KR101177594B1

KR101177594B1 - 가변 커패시티 제로터 펌프

Info

Publication number: KR101177594B1
Application number: KR1020077014031A
Authority: KR
Inventors: 매튜 윌리암슨; 데이빗 알. 셜버
Original assignee: 마그나 파워트레인 인크.
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2012-08-27
Also published as: EP1828607A1; EP1828607A4; KR20070091150A; CN100513787C; US20080166251A1; US7832997B2; WO2006066403A1; CN101084377A; CA2588811A1; CA2588811C

Abstract

가변 커패시티 제로터 펌프는 펌프의 용적 커패시티를 변경시키기 위해 외부 로터에 대해 축방향으로 변위 가능한 내부 로터를 포함한다. 능동 피스톤은 외부 로터에 대해 내부 로터의 하부면의 필요 밀봉을 제공하기 위하여, 내부 로터의 하부면에 접촉하고, 내부 로터가 축방향으로 변위될 때 외부 로터의 내측에 올라탈 수 있다. 복원 스프링이 작용하는 수동 피스톤은 외부 로터에 대해 내부 로터의 상부면의 필요 밀봉을 제공하기 위하여 내부 로터의 상부면에 접촉한다. 일 실시예에 있어서, 가압 작동 유체가 공급되는 제어 챔버는 펌프의 용적 커패시티를 줄이도록 내부 로터를 이동시키기 위해 복원 스프링의 힘에 대항 작용하는 힘을 발생시킨다. 다른 실시예에 있어서, 전기 솔레노이드 또는 기계식 기구와 같은 제어 기구는 복원 스프링의 힘에 대항하여 제어 피스톤 상에 작용한다.

제로터, 용적 커패시티, 내부 및 외부 로터, 복원 스프링, 제어 챔버

Description

가변 커패시티 제로터 펌프{VARIABLE CAPACITY GEROTOR PUMP}

본 발명은 제로터 펌프에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 소정 수의 로브(lobe)를 갖는 내부 로터 및 하나의 추가 로브를 갖는 외부 로터를 구비하며 작동 시에 펌프의 용적 커패시티가 변경될 수 있는 유형의 제로터[발생식 로터(generated rotor)] 펌프에 관한 것이다.

소정 수의 로브를 갖는 내부 로터 및 하나의 추가 로브를 갖는 외부 로터를 구비하는 유형의 제로터 펌프는 공지되어 있고, 제한 없이 트로코이달(trochoidal), 사이클로이달(cycloidal), 듀오(duo) IC, 듀오센트릭(duocentric), 파라코이드(parachoid) 및 다른 설계들의 로터 조립체를 포함한다. 제로터 펌프는 엔진 및 변속기 오일 펌프, 및 전기적으로 구동되는 자동차용 가솔린 펌프와 같은 다양한 용도에 사용된다. 제로터 펌프가 내연기관용 오일 펌프와 같은 많은 용도에서 널리 사용되고 좋은 가격/성능 특성을 제공하지만, 제로터 펌프는 그 용적 커패시티를 변경하기가 쉽지 않다는 단점이 있다. 따라서, 이런 용도에 있어서 평형 작동 압력을 얻기 위해서, 제로터 펌프 시스템은 통상 펌프로부터 공급되는 작동 유체의 압력을 제한하는 압력 릴리프 밸브를 갖는다.

이런 압력 릴리프 밸브는 제로터 펌프가 평형 압력을 달성하도록 하지만, 펌 프의 용적 커패시티는 변경되지 않아서 펌프에 의해 소비되는 에너지는 평형 압력이 달성된 후에도 펌프 작동과 함께 계속 증가한다. 따라서, 압력 릴리프 밸브가 펌프에 의해 산출된 초과 유동을 전환하고 있을 때, 엔진으로부터의 에너지가 낭비된다.

슈나이더(Schneider)에 의한 PCT 특허 출원 공개 WO 2004/057191호는 내부에 편심 장착된 펌프 로터 조립체의 외부 로터를 회전식 조정 링이 갖는 가변 용적 제로터 펌프를 교시하고 있다. 내부 포트 및 외부 포트에 대해 조정 링을 회전시킴으로써, 펌프의 용적 커패시티가 변경될 수 있다. 슈나이더 문헌에는 가변 용적 커패시티 제로터 펌프가 교시되어 있지만, 슈나이더 기구는 복잡하고 다수의 부품들이 필요하여 펌프의 비용이 증가하고, 펌프는 여러 환경에서 사용할 수 없는 상당히 큰 반경 치수를 갖는다.

다른 가변 용적 제로터 펌프가 차일드(Child)에 의한 미국 특허 제4,887,956호에 교시되어 있고, 이 펌프에서는, 내부 로터가 축방향으로 인접한 한 쌍의 외부 로터와 맞물린다. 2개의 외부 로터들의 정렬을 변경함으로써, 펌프의 용적 커패시티가 변경될 수 있다.

