KR100896651B1

KR100896651B1 - 무단 변속기

Info

Publication number: KR100896651B1
Application number: KR1020020082245A
Authority: KR
Inventors: 김원봉
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2009-05-08
Also published as: KR20040055833A

Abstract

본 발명은 유량의 체적 비로 변속이 이루어지는 유압식 무단 변속기에 관한 것이다. 본 발명은 상기 가변용량 롤러식 베인펌프(200)와 상기 정용량 롤러식 베인모타(300)가 양단부에 밀착되어 배치되도록 내부 중앙으로 돌출되어 배치되며 상기 양단부에는 요홈의 유로(130),(140)가 형성되며 상기 유로(130),(140)를 연통시키는 다수개의 연통구(120)가 천공된 칸막이부(111)를 구비하는 분리체(110); 상기 변속기(100) 본체 내부의 분리체(110)에 구비되는 칸막이부(111)의 일단부로 가변용량 롤러식 베인펌프(200)의 토출측판(230)이 밀착되도록 가변용량 롤러식 베인펌프(200)의 흡입측판(220)으로 가압밀착되고, 흡입유로(151)가 형성되는 입력측 커버(150); 상기 변속기(100) 본체 내부의 분리체(110)에 구비되는 칸막이부(111)의 타단부로 정용량 롤러식 베인모타(200)의 공급측판(330)이 밀착되도록 정용량 롤러식 베인모타(300)의 드레인측판(320)으로 가압밀착되고, 드레인유로(161)가 형성되는 출력측 커버(160); 및 상기 변속기(100) 본체를 외부에서 감싸면서 오일을 저장하고, 상기 흡입유로 및 드레인유로와 연결되는 외통(400);을 포함하고, 상기 가변용량 롤러식 베인펌프의 토출유량 조절로서 정용량 롤러식 베인모타의 회전속도 비가 무단으로 변속되는 특징을 갖는 무단 변속기를 제공한다.

변속기, 유압, 가변용량, 유압펌프, 유압모타, 베인펌프

Description

무단 변속기{Infinite Variable Speed Device}

제 1도는 본 발명의 무단 변속기의 종단면도를 예시한 도면

제 2도는 제 1도중 가변용량 롤러식 베인펌프를 예시한 종단면도

제 3도는 제 1도중 정용량 롤러식 베인모타 일부를 예시한 종단면도

제 4도는 제1도의 B-B' 선상에서 정용량 롤러식 베인모타를 예시한 횡단면도.

제 5도는 제1도의 A-A' 선상에서 가변용량형 롤러식 베인펌프를 예시한 횡단면도.

제 6도는 제5도의 가변용량 롤러식 베인펌프의 또 다른 작동을 예시한 횡단면도

제 7도는 본 발명 롤러를 수납한 회전로타를 예시한 사시도.

제 8도는 제 7도의 ⓐ부의 요부를 예시한 측면도

제 9도는 제 7도의 ⓐ부의 요부를 예시한 정면도

제 10도는 정용량 롤러식 베인모타의 로타를 예시한 사시도

제 11도는 정용량 롤러식 베인모타의 로타에 삽입된 스프링 및 롤러를 예시하는 도면

제 12도는 제3도중 정용량 롤러식 베임펌프의 토출측판을 예시한 도면.

제 13도는 제2도중 가변용량 롤러식 베인펌프의 토출측판을 예시한 도면

제 14도는 제 4도 및 제 5도의 유체 경계구역에 있어서 롤러에 작용하는 유체관계를 예시한 도면

제 15도는 제14도에 있어서 경계구역간의 주요 요부를 설명한 도면.

제 16도는 종래의 하이드로스태틱 트렌스미션의 회로를 예시한 도면.

제 17도는 종래의 베인펌프를 예시한 일부 단면도.

제 18도는 제1도중 변속기의 오일탱크를 한몸체로 예시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 분리체 120 : 연통구

130, 140 : 유로 150 : 입력 측 커버

151 : 흡입유로 160 : 출력 측 커버

161 : 드레인 유로 170 : 압력게이지

180, 181 : 연결라인 190 : 오일탱크

200 : 가변용량 롤러식 베인펌프 210 : 입력 축

211, 212 : 베어링 220 : 흡입측판

230 : 토출측판 240 : 로타

250 : 슬로트 260: 롤러

270 : 링 271 : 타원링

280 : 유량조절부 281 : 제어봉

290 : 탄발체 291 : 스프링

300 : 정용량 롤러식 베인모타 310 : 출력 축

320 : 드레인측판 330 : 공급측판

340 : 로타 350 : 슬로트

360 : 롤러 370 : 캠링

380 : 고정키 400 : 외통

본 발명은 유량의 체적 비로 변속이 이루어지는 유압식 변속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가변용량 롤러식 베인펌프와 정용량 롤러식 베인모타가 하나의 변속기 본체에 각각 독립 축으로 구성되어 가변용량 롤러식 베인펌프의 토출유량 변화에 따라서 정용량 롤러식 베인모타의 출력 회전 속도가 무단계적으로 변속되는 무단 변속기에 관한 것이다.

일반적으로 동력을 변속하기 위한 변속기는 상호 치합되는 기어와 기어간의 원주 직경 차에 의한 1차원식의 변속비를 이용하여 회전력과 회전속도를 변속시킬 수 있도록 된 것으로, 다양한 변속비의 변속기어를 구비하여 상호 치합되는 기어를 변경함으로서, 변속 비를 변화시킬 수 있게 된다. 이러한 변속기는 기어와 기어의 직경 차에 의한 원주 비율로서 변속이 이루어지는 1차원식 변속이므로 변속 비율이 작고, 변속을 제어하는 매우 복잡한 제어계통으로 구성되어 변속기의 제조비용이 상승되고, 별도의 클러치 기구를 필요로 함으로써 변속기의 용적과 중량이 커지며, 클러치에 의한 동력 손실이 있었다.

또한 최근에는 V벨트를 이용한 무단변속기가 개발되어 상용화되고 있는데, 이러한 무단변속기는 지름이 연속적으로 변화되도록 구성된 한쌍의 마찰차를 V벨트나 별도의 연결마찰차를 이용하여 동력을 전달함과 아울러 벨트에 마찰되는 한쌍의 마찰차 벨트풀리 직경 차를 무단계적으로 변화시킴으로서 변속이 이루어지게 되는 무단변속기로서, 변속성이 우수하고 클러치의 동력 손실이 적어 동력 전달효율이 양호한 무단변속기이다.

하지만 이러한 V벨트방식의 무단변속기는 V벨트에 V형의 금속판을 금속띠로 연결하여 구성된 것으로, 상기 금속판이 마찰차의 면에서 슬립을 일으켜 동력손실이 발생되고, 이러한 V벨트와 마찰차 간의 슬립 문제로 대동력의 동력 전달장치로는 부적합한 문제점이 있었고, V벨트 방식의 무단변속기는 한쌍의 마찰차 직경 원주 비율 차에 의한 변속이 이루어지므로 변속 비율이 작아 변속기의 용적이 커지는 문제점도 있었다.

또한, 상기 기어식 변속기 및 벨트식 변속기는 모두 입력 축과 출력 축간에 경사각 또는 직각으로 동력을 전달 할 경우 베벨기어나 기타 동력 전달매체를 추가하여야 하는 문제점이 있게 된다.

