KR100969353B1

KR100969353B1 - 로터 슬라이딩 베인 장치

Info

Publication number: KR100969353B1
Application number: KR1020077025315A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 안토리에비취 스트로가노브; 유리 미카일로비취 볼코브
Original assignee: 알렉산더 안토리에비취 스트로가노브; 유리 미카일로비취 볼코브
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2010-07-09
Also published as: CA2606096A1; EA011921B1; CN101133251B; EP1880109B1; RU2005113098A; ATE443810T1; EP1880109A1; EA200702138A1; CN101133251A; JP2008539362A; RU2301357C2; CA2606096C; UA87384C2; WO2006115434A1; DE602006009389D1; KR20080011181A

Abstract

로터 슬라이딩 베인 장치가, 길이가 가변적인 포스 챔버들(6)을 통해 연결되는 작동 파트(1)와 지지 파트(4)를 포함하는 로터를 포함하여 구성되어, 그들이 축 방향으로 약간 상호 이동하고 기울게 동기적으로 회전한다. 베인들(8)은 로터의 작동 파트(1)의 베인 챔버들(7)에 위치하고, 로터가 회전할 때, 로터의 작동 파트의 페이스표면에 만들어져 있는 환상 홈(2)으로의 돌출 정도를 주기적으로 변화시킨다. 하우징의 지지 커버 플레이트(5)와 로터의 지지 파트 사이에는 국부적 압력 밸런싱 수단을 통해 길이가 가변적인 포스 챔버들과 로터의 작동 파트의 환상 홈에 있는 작동 챔버의 캐비티들에 유압적으로 연결된 지지 캐비티들이 있다. 길이가 가변적인 포스 챔버들과 지지 캐비티들은, 포스 챔버들에 들어 있는 작동 유체의 압력포스들이 하우징의 작동 및 지지 커버 플레이트로부터 로터의 작동 및 지지 파트를 밀어내는 작동 유체의 압력포스들과 균형을 유지함으로써 인슐레이션에 필요한 약간의 조임만 제공하도록 만들어진다.

슬라이딩-베인 장치, 로터, 하우징, 포스챔버, 작동챔버, 베인

Description

로터 슬라이딩 베인 장치{Rotor sliding-vane machine}

본 발명은 장치 공학에 관한 것으로서, 효율성과 신뢰성이 우수한 수압 모터 및 펌프 모드 모두로 작동할 수 있고 동요없는(surgeless) 토출 기능을 갖는 고압 로터 슬라이딩 베인 장치로 사용할 수 있다.

슬라이딩 베인 펌프가 동요없는 토출 기능과 높은 효율성을 제공하려면, 트랜스퍼(transfer) 구역에 작동 챔버의 하나의 일정한(constant) 단면적을 가져야 하며, 누출 및 마찰로 인한 손실이 적고, 캐비테이션이 없어야 한다. 상기 특성은 변위 변경(displacement alteration), 펌핑 압력 및 로터 회전 속도의 모든 작동 범위에 대해 유지되어야 하며 펌프 요소의 작동 유체 오염 및 마모에 거의 영향을 받지 않아야 한다.

예를 들어, 미국 특허 US570584호의 펌프와 같이 로터의 페이스(face)에 작동 챔버를 배치하면 원하는 작동 챔버의 일정한 단면적을 제공하며, 미국 특허 US2581160호, 러시아 특허 RU2123602호 및 미국 특허 US6547546호의 펌프 변위 조정과도 잘 결합된다.

미국 특허 US1096804호, US3348494호, US894391호 및 US2341710호의 펌프의 로터의 페이스의 환상 홈(annular groove)에 작동 챔버를 배치하면, 작동 챔버내의 베인들의 견고한 고정과 로터의 래디알 언로딩을 제공한다. 그러한 펌프에서 교호(reciprocally) 회전하는 파트 사이의 주 실링부(sealings)는, 환상 홈이 만들어져 있는 상응하는 로터 파트(이하 로터의 작동 파트)의 페이스표면, 그리고 상기 환상 홈에 접합한 하우징 커버 플레이트(이하 하우징의 작동 커버 플레이트)의 상응하는 페이스표면으로 전위(transpose)된다. 상기 로터 및 하우징의 실링표면들은 평평하게(flat) 만들 수 있다. 따라서, 하나의 실링표면을 다른 실링표면쪽으로 접근 이동하면 로터의 작동 파트가 하우징의 작동 커버 플레이트를 눌러주므로 평평한 실링표면 사이의 기술적, 열적(thermal) 및 다른 클리어런스들을 쉽게 해결할 수 있다.

상기와 같은 실링을 제공하려면, 펌핑 및 트랜스퍼 구역내의 하우징의 작동 커버 플레이트와 로터 페이스 사이의 작동 챔버에 들어 있는 작동 유체가, 하우징의 작동 커버 플레이트와 로터의 작동 파트를 변형시키고 서로 분리시키려고 하는 큰 압력을 이겨내야 한다.

압력 라인(pressure line)에 고압을 생성하기 위해 펌프내의 유체정역학적 밸런싱(hydrostatic balancing) 없는 기계적 압축 수단을 사용하는 방법은 큰 마찰 손실로 인해 효율적이지 않다.

유럽 특허 EP0269474호는 실링부 품질에 대한 축류 로터 변형의 영향이 적고, 로터 및 하우징의 실링표면의 교호(reciprocal) 압축을 위해 작동 유체 압력을 사용하는 것을 특징으로 하는 유체정역학적 부품에 대해 설명한다(이 특허에는 펌프에 그것을 설치하는 방법은 명시되어 있지 않다). 유체정역학적 부품의 로터는 발명자가 “베인 홀더”와 “지지 플랜지”라고 부르는 두 개의 파트로 구성된다. 작동 챔버에 연결된 포스(force) 챔버 안에, 환상 홈이 있는 페이스의 반대편인 베인 홀더 뒷 페이스에, 축방향으로 슬라이딩하고 지지 플랜지와 접합하는 피스톤 유사 요소가 장착되어 있다. 여기서, 상기 피스톤 유사 요소를 베인 홀더의 포스 챔버 밖으로 축방향으로 이동시킴으로써, 발명자가 “가이드웨이 캐리어”라고 부르는 하우징과 베인 홀더 간의 클리어런스를 해결할 수 있다. 작동 챔버 측으로부터 베인 홀더에 가해진 작동 유체 압력은 상기 포스 챔버와 피스톤 유사 요소를 통해 상기 지지 플랜지로 전달된다. 그러나, 상기 유체정역학적 부품으로는 지지 플랜지의 반대쪽으로부터의 유체정역학적 밸런싱 수단을 유지할 수 없다. 명세서에는 본 발명의 핵심에 따라, 상기 플랜지의 유연한 변형으로 상기 유체 압력이 보상되므로 베인 홀더가 축방향으로 변형되지 않게 하지만, 로터는 전체적으로 유압적으로 불균형 상태로 남아 있음을 지적해둔다.

가이드 캐리어가 있는 베인 홀더의 마찰 실링 쌍을 언로딩하고 피스톤 유사 요소의 변형 가능한 지지 플랜지와의 정접촉(static contact)으로 포스를 전달하는 유럽 특허 EP0269474호의 명세서에서 설명하는 발명의 핵심에 따르면 상기 정접촉은 포스 챔버와 포스 챔버에 연결된 베인 챔버를 실링한다. 베인이 로터에서 축방향으로 이동하면 유체는 베인의 채널을 통해 베인 챔버로 이동한다. 포워드 트랜스퍼 베인의 로터 회전 속도와 축 속도가 증가하면 상기 베인 채널에서 압력이 감소 한다. 펌프가 자가 흡입(self-suction) 모드로 작동되면, 예를 들어, 유입 압력이 대기 압력과 같으면, 특정 로터 회전 속도(이하 최대 자가 흡입 속도)에서 베인 챔버에 캐비테이션이 발생한다. 캐비테이션이 발생하면 노이즈와 진동(pulsations)이 증가할뿐만 아니라 펌프의 파워와 효율성 또한 현저히 감소된다. 따라서, 이 캐비테이션 효과는 로터와 베인의 페이스 시일(face seal)에서 마찰이 감소하는 것과 같은 맥락에서 펌프의 효율성을 감소시키는 소산 손실(dissipative loss)의 요인으로 간주된다. 캐비테이션 발생 가능성이 높고 그에 따라 최대 자가 흡입 속도가 낮아지면 상기 유체정역학적 부품이 효과적인 기능을 수행할 수 없다.

유럽 특허 EP0265333호는 유체정역학적 회전 스러스트 블록이 다른 속도로 회전하는 지지 플랜지와 베인 홀더 뒷 페이스의 사이에 장착된 유체정역학적 차동 기어 실시예에 대해 설명한다. 상기 유체정역학적 회전 스러스트 블록은 베인 홀더에 견고하게 고정되어 회전하고 지지 플랜지 반대쪽에 챔버가 있는 얇고 단순한 구조의 링이다. 상기 각 챔버는 발명자가 “오일 스러스트 블록”이라고 부르는 유체정역학적 베어링 원칙에 기초하여 교정 오리피스를 통해 마주보는 포스 챔버로 유압적으로 연결된다. 이 압력으로 인해 지지 플랜지로 포스가 전달되며 그로 인한 플랜지 변형은 베인 홀더의 유사한 변형보다 누출에 많은 영향을 주지 않는다. 명세서에서는 상기 회전 스러스트 블록의 변형이 지지 플랜지 변형과 유사하다고 지적한다. 즉, 베인 홀더 측으로부터 회전 스러스트 블록에 가해지는 유체의 압력이 플랜지 측으로부터의 유체 압력과 회전 스러스트 블록의 탄력성의 합계를 초과하여 회전 스러스트 블록이 지지 플랜지와 접합할 각도로 변형되도록 회전 스러스트 블 록이 변형된다는 것이다. 실제로 오일 스러스트 블록이 유체정역학적 베어링으로 작동하는 원칙에서는 회전 스러스트 블록 챔버의 압력이 교정 오리피스의 압력 포스 감소와, 지지 플랜지와 회전 스러스트 블록 사이의 클리어런스의 압력 포스 감소의 상관 관계에 따라 좌우되는 것으로 가정한다. 따라서, 상기 클리어런스가 커 회전 스러스트 블록 챔버의 압력이 포스 챔버의 압력보다 현저히 낮은 경우 상응하는 압력의 차이로 인해 회전 스러스트 블록이 지지 플랜지에 보다 접합하게 이동한다. 클리어런스가 감소하면 회전 스러스트 블록 챔버의 압력이 증가하여 회전 스러스트 블록 챔버가 교정 오리피스를 통해 연결되는 포스 챔버의 압력과 일치하게 되며 예를 들어, 회전 스러스트 블록이 지지 플랜지와 완전히 접합하게 되는 경우 오일 스러스트 블록에서 누출이 전혀 발생하지 않는다. 상기 대로 접합하려면 플랜지 변형에 따라 회전 스러스트 블록도 변형되어야 하며 이를 위해서는 회전 스러스트 블록이 유체정역학적으로 현저한 불균형을 이루어야 한다.

지지 플랜지와의 완벽한 접합을 위해 언급한 대로 회전 스러스트 블록이 유연하게 변형되면 마찰 손실이 증가하게 된다. 유체의 압력으로 인해 플랜지가 변형되고 스러스트 블록이 플랜지와 접합하게 되면 먼저 변형된 플랜지와 변형되지 않은 스러스트 블록이 부분 교호 접촉되고 이어 스러스트 블록이 변형된다. 이 경우 스러스트 블록의 탄력성으로 블록이 변형되지 않으면 부분 콘택트 포인트에서 회전 스러스트 블록과 지지 플랜지 사이의 마찰이 그만큼 감소하게 된다. 상기 스러스트 블록은 인슐레이팅(insulating) 클리어런스에 지속적으로 분산되는 유체의 압력으로 인해 플랜지와 분리되며, 개별적으로 분산된 압력에 의해, 예를 들어, 포스 챔 버 사이의 간격에서 0으로 감소하여 포스 챔버 측으로부터 플랜지를 누르게 된다. 이와 같이 포스 챔버 측으로부터 누르는 방법을 사용할 때 원하는 인슐레이팅 효과를 얻으려면 회전 스러스트 블록이 그만큼 견고해야 한다. 즉, 압력이 크면 변형된 스러스트 블록의 상기 탄력성과 상응하는 마찰 손실 또한 크다.

클리어런스가 마이크로미터 수준이거나 클리어런스가 전혀 없는 상태에서 누출을 줄이려면 상기 교정 오리피스의 유압 저항과 미세한 상응하는 클리어런스의 저항이 유사해야 한다. 유체정역학적 스러스트의 캐비티와 하우징의 캐비티를 통해 베인 챔버로 유체를 빨아들이기 위해 로터 뒷 페이스를 사용하는 방법은 허용되지 않는다. 따라서, 앞에서 상기 장치의 결점 즉, 캐비테이션 경향의 증가 문제 또한 해결되지 않는다.

또한, 마찰력을 줄이기 위해 교정 오리피스가 있는 유체정역학적 베어링을 사용하면 장치의 신뢰성이 저하된다. 첫 번째로, 부유 입자가 유체에 들어가면 상기 미세한 교정 오리피스가 막혀 스러스트 블록의 압력과 마찰 손실이 현저히 증가하고 마모 속도 또한 크게 증가하게 된다. 두 번째로, 실링표면에 국부적인 결함이 있는 경우 회전 스러스트 블록의 상기 챔버로부터의 누출이 증가하고 회전 스러스트 블록 챔버의 압력이 감소한다. 이 경우 압력 포스 차이 증가로 인해 보다 세게 누른다 해도 누출이 감소하여 밸런스가 유지되는 것이 아니라 마찰 손실이 증가하여 실링표면이 빠르게 마모된다. 오일 스러스트 블록 챔버로부터의 그러한 추가 누출로 인해 용적 효율은 그다지 변화하지 않지만 마찰 손실은 현저히 증가할 수 있다.

유럽 특허 EP0269474호 및 EP0265333호에서 설명하는 유체정역학적 차동 기어 로터의 유체정역학적 밸런스를 위해 상응하는 명세서에서는 상기 유형의 유체정역학적 부품 한 쌍을 사용하는 두 가지 실시예를 가정한다.

첫 번째 실시예에서는, 하나의 중앙 베인 홀더 양쪽에 두 개의 가이드웨이 캐리어가 장착된다. 상기 포스 챔버는 하우징에 고정된 슬라이딩 시일의 기능을 수행하는 가이드웨이 캐리어의 뒷부분에 만들어진다. 이 경우, 미국특허 US3348494호에 기술된 것과 유사한 로터의 양쪽 페이스의 두 개의 환상 홈 내에 두 개의 작동 챔버가 있는 하나의 완전한 로터가 형성된다.

두 번째 실시예에서는, 하나의 중앙 가이드웨이 캐리어 양쪽에 두 개의 베인 홀더가 장착된다. 베인 홀더는 포스 챔버를 통해 유럽특허 EP0265333의 명세서에서 “실링된 클랭크 케이스”로 부르는 균일하고 견고한 요소를 형성하는, 중공 실린더형 몸체를 사용하여 서로 견고하게 결합되는 지지 플랜지를 지탱한다.

이중 장치의 두 가지 실시예에서, 두 개의 가이드웨이 캐리어로 형성되는 유닛은 스테이터(stator) 유닛 또는 하우징이라고 부르기로 한다. 로터 회전시 상응하는 흡입 및 펌핑 포트의 위치가 변경되지 않기 때문이다. 상기 이중 대칭 장치의 첫 번째 실시예는 내부 로터 또는 하우징 포스 클로저가 있는 장치고, 두 번째 실시예는 내부 스테이터 또는 로터 포스 클로저가 있는 장치라고 부르기로 한다.

상기 두 가지 실시예 모두에서, 하나의 작동 챔버의 펌핑 영역 내의 로터와 하우징 간에 가해지는 작동 유체의 압력 포스는 반사 대칭 포스에 의해 제2 작동 챔버에서 밸런싱이 이루어진다. 이 경우 두 작동 챔버 모두 로터 회전축과 수직을 이루는 평면과 반사 대칭을 이루어야 한다.

트랜스퍼 구역에서, 로터에 가해지는 유체 압력 포스의 축 밸런싱은 작동 챔버 균형에 의해서만 좌우되는 것은 아니고 특별한 주의가 필요하다.

로터 회전시 포워드 트랜스퍼 구역에서는, 베인의 포워드 트랜스퍼 리미터와의, 베인의 베인 챔버와의, 로터의 인슐레이팅표면의 콘택트와 하우징의 상응하는 표면과의 슬라이딩 인슐레이팅 접촉과, 그리고 로터, 베인들 및 하우징 간의 다른 클리어런스에 의해 흡입 및 펌핑 영역과 분리된, 폐쇄되고 트랜스퍼된(transferred) 볼륨이 나타나고 이동한다. 구획되는 다른 것들의 트랜스퍼된 볼륨 각각에서의 국부적 압력은, 이 트랜스퍼된 볼륨으로 들어가고 나가는 누출의 차이에 따라 좌우되며, 이후 회전시 여러 회전 각도에 대해 상기 트랜스퍼된 볼륨을 인슐레이팅되는 모든 슬라이딩 콘택트들의 표면의 접합 특성(character of abutment)에 따라 좌우된다. 여기서 그리고 이후의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 표면 인접 특성은 두 가지 매개변수 (로터의 회전 각도와 하우징 선택된 지점에 대한 콘택트 포인트의 각도 좌표)의 함수와 같은 그러한 표면들 사이 클리어런스의 유압 저항과 그 형태를 의미한다. 각 장치의 각 표면 쌍의 개별 접합 특성은 제조 과정에서의 기술적 부정확성과, 마모로 인해 상기 표면에서 나타나고 그에 따라 여러 하우징 구역에서 로터의 여러 회전 각도에 대해 인슐레이팅 클리어런스 저항을 분산시키는 국부적 결함에 의해 발생한다. 클리어런스 저항이 분산됨으로써 서로 다른 트랜스퍼된 볼륨에서 발생하는 국부적 압력을 크게 분산시킬 수 있다. 이와 유사한 설명은 백워드 트랜스퍼 구역에도 적용된다.

앞에서 설명한 내부 스테이터를 갖는 이중 대칭 장치에는 트랜스퍼 구역에 국부적 압력의 밸런싱을 이루는 수단이 없으므로, 두 대칭 작동 챔버 모두의 트랜스퍼 구역에 있는 트랜스퍼된 볼륨이 서로 연결되지 않는다. 내부 로터를 갖는 이중 대칭 장치(미국 특허 US3348494호)의 경우 로터에 대칭 베인 챔버를 연결하는 채널이 있다. 그러나, 베인 사이의 트랜스퍼 구역의 두 환상 홈에 모두 형성된 대칭 캐비티는 서로 연결되지 않는다. 따라서, 인슐레이팅 콘택트들의 개별 접합 특성으로 인해, 각 작동 챔버는 트랜스퍼 구역마다 국부적 압력이 다르며 로터 밸런싱이 이루어지지 않는다. 두 개의 대칭 챔버 내의 로터에 가해지는 압력 포스가 상기 대로 가변적으로 다를 수 있으므로 페이스 시일에서의 마찰이 그만큼 감소한다. 예를 들어, 마모로 인해 베인, 로터 또는 하우징의 실링표면에 국부적 결함이 발생하면, 트랜스퍼된 볼륨 내의 국부적 압력에 영향을 주는 유압 저항이 크게 분산된다. 용적 효율에 대한 영향이 적은 총 누출이 약간 변화하는 경우라도, 상기 압력 포스가 가변적 차이가 현저히 증가하고 국부적 압력이 적은 쪽(예를 들어, 마모 면적이 더 큰 쪽)에서의 마찰이 증가하며, 마모 속도 또한 빠르게 진행된다.

미국 특허 US3348494호의 펌프에서는, 스프링이 아닌 특수 베인 구동 메커니즘에 의해 로터의 베인의 축 방향이 일어난다. 그것은 하우징에 장착된 하나의 캠 슬롯으로 이루어지며, 그를 베인의 사이드 로브가 따라 로터 슬라이드의 특수 드라이빙 윈도우를 관통한다. 이 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 그러한 베인 구동 메커니즘을 작동 챔버와 유체정역학적으로 인슐레이팅되어야 함을 알 수 있다.

