터(10)를 형성하고, 기초원(Do) 상을 회전하는 제 2 외부회전원(Ao) 및 제 2 내부회전원(Bo)에 의하여 생성되는 사이클로이드 곡선을 각각 이홈, 이선단으로 하여 잇수 (n+1)개의 외부 로터(20)를 형성하는 것으로 하고, Di, Ai, Bi, Do, Ao, Bo의 직경을 φDi, φAi, φBi, φDo, φAo, φBo라 하고, 클리어런스를 t로 할 때, 등식: φBo=φBi, φDo=(n+1)·φDi/n+(n+1)·t/(n+2), 및 φAo=φAi+t/(n+2)를 충족시키도록 구성된다.

Description

오일펌프로터{OIL PUMP ROTOR}

도 1은 본 발명에 관련한 오일펌프로터의 제 1 실시 형태를 나타내는 도면으로서, 내부 로터와 외부 로터가 φBo=φBi, φDo=φDi·(n+1)/n+t ·(n+1)/(n+2), 및 φAo=φAi+t/(n+2)의 관계를 충족시키고, 또한 t의 값이 t=0.12mm로 설정되어 구성된 오일펌프를 나타내는 평면도.

도 2는 도 1에 나타낸 오일펌프의 맞물림 부분을 나타내는 Ⅱ 부분의 확대도.

도 3은 도 1에 나타낸 오일펌프에 의한 소음과 종래 오일펌프에 의한 소음의 비교를 나타내는 그래프.

도 4는 본 발명에 관한 오일펌프로터의 제 2 실시 형태를 나타내는 도면으로서, 내부 로터와 외부 로터가 φAo=φAi, φDo=φDi·(n+1)/n+t·(n+1)/(n+2), 및 φBo=φBi+t/(n+2)의 관계를 충족시키고, 또한 t의 값이 t=0.12mm로 설정되어 구성된 오일펌프를 나타내는 평면도.

도 5는 도 4에 나타낸 오일펌프의 맞물림 부분을 나타내는 Ⅴ 부분의 확대도.

도 6은 도 4에 나타낸 오일펌프에 의한 소음과 종래 오일펌프에 의한 소음의 비교를 나타내는 그래프.

도 7은 종래의 오일펌프로터를 나타내는 도면으로서, 내부 로터와 외부 로터가 φdi=n·(φai+φbi), φdo=(n+1)·(φao+φbo), 및 (n+1)·φdi=n·φdo, φao=φai+t/2, φbo=φbi-t/2의 관계를 충족시키고, 또한 t의 값이 t=0.12mm로 설정되어 구성된 오일펌프를 나타내는 평면도.

도 8은 도 7에 나타낸 오일펌프의 맞물림 부분을 나타내는 Ⅷ 부분의 확대도.

도 9는 도 7에 나타낸 오일펌프의 맞물림 부분을 나타내고, 외부 로터의 이선단과 내부 로터의 이홈이 서로 맞물리는 상태를 나타내는 확대도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 내부 로터 11: 외치(外齒)

20, 30: 외부 로터 21, 31: 내치(內齒)

50: 케이싱 Ai: 내부 로터의 제 1 외부회전원

Bi: 내부 로터의 제 1 내부회전원 Di: 내부 로터의 기초원

Ao: 외부 로터의 제 2 외부회전원 Bo: 외부 로터의 제 2 내부회전원

Do: 외부 로터의 기초원 C: 셀

본 발명은 내부 로터와 외부 로터의 사이에 형성되는 셀의 용적 변화에 의해 유체를 흡입 또는 토출하는 오일펌프로터에 관한 것이다.

종래의 오일펌프는 n(n은 자연수)개의 외치가 형성된 내부 로터, 이 외치에 맞물리는 (n+1)개의 내치가 형성된 외부 로터, 유체가 흡입되는 흡입포트 및 유체가 토출되는 토출포트가 형성된 케이싱을 구비하고 있고, 내부 로터를 회전시킴으로써 외치가 내치에 맞물려 외부 로터를 회전시키고, 양 로터 사이에 형성되는 복수의 셀의 용적 변화에 의해 유체를 흡입 또는 토출하게 되어 있다.

셀은 그 회전 방향 앞쪽 및 뒷쪽에서 내부 로터의 외치와 외부 로터의 내치가 각각 접촉함으로써 별개로 구분되고, 또한 양 측면을 케이싱에 의하여 구분함으로써 독립된 유체 반송실을 구성하고 있다. 그리고, 각 셀은 외치와 내치의 맞물림 과정 도중에 용적이 최소가 된 후, 흡입포트를 따라서 이동할 때에 용적을 확대시켜 유체를 흡입하고, 용적이 최대가 된 후 토출포트를 따라서 이동할 때에 용적을 감소시켜 유체를 토출한다.

상기와 같은 구성을 갖는 오일펌프는 소형이고 구조가 간단하기 때문에 자동차의 윤활유용 펌프나 자동 변속기용 오일펌프 등으로 광범위하게 이용되고 있다. 자동차에 탑재된 경우의 오일펌프의 구동 수단으로는, 엔진의 크랭크 축에 내부 로터가 직결되어 엔진의 회전에 의하여 구동되는 크랭크축 직결 구동이 있다.

상기와 같은 오일펌프에 관해서는 펌프가 내는 잡음의 저감과 그에 수반하는 기계 효율의 향상을 목적으로 내부 로터와 외부 로터를 조합시킨 상태로 맞물림 위치로부터 180° 회전한 위치에서의 내부 로터의 이선단과 외부 로터의 이선단과의 사이에 적절한 크기의 팁 클리어런스(tip clearance)가 설정되어 있다.