한편 도 16의 예시와 같이 가변용량 유압펌프(10)와 가변용량 유압모타(20)를 이용한 하이드로스태틱(hydro static) 무단변속기도 이미 개발되어 있으나, 다음과 같은 문제점이 있게 된다.

① 가변용량형 유압펌프(10)와 가변용량형 유압모타(20)가 각각 별도의 구성품으로 구성되어 폐쇄 연결라인으로 구성되는 방식인바 복잡한 밸브시스템의 구성이 필수적이고, 별도의 폐쇄 연결라인이 불가피함에 따라서 동력손실이 크다는 결점이 있었다.

② 유압펌프와 유압모타가 각각 독립된 형태로 구성되므로 유압펌프와 유압모타의 구성 비용이 증대된다.

③ 하이드로스태틱 무단변속기는 대부분 고가의 가변용량형 피스톤펌프와 피스톤모타의 채용방식인바 가변용량 피스톤펌프와 피스톤모타의 구성이 매우 복잡 정교하며 제조 비용이 높게 되고, 용적대비 중량이 커서 중장비의 주행 변속기로 이용되고 있는 실정이다.

④ 그리고 상기 변속기는 가변용량 베인펌프 및 베인 유압모타를 이용할 수 있으나, 베인펌프 및 베인모타방식에서는 베인선단부와 캠링 내면간에 슬라이딩 마찰 관계가 이루어지므로서 캠링의 마모가 심각하고, 유압의 누설 량 과다로 변속기의 효율이 저하되는 문제점 등이 있었으며, 이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

베인펌프는 특히 소형경량화이면서 부품수가 적고, 구조가 간단하며, 맥동이 적은 특장점이 있으나 도 17을 참고로 하여 베인펌프에 대하여 좀더 상세히 서술한다. 일반적으로 종래의 베인펌프(1)는 도 20에 상세히 예시된 바와 같이, 펌프본체(1), 펌프 축(3a), 로터(3), 베인(4), 캠링(2) 및 베어링(미도시)등으로 구성되어 있으며, 타원형의 내면을 가진 캠링(2)속에서 로터(3)가 회전하면 베인(4)과 캠링(2) 내면 및 로터(3) 외주면으로 둘러싸인 공간의 움직임이 증감하여 펌프작용을 한다.

상기 로터(3)는 펌프축(3a)에 고정되어 회전 구동되며, 로터(3) 외주에는 원주방향을 따라 일정 등간격으로 이격 배열되는 복수개의 슬로트(3b)가 형성된다. 슬로트(3b)내에는 복수개의 베인(4)이 삽입되어 방사상의 형태로 정렬되며, 베인(4)의 선단부는 로터(3) 회전 시, 캠링(2)의 내면과 접촉하게 된다.

상기 캠링(2)의 양단 개구부 위치에는 각 개구부를 폐쇄하도록 도시하지 않은 흡입측판과 토출측판이 밀착된다. 상기 로터(3)가 회전하게 되면, 로터(3)의 각 슬로트(3b)에 삽입된 베인(4)이 원심력에 의하여 방사상으로 비출하게 됨으로써, 베인(4)의 선단이 캠링(2)의 타원형 내면에 밀어 붙여진 상태로 회전하게 된다. 이와 같이 캠링(2) 내면과 2개의 인접한 베인(4)으로 둘러 싸인 로터(3) 원주 방향의 체적은 로터(3)의 회전에 따라서 변화한다.

즉, 체적이 증가할 때는 흡입창(6)을 통하여 유체를 흡입하고 체적변화가 감소할 때는 토출창(5)을 통하여 유체를 토출하는 작용을 연속적으로 하여 유체를 토출한다. 이때, 베인(4)이 로터(3)의 슬로트(3b)을 통하여 캠링(2) 내벽으로 고속 진퇴 운동을 하게 되는데, 이러한 경우 베인(4)이 슬로트(3b) 내벽면과 면 접촉 관계가 이루어지므로 오일점성에 의한 접촉저항력이 증가하여 로터(3)의 저속회전 구간(500rpm)에서는 베인(4)의 원심력 불충분에 따른 베인(4)의 불확실한 비출(飛出) 문제가 발생되어 베인펌프의 최저 회전속도가 대략 500rpm 이상으로 정해지는 문제가 있으며, 또한 상기 베인(4)의 면 접촉에 따른 접촉저항 증가로 발열현상 및 동 력손실이 일어나게 된다.

또한, 슬로트 (3b) 내면과 베인(4) 사이에 이물질의 침입 시, 슬로트(3b) 내 베인(204)의 반복적 진퇴작용에 따라서 슬로트(3b) 벽면과 베인(4)에 치명적인 긁힌 결함을 지속적으로 야기시키는 이물질의 이차적 영향에 매우 민감한 문제점을 갖고 있게 된다. 그리고, 종래의 베인펌프(1)는 베인(4)의 선단부가 항상 캠링(2)의 내면과 압상된 채 미끄럼 마찰접촉을 함으로써, 베인(4) 선단부와 캠링(2)의 내면에 심한 마모가 이루어져 베인펌프(1)의 수명을 저하시키는 문제가 있다.

통상적으로, 종래의 베인펌프(1)는 첨부도면 도 20의 예시와 같이, 베인(4)이 캠링(2) 내면에 잘 밀착되도록 토출압을 측판에 형성된 베인 토출 배압유로(7) 및 흡입 배압유로(8)를 통하여 베인(4) 저부에 작용시켜 토출압으로 베인(4)을 캠링(2) 내면에 강하게 밀착시킴으로써 베인(4)의 선단부와 캠링(2) 내면간의 누설을 방지하고, 베인(4)의 선단부가 캠링(2)으로부터 이격되는 현상을 방지하고 있다.

따라서, 펌프의 흡입구간에서 상기 흡입 배압유로(8)를 통하여 공급되는 토출유압이 슬로트(3b) 벽면과 베인(4)과의 미세한 틈새로 누설됨과 아울러 로터(3)의 중심부를 향하여 로터(3)와 측판간의 미세한 틈새로 틈새량의 3 제곱으로 누설되어 펌프 성능의 저하 문제가 되고 있었다.

그리고, 종래의 베인펌프(1)는 측판에 형성된 토출 배압유로(7)와 흡입 배압유로(8)가 오리피스(9)에 의하여 서로 연결되어 있게 된다. 따라서, 상기 오리피스 (9)를 통하여 펌프의 흡입구간에서 베인(4) 비출에 따른 베인(4) 저부 공간의 체적 증가변화만큼 토출유압으로 충진하게 되면, 펌프의 토출 구간에서 다시 베인(4) 퇴출(退出)에 따른 베인 저부 공간의 체적 감소변화만큼 유체를 가압하는 작용이 이루어지는 일련의 과정이 반복적으로 이루어 지게 된다. 그러므로, 베인펌프의 배제용적에 있어서, 베인(4)의 폭과, 두께, 진퇴량에 해당하는 용적을 차감하게 되어 베인펌프 배제용적이 저하되는 문제점이 또한 존재하게 된다.

