KR100561732B1

KR100561732B1 - 로터리 구동장치

Info

Publication number: KR100561732B1
Application number: KR1020030071619A
Authority: KR
Inventors: 박한영
Original assignee: 박한영
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2006-03-15
Also published as: KR20050036070A

Abstract

본 발명은 로터리 구동장치에 관한 것으로서, 주축에 의해 연동되는 크랭크로서 베인을 균일하게 동작시켜 로터와의 간극을 일정하고 기밀성 있게 유지시킴으로써 압축효율을 극대화하는 것은 물론이고, 항상 균일한 압축력을 제공할 수 있도록 한 것으로 이를 위해 본 발명은 상기 주축에 이를 따라 회전되는 크랭크부재가 설치되고, 그 단부에 크랭크 아암이 설치되며, 상기 크랭크 아암을 따라 회전하는 크랭크축에 편심 회전하는 로터의 외측둘레를 따라 베인에 간헐적인 압축과 흡입동작을 전달하기 위한 캠이 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 주축을 따라 회전되는 크랭크부재를 Y형상으로 형성하여 일측 지지로드에는 주축과 연결되고, 나머지 두 분기로드에는 크랭크 아암이 설치되며, 상기 크랭크 아암에 따라 회전하는 크랭크축이 설치되며, 상기 크랭크축과 연동되는 캠이 각각 설치되고, 상기 캠과 마주하는 두개의 베인에는 베어링부재가 양측에 구성된 슬라이드부가 마련되어 구름접촉되게 구성한 것을 특징으로 한다.

로터리 엔진, 로터, 베인

Description

로터리 구동장치{Rotary Engine}

도 1은 종래기술에 따른 로터리 구동장치의 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 로터리 구동장치의 분해사시도,

도 3은 본 발명에 따른 로터리 구동장치의 요부 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 로터리 구동장치의 사시도,

도 5의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 로터리 구동장치의 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 로터리 구동장치의 다른 실시예를 보인 분해사시도,

도 7은 도 6의 개략적인 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:실린더 110:흡기포트

120:배기포트 130:베인홈

200:로터 300:베인

310:압축실 320:흡입실

330:베인축 340:압축면

350:고정홈 360:슬라이드부

360a:베어링부재 362:롤러부재

363:스프링 370:기밀수단

371:베인씰홈 372:베인씰부재

373:측부씰홈 374:측부씰

400:크랭크부재 410:지지로드

420,420':분기로드 430,430':편심아암

431,431':편심축 440,440':크랭크축

450,450:캠 S:주축

본 발명은 로터리 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주축에 의해 연동되는 크랭크로서 베인을 균일하게 동작시켜 로터와의 간극을 일정하고 기밀성 있게 유지시킴으로써 압축효율을 극대화하는 것은 물론이고, 항상 균일한 압축력을 제공할 수 있도록 한 로터리 구동장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 통상적인 용량 변환식 내연기관의 전체 효율을 개선시키기 위한 방법중 하나는 내연기관의 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 대체함으로써 고압의 팽창된 연소 가스의 에너지에 의해 구동축을 직접 회전운동하게 하는 것이다.

여기에서, 구동축을 회전운동하게 하는 로터리 구동장치중 하나의 구성을 간략히 설명하면, 그 일측에는 흡기포트가, 다른 일측에는 배기포트가 구비되어진 실린더(100)와, 상기 실린더(100) 내의 주축에 설치되어 그 내주면을 따라 편심 회전하는 로터(200)와, 상기 로터(200)가 실린더(100)내에서 회전함과 더불어 작동하면서 로터(200)내에 압축실과 흡입실이 구성되게 하는 베인(300)을 포함하여 구성된다. 이때, 로터리 구동장치의 용도에 따라 압축실이 위치한 실린더(100)의 적소에 압축된 유체를 외부로 선택적으로 공급하기 위한 체크밸브가 설치되거나, 압축실 내의 압축된 혼합유체를 폭발시키는 점화수단 등이 설치되기도 한다.