작동 챔버 외부의 베인 구동 메커니즘을 구현하는 그러한 실시예에서는 하우 징 표면에 대한 베인 마찰 손실은 감소하지만, 베인 챔버의 벽들이 베인 구동 메커니즘의 유압식 인슐레이팅을 제공하여 베인의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 표면의 접합 특성에 대한 국부적 압력의 의존성이 증가한다. 마모로 인해 상기 접합 특성이 변화하면 작동 챔버 캐비티와 상기 구동 메커니즘이 설치된 캐비티 사이의 누출이 증가하여 국부적 압력이 분산된다.

이중 대칭 장치의 두 가지 실시예에서, 베인 챔버에서 축방향으로 이동하는 베인은 베인 자체의 채널을 통해 유입되는 유체로 대체된다. 따라서, 그러한 설계는 캐비테이션 손실로 인한 중대한 약점을 계속 갖게 된다.

러시아 특허 RU2215903호에서는 유압식 로터 밸런싱 유지 수단을 제공하고 베인 챔버의 캐비테이션에 영향을 받지 않는 펌프의 실시예에 대해 설명한다. 이 특허는 로터의 두 페이스에서 모두 작동 챔버를 형성하는 두 개의 환상 홈을 포함하는 가역(reversible) 로터 장치에 대해 설명한다. 두 환상 홈은 모두 베인의 관통 구멍을 통과한다. 하우징의 각 커버 플레이트에는 축 방향으로 이동 가능한 포워드 트랜스퍼 리미터와 백워드 트랜스퍼 리미터가 있다. 발명자는 이 리미터들을 각각 “조정 요소”와 “파티션”으로 부른다. 가역 장치의 특징은 상기 두 작동 챔버가 상호 비대칭적이라는 것이다. 즉, 첫 번째 작동 챔버의 파티션 반대쪽에 장착된 두 번째 작동 챔버의 하나의 조정 요소가 있고, 첫 번째 작동 챔버의 조정 요소 반대쪽에 장착된 두 번째 작동 챔버의 하나의 파티션이 있다. 여기서 서로 축 방향으로 반대쪽에 위치하는 두 챔버 모두의 흡입 및 펌핑 캐비티라고 발명자가 이해하는 “작동 캐비티들”은 채널들에 서로 연결된다. 따라서, 첫 번째 작동 챔버 의 흡입 캐비티는 반대쪽에 있는 두 번째 작동 챔버의 펌핑 캐비티에 연결되고, 첫 번째 작동 챔버의 펌핑 캐비티는 두 번째 작동 챔버의 흡입 캐비티에 상응하게 연결된다.

로터에서 작동 챔버의 흡입 캐비티로 베인이 이동하면, 나머지 작동 챔버의 반대 펌핑 캐비티로부터의 유체가 넓은 단면적의 베인 챔버를 통해 베인 챔버의 빈 볼륨을 채운다. 따라서, 베인 챔버들의 캐비테이션 경향은 그러한 설계의 특징이 아니다.

이러한 장치가 작동되면, 연결된 작동 캐비티 쌍들 중 하나에서 압력이 증가하고 두 번째 쌍에서는 그만큼 압력이 감소한다. 이러한 장치에 있는 흡입 및 펌핑 캐비티의 구역에서 유체정역학적 로터의 밸런싱의 가능성은 명백하다.

트랜스퍼 구역에서는, 작동 챔버의 반대칭성으로 인해, 마주보는 로터 페이스들에 대한 트랜스퍼된 볼륨의 구성이 다르고 인슐레이팅 수단도 다르다. 로터와 조정 요소 사이에는, 조정 요소를 따라 슬라이딩하는 베인의 페이스에 의해 인슐레이팅된 트랜스퍼된 볼륨이 환상 홈에 격리(confine)되어 형성된다. 상기 조정 요소 반대쪽에 있는 로터와 파티션 사이에는, 상기 파티션을 따라 슬라이딩하는 환상 홈의 저부 섹션에 의해 인슐레이팅된 트랜스퍼된 볼륨이 베인 챔버에 격리되어 형성된다. 트랜스퍼된 볼륨 압력과 상기 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트들의 클리어런스 내의 압력의 분포는 상기 클리어런스의 형태와 크기, 예를 들어, 환상 홈 저부 섹션들의 하나의 파티션과의 그리고 베인의 하나의 조정 요소와의 상기 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 표면의 접합 특성에 따라 좌우된다. 로터의 마주보는 페이스에 압력이 다르게 분산되면 상기 콘택트들이 이상적으로 평평한 경우라도 각 트랜스퍼 구역의 로터에 가변적 차동적 포스(variable different forces)가 생성된다.

예를 들어, 마모의 결과로서의, 평평한 형태로부터의 국부적 편향(deflection), 스크래치와, 다른 국부적 결함들이 조정 요소들의, 파티션, 환상 홈 저부 및 베인 페이스의 실링 표면에 나타나면 상기 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트들의 접합 특성을 변화시키고, 그로 인해 상기 압력 분산과 국부적 압력의 상관 관계가 변화된다. 또한 총 누출이 그다지 변화하지 않는 경우에도 상기 가변적 차동 압력이 현저히 증가하고 마찰도 증가하며 마모 속도도 빨라진다.

예를 들어, 미국 특허 US3348494호와 같이 정밀한 제조 방법에 의해 두 개의 로터 페이스 모두에 대해 하우징의 로터와 커버 플레이트 사이에 페이스 실링을 제공하는 방법은 적합하지 않으며 이는 일반적으로 열 팽창, 변형 및 마모로 인한 클리어런스 변화는 고압에서 작동되는 시일에 허용되는 클리어런스를 초과하기 때문이다. 따라서, 로터 장치 구조에는 예를 들어, 유럽 특허 EP0269474호에 기술된 가이드웨이 반대쪽에 포스 챔버가 있는 가이드웨이 캐리어와 같은, 축 방향으로 이동 가능한 실링 요소도 포함된다. 상응하는 요소의 밸런싱이 이루어지지 않으면 그에 따른 마찰 손실이 발생한다. 그러한 이동 가능 실링은 아래에서 자세히 설명한다.

펌프의 베인 챔버 내에 캐비테이션 발생 경향을 극복하기 위한 솔루션으로서, 로터 밸런스 유지에 대한 작동 챔버의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트들의 접합 특성의 영향을 줄이는 수단과, 러시아 특허 RU2175731호에서 기술된 바의 축방향으로 이동 가능한 실링 요소는 우리들이 가장 유사한 것으로 본다.

상기 특허는 “하우징 커버 플레이트”로 지칭된 작동 및 지지 커버 플레이트를 포함하는 하나의 하우징을 갖는 하나의 펌프에 대해 설명한다. 하우징의 작동 커버 플레이트 반대쪽에 있는 로터 페이스에는 특허에서 “디스플레이서”로 지칭된 베인과 특허에서 “로터의 개구부”로 지칭된 베인 쳄버를 통과하는 하나의 실린더형 환상 홈이 있다. 실린더형 환상 홈이 있는 로터 페이스의 표면은 반대쪽에 있는 실링 요소의 페이스와 슬라이딩 접촉할 수 있으며 하우징의 작동 커버 플레이트의 슬롯에 장착된다. 펌프에는 특허에서 펌핑 캐비티와 흡입 캐비티를 분리하는 “파티션”으로 지칭된 하나의 백워드 트랜스퍼 리미터가 포함된다. 흡입 캐비티는 특허에서 "유입 개구부"로 지칭되는 유입 포트와 연결되고, 펌핑 캐비티는 특허에서 “유출 개구부”로 지칭되는 유출 포트와 연결된다. 백워드 트랜스퍼 리미터의 표면은 특허에서 “실린더형 환상 홈의 내부 표면”으로 지칭되는 백워드 트랜스퍼 인슐레이션을 위한 로터 수단과 슬라이딩 접촉한다. 백워드 트랜스퍼 리미터는 하우징의 작동 커버 플레이트에 고정되어 그와 완전한 단일 유닛을 형성할 수 있지만, 일부 펌프 실시예에서는 백워드 트랜스퍼 리미터가 축 방향으로 이동할 수 있게 장착할 수 있으며, 로터에 대해 누르는 수단과 상호 작용할 수 있다. 펌프는 특허에 “서로에 대해 디스플레이서의 축 방향 배열을 설정하는 메커니즘”으로 부르는 베인 구동 메커니즘을 포함한다. 포워드 트랜스퍼 리미터는 작동 커버 플레이트의 내부 표면의 일부로 형성된다. 조정 가능한 장치 실시예의 경우 특허에는 포워드 트랜스퍼 리미터가 “축 방향으로 이동 가능한 인슐레이팅 요소”로 지칭되어 있다. 로터의 두 번째 페이스는 하우징의 지지 커버 플레이트와 접촉한다. 펌프 하 우징의 지지 커버 플레이트는, 상응하는 발명에서 “지지-분배 디스크(supporting-distributing disc)”로 지칭된 지지-분배 멤버를 장착할 가능성을 제공한다. 지지-분배 멤버는 로터 축을 따라 이동하도록 장착할 수 있다. 상기 지지-분배 멤버는 분배 기능도 수행하고 상응하는 특허에서 “지지-분배 캐비티”로 지칭된 지지 캐비티를 포함한다. 지지-분배 캐비티는 작동 챔버의 흡입 및 펌핑 캐비티 그리고 그들의 인슐레이션(인슐레이팅 파티션)과 마주보게-으로부터의 인접 뒷 페이스 표면과 슬라이딩 접촉하여 이들 지지 캐비티의 인슐레이션을 제공하는 트랜스퍼 영역과 마주보게, 위치한다. 각 지지-분배 캐비티는 베인을 포함하는 로터 또는 하우징에 만들어진 채널을 통해 반대쪽 흡입 또는 펌핑 영역에 각각 연결된다. 지지-분배 캐비티의 치수 및 형태는 작동 챔버의 펌핑 및 흡입 캐비티의 치수 및 형태와 유사하다. 로터의 베인 챔버는 흡입 및 펌핑 영역에서 상기 지지-분배 캐비티로 연결되는 관통 채널로 만들어진다.

작동 챔버의 흡입 캐비티에 동시에 연결된 로터의 또는 베인의 상기 관통 채널은 이 경우 서로 나란히 연결되며 상기 지지-분배 캐비티를 통해 하우징의 채널과 연결된다. 이로써 펌프의 캐비테이션 경향은 현저히 감소하고 최대 자가 흡입 속도는 크게 증가한다.

지지-분배 멤버의 사용은 로터의 유체정역학적 밸런싱에도 상당히 기여하여, 펌핑 및 흡입 영역의 밸런싱 가능성이 명백하게 된다.

트랜스퍼 구역에서, 로터 또는 베인에 상기 관통 채널이 있어 로터의 두 페이스에서의 압력이 유사하게 분배되므로 로터의 두 페이스에 가해지는 역압 포 스(counter pressure forces)의 차이에 대한 작동 챔버의 인슐레이팅 클리어런스 확장(spread) 및 연결된 국부적 압력의 영향을 줄일 수 있게 한다. 그러나, 로터 페이스의 구성이 달라 로터의 밸런싱을 완벽하게 유지할 수 없다. 로터의 불완전한 밸런싱은 로터의 양쪽 페이스에 가해지는 압력이 가변적으로 달라지게 하며, 페이스 시일에 대한 마찰 또한 그만큼 감소하게 한다.

트랜스퍼 구역의 로터 뒷쪽의 압력 분산은 로터와 지지-분배 멤버의 인슐레이팅 댐들 사이의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 접합 특성에 따라 좌우된다. 따라서, 예를 들어, 마모로 인한 실링표면의 스크래치의 발생 또는 평평한 형태로부터의 편향의 발생으로 인해 상기 접합 특성이 변화하면 상기 압력 분포의 유사성 또한 큰 방해를 받는다. 또한 총 누출이 그다지 변화하지 않는 경우에도 압력 포스의 상기 가변적인 차이의 현저한 증가를 가져오고 마찰도 증가하며, 마모 속도도 빨라진다. 다음은 페이스 시일에 대한 마찰 손실을 가져오는 다른 성분에 대한 설명이다.

하우징의 지지 커버 플레이트의 내부 표면에는, 로터 회전 축을 따라 이동할 수 있게 적어도 하나의 실링 요소가 장착되어 있는 하나의 슬롯이 있다. 발명자는 지지-분배 디스크로 지칭된 지지-분배 멤버를 그러한 요소로 사용할 수 있음을 지적한다. 하우징의 작동 커버 플레이트의 내부 표면에 있는 슬롯에 로터 회전 축을 따라 이동할 수 있는 두 개의 실링 요소가 장착된다.

상기 실링 요소는, 하우징 커버 플레이트의 내부 표면에 있는 환상 슬롯에 위치한 중공 실린더로 만들어지며, 로터 회전 축을 따라 이동할 수 있다. 이동 가 능 실링 요소로 필요에 따라 로터 표면을 누르기 위해, 상기 요소는 증가된 압력이 형성되는 하우징 내부에 만들어져있는 특수 포스 챔버에 의해 지지된다. 상기 장치에서, 그러한 포스 챔버의 역할은 상기 환상 슬롯에 의해 수행된다. 상기 중공 실린더에는, 상기 환상 포스 챔버의 압력을 증가시키기 위해, 환상 포스 챔버를 페이스 실링 클리어런스의 누출 구역에 연결하는 관통 채널이 있다. 환상 포스 챔버의 증가된 압력의 값은 상기 채널의 형태, 치수 및 위치에 따라 결정된다.

전체 볼륨의 압력이 같은 하나의 실린더형 슬롯의 하우징에 장착된 상기 이동 가능 실링 요소는, 흡입 영역과 부분적으로 트랜스퍼 구역에서 로터가 세게 눌려져서 큰 마찰 손실이 발생한다.

유럽 특허 EP0269474호는 하우징 내에 여러 포스 챔버가 서로 인슐레이팅될 수 있는 가능성을 지적한다. 이러한 챔버들에서는 다른 압력들이 생성되므로 이들 챔버가 지지하는 가이드웨이 캐리어가 대표하는 이동 가능 실링 요소가 펌핑 및 흡입 영역에서 유체정역학적으로 적절하게 밸런스를 유지할 수 있다. 또한 두 가지 이유로 인해, 포워드 및 백워드 트랜스퍼 구역에서, 이동 가능 실링 요소는 로터 측으로부터 가변적인 힘을 받게 된다. 첫 번째 이유는, 펌핑 또는 흡입 영역에 연결된 트랜스퍼 구역의 가장자리의 트랜스퍼 구역의 면적이 주기적으로 변화하기 때문이다. 두 번째 이유는, 흡입 영역과 펌핑 영역 간의 포워드 또는 백워드 트랜스퍼 과정에서 전달된 작동 유체 볼륨의 압력이 지속적으로 변화하고 하우징에 대한 위치 또한 지속적으로 변화하기 때문이다. 결과적으로, 트랜스퍼 구역에서는 로터 측으로부터 이동 가능 실링 요소에 가해지는, 복잡하고 지속적으로 변화하는 압력 분포가 형성된다. 이동 가능 실링 요소와 하우징 간에 지속적으로 변화하며 대칭적인 압력 분포를 만들기 위해, 서로 인슐레이팅되고 매우 작으며 무한대로 많은 포스 챔버를 배치해야 하며, 각 포스 챔버는 트랜스퍼 구역의 상응하는 포인트에 연결되며 접합한 포스 챔버와 인슐레이팅된다. 트랜스퍼 구역의 하우징에 있는 실현 가능한 실제 포스 챔버의 수는 매우 적으며, 이동 가능 실링 요소에 가해지는 가변적인 포스는 완전히 보상되지 않는다. 따라서, 로터의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 표면이 상기 하우징 실링 요소를 가변적인 힘으로 누르게 된다.

예를 들어, 마모와 같이 실링면에 국부적 결함이 발생하여 이동 가능 실링 요소의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 로터에 의한 접합 특성이 변화하면 트랜스퍼된 볼륨의 국부적인 압력을 결정하는 유압 저항이 크게 확장된다. 또한, 총 누출이 그다지 변화하지 않는 경우에도 상기 압력이 현저히 증가하고, 마찰이 증가하며, 마모 속도도 빨라진다.

큰 값을 성취하는 이러한 가변 구성 요소의 크기는 이동 가능 실링으로 하우징에 고정된 위에서 언급한 펌프의 고유한 마찰 손실 수준을 결정한다.

따라서, 위에서 고려한 이동 가능 실링과 로터의 유체정역학적 밸런싱 유지를 위한 모든 솔루션이 로터 및 이동 가능 실링의 완벽한 밸런싱에 기여하는 것은 아니다. 예를 들어, 마모로 인해 실링표면의 국부적 결함이 나타나 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 접합 특성이 이상적이지 않은 경우, 로터와 하우징의 실링 요소 사이의 마찰 쌍에(in friction pairs) 큰 압력이 발생한다. 그러한 큰 압력에 대비해야 하는 요구로 인해 페이스 시일의 실링 숄더의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트가 상대적으로 넓어야 하며, 결과적으로 압력 포스 불균형에 대한 실링표면의 국부적 결함의 영향이 증가한다.

위에서 설명한 모든 구조의 특징은 소산 손실 증가로 인한 효율성 감소이다. 로터의 유체정역학적 밸런싱과 이동 가능 실링에 의한 마찰을 줄이는 상술한 수단은 완벽한 밸런싱 유지 효과를 얻을 수 없으며, 국부적 결함 발생과 작동 유체 오염으로 인한 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 실링표면의 접합 특성 변화에도 대처하지 못한다. 용적 효율에 대한 영향의 관점에서 중요하지 않은 누출 변화조차도 기계적 효율성과 전체 효율성을 현저히 감소시킬 수 있다.

본 발명의 목적은, 장치 요소의 마모와 작동 유체 오염에 대한 저항력이 있고 베인 챔버의 캐비테이션을 극복하는 수단과 양립할(compatible) 수 있는 이동 가능 시일과 로터의 유체정역학적 밸런싱을 만들고, 요홈에 베인이 있는 로터 장치의 효율성과 신뢰성을 향상시키는 것이다.

명시된 과제를 해결하기 위해, 로터는 적응식(adaptive)으로 만들어진다. 즉, 이동 시일의 기능(function of moving seal)을 수행하는 작동 파트와 지지 파트로 구성된다. 로터의 작동 파트에는 베인 챔버들이 있고, 작동 파트의 작동 페이스표면에는 하나의 환상 홈이 만들지며, 이 환상 홈은 하우징에 장착된 베인 구동 메커니즘에 운동학적으로(kinematically) 연결된 베인들이 있는 베인 챔버들에 연결된다. 유입 및 유출 포트를 가지며, 하나의 포워드 트랜스퍼 리미터와 하나의 백워드 트랜스퍼 리미터를 갖는 작동 커버 플레이트 및 지지 커버 플레이트를 포함하는, 하우징은 교호 회전할 수 있는 로터에 연결되어 있다. 하우징의 작동 커버 플레이트는 로터의 작동 파트의 작동 페이스표면과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉되고, 환상 홈에 하나의 작동 챔버를 형성하며, 전자는 로터의 백워드 트랜스퍼 인슐레이팅 수단과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉되는 백워드 트랜스퍼 리미터 그리고 유입 포트에 유압적으로 연결된 작동 챔버의 흡입 캐비티와 유출 포트에 유압적으로 연결된 작동 챔버의 펌핑 캐비티 안으로 베인들과 슬라이딩 접촉되는 포워드 트랜스퍼 리미터에 의해 나누어진다. 베인으로 작동 챔버의 적어도 하나의 베인 내부 캐비티를 펌핑 및 흡입 캐비티들루보터 베인에 의해 분리시킬 수 있도록 포워드 트랜스퍼 리미터와 베인 구동 메커니즘이 만들어진다.