헛지(Hodge)에 의한 PCT 특허 출원 공개 WO 93/21443호에는 차일드에 의해 교시된 펌프에 다소 역행하는 다른 가변 용적 제로터 펌프를 교시하고 있다. 헛지 펌프에 있어서, 축방향으로 인접한 2개의 내부 로터들은 하나의 외부 로터 내에서 선회한다. 펌프의 용적 커패시티는 2개의 내부 로터들의 정렬을 변경함으로써 변경된다.

차일드 및 헛지가 가변 용적 제로터 펌프를 교시하고 있지만, 커패시티를 변경시키기 위한 제어 기구가 있으므로 결과적인 펌프는 꽤 복잡하다. 또한, 각 펌프의 제어 샤프트 상의 토크는 회전각에 대해 비선형일 수 있어서, 평형 작동 압력을 달성하는데 어려움이 있다.

힐(Hill)에 의한 미국 특허 제2,484,789호 및 그 이후의 유사 특허들에는, 내부 로터가 외부 로터에 대해 축방향으로 이동하거나 또는 그 반대로 이동하고, 용적 커패시티는 2개의 로터들 사이의 중첩량에 따르는 가변 커패시티 제로터 펌프의 다양한 설계들이 제공되어 있다. 이들 설계들의 주요 단점은 로터 쌍의 각 단부에서의 밀봉 판들은 로터 치부(teeth)와 역으로 맞물리도록 형상화되고, 그것들이 로터들과 함께 회전한다는 것이다. 따라서, 펌프 유입구 및 유출구 유동은 밀봉 판 및 분배기 시스템 중 하나에서의 일련의 구멍들, 또는 외부 로터에서의 방사상 구멍들과 같이 복잡한 경로를 이용하여 로터들로 그리고 로터들로부터 공급되어야 한다. 이런 임의의 방법은 유입구 유동을 억제하기 쉽고 캐비테이션의 조기 시작을 초래하며, 이는 아마도 어려운 펌프 설계들이 통상적으로 사용되지 않는 하나의 이유이다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 적어도 하나의 단점을 방지하거나 또는 억제하는 신규한 가변 커패시티 제로터 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 펌프 챔버, 펌프 유입구 및 유출구를 형성하는 하우징 및 커버를 포함하는 펌프 본체와, 내부 로터와, 펌프 본체 내에 회전 가능하게 위치된 외부 로터와, 회전 시에 내부 로터 및 외부 로터를 회전시키는 내부 로터와 맞물리는 구동 샤프트와, 구동 샤프트가 회전될 때 펌프 유출구에서는 고압 영역을 생성하고 펌프 유입구에서는 저압 영역을 생성하기 위해 내부 로터 및 외부 로터와 펌프 본체 사이에 작용하는 비회전 밀봉면과, 외부 로터와의 축방향 정렬 위치로 내부 로터를 편향시키는 복원 스프링을 포함하고, 내부 로터는 외부 로터 내에 위치되고 내부 로터 및 외부 로터의 로브들은 완전히 맞물릴 때 그 사이에 데드 볼륨(dead volume) 없이 맞물리고, 내부 로터는 펌프의 용적 커패시티를 변경하기 위해 구동 샤프트를 따라 축방향으로 변위 가능한 가변 커패시티 제로터 펌프를 제공한다.

본 발명은 펌프의 용적 커패시티를 변경시키기 위해 외부 로터에 대해 축방향으로 변위 가능한 내부 로터를 포함하는 가변 커패시티 제로터 펌프를 제공한다. 능동 피스톤은 외부 로터에 대해 내부 로터의 하부면의 필요 밀봉을 제공하기 위하여, 내부 로터의 하부면과 접촉하고, 내부 로터가 축방향으로 변위될 때 외부 로터 내측으로 올라탄다. 복원 스프링이 작용하는 수동 피스톤은 외부 로터에 대해 내부 로터의 상부면의 필요 밀봉을 제공하기 위하여 내부 로터의 상부면과 접촉한다. 가압 작동 유체가 공급되는 제어 챔버 또는 다른 제어 기구는 펌프의 용적 커패시티를 줄이도록 내부 로터를 이동시키기 위한 복원 스프링의 힘에 대해 작용하는 힘을 발생시킨다. 제로터 펌프는 트로코이달(trochoidal), 사이클로이달(cycloidal), 듀오(duo) IC, 듀오센트릭(duocentric), 파라코이드(parachoid) 또는 다른 설계의 로터 조립체를 채용할 수 있다.

본 발명에 따른 제로터 펌프는 방사상으로 소형화되어 있고, 일부 종래 기술의 가변 커패시티 제로터 펌프보다 더 적고 단순한 부품들을 채용하고 있으며, 실질적으로 선형의 출력 응답을 가져서, 감소된 용적 유동률에서 평형 작동 압력의 효과적인 달성이 이루어지는 점에서, 종래 기술의 가변 커패시티 제로터 펌프에 비해 그 이상의 특별한 이점을 제공하는 것이다. 또한, 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 제로터 펌프는 2 이상의 평형 작동점들 중 하나에서 선택적으로 작동될 수 있다. 수동 및 능동 피스톤으로 본 명세서에 언급된 비회전 밀봉 판은 종래 기술과 달리 통상적인 유입구 및 유출구 포트가 채용되는 것을 허용함으로써, 캐비테이션 성능의 위험성을 고속으로 방지할 수 있다.