팁 클리어런스를 확보하는 수단으로는 외부 로터의 치형(齒形)에 관하여 균 등하게 함으로써 양 로터의 치면 사이에 각각 클리어런스를 형성하고, 맞물림 상태에서 양 로터의 이선단 사이에 팁 클리어런스를 확보하는 것, 사이클로이드 곡선의 평탄화에 의한 것 등을 들 수 있다.

그런데, 내부 로터와 외부 로터의 치형을 결정하기 위해서 필요한 조건으로는 먼저 내부 로터(ri)에 대하여 제 1 외부회전원(ai:직경 φai) 및 제 1 내부회전원(bi:직경 φbi)의 회전거리가 한 바퀴로 끝나지 않으면 안된다. 즉 제 1 외부회전원(ai) 및 제 1 내부회전원(bi)의 회전거리의 합의 정수배(치수(齒數)배)가 내부 로터 (ri)의 기초원(di:직경 φdi)의 원주와 같지 않으면 안되기 때문에, 하기 식을 만족하여야 한다.

φdi=n·(φai+φbi)

동일하게, 외부 로터(ro)에 대해서 제 2 외부회전원(ao)(직경 φao) 및 제 2 내부회전원(bo:직경 φbo)의 회전거리의 합의 정수배(치수배)가 외부 로터(ro)의 기초원(do)(직경 φdo)의 원주와 같지 않으면 안되기 때문에, 하기 식을 만족하여야 한다.

φdo=(n+1)·(φao+φbo)

다음에 내부 로터(ri)와 외부 로터(ro)가 서로 맞물리기 때문에 양 로터의 편심량을 e로 하면,

φai+φbi=φao+φbo=2e

상기의 각 식으로부터 (n+1)·φdi=n·φdo가 되고, 내부 로터(ri) 및 외부 로터(ro)의 치형은 이러한 조건을 만족하도록 구성된다.

여기에서 클리어런스=s를 맞물림 위치에서의 이홈과 이선단과의 클리어런스와, 맞물림 위치로부터 180° 회전한 위치에서의 이선단 끼리의 클리어런스(팁 클리어런스)로 나누기 위해서, φao=φai+s/2, φbo=φbi-s/2를 만족하도록 각 외부회전원 및 내부회전원이 구성된다.

즉, 외부측의 외부회전원을 크게 함으로써, 도 8에 나타낸 바와 같이 맞물림 위치에서 외부 로터(ro)의 이홈과 내부 로터(ri)의 이선단과의 사이에 클리어런스(s/2)가 생성되는 한편, 내부회전원은 내부측을 작게 함으로써, 도 9에 나타낸 바와 같이 맞물림 위치에서 외부 로터(ro)의 이선단과 내부 로터(ri)의 이홈과의 사이에 클리어런스(s/2)가 생성된다.

이상의 관계를 충족시켜 구성된 오일펌프로터를 도 7 내지 도 9에 나타낸다. 이 오일펌프로터는 내부 로터(ri)의 기초원(di)이 φdi=52.00mm, 제 1 외부회전원(ai)이 φai=2.50mm, 제 1 내부회전원(bi)이 φbi=2.70mm, 잇수 Zi=n=10, 외부 로터(ro)의 외부직경이 φ70mm, 기초원(do)이 φdo=57.20mm, 제 2 외부회전원(ao)이 φao=2.56mm, 제 2 내부회전원(bo)이 φbo=2.64mm, 잇수 Zo=n+1=11, 편심량 e=2.6mm로 되어 있다.

상기 내부 로터의 외치와 외부 로터의 내치의 사이에는 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 이선단 및 이홈의 중심에 있어서 직경방향의 클리어런스(s1)뿐만 아니라, 각 기초원과 치면과의 교차부분 근방에 있어서 둘레방향의 클리어런스(s2)도 형성되어 있다.

그러나, 이와 같이 외부 로터의 제 2 외부회전원(ao) 및 제 2 내부회전원(bo)의 직경을 조절함으로써 클리어런스(s)를 형성하는 경우, 직경방향의 클리어런스(s1=s/2)를 확보하면, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이 둘레방향의 클리어런스(s2)가 커지게 되어, 내부 로터에 대한 외부 로터의 덜컹거림이나 치면 간의 미끄럼이 커지기 때문에, 토크 전달의 손실 증대나 발열, 양 로터 사이의 충격에 의한 소음의 발생이 문제가 되고 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 양 로터가 서로 맞물리는 과정에서의 내부 로터의 치형과 외부 로터의 치형을 적절한 형상으로 설정함과 동시에 양 로터 사이의 간극을 적절하게 설정하여, 양 로터의 치면간의 슬라이딩 저항이나 덜컹거림을 저감함으로써 오일펌프의 정숙성의 향상을 도모하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 태양의 오일펌프로터는 n개의 외치가 형성된 내부 로터, 상기 외치와 서로 맞물리는 (n+1)개의 내치가 형성된 외부 로터, 유체가 흡입되는 흡입포트 및 유체가 토출되는 토출포트가 형성된 케이싱을 구비하고, 양 로터가 서로 맞물려 회전할 때에 양 로터의 치면 사이에 형성된 셀의 용적 변화에 의해 유체를 흡입 또는 토출함으로써 유체를 반송하는 오일펌프에 사용되는 오일펌프로터에 있어서, 내부 로터의 치형이, 기초원(Di)에 외접하여 미끄럼없이 회전하는 제 1 외부회전원(Ai)에 의하여 생성되는 외부회전 사이클로이드 곡선을 이선단의 치형으로 하고, 기초원(Di)에 내접하여 미끄럼없이 회전하는 제 1 내부회전원(Bi)에 의하여 생성되는 내부회전 사이클로이드 곡선이 이홈의 치형으로서 형성되며, 외부 로터의 치형이, 기초원(Do)에 외접하여 미끄럼없이 회전하는 제 2 외부회전원(Ao)에 의하여 생성되는 외부회전 사이클로이드 곡선을 이홈의 치형으로 하고, 기초원(Do)에 내접하여 미끄럼없이 회전하는 제 2 내부회전원(Bo)에 의하여 생성되는 내부회전 사이클로이드 곡선이 이선단의 치형으로서 형성되어 있으며, 내부 로터의 기초원(Di)의 직경을 φDi, 제 1 외부회전원(Ai)의 직경을 φAi, 제 1 내부회전원(Bi)의 직경을 φBi, 외부 로터의 기초원(Do)의 직경을 φDo, 제 2 외부회전원(Ao)의 직경을 φAo, 제 2 내부회전원(Bo)의 직경을 φBo, 내부 로터의 이선단과 외부 로터의 이선단의 간극의 크기를 t(≠0)로 할 때,