하우징의 지지 커버 플레이트는, 로터의 작동 파트의 작동 표면 반대쪽에 있는 로터의 지지 파트의 지지 표면과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉된다. 로터의 지지 파트는 길이가 가변적인 포스 챔버를 포함하는 로터 요소들의 어셈블리(assemblage)에 의해 로터의 작동 파트에 운동학적으로 연결되어, 로터의 이들 두 파트가 모두 하우징의 상응하는 커버 플레이트와 슬라이딩 인슐레이팅 접촉될 수 있도록 하기에 적어도 충분할 만큼 축 방향으로 이동하거나 기울어질 수 있도록 로터의 지지 파트와 작동 파트가 동시에 회전한다. 하우징의 지지 커버 플레이트와 로터의 지지 파트 사이에 만들어진 인슐레이팅 수단들을 갖는 지지 캐비티들이 있다. 형성된 베인 내부 캐비티들 각각, 펌핑 캐비티 및 흡입 캐비티는, 국부적 압력 포스 밸런싱 수단을 통해, 길이가 가변적인 적어도 하나의 포스 챔버 및 적어도 하나의 지지 캐비티에 유압적으로 연결된다. 지지 캐비티들과 인슐레이션 수단의 형태, 치수 및 위치는 하우징의 작동 커버 플레이트로부터 로터의 작동 파트를 밀어내는(repel) 작동 유체 압력 포스들이 대체로 같고, 하우징의 지지 커버 플레이트로부터 로터의 지지 파트를 밀어내는 작동 유체의 압력 포스들과 반대 방향을 이루도록 선택된다. 길이가 가변적인 포스 챔버는, 로터 회전 각도에 관계 없이 길이가 가변적인 포트 챔버에 들어 있는 작동 유체의 압력이 로터의 상기 파트들을 하우징의 상응하는 커버 플레이트에서 밀어내는 작동 유체의 상기 압력 포스들과 밸런스를 유지하여 인슐레이션에 필요한 적은 압력만 제공하도록 만들어진다.

본 발명의 핵심은 다음 도면에 의해 설명하기로 하며, 도면 중,

도 1a는 로터의 작동 파트 측에서 본 로터의 일부결절 단면도로서, 하나의 적응성 로터와 하우징 포스 클로저가 있는 로터 슬라이딩 베인 장치를 나타내며, 하우징의 작동 커버 플레이트, 베인 구동 메커니즘 및 하우징 링킹 요소는 나타나있지 않으며;

도 1b는 로터의 작동 파트 측에서 본 로터의 일부결절 단면도로서, 하나의 적응성 로터와 하우징 포스 클로저(force closure to the housing)가 있는 로터 슬라이딩 베인 장치를 나타내고, 하우징의 지지 커버 플레이트, 베인 구동 메커니즘 및 하우징 링킹 요소는 나타나있지 않고;

도 2a는 로터의 외측에 있는 링킹 요소에 의해 링크된 커버 플레이트들을 가 지는 하우징(중공 실린더 형태의 하우징)의 포스 클로저 그리고 하나의 적응성 로터를 구비한 로터 슬라이딩 베인 장치의, 포워드 및 백워드 트랜스퍼 리미터들을 관통하는 평면(plane)의 축 단면도;

도 2b는 하나의 적응성 로터, 그리고 로터 외부에 있는 하나의 링킹 요소로 링크되는 커버 플레이트들을 갖는 하우징(중공 실린더 형태의 하우징)의 포스 클로저를 구비한 로터 슬라이딩 베인 장치의, 유입 및 유출 포트들을 통과하는 평면의 축 단면도;

도 2c는 하나의 적응성 로터, 그리고 로터 내부에 있는 하나의 링킹 요소로 링크되는 커버 플레이트를 갖는 하우징(“보빈” 형태의 하우징)의 포스 클로저를 구비한 로터 슬라이딩 베인 장치의, 유입 및 유출 포트를 통과하는 평면의 축 단면도;

도 2d는 하나의 적응성 로터와, 로터 포스 클로저(force closure to the rotor)와, “보빈” 형태로 만들어진 로터 링킹 요소와 결합된 로터의 지지 파트를 구비한 로터 슬라이딩 베인 장치의, 유입 및 유출 포트들을 통과하는 평면의 축 단면도;

도 2e는 하나의 적응성 로터와, 로터 포스 클로저와, “보빈” 형태로 만들어진 로터 링킹 요소와 결합된 로터의 작동 파트를 구비하고, 로터의 두 파트 모두에 두 개의 작동 챔버가 있고 두 세트의 베인을 구비한 로터 슬라이딩 베인 장치의, 포워드 및 백워드 트랜스퍼 리미터를 통과하는 평면의 축 단면도;

도 2f는 하나의 적응성 로터와, 로터 포스 클로저와, “보빈” 형태로 만들 어진 하나의 로터 링킹 요소를 구비한 로터 슬라이딩 베인 장치의, 포워드 및 백워드 트랜스퍼 리미터를 통과하는 평면의 축 단면도(가)와 유입 및 유출 포트를 통과하는 평면의 축 단면도(나);

도 2g는 하나의 적응성 로터와, 로터 포스 클로저와, “보빈” 형태로 만들어진 로터 링킹 요소와 결합된 로터의 작동 파트를 구비하고 베인이 피보팅 이동하는 로터 슬라이딩 베인 장치의, 포워드 및 백워드 트랜스퍼 리미터들을 통과하는 평면의 축 단면도와 로터 회전 축과 수직을 이루고 환상 홈을 통과하는 평면의 축 단면도;

도 2h는 하나의 적응성 로터와, 로터 포스 클로저와, 중공 실린더 형태로 만들어진 로터 링킹 요소와 결합된 로터의 작동 파트를 구비한 로터 슬라이딩 베인 장치의, 유입 및 유출 포트들을 통과하는 평면의 축 단면도;

도 2i는 하나의 적응성 로터와, 로터 링킹 요소가 없는 로터 포스 클로저와, 로터의 두 파트를 서로 끌어당기도록 작동하는 길이가 가변적인 포스 챔버에 의해 연결되는 로터의 작동 및 지지 파트들을 구비한 로터 슬라이딩 베인 장치의, 유입 및 유출 포트들을 통과하는 평면의 축 단면도;

도 2j는 하나의 적응성 로터와, 하우징 포스 클로저와, 환상 홈과 지지 캐비티에 직접 연결되는 길이가 가변적인 포스 챔버를 구비하고, 베인이 방사형으로 이동하는 로터 슬라이딩 베인 장치의 도면;

도 3a는 하나의 포스 캐비티와 구형 페이스를 갖는 피스톤 형태의 하나의 임베디드 엘레멘트(embedded element)를 구비한 길이가 가변적인 포스 챔버의 실시예 의 단면도;

도 3b는 하나의 포스 레지(ledge)와, 지지 캐비티와 관통 채널을 포함하여 구성되는 로터의 지지 파트에 의해 지지되는 관통 채널과 구형 페이스를 구비한 실린더 형태의 하나의 컨테이닝 엘레멘트(containing element)를 구비한 길이가 가변적인 포스 챔버의 실시예의 단면도;

도 3c는 두 개의 포스 캐비티와 하나의 캐뉼러형 커넥터를 구비한 길이가 가변적인 포스 챔버의 실시예의 단면도;

도 3d는 두 개의 포스 레지와 하나의 캐뉼러형 커넥터를 구비한 길이가 가변적인 포스 챔버의 실시예의 단면도;

도 3e는 로터의 지지 파트의 컨테이닝 엘레멘트와, 로터의 작동 파트의 포스 레지와, 컨테이닝 엘레멘트 및 임베디드 엘레멘트를 포함하여 구성되는 하나의 커넥터를 구비한, 길이가 가변적인 포스 챔버의 실시예의 단면도;

도 3f는 로터의 두 파트들을 서로 끌어당기도록 작동하는 길이가 가변적인 포스 챔버의 실시예의 단면도;

도 3g는 로터의 작동 파트에 하나의 컨테이닝 엘레멘트가 만들어지고, 지지 캐비티와 관통 채널을 포함하여 구성되는 제2 컨테이닝 엘레멘트가 로터의 지지 파트를 따라 평평하게 슬라이딩하며 구형 페이스와 하나의 관통 채널이 있는 실린더 형태의 하나의 커넥터가 제2 컨테이닝 엘레멘트에 의해 지지되는, 길이가 가변적인 포스 챔버의 실시예의 단면도;

도 4a는 포워드 트랜스퍼 구역의 환상 홈의 원형 전개부의 일부 단면도;

도 4b는 백워드 트랜스퍼 구역의 환상 홈의 원형 전개부의 일부 단면도;

도 5a는 환상 홈, 로터의 작동 파트의 채널, 베인 챔버, 포스 챔버의 채널, 로터의 지지 파트의 채널, 지지 캐비티로 이루어지는 국부적 압력 포스 밸런싱 유지 수단의 실시예의 단면도;

도 5b는 환상 홈, 베인의 채널, 베인 챔버, 포스 챔버의 채널, 로터의 지지 파트의 채널, 지지 캐비티로 이루어지는 국부적 압력 포스 밸런싱 유지 수단의 실시예의 단면도;

도 5c는 포스 챔버, 베인 챔버, 베인의 채널, 환상 홈, 하우징 작동 유닛의 채널, 하우징 작동 유닛의 지지 캐비티로 이루어지는 국부적 압력 포스 밸런싱 유지 수단의 실시예의 단면도;

도 5d는 베인 챔버, 베인의 채널, 환상 홈, 하우징 작동 유닛의 채널, 로터의 지지 파트의 지지 캐비티, 로터의 지지 파트의 채널, 길이가 가변적인 포스 챔버로 이루어지는 국부적 압력 포스 밸런싱 유지 수단의 실시예의 단면도;

도 5e는 로터의 지지 파트의 세로 아크(longitudinal arc) 슬롯 형태의 채널에 연결된 하우징의 방사형 슬롯 형태의 지지 캐비티로 이루어진, 국부적 압력 포스 밸런싱 수단의 일부 단면도;

도 5f는 길이가 가변적인 포스 챔버, 환상 홈, 하우징 작동 유닛의 채널, 하우징 작동 유닛의 지지 캐비티로 이루어진, 국부적 압력 포스 밸런싱 유지 수단의 실시예의 단면도;

도 6은 밸브가 있는 채널을 통해 접합한 두 베인 내부 캐비티에 모두 연결된 베인 챔버의 베인 유압조임장치의 실시예의 단면도;

도 7은 두 개의 저부 레지에 의해 인접한 두 베인 챔버와 분리되고 채널을 통해 길이가 가변적인 포스 챔버로 연결된 저부 캐비티를 구비한, 저부 언로딩 캐비티들과 저부 실링 레지의 실시예의, 환상 홈의 원형 전개부의 일부 단면도;

도 8a는 로터의 지지 캐비티가 로터의 채널에 연결된 지지 캐비티의 실시예의 환상 홈의 원형 전개부의 일부 단면도;

도 8b는 로터의 지지 캐비티가 하우징의 채널에 연결된 지지 캐비티의 실시예의 환상 홈의 원형 전개부의 일부 단면도;

도 9는 흡입, 포워드 트랜스퍼, 펌핑 및 백워드 트랜스퍼 구역들의 트랜스퍼된 볼륨을 가지는 하나의 적응성 로터와 하우징 포스 클로저가 있는 로터 슬라이딩 베인 장치의 환상 홈의 원형 전개부의 일부 단면도;

도 10은 커버 플레이트의 기능 요소와 하중지지 요소 사이에 만들어진 변형 방지 챔버를 포함하여 구성되는 하우징의 커버 플레이트의 단면도이다.

본 발명의 기본 아이디어는 로터 회전 방향을 바꾸거나 고정시킬 수 있는 펌프 또는 유압 모터(hydro motor)로서 그리고 유압기계식 변속기탑재 펌핑 모터 유닛(pumping-motor unit of hydromechanical transmission)으로 사용하기에 적합한 로터 슬라이딩 베인 장치의 다양한 실시예를 제공하는 것이다. 일부 발명 실시예에서는 집합체 랙(rack of aggregate)에 하우징이 고정되고, 로터는 하우징과 집합체 랙에 대하여 회전한다. 다른 실시예에서는, 집합체 랙에 로터를 고정시킬 수 있고, 하우징이 로터에 대하여 회전한다. 예를 들어, 로터 장치가 유압기계식 변속기탑재 유닛인 경우, 집합체 랙 (rack of the aggregate)에 대하여 로터와 하우징이 회전하는 실시예도 가능하다. 아래에서, 로터와 하우징의 상관 회전이 집합체의 로터 장치의 설치 유형과 관계 없는 것으로 고려하기로 한다. 모든 경우에 있어, 로터는 페이스 요소에 하나의 환상 홈을 갖고, 로터가 회전할 때마다 로터에 대하여 순환식으로 이동하여(making cyclical movement) 환상 홈으로의 슬라이딩 각도를 변화시키는 베인들을 갖는 유닛을 의미한다. 하우징은 로터 및 하우징의 교호 회전시 유입 및 유출 포트들의 위치가 변경되지 않는 유닛이다.

아래에서는 로터 장치의 모든 필수 요소의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 또한, 다목적 펌프 기능을 수행하는 장치의 바람직한 실시예의 구조와 그 동작에 대해 자세히 설명한다.

도 1a, 1b에 묘사된 하나의 적응성 로터는 작동 챔버를 형성하는 작동 페이스에 만들어지고 도 2a, 2b의 하우징의 작동 커버 플레이트(3)의 인슐레이팅 표면과 슬라이딩 접촉하는 페이스 환상 홈(2)을 가지는 로터의 작동 파트(1)와, 하우징의 지지 커버 플레이트(5)의 인슐레이팅 표면과 슬라이딩 접촉하는 지지 페이스를 가지는 지지 파트(4)로 나뉜다. 이들 두 로터 파트들은, 로터 요소의 어셈블리에 의해 서로 연결되어 동시에 회전할 수 있지만 로터 회전시에 하우징의 두 커버 플레이트와 슬라이딩 인슐레이팅 접촉을 유지하기 위해 축 방향으로 약간 이동하거나 서로에 대해 기울어질 수 있다. 상기 로터 요소 어셈블리에는 예를 들어, 동일한 각속도들의 조인트 형태로 만들어진 이 분야에서 이미 알려진 회전 동기화 수단과, 길이가 가변적인 로터 포스 챔버(도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f의 6)가 포함되며, 환상 홈(2)의 작동 챔버 측과 포스 챔버(6) 측으로부터 로터 작동 챔버(1)에 가해지는 압력 포스는 트랜스퍼 구역에서 동시에 변화한다. 따라서, 그러한 포스 챔버(6)의 수는 베인 챔버(7)의 수와 같거나 그것으로 나눌 수 있으며, 길이가 가변적인 각 포스 챔버(6)는 로터의 작동 파트(1)의 환상 홈(2)에 유압적으로 연결되어, 접합한 두 베인(8) 사이의 포워드 트랜스퍼 구역의 로터의 작동 파트(1)의 환상 홈(2)에서 로터가 회전하는 동안 형성되고, 국부적 압력 변화의 개별 특성으로 특징지어지는 각 캐비티는 길이가 가변적인 포스 챔버(6)에 유압적으로 연결되어 상기 캐비티와 이 캐비티에 연결된 포스 챔버(6)의 국부적 압력이 대체로 같게 된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 길이가 가변적인 각 포스 챔버는 환상 홈의 가장 가까운 캐비티에 연결된다.

길이가 가변적인 포스 챔버는, 챔버 길이가 변화하면 인슐레이션에 필요한 로터의 작동 및 지지 파트들이 상기 교호 이동하도록, 만들어진다. 본 발명의 핵심에 따라, 로터의 작동 및 지지 파트들에 가해지는 상기 포스 챔버에 들어 있는 작동 유체의 압력 포스는 특정 압력에서 포스 챔버 길이 변화에 영향을 받지 않는다.

길이가 가변적인 상기 포스 챔버는 예를 들어, 벨로우즈 또는 신축성있는 측벽을 사용하여 다르게 만들 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에는 교호 이동할 수 있도록 장착된 컨테이닝 엘레멘트들 및 임베디드 엘레멘트들로 형성되며, 임베디드 엘레멘트들의 외벽이 컨테이닝 엘레멘트들의 내벽과 슬라이딩 인슐레이팅 접 촉되어, 인슐레이션에 필요한 로터의 작동 및 지지 파트가 상기 대로 교호 이동할 때 포스 챔버를 실링하는, 길이가 가변적인 하나의 포스 챔버를 가진다.

임베디드 엘레멘트들과 컨테이닝 엘레멘트들은 로터의 파트들과 별개로 그러나, 서로 운동학으로 연결되도록 만들 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는, 상기 컨테이닝 엘레멘트들 또는 임베디드 엘레멘트들이 로터 파트에 직접 만들어진다. 첫 번째 실시예는 로터의 작동 또는 지지 파트에 실린더와 같은 포스 캐비티(도 3a의 14)로 만들어질 수 있는 하나의 컨테이닝 엘레멘트를 가지며, 예를 들어, 로터가 아래에서 로터 포스 클로저가 있는 장치에 대해 설명한 대로 하나의 링킹 요소를 포함할 경우 상기 포스 캐비티들은 로터의 링킹 요소에 만들어질 수 있다. 두 번째 실시예는 로터의 작동 또는 지지 파트에 그리고 로터의 링킹 요소에, 피스톤과 같은, 포스 레지로 만들어질 수 있는 임베디드 엘레멘트(도 3b의 10)를 가진다.

로터의 작동 및 지지 파트들의 상기 교호 이동 크기가 적으면, 예를 들어, 한 쌍의 컨테이닝 및 임베디드 엘레멘트를 사용하여 포스 챔버를 유압 실린더(도 3a, 3b)로 만들 수 있다.

로터 파트들의 상기 교호 이동, 특히 교호 기울기의 크기가 예상대로 클 경우, 본 발명은 예를 들어, 길이가 가변적인 포스 챔버가 교호 이동할 수 있도록 장착된 두 개의 컨테이닝 엘레멘트(도 3c의 11)에 의해 그리고 외벽들이 두 컨테이닝 엘레멘트들의 내벽과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는 커넥터(12) 형태의 하나의 임베디드 엘레멘트에 의해 형성될 때, 길이가 가변적인 포스 챔버를 두 쌍의 컨테이 닝 및 임베디드 엘레멘트들로서 구현하는 실시예를 제공한다.

도 3g에서는, 하나의 컨테이닝 엘레멘트가 로터의 작동 파트(1)의 실린더형 캐비티로 만들어지며, 내부 구형 인슐레이팅 표면 및 외부 인슐레이팅 평면을 갖는 제2 컨테이닝 엘레멘트(11)가 장착되어, 그 평면(flat surface)이 로터의 지지 파트(4)의 평면과 슬라이딩 접촉한다. 커넥터(12) 형태의 임베디드 엘레멘트에는, 컨테이닝 엘레멘트의 내부 실린더형 및 구형 표면과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는 외부 실린더형 및 구형 인슐레이팅 표면들이 있다.

다른 실시예에서는, 포스 챔버가 교호 이동할 수 있도록 장착된 두 개의 임베디드 엘레멘트(도 3d의 10)에 의해 그리고 내벽들이 두 임베디드 엘레멘트들의 외벽들과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는 커넥터(12) 형태의 하나의 컨테이닝 엘레멘트에 의해 형성되거나, 포스 챔버가 제1 컨테이닝 엘레멘트(도 3e의 11) 및 교호 이동할 수 있도록 장착된 제1 임베디드 엘레멘트와, 외벽들이 제1 컨테이닝 엘레멘트의 내벽들과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하고 내벽들이 제2 임베디드 엘레멘트의 외벽들과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는 하나의 커넥터(12) 내의 제1 임베디드 엘레멘트와 결합된 제2 컨테이닝 엘레멘트에 의해 형성된다.

축 방향으로 이동하거나 기울 때의 상기 슬라이딩 콘택트의 실링은 예를 들어, 임베디드 엘레멘트들의 외부 표면에서 구형 실링 숄더(도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e의 13)를 사용하여, 이 분야의 최신 기술에 따라 만들 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는, 포스 챔버의 길이가 변경될 때 포스 챔버의 상기 컨테이닝 및 임베디드 엘레멘트들이 로터 회전 축과 대체로 평행하게 교호 이 동하도록, 길이가 가변적인 포스 챔버들을 제공한다. 포스 챔버에 들어 있는 작동 유체의 압력 포스가, 예를 들어, 임베디드 엘레멘트가 컨테이닝 엘레멘트로부터 위치를 바꾸거나 커넥터에 슬라이딩 접촉으로 연결된 요소들 쌍 밖으로 밀어냄으로써(by pushing apart the pair of the elements) 그 요소들의 단부들 사이의 총 간격을 늘리려고 하거나 로터의 지지 및 작동 파트들을 하우징의 상응하는 커버 플레이드들에 보다 가깝게 이동시키려는 경향이 있는, 그러한 상기 포스 챔버들의 실시예가 제공된다. 아래에서 설명하는 로터 포스 클로저가 있는 장치 실시예의 경우, 본 발명은 또한 포스 챔버에 들어 있는 작동 유체의 압력 포스가, 예를 들어, 임베디드 엘레멘트(10)를 컨테이닝 엘레멘트 (도 3f의 11) 내로 밀어, 로터의 작동 및 지지 파트들을 서로 보다 가깝게 이동시키고, 로터의 작동 및 지지 파트들 사이에 있는 하우징의 동작 유닛에 결합된 하우징의 상응하는 커버 플레이트들에 보다 가깝게 이동시킴으로써, 그 요소들의 단부들 간의 총 간격을 줄이는 경향이 있는, 길이가 가변적인 포스 챔버의 실시예를 또한 제공한다.