그러나, 종래의 로터리 구동장치는 로터(200)의 회전에 따라 그 외주연에 베인(300)의 선단이 밀착됨으로써 압축실의 기밀을 유지하게 되는데, 이때 로터(200)와 베인(300)간의 기밀을 효과적으로 유지하기 위하여 베인(300)과 실린더(100) 사이에 스프링(미도시)을 사용하였던 바, 상기와 같이 스프링을 이용하여 로터(200)에 베인(300)을 밀착시켰을 시에는 베인(300) 선단의 마모가 급격하게 증가함으로써 압축실 내의 기밀 유지가 불가능한 동시에 강력한 힘으로 접촉되고 있는 베인(300)에 의해 로터(200)의 회전에 매우 큰 부하가 걸려 결국 로터리 구동장치의 수명을 단축시키는 등의 많은 문제점이 야기되었다.

또한, 베인(300) 선단의 마모로 인하여 베인(300)과 로터(200)의 기밀이 제대로 유지되지 못할 시에는 연소상태가 매우 불량해지는 것은 물론, 압축실 내의 폭발력이 크게 저하되어 엔진의 효율은 매우 낮아지는 반면 에너지소비는 크게 증가됨으로써 로터리 구동장치의 보급화가 제대로 되지 못하는 요인이 되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 연구 개발한 것으로서, 주축에 의해 연동되는 크랭크로서 베인을 균일하게 동작시켜 로터와의 간극을 일정하고 기밀성 있게 유지시킴으로써 압축효율을 극대화하는 것은 물론이고, 항상 균일한 압축력을 제공할 수 있도록 한 로터리 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 주축에 고압의 배기가스에 의해 회전되는 터빈휠을 설치하여 주축의 회전력을 증가시키는 한편, 상기 주축에 외기를 흡입 압축하여 연료와 함께 실린더의 흡기포트로 강제 공급하는 컴프레셔휠을 설치함으로써 컴프레셔휠을 별도의 구동수단에 의해 회전되게 하는 종전의 기계적 복잡성을 단순화하는 동시에 그 부피를 경량화할 수 있는 로터리 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일측에는 흡기포트가, 다른 일측에는 배기포트가 구비되어진 실린더와, 상기 실린더 내의 주축에 설치되어 그 내주면을 따라 편심 회전하는 로터와, 상기 로터가 실린더내에서 회전함과 더불어 작동하면서 로터내에 압축실과 흡입실이 구성되게 하는 베인을 포함하여 구성된 로터리 구동장치에 있어서,

상기 주축에 이를 따라 회전되는 크랭크부재가 설치되고, 그 단부에 크랭크 아암이 설치되며, 상기 크랭크 아암을 따라 회전하는 크랭크축에 편심 회전하는 로터의 외측둘레를 따라 베인에 간헐적인 압축과 흡입동작을 전달하기 위한 캠이 설치된 것을 특징으로 한다.

삭제

또, 본 발명은 상기 슬라이드부에 캠과 베어링부재의 밀착성을 높일 수 있도록 캠의 안내턱을 따라 슬라이드되는 롤러부재를 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 상기 실린더의 일측에 터빈 하우징과 컴프레셔 하우징을 상호 격리되게 설치한 다음, 상기 터빈 하우징내의 중심축선상을 관통하는 주축에 실린더로부터 배출되는 배기가스압을 받아 주축의 회전력을 배가시키는 터빈휠을 설치하는 한편, 상기 컴프레셔 하우징내의 중심축선상을 관통하는 주축에 외기를 흡입 압축하여 연료와 함께 실린더의 흡기포트로 강제 공급하는 컴프레셔휠을 설치한것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 로터리 구동장치의 분해사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 로터리 구동장치의 요부 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 로터리 구동 장치의 사시도이고, 도 5의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 로터리 구동장치의 단면도이다.

일측에는 흡기포트(110)가, 다른 일측에는 배기포트(120)가 구비되어진 실린더(100)와, 상기 실린더(100) 내의 주축(S)에 설치되어 그 내주면을 따라 편심 회전하는 로터(200)와, 상기 로터(200)가 실린더(100)내에서 회전함과 더불어 작동하면서 로터(200)내에 압축실(310)과 흡입실(320)이 구성되게 하는 베인(300) 등을 포함하여 구성된 로터리 구동장치에 있어서,

먼저, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 주축(S)의 크랭크(S1)에 이를 따라 편심 회전되는 크랭크부재(400)를 설치하는데, 상기 크랭크부재(400)는 Y형상으로서 그 하측의 지지로드(410) 단부에는 주축(S)과 연결되는 축공(411)이 형성되고, 그 상측의 동일한 길이의 두 분기로드(420)(420')에는 크랭크 축공(421)(421')이 각각 형성된다.