φBo=φBi

φDo=φDi·(n+1)/n+t·(n+1)/(n+2) 및

φAo=φAi+t/(n+2)

를 만족하여 내부 로터와 외부 로터가 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 내부 로터 및 외부 로터의 치형을 결정하기 위해서 먼저 내부 로터 및 외부 로터의 외부회전원 및 내부회전원의 회전거리가 한 바퀴로 끝나지 않으면 안되기 때문에,

φDi=n·(φAi+φBi)

φDo=(n+1)·(φAo+φBo)

의 각 식을 충족시킬 필요가 있다.

또한 본 발명에서는 내부 로터의 이홈과 외부 로터의 이선단과의 둘레방향의 클리어런스를 작게 하기 위해 내부 로터 및 외부 로터의 내부회전원 직경을 같게 하고 있다.

φBo=φBi

이 조건에 의하여 외부 로터의 내부회전원은, 종래의 것(=φBi-t/2) 보다도 커지므로 적정한 클리어런스(t)를 확보하기 위해서는 외부 로터의 기초원은 종래의 것(=φDi·(n+1)/n) 보다도 커진다.

φDo=φDi·(n+1)/n+(n+1)·t/(n+2)

기초원의 변경에 따라서 외부회전원 및 내부회전원의 회전거리를 봉쇄하기 위해 외부 로터의 외부회전원을 조정하면, 하기 식을 만족하게 된다.

φAo=φAi+t/(n+2)

본 발명에 의하면, 내부 로터의 외치와 외부 로터의 내치와의 직경방향의 클리어런스는 확보되며, 각 로터의 치면간의 둘레방향의 클리어런스는 종래보다도 작아지기 때문에 양 로터의 덜컹거림이 작고, 정숙성이 좋은 오일펌프의 실현이 가능해진다.

본 발명의 제 2 태양의 오일펌프로터는, 상기 제 1 태양의 오일펌프로터에 있어서,

0.03mm≤t≤0.25mm(mm:밀리미터)의 범위로 설정된 것을 전제로 내부 로터와 외부 로터가 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의하면, 0.03mm≤t로 함으로써, 압력 맥동이나 캐비테이션 (cavitation) 소음, 치면의 마모를 방지하고, 또 t≤0.25mm로 함으로써 용적 효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 제 3 태양의 오일펌프로터는, n개의 외치가 형성된 내부 로터, 상기 외치와 서로 맞물리는 (n+1)개의 내치가 형성된 외부 로터, 유체가 흡입되는 흡입포트 및 유체가 토출되는 토출포트가 형성된 케이싱를 구비하고, 양 로터가 서로 맞물려 회전할 때에 양 로터의 치면간에 형성된 셀의 용적 변화에 의해 유체를 흡입 또는 토출함으로써 유체를 반송하는 오일펌프에 사용되는 오일펌프로터에 있어서, 내부 로터의 치형이 기초원(Di)에 외접하여 미끄럼없이 회전하는 제 1 외부회전원(Ai)에 의하여 생성되는 외부회전 사이클로이드 곡선을 이선단의 치형으로 하고, 기초원(Di)에 내접하여 미끄럼없이 회전하는 제 1 내부회전원(Bi)에 의하여 생성되는 내부회전 사이클로이드 곡선이 이홈의 치형으로서 형성되며, 외부 로터의 치형이, 기초원(Do)에 외접하여 미끄럼없이 회전하는 제 2 외부회전원(Ao)에 의하여 생성되는 외부회전 사이클로이드 곡선을 이홈의 치형으로 하고, 기초원(Do)에 내접하여 미끄럼없이 회전하는 제 2 내부회전원(Bo)에 의하여 생성되는 내부회전 사이클로이드 곡선이 이선단의 치형으로서 형성되어 있고, 내부 로터의 기초원(Di)의 직경을 φDi, 제 1 외부회전원(Ai)의 직경을 φAi, 제 1 내부회전원(Bi)의 직경을 φBi, 외부 로터의 기초원(Do)의 직경을 φDo, 제 2 외부회전원(Ao)의 직경을 φAo, 제 2 내부회전원(Bo)의 직경을 φBo, 내부 로터의 이선단과 외부 로터의 이선단의 간극의 크기를 t(≠0)로 할 때,

φAo=φAi

φDo=φDi·(n+1)/n+t·(n+1)/(n+2) 및

φBo=φBi+t/(n+2)

φDi=n·(φAi+φBi)

φDo=(n+1)·(φAo+φBo) 의 각 식을 만족할 필요가 있다.