필요한 경우, 이들 챔버를 형성하는 요소들의 상기 교호 이동이 로터 회전 축과 대체로 평행하지 않도록 포스 챔버를 만들 수 있다. 이 경우, 로터의 작동 및 지지 파트들의 운동학적 연결을 제공하는 로터 요소들의 상기 어셈블리가, 포스 챔버 요소들의 움직임을 로터의 작동 및 지지 파트들에 대해 이동을 전달하기 위해 포스 방향(forces direction)을 변환하는 수단을 포함한다. 포스 방향을 변환하는 상기 수단은 종래 이 분야에서 유사한 목적으로 사용되는 것으로 알려진 지레장치, 캠 또는 다른 요소들을 포함할 수 있다.

도 1a, 1b, 3c은, 베인 챔버(7)에 연결되고, 로터의 지지 및 작동 파트들의 포스 캐비티들(14) 그리고 실링 숄더들(13)을 가지는 캐뉼러형 커넥터들(12)을 포함하는 포스 챔버들(6)을 보여준다. 여기서 실링 숄더(13)는 상기 포스 캐비티에 단부과 함께 장착되어, 로터의 작동 및 지지 파트가 축 방향으로 교호 이동하거나 기울어질 때 포스 챔버를 실링한다.

본 발명에 따르면, 길이가 가변적인 포스 챔버는, 펌핑 압력이 낮거나 없을 때 로터 파트들을 하우징의 커버 플레이트에 눌러 실링하기 위해 예를 들어, 스프링과 같은 유연한 요소를 가진다.

일반적으로, 환상 홈(2)의 트랜스퍼 구역에 형성된 작동 챔버의 베인 내부 캐비티들은 베인 챔버(7)의 트랜스퍼 구역에 그리고 베인(8) 내부에 형성된 캐비티들과 연결되지 않을 수 있다. 이 경우, 이 캐비티들의 압력은 다르게 변화할 것이며 완벽한 밸런싱을 위해서는 그 캐비티들 각각을 길이가 가변적인 상응하는 포스 챔버(6)와 병치시켜야 한다. 그들의 수는 베인 챔버 수로 나눌 수 있을 것이다. 그러나, 포워드 트랜스퍼 리미터(15)(도 4a)를 따라 슬라이딩하는 베인들(8)의 페이스표면들의 자체 실링을 제공하기 위해, 베인 챔버(7)에 있는 캐비티를, 상기 베인과 실링페이스 반대쪽의 베인 페이스 측으로부터 상기 베인이 펌핑 캐비티로 유체를 밀어내는 인접한 베인의 사이에 있는 환상 홈(2)의 그 캐비티로 연결하는 것이 편리하다. 그와 반대로, 유압 모터의 경우에는 유체가 베인을 밀어낸다. 따라서, 일반적으로, 베인(8)을 포워드 트랜스퍼 리미터(15)의 표면에 유체정역학적으로 조이기 위해, 베인 챔버(7)의 상기 캐비티를 상기 베인과 압력이 그보다 높은 접합한 베인들 사이에 있는 환상 홈의 두 캐비티 중 상응하는 캐비티와 연결해야 한다. 이 경우, 베인의 반대 페이스에는 실링표면보다 큰 압력이 가해지고 베인(8)은 유입구와 유출구 간의 압력 차이에 비례하는 압력으로 포워드 트랜스퍼 리미터(15)에 대해 누르게 된다. 베인(8) 표면과 포워드 트랜스퍼 리미터(15) 간의 과도한 마찰 손실을 막기 위해, 상기 베인 표면은 베인과 베인 실링 레지(17)의 반대 표면에 접합한 베인 챔버에 있는 캐비티에 유압적으로 연결된 베인 언로딩 캐비티(16)를 갖게 된다. 베인 언로딩 캐비티와 베인 실링 레지의 형태와 면적은, 트랜스퍼 리미터와 베인의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 표면의 클리어런스의 누출 속도와 포워드 트랜스퍼 리미터상의 베인 페이스의 마찰 손실량 간의 비율 최적화 수단에 의해 좌우되어야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예 중 하나는, 베인 챔버의 상기 캐비티를 포워드 트랜스퍼 리미터상의 베인 슬라이딩 표면의 베인 언로딩 캐비티(16)에 연결하는 관통 채널(18)을 포함하는, 축 방향으로 이동 가능한 베인(8)과, 상기 베인 언로딩 캐비티(16)가 위에서 설명한 베인 내부 캐비티에 연결되도록 만들어진 베인 실링 레지(17)를 제공한다. 본 발명의 또 다른 실시예는, 베인 챔버들의 상기 캐비티들을 환상 홈(2)의 상응하는 베인 태부 캐비티들과 연결하는 로터의 작동 파트에 만들어진 채널들(도 5a의 19)을 제공한다.

이러한 캐비티 연결의 경우, 인슐레이팅되고 트랜스퍼된 볼륨들의 수는 로터의 작동 파트의 베인 챔버 수와 같다. 따라서, 포스 챔버 수도 같을 수 있다.

펌프로서 또는 모터로서 사용할 수 있도록, 전환 가능한 장치 또는 로터 회 전 방향을 변경하지 않고 작동 유체 흐름 방향을 변경할 수 있는 가역 장치의 경우, 작동 모드가 변경될 때, 압력이 높은 캐비티들의 위치가 포워드 트랜스퍼 구역에서 선택된 베인 챔버에 대하여 변경된다. 이 경우, 베인들의 상술한 유압 밀착을 제공하기 위해, 상기 대로 베인 챔버들을 환상 홈에 유압 방식으로 연결하는 채널에 밸브 요소들(69)이 제공되어, 베인 챔버가 상기 베인과 압력이 더 높은 접합한 베인 사이의 환상 홈에 있는 상응하는 캐비티에 연결된다(도 6). 이러한 실시예에서는, 채널들을 통해 베인들 사이의 환상 홈에 있는 캐비티들에 직접 연결되는, 길이가 가변적인 몇몇 포스 챔버를 만들고, 베인 챔버들에 연결된, 길이가 가변적인 다른 포스 챔버들을 만드는 것이 합리적하다. 이러한 연결의 경우, 길이가 가변적인 포스 챔버들의 수는 로터의 작동 파트의 베인 챔버들 수의 두 배로 선택하는 것이 합리적하다. 이 경우, 포워드 트랜스퍼 리미터(15)에 슬라이딩하는 베인 실링 레지들(17)이 베인 언로딩 캐비티들(16)을 환상 홈(2)의 접합한 두 베인 내부 캐비티들로부터 분리한다. 베인 언로딩 캐비티들이 상기 채널들의 벽들에 의해 묶인, 베인의 관통 채널들의 실시예도 제공된다.

길이가 가변적인 상기 포스 챔버의 압력은, 항상 환상 홈의 상응하는 캐비티의 압력과 같다. 포스 챔버 측으로부터 유체 압력 포스로 하우징의 작동 커버 플레이트 측으로부터 로터의 작동 파트에 가해지는 유체 압력 포스의 밸런싱을 유지하려면, 로터의 작동 파트와 하우징의 작동 커버 플레이트 사이의 압력 포스 분포 구성을 기반으로 포스 챔버들의 크기, 형태 및 위치를 선택해야 한다. 상기 압력 포스는, 작동 챔버 캐비티에 있는 유체와, 압력이 다른 작동 챔버들의 접합 캐비티들 사이를 흐르는 유체와, 페이스 시일 클리어런스를 통해 작동 챔버의 캐비티들 밖으로 흐르는 유체 모두에 형성된다.

본 발명은 백워드 트랜스퍼 인슐레이션을 위한 로터 수단의 두 가지 실시예를 제공한다.

백워드 트랜스퍼 구역과 포워드 트랜스퍼 구역의 첫 번째 실시예에서는, 베인들의 페이스 표면들의 지점들(spots)의 상응하는 트랜스퍼 리미터 표면과의 슬라이딩 접촉에 의해 인슐레이션이 제공된다. 이 경우, 로터의 작동 파트를 하우징의 작동 커버 플레이트로부터 밀어내는 작동 유체의 압력 포스의 기하학적 분포를 결정하는 로터의 작동 파트와 하우징의 작동 커버 플레이트 사이의 캐비티들과 상응하는 시일들의 구성은 두 트랜스퍼 구역에서 유사하며, 포스 챔버들의 필요한 특성을 쉽게 결정하게 한다. 그러나, 이 경우, 선택한 베인 챔버에 대해 압력이 더 크고 가장 가까운 베인 내부 캐비티의 위치는, 가역 또는 변환 가능 장치들의 포워드 트랜스퍼 구역에 대해 위에서 설명한 대로 포워드 트랜스퍼 구역과 백워드 트랜스퍼 구역에 대해 다를 것임을 고려해야 한다. 따라서, 베인 챔버들의 유압 밀착을 위한 환상 홈과 베인 챔버들을 유압 연결하는 실시예와 포스 챔버들의 실시예는 그러한 장치에 대해 위에서 설명한 실시예와 유사하다.

두 번째 설계 실시예에서 포워드 트랜스퍼 구역(도 4a의 B)의 작동 챔버 내의 인슐레이션은 베인(8)의 포워드 트랜스퍼 리미터(15) 표면의 슬라이딩 접촉에 의해 제공되며, 백워드 트랜스퍼 구역(도 4b의 D)의 작동 챔버의 인슐레이션은 로터 페이스의 환상 홈 저부의 한 지점의 백워드 트랜스퍼 리미터(21) 표면과의 슬라 이딩 접촉에 의해 제공된다. 이 경우, 상응하는 포스 챔버들에 연결된 환상 홈의 캐비티들 그리고 상응하는 시일들의 구성은 일반적으로 포워드 트랜스퍼 구역과 백워드 트랜스퍼 구역에 대하여 동일하지 않다. 결과적으로, 하우징의 작동 커버 플레이트 측으로부터 로터의 작동 파트에 가해지는 유체의 압력 포스들은 포워드 및 백워드 트랜스퍼 구역의 트랜스퍼된 볼륨의 동일한 압력과 값이 다를 수 있다. 또한, 로터의 작동 파트에 가해지는 이러한 포스들의 중심들은, 로터의 동일한 단편에 가해지는 경우, 변경된다. 로터의 작동 파트에 가해지는 유체 압력 포스 중심의 변경 값은, 베인 페이스의 실링표면의 치수 및 위치 그리고 서로에 대한 환상 홈 저부의 그 지점에 따라 좌우된다.

일정한 포스 챔버 구성으로 두 구역 모두의 작동 챔버 측으로부터 로터의 작동 파트에 대한 영향의 밸런싱을 유지하기 위해, 로터의 요홈 저부 표면의 실링 지점의 영역을 최소화하고, 이들 파트의 베인 페이스표면의 실링 지점에 대한 접근을 최대화하여 환상 홈 캐비티들의 기하학적 특성 변화를 최소화하는 방법이 제공된다. 이를 위해, 베인들 사이의 환상 홈 저부의 표면은 저부 언로딩 캐비티들(22)과 실링 레지들(도 4b의 23)을 가진다. 상기 저부 실링 레지는, 백워드 트랜스퍼 리미터와 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하며, 백워드 트랜스퍼 구역(D)의 인접한 트랜스퍼된 볼륨을 나눈다.

가역 또는 변환 가능 장치의 경우, 본 발명의 바람직한 실시예(도 7)는, 인접한 두 베인 챔버들(7) 사이의 모든 환상 홈 저부의 모든 지점이 두 개 이상의 실링 레지(23) 그리고 그들 레지 사이에 하나의 언로딩 캐비티(22)를 갖는 저부 언로 딩 캐비티들과 실링 레지들의 실시예에 대한 것으로서, 이 경우 백워드 트랜스퍼 구역에서 상기 저부 언로딩 캐비티는 상기 두 개의 저부 실링 레지들의 가장 가까운 두 베인 챔버들(7)의 백워드 트랜스퍼 리미터(21)와의 슬라이딩 인슐레이팅 접촉으로 분리된다. 이 경우, 국부적 압력 밸런싱 수단은 모든 저부 언로딩 캐비티(22)가, 가장 가까운 각거리면에서(with regard to closest angular distance) 가장 가깝고 길이가 가변적인 그 포스 챔버(6)에 연결되기 위해 통과하는 로터의 작동 파트의 채널들(24)을 포함한다. 그들의 교차 치수들(cross dimensions)이 저부 언로딩 캐비티들의 치수와 유사하거나 같기까지 한 채널들(24)의 실시예도 제공된다. 후자의 경우, 상기 저부 언로딩 캐비티들은 상기 채널들의 벽들에 의해 경계가 정해진다.

유입 및 유출 포트에 대한 압력이 높은 캐비티들의 고정 위치를 가지는 장치의 경우, 인접한 두 베인 챔버 사이에 있는 환상 홈 저부의 모든 지점이 하나의 언로딩 캐비티를 가지며, 포워드 트랜스퍼 구역의 상기 저부 언로딩 캐비티를 압력이 높은 캐비티 및 언로딩 캐비티와 분리하는 베인이 있는 상기 두 베인 챔버 중 첫 번째 베인 챔버에 접합한 하나의 실링 레지가 상기 두 번째 베인 챔버에 연결되도록 되어 있다. 도 7은, 예를 들어, 상응하는 표면들의 인접한 지점에서 가능한 서로 가까운 위치에 있는 베인 실링 레지(17)와 인접 저부 실링 레지(23)를 보여준다.

저부 언로딩 캐비티 및 실링 레지에 대해 설명한 실시예에서, 포스 챔버 치수를 선택하여 두 트랜스퍼 구역 모두에서 로터의 작동 파트의 축 밸런싱을 유지할 수 있다. 하우징의 작동 커버 플레이트 측으로부터 로터의 작동 파트에 가해지는 압력 포스의 중심을 이동하면, 로터의 작동 파트를 로터 회전 축과 수직을 이루는 축 주위로 회전시키려는 가변적인 압력 포스 모멘트가 발생한다. 따라서, 포스 챔버들이 하나의 시프트(a shift)와 함께 위치하여, 포워드 및 백워드 트랜스퍼 구역에서 발생하는 포스 모멘트들이 서로 보상한다.

로터의 작동 파트의 페이스표면과 하우징의 작동 커버 플레이트의 상응하는 표면들 사이에 실링을 제공하기 위해, 로터의 작동 파트가 하우징의 작동 커버 플레이트의 실링 요소를 약하게 누르도록 로터 내부에 있는 포스 챔버의 형태와 치수를 선택하는 것이 합리적이다. 필요한 압축을 제공하기 위해, 길이가 가변적인 모든 포스 챔버의 단면적 합계는, 하우징의 작동 커버 플레이트와 로터의 작동 파트와의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 접합 특성 그리고 구역에 의존하는 값에 대해 로터의 작동 파트의 회전 축과 수직을 이루는 평면에 대한 환상 홈의 돌출부 구역을 초과해야 한다. 예를 들어, 상기 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 표면 사이의 플랫(flat) 클리어런스의 경우 압력 포스 밸런스를 계산하려면 상기 환상 홈 돌출 구역에 상기 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 구역의 50% 이상을 추가해야 한다. 상기 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 표면 사이의 비플랫 인슐레이팅 표면 및 클리어런스의 경우 상기 환상 홈의 돌출 구역의 합계를 계산할 때 하우징의 작동 커버 플레이트와 로터의 작동 파트와의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 구역을 곱하는 계수는 경험적으로 결정할 수 있다.

상기 구역 초과의 최소 필수 값은 로터의 작동 및 지지 파트의 필수 교호 이 동을 제공하기 위해 극복해야 하는 마찰 손실과 길이가 가변적인 포스 챔버의 탄성 요소의 탄성을 고려하여 결정된다. 상기 마찰 손실에는 포스 챔버의 임베디드 엘레멘트 및 컨테이닝 엘레멘트와 각속도가 동일한 조인트와 같이 토크를 전달하는 로터 요소 사이의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 포인트에서의 마찰력이 포함된다.

로터의 지지 파트 밸런싱 유지: 지지 캐비티와 국부적 압력 포스 밸런싱 수단.

로터의 지지 파트(도 1b의 4)는 축 길이가 가변적인 포스 챔버들(6) 측으로부터 하우징의 지지 커버 플레이트 (5)의 상응하는 표면으로의 대칭 포스들에 노출된다. 따라서, 로터의 작동 및 지지 파트들이 움직여 떨어져서 하우징의 상응하는 실링표면들과 접하게 된다.

포워드 트랜스퍼 리미터(15) 또는 백워드 트랜스퍼 리미터(21) 반대쪽에 있는 포스 챔버들을 포함하여 길이가 가변적인 포스 챔버들(6) 각각은, 국부적 압력 포스 밸런싱 수단을 통해 로터의 작동 파트(1)의 가장 가까운 작동 챔버(2)의 캐비티와 로터의 지지 파트(4)의 지지 단부 표면들과 하우징 (5)의 지지 커버 플레이트(5) 표면들 사이에 구속되어 있는(confined) 가장 가까운 지지 캐비티(25)에 유압적으로 연결된다.

본 발명에서 국부적 압력 포스 밸런싱 수단들은, 한 세트의 채널들을 의미하며, 서로 통하는 캐비티들은, 축 길이가 가변적인 포스 챔버들이 그것을 통해 각각 작동 챔버내의 상기 위치의 캐비티와 상기 위치의 지지 캐비티에 유압적으로 연결 되는 다양한 유압 회로들의 하나의 매니폴드를 형성한다. 이 경우 로터의 작동 및 지지 파트들의 유압 밸런싱 관점에서 볼 때 포스 챔버의 압력은, 로터 회전의 여하한 각도에서도, 그리고 유압장치의 용적효율관점에서 용인될 수 있는 여하한 캐비티 또는 포스 챔버로부터의 여하한 누출에 대해서도 그 포스 챔버에 유압식으로 연결된 캐비티들의 상응하는 압력과 대체로 동일하다. 상기 채널들과 캐비티들은 로터와 하우징에 모두 만들어질 수 있다. 후자의 경우, 하우징의 채널과 캐비티는 로터 회전중 로터의 채널과 캐비티에 연결된다.

아래에서 설명하는 하우징 포스 클로저가 있는 장치에 대한 다양한 실시예의 경우, 본 발명의 바람직한 실시예는 로터의 채널들과 캐비티들(도 5b)에 의해 구현되는 국부적 압력 포스 밸런싱 수단을 제공한다. 이 경우 국부적 압력 포스 밸런싱 수단의 유압 회로는, 로터의 작동 파트(1)의 환상 홈(2)을 축 길이가 가변적인 포스 챔버(6)와 연결하는 로터의 작동 파트의 채널들, 예를 들어, 상기 포스 챔버(6)에 직접 연결된 베인들(8)과 베인 챔버들(7)에 있는 채널들(18)과 포스 챔버들(6)의 관통 채널들(26)을 포함하며, 포스 챔버들(6)을 지지 캐비티들(25)에 연결하는 로터의 지지 파트의 채널들(27)도 포함한다.

아래에서 설명하는 로터 포스 클로저가 있는 장치에 대한 다양한 실시예에서, 본 발명의 바람직한 실시예는, 하우징에 채널(27-1)과 캐비티(25)가 있는 로터의 채널들과 캐비티들의 조합(combination)(이 경우 로터의 작동 파트의 환상 홈을 하우징의 지지 커버 플레이트(5)와 로터의 지지 파트(4) 사이의 지지 캐비티들에 연결)으로 만든 국부적 압력 포스 밸런싱 수단(도 5c, 5d, 5e)을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 지지 캐비티들(25)은 로터의 지지 파트(4)에 만들어진다. 도 5b, 8a, 8b에서, 로터의 지지 파트의 지지 캐비티들은 채널들(27 또는 27-1)에 의해 커넥터(12)에 채널(26)이 있는 로터 내부의 포스 챔버들(6)에 연결된다. 따라서, 모든 지지 캐비티의 압력은, 실링표면 결함, 단부 실링부의 클리어런스 크기 및 지지 캐비티들로부터 그리고 그들간의 상응하는 누출과 독립적으로 축 길이가 가변적인 상응하는 포스 챔버의 압력과 로터의 작동 파트의 작동 챔버의 상응하는 캐비티의 압력과 항상 일치한다. 상기 누출은, 하우징의 지지 커버 플레이트와 로터의 지지 파트의 지지 캐비티들의 인슐레이팅 수단과의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 접합 특성에 좌우된다. 지지 캐비티들의 이들 인슐레이팅 수단은 캐비티들간의 인슐레이팅 댐(57)을 포함하고; 하우징 지지 플레이트에 대한 그들의 접합 특성은 지지 캐비티들과 주변 단부 실링부들(58) 간의 누출을 결정하며, 하우징 지지 플레이트에 대한 그들의 접합 특성은 지지 캐비티들로부터 배출구로의 누출을 결정한다(도 1b).

