KR100546467B1 - 유압 베인 모터 및 유압 베인 모터를 포함하는 유압 시스템 - Google Patents

유압 베인 모터 및 유압 베인 모터를 포함하는 유압 시스템 Download PDF

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Abstract

적어도 두 개의 작업 챔버(13, 14) 및 양 방향 유동을 갖춘 유압 베인 모터 내에, 밀봉 스트립(12)이 각각의 베인 슬롯(10) 내에 느슨하게 배치되며 베인(11)으로부터 통로(15)쪽으로 스프링 하중을 받는다. 각각의 작업 챔버(13, 14)는 적어도 두 개의 배출구(16a, 16b)를 통로(15) 내에 갖고 있다. 배출구 외에도, 홈(20, 21, 22)이 배출구에 평행하게 배치되어 있다.

Description

유압 베인 모터 및 유압 베인 모터를 포함하는 유압 시스템 {HYDRAULIC VANE MOTOR AND HYDRAULIC SYSTEM INCLUDING A HYDRAULIC VANE MOTOR}
도 1은 본 발명에 따른 유압 베인 모터로서, 도 2의 선 A-A를 따라 취해진 종단면도이고,
도 2는 도 1의 선 B-B를 따라 취해진 유압 베인 모터의 횡단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 배출구 및 홈의 배치도이고, 그리고
도 4는 본 발명이 적용된 유압 시스템을 도시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 모터 하우징 2, 3, 4 : 덕트
5a, 5b : 측면 덮개 6 : 모터 축
7, 8 : 롤러 베어링 9 : 회전자
10 : 베인 슬롯 11 : 베인
12 : 밀봉 스트립 13, 14 : 작업 챔버
15 : 통로 16(16a, 16b), 17, 18, 19 : 배출구
20, 21, 22 : 홈 23 : 펌프
24 : 제어밸브 25 : 시퀀스 밸브
26 : 감압밸브 27 : 이중 작동 압력 릴리프 밸브
본 발명은 적어도 두 개의 작업 챔버 및 양 방향 유동을 갖는 유압 베인 모터에 관한 것이다. 상기 베인 모터는 베인 슬롯과 상기 베인 슬롯 내에 있는 베인을 갖춘 회전자를 포함하며, 각각의 작업 챔버는 베인이 부딪히며 지나가는 배출구가 형성된 통로(port-equipped pathway)를 갖는다.
특히 해양 부문에서는, 상당한 용량을 가진 윈치(winch)의 필요성이 증가하고 있다. 실제로, 유압 베인 모터를 포함한 저압 유압장치가 이러한 목적에 매우 적합함이 판명되었다.
다수의 토크/속도 단계를 포함하고 장착 펌핑 효과보다 수배나 큰 동적 제동 효과를 갖는 다중 모터 시스템에 특히 관심이 집중된다.
그러나, 용량이 커지면 부품의 크기, 관의 크기 및 중량이 너무 커질 수 있다. 그러므로, 작동상의 안전성이 감소하지 않고 소음이 증가하지 않으면서 작업 압력과 모터 구동 속도를 둘 다 증가시키는 것이 필요하다.
저압 다중 챔버 모터에 있어서, 최적의 행정 볼륨을 얻기 위하여 회전자가 예를 들면 회전자의 직경의 80 내지 90% 정도까지 가능한 넓어야 함은 공지되어 있다.