또한, 본 발명은 내부 로터의 이선단과 외부 로터의 이홈과의 둘레방향 클리어런스를 작게 하기 위해, 내부 로터 및 외부 로터의 외부회전원 직경을 같게 하고 있다.

φAo=φAi

이 조건에 의하여 외부 로터의 외부회전원은 종래의 것(=φAi+t/2) 보다도 작아지므로 적정한 클리어런스(t)를 확보하기 위해서 외부 로터의 기초원은 종래의 것(=φDi·(n+1)/n)보다도 커진다.

φDo=φDi·(n+1)/n+(n+1)·t/(n+2)

또한, 외부회전원 및 내부회전원의 회전거리를 봉쇄하기 위해 외부 로터의 내부회전원을 조정하면, 하기 식을 만족하게 된다.

φBo=φBi+t/(n+2)

본 발명에 의하면, 내부 로터의 외치와 외부 로터의 내치와의 직경방향의 클리어런스는 확보되고, 각 로터의 치면간의 둘레방향의 클리어런스는 종래보다도 작아지기 때문에, 양 로터의 덜컹거림이 작고, 정숙성이 높은 오일펌프의 실현이 가능해진다.

본 발명의 제 4 태양의 오일펌프로터는 제 3 태양의 오일펌프로터에 있어서,

본 발명에 의하면 0.03mm≤t로 함으로써 압력 맥동이나 캐비테이션 소음, 치면의 마모를 방지함과 아울러 t≤0.25mm로 함으로써 용적 효율의 저하를 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 제 1 실시 형태에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 도 1에 나타낸 오일펌프는 n(n은 자연수, 본 실시 형태에 있어서는 n=10)개의 외치가 형성된 내부 로터(10)와, 각 외치와 서로 맞물리는 (n+1)(본 실시 형태에 있어서는(n+1)=11)개의 내치가 형성된 외부 로터(20)를 구비하고, 이들 내부 로터(10)와 외부 로터(20)가 케이싱(50)의 내부에 수납되어 있다.

내부 로터(10)와 외부 로터(20)의 치면간에는 양 로터(10, 20)의 회전 방향을 따라서 셀(Ｃ)이 복수개 형성되어 있다. 각 셀(Ｃ)은 양 로터 (10, 20)의 회전 방향 앞쪽과 뒷쪽에서 내부 로터(10)의 외치(11)와 외부 로터(20)의 내치(21)가 각각 접촉함으로써 별개로 구분되고, 또한 양 측면을 케이싱(50)에 의하여 구분함으 로써 독립된 유체 반송실을 형성하고 있다. 그리고, 셀(Ｃ)은 양 로터(10, 20)의 회전에 수반하여 회전 이동하고, 1회전을 1주기로 용적의 증대 또는 감소를 반복하게 되어 있다.

내부 로터(10)는 회전축에 장착되어 축심(Oi)을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있고, 내부 로터(10)의 기초원(Di)에 외접하여 미끄럼없이 회전하는 제 1 외부회전원(Ai)에 의하여 생성되는 외부회전 사이클로이드 곡선을 이선단의 치형으로 하고, 기초원(Di)에 내접하여 미끄럼없이 회전하는 제 1 내부회전원(Bi)에 의하여 생성되는 내부회전 사이클로이드 곡선을 이홈의 치형으로 하여 형성되어 있다.

외부 로터(20)는 축심(Oo)을 내부 로터(10)의 축심(Oi)에 대하여 편심(편심량:e)시켜 배치하고, 축심(Oo)을 중심으로 해서 케이싱(50)의 내부에 회전 가능하게 지지되어 있으며, 외부 로터(20)의 기초원(Do)에 외접하여 미끄럼없이 회전하는 제 2 외부회전원(Ao)에 의하여 생성되는 외부회전 사이클로이드 곡선을 이홈의 치형으로 하고, 기초원(Do)에 내접하여 미끄럼없이 회전하는 제 2 내부회전원(Bo)에 의하여 생성되는 내부회전 사이클로이드 곡선을 이선단의 치형으로 하여 형성되어 있다.

내부 로터(10)의 기초원(Di)의 직경을 φDi, 제 1 외부회전원(Ai)의 직경을 φAi, 제 1 내부회전원(Bi)의 직경을 φBi, 외부 로터(20)의 기초원(Do)의 직경을 φDo, 제 2 외부회전원(Ao)의 직경을 φAo, 제 2 내부회전원(Bo)의 직경을 φBo로 할 때, 내부 로터(10)와 외부 로터(20) 사이에는 이하의 관계식이 성립된다. 또한, 여기에서는 치수 단위를 mm(밀리미터)로 한다.

먼저, 내부 로터(10)에 대하여 제 1 외부회전원(Ai) 및 제 1 내부회전원(Bi)의 회전거리가 한 바퀴로 끝나지 않으면 안된다. 즉, 제 1 외부회전원(Ai) 및 제 1 내부회전원(Bi)의 각 회전거리의 정수배(치수배)의 합이 기초원(Di)의 원주와 같지 않으면 안되기 때문에, 하기 식이 만족되어야 한다.