하우징의 지지 커버 플레이트와 지지 캐비티 인슐레이팅 수단과의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 구역을 고려하는, 로터의 지지 파트의 외측 단부에 있는 지지 캐비티들(25)의 위치, 형태 및 면적과 그 안의 압력 분포는, 길이가 가변적인 포스 챔버로부터 로터의 지지 파트에 가해지는 압력포스가 지지 캐비티들로부터의 압력에 의해 대체적으로 밸런싱을 이룸으로써, 인슐레이션에 필요한 하우징의 상응하는 실링 요소들에 대한 로터의 지지 파트의 적은 압력만 남기도록 선택된다. 따라서, 지지 캐비티들은 실제로 로터의 지지 파트를 언로딩하는 역할을 수행하게 된다. 본 발명은 또한 길이가 가변적인 포스 챔버에 직접 연결된 지지 캐비티들을 가지는 실시예를 제공한다.

하우징의 지지 커버 플레이트에 대한 로터의 지지 파트의 필요한 인슐레이션 압착(pressing)을 제공하기 위해, 길이가 가변적인 포스 챔버들의 총 단면적은, 상응하는 중량 비율로 곱한, 지지 캐비티들의 총 인슐레이션 수단의 총면적을 합한, 로터의 지지 파트의 회전 축과 수직을 이루는 평면의 지지 캐비티 돌출부의 총면적을 초과하며, 여기서 상응하는 중량 비율은, 로터 회전 각도 면적의 평균과, 하우징의 지지 플레이트와 로터의 지지 파트의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 표면들의 접합 특성의 평균에 의해 좌우되며(예를 들어, 플랫 표면의 경우, 로터의 작동 파트에 대한 위의 설명과 같이, 50%). 필요한 최소 구역 초과는 또한 포스 챔버들의 탄성 요소들의 탄성과, 로터의 작동 및 지지 파트들의 필요한 상호 이동을 위해 극복되어야 하는 위에서 설명한 마찰력에 좌우된다.

선택된 베인 이동 유형에서 베인 챔버에 캐비테이션을 생성하지 않는 회전 속도 및 흡입 압력의 범위로 작동하는 유압 모터 또는 펌프로서의 장치의 실시예의 경우, 지지 커버 플레이트는 캐비티를 갖지 않을 수 있다. 아래에서는, 캐비티들을 분산시킴으로써 캐비테이션 가능성을 줄이기 위한 하우징의 커버 플레이트의 변형에 대해 설명한다.

로터의 지지 파트의 지지 캐비티 수는 로터의 작동 파트의 베인 챔버 수와 같거나 그 배수이다.

바람직한 실시예에서는, 지지 캐비티의 수는 길이가 가변적인 포스 챔버 수 그리고 로터의 작동 파트의 베인 챔버 수와 같고, 지지 캐비티 면적과, 상응하는 인슐레이팅 수단의 하우징의 지지 커버 플레이트의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 면적의 절반의 합계는 백워드 트랜스퍼 구역의 로터의 작동 파트의 환상 홈에 형성된 반대 캐비티의 면적과 상응하는 인슐레이션 수단의 하우징의 작동 플레이트와의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 면적의 절반의 합계와 같다.

특별한 경우, 로터의 지지 파트는 베인 챔버들에 있는 베인들과 하나의 환상 홈을 가진다. 환상 홈을 막는 베인은 그 환상 홈을 분리된 지지 캐비티들로 나누며, 이 캐비티들의 국부적 압력은, 국부적 압력 밸런싱 수단에 의해 길이가 가변적인 포스 챔버들과 작동 챔버의 상응하는 캐비티들의 국부적 압력과 밸런싱을 이룬다.

이 경우, 지지 커버 플레이트의 표면에는 포워드 및 백워드 트랜스퍼 리미터들이 포함될 수 있다. 또한 로터의 지지 파트와 하우징의 지지 커버 플레이트 사이에 있는 환상 홈에 제2 작동 챔버가 형성된다. 상기 제2 작동 챔버는 미국 특허 US 3348494호에 기술되어 있듯이 제1 작동 챔버와 대칭적으로 또는 러시아 특허 RU 2215903호에 기술되어 있듯이 비대칭적으로 만들 수 있다. 후자의 경우, 로터 장치가 가역동작을 수행할 수 있는데, 즉, 입력 샤프트 회전 방향을 변경하지 않고 유체 흐름의 방향을 변경할 수 있다. 대칭적이라는 용어는, 모든 로터 위치에서의 압력 포스들의 대칭으로 간주된다. 제2 환상 홈의 크기는, 위에서 설명한 로터의 지지 파트의 밸런스를 전제로 제1 환상 홈과 다를 수 있다. 지지 캐비티의 인슐레이팅 수단은 하우징의 지지 커버 플레이트의 포워드 트랜스퍼 리미터를 따라 표면들 이 슬라이딩하는 베인과, 하우징의 지지 커버 플레이트의 백워드 트랜스퍼 리미터를 따라 슬라이딩하는 로터의 백워드 트랜스퍼 인슐레이팅 수단을 포함한다. 위에 설명한 로터의 작동 파트 변형체와 유사하게, 로터의 작동 파트의 베인들은 베인 언로딩 캐비티들과 베인 실링 레지들을 포함할 수 있고, 로터의 백워드 트랜스퍼 인슐레이팅 수단은 베인들 또는 유사한 저부 언로딩 캐비티들과 저부 실링 레지들을 가지는 로터의 지지 파트의 환상 홈 저부의 일부를 포함할 수 있다.

로터의 두 파트에 모두 환상 홈과 베인 챔버가 있고 하우징의 두 커버 플레이트에 모두 트랜스퍼 리미터들이 있는 장치의 경우, 로터 파트들에 대한 “작동” 및 “지지” 파트의 정의는 종래부터 사용되는 정의로서 용어의 통일성을 위해 사용된다.

본 발명은 또한 하우징의 작동 커버 플레이트에 여러 쌍의 포워드 및 백워드 트랜스퍼 리미터가 있는 실시예를 제공한다. 각 리미터 쌍은 그에 따라 유입 및 유출 포트에 연결된 환상 홈에 한 쌍의 흡입 및 펌핑 캐비티를 더 형성한다. 이러한 다중 사이클(multicycle) 장치의 베인 구동 메커니즘은, 로터가 한 번 회전할 때 모든 베인이 각각 환상 홈에 대하여 모든 재배치 주기로 수행되고 하우징의 작동 커버 플레이트에 많은 쌍의 리미터가 만들어지도록 구성된다.

다중 사이클 실시예는 위에서 설명한 두 개의 환상 홈(로터의 작동 및 지지 파트에 있음)이 있는 장치에 적용가능하다. 이러한 장치에서, 하우징의 작동 커버 플레이트와 지지 커버 플레이트는 동일한 수의 백워드 및 포워드 트랜스퍼 리미터를 갖는다. 본 발명은 로터의 작동 및 지지 파트에 있는 환상 홈에 형성된 흡입 및 펌핑 캐비티들의 대칭 및 비대칭 위치를 모두 제공한다.

따라서, 상기 실링표면 접합 특성으로 결정되는 누출에 영향을 받지 않는 상기 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트들의 표면의 접합 특성의 경우, 로터의 작동 및 지지 파트에 가해지는 하우징의 상응하는 커버 플레이트로부터 작동 유체의 가변적인 압력포스는 포스 챔버로부터 가해지는 작동 유체의 동일한 가변 압력포스에 의해 대체로 밸런싱을 이루게 된다. 단부 실링에 필요한 작은 압착은 매우 작게 적절히 유지될 수 있다.

국부적 압력 밸런싱 수단은 흐름 구역이 넓고 유압 저항이 작은 채널들(27)을 함축하며, 이는, 부유 미세 입자에 의한 방해가 실제적으로 불가능하며 상술한 압력 포스 밸런스에 대한 작동 유체의 부유 미세 입자의 영향을 제거한다. 본 발명의 특정 실시예에서, 채널들(27)의 횡단면 치수는 지지 캐비티들(25)의 횡단면 치수와 같거나 유사하다.

국부적 압력 포스 밸런싱 수단의 상기 특성으로 인해, 예를 들어, 마모로 인한 인슐레이팅 표면의 국부적 결함으로 인해 상이한, 트랜스퍼된 볼륨들에서의 분산된 국부적 압력의 분산이 아무리 크더라도 로터 파트들의 밸런싱은 큰 방해를 받지 않는다.

이 분야의 통상적 지식을 가진 자라면 심각한 밸런싱 불균형(imbalance)의 원인을 제거함으로써 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 면적을 크게 줄일 수 있음을 알 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 로터 회전 축과 수직을 이루는 평면에 대한 지지 커버 플레이트와 로터의 지지 파트의 지지 캐비티들의 인슐레이팅 수단 의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 총 돌출부의 총 면적은 지지 캐비티들의 면적의 합계보다 현저히 작으며; 로터 회전 축과 수직을 이루는 평면에 대한 하우징의 작동 커버 플레이트와 로터의 작동 파트의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 돌출부의 총면적은 동일한 평면에 대한 로터의 작동 파트의 환상 홈의 돌출부의 면적보다 현저히 작다. 따라서, 국부적 결함이 있는 경우 하우징의 커버 플레이트와 로터 파트들의 슬라이딩 실링 콘택트들의 클리어런스에서의 압력 포스 분포 변화(distribution of pressure changes in clearances)가 여하간에, 모든 로터 파트에 가해지는 압력 포스 밸런스에 대한 이러한 변화의 영향은 작아진다.

흡입 캐비티 반대쪽에 있는 지지 커버 플레이트에 분포 흡입 캐비티를 구현하면, 상기 분포 흡입 캐비티로서의 상응하는 베인 챔버에 다른 베인 챔버를 통해, 또는 로터나 하우징의 채널들을 통해 작동 챔버의 흡입 캐비티(28)의 유압적 연결을 제공하므로, 흡입캐비티가 캐비테이션에 대한 경향을 낮춘다. 흡입 캐비티에서는, 도 9와 같이 여러 베인이 동시에 다른 단계의 속도 증가 또는 저하 상태에(at different stages of acceleration or slowdown) 있다. 흡입 캐비티의 베인 챔버(7)들은 포스 챔버(6)를 통해 상기 분포 흡입 캐비티(28-1)로 연결되며, 결과적으로 채널들(27)에 의해 로터의 지지 파트의 지지 캐비티들(25)로 연결되어 관통 유압 회로를 만든다. 채널(27) 및 상기 유압 회로의 다른 구성 요소의 유압 저항은 낮다. 따라서, 분배 흡입 캐비티를 사용하여 이 경우 이 베인들의 채널(18)이 병렬로 연결된다. 유체는, 축 속도가 빠른 베인의 채널들이 아닌 축 속도가 느린 베인의 채널들을 통해 축 속도가 빠른 베인의 베인 챔버로 흐름시킴으로써 상기 베인 챔버의 압력강하를 감소시킨다. 이 경우, 최대 자체 흡입 속도의 증가 정도는, 흡입 캐비티에 동시에 있는 베인의 수에 따라 좌우된다. 채널들이 베인 내부가 아닌 베인 사이의 로터에 만들어져있는 경우, 병렬 채널들 및 분배 캐비티를 통해 돌출된 베인을 대체하기 위해 베인 챔버로 흐르는 유체 재분산의 영향은 동일하다. 최대 자체 흡입 속도를 여러 번 증가시킬 수 있다는 것은 분배 캐비티를 갖는 펌프의 중요한 이점이다. 하우징내의 하나의 채널에 의해 분배 캐비티와 흡입 포트를 연결하면 캐비테이션 없이 궁극적인 로터 회전 속도가 더 증가한다. 분배 펌핑 캐비티가 펌핑 캐비티의 반대쪽에 만들어지고 하우징의 채널에 의해 펌핑 포트와 연결되면 펌프의 유압 손실이 감소된다.

캐비테이션 발생 경향을 극복하고 궁극적인 자체 흡입 속도를 증가시킬 수 있는 또 다른 방법은 베인 이동 유형을 변경하는 것이다. 베인의 축 방향 이동이 어떤 축(예를 들어, 로터 회전 축과 평행하는 축) 주위의 베인 회전으로 대체되면, 베인회전을 인플레이스하기 위한 (as to inplace the turning vane) 베인 채널들 또는 병렬 채널들이 필요없게 되고, 유체가 현저한 압력 강하 없이 흐름 구역이 넓은 베인 챔버에서 그 주위를 흐른다. 이러한 수단을 구현하려면, 하우징보다는 로터 포스 클로저가 있는 유압 장치를 사용하는 것이 편리하다. 다음은 두 가지 아키텍처 유형 간의 차이점과 그러한 베인 이동을 구현하는 샘플에 대한 보다 자세한 설명은 아래에서 찾을 수 있다.

하우징 포스 클로저와 변형 방지 챔버 .

위의 설명은, 하우징의 작동 및 지지 페이스 커버 플레이트들 사이에 로터가 만들어지고 로터의 외부 페이스표면들에 작동 챔버와 지지 캐비티들이 만들어진 로터 장치의 실시예에 대한 것이다. 로터와 각 로터 파트(작동 파트와 지지 파트)에 가해지는 작동 유체의 축 방향 압력이 서로 밸런싱을 이루어 각 로터 파트에 압력을 가한다(compress). 강철 장치의 경우 압축 변형(compression deformation)을 무시할 수 있다. 이러한 장치에서는 유체 스트레칭 압력포스의 축 구성 요소가 하우징에 가해진다. 본 발명에서는 이러한 구조를 하우징 포스 클로저가 있는 로터 장치라고 한다.

로터 장치 내부로부터 각 커버 플레이트에 작용하는 압력 포스는 역압 포스로 인해 외부로부터 밸런싱되지 않는다. 펌핑 압력이 높은 경우, 커버 플레이트와 커버 플레이트를 연결하는 하우징의 요소들과 커버플레이트들이 변형되어 페이스 시일의 품질에 영향을 주기 시작한다. 본 발명에서는 높은 압력에 대비하기 위해, 하우징 커버 플레이트들의 인슐레이팅 표면 변형을 예방하는 유체정역학적 수단을 제공한다.

상기 유체정역학적 수단에 대한 한 가지 실시예(도 10)에서, 하우징의 페이스 커버 플레이트들은 두 가지 요소, 즉, 자체적으로 작동 유체의 압력포스를 떠맡는 외부 하중지지 요소(29)와 상응하는 로터 파트와 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는 내부 기능 요소(30)로 구성된다. 펌핑 캐비티 반대쪽에 있는 이 요소들 사이에 채널(32)을 통해 펌핑 캐비티에 연결되는 변형 방지 챔버(31)가 만들어진다. 변형 방치 챔버의 형태, 치수 및 위치는 변형 방지 챔버(31) 측으로부터의 유체 압력포스 에 의해 로터 측으로부터 하우징 커버 플레이트에 있는 내부 기능 요소(29)의 유체 압력포스를 보상하도록 선택된다. 결과적으로, 커버 플레이트의 외부 하중지지 요소(29)가 압력포스와 그 압력포스에 의한 변형을 받는다. 작동 유체 압력포스로부터 언로드된 내부 기능 요소는 변형되지 않고 실링표면의 형태와 시일의 품질을 유지한다. 변형 방지 챔버(31)는 경계(perimeter)를 따라 실링되어 커버 플레이트의 하중지지 요소(29)가 변형되어도 이 챔버에서 누출이 발생하지 않는다.

로터 장치의 하우징 커버 플레이트와 하우징 포스 클로저를 연결하는 요소는 두 가지 실시예에서 만들 수 있다. 첫 번째 실시예는, 커버 플레이트 사이에 공간을 가지는 배럴(barrel)과 같은 중공체(hollow body)로서의 링킹 요소를 제공한다(도 2a,2b). 본 발명은 또한, 하우징의 링킹 요소(33)가 베어링(34)에 장착되고 하우징의 페이스 커버 플레이트(3, 5) 사이에 있는 로터 내부를 통과하는 보빈과 같은 하우징(도 2c)을 제공하며, 커버 플레이트는 조임 너트(35)를 통해 하우징의 링킹 요소(33)에 연결된다.

로터 포스 클로저 .

로터 포스 클로저와 로터 장치의 상기 하우징 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트들의 하이징 표면들의 변형을 막기 위한 유체정역학적 수단에 대한 또 다른 실시예도 있다. 로터는, 환상 홈에서 작동 유체 압력포스의 반경방향성분(radial components)를 취하므로, 충분히 튼튼하고 견고하게 만들어진다.

로터 포스 클로저가 있는 장치는, 하우징의 작동 및 지지 커버 플레이트를 로터의 작동 파트와 지지 파트 사이에 있는 하우징의 하나의 작동 유닛(an operational unit)으로 조합시킴으로써(provide for combination), 로터의 작동 파트의 작동 페이스표면은 하우징 작동 유닛의 작동 커버 플레이트 표면과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉되며, 로터의 지지 파트의 지지 페이스표면은 하우징 작동 유닛의 지지 커버 플레이트 표면과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉된다.

하우징 작동 유닛을 일체화된 것(an integral part)으로 만들 수 있다. 이러한 실시예의 경우, 작동 커버 플레이트의 기능은 로터의 작동 파트의 작동 페이스표면과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉되는 작동 유닛의 그 페이스표면에 의해 수행되며, 지지 커버 플레이트의 기능은 로터의 지지 파트의 지지 페이스표면과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉되는 작동 유닛의 마주보는 페이스표면에 의해 수행된다. 이후, 그러한 하우징 작동 유닛의 상응하는 파트들은 하우징의 작동 및 지지 커버 플레이트로 간주된다.

본 발명은 그러한 실시예에서, 로터의 작동 및 지지 파트를 운동학적으로 연결하는 위에서 설명한 로터 요소들 어셈블리에 하우징 작동 유닛의 커버 플레이트로부터 로터의 작동 및 지지 파트를 밀어내려고 하는 작동 유체의 스트레칭 압력포스가 전달되는(transferred) 하나의 로터 링킹 유소가 포함되도록 한다. 상기 링킹 요소는 길이가 가변적인 포스 챔버들을 통해 로터의 두 파트에 모두 연결되거나, 상기 포스 챔버들을 통해 로터 파트들 중 하나와 연결되고 다른 로터 파트와는 견고히 결합될 수 있다.

본 발명의 한 가지 실시예에서는, 로터가, 로터 링킹 요소(37)의 지름이 작 은 중간 파트(medium part)에 의해 연결되는 지름이 큰 두 개의 개별 파트들(36)을 갖는 보빈과 유사한 형태를 갖는다(도 2d, 2e, 2f, 2g). 작동 챔버는 지름이 더 큰 하나의 파트 또는 두 파트 모두의 내부 페이스표면에 있다.

작동 유체의 펌핑과 흡입은, 하우징 작동 유닛(38)에 있는 채널들을 통해 실현된다. 수중 펌프의 실시예의 경우에는, 흡입 채널이 있을 수 없다. 작동 유닛의 외부 페이스표면은, 하우징 포스 클로저가 있는 펌프들에서 하우징의 작동 및 지지 커버 플레이트들의 내부 기능 요소와 동일한 기능을 수행한다. 그 중 하나 이상에 백워드 트랜스퍼 리미터와 포워드 트랜스퍼 리미터가 있다.

그러한 발명 실시예에서, 로터는 서로에 대해 이동 가능한 두 개 파트, 즉, 베인(8)과 환상 홈(2)이 있는 베인 챔버(7)를 포함하는 작동 파트(1), 그리고 지지 캐비티(25), 또는 작동 챔버가 두 개인 실시예의 경우, 환상 홈과 베인을 포함하는 지지 파트(4)로 유사하게 구성할 수 있다. 상기 로터 파트들 중 첫 번째 파트는, 로터 링킹 요소와 견고하게 결합되는데, 예를 들어, 견고한 보빈으로 만들어지며, 두 번째 파트는 로터 링킹 요소의 중간 파트에 놓이고 길이가 가변적인 포스 챔버를 통해 첫 번째 파트에 연결되는 환상 요소로 만들어진다. 도 2d는 로터의 작동 파트가 환상 요소로 만들어진 장치를 나타내고, 도 2g는 로터의 지지 파트가 환상 요소로 만들어진 장치를 나타낸다.