이러한 종류의 기존의 유압 베인 모터에서는, 통로 내의 배출구가 축방향 중심에 위치되어 있다. 배출구의 폭은 통상적으로 통로 폭의 약 30% 정도이다. 배출구의 폭은 통로에 대한 베인의 접촉면을 고려하면 가능한 작아야 한다. 반면, 모터 내의 유동 상태를 고려하면 배출구의 폭은 가능한 커야 한다. 베인이 모터 내의 작업 챔버로 진입되기 시작할 때, 베인의 뒤에서 거의 삼각형 단면을 갖고 있는 오일 용적은 반드시 오일로 보충되어야 한다. 거의 삼각형 단면을 갖는 간극을 통해 배출구로부터 측면 쪽으로 흐르는 오일의 속도는 비교적 빠르기 때문에, 압력이 크게 강하되며 소음이 크다. 베인이 작업 챔버를 빠져나가기 시작할 때, 반대의 상황이 일어나게 된다. 즉, 베인 전방의 "삼각형 용적"이 측면으로부터 배출구 쪽으로 비교적 신속하게 비워져야 하며, 이에 상응하여 압력이 상승하고 소음이 수반된다. 모터가 펌프로서 하중에 의해 구동될 때, 상황은 상당히 악화된다. 베인이 작업 챔버로 진입할 때, 베인 뒤쪽의 "삼각형 용적"이 배출구로부터 나와 측면 쪽으로 흐르는 오일에 의해 충전되어야 한다. 거의 삼각형 단면을 갖는 간극을 통해 배출구로부터 측면 쪽으로 흐르는 오일의 속도가 비교적 빠르기 때문에, 압력이 크게 강하된다. 따라서, 모터로 비교적 높은 충전 압력에서 공급될지라도, 공동화 및 소음의 위험이 크게 증가한다. 베인이 챔버를 빠져나갈 때에는, 베인 전방의 "삼각형 용적"이 매우 신속하게 비워져야 하기 때문에, 압력이 국부적으로 상승한다.
압력의 강하 또는 "삼각형 용적" 내에 국부적으로 발생하는 압력의 상승을 감소시키기 위하여, 각각의 배출구에 평행하게 통로 내에 두 개의 홈을 밀링가공하는 것이 공지되어 있다. 공동화를 방지하기 위하여, 특히 모터가 브레이크의 기능을 할 때, 홈의 폭과 개수는 원하는 효과를 내도록 비교적 커야 한다. 따라서, 베인의 접촉면이 감소하게 된다.
물론, 통로에 대하여 베인이 접촉하고 밀봉되는 것이 중요하다. 소음을 최대한 감소시키기 위하여 공지된 방법은 "베인 내부에 베인(a vane in the vane)"을 사용하는 것이다. 즉, 느슨한 밀봉 스트립이 베인 슬롯 내에서 베인의 상단에 제공된다. 베인 내에 장착된 비교적 약한 스프링이 밀봉 스트립을 통로에 대해 유지시킨다. 베인이 작업 챔버의 가장 큰 반경 쪽으로 움직일 때, 스프링은 베인이 토크를 전달받기 전에 밀봉 스트립을 밀봉 위치로 이동시킨다. 따라서, 오일이 베인을 관류(flow through)하는, 즉 바이패스(bypass)하는 현상이 사실상 나타나지 않는다. 공지된 방법에서는, 변형과 밀봉 스트립의 마모가 보상된다.
밀봉 스트립은 비교적 작은 질량 힘을 갖는 저마찰 합성물질로 구성된다. 상기 "느슨한 밀봉 스트립"을 베인 상단에 사용하는 경우에, 밀봉 스트립의 재료가 비교적 낮은 탄성계수를 갖으므로 밀봉 스트립의 강성을 제한한다는 단점이 있다. 특히, 밀봉 스트립이 축방향 중심 배출구를 통과할 때, 밀봉 스트립이 이 배출구 내에 "들어갈(fish)" 수 있다.
본 발명의 목적은 큰 용량의 유압 베인 모터를 제공하는 것이다. 소음을 전혀 증가시키지 않으면서도 작업 압력 및 모터 구동속도를 증가시킴으로써 용량을 상당하게 증가시킬 수 있다.
이러한 목적은 그 자체는 공지되어 있는 밀봉 스트립이 각각의 베인 슬롯 내에 느슨하게 제공되고 베인으로부터 통로 쪽으로 스프링 하중을 받으며, 각각의 작업 챔버가 통로 내에 적어도 두 개의 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 유압 베인 모터에 의해 달성된다.