π·φDi=n·π·(φAi+φBi) 즉, φDi=n·(φAi+φBi) …(Ia)

동일하게 외부 로터(20)에 대하여 제 2 외부회전원(Ao) 및 제 2 내부회전원(Bo)의 각 회전거리의 정수배(치수배)의 합이 기초원(Do)의 원주와 같지 않으면 안되기 때문에, 하기 식이 만족되어야 한다.

π·φDo=(n+1)·π·(φAo+φBo) 즉, φDo=(n+1)·(φAo+φBo) …(Ib)

다음에 외부 로터(20)에 대하여 종래 기술로서 설명한 외부 로터 (ro)(제 2 외부회전원(ao:직경 φao), 제 2 내부회전원(bo:직경 φbo), 기초원(do:직경 φdo))를 기초로 하여, 본 실시 형태의 외부 로터(20)의 치형을 결정하는 조건에 관하여 설명한다.

또한, 외부 로터(ro)는 본 실시 형태의 내부 로터(10)에 대하여 편심시켜(편심량e) 배치되고, 클리어런스(t)를 가지며 맞물려, 상술한 바와 같이,

φdo=φDi·(n+1)/n …(Ⅱ) 및

φdo=(n+1)·(φao+φbo) …(Ⅲ)

φao=φAi+t/2 …(Ⅲa)

φbo=φBi-t/2 …(Ⅲb) 를 충족시키는 것으로 한다.

또한, 외부 로터(ro)에 맞물리는 내부 로터(10)에 대해서는 이하의 일반적인 관계식 (1) 및 (2) 를 만족하고 있다.

φai+φbi=φAi+φBi=2e …(1)

φDi=φdo-2e …(2)

본 실시 형태에서는 맞물림위치에 있어서의 외부 로터(20)의 이선단과 내부 로터(10)의 이홈 사이의 둘레방향의 클리어런스(t2)를 작게 함과 동시에 직경방향의 클리어런스(t1)를 확보하기 위해서,

φBo=φbo=φBi …(Ⅳ)

또한, 식 (Ⅳ) 및 식 (1)로부터

φao=φAi …(3)

이와 같이 외부 로터(20)의 내부회전원을 설정하면,

t=(φDo-φBo+φAo)-(φDi+φAi+φAi)인 클리어런스(t)는 식 (1) ~ (3) 및 식 (Ⅳ)로부터,

t=(φDo-φdo)+(φAo-φai) …(Ⅴ)로 된다.

상기의 식 (Ib), (Ⅲ), (Ⅳ), (Ⅴ)로부터

t=(φAo-φai)·(n+2) …(Ⅵ) 이므로,

φAo=φai+t/(n+2)로 된다.

여기에서, 먼저 기초원(Do)의 직경(φDo)을 구한다. 상기의 식 (Ib), (Ⅲ)으로부터,

φDo-φdo=(n+1)·(φAo+φBo)-(n+1)·(φao+φbo)이고, 또한 식(Ⅲa), (Ⅲb) 및 (Ⅳ)에 의하여,

φDo-φdo=(n+1)·(φAo－φai) …(Ⅶ)이며, 식(Ⅵ)로부터 식 (Ⅶ)은

φDo-φdo=(n+1)·t/(n+2)로 되며, 또한 식 (Ⅱ)로부터 φDo는

φDo=(n+1)·φDi/n+(n+1)·t/(n+2) …(A) 이다.

이어서, (Ib)로부터

φAo=φDo/(n+1)-φBo이므로, 식(A)에 의하여

φAo=φDi/n+t/(n+2)-φBo 이며, 또한 식 (Ia), (Ⅳ)로부터

φAo=φAi+t/(n+2) …(Ｂ) 이다.

상기의 각 식을 종합하면, 외부 로터(20)는,

φBo=φbi=φBi …(Ⅳ)

φDo=(n+1)·φDi/n+(n+1)·t/(n+2) …(A)

φAo=φAi+t/(n+2) …(B)를 충족시켜 구성된다.

도 1에 이상의 관계를 충족시켜 구성된 내부 로터(10)(기초원(Di)이 φDi=52.00mm, 제 1 외부회전원(Ai)이 φAi=2.50mm, 제 1 내부회전원(φBi)이 φBi=2.70mm, 잇수 Zi=n=10) 및 외부 로터(20)(외경이 φ70mm, 기초원(Do)이 φDo=57.31mm, 제 2 외부회전원(Ao)이 φAo=2.51mm, 제 2 내부회전원(Bo)이 φBo=2.70mm)가 클리어런스 t=0.12mm, 편심량e=2.6mm로 조합된 오일펌프로터를 나타낸다.

케이싱(50)에는 양 로터(10, 20)의 치면간에 형성된 셀(C)들 중, 용적이 증대 과정에 있는 셀(C)을 따라서 원호형상의 흡입포트(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 또한 용적이 감소 과정에 있는 셀(C)을 따라서 원호형상의 토출포트(도시하지 않음)가 형성되어 있다.

셀(C)은 외치(11)와 내치(21)의 맞물림 과정의 도중에 용적이 최소가 된 후 흡입포트를 따라서 이동할 때에 용적을 확대시켜 유체를 흡입하고, 용적이 최대가 된 후 토출포트를 따라서 이동할 때에 용적을 감소시켜 유체를 토출하게 되어 있다.