상기와 같이 베인펌프 및 베인모타의 우수한 특징에도 불구하고 여러 문제점 때문에 종래의 피스톤펌프 및 피스톤모타에 비하여 제품 경쟁력이 저하되는 문제가 있게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 변속 속도범위가 크고, 무단변속을 가능하게 하며, 그 구성이 단순하고, 또한 별도의 단속 클러치 기구를 생략할 수 있어 동력의 접속과 단속이 부드럽게 이루어지고 소형 및 경량화에 유리한 유압식 변속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 종래의 베인 유압펌프 및 베인 유압모타 방식에 있어서, 육면체로 구성된 판재류의 베인 대용으로 원기둥형의 롤러를 내장으로 하는 가변용량 롤러식 베인펌프와 정용량 롤러식 베인모타를 결합하는 유압식 변속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 변속기(100) 본체에 내장되고, 토출측판 및 흡입측판을 갖는 가변용량 롤러식 베인펌프(200)와 공급측판 및 드레인측판을 갖는 정용량 롤러식 베인모타가 각각 독립 축(210),(310)으로 구성되어, 입력 축(210)의 구동으로 가변용량 롤러식 베인펌프(200)에서 토출되는 토출유압으로 정용량 롤러식 베인모타(300) 출력 축(310)의 구동이 이루어지면서 입력 축(210)과 출력 축(310)의 변속이 이루어지는 무단 변속기에 있어서,
상기 가변용량 롤러식 베인펌프(200)와 상기 정용량 롤러식 베인모타(300)가 양단부에 밀착되어 배치되도록 내부 중앙으로 돌출되어 배치되며 상기 양단부에는 요홈의 유로(130),(140)가 형성되며 상기 유로(130),(140)를 연통시키는 다수개의 연통구(120)가 천공된 칸막이부(111)를 구비하는 분리체(110)와, 상기 변속기(100) 본체 내부의 분리체(110)에 구비되는 칸막이부(111)의 일단부로 가변용량 롤러식 베인펌프(200)의 토출측판(230)이 밀착되도록 상기 가변용량 롤러식 베인펌프(200)의 흡입측판(220)으로 가압밀착되고 흡입유로(151)가 형성되는 입력측 커버(150)와, 상기 변속기(100) 본체 내부의 분리체(110)에 구비되는 칸막이부(111)의 타단부로 정용량 롤러식 베인모타(200)의 공급측판(330)이 밀착되도록 상기 정용량 롤러식 베인모타(300)의 드레인측판(320)으로 가압밀착되고 드레인유로(161)가 형성되는 출력측 커버(160), 및 상기 변속기(100) 본체를 외부에서 감싸면서 오일을 저장하고, 상기 흡입유로 및 드레인유로와 연결되는 외통(400)을 포함하고, 상기 가변용량 롤러식 베인펌프의 토출유량 조절로서 정용량 롤러식 베인모타의 회전속도 비가 무단으로 변속되는 특징을 갖는 무단 변속기를 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

도 1 및 도 18에 도시된 바와 같이, 변속기(100) 본체 내부에는 분리체(110)가 구비되며, 분리체(100)는 내부 중앙으로 돌출되어 배치되는 칸막이부(111)를 구비한다. 칸막이부(111)의 양단부에는 축 방향으로 만곡지게 원형의 요홈으로 형성된 유로(130),(140)가 형성됨과 아울러 상기 유로(130),(140)를 연통하는 다수개의 연통구(120)가 구성되고, 상기 칸막이부(111)의 각 단부에 가변용량 롤러식 베인펌프 카트리지(200)와 정용량 롤러식 베인모타 카트리지(300)가 각각 독립축으로 배치되어 있다.

상기 분리체(110)의 칸막이부(111) 각 단부로 밀착되는 가변용량 롤러식 베인펌프 카트리지(200)와 정용량 롤러식 베인모타 카트리지(300)는 변속기(100)의 각 커버(150),(160)에 의하여 상기한 분리체(110)의 칸막이부(111) 단부에 밀착되어 있으며, 칸막이부(111) 및 각 커버(150,160)에 장착되는 베어링(211,212,311,312)에 의하여 고정된다. 상기 입력 측 커버(150)에는 흡입유로(151)가 형성되고, 상기 출력 측 커버(160)에는 드레인유로(161)가 각가 형성된다. 또한 상기 흡입유로(151) 및 드레인 유로(161)에 의해 유압식 변속기(100)의 매개체인 오일을 저장하는 외통(400)이 구비되어 상기 가변용량 롤러식 베인펌프(200)와 정용량 롤러식 베인모타(300)간에 유체 순환 사이클인 오픈 회로가 구성된다.

상기 변속기(100)의 가변용량 롤러식 베인펌프 카트리지(200)에는 토출유량을 가변 조절하는 유량조절부(280)와 탄발체(290)가 구성되어 있다.

도 5 및 도 6은 가변용량 유압펌프 카트리지(200)의 횡단면도를 예시한 것으로, 회전로타(240)에 방사상으로 슬로트(250)가 형성되어 이 슬로트(250)에 롤러(260)가 출몰 가능하게 삽입되어 있으며, 상기 로타(240) 및 롤러(260)를 동심원상으로 감싸는 링(270)이 구비되고, 이 링(270)은 상하로 일정 타원의 공간을 갖는 타원링(271)에 둘러 싸여져 배치되어 있다.

그리고 상기 타원링(271)을 관통하여 상기 링(270)에 밀착되는 유량 제어봉(281) 및 유량조절부(280) 일체가 구비되고, 이 유량조절부(280) 반대편으로 상기 타원링(271)을 관통하여 상기 링(270)에 밀착지지되는 스프링(291) 및 탄발체(290)가 배치되어 가변용량 롤러식 베인펌프를 구성하고 있다.

도 2는 상기 가변용량 롤러식 베인펌프의 요부 종단면도를 예시한 것으로서, 로타(240) 및 롤러(260)를 동심원상으로 감싸는 링(270)의 원주방향으로 타원링(271)이 배치되면서 이 타원링(271) 양단으로 토출측판(230)과 흡입측판(220)이 밀착 지지되어 있다.

상기 로타(240), 롤러(260), 링(270)의 양단부는 상기 토출측판(230) 및 흡입측판(220)과 일정 틈새로 이루어져 있으며, 또한 상기 토출측판(230)은 가동측판구조 이고, 첨부도면 제13도의 예시와 같이 토출창(231) 및 흡입홈(232), 토출배압홈(233) 및 흡입배압홈(234)이 각각 구성되어 있고, 상기 토출배압홈(233)에는 토출유체를 도입하는 연통구(236)가 천공되어 있다. 그리고 상기 토출측판(230)의 토출배압홈(233) 양 단부에는 면적이 점차적으로 감소하는 노치(235)가 형성되어 있다.

도 2에 예시되는 흡입측판(220)의 흡입창(221), 토출홈(222), 흡입배압홈 (223) 및 토출배압홈(224)은 상술한 토출측판(230)의 구조와 동일하다.

본 발명에 따른 정용량 롤러식 베인모타(300)는 제 3도 및 제 4도에 상세히 예시된 바와 같이 로터(340)의 원주방향을 따라 일정 등 간격으로 이격되어 형성되는 복수개의 "U"형 슬로트(350)가 구성되어 있다.

그리고, 상기 "U"형 슬로트(350)내 삽입되어 방사상 형태로 정렬되는 복수개의 롤러(360)를 구비하며, 상기 로터(340)와 롤러(360)를 타원으로 감싸는 평형형 캠링(370)을 갖는다.

또한, 첨부도면 제12도에 상세히 예시된바와 같이 공급측판(330)은 그 중심부에 샤프트(338)가 관통하도록 구성되며 원호상으로 공급창(333)과 공급 배압창(334), 드레인홈(331), 드레인 배압홈(332)이 각각 평형 대각구조로 형성되고 상기 공급 배압창(334)의 단부에는 면적이 점차적으로 감소되는 노치부(335)가 구성되어 있다. 첨부도면 제3도에 예시되는 드레인측판(320)은 상기의 공급측판(330)의 구조와 동일하게 구성되어 있다.