본 발명은, 최적의 행정 용적을 달성하는, 회전자 직경에 비해 최대한 폭이 넓은 회전자를 가질 수 있다. 최적의 행정 용적은 소정의 압력에서 최소한의 중량을 갖는 최적의 토크를 의미한다.
최대한 폭이 넓은 회전자는 소정의 행정 용적에서 최소의 회전자 직경을 제공한다.
회전자의 원주속도가 회전자 구동속도에 대한 제한 매개변수이기 때문에, 회전자 직경이 최소가 되면 또한 이론적으로 최적의 모터 구동속도가 제공된다. 그러나, 회전자의 폭이 회전자 직경에 비해 증가하면 모터의 내부 유동 상태가 악화된다.
본 발명에 따른 모터에는 각각의 작업 챔버에 적어도 2개의 배출구가 제공되는데, 실제적으로 단 하나의 축방향 중심 배출구 대신에 두개의 비교적 좁은 배출구가 제공되므로써 모터내에서의 내부 유동 조건은 매우 향상된다.
또한 각각의 모터 작업 챔버를 위한 적어도 두 개의 배출구를 갖는 실시예는 통로에 대한 느슨한 밀봉 스트립의 지지를 상당히 향상시킨다. 따라서, 모터 구동속도가 증가할 수 있다. 전술한 바와 같이 느슨한 밀봉 스트립이 소음을 최대한 감소시키는 공지된 방법이기 때문에, 압력이 증가할 수 있다.
본 발명에 따라서, 두 개의 좁은 배출구와 평행하게 세 개의 홈이 밀링 가공될 수 있는데, 유동 상태를 더욱 향상시키기 위하여 한 개의 홈은 축방향 중심 위치에 형성하고, 두 개의 홈은 통로의 가장자리에 형성하는 것이 바람직하다. 이는 회전자 직경에 비해 최대 폭의 회전자를 갖는 모터가 최적 구동속도, 즉 최적 출력으로 구동될 수 있음을 의미한다.
또한, 본 발명은 적어도 두 개의 작업 챔버 및 양 방향 유동을 갖는 유압 베인 모터를 구비한 유압 시스템을 포함한다. 상기 유압 베인 모터는 베인 슬롯과 상기 베인 슬롯 내에 베인을 갖는 회전자를 포함한다. 각각의 작업 챔버는 베인이 부딪히며 지나가는 배출구가 형성된 통로와, 베인 모터를 작동시키기 위하여 유압 작업 매질을 공급하는 펌프와, 베인 모터의 회전 방향과 구동 속도를 제어하는 제어밸브와, 활동 작업 챔버를 선택하기 위한 시퀀스 밸브와, 펌프에 직렬로 연결된 감압밸브와, 그리고 모터에 병렬로 연결된 이중 작동 압력 릴리프 밸브를 포함한다. 본 발명에 따른 유압 시스템의 특징은, 밀봉 스트립이 각각의 베인 슬롯 내에 느슨하게 배열되고 베인으로부터 통로 쪽으로 스프링 하중을 받으며, 각각의 작업 챔버가 통로 내에 적어도 두 개의 배출구를 갖는 것이다.
이러한 종류의 유압 시스템이 특히 바람직하다. 이에 관해서는, 본 명세서에서 공지된 것으로 간주하는 유압 시스템이 개시되어 있는 노르웨이 특허공고번호 제154491호를 참조하면 된다. 상기 노르웨이 특허공고번호 제154491호는 다수의 토크/속도 단계 및 장착 펌핑 효과보다 수배나 큰 동적 제동 효과를 갖는 다중 모터 시스템과 관련되어 있다. 본 발명에 따른 장치는 이러한 종류의 시스템에서 바람직하게 사용될 수 있다.
더욱이 노르웨이 특허공고번호 제163892호가 참조될 수 있는데, 이는 또한 주로 윈치의 작동을 위한 유압시스템을 개시하고 있다.