또한, 클리어런스(t)가 너무 작으면, 용적이 감소 과정에 있는 셀(C)로부터 교출(絞出)되는 유체에 압력 맥동이 생겨 캐비테이션 잡음이 발생하여 펌프의 운전음이 커짐과 동시에, 또 압력 맥동에 의하여 양 로터의 회전이 원활하게 이루어지지 않게 된다.

　한편 클리어런스(t)가 너무 크면, 유체의 압력 맥동이 생기지 않게 되어 운전음이 저감됨과 동시에, 백래시(backlash)가 커져 치면간의 슬라이딩 저항이 감소하여 기계 효율이 향상되지만, 그 반면에 각각의 셀(C)에서의 액밀성이 손상되어, 펌프 성능, 특히 용적 효율을 악화시키게 된다. 또한, 정확한 맞물림 위치에서의 구동 토크의 전달이 이루어지지 않게 되어, 회전의 손실이 커지기 때문에 역시 기계 효율이 저하하게 된다.

그래서 클리어런스(t)는 0.03mm≤t≤0.25mm를 충족시키는 범위로 하는 것이 바람직하고, 본 실시 형태에서는 가장 적합한 0.12mm로 하고 있다.

그런데, 상기와 같이 구성된 오일펌프로터에 있어서는, 상기 식(Ⅳ), (A), (B)의 관계를 충족시킴으로써, 도 2에 나타내는 바와 같이, 외부 로터(20)의 이선 단의 치형이 내부 로터(10)의 이홈의 치형과 거의 같게 되어 있다. 이에 의해 도 2에 나타낸 바와 같이 맞물림 위치에 있어서의 직경방향의 클리어런스(t1)는 종래와 같은 t/2=0.06mm가 확보된 채, 둘레방향의 클리어런스(t2)가 작아지므로, 회전시에 양 로터(10, 20)가 서로 받는 충격이 작게 되어있다. 또한, 맞물림시의 압력 방향이 치면에 대하여 직각이 되므로, 양 로터 (10, 20) 사이의 토크 전달이 미끄럼없이 고효율로 이루어져, 슬라이딩 저항에 의한 발열이나 소음이 저감되어 있다.

도 3에, 종래 기술에 의한 오일펌프로터를 이용한 경우에 발생하는 소음과, 본 실시 형태에 의한 오일펌프로터를 이용한 경우에 발생하는 소음을 비교한 그래프를 나타낸다. 이 그래프로부터 본 실시 형태에 의한 오일펌프로터는 종래보다도 소음이 작고, 정숙성이 높은 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 오일펌프로터에 의하면, 외부 로터의 내부회전원을 내부 로터의 내부회전원과 같은 지름으로 함으로써, 직경방향의 클리어런스를 확보하면서 둘레방향의 클리어런스를 종래보다도 작게 할 수 있으므로, 양 로터의 덜컹거림이 작고, 정숙성이 높은 오일펌프의 실현이 가능해진다.

또한, 본 발명의 오일펌프로터에 의하면, 0.03mm≤t로 함으로써 압력 맥동이나 캐비테이션 소음, 치면의 마모를 방지함과 동시에, t≤0.25mm로 함으로써 용적 효율의 저하를 방지할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 2 실시 형태에 대하여 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 도 4에 나타낸 오일펌프는 n(n은 자연수, 본 실시 형태에 있어서는 n=10)개의 외치가 형성된 내부 로터(10)와, 각 외치와 서로 맞물리는 (n+1)(본 실시 형 태에 있어서는 (n+1)=11)개의 내치가 형성된 외부 로터(30)를 구비하고, 이들 내부 로터(10)와 외부 로터(30)가 케이싱(50)의 내부에 수납되어 있다.

내부 로터(10)와 외부 로터(30)의 치면들 사이에는 양 로터(10, 30)의 회전 방향을 따라서 셀(C)이 복수개 형성되어 있다. 각 셀(C)은 양 로터(10, 30)의 회전 방향 앞쪽과 뒷쪽에서, 내부 로터(10)의 외치(11)와 외부 로터(30)의 내치(31)가 각각 접촉함으로써 별개로 구획되고, 또한 양 측면을 케이싱(50)에 의해 구획함으로써 독립된 유체 반송실을 형성하고 있다. 그리고 셀(C)은 양 로터(10, 30)의 회전에 수반하여 회전 이동하고, 1회전을 1주기로 해서 용적의 증대 또는 감소를 반복하게 되어 있다.

내부 로터(10)는 회전축에 장착되어 축심(Oi)을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되고 있고, 내부 로터(10)의 기초원(Di)에 외접하여 미끄럼없이 회전하는 제 1 외부회전원(Ai)에 의하여 생성되는 외부회전 사이클로이드 곡선을 이선단의 치형으로 하고, 기초원(Di)에 내접하여 미끄럼없이 회전하는 제 1 내부회전원(Bi)에 의하여 생성되는 내부회전 사이클로이드 곡선을 이홈의 치형으로 하여 형성되어 있다.

외부 로터(30)는 축심(Oo)을 내부 로터(10)의 축심(Oi)에 대하여 편심(편심량:e)시켜 배치하고, 축심(Oo)을 중심으로 하여 케이싱(50)의 내부에 회전 가능하게 지지되어 있고, 외부 로터(30)의 기초원(Do)에 외접하여 미끄럼없이 회전하는 제 2 외부회전원(Ao)에 의하여 생성되는 외부회전 사이클로이드 곡선을 이홈의 치형으로 하고, 기초원(Do)에 내접하여 미끄럼없이 회전하는 제 2 내부회전원(Bo)에 의하여 생성되는 내부회전 사이클로이드 곡선을 이선단의 치형으로 하여 형성되어 있다.