미 설명부호 (312)는 고정핀으로 상기의 드레인측판(320)과, 캠링(370), 공급측판(330)을 상호 결합시켜 캠링(370)의 회전을 방지하는 역할을 한다.

상기의 정용량 롤러식 베인모타(300)의 구성에 따른 실시 작용을 설명하면

첨부도면 제3도 및 제4도에 상세히 예시된 바와 같이 로타(340) 외주에서 중심을 향하여 요홈으로 만곡지게 형성된 다수 개의 슬로트(350)가 등 간격 축 방향으로 관통되어 첨부도면 제11도의 예시와 같이 스프링(353),(354)의 탄발력을 받는 롤러(360)들이 축 방향으로 수납하게 되고, 상기 로타(340)의 외주면으로 상기 롤러(360)와 로타(360)를 감싸도록 내면이 타원으로 형성된 캠링(370)이 구성되어 있다.

정용량 롤러식 베인모타(300)는 첨부도면 제3도 및 제4도에 상세히 예시된바와 같이 제 1 유압실(①) 및 제 3 유압실(③)로 공급측판(330)의 공급창(331)과 공급배압창(333)을 통하여 유압의 공급이 이루어지면, 로타(340)의 외주와 캠링(370) 내벽으로 유압의 공급이 이루어짐과 아울러 상기 로타(340)의 슬로트 내측으로 유압의 공급이 동시에 이루어지면서 상기 첨부도면 제11도의 예시와 같이 스프링(353),(354)의 탄발력에 의하여 상기 캠링(360)의 내벽으로 압상된 롤러(360)들에 유압작용이 이루어지므로, 로타(340)와 캠링(360)간으로 발생된 체적 편심량 만큼 롤러(360)가 캠링(360)으로 압상되면서 유압의 작용을 로타(340)의 슬로트면에 가하여 상기 로타(340)를 시계방향으로 회전시킨다.

상기 유압작용으로 로타(340)가 회전하면 롤러(360)는 상술한 스프링(353,354)의 탄발력과 유압의 압상력으로 캠링(370) 내면에 선 접촉으로 밀착 지지되면서 로타(340)의 회전 반대 방향으로 자전하므로, 로타(340)의 회전에 의한 롤러(360)와 캠링(370)의 내벽간 구름 마찰접촉 저항은 크게 감소된다.

또한 유압의 작용으로 롤러(360)가 항상 로타(340)의 슬로트 면 일 벽과 선 접촉으로 밀착지지 된채 로타(340)의 회전에 따라 자전하면서 상기 회전로타(340) 중심에서 캠링(370) 내면에 압상 되므로, 로타(340)의 슬로트 일 벽면으로 유압의 누설은 차단되는 반면, 상술한 롤러(360)의 자전에 의한 이물질의 칩입시 롤러(360)와 로타(340)의 슬로트 벽간에는 이물질 탈거 작용이 이루어져 종래의 베인모타에서 베인의 면접촉에 의한 이물질의 칩입시 큰 손상이 초래되는 것을 크게 감소시킬 수 있는 작용이 이루어진다.

상술한 로타(340)의 시계방향 회전으로 정용량 롤러식 베인모타(300)의 제 2 유압실(②) 및 제 4 유압실(④)에는 용적변화가 감소하는 것에 따라서 로타(340) 와 캠링(370)간에 편심이 감소하는 작용이 이루어져 유압 토출작용이 이루어지고, 드레인측판(320)의 드레인창(322)과 드레인 배압창(324)으로 오일의 드레인이 이루어진다.

첨부도면 제 10도는 정용량 롤러식 베인모타의 로타 부분을 예시한 사시도이고, 첨부도면 제 11도는 첨부도면 제10도중 로타의 일부 단면도를 예시한 도면이다.

첨부도면 제 11도에서 미설명 부호 351, 352 는 로타(340)의 슬로트(350) 양단으로 형성된 "U"형 가이드이며, 미 설명 부호 355,356 는 롤러(360)를 압상하는 스프링(353,354) 삽입 홈이다.

지금까지는 정용량 롤러식 베인모터에 대하여 서술하였으며 이하에서 가변용량 롤러식 베인펌프 및 정용량 롤러식 베인모타에 구비되는 로타에 관하여 서술하기로 한다.

첨부도면 제7도, 제8도, 제9도는 본 발명의 가변용량 롤러식 펌프(200)에 구비되는 로터(240)를 상세하게 예시한 것으로, 로터(240)의 중심에는 샤프트(242)가 조합될 수 있도록 동심원상의 회전구(241)에 키홈(241a) 또는 도시하지 않은 스플라인(spline) 구조가 형성되며, 로터(240)의 원주방향으로 롤러 압상 기구인 "U"형 슬로트(250)가 일정 등 간격으로 이격되어 복수개 형성되어 있다.

그리고, 첨부도면 제7도의 예시와 같이 "U"형 슬로트(250)에 삽입되는 롤러(260) 직경의 1.1 ~ 1.5배 가량으로 "U"형 슬로트(250)의 깊이가 로터(240)의 중심부를 향하여 형성되고, "U"형 슬로트(250) 양단부 곡선부에는 로터(240) 중심을 향하여 상기 "U"형 슬로트(250) 깊이보다 연장되는 또 다른 "U" 형 가이드(251,252)가 로터(240) 원주에서부터 롤러 직경의 1.3~ 2배 깊이로 각각 형성된다.

첨부도면 제8도는 로터(240)의 "U"형 슬로트(250) 일부 단면도를 예시한 것으로, "U"형 슬로트 양단부에 일정 깊이로 상기 로터(240) 중심을 향하여 "U" 형 곡선이 연장되는 2개의 "U"형 가이드(251,252)를 예시하고 있다.

일반적으로 롤러(260)의 직경은 종래의 베인 두께보다 크므로 베인펌프 방식의 슬로트처럼 길게 할 경우, 로터(240)의 중심부근에 인접할수록 슬로트와 슬로트의 이웃 하는 이격 거리가 좁아 압력의 고압화에 의해서 슬로트의 강도가 저하되는 문제가 야기된다.

그러므로, 본 발명의 가변용량 롤러식 베인펌프(200) 및 정용량 롤러식 베인모타(300)의 경우, 슬로트의 형상을 "U" 형으로 하여 "U" 형 슬로트(250)의 직선거리(M)를 최소화하는 것이, 이웃하는 또 다른 "U" 형 슬로트(250)와의 직선부 이격거리를 크게 할 수 있어, 슬로트(250)의 강도 확보면에서 바람직하다.

상기 로터(240)의 "U" 형 슬로트(250) 저부 깊이는 원주에서 중심부로 상기 롤러 직경의 1.1 ~ 1.5배가 확보되는데, 이는 첨부도면 제7도의 예시와 같이 롤러(260) 삽입에 따른 롤러(260) 상부와 로터(240) 원주면이 일치할 때, 롤러(260) 저부와 "U"형 슬로트(250) 저부 사이에 일정공간(Z)을 확보하여 롤러(260)의 저부에 토출유압의 배압 작용 시 토출유압의 도입을 원활하게 한 것이다.