그리고, 두 분기로드(420)(420')의 크랭크 축공(421)(421')에는 편심아암(430)(430')의 편심축(431)(431')이 각각 결합되며, 상기 두 편심아암(430)(430')에는 다소 긴 크랭크축(440)(440')이 각각 형성되고, 상기 크랭크축(440)(440')에는 소정의 거리를 두고 두개의 캠(450)(450')이 각각 설치된다. 이때, 상기 크랭크축(440)(440')은 실린더(100)의 베인홈(130)(130') 상단에 마련된 캠홈(140)(140')의 캠공을 관통하게 된다.

한편, 상기 실린더(100)의 베인홈(130)(130')에 설치되는 두개의 베인(300)은 그 일측의 베인축(330)이 베인홈(130)(130')에 소정각 회전가능하게 설치되며, 상기 베인(300)에는 베인축(330)과 동심원상을 이루는 압축면(340)이 형성되어 고압의 유체압력이 균일하게 분포되게 하는 동시에 그 압축면(340)에 전달되는 압축력이 베인축(330) 부분에 전달되도록 함으로써, 상기 베인(300)의 손상을 방지하게 된다.

또한, 상기 베인(300)의 상면에는 도 4와 같이 고정홈(350)이 형성되고, 상기 고정홈(350)에는 원통형상의 슬라이드부(360)가 볼트등에 의해 고정 설치되는데, 상기 슬라이드부(360)의 양측 단부에 캠(450)(450')의 회전을 용이하게 하는 베어링부재(360a)가 각각 회동 가능하게 구성되며, 상기 슬라이드부(360)의 일측으로는 그 길이방향으로 지지부(361)가 형성되고, 상기 지지부(361)의 양 단부에 캠(450)(450')의 안내턱(451)(451') 내주연을 따라 슬라이드되는 롤러부재(362)가 각각 설치되어 캠(450)(450')과 베어링부재(360a)의 들뜸현상이 방지됨으로써 이에 따른 소음이 방지된다.

이와 함께, 상기 베인(300)과 베인홈(130) 사이에 스프링(363)을 설치하여 베인(300)이 캠(450)(450')과 밀착되게 함으로써 캠(450)(450')과 베어링부재(360a)의 들뜸현상으로 인한 기계적 소음을 방지함이 바람직하다.

그리고, 상기 베인(300)의 압축면(340) 단부에 로터(200) 및 실린더(100)와의 기밀성을 유지할 수 있는 기밀수단(370)을 설치하는데, 상기 기밀수단(370)은 도 3에 도시한 바와 같이 베인(300) 단부의 베인씰홈(371)에 베인씰부재(372)가 설치되어 로터(200)와의 기밀이 유지되며, 이때 베인씰홈(371)과 베인씰부재(372) 사이에 스프링(미도시)이 탄설되어 상기 베인씰부재(372)가 스프링에 의해 항상 일정 한 압력으로 로터(200)의 외주연에 밀착된다.

또한, 상기 베인(300)의 압축면(340) 양측부를 따라 베인씰홈(371)과 연결되는 측부씰홈(373)이 형성된 다음, 이에 스프링과 함께 측부씰(374)이 순차적으로 탄설됨으로써 압축실(310)에서 발생한 압축공기가 실린더(100)의 베인홈(130)으로 누설되는 것이 방지된다.

한편, 상기 실린더(100)는 하우징(미도시)에 의해 보호되는데, 이때 상기 하우징의 내부에 많게는 10개 이상이라도 실린더(100)를 설치하여 그 내부에 로터(200)를 각각 설치한 다음, 상기 로터(200)들에 주축(S)을 관통 결합한 후 그 주축(S)에 전술한 본 발명을 각가 설치할 경우에는 매우 큰 출력을 제공받을 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 로터리 구동장치의 다른 실시예를 보인 분해사시도로서, 상기 실린더(100)의 일측에 양측으로 측부씰판(550)을 가진 터빈 하우징(500)과, 역시 상기 실린더(100)의 일측에 측부씰판(650)을 가진 컴프레셔 하우징(600)을 상호 격리되게 설치한다.