내부 로터(10)의 기초원(Di)의 직경을 φDi, 제 1 외부회전원(Ai)의 직경을 φAi, 제 1 내부회전원(Bi)의 직경을 φBi, 외부 로터(30)의 기초원(Do)의 직경을 φDo, 제 2 외부회전원(Ao)의 직경을 φAo, 제 2 내부회전원(Bo)의 직경을 φBo로 할 때, 내부 로터(10)와 외부 로터 (30)의 사이에는 다음 관계식이 성립되고, 외부 로터(30)는,

φAo=φai=φAi …(I)

φDo=(n+1)·φDi/n+(n+1)·t/(n+2) …(Ⅱ)

φBo=φBi+t/(n+2) …(Ⅲ)

을 만족하여 구성된다. 또한, 여기에서는 치수 단위를 mm(밀리미터)로 한다.

도 4에 이상의 관계를 충족시켜 구성된 내부 로터(10)(기초원(Di)이 φDi=52.00mm, 제 1 외부회전원(Ai)이 φAi=2.50mm, 제 1 내부회전원(Bi)이 φBi=2.70mm, 잇수 Zi=n=10) 및 외부 로터(30)(외경이 φ70mm, 기초원(Do)이 Do=57.31mm, 제 2 외부회전원(Ao)이 φAo=2.50mm, 제 2 내부회전원(Bo)이 φBo=2.71mm)가 클리어런스 t=0.12mm, 편심량 e=2.6mm로 조합된 오일펌프로터를 나타낸다.

케이싱(50)에는 양 로터(10, 30)의 치면 사이에 형성된 셀(C)들 중 용적이 증대 과정에 있는 셀(C)을 따라서 원호형상의 흡입포트(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 또한 용적이 감소 과정에 있는 셀(C)을 따라서 원호형상의 토출포트(도시하 지 않음)가 형성되어 있다.

셀(C)은 외치(11)와 내치(31)의 맞물림 과정의 도중에 용적이 최소가 된 후, 흡입포트를 따라서 이동할 때에 용적을 확대시켜 유체를 흡입하고, 용적이 최대가 된 후, 토출포트를 따라서 이동할 때에 용적을 감소시켜 유체를 토출하게 되어 있다.

또한, 클리어런스(t)가 너무 작으면, 용적이 감소 과정에 있는 셀(C)로부터 교출되는 유체에 압력 맥동이 생겨 캐비테이션 잡음이 발생하고 펌프의 운전음이 커지고, 또 압력 맥동에 의하여 양 로터의 회전이 원활하게 이루어지지 않게 된다.

한편 클리어런스(t)가 너무 크면, 유체의 압력 맥동이 생기지 않게 되어 운전음이 저감하며, 또한 백래시가 커지므로 치면 사이의 슬라이딩 저항이 감소하여 기계 효율이 향상되지만, 그 반면에 각각의 셀(Ｃ)에서의 액밀성이 손상되어, 펌프 성능, 특히 용적 효율을 악화시키게 된다. 더구나, 정확한 맞물림 위치에서의 구동 토크의 전달이 이루어지지 않게 되어, 회전의 손실이 커지기 때문에 역시 기계 효율이 저하하게 된다.

그런데, 상기와 같이 구성된 오일펌프로터에 있어서는, 상기 식 (I), (Ⅱ), (Ⅲ)의 관계를 충족시킴으로써, 도 5에 나타낸 바와 같이, 외부 로터(30)의 이홈의 치형이 내부 로터(10)의 이선단의 치형과 거의 같게 되어 있다. 이에 의해 도 5에 나타낸 바와 같이, 맞물림 위치에 있어서의 직경방향의 클리어런스(t1)는 확보되 고, 둘레방향의 클리어런스(t2)가 작아지므로 회전시에 양 로터(10, 30)가 서로 받는 충격이 작아져 있다. 또, 맞물림시의 압력 방향이 치면에 대하여 직각이 되므로, 양 로터(10, 30) 사이의 토크 전달이 미끄럼없이 고효율로 이루어지고, 슬라이딩 저항에 의한 발열이나 소음이 저감되어 있다.

도 6에, 종래 기술에 의한 오일펌프로터를 이용한 경우에 발생하는 소음과, 본 실시 형태에 의한 오일펌프로터를 이용한 경우에 발생하는 소음을 비교한 그래프를 나타낸다. 이 그래프로부터 본 실시 형태에 의한 오일펌프로터는 종래보다도 소음이 작고, 정숙성이 높은 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 오일펌프로터에 의하면, 외부 로터의 외부회전원과 내부 로터의 외부회전원을 같은 지름으로 함과 동시에, 양 로터의 각 내부회전원을 각각 양 회전원과 상이하게 하고, 또한 외부로터의 기초원직경을 조정함으로써, 직경방향의 클리어런스를 확보하면서 둘레방향의 클리어런스를 종래보다도 작게 할 수 있기 때문에, 양 로터의 덜컹거림이 작고, 정숙성이 높은 오일펌프의 실현이 가능해진다.