상기 "U" 형 슬로트(250) 저부의 곡선부 양단부에서 로터(240) 중심으로 연 장된 "U"형 가이드부(251),(252)는 첨부도면 제 13도에 상세하게 예시된 바와 같이, 토출 배압창(233)을 충분히 지나면서 토출유압을 "U" 형 슬로트(250)내 롤러(260) 저부에 원활하게 도입하여 롤러(260)의 배압작용을 원활하게 하고, 또한 흡입 배압홈(334)을 지나면서 오일을 충분히 흡입하는 가이드 기능을 하게 된다.

앞으로 가변용량 롤러식 베인펌프의 고압과 저압의 경계구역간 유체 역학적 관계를 설명하기로 하는데 있어서, 정용량 롤러식 베인모타의 고압과 저압의 경계구역간 역학관계도 포함됨을 주지한다.

첨부도면 제 14도는 본 발명에 따른 가변용량 롤러식 베인펌프(200)의 저압과 고압의 경계 구역간에서, 토출창(231)과 흡입홈(232)의 선단부 위치와, 토출 배압창(233)과 흡입 배압홈(234)의 선단부 위치에 따른 롤러(260)의 비출 압상력의 역학 관계를 예시한 설명도이다.

제14도에서, 상기 로터(240)는 "U"형 슬로트(250)의 양벽면 중심선이 타원형의 캠링(270) 저압과 고압측의 경계 구역 정점 C에 위치하게 될 때, 토출 구역(C~B)으로 토출창(231)의 선단부에 의해 유압의 토출이 이루어지도록 상기 토출창(231)의 선단부가 상기 "U"형 슬로트(250)와 이웃하는 또 다른 "U"형 슬로트(250b) 양벽면 중심선(B)으로 부터 경계구역의 정점 C점으로 첨부도면 제10도에 예시되는 롤러(260) 반지름(R)의 0.3~0.6R 가량 이격되게 토출창(231)의 선단부가 구성된다.

또한, 상기 롤러(260)가 상기 경계구역 정점(C)에 위치할 때, 흡입구역(C~A)으로 흡입홈(232)의 선단부에 의해 오일의 흡입이 충분히 이루어지 도록 상기 흡입홈(232)의 선단부가 상기 "U"형 슬로트(250)의 또 다른 이웃 하는 "U"형 슬로트(250a) 양벽면 중심선(A)으로 부터 경계구역의 정점 C점으로 첨부도면 제15도에 예시되는 롤러 반지름(R)의 0.5 ~ 1.5R 가량 이격되게 흡입홈(232)의 선단부가 구성된다.

이는 상기 롤러(260)가 캠링(270)의 흡입구역(C~A)에서 상기 경계구역의 정점 C점에 도달하기까지 용적 확대가 이루어지면서 오일을 충분히 흡입하는 구조를 취한 것이다.

상기 롤러(260)가 상기 경계구역 정점(C)에 위치할 때, 토출 구역(C~B)으로 토출 배압창(233) 선단부에 의해 유압의 토출이 이루어지도록 상기 토출 배압창(233)의 선단부가 상기 "U"형 슬로트(250)의 "U" 형 가이드부(251) 일측 벽면과 최소 틈새로 일치됨과 아울러 상기 토출 배압창(234)의 선단부에서 면적이 점차적으로 감소하는 노치부(235)가 첨부도면 제15도의 예시와 같이 롤러(260)의 반지름(R)의 0.5 ~ 1.7R 가량 흡입구역(C~A)으로 연장된다.

그리고, 상기 롤러(260)가 상기 경계구역 정점(C)에 위치할 때, 흡입구역(C~A)으로 흡입 배압홈(234)의 선단부에 의해 오일의 흡입이 최소의 시간으로 차단 또는 불통(不通)되도록 상기 흡입 배압홈(234)의 선단부가 상기 "U"형 슬로트(250)의 "U"형 가이드부(251) 타측 벽면과 최소의 틈새로 이격되는 흡입 배압홈(234))의 구조를 갖는다.

그러므로, 첨부도면 제12도의 예시와 같이 캠링(70)의 내면과 밀착되는 롤러(260)의 선 접촉이 경계구역인 정점 C점에 도달하기 전인 E점에서 이루어질 때, 상기 토출 배압창(233)의 노치부(235)와 "U"형 슬로트(250)의 "U" 형 가이드(251)와 연통관계가 이루어지고, 또한 "U"형 슬로트(250)의 "U"형 가이드(251) 타측 벽면과 흡입 배압홈(234)이 미세한 틈새의 연통관계로 이루어진다.

이때, 상기 롤러(260)는 경계구역의 정점 C점에 도달하기 까지 캠링(270) 내면으로 비출하면서 체적이 증가하는 흡입현상이 이루어지는데 상기의 토출 배압창(233)의 노치부(235)에서 토출되는 토출유압이 "U"형 슬로트(250)의 저부에 도입되어 롤러(260)를 캠링(270) 내면으로 강하게 비출시키고, 극 소량의 토출유압은 상기한 "U"형 슬로트(250)의 "U"형 가이드(251)와 흡입 배압홈(232)의 미세한 틈새의 연통관계 조건으로 흡입 배압홈(234)으로 누설된다.

상기 롤러(260)가 경계구역의 정점 C점에 도달하기 까지 흡입홈(232)의 선단부 이격거리가 충분히 확보되므로, 첨부도면 제15도에 예시되는 점 G-O-K의 면적으로 유체를 충분히 흡입하게 된다.

상기 롤러가 경계구역의 정점 C점에 도달하기 전인 E점에 도달되면 상기의 토출구역(B~C)으로 위치한 또 다른 "U"형 슬로트(250b) 내 삽입된 롤러 정점과 상기 토출창(231)의 선단부가 일치되어 토출유압이 불통되는데, 이때 경계구역에 위치한 롤러(260)는 캠링(270) 내면의 정점 E점에서 경계구역 C점으로 도달하면서 체적 증가의 흡입작용을 하고, 또한 토출구역(B~C)에 위치한 롤러는 캠링(270)의 내면 정점 B점에 도달하기 까지 체적 감소의 토출작용을 하게 됨으로 상기의 체적 증가와 체적 감소의 상쇄작용이 이루어져 상기 토출구역(B~C)으로 유압의 토출작용이 이루어지지 않게 된다.

그리고, 상기 로터(240)의 회전으로 캠링(270)의 내면으로 비출 압상되는 상기 롤러(260)가 상기 경계구역 정점(C)에 위치하게 되면, "U"형 슬로트(250) 내측으로 토출 배압창(233)의 노치부(235)에 의한 유압 작용이 이루어져 롤러(260)가 F 라는 작용력으로 상기 캠링(270)의 내면으로 비출 밀착되어 롤러(260)원주면과 캠링(270) 내면간의 유압의 누설을 차단시키고, 또한 상기 롤러(260)가 토출창(231)과 흡입홈(232)의 상기 연통조건에 의하여 토출구역(C~B)의 유압 작용으로 롤러(260)가 F 라는 작용력으로 상기 "U"형 슬로트(250)의 일벽면으로 밀착되어 "U"형 슬로트(250) 내측에서 흡입 경계구역(C~A)으로의 유압 누설이 차단된다.

상기 롤러(260)가 상기 경계구역의 정점 C점에 위치할 때, 또 다른 "U"형 슬로트(250b) 내의 롤러와 토출창(231) 사이에는 첨부도면 제15도의 예시처럼 또 다른 "U"형 슬로트(250b)의 벽면 중심선 B와 정점 C점으로 Lb(0.3 ~ 0.6R)의 거리로 이격되는 점 S-O-P의 토출 면적이 형성된다.