그런 다음, 도 7과 같이 상기 터빈 하우징(500)의 일측에 가스 흡입구(510)를 형성하여 실린더(100)의 배기포트(120)와 배기덕트(520)로 연결하고, 상기 터빈 하우징(500)의 다른 일측에는 가스 배출구(530)를 형성하는 한편, 상기 터빈 하우징(500)내의 중심축선상을 관통하는 주축(S)에 가스 흡입구(510)를 통해 흡입된 배기가스압을 받아 주축(S)의 회전력을 배가시키는 터빈휠(540)을 설치한다. 즉, 외 부로 그대로 배출되는 배기가스로 터빈휠(540)을 회전시켜 주축(S)의 회전력을 더욱 배가시킴으로써 고속시에 구동장치의 효율 및 출력을 크게 증가시킨다.

그리고, 상기 컴프레셔 하우징(600)의 일측에 압축공기 배출구(610)를 형성하여 실린더(100)의 흡기포트(110)와 공급덕트(620)로 연결하고, 상기 컴프레셔 하우징(600)의 다른 일측에는 외기를 흡입할 수 있는 외기 흡입구(630)를 형성하는 한편, 상기 컴프레셔 하우징(500)내의 중심축선상을 관통하는 주축(S)에 외기 흡입구(630)를 통해 흡입된 외기를 압축하여 연료와 함께 실린더(100)의 흡기포트(110)로 강제 공급하는 컴프레셔휠(640)을 설치한다.

상기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명이 이 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다양한 수정 및 변형은 본 발명의 범위와 취지에 벗어남이 없이 당업자에게 명백히 인식될 것이며, 이러한 수정 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 정해진 본 발명의 사상 및 영역에 속한다.

상기와 같이 구성된 로터리 구동장치의 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 4 및 도 5에서 외부의 동력에 의해 주축(S)이 회전하게 되면, 상기 주축(S)과 연결된 크랭크(S1)가 회전하면서 이와 연결된 크랭크부재(400)를 편심회전시키게 되는데, 이때 상기 크랭크부재(400) 상측의 두 분기로드(420)(420')가 편심아암(430)(430') 및 이와 연결된 크랭크축(440)(440'), 그리고 크랭크축(440)(440')과 연결된 각각 두개의 캠(450)(450')들이 일정한 궤도를 가지고 편심회전하게 된다.

이와 동시에, 상기 캠(450)(450')들이 베인(300)의 슬라이드부(360) 양측에 설치되어진 베어링부재(361)와 면접된 상태에서 회전함으로써 도 5와 같이 편심회전하고 있는 로터(200)의 외주연에 베인(300)이 순차적으로 접촉 또는 이격되면서 배기-흡입-압축-팽창과정을 순차적으로 수행하게 된다.

이때, 상기 베인(300)에 결합되어진 슬라이드부(360)의 롤러부재(362)가 캠(450)(450')의 안내턱(451)(451') 내주연을 따라 슬라이드됨과 동시에, 상기 베인(300)과 베인홈(130) 사이에 스프링(363)이 설치되어 베인(300)이 캠(450)(450')과 밀착됨으로써, 상기 캠(450)(450')과 베어링부재(361)의 들뜸현상으로 인한 기계적 소음이 없어진다.

한편, 상기 실린더(100)의 베인홈(130)(130')에 설치되는 두개의 베인(300)에는 베인축(330)과 동심원상을 이루는 압축면(340)이 형성되어 고압의 유체압력이 균일하게 분포되는 동시에 그 압축면(340)에 전달된 압축력이 도 5의 화살표와 같이 베인축(330)에 전달됨으로써, 고압축에 의한 베인(300)의 손상을 방지하게 된다.

상기 베인(300)의 압축면(340) 단부에 기밀수단(370)의 베인씰부재(372)가 설치되어 로터(200)와의 기밀이 탁월하도록 하고, 또한 상기 베인(300)의 압축면(340) 양측부를 따라 측부씰(374)이 탄설됨으로써 압축실(310)에서 발생한 압축공기가 실린더(100)의 베인홈(130)으로 누설되는 것이 방지된다.