또한, 본 발명의 오일펌프로터에 의하면, 0.03mm≤t로 함으로써 압력 맥동이나 캐비테이션 소음, 치면의 마모를 방지하고, 또한 t≤0.25mm로 함으로써 용적 효율의 저하를 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 오일펌프로터에 의하면, 외부 로터의 외부회전원을 내부 로터의 외부회전원과 같은 지름으로 함으로써, 팁 클리어런스를 확보하면서 사이드 클리어런스를 종래보다도 작게 할 수 있기 때문에, 양 로터의 덜컹거림이 작고, 정숙성이 높은 오일펌프의 실현이 가능해진다.

또한, 본 발명의 오일펌프로터에 의하면, 압력 맥동이나 캐비테이션 소음, 치면의 마모를 방지하고, 용적 효율의 저하를 방지할 수 있다.

Claims

n개의 외치(外齒:11)가 형성된 내부 로터(10), 상기 외치(11)와 서로 맞물리는 (n+1)개의 내치(21)가 형성된 외부 로터(20), 유체가 흡입되는 흡입포트 및 유체가 토출되는 토출포트가 형성된 케이싱(50)을 구비하고, 양 로터가 서로 맞물려 회전할 때에 양 로터의 치면 사이에 형성된 셀(C)의 용적 변화에 의해 유체를 흡입 또는 토출함으로써 유체를 반송하는 오일펌프에 사용되는 오일펌프로터에 있어서,

내부 로터(10)의 치형이, 기초원(Di)에 외접하여 미끄럼없이 회전하는 제 1 외부회전원(Ai)에 의하여 생성되는 외부회전 사이클로이드 곡선을 이선단의 치형으로 하고, 기초원(Di)에 내접하여 미끄럼없이 회전하는 제 1 내부회전원(Bi)에 의하여 생성되는 내부회전 사이클로이드 곡선이 이홈의 치형으로서 형성되며, 외부 로터의 치형이, 기초원(Do)에 외접하여 미끄럼없이 회전하는 제 2 외부회전원(Ao)에 의하여 생성되는 외부회전 사이클로이드 곡선을 이홈의 치형으로 하고, 기초원(Do)에 내접하여 미끄럼없이 회전하는 제 2 내부회전원(Bo)에 의하여 생성되는 내부회전 사이클로이드 곡선이 이선단의 치형으로서 형성되어 있고,

내부 로터의 기초원(Di)의 직경을 φDi, 제 1 외부회전원(Ai)의 직경을 φAi, 제 1 내부회전원(Bi)의 직경을 φBi, 외부 로터의 기초원(Do)의 직경을 φDo, 제 2 외부회전원(Ao)의 직경을 φAo, 제 2 내부회전원(Bo)의 직경을 φBo, 내부 로터(10)의 이선단과 외부 로터(20)의 이선단의 간극의 크기를 t(≠0)로 할 때,

φBo=φBi

φDo=φDi·(n+1)/n+t·(n+1)/(n+2) 및

φAo=φAi+t/(n+2)

를 만족하여 내부 로터(10)와 외부 로터(20)가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 오일펌프로터.
제 1 항에 있어서,

0.03mm≤t≤0.25mm(mm:밀리미터)의 범위로 설정된 것을 전제로 내부 로터(10)와 외부 로터(20)가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 오일펌프로터.
n개의 외치(11)가 형성된 내부 로터(10), 상기 외치(11)와 서로 맞물리는 (n+1)개의 내치(31)가 형성된 외부 로터(30), 유체가 흡입되는 흡입포트 및 유체가 토출되는 토출포트가 형성된 케이싱(50)을 구비하고, 양 로터가 서로 맞물려 회전할 때에 양 로터의 치면 사이에 형성되는 셀(Ｃ)의 용적 변화에 의해 유체를 흡입 또는 토출함으로써 유체를 반송하는 오일펌프에 사용되는 오일펌프로터에 있어서,

내부 로터(10)의 치형이, 기초원(Di)에 외접하여 미끄럼없이 회전하는 제 1 외부회전원(Ai)에 의하여 생성되는 외부회전 사이클로이드 곡선을 이선단의 치형으로 하고, 기초원(Di)에 내접하여 미끄럼없이 회전하는 제 1 내부회전원(Bi)에 의하여 생성되는 내부회전 사이클로이드 곡선이 이홈의 치형으로서 형성되며, 외부 로터의 치형이, 기초원(Do)에 외접하여 미끄럼없이 회전하는 제 2 외부회전원(Ao)에 의하여 생성되는 외부회전 사이클로이드 곡선을 이홈의 치형으로 하고, 기초원(Do)에 내접하여 미끄럼없이 회전하는 제 2 내부회전원(Bo)에 의하여 생성되는 내부회전 사이클로이드 곡선이 이선단의 치형으로서 형성되어 있고,

내부 로터의 기초원(Di)의 직경을 φDi, 제 1 외부회전원(Ai)의 직경을 φAi, 제 1 내부회전원(Bi)의 직경을 φBi, 외부 로터의 기초원(Do)의 직경을 φDo, 제 2 외부회전원(Ao)의 직경을 φAo, 제 2 내부회전원(Bo)의 직경을 φBo, 내부 로터(10)의 이선단과 외부 로터(30)의 이선단의 간극의 크기를 t(≠0)로 할 때,

φAo=φAi

φDo=φDi·(n+1)/n+t·(n+1)/(n+2) 및

φBo=φBi+t/(n+2)

를 만족하여 내부 로터(10)와 외부 로터(30)가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 오일펌프로터.
제 3 항에 있어서,

0.03mm≤t≤0.25mm(mm:밀리미터)의 범위로 설정된 것을 전제로 내부 로터(10)와 외부 로터(30)가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 오일펌프로터.