그러므로 상기 로터(240)가 시계방향으로 회전되어 롤러(60)가 경계 구역의 정점 C점에서 토출구역(C~B)으로 이동하게 되면 토출 구역의 체적 감소작용에 따라서 유압이 발생되고, 이 유압의 토출이 상기 토출창(231)의 선단부 조건에 따라서 원활하게 토출 되는데, 만약 상기 Lb의 이격 거리가 0.3R 미만으로 되면 상기 점 S-O-P의 토출 면적이 크게 작아지므로 롤러(260)가 정점 C점에서 토출구역(C~B)으로 이동하면서 발생하는 유압의 토출작용이 원활하게 이루어지지 않게 되어 경계 구역에서 이상 과압이 발생하게 된다.

또한, 만약 상기 Lb의 이격 거리가 상술한 노치부(235)의 거리 0.6R 이상 이라면, 상기 점 S-0-P의 토출 면적이 상술한 노치부(235)의 면적보다 크게 되므로 롤러(260)가 흡입구역(C~A)에서 정점 C점에 도달하기 전에 상기 토출창(231)의 선단부 조건에 의하여 토출창(231)에 이미 발생되었던 토출유압이 롤러(260)에 작용하므로 롤러(260)가 캠링(270) 내벽에서 이격되어 "U"형 슬로트(250)내로 퇴출함에 따른 토출구역(C~B)의 토출유압이 흡입구역(C~A)으로 토출하는 성능 저하의 문제점이 발생된다.

그리고, 또한 롤러(60)가 경계 구역 정점 C점에서 강하게 캠링(70)의 내벽에 비출 충돌하는 문제가 발생하게 된다.

한편, 상기 롤러(260)가 상기 흡입구역(C~A)에서 경계구역 정점 C점에 도달하게 되면 흡입홈(232)의 선단부와 또 다른 "U"형 슬로트(250a) 내의 롤러(260) 중심선 간에는 충분한 이격거리(Lc)에 따른 점 G-O-K의 흡입면적이 확보되므로, 상기 롤러(60)가 흡입구역(C~A)에서 정점 C점에 도달하는 체적 증가작용으로 유체를 충분히 흡입할 수 있게 된다.

만약, 상기한 이격거리(Lc)가 0.5R 미만이어서 충분치 못하면 흡입면적이 작아지므로 상기 흡입구역(C~A)의 체적 증가시, 유체에 혼입된 공기가 분리되는 캐비테인션(cavitation) 문제와 펌프 성능을 저하시키는 문제가 발생하게 된다.

그리고, 롤러(260)가 상기 경계 구역의 정점 C점에 도달하게 되면 "U"형 슬로트(250)의 "U"형 가이드부(251)와 흡입 배압홈(234)이 최소의 틈새로 불통관계가 이루어지며, 상기 토출 배압창(233)의 선단부에서 노치(235)가 상기 흡입 배압홈(234)을 향하여 La(0.5~1.7R) 거리 만큼 형성되므로 상기 토출 배압창(233)과 흡 입 배압홈이 상기 노치(235)에 의하여 적당한 시간으로 연통관계가 이루어진다.

그러므로, 상기 롤러(260)가 흡입구역(C~A)에서 정점 C점에 도달하면서 캠링(270) 내면으로 비출하는 롤러(260)에 의하여 "U"형 슬로트(250) 저부 내측과 롤러(260) 저부 사이에 발생하는 체적증가에 따른 유체의 흡입작용이 상기 토출 배압창(233)의 토출유압으로 이루어진다.

상기 토출 배압창(233)에 형성된 노치(235)의 크기(La)가 상기한 토출창(231)의 선단부 이격거리(Lb)보다 작거나 같으면 롤러(260)가 정점 C점에 도달할 시, 상술한 바와 같이 롤러(260)가 캠링(270) 내면으로부터 이탈하는 문제가 발생되고, 또한 상기 노치(235)의 크기(La)가 1.7R 이상으로 지나치게 클 경우, 상기 노치(235)에 의한 토출 배압창(233)과 흡입 배압홈(234)의 연통 시간이 길어지므로 토출 배압창(233)의 토출유압이 흡입 배압홈(234)으로 다량 토출되는 가변용량 롤러식 베인펌프(100)의 성능 저하 문제가 발생된다.

상기와 같이 구성된 본 발명 가변용량 롤러식 베인펌프(200)은, 첨부도면 제5도에 예시되는 바와 같이 불평형형 구조를 갖춤으로서, 본 발명의 롤러식 베인펌프(200)는 로터(240)가 시계방향으로 회전되면 제1유압실(①)의 캠링(270) 내면이 좌측에서 우측으로 확장하게 되므로 "U"형 슬로트(250) 내에 삽입된 롤러(260)가 상기 로터(240)의 회전력에 의한 원심력으로 캠링(270) 내면으로 비출하여 이웃하는 또 다른 "U"형 슬로트(250)내의 비출하는 롤러(260)와 롤러(260)사이의 캠링(270)내면과 로터(240)외주면으로 용적이 증가되는 흡입펌프 작용이 이루어져 흡입홈(232) 또는 제4도에 예시되는 흡입창(221)을 통하여 유체를 흡입하게 된다.

그리고, 아울러서 상기 롤러(260)가 캠링(270)으로 비출하면서 "U"형 슬로트(250) 저부와 롤러(260) 사이에서 용적이 확장되는 펌프작용이 동시에 이루어지므로 흡입 배압홈(234), 또는 제4도에 예시되는 흡입 배압홈(223)을 통하여 "U"형 슬로트(250) 저부로 유체를 흡입하게 된다.

상기와 같이 로터(240)의 시계방향 회전으로 본 발명의 가변용량 롤러식 베인펌프(200)의 제2유압실(②)에는 캠링(270)의 내면이 좌측에서 우측으로 감소하는 형상을 하고 있으므로, 로터(240)의 원심력으로 롤러(260)는 캠링(270) 내면에 밀착된 채 "U"형 슬로트(250) 내로 퇴출하게 되면서 2곳의 "U"형 슬로트(250) 내 롤러와 롤러 사이에서 캠링(70) 내면과 로터(240) 외주면 간으로 용적이 감소하는 유체 가압 작용의 펌프 작용이 이루어져 토출창(231)을 통하여 유체를 토출하게 됨과 아울러, 상기 롤러(260)가 "U"형 슬로트(250) 내부로 퇴출하면서 롤러(260)와 "U"형 슬로트(250) 저부 사이에 용적이 감소되는 유체 가압작용이 추가적으로 이루어져 토출 배압홈(234)을 통하여 유체를 토출하게 된다.

로터(240)가 계속적으로 시계방향으로 회전되면 "U"형 슬로트(250) 내부에 삽입된 롤러(260)는 "U"형 슬로트(250) 내벽면과 선 접촉관계로 이루어져 있으므로 접촉 저항력이 크게 감소되어 로터(240)의 회전에 따른 롤러(260)의 비출 원심력이 크게 되어 로터(240)의 저속 회전 구간에서도 용이하게 롤러(260)가 비출하는 잇점이 있다.