지금부터 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1 내지 도 3에는, 본질적으로는 공지된 방식으로 설계되고 구성된 신규한 유압 베인 모터가 도시되어 있다. 유압 베인 모터는 두 개의 측면 덮개(5a, 5b) 및 덕트(2, 3, 4)를 갖춘 모터 하우징(1)을 포함하고 있다. 모터 축(6)은 적절한 롤러 베어링(7, 8)에 의해 측면 덮개(5a, 5b) 내에서 회전 가능하게 지지되어 있다. 회전자(9)가 모터 축(6)상에 설치되어 있으며, 상기 회전자(9)는 베인 슬롯(10)을 가지고 있고, 상기 베인 슬롯(10) 내에는 베인(11)이 설치되며, 상기 베인(11)은 스프링(12') 하중을 받는 밀봉 스트립(12)을 구비하고 있다.
유압 베인 모터는 두 개의 작업 챔버(13, 14)를 구비하고 있다.
베인(11)과 밀봉 스트립(12)은 모터 하우징(1) 내부의 통로(15)에 밀착하여 이동한다. 각각의 작업 챔버(13, 14)는 각각 배출구(16, 17) 및 배출구(18, 19)를 구비하고 있다.
본 발명에 따르면, 유압 베인 모터는 각각의 작업 챔버에 대하여 적어도 두 개의 배출구를 갖고 있으며, 전형적인 배출구의 배치는 도 3에 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 두 개의 비교적 좁은 배출구(16a, 16b)가 공지되어 있는 바와 같은 오직 하나의 축방향 중심 배출구 대신에 도 3의 통로(측면 덮개(5a, 5b) 사이에 있음)의 폭에 걸쳐서 배열된다. 이러한 두 개의 좁은 배출구(16a, 16b)를 사용함으로써, 모터 내에서의 내부 유동상태가 획기적으로 향상된다. 유동상태를 더욱 향상시키기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이 밀링가공된 세 개의 홈(20, 21, 22)이 사용된다. 하나의 홈(21)은 축 중심에 위치하고, 두 개의 홈(20, 22)은 통로의 가장자리에 위치하며, 모든 홈은 두 개의 배출구(16a, 16b)와 평행하게 배치된다.
도 3에 도시된 실시예는 또한 회전자 직경에 비해 최대한 폭이 넓은 회전자를 갖는 모터가 최적의 구동속도, 즉 최적의 출력으로 구동될 수 있음을 나타내고 있다.
도 4는 본 발명이 유압 시스템 내에서 실시되는 방법을 도시하고 있다. 도 4에 도시된 유압 시스템은 예컨대 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 유압 베인 모터를 포함하고 있다. 또한, 이 시스템은 펌프(23), 베인 모터의 회전방향 및 구동속도를 제어하기 위한 제어밸브(24), 활동 작업 챔버(13, 14)를 선택하기 위한 시퀀스 밸브(25), 펌프에 직렬로 연결된 감압밸브(26), 및 모터에 병렬로 연결된 이중 작동 압력 릴리프 밸브(27)를 포함하고 있다.
도 4는 정지상태에 있는 유압 시스템을 도시하고 있다. 직사각형 추(28)가 유압 모터를 구동 수단으로 하는 윈치(도시 안함) 내의 부하를 상징적으로 나타내고 있다. 밸브(24, 25)에 의하여, 유압 시스템은 시계방향 또는 반시계방향의 회전하고 한 개 또는 두 개의 챔버를 사용함으로써 상승 및 하강하도록 조절될 수 있다. 오일 스트림의 차단은 도 4에 굵은 실선으로 도시되어 있다.
본 발명에 따라서, 소음을 전혀 증가시키지 않으면서도 작업 압력 및 모터 구동속도를 증가시켜 용량이 크게 증가된 유압 베인 모터가 제공된다.