한편, 실린더(100)내의 배기가스는 도 7에 도시된 바와 같이 그 일측의 배기포트(120)를 통해 배출되는데, 이때 배기가스는 배기포트(120)와 연결된 배기덕트(520)를 따라 터빈 하우징(500)의 내부로 유입되어 터빈휠(540)을 구동시킴으로써 주축(S)의 회전력을 더욱 배가시켜 고속시에 구동장치의 효율 및 출력을 크게 증가시키게 되며, 상기 터빈 하우징(500)의 내부로 유입된 배기가스는 가스 배출구(530)를 통해 외부로 배출된다.

이와 동시에, 상기 주축(S)이 회전하게 되면 컴프레셔 하우징(600) 내부의 주축(S)에 설치되어진 컴프레셔휠(640)이 고송으로 회전하게 되는데, 이때 상기 컴프레셔휠(640)의 회전력에 의해 컴프레셔 하우징(600) 일측의 외기 흡입구(630)로 외기가 유입됨과 동시에 고압으로 압축되며, 이렇게 압축된 압축공기는 공급덕트(620)를 통해 실린더(100)의 흡기포트(110)로 연료와 함께 강제 공급된다.

따라서, 본 발명은 주축(S)에 의해 연동되는 크랭크(400)로서 베인(300)을 균일하게 동작시켜 로터(200)와의 간극을 일정하고 기밀성 있게 유지시킴으로써, 로터리 구동장치의 압축효율을 극대화하는 것은 물론이고, 상기 베인(300)에 항상 균일한 동작을 유지시켜 줌으로써, 베인(300)의 압축력 약화에 따른 손실을 방지할 수 있도록 한 매우 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 상기 주축(S)에 고압의 배기가스에 의해 회전되는 터빈휠(540)을 설치하여 주축(S)의 회전력을 증가시키는 한편, 상기 주축(S)에 외기를 흡입 압축하여 연료와 함께 실린더(100)의 흡기포트로 강제 공급하는 컴프레셔휠(640)을 설치함으로써 컴프레셔휠(640)을 별도의 구동수단에 의해 회전되게 하는 종전의 기계적 복잡성을 단순화하는 동시에 그 부피를 경량화할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

Claims

일측에는 흡기포트가, 다른 일측에는 배기포트가 구비되어진 실린더와, 상기 실린더 내의 주축에 설치되어 그 내주면을 따라 편심 회전하는 로터와, 상기 로터가 실린더내에서 회전함과 더불어 작동하면서 로터내에 압축실과 흡입실이 구성되게 하는 베인을 포함하여 구성된 로터리 구동장치에 있어서,

상기 주축에 이를 따라 회전되는 크랭크부재가 설치되고, 그 단부에 크랭크 아암이 설치되며, 상기 크랭크 아암을 따라 회전하는 크랭크축에 편심 회전하는 로터의 외측둘레를 따라 베인에 간헐적인 압축과 흡입동작을 전달하기 위한 캠이 설치된 것을 특징으로 하는 로터리 구동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 주축을 따라 회전되는 크랭크부재를 Y형상으로 형성하여 일측 지지로드에는 주축과 연결되고, 나머지 두 분기로드에는 크랭크 아암이 설치되며, 상기 크랭크 아암에 따라 회전하는 크랭크축이 설치되며, 상기 크랭크축과 연동되는 캠이 각각 설치되고, 상기 캠과 마주하는 두개의 베인에는 베어링부재가 양측에 구성된 슬라이드부가 마련되어 구름접촉되게 구성한 것을 특징으로 한 로터리 구동장치.
삭제
제 2 항에 있어서,

상기 슬라이드부에 캠과 베어링부재의 밀착성을 높일 수 있도록 캠의 안내턱을 따라 슬라이드되는 롤러부재를 설치한 것을 특징으로 한 로터리 구동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 실린더의 일측에 터빈 하우징과 컴프레셔 하우징을 상호 격리되게 설치한 다음, 상기 터빈 하우징내의 중심축선상을 관통하는 주축에 실린더로부터 배출되는 배기가스압을 받아 주축의 회전력을 배가시키는 터빈휠을 설치하는 한편, 상기 컴프레셔 하우징내의 중심축선상을 관통하는 주축에 외기를 흡입 압축하여 연료와 함께 실린더의 흡기포트로 강제 공급하는 컴프레셔휠을 설치한 것을 특징으로 한 로터리 구동장치.