그리고, 또한 롤러(260)가 저압과 고압의 경계구역에서 로터(240)의 회전에 의한 롤러(260)의 비출 원심력과 첨부 도면 제14도의 예시와 같이 토출 배압홈(233)의 배압 유압작용력 F에 의하여 캠링(270) 내면에 선 접촉으로 견고히 밀착되면서 로터(240)의 회전 반대방향으로 자전 운동을 하게 되므로 캠링(270) 내면과 롤러(260) 사이에는 롤러(260)의 구름 마찰력이 이루어져 캠링(270)의 내면과 롤러(260)의 외경 마모가 크게 완화된다. 동시에 상기 "U"형 슬로트(250) 내벽면과 상기 롤러(260)가 선 접촉을 하게 되어 롤러(260)의 접촉 저항이 크게 감소되고, 또한 "U"형 슬로트(250) 내벽면에서 롤러(260)의 선 접촉과 자전 운동이 동시에 이루어지므로 롤러(260) 자전에 의한 "U"형 슬로트(250) 벽면과 롤러(260) 사이에 이물질이 끼어서 이들 접촉면을 손상시키는 등의 이물질 영향은 반복적으로 이루어지지 않게 되어 이물질에 대한 이차적 영향이 크게 완화된다.

지금까지 가변용량 롤러식 베인펌프의 유압발생에 관하여 서술하였는바 가변용량 롤러식 베인펌프(200)의 가변유량 제어에 관하여 간략히 서술하기로 하면,

가변유량 제어방식은 이미 선행기술화된 종래 베인펌프 방식의 가변유량 제어 방식과 동일한 것으로, 첨부 도면 제5도에 상세히 예시된바와 같이 가변용량 롤러식 베인펌프(200)의 유량조절부(280)의 나사부(282) 조절에 의하여 제어봉(281)이 링(270)에 밀착 가압되고 상기 링(270)의 위치가 첨부도면 제6도의 예시와 같이 변화되어 상기 링(270)과 로타(240)가 상호 동심을 갖는 편심 "O"에 의하여 가변용량 롤러식 베인펌프(200)의 가변유량 제어가 이루어진다.

그리고 상기 링(270)의 변화는 탄발체(290)의 스프링(291) 탄발력을 받으면서 위치가 변화되고, 상기 탄발체(290)는 나사부(292)의 조절에 의하여 탄발체(290)의 탄발력이 조절된다.

지금까지 가변용량 롤러식 베인펌프 및 정용량 롤러식 베인모타의 구성작용에 관하여 서술하였는바, 앞으로 가변용량 롤러식 베인펌프와 정용량 롤러식 베인모타의 조합으로 이루어지는 유압식 변속기의 구성에 따른 작용을 첨부도면에 의거 설명하기로 한다.

첨부도면 제1도에 예시된 바와 같이 변속기(100)의 입력 축(210)이 고속으로 회전되면 가변용량 롤러식 베인펌프(200)에서 펌프작용이 이루어지면서 변속기(100) 외통(400) 내측으로 충만된 오일이 입력 측의 외측커버(150) 흡입유로(151)를 통하여 흡입됨과 아울러 가압되어 가변용량 롤러식 베인펌프(200)에서 토출된다.

상기 가변용량 롤러식 베인펌프(200)에서 토출되는 유압이 변속기(100)의 분리체(110) 칸막이부(111)에 구성된 유로(140) 및 연통로(120), 유로(130)를 거쳐 정용량 롤러식 베인모터(300)에 공급된다.

상기 정용량 롤러식 베인모타(300)에 유압이 공급됨과 아울러 유압모타 작용이 이루어지면서 출력 축(310)이 구동하게 되고, 출력 측 외부커버(160)의 드레인로(160)로 상기 정용량 롤러식 베인모터(300)에서 유출되는 오일이 드레인되어 상기한 외통(400)으로 복귀된다.

상기 외통(400)으로 드레인되는 오일은 상기 외통(400)에 저장된 다른 오일과 혼합되어 흡입유로(151)를 통하여 다시 가변용량 롤러식 베인펌프(200)로 흡입되는 순환 사이클이 이루어지며, 상기 가변용량 롤러식 베인펌프(200)의 유량조 절 제어체(280)의 조절로서 가변용량 롤러식 베인펌프(200)에서 유압의 토출량이 변화되므로 정용량 롤러식 베인모타의 회전속도가 변화되고, 또한 상기 유량조절 제어체(290)로서 가변용량 롤러식 베인펌프(200)에서 토출되는 유량이 0 이면 정용량 롤러식 베인모타(300)의 회전이 이루어지지 않는 중립상태가 이루어진다.

첨부도면 제14도는 본 발명의 변속기에 공급되는 오일 시스템이 별도의 오일탱크(190)를 구비하여 이루어진 것으로, 변속기(100)의 입력 측 커버(150)에 형성된 흡입유로(151) 및 출력 측 커버(160)에 형성된 토출유로(161)가 오일탱크(190)와 연결라인(180),(181)으로 구성되어 있다.

그러므로 장소가 협소한 곳에서는 오일탱크(190)를 별도의 장소에 설치하는 특징을 갖는다.

이상의 가변용량 롤러식 베인펌프와 정용량 롤러식 베인모타의 결합으로 구성된 변속기의 변속 범위 실시예를 서술하면,

가변용량 롤러식 베인펌프의 1회전 배제용적(토출량)은 불평형형 유압펌프이므로 링의 내경을 D, 로타 폭을 W, 로타와 링간의 편심량을 e 라 하면,

배제용적 Q = 2πDeW가 되고,

또한 정용량 롤러식 베인모타의 1회전 배제용적(토출량)은 평형 형 정용량 유압모타이므로 캠링의 내경을 D' 로타의 폭을 W' 로타와 캠링간의 편심량을 e'라 하면 평형 형 유압모타의 1회전 배제용적 Q = 4πD'e'W'가 되므로,

유압펌프의 링 내경 D㎝, 로타의 폭 W㎝, 편심량 e㎝

유압모타의 캠링 내경 D'㎝, 로타의 폭 W'㎝, 편심량 e'㎝ 라 하면

유압펌프와 유압모타간의 배제용적 비율 N은

N = (유압모타의 배제용적) ÷ (유압펌프의 배제용적)

N = ( 4π× D'㎝ × e'㎝ × W'㎝ =4πD'e'W'㎤)

÷( 2π× D㎝ × e㎝ × W㎝ =2πDeW㎤) 이 되므로

유압펌프와 유압모타간의 배제용적 비율은 (D'e'W'㎤)÷(DeW㎤)의 3 차식으로 유도된다.

상기의 식에 의거

입력측 가변용량 롤러식 베인펌프의

링의 내경 D = 10㎝, 로타의 폭 W = 2.5㎝, 편심량 e = 0.5㎝

출력 측 정용량 롤러식 베인모타의

링의 내경 D' = 15㎝, 로타의 폭 W' = 7㎝, 편심량 e' = 1.0㎝ 라 하면 입력 측과 출력 측간의 최대 배제용적 비율 N은

N = (유압모타의 배제용적) ÷ (유압펌프의 배제용적)

N = ( 4π× 15㎝ × 7㎝ × 1.0㎝ = 1318.8㎤ )

÷ ( 2π× 10㎝ × 2.5㎝ × 0.5㎝ =78.5㎤) = 16.8

위의 식으로부터 유압펌프와 유압모타간의 배제용적 비율은 16.8 가 되므로, 유압펌프의 입력 축과 유압모타의 출력 축간의 변속비가 16.8 가 된다.