도 2e는 로터의 두 파트 모두에 두 개의 작동 챔버가 있고 두 세트의 베인이 있으며, 로터 파트 중 하나가 환상 요소로 만들어져있는 로터의 실시예를 보여준다. 모두 하우징 작동 유닛(38)의 페이스표면인 하우징의 두 커버 플레이트에는 포 워드 트랜스퍼 리미터(15)와 백워드 트랜스퍼 리미터(21)가 있다. 이 경우, 로터 파트들과 하우징 커버 플레이트들에 대한 “작동” 및 “지지"라는 정의 또한 상대적이며, 용어를 통일하기 위해 사용된다.

도 2f는 보빈으로 만들어진 로터의 개별 운반(carrying) 요소(39)를 갖는 로터 실시예를 나타낸다. 로터의 작동 파트(1)와 지지 파트(4)는 그러한 운반 요소의 중간 링크 파트에 장착된다. 이 경우, 길이가 가변적인 포스 챔버들(6)은 이 제3 운반 요소의 내부 페이스들과 로터의 하나 또는 두 파트(작동 또는 지지 파트) 사이에 만들 수 있다.

이러한 장치에서, 작동 유체의 압력포스의 스트레칭 성분들(stretching components)은 충분히 견고한 그들 로터 파트 또는 변형으로 누출에 영향을 주지 않는 로터의 그 파트들에 떠맡는다.

로터 포스 클로저가 있는 장치의 경우, 로터의 지지 파트를 사용하여 작동 챔버와 베인 챔버 간에 작동 유체를 교환하기 어려우며, 그 이유는 그에 필요한 로터 내부 채널의 길고 복잡한 형태 때문이다. 따라서, 이러한 기계의 경우 베인의 이동 특성과 베인 형태를 변경하는 방법으로 캐비테이션 발생 경향을 극복하는 것이 합리적이다.

도 2g는 로터의 작동 파트가 보빈으로 만들어진 장치의 실시예를 나타낸다. 그러한 구조에서, 베인 구동 메커니즘을 위치시키려면, 로터의 작동 파트(1)의 후면 페이스 및 그와 인접한 하우징 파트(40)를 사용할 수 있다. 베인(8)은 로터의 작동 파트(1)의 베인 챔버(7)에 있으며, 로터 회전 축(9)과 평행한 축(41) 주위를 회전할 수 있다. 각 베인에는 로터의 작동 파트(1)의 후면 페이스를 통과하는 축 레지(42)가 있다. 축 레지(42)에는, 캠 가이딩 슬롯(44)에서 로터 회전시 슬라이딩하고, 베인을 회전시키는 피봇 아암(pivoted arm)(43)이 있어서, 포워드 트랜스퍼 영역에서는 베인이 환상 홈(2)을 닫고 백워드 트랜스퍼 구역에서는 베인이 환상 홈에서 베인 챔버(7)로 이동한다. 베인 회전으로 인해 생성되는 유체의 흐름은 캐비테이션을 발생시킬 수 있는 현저한 압력 포스 저하를 발생시키지 않는다. 그러한 구조에서는 작동 챔버가 깊어져 동일한 치수에서 변위가 증가할 수 있다. 로터와 하우징의 실링표면 지름에 대한 작동 챔버 깊이의 비율이 증가하면 그 결과 총 파워에서 마찰 손실 부분이 감소하고 결과적으로 유압 장치의 효율성이 향상된다.

로터 포스 클로저가 있는 장치의 하우징 작동 유닛은 유체의 대칭적 압력포스의 영향을 받으며, 일반적으로 밸런싱이 유지되어 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 들의 그 표면들의 변형을 방지할 수 있는 효율적인 수단이 된다. 하우징에 그것을 장착하는 유형은 펌프 작동 챔버에서 유체가 들어오고 나갈 수 있어야 하며, 로터 회전 축을 중심으로 하우징에 대한 작동 유닛의 회전을 막아야 한다(하우징 자체는 전체 유압 장치 시스템의 랙에 대하여 회전할 수 있다).

하우징 작동 유닛과 로터 파트들 사이에서 캐비티 압력의 밸런싱을 유지하기 위해, 로터의 지지 파트(4)의 지지 캐비티들(25), 로터 내부의 포스 챔버들(6), 베인 챔버들(7) 및 작동 챔버의 캐비티들을 연결하는 채널이 장치에 포함된다. 이러한 채널들은 중간 로터 링킹 파트를 통과하도록 로터에 만들 수 있다. 로터 포스 클로저가 있는 장치에 대한 바람직한 실시예는, 포워드 트랜스퍼 리미터와 백워드 트랜스퍼 리미터를 포함하여 하우징의 작동 유닛(38)에 채널들(27-1)을 제공한다. 이 경우, 트랜스퍼 구역에 있는 하우징 작동 유닛(38)의 관통 채널(27-1)은, 트랜스퍼된 인접 볼륨들과 흡입 및 펌핑 캐비티들 간의 작동 유체 흐름을 막도록 만들어야 한다. 즉, 상응하는 트랜스퍼 리미터의 인슐레이팅 표면과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는 베인 실링 레지(17) 또는 저부 실링 레지(23)는, 상응하는 지점을 통과하는 작동 유닛(38)의 상기 관통 채널(27-1)을 완전히 닫아야 하며, 로터의 작동 파트(1) 측의 환상 홈(2) 저부나 베인(8)의 표면으로 닫힌 포워드 트랜스퍼 리미터(15) 또는 백워드 트랜스퍼 리미터(21)의 채널은 동시에, 로터의 지지 파트(4)의 하우징 작동 유닛(38)의 지지 커버 플레이트(5)의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트에 의해 닫힌다.

본 발명은 또한, 로터 포스 클로저가 있고, 지지 캐비티(25)가 로터의 지지 파트(4)의 지지 페이스가 아닌 하우징의 작동 유닛(38)의 지지 커버 플레이트에 만들어져있는 장치의 실시예를 제공한다(도 5c, 5e, 5f). 그러한 실시예의 지지 캐비티 인슐레이팅 수단에는, 로터의 지지 파트에 대한 그 접합특성이 지지 캐비티들 간의 누출을 결정하는, 하우징내의 캐비티들 사이의 파티션들과, 그리고 또한 로터의 지지 파트에 대한 그 접합특성이 지지 캐비티에서 배출구로의 누출을 결정하는 주변 인슐레이팅 표면을 포함한다.

지지 캐비티들의 로터의 지지 파트와의 인슐레이션 수단과의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 구역을 고려하는 하우징 작동 유닛의 지지 커버 플레이트상의 이들 지지 캐비티들의 위치, 형태 및 면적, 그리고 그 안의 압력분포는, 로터의 지지 파 트를 하우징 작동 유닛의 지지 커버 플레이트 쪽으로 누르려는, 길이가 가변적인 포스 챔버들에 들어 있는 작동 유체의 압력포스가, 로터의 지지 파트가 인슐레이팅에 필요한만큼 하우징의 상응하는 실링 요소들에 약간만 압착하는, 지지 캐비티들 측으로부터의 압력과 대체로 밸런싱을 유지하도록 선택된다.

이러한 캐비티의 반지름은, 로터의 지지 파트의 상기 대체적인 밸런싱을 제공하도록 선택되고, 상응하는 아크 치수는, 트랜스퍼된 인접 볼륨들과 흡입 및 펌핑 캐비티 간에 작동 유체 누출을 막도록 선택된다. 즉, 하우징 작동 유닛(38)의 인슐레이팅 표면과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는 채널(27) 사이의 댐(도 5e)을 포함하여 로터의 지지 파트(4)의 인슐레이팅 표면들은, 상응하는 지점을 통과하는 작동 유닛(38)의 상기 지지 캐비티들(25)을 완전히 닫아야 한다. 도 5c, 5f에 나타난 실시예에서, 로터의 지지 파트(4)의 지지 페이스표면에는 캐비티가 없을 수 있다. 하우징 작동 유닛의 지지 커버 플레이트에 있는 상기 지지 캐비티들(25)은 로터의 작동 파트(1)의 작동 챔버에 있는 각거리 캐비티(angular distance cavities)에 의해 상기 채널(27-1)을 통해 인접한 캐비티와 유압적으로 연결되어, 포워드 트랜스퍼 리미터(15)와 백워드 트랜스퍼 리미터(21)에 만들어지고, 로터의 작동 파트(1) 측으로부터 환상 홈(2) 저부 또는 베인(8) 표면에 의해 차단된 각 채널(27-1)은, 지지 캐비티(25)에 연결되며, 이 캐비티는 로터의 지지 파트(4)의 하우징 작동 유닛(38)의 지지 커버 플레이트(5)와의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트에 의해 동시에 폐쇄된다.

본 발명의 특정 실시예에서 채널들(27-1)의 횡단면 치수는 지지 캐비티 들(25)의 횡단면 치수와 같거나 유사하다(도 5e).

보빈이 아닌 중공체(배럴)로 만들어진 로터 포스 클로저가 있는 장치의 또 다른 실시예도 가능하며(도 2h), 이 장치는 로터의 개별 페이스 파트들(46)을 연결하는 중공 실린더(45)로 만들어진 중간 파트를 포함하는 로터 링킹 요소(37)가 포함되어, 로터 내부에 하우징 작동 유닛(38)이 장착되는 공간이 형성된다. 이 경우, 하우징 작동 유닛은 로터의 개별 페이스 파트들(46) 중 하나를 축이 통과하는 샤프트(47)를 사용하여 하우징에 장착된다. 로터에 대해 제안되는 그러한 솔루션은 보빈 로터에 제안되는 솔루션과 유사하다.

길이가 가변적인 포스 쳄버(6)에 들어 있는 작동 유체의 압력이 로터의 작동 파트(1)와 지지 파트(4)를 서로 가깝게 이동시키고 압력의 밸런싱을 유지하여 하우징 작동 유닛(38)에서 또는 서로 상응하는 파트를 밀어내도록 상응하는 포스 챔버 세트로 직접 로터의 지지 및 작동 파트를 연결할 수도 있다(도 2i).

설명한 대로 길이가 가변적인 포스 챔버들로 기울기를 포함한 로터 파트의 교호 이동시 밀폐성(hermiticity)을 유지할 수 있으므로, 그러한 장치의 로터의 포스챔버들을 하우징 작동 유닛의 반대쪽에 있는 작동 또는 지지 파트에 장착했을 때, 주요 기능 이외에 하우징 포스 클로저가 있는 장치의 변형 방치 챔버와 유사하게 작동 유체 압력포스의 축 성분들(axial components)의 영향으로 상응하는 로터 파트의 인슐레이팅 표면의 변형을 막는 기능을 수행한다. 따라서, 압력포스들은 포스 챔버를 지지하는 로터 링킹 요소의 외부 파트를 변형시키며, 인슐레이팅에 있어 그러한 변형은 중요하지 않다.

로터 포스 클로저가 있는 구조의 경우 로터가 복잡해지지만 하우징 구조를 크게 단순화하고 경량화할 수 있다. 이는, 그러한 구조를 예를 들어, 로터와 하우징이 모두 집합체의 랙에 대하여 회전해야 하는 엔진이 두 개 이상인 기계식 변속기탑재의 펌핑 모터 유닛으로 사용되는 경우에 중요할 수 있다. 로터 외부 페이스에서의 베인 구동 메커니즘의 위치와 베인 이동 특성 변경으로 작동 챔버의 상대적 깊이와 장치 효율성을 향상시키고 베인 챔버들에서 캐비테이션 발생 근원을 제거할 수 있다.

설명한 본 발명 실시예에서, 국부적 압력 밸런싱을 유지하는 수단에는 로터의 한 세트의 채널이 포함되며, 일부 실시예의 경우 하우징, 특히 하우징 작동 유닛의 채널들이 포함된다. 본 발명의 특정 실시예의 구조에 따라, 로터내의 상기 채널 세트에는 길이가 가변적인 포스 챔버들을 로터의 작동 파트의 환상 홈과 연결하는 채널 또는 길이가 가변적인 포스 챔버들을 지지 캐비티들과 연결하는 채널들 또는 지지 캐비티들을 로터의 작동 파트의 환상 홈과 연결하는 채널들 또는 나열한 채널의 조합이 포함된다. 상기 로터 채널들에는 베인 챔버들, 베인의 채널들 및 포스 챔버들의 채널들이 포함될 수 있다.

본 발명은 또한 길이가 가변적인 포스 챔버가 환상 홈(도 5f) 또는 지지 캐비티들(도 2j)에 직접 연결되는 실시예를 제공한다. 후자의 경우, 로터의 작동 파트(1)의 환상 홈(2)에 직접 연결되는 로터의 작동 파트(1)의 포스 캐비티들(14)의 형태인 컨테이닝 엘레멘트들, 로터의 지지 파트(4)와 지지 커버 플레이트(5) 사이의 지지 캐비티들(25)에 직접 연결된 로터의 지지 파트(4)의 포스 캐비티들(14) 및 상기 포스 캐비티들에 배치된 커넥터들(12) 형태의 임베디드 요소들로 구성되는 길이가 가변적인 포스 챔버들(6)이 있는 장치의 실시예가 제공된다. 그러한 실시예에서, 국부적 압력 밸런싱 유지를 위한 수단에는 상기 포스 챔버(6)와 환상 홈(2)의 직접 연결로 형성되는 로터의 개구부들(도 2j의 48), 커넥터(12)의 채널(26) 및 포스 챔버(6)와 지지 캐비티(25)의 직접 연결로 형성되는 개구부들(48-1)이 포함된다. 로터 포스 클로저가 있는 그러한 장치의 실시예에서 국부적 압력 밸런싱 유지를 위한 수단에는, 상술한 바의 포스 챔버(6)의 환상 홈(2)의 직접 연결로 형성되는 로터의 개구부들(48)과 환상 홈(2)을 지지 캐비티들(25)에 연결하는 하우징의 작동 유닛(38)의 채널들(27-1)이 포함된다.

제안 솔루션의 개요

위와 같이, 페이스 시일들의 마찰 그리고 캐비테이션으로 인한 소산 에너지 손실의 원인을 제거하는 설명한 솔루션의 핵심은 다음과 같다.

로터는 길이가 가변적인 포스 챔버들을 통해 연결되는 작동 파트와 지지 파트로 구성되어, 포스 챔버의 길이가 변경되면 하우징의 작동 및 지지 커버 플레이트들의 상응하는 실링표면과의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트를 제공하는 데 필요한 로터의 작동 및 지지 파트의 약간의 상호 축 방향 이동 및 기울기를 가져온다. 하우징의 지지 커버 플레이트와 로터의 지지 파트 사이에는 지지 캐비티들이 만들어진다.

국부적 압력의 밸런싱을 유지하는 수단은, 모든 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 들의 표면들의 접합 특성 그리고 그와 연결된 누출들에 관계 없이, 작동 챔버의 캐비티들과 상응하는 지지 캐비티들의 압력과 동일한 압력을 모든 포스 챔버들에 제공한다. 포스 챔버들과 지지 캐비티들의 형태, 치수 및 위치를 선택할 수 있으므로, 로터의 두 파트 모두의 마주보는 페이스들에 작용하고 상응하는 위치에서 파트들 각각의 밸런싱을 유지하는 압력포스의 반사에 가까운 대칭식 분포(a close to reflection symmetric distribution)가 형성된다. 페이스 시일들에 인슐레이션을 제공하는 데 필요한 하우징 커버 플레이트들에 대한 로터 파트들의 압착은 합리적인 범위 내에서 임의의 작은 수준으로 할 수 있다. 이 압착(pressing)을 결정하는 상기 압력들의 동일성은, 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트들의 표면들의 접합 특성의 변경에 의해, 구체적으로 실링표면들의 국부적인 결함들의 발생에 의해 교란되지 않는다.

이 경우, 유닛들의 하나, 로터나 스테이터(본 발명에서는 대부분 하우징으로 지칭)중 하나가 스스로 작동 유체의 압축 압력포스들을 떠맡으며, 동시에 다른 유닛이 작동 유체의 압착압력포스들을 받도록 만들어진다. 작동 유체의 스트레칭 압력포스들을 받는 유닛에서 축 방향 압력포스들의 영향을 받아 변형되는 요소들은 압력을 통과시킴으로써 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트를 제공하는 플랫 표면들이 있는 요소들로부터 분리된다.

하우징 포스 클로저가 있는 펌프들에서, 로터의 지지 파트의 채널들과 하우징의 지지 커버 플레이트에 있는 분배 캐비티를 통해 베인 챔버들과 포스 챔버들로 유체가 흡입된다.

상기 채널들은 흐름 단면이 넓어 유체 흐름에 따른 압력이 현저한 압력강하를 일으키지 않으며, 부유 입자의 영향을 받지 않는다.

로터 포스 클로저가 있는 펌프 로터의 외부 페이스를 사용하여 회전형으로 베인이 움직이는 베인 구동 메커니즘을 만들 수 있어 베인 챔버내의 압력이 현저히 강하되지 않는다.

본 발명의 하나의 실시예에 대한 상세 설명

본 발명의 실시예들의 하나의 구조와 그 동작에 대해 자세히 설명하기 위해, 중공 실린더(≪배럴≫) 형태의 하우징 포스 클로저(force closure to the housing)와 하나의 작동 환상 홈이 있는 로터 슬라이딩 베인 장치의 실시예를 생각하기로 한다.

본 발명 실시예의 로터 슬라이딩 베인 장치(도 1a, 1b, 2a, 2b, 9, 10)는 두 개의 메인 유닛; 즉, 하우징과 하우징 내부에 설치된 회전 가능한 로터를 포함하여 구성된다.

로터에는 베인 챔버들(7)을 가지는 작동 파트(1)가 포함되고, 이 베인 챔버들에는 상기 작동 파트의 작동 페이스표면에 만들어지고, 관통 채널들(18)이 있는 베인들(8)을 가지는 베인 챔버들(7)에 연결되는 일정한 직사각형 모양의 횡단면의, 환상 홈(2)이 포함된다.

하우징(40)은 유입 포트(49) 및 유출 포트(50) 그리고 페이스 작동 및 지지 커버 플레이트들(3)(5)로 구성되고, 각 플레이트는 하중지지 요소(29)와 내부 기능 요소(30)로 구성된다. 또한, 상기 하중지지 및 기능 요소들과, 지지 커버 플레이트의 기능 요소에 만들어진 인슐레이팅 댐들(57)로 나뉘어진 흡입 및 펌핑 분배 캐비티들(28-1)(51-1) 사이에 만들어지고 유출 포트(50)에 연결된 변형 방지챔버들 (31)이 있다.

이 장치의 작동 챔버는 환상 홈(2)의 내부 표면들에 의해 방사형 방향으로, 그리고 하우징의 작동 커버 플레이트(3)의 내부 표면과 환상 홈의 저부(20)에 의해 축 방향으로 경계지워진다. 작동 챔버에는, 포워드 트랜스퍼 리미터(15)와 백워드 트랜스퍼 리미터(21)가 형성되어 있으며, 흡입 캐비티(28)가 형성되어 유입 포트(49)에 연결되고 펌핑 캐비티(51)가 형성되어 유출 포트(50)에 연결된다. 흡입 및 펌핑 캐비티들은 각각 하우징의 작동 커버 플레이트(3)의 채널(52, 53)을 통해 유입 및 유출 포트들에 상응하게 연결된다.

작동 유체의 트랜스퍼 중에 장치에서 발생하는 과정을 고려할 때, 흡입 영역(A), 포워드 트랜스퍼 영역(B), 펌핑 영역(C) 및 백워드 트랜스퍼 영역(D)의 4 영역으로 나뉜다.

흡입 영역(A)은 흡입 캐비티(28)의 위치에 해당하고 펌핑 영역(C)은 펌핑 캐비티(51)의 위치에 해당한다. 포워드 트랜스퍼 영역(B)은 흡입 영역(A)과 펌핑 영역(C) 사이에 위치한다. 이 영역에서는 베인(8) 사이의 작동 챔버와 작동 챔버에 연결된 로터 캐비티들에 들어 있는 유체가 흡입 영역(A)에서 펌핑 영역(C)으로 운반된다. 백워드 트랜스퍼 영역(D)에서는 펌핑 영역(C)에서 나온 유체의 일부가 다시 흡입 영역(A)으로 운반된다.