Claims (9)

  1. 유압 베인 모터로서, 베인 슬롯(10) 및 상기 베인 슬롯(10) 내에 베인(11)을 갖춘 회전자(9)를 포함하며, 상기 베인(11)이 부딪히며 지나가는 배출구가 형성된 통로(15)를 각각 갖춘 두 개 이상의 작업 챔버(13, 14) 및 양 방향 유동을 갖고 있는 유압 베인 모터에 있어서,
    밀봉 스트립(12)이 각각의 상기 베인 슬롯(10) 내에 느슨하게 배치되고 상기 베인(11)으로부터 상기 통로(15)쪽으로 스프링 하중을 받으며, 그리고
    상기 각각의 작업 챔버(13, 14)가 상기 통로(15) 내에 두 개 이상의 배출구(16, 17; 18, 19)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 유압 베인 모터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 작업 챔버(13, 14)가 상기 배출구와 평행하게 상기 통로(15) 내에 여섯 개 이상의 홈(20, 21, 22)을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 유압 베인 모터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 홈 중의 한 홈(21)이 축방향 중심에 배치되고 두 개의 홈(20, 22)은 상기 통로(15)의 가장자리에 배치되는 것을 특징으로 하는 유압 베인 모터.
  4. 유압 시스템으로서, 베인 슬롯(10) 및 상기 베인 슬롯(10) 내에 베인(11)을 갖춘 회전자(9)를 포함하며 상기 베인(11)이 부딪히며 지나가는 배출구가 형성된 통로(15)를 각각 갖춘 두 개 이상의 작업 챔버(13, 14) 및 양 방향 유동을 갖는 유압 베인 모터와, 상기 베인 모터의 작동을 위하여 유압 작업 매질을 공급하는 펌프(23)와, 상기 베인 모터의 회전 방향 및 구동 속도를 제어하기 위한 제어밸브(24)와, 활동 작업 챔버(13, 14)를 선택하기 위한 시퀀스 밸브(25)와, 상기 펌프(23)에 직렬로 연결된 감압밸브(26)와, 그리고 상기 베인 모터에 병렬로 연결된 이중 작동 압력 릴리프 밸브(27)를 포함하는 유압 시스템에 있어서,
    밀봉 스트립(12)이 각각의 상기 베인 슬롯(10) 내에 느슨하게 배치되고 상기 베인(11)으로부터 상기 통로(15)쪽으로 스프링 하중을 받으며, 그리고
    상기 각각의 작업 챔버(13, 14)가 상기 통로(15) 내에 두 개 이상의 배출구(16, 17; 18, 19)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 각각의 작업 챔버(13, 14)가 상기 배출구와 평행하게 상기 통로(15) 내에 여섯 개 이상의 홈(20, 21, 22)을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 홈 중의 한 홈(21)이 축방향 중심에 배치되고 두 개의 홈(20, 22)은 상기 통로(15)의 가장자리에 배치되는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  7. 유압 시스템으로서, 두 개 이상의 작업 챔버(13, 14) 및 양 방향 유동을 갖는 유압 베인 모터와, 상기 베인 모터의 작동을 위하여 오일과 같은 유압 작업 매질을 공급하는 펌프(23)와, 상기 베인 모터의 회전 방향 및 구동 속도를 제어하기 위한 제어밸브와, 활동 작업 챔버(13, 14)를 선택하기 위한 시퀀스 밸브(25)와, 상기 펌프에 직렬로 연결된 감압밸브(26)와, 그리고 상기 베인 모터에 병렬로 연결된 이중 작동 압력 릴리프 밸브(27)를 포함하는 유압 시스템에 있어서,
    밀봉 스트립(12)이 각각의 베인 슬롯(10) 내에 느슨하게 배치되고 베인(11)으로부터 배출구가 형성된 통로(15)쪽으로 스프링 하중을 받으며, 그리고
    상기 베인 모터 내의 상기 각각의 작업 챔버(13, 14)가 상기 통로(15) 내에 두 개 이상의 배출구(16, 17; 18, 19)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 베인 모터 내의 각각의 작업 챔버(13, 14)가 상기 배출구와 평행하게 상기 통로(15) 내에 여섯 개 이상의 홈(20, 21, 22)을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 홈 중의 한 홈(21)이 축방향 중심에 배치되고 두 개의 홈(20, 22)은 상기 통로(15)의 가장자리에 배치되는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
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