위의 예시에서 설명한바와 같이

유압펌프의 로타 직경 10㎝와 유압모타의 로타 직경15㎝ 간의 직경 비는 15/10=1.5의 매우 적은 변속 비 이나, 본 발명의 3차원식으로 유도되는 변속기 변 속 비는 가변용량형 롤러식 베인펌프와 정용량 롤러식 베인모타의 1회전 배제용적(체적)으로 나타나 지므로 (링의 내경), (로타의 폭), (편심량)의 3요소로 변속이 이루어진다, 그러므로 3차원식으로 이루어지는 변속기는 변속 비를 결정하는 3요소에 의하여 고 비율의 변속이 이루어진다.

이상과 같이 본 발명의 유압식 변속기는 무 단변속성이 우수하며, 변속 범위를 크게할 수 있고, 소형 경량의 구조로서 무단 변속이 가능함과 아울러 변속기의 입력 축과 출력 축간의 동력 전달 위치를 자유로이 선정할 수 있는 특징이 있다.

그리고 가변용량 롤러식 베인펌프 및 정용량 롤러식 베인모타의 로타에 제작 가공성이 우수한 롤러를 사용함으로 하여 변속기의 제작성이 우수하고, 롤러와 캠링 내면 사이에 롤러의 구름 마찰이 이루어지므로 종래 판재류의 베인에 비하여 마찰 저항 계수가 크게 감소되어 캠링의 내벽 마모가 크게 감소된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims

변속기(100) 본체에 내장되고, 토출측판 및 흡입측판을 갖는 가변용량 롤러식 베인펌프(200)와 공급측판 및 드레인측판을 갖는 정용량 롤러식 베인모타가 각각 독립 축(210),(310)으로 구성되어, 입력 축(210)의 구동으로 가변용량 롤러식 베인펌프(200)에서 토출되는 토출유압으로 정용량 롤러식 베인모타(300) 출력 축(310)의 구동이 이루어지면서 입력 축(210)과 출력 축(310)의 변속이 이루어지는 무단 변속기에 있어서,

상기 가변용량 롤러식 베인펌프(200)와 상기 정용량 롤러식 베인모타(300)가 양단부에 밀착되어 배치되도록 내부 중앙으로 돌출되어 배치되며 상기 양단부에는 요홈의 유로(130),(140)가 형성되며 상기 유로(130),(140)를 연통시키는 다수개의 연통구(120)가 천공된 칸막이부(111)를 구비하는 분리체(110);

상기 변속기(100) 본체 내부의 분리체(110)에 구비되는 칸막이부(111)의 일단부로 가변용량 롤러식 베인펌프(200)의 토출측판(230)이 밀착되도록 상기 가변용량 롤러식 베인펌프(200)의 흡입측판(220)으로 가압밀착되고, 흡입유로(151)가 형성되는 입력측 커버(150);

상기 변속기(100) 본체 내부의 분리체(110)에 구비되는 칸막이부(111)의 타단부로 정용량 롤러식 베인모타(200)의 공급측판(330)이 밀착되도록 상기 정용량 롤러식 베인모타(300)의 드레인측판(320)으로 가압밀착되고, 드레인유로(161)가 형성되는 출력측 커버(160); 및

상기 변속기(100) 본체를 외부에서 감싸면서 오일을 저장하고, 상기 흡입유로 및 드레인유로와 연결되는 외통(400);을 포함하고,

상기 가변용량 롤러식 베인펌프의 토출유량 조절로서 정용량 롤러식 베인모타의 회전속도 비가 무단으로 변속되는 특징을 갖는 무단 변속기.
제 1항에 있어서, 상기 입력 축(210)의 구동으로 오일을 흡입하여 토출하는 가변용량 롤러식 베인펌프(200)는,

원주방향을 따라 일정 등 간격으로 이격되어 형성되는 복수개의 슬로트(250), 상기 슬로트(250) 곡선의 양단부에서 중심으로 연장되어 형성되는 가이드, 및 상기 슬로트(250)내에서 각각 회전가능하도록 정렬되는 다수개의 롤러(260)를 포함하고, 회전력이 전달되는 모터축에 연결되어 회전하는 로터(240);

상기 로터를 감싸도록 동심원으로 형성되는 링(270); 및

상기 링(270) 및 로터(240)의 사이에 유량을 조절하여 상기 링이 편심운동하도록 하는 가변용량 유량조절부(280);를 포함하고,

상기 롤러(260)는 그 외주면이 상기 로터(240)의 회전에 따라서 그 원심력으로 상기 슬로트(250)로부터 돌출하여 상기 링(270)의 내면을 따라 자전하면서 회전하고, 또한 상기 링(270)의 내면 및 로터(240) 외주면으로 둘러싸인 공간의 크기를 증감시켜 가변용량 펌프동작을 이루는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제2항에 있어서, 상기 흡입측판(220)에는 원호상의 흡입홈과 흡입배압홈이 형성되고, 상기 토출측판(230)에는 원호상의 토출창과 토출배압창이 형성되며, 상기 토출배압창에는 상기 흡입배압홈을 향해 뻗어있고 점차적으로 폭이 좁아지는 노치부가 형성되고,

상기 롤러(260)가 상기 링과 로터가 형성하는 공간 중 토출측과 흡입측의 경계구역 정점에 위치할 때, 토출 구역으로 상기 노치부에 의하여 상기 토출창 및 토출배압창의 유압 토출 시점보다 우선적으로 "U"형 슬로트(250)내로 유압의 토출이 이루어지도록 하여 흡입에서 토출로 변환하는 지점에 위치하는 롤러에 갑작스러운 충격을 주지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제 3항에 있어서,

상기 토출창의 선단부는 경계구역 정점에 위치하는 슬로트에 인접한 토출측에 위치하는 다른 슬로트의 양벽면 중심선에서 상기 정점을 향하여 롤러 반지름의 0.3 내지 0.6 배의 이격거리를 갖고,

상기 흡입창의 선단부는 경계구역의 정점에 위치하는 슬로트에 인접한 흡입측에 위치하는 다른 슬로트의 양벽면 중심선에서 상기 정점을 향하여 롤러 반지름의 0.5 내지 1.5배의 이격거리를 갖고,

상기 노치부의 길이는 상기 롤러의 반지름의 0.5 내지 1.7배인 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제 1항에 있어서, 베인펌프(200)에서 토출되는 토출유압으로 출력축 구동을 행하는 정용량 롤러식 베인모타(300)에 있어서,

원주방향을 따라 일정 등 간격으로 이격되어 형성되는 복수개의 슬로트(350), 상기 슬로트(350) 곡선의 양단부에서 중심으로 연장되는 가이드, 및 상기 슬로트(350)내에는 각각 회전가능하도록 정렬되는 다수개의 롤러(360)를 포함하고, 출력 축(310)에 연결되는 로터(340); 및

타원형으로 형성되며, 변속기(100) 본체에 고정핀(312)으로 고정됨과 아울러 상기 로터(340)와 롤러(360)를 감싸는 캠링(370);을 포함하고,

상기 롤러(360)들은 스프링(353)(354)의 탄발력으로 체적 변화를 갖는 상기 캠링(370)의 내면으로 압상 밀착되어, 로타(340)와 캠링(370) 속으로 공급되는 유압에 의하여 상기 롤러(370)가 로타(340)에 힘을 전가하여 로타(340)의 회전이 이루어짐과 아울러 롤러(360)가 캠링(370) 내면으로 구름 마찰에 따른 자전을 하면서 회전하여 상기 캠링(370)의 내면 및 로타(340) 외주면으로 둘러싸인 공간의 변화에 따라서 롤러(360)에 유압작용이 이루어지면서 출력축을 회전시키는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.