포워드 트랜스퍼 리미터(15)는 하우징의 작동 커버 플레이트에 장착되고, 포워드 트랜스퍼 영역(B)의 작동 챔버에 위치하며, 환상 홈(2)으로 이동하는 베인들(8)의 페이스표면과 슬라이딩 접촉하여, 적어도 하나의 베인 내부 캐비티(62)를베인들에 의해 흡입 캐비티(28) 및 펌핑 캐비티(51)로부터 분리할 가능성을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 리미터를 축 방향으로 이동 가능하게 만들 수 있다. 축 방향으로 이동하는 경우, 포워드 트랜스퍼 영역에 있는 작동 챔버의 단면적이 변화하고 그에 따라 장치의 변위(displacement)가 변화한다. 장치의 축 방향 운동을 제어하려면 포워드 트랜스퍼 리미터의 구동 메커니즘이 필요하다. 고정 변위 장치의 경우, 상기 포워드 트랜스퍼 리미터는 하우징의 작동 커버 플레이트에서 평평한 인슐레이팅 지점으로서 만들어질 수 있다.

백워드 트랜스퍼 리미터(21)는 하우징의 작동 커버 플레이트(3)에 장착되고, 백워드 트랜스퍼 영역(D)의 작동 챔버에 위치하며, 백워드 트랜스터의 로터 인슐레이션 수단과, 즉, 환상 홈(2)의 내부 표면과 슬라이딩 접촉하여 작동 챔버의 흡입 캐비티(28)와 펌핑 캐비티(51)를 분리시킨다.

베인 구동 메커니즘(54)은 베인들(8)의 사이드 로브들(side lobes)(56)이 그 안에서 슬라이딩하는 가이드 캠 슬롯(44)의 하우징(40) 캐리어(55)에 장착된 캠 메커니즘으로 만들어진다. 캠 슬롯의 프로파일이 로터 회전시 베인들의 축 방향 이동 특성을 결정한다. 베인 구동 메커니즘은 회전시 로터의 작동 파트(1)에 대해 베인(8)의 주기적 이동을 제어하여 흡입 영역(A)의 베인들(8)이 베인 챔버들(7)로부 터 환상 홈(2)으로 축 방향으로 이동하여, 포워드 트랜스퍼 영역(B)에서는 작동 챔버의 횡단면을 폐쇄하며, 펌핑 영역(C)에서는 환상 홈(2)으로부터 베인 챔버들(7)로 나와 백워드 트랜스퍼 영역(D)에서 작동 챔버의 횡단면을 개방시킨다.

포워드 트랜스퍼 리미터(15)에는 슬롯(63)이 있는 록킹해제(unlocking) 섹션이 형성되어 있다(도 1b). 이 슬롯의 치수와 위치는, 환상 홈에서 베인 챔버로의 축 방향 이동을 시작함으로써 베인의 페이스들에서 압력 포스 밸런싱을 제공하도록 선택된다.

본 발명의 다른 실시예는 다른 베인 이동 특성을 가질 수 있다. 환상 홈의 횡단면의 폐쇄 각도를 주기적으로 변경하는 로터에 대한 모든 유형의 베인 이동이 용인가능하다. 예를 들어, 축 방향 이동 구조 이외에, 방사형 및 회전형 베인이 이동과 이러한 이동의 조합에 의한 구조가 가능하다. 변위가 가변적인 펌프의 경우, 상기 메커니즘은, 축 방향으로 이동 가능한 포워드 트랜스퍼 리미터에 운동학적으로 연결되어야, 포워드 트랜스퍼 영역에 있는 작동 챔버의 단면적 변화에 상응하는, 베인 챔버들로부터 환상 홈으로 이동하는 베인들의 각도 변화를 제공할 수 있다.

로터는 또한 외부 페이스에 지지 캐비티들(25)을 갖는 지지 파트(4)를 포함하여 구성된다(도 1b). 상기 지지 캐비티들은 지지 캐비티 인슐레이션 수단, 즉, 댐(57)과 주변 페이스 시일들(58)의 평평한 표면으로 인슐레이팅되며, 이는 하우징의 지지 커버 플레이트(5)의 기능 요소(30)의 평평한 인슐레이팅 표면과 상기 평평한 표면이 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트 상태가 되므로 가능하다.

상기 로터의 작동 파트와 지지 파트는 각각 하우징의 작동 커버 플레이트(3)와 지지 커버 플레이트(5)에 있는 베어링(34)에 장착되며, 조인트 수단(61)에 의해 유입 샤프트(60)에 연결되어, 동시에 회전하지만 축 방향으로는 거의 회전하지 않으며, 상기 로터의 두 파트에 대해 모두 하우징의 상응하는 커버 플레이트들과의 슬라이딩 인슐레이팅콘택트를 제공하기에 적어도 충분하도록 서로에 대해 기울어진다.

로터는 또한 로터의 작동 파트(1)와 로터의 지지 파트(4) 사이에 있는, 길이가 가변적인 포스 챔버(6)를 포함하여 구성된다. 본 장치의 실시예에서, 상기 포스 챔버들은 서로 마주보는 로터의 작동 파트(1)와 로터의 지지 파트(4)의 표면에 만들어진 포스 캐비티들(14)과, 장착되어 상기 포스 캐비티들에서 슬라이딩할 수 있는 캐뉼러형 커넥터들(12)에 의해 형성된다. 캐뉼러형 커넥터에는 실링 숄더들(13)이 있다. 그들의 형태, 위치 및 치수는 로터의 지지 파트가 로터의 작동 파트에 대해 축 방향으로 이동하고 기울어지는 전체 범위 내에서 포스 챔버들이 인슐레이팅되도록 선택된다. 길이가 가변적인 포스 챔버에는 압력이 없는 경우 실링을 제공하도록 스프링들(59)이 설치된다. 모든 포스 챔버(6)의 길이를 동일하게 변경하면 로터의 작동 파트(1)와 로터의 지지 파트(4)가 교호 이동하고, 포스 챔버(6)마다 길이를 다르게 변경하면 로터의 작동 파트(1)와 로터의 지지 파트(4)의 상호기울임으로 된다.

본 장치의 실시예의 국부적 압력 밸런싱 수단에는, 베인 챔버들(7), 작동 챔버의 상기 캐비티들(28, 51 및 62) 각각이 로터의 작동 파트의 포스 캐비티들(14) 에 연결되기 위해 통과하는 베인의 채널들(18), 로터의 지지 파트의 포스 캐비티들(14)이 지지 캐비티들(25)에 연결되기 위해 통과하는 채널들(27) 및 커넥터들(12)의 채널들(26)이 포함된다. 상기 채널들은 유압 저항이 적어서, 작동 챔버로부터의 허용되는 최대 누출에 해당하는 상기 채널 중 임의의 채널을 통과하는 작동 유체의 흐름 속도에서, 이 채널 내의 압력강하는, 대체로, 예를 들어, 명목(nominal) 펌핑 압력보다 몇백 배 낮다. 따라서, 임의의 로터 회전 각도에서 로터 파트들에 작용하는 압력포스의 밸런싱의 관점에서, 포스 챔버의 지지 캐비티와 그것에 연결된 작동 챔버의 캐비티에서의 국부적 압력은, 상기 임의의 캐비티로부터의 허용되는 임의의 누출 수준과 대체로 같다.

환상 홈으로 움직이는 베인의 페이스들은, 포워드 트랜스퍼 리미터와 슬라이딩 접촉 상태에서 포워드 트랜스퍼 베인 내부 캐비티들(62)을 폐쇄하는 베인 실링 레지들(17)을 갖는다.

환상 홈(2)의 저부(20)에는, 백워드 트랜스퍼 리미터와의 슬라이딩 접촉 상태에서 베인들 및 베인 챔버들(7)의 채널들(18)을 통해 포스 챔버들(6)에 연결되는 저부 언로딩 캐비티들(22)을 폐쇄하는 저부 실링 레지들(23)이 있다. 본 장치 실시예에서, 저부 실링 레지들(23)의 슬라이딩 표면의 면적은 베인 실링 레지(17)의 슬라이딩 표면의 면적과 같다.

지지 캐비티들(25)의 수는 베인 챔버들(7)의 수와 같다. 지지 캐비티들(25)은 타원형이고, 반지름 폭은 환상 홈(2)의 반지름 폭과 같다. 지지 캐비티들(25) 영역과 댐(57) 영역의 합계는 환상 홈(2)의 저부의 면적과 같다. 댐들(57)의 슬라 이딩 표면들의 면적들은 저부 실링 레지들(23)의 슬라이딩 표면들의 면적과 같고, 하우징의 지지 커버 플레이트(5)의 인슐레이팅 표면들과 주변 페이스 시일들(58)의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트들의 면적은 하우징의 작동 커버 플레이트 (3)와 로터의 작동 파트(1)의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트들의 상응하는 면적들과 같다. 지지 캐비티들(25)은 환상 홈(2)의 반대편에 위치하고, 댐들(57)은 저부 실링 레지들(23)의 반대편에 위치한다.

길이가 가변적인 포스 챔버들(6)의 수는 베인 챔버들(7)의 수와 같다. 길이가 가변적인 포스 챔버들(6)의 횡단면은 원형이다. 포스 챔버들(6)의 횡단면들의 합계는 환상 홈(2)의 저부의 면적과 하우징의 작동 커버 플레이트와 로터의 작동 파트의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 면적의 1/2의 합계보다, 로터의 작동 파트(1)와 지지 파트(4)를 하우징의 상응하는 커버 플레이트들(3, 5)에 대해 작게 압착하기에 충분하고, 인슐레이션을 위해 충분한 값만큼 크다.

상술한 장치 실시예의 동작

펌프로 작동하는 것으로 위에서 설명한 로터 슬라이딩 베인 장치의 동작과 로터의 작동 및 지지 파트에 가해지는 작동 유체의 압력포스의 밸런스를 설명하기로 한다. 위에서 설명한 베인들의 유압 밀착 차이에 맞게 수정된 유압 모터에 대하여도 동일한 주장이 유효하다. 흡입, 포워드 트랜스퍼, 펌핑 및 백워드 트랜스퍼로 구성되는 전체 주기를 고려하려면, 이동시 선택된 하나의 베인의 베인 챔버에 트랜스퍼로(at transference) 연결된 캐비티들로 형성되는 단일 트랜스퍼된 볼륨을 고 려해야 한다. 먼저 고려해야 할 순간은 흡입 영역의 시작 위치에서의 선택된 베인의 위치이다. 로터 파트들에 가해지는 압력들의 밸런스는 트랜스퍼된 볼륨의 그에 인접한 실링 클리어런스들에서의 일정한 국부적 압력들을 토대로 고려해야 한다. 이 펌프는 다음과 같이 작동한다;

로터의 1회 회전과 동일한 주기의 최초 모멘트에서, 선택 베인이 백워드 트랜스퍼 영역과 흡입 영역의 경계에 위치한다.

입력 샤프트(도 2a의 60)가 회전하면, 그 토르크가 조인트들(61)을 통해, 로터의 작동 파트(1)와 지지 파트(4)로 전달되어 그들이 하우징(40)에 대하여 회전하도록 한다.

로터가 회전하면(도 1a, 2b의 9), 베인(8)의 사이드 로브(56)가 가이드 캠 슬롯(44)을 따라 슬라이딩하는 그러한 형태로, 흡입 영역(A)에서 베인이 베인 챔버(7)로부터 환상 홈(2)으로 이동한다. 지지 커버 플레이트(5)의 흡입 분배 캐비티(28-1)와 채널(52), 지지 캐비티(25) 및 로터의 지지 파트의 채널(27)을 통과하고, 포스챔버(6)의 캐뉼러형 커넥터(12)를 통과하는 작동 유체는 베인(8)의 이동에 의해 비워진 베인 챔버(7)내의 공간을 채운다. 그외에, 유체의 일부는 베인(8)의 채널(도 9의 18)과 흡입 분배 캐비티에 연결된 다른 베인들의 유사한 채널들을 통해 베인 챔버의 비운 볼륨으로 이동한다. 베인 챔버에서 이동하여 베인(8)에 의해 비워진 베인 챔버(7)의 공간을 채우는 상기 유체는, 환상 홈(2)의 베인(8)의 일부에 의해 대체된 볼륨을 보상한다. 하우징의 지지 커버 플레이트(5)의 분배 캐비티(28-1)와 채널들(52, 27)이 있어, 베인(8)이 움직일 때 유체가 베인(8)의 베인 챔버(7)를 채우기 위해 통과하는 덕트의 유압 저항이 감소하며, 그에 따라 펌프의 캐비테이션 경향을 감소시키고 최대 자체 흡입 속도를 증가시킬 수 있다.

포스 챔버에 들어 있는 작동 유체의 압력이 낮거나 0인 경우, 포스 챔버의 포스 캐비티들은 스프링(도 2a의 59)에 의해 슬라이드되어 분리된다. 포워드 트랜스퍼 영역(B)의 돌출된 베인은 그 실링 레지(17)에 의해 포워드 트랜스퍼 리미터(15)와 슬라이딩 접촉 상태가 되어, 로터 회전 방향 앞부분으로부터 앞의 베인(8')의 실링 레지에 의해 폐쇄되는 포워드 트랜스퍼의 베인 내부 캐비티(도 9의 62) 뒷부분으로부터 닫힌다. 포워드 트랜스퍼 영역의 로터의 지지 파트의 인슐레이팅 댐(57)은, 하우징의 지지 커버 플레이트들의 평평한 인슐레이팅 댐(64)과 슬라이딩 접촉 상태가 되어, 로터 회전 방향 앞부분으로부터 앞의 댐(57')에 의해 폐쇄되는 지지 캐비티(25) 뒷부분으로부터 닫힌다. 길이가 가변적인 포스 챔버(6)는 캐뉼러형 커넥터(12)의 실링 숄더들(13)에 인슐레이팅된다. 따라서, 베인 내부 캐비티(62), 베인(8)의 채널(18), 베인 챔버(7), 포스 챔버(6)의 캐비티들(14) 및 채널(26), 로터의 지지 파트(4)의 지지 캐비티(25)와 채널(27)의 볼륨들을 포함하는 현재 트랜스퍼된 볼륨(65)은 포워드 트랜스퍼 영역에서 닫히게 된다.

로터가 회전할 때, 이러한 현재 트랜스퍼된 볼륨(65)은 포워드 트랜스퍼 영역(B)에서 흡입 영역(A)으로부터 펌핑 영역(C)으로 이동한다. 상기와 같이 트랜스퍼된 볼륨들 간의 작동 유체의 내부 누출로 인해, 그 트랜스퍼된 볼륨이 펌핑 영역쪽으로 이동하여, 그 안의 압력이 증가한다. 압력 증가 특성은 로터 회전 속도, 유출 압력, 인슐레이팅 콘택트들의 접합 특성(즉, 포워드 트랜스퍼 영역의 모든 실링 표면 간의 클리어런스와 상응하는 표면의 국부적 결함 존재)에 따라 영향을 받으며 이러한 특성은 상이한 트랜스퍼된 볼륨마다 다를 수 있다. 그러나, 베인(8)의 채널(18), 로터의 지지 파트의 채널(27) 및 캐뉼러형 커넥터(12)의 채널(26)의 하나의 매니폴드로서의 국부적 압력 밸런싱 수단으로 인해, 선택된 트랜스퍼된 볼륨을 형성하는 상기 모든 캐비티들(62, 18, 7, 14, 27 및 25)의 압력은 동일하다. 상술한 트랜스퍼된 볼륨에 포함된 포스 챔버(6)의 유체 압력이 증가함에 따라, 로터의 작동 및 지지 파트들에 가해지는 포스들의 밸런스에서 유체의 유체정역학적 포스들이 보다 중요해지며, 스프링(도 2a의 59) 역할의 중요성은 적어진다. 환상 홈(2)의 치수, 이 경우 하우징의 작동 커버 플레이트의 실링 숄더들(도 1b의 66) 너비에 의해 결정되는 로터의 작동파트의 하우징의 작동 커버 플레이트와의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 면적, 그리고 포스 챔버들(6)의 치수는, 베인 내부 캐비티들(62) 측으로부터 로터의 작동 파트에 작용하는 유체의 압력포스들이, 로터의 작동 파트(1)를 하우징의 작동 커버 플레이트(3)에 대해 압착하는데 필요한 최소 압력을 제공하기 위해 선택한 작은 값만큼 포스 챔버들(6)로부터의 압력포스보다 작도록 선택된다. 상기 압력 포스 차이의 값은, 포스 챔버들 그리고 로터 파트들의 샤프트와의 조인트 커플링들의 마찰력을 고려하여 선택된다. 유사하게, 로터의 지지 파트의 지지 캐비티들(25)의 치수 및 형태와 하우징의 지지 커버 플레이트(5)의 실링 숄더들(도 1a의 67)의 치수는, 지지 캐비티들(25) 측으로부터 로터의 지지 파트에 가해지는 유체의 압력이, 하우징의 지지 커버 플레이트(5)에 필요한 로터의 지지 파트(4)를 최소로 압착하는데 필요한 압력을 제공하기 위해 선택된 작은 값만큼, 포 스 챔버들(6) 측으로부터의 압력포스들보다 작다. 베인 내부 캐비티들(62), 포스 캐비티들(14) 및 지지 캐비티들(25)의 상호 위치는, 로터의 작동 및 지지 파트들에 가해지는 작동유체의 역압 포스들의 모멘트가 최소화되도록 선택된다. 따라서, 베인 내부 캐비티들 측과 포스 챔버들 측으로부터 로터의 작동 파트에 가해지는 압력포스들은 대체로 균형을 유지한다. 즉, 포스 챔버들 측으로부터 하우징의 작동 커버 플레이트로의 적절한 페이스 실링에 필요한 작은 압착을 제외하고 서로 균형을 유지한다. 지지 캐비티들 측과 포스 챔버들 측으로부터 로터의 지지 파트에 가해지는 압력포스들은 유사한 방식으로 대체로 균형을 유지한다.

포워드 트랜스퍼 영역 끝에서는 앞의 베인(8')의 실링 레지(17)가 포워드 트랜스퍼 리미터(15)의 록킹해제 섹션으로 이동한다. 그와 동시에, 선택된 트랜스퍼 볼륨의 지지 캐비티(25)의 앞의 파티션(57')은 인슐레이팅 댐(64)으로부터 하우징의 지지 커버 플레이트(5)의 펌핑 분배 캐비티(51-1)의 구역으로 이동된다. 여기서, 선택된 트랜스퍼된 볼륨은 펌핑 영역에 연결된다.

선택된 트랜스퍼된 볼륨의 모든 캐비티들과 로터의 지지 파트(4)의 지지 캐비티들(25) 사이의 인슐레이팅 댐들은 펌핑 영역(C)을 통과하여 펌핑 압력을 받게 된다. 포스 챔버들(6), 지지 캐비티들(25)과 하우징의 지지 커버 플레이트(5) 및 작동 커버 플레이트(3)의 실링 숄더들(도 1a, 1b의 66, 67)의 상기 특성으로 인해, 베인 내부 캐비티들(62) 측과 포스 챔버들(60) 측으로부터 로터의 작동 파트에 작용하는 압력과 지지 캐비티들(25) 측과 펌핑 영역(C)의 포스 챔버들(6) 측으로부터 로터(4)의 지지 파트에 작용하는 압력은, 또한 로터 파트들의 하우징의 상응하는 커버 플레이트들에 대한 최소한의 압착에 필요한 최소한의 것을 제외하고는 서로 균형을 유지한다.

그러한 상호 밸런싱 유지로 인해, 로터의 작동 파트와 지지 파트는 축 방향으로 변형되지 않고 실링표면들의 평평한 형태가 유지된다.

그들의 변형이 상응하는 기능 요소들(30)의 변형보다 누출에 대한 영향이 적기 때문에, 유체의 압력포스들은, 변형 방지 챔버들(31)을 통해 하우징의 작동 및 지지 커버 플레이트들의 외부 하중지지 요소들(29)로 전달된다. 그러한 기능 요소들은 하중지지 요소에 대한 압착에 필요한 압력포스들의 큰 부분을 차지하지 않는다. 그들의 실링표면들은 평평한 상태를 유지하여 인슐레이션을 제공한다.

선택한 베인이 펌핑 영역을 통과할 때, 베인의 사이드 로브(56)는 펌핑 영역(C)의 베인이 환상 홈(2)으로부터 베인 챔버들(7)로 이동하는 그러한 형태로 가이드 캠 슬롯(44)을 따라 슬라이딩한다. 이 때, 베인들(8)의 채널(18)과 캐뉼러형 커넥터들(12)의 채널들(26)을 통과하는 작동 유체는, 이동하는 베인(8)에 의해 점유된 베인챔버(7)의 스페이스로부터 유출포트(50)로 변위되어, 환상 홈내의 베인에 의해 비워진 볼륨을 보상한다. 따라서, 펌프 변위는 베인 크기에 영향을 받지 않는다.

백워드 트랜스퍼 구역(D)에서는, 선택된 베인이 베인 챔버로 완전히 이동한다. 로터 회전 방향에 대한 앞부분과 뒷부분에서 선택된 베인에 인접한 환상 홈(2)의 저부 실링 레지들(23)은 펌핑 영역으로부터 백워드 트랜스퍼 영역으로 이동하며, 이 곳에서 백워드 트랜스퍼 리미터의 표면과 슬라이딩 접촉하여, 환상 홈의 저 부 캐비티를 닫는다. 로터의 지지 파트(4)의 인슐레이팅 댐(57)은 백워드 트랜스퍼 영역에서 하우징의 지지 커버 플레이트의 평평한 인슐레이팅 댐(64)과 슬라이딩 접촉 상태가 되어, 앞의 인슐레이팅 댐(57')에 의해 로터 회전 방향으로 앞부분으로부터 폐쇄된 지지 캐비티(25) 뒤로부터 닫힌다. 길이가 가변적인 포스 챔버(6)는 캐뉼러형 커넥터(12)의 실링 숄더들(13)로 인슐레이팅된다. 따라서, 저부 언로딩 캐비티(22), 베인(8)의 채널(18), 베인 챔버(7), 포스 챔버(6)의 캐비티들(14) 및 채널(26), 로터의 지지 파트(4)의 지지 캐비티(25)와 채널(27)의 볼륨들을 포함하는 회귀(recurrent) 백워드 트랜스퍼 볼륨(68)이 백워드 트랜스퍼 영역에서 닫히게 된다.

백워드 트랜스퍼 구역(D)의 이러한 현재 백워드 트랜스퍼 볼륨(68)은 로터가 회전함에 따라, 펌핑 영역(C)으로부터 흡입 영역(A)으로 이동한다. 상기 트랜스퍼된 볼륨이 흡입 영역쪽으로 이동할 때, 인접 트랜스퍼된 볼륨들 간의 작동 유체의 내부 누출로 인해, 그 구역의 압력이 감소한다. 압력 강하의 특성은 로터 회전 속도, 펌핑 압력과 흡입 압력의 차이, 인슐레이팅 콘택트들의 표면들의 접합 특성(즉, 백워드 트랜스퍼 영역의 모든 실링표면 간의 클리어런스)들과 그들 국부적 결함들의 존재)에 의존하며, 이러한 특성은 상이한 트랜스퍼된 볼륨마다 다를 수 있다. 그러나, 베인(8)의 채널(18), 로터의 지지 파트의 채널(27) 및 캐뉼러형 커넥터(12)의 채널(26)의 하나의 매니폴드로서의국부적 압력 밸런싱 수단으로 인해, 그 트랜스퍼된 볼륨을 형성하는 상기 모든 캐비티들(22, 18, 7, 14, 27 및 25)의 압력은 동일하다.

로터의 지지 파트(4)의 지지 캐비티들(25) 및 포스 챔버들(6)의 하우징의 지지 커버 플레이트(5)의 실링 숄더들(67)의 상기 특성으로 인해, 지지 캐비티들(25) 측과 백워드 트랜스퍼 영역(D)의 포스 챔버들(6) 측으로부터 로터의 지지 파트(4)에 가해지는 압력포스들은, 로터의 지지 파트를 하우징의 지지 커버 플레이트에 대해 누르는 데 필요한 최소한 것을 제외하고는 서로 균형을 유지한다.

저부 실링 레지(23), 하우징의 작동 커버 플레이트의 실링 숄더들(66) 및 포스 챔버들(6)의 크기는, 저부 언로딩 캐비티(22) 측으로부터 로터의 작동 파트에 가해지는 유체의 압력포스들이 로터의 작동 파트를 하우징의 작동 커버 플레이트(3)에 대해 최소한으로 누르기 위해 선택된 작은 값만큼 포스 챔버들(6)측으로부터 압력포스들보다 작다. 저부 언로딩 캐비티들(22)과 포스 캐비티들(14)의 상호 위치는, 로터의 작동 파트에 작용하는 작동 유체의 상기 역압 포스들이 최소화되도록 선택된다.

따라서, 선택한 베인이 있는 작동 챔버의 구역에 관계 없이, 그 베인 챔버와 그 베인 챔버에 연결된 로터의 지지 파트의 지지 캐비티 및 포스 챔버의 압력들은, 베인의 채널을 통해 그들이 연결된 작동 챔버의 그 캐비티의 압력과 같다.

지지 캐비티의 인슐레이팅 수단을 고려한 지지 캐비티와 포스 챔버의 포스 캐비티들의 형태, 크기 및 위치는, 상기 동일한 압력에서, 포스 챔버들 측으로부터 각 로터 파트에 가해지는 포스들이 하우징의 상응하는 커버 플레이트 측으로부터 그것에 가해지는 포스들을 초과하도록 선택되며, 그 차이는 로터의 이 파트의 실링표면들을 하우징의 상응하는 커버 플레이트의 기능 요소의 실링표면에 대해 압착하 는데 필요한 값이다.

페이스 실링부들의 파워 마찰 손실은 로터의 파트들을 하우징의 상응하는 커버 플레이트의 기능 요소들에 대해 압착하는 상기 포스값에 의해 결정되며, 그것은 작게 선택될 수 있다. 예를 들어, 마모로 인한 실링표면들의 국부적 결함의 발생 그리고 부유 입자에 의한 작동 유체의 오염은 상기 압착력의 증가를 가져오지 않는다. 베인 챔버내의 압력 강하를 결정하는 채널들의 유압 저항과 최대 자체 흡입 속도는 필요한 로터 회전 작동 속도에 따라 선택할 수 있다.

Claims

유입 포트(49), 유출 포트(50), 작동 커버 플레이트(3) 및 포워드 트랜스퍼 리미터(15)와 백워드 트랜스퍼 리미터(21)가 있는 지지 커버 플레이트(5)를 가지는 하우징(40)과;

베인 챔버(7)가 있는 로터의 작동 파트(1)를 포함하여 구성되는 하나의 로터를 포함하여 구성되고;

상기 파트(1)의 작동 페이스가 하우징에 장착된 베인 구동 메커니즘(54)에 운동학적으로 연결되는 베인들(8)을 포함하는 베인 챔버(7)에 연결된 환상 홈(2)을 가지며;

로터의 작동 파트(1)의 작동 페이스표면과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는 하우징의 작동 커버 플레이트(3)는 환상 홈(2)에 하나의 작동 챔버를 형성하고, 상기 환상 홈은 로터의 백워드 트랜스퍼 인슐레이팅 수단과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는 백워드 트랜스퍼 리미터(21) 그리고 베인들(8)과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는 포워드 트랜스퍼 리미터(15)에 의해, 유입 포트(49)에 유압적으로 연결된 작동 챔버(28)의 흡입 캐비티와 유출 포트(50)에 유압적으로 연결된 작동 챔버(51)의 펌핑 캐비티로 나뉘며;

포워드 트랜스퍼 리미터(15)와 베인 구동 메커니즘(54)은 베인(8)에 의해 작동 챔버의 적어도 하나의 베인 내부 캐비티(62)를 펌핑 및 흡입 캐비티들과 분리할 수 있도록 만들어지는 것으로서;

상기 로터는 또한:

하우징의 지지 커버 플레이트(5)와 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하고 로터 요소 어셈블리에 의해 로터의 작동 파트(1)에 유압적으로 연결되며 길이가 가변적인 포스 챔버(6)를 포함하여, 상기 로터 파트들을 하우징의 상응하는 커버 플레이트와 슬라이딩 인슐레이팅 접촉시킬 수 있도록 최소한 충분하게 로터의 작동 파트(1)에 대해 서로 기울고, 로터의 작동파트(1)에 대해 축 방향으로 이동할 수 있으며, 로터의 작동 파트(1)와 동시에 회전할 수 있는, 로터의 지지 파트(4)를 포함하여 구성되며;

길이가 가변적인 상기 포스 챔버들(6)의 길이의 변경이 로터의 작동파트 및 지지 파트가 상기와 같이 축 방향으로 이동하고 기울어지게 하고;

하우징의 지지 커버 플레이트(5)와 로터의 지지 파트(4) 사이에, 인슐레이팅 수단이 있는 지지 캐비티들(25)이 만들어지며;

작동 챔버의 상기 캐비티들이 각각 국부적 압력 포스 밸런싱 수단을 통해 길이가 가변적인 적어도 하나의 포스 챔버(6) 및 적어도 하나의 지지 캐비티(25)와 유압적으로 통하는, 로터 슬라이딩-베인장치.
제 1항에 있어서, 상기 하우징이, 상기 하우징의 작동 및 지지 커버 플레이트가 로터의 작동 파트와 지지 파트 사이에 위치한 하우징의 작동 유닛(38)으로 결합된(joined) 것으로 만들어져있는, 커버 플레이트들의 인슐레이팅표면들의 변형을 막기 위한, 유체정역학적 수단을 포함하여 구성되는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 2항에 있어서, 상기 로터가 로터 링킹 요소(37)를 포함하며, 상기 로터의 파트들 중 적어도 하나가 상기 링킹 요소에 대해 축 방향으로 이동하고 기울어질 수 있도록 장착되고, 길이가 가변적인 포스 챔버들(6)이 로터의 상기 파트와 상기 로터 링킹 요소(37) 사이에 위치하여, 로터의 상기 파트를 상기 링킹 요소에 운동학적으로 연결하는, 로터 슬라이딩-베인장치.
제 1항에 있어서, 상기 하우징이 커버 플레이트들의 인슐레이팅 표면들의 변형을 막기 위한 유체정역학적 수단을 포함하여 구성되고;

상기 유체정역학적 수단이; 상기 하우징의 커버 플레이트들의 적어도 하나의, 로터의 상응하는 파트와 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는, 기능 요소(30); 상기 커버 플레이트의 하중지지 요소(29); 및 기능 요소와 하중지지 요소 사이에 있고 작동 챔버와 유압적으로 연결되는 적어도 하나의 변형 방지 챔버(31)를 포함하는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 1항에 있어서, 국부적 압력 밸런싱 수단이 로터의 유압 회로들의 하나의 매니폴드로 형성되어, 상기 캐비티들의 상기 연결을 제공하는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 1항에 있어서, 국부적 압력 밸런싱 수단이 로터의 유압 회로들의 하나의 매니폴드와 하우징의 유압 회로들(27-1)의 하나의 매니폴드로 형성되고, 로터의 상기 회로들이 각각 로터 회전 각도에 관계 없이 하우징의 상기 회로 중 적어도 하나와 통하여, 상기 캐비티들의 상기 연결을 제공하는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 5항 또는 제 6항에 있어서, 로터의 유압 회로들의 매니폴드가, 길이가 가변적인 포스 챔버들(6)을 지지 캐비티들(25)에 연결하는 로터의 지지 파트(4)의 채널들(27)을 포함하는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 5항 또는 제 6항에 있어서, 로터의 유압 회로들의 매니폴드가 베인 챔버들(7)을 포함하는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 5항 또는 제 6항에 있어서, 로터의 유압 회로들의 매니폴드가 베인(8)의 채널들(18)을 포함하는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 6항에 있어서, 하우징의 유압 회로들의 매니폴드가 지지 캐비티들(25)을 로터의 작동 파트(1)의 환상 홈(2)에 연결하는 하우징의 채널들(27-1)을 포함하는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 회로들이 각각, 그 안의 압력 강하가, 작동 챔버로부터의 용인되는 최대 누출보다 적은 작동 유체 흐름 속도에서 장치의 명목 작동 압력보다 1% 미만이 되도록 선택된 유압 저항을 가지는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 1항에 있어서, 길이가 가변적인 포스 챔버(6)가, 교호 이동할 수 있도록 장착된 컨테이닝 엘레멘트들(11)과 임베디드 엘레멘트들(10)로 형성되고, 임베디드 엘레멘트들(10)의 외벽들이 컨테이닝 엘레멘트들(11)의 내벽들과 슬라이딩 인슐레이팅 접촉되어, 로터의 상기 파트들이 상기와 같이 축 방향으로 교호 이동 및 기울 때 포스 챔버들(6)의 실링을 제공하는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 1항에 있어서, 하우징의 작동 커버 플레이트(3)로부터 로터의 작동 파트(1)를 밀어내는 작동 유체 압력포스들이 하우징의 지지 커버 플레이트(5)로부터 로터의 지지 파트(4)를 밀어내는 작동 유체 압력포스들과 대체로 같고 그 방향이 반대가 되도록, 지지 캐비티들(25)과 그들의 인슐레이션 수단의 형태, 치수 및 위치가 선택되고, 하우징의 해당 커버 플레이트에서 파트들을 상기 로터의 밀어내는 작동 유체 압력포스들 이상으로 로터의 상기 파트들에 작용하는, 길이가 가변적인 포스 챔버들에 들어 있는 작동 유체의 압력 포스들의 초과분이 로터 회전 각도에 관계없이 인슐레이션에 필요한 압착을 제공하기에 최소한 충분하도록 길이가 가변적인 포스 챔버들(6)의 형태, 치수 및 위치가 선택되는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 1항에 있어서, 하우징의 작동 커버 플레이트(3)로부터 로터의 작동 파트(1)를 밀어내는 작동 유체 압력포스들이 하우징의 지지 커버 플레이트(5)로부터 로터의 지지 파트(4)를 밀어내는 작동 유체 압력포스들과 대체로 같고 그 방향이 반대가 되도록, 지지 캐비티들(25)과 그들의 인슐레이팅 수단의 형태, 치수 및 위치가 선택되고,

상기 로터 요소들의 어셈블리가, 로터의 상기 파트들의 하우징의 해당 커버 플레이트에 대한 무압력에서의(at no pressure) 인슐레이션에 필요한 압착을 제공하는, 탄성 요소들(59)을 포함하여 구성되며,

하우징의 해당 커버 플레이트로부터 로터의 상기 파트들을 밀어내는 작동 유체 압력포스들과 로터 요소들의 상기 어셈블리의 마찰력의 합계 이상으로 로터 의 상기 파트들에 작용하는, 길이가 가변적인 포스 챔버들(6)에 들어 있는 작동 유체의 압력포스들과 상기 탄성 요소들(59)의 탄성력들의 합계의 초과분이 로터 회전 각도에 관계없이 인슐레이션에 필요한 압착을 제공하기에 최소한 충분하도록 길이가 가변적인 포스 챔버들(6)의 형태, 치수 및 위치가 선택되는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 13항 또는 제 14항에 있어서, 로터의 작동 파트(1)의 회전 축과 수직을 이루는 평면의 환상 홈(2)의 돌출부 면적에 대한, 길이가 가변적인 모든 포스 챔버들(6)의 단면적들 합계의 초과분이 로터의 작동 파트(1)의, 하우징의 작동 커버 플레이트(3)와의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트의 면적의 50% 이상이 되도록, 길이가 가변적인 포스 챔버들(6)의 형태와 치수가 선택되는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 13항 또는 제 14항에 있어서, 지지 캐비티들(25)이 환상 홈(2)의 반대쪽에 위치하고, 지지 캐비티들의 인슐레이팅 수단이 지지 캐비티들(25) 사이의 인슐레이팅 댐들(57)과 주변 페이스 시일들(58)을 포함하며;

지지 캐비티들(25)과 인슐레이팅 댐들(57)의 면적의 합계가 로터의 작동 파트(1)의 회전 축과 수직을 이루는 평면에 대한 환상 홈(2) 돌출부의 면적과 같고;

주변 페이스 시일들(58)의, 하우징의 지지 커버 플레이트(5)의 인슐레이팅 표면들과의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트들의 면적이, 하우징의 작동 커버 플레이트(3)와 로터의 작동 파트(1)의 슬라이딩 인슐레이팅 콘택트들의 상응하는 면적과 같은, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 16항에 있어서, 로터의 백워드 트랜스퍼 인슐레이팅 수단이, 백워드 트랜스퍼 리미터(21)와 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는 저부 실링 레지들(23)에 의해 두 개의 인접한 베인 챔버(7) 중 적어도 하나와 분리된 저부 언로딩 캐비티들(22)을 포함하여, 베인들(8) 사이의 환상 홈 저부(20) 표면의 부분들을 포함하고, 인슐레이팅 댐들(57)이 저부 실링 레지들(23) 반대쪽에 위치하고, 인슐레이팅 댐들(57)의 슬라이딩 접촉 표면들의 면적이 저부 실링 레지들(23)의 슬라이딩 표면들의 면적과 같은, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 4항에 있어서, 로터가 하우징 링킹 요소(33)에 의해 연결된 하우징의 작동 커버 플레이트와 지지 커버 플레이트 사이에 위치하고,

지지 캐비티들(25)이 로터의 지지 파트에(4) 만들어지며,

국부적 압력 밸런싱 수단이 지지 캐비티들(25)을, 베인 챔버(7)에 연결되고 길이가 가변적인 포스 챔버들(6)에 연결하는 로터의 지지 파트(4)의 채널들(27)을 포함하고,

하우징의 지지 커버 플레이트(5)가 유입 포트(49)에 유압적으로 연결되고 작동 챔버의 흡입 캐비티(28) 반대쪽에 위치하는 적어도 하나의 흡입 분배 캐비티(28-1)를 가져서 로터의 지지 파트(4)의 지지 캐비티들(25)과 통하는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 18항에 있어서, 하우징의 지지 커버 플레이트(5)가 유출 포트(50)에 유압적으로 연결되고 작동 챔버(51)의 펌핑 캐비티 반대쪽에 위치하는 적어도 하나의 펌핑 분배 캐비티(51-1)를 가져서 로터의 지지 파트(4)의 지지 캐비티들(25)에 연결되는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 1항에 있어서, 로터의 지지 파트, 하우징의 작동 커버 플레이트의 마주보 는 포워드 트랜스퍼 리미터(15) 및 백워드 트랜스퍼 리미터(21)와 슬라이딩 접촉하는 하우징의 지지 커버 플레이트의 표면이, 하우징의 지지 커버 플레이트의 포워드 트랜스퍼 리미터(15) 및 백워드 트랜스퍼 리미터(21)를 가지며,

하우징의 지지 커버 플레이트와 슬라이딩 접촉하는 로터의 지지 파트의 페이스가 로터의 지지 파트의 베인 챔버들(7)에 연결된 환상 홈(2)을 가지며,

지지 캐비티 인슐레이션 수단이, 상기 베인 챔버들(7)에 위치하고 베인 구동 메커니즘(54)에 운동학적으로 연결된 베인(8)을 포함함으로써, 그들이 하우징의 지지 커버 플레이트의 상기 포워드 트랜스퍼 리미터(21)와 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 20항에 있어서, 지지 캐비티 인슐레이션 수단이, 하우징의 지지 커버 플레이트의 상기 백워드 트랜스퍼 리미터(21)와 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는 베인들 사이의 환상 홈 저부의 일부들을 포함하는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 20항에 있어서, 지지 캐비티 인슐레이팅 수단이, 로터의 지지 파트의 베인 챔버들(7)에 위치하고 베인 구동 메커니즘(54)에 운동학적으로 연결되어, 상기 베인들이 하우징의 지지 커버 플레이트의 상기 백워드 트랜스퍼 리미터(21)와 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는, 베인들(8)을 포함하는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 1항에 있어서, 로터의 백워드 트랜스퍼 인슐레이션 수단이 베인들(8) 사 이의 환상 홈 저부(20) 표면의 일부분들을 포함하는, 로터 슬라이딩-베인 장치.
제 21항 또는 제 23항에 있어서, 환상 홈 저부(20)의 상기 파트들이, 저부 언로딩 캐비티(22)가 상기 백워드 트랜스퍼 리미터(21)와 슬라이딩 인슐레이팅 접촉하는 저부 실링 레지들(23)에 의해, 인접한 두 베인 챔버들(7)중 적어도 하나로부터 분리된, 저부 언로딩 캐비티들(22)을 가지는, 로터 슬라이딩-베인 장치.