이제 첨부된 도면들을 참조하여 단지 예시로써 본 발명의 바람직한 실시예들을 서술한다.

도1은 본 발명에 따른 가변 커패시티 제로터 펌프의 분해 측면도를 도시한 것이다.

도2는 도1의 펌프 하우징의 내부 및 펌프의 커버의 사시도를 도시한 것이다.

도3a 및 도3b는 감소된 커패시티 구성에 있어서 도1의 펌프의 펌프 로터 조립체의 사시도를 도시한 것이다.

도4a 및 도4b는 최대 커패시티 구성에 있어서 도1의 펌프의 펌프 로터 조립체의 사시도를 도시한 것이다.

도5a 및 도5b는 각각 최대 커패시티 구성 및 최소 커패시티 구성에 있어서 도1의 펌프를 관통한 측단면을 도시한 것이다.

도6은 도1의 조립된 펌프의 측면도를 도시한 것이다.

도7은 도6의 선 7-7을 통해 취한 단면을 도시한 것이다.

도8은 도6의 선 8-8을 통해 취한 단면을 도시한 것이다.

도9a 및 도9b는 각각 데드 볼륨을 갖는 로터 조립체 설계 및 데드 볼륨 없는 로터 조립체 설계를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 가변 용적 커패시티를 갖는 제로터 펌프는 도1에서 일반적으로 20으로 표시된다. 도1 내지 도4b에 도시된 바와 같이, 펌프(20)는, 하우징(24) 내에 탭핑 가공된 보어 내로 커버(28)를 통해 연장되는 미도시된 나사들에 의해 함께 정합된 하우징(24) 및 펌프 커버(28)로 이루어진 펌프 본체를 포함한다. 하우징(20) 및 커버(24)가 정합된 경우에, 그것들은 내부에 능동 피스톤(36)이 내부에 있는 펌프 챔버(32)와, 외부 로터(44) 및 내부 로터(48)를 포함하는 로터 조립체(40)와, 수동 피스톤(52)과, 스프링(56)을 한정한다.

당업자들에게 공지된 바와 같이, 제로터 펌프는 "n"개의 로브들을 갖는 내부 로터 및 "n+1"개의 로브들을 가는 외부 로터를 포함하는 로터 조립체를 갖는 정변위 펌프(positive displacement pump)이다. 내부 로터는 외부 로터의 축에 편심되게 위치되는 축을 중심으로 외부 로터 내에서 회전하며, 따라서 외부 로터도 또한 내부 로터가 선회함에 따라 회전된다.

용어 "제로터(gerotor)"는 로터들 중 하나가 다른 형상으로 형성되거나 또는 발생되는 것으로서 "발생식 로터(GEnerated ROTOR)"의 줄임말이다. 제로터 펌프는 트로코이달, 사이클로이달, 듀오 IC, 듀오센트릭, 파라코이드 및 다른 설계들을 포함하는, 매우 다양한 로터 조립체 설계들을 채용할 수 있다.

구동 샤프트(60)는 하우징(24) 내의 중심 보어(62)를 관통하며 능동 피스톤(36), 내부 로터(48), 수동 피스톤(52), 복원 스프링(56) 및 커버(28)를 통해 연장된다. 스러스트 와셔(68)와 함께 볼트(64)는 펌프(20)가 조립될 때 구동 샤프트(60)를 제 위치에 유지하기 위해 구동 샤프트(60)의 단부에서 나사 보어에 결합된다.

하우징(24) 및 커버(28)는, 도2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 구동 샤프트(60)를 회전시키는 저널된(journalled) 베어링 면(80 및 84)을 각각 포함한다. 구동 샤프트(60)는 내부 로터(48)가 그리고 그에 따라 외부 로터(44)가 구동 샤프트(60)와 함께 회전하는 것을 보장하기 위해 내부 로터(48)를 결합시키는 구동 핀(88)을 포함한다. 구동 핀(88)은 하기되는 바와 같이 내부 로터(48)가 구동 샤프트(60)와 함께 선회되는 것을 보장하면서, 내부 로터(48)가 구동 샤프트(60)를 따라 축방향으로 이동되도록 하는 내부 로터(48)의 슬롯 내에 올라탄다.

능동 피스톤(36)은 하우징(24)에서 능동 피스톤(36)의 회전을 방지하기 위해 능동 피스톤(36) 및 하우징(24)의 슬롯에 올라타 있는 회전 방지 핀(92)을 거쳐 하우징(24)에 결합된다. 유사한 방식으로 수동 피스톤(52)은 커버(28)에서 수동 피스톤(52)의 회전을 방지하기 위해 수동 피스톤(52) 및 커버(28)의 슬롯에 올라타 있는 회전 방지 핀(96)을 거쳐 커버(28)에 결합된다.

펌프 커버(28)는 펌핑되는 작동 유체가 펌프 챔버(32) 내로 유입되는 펌프 유입구(100)를 포함하고, 펌프 하우징(24)은 펌프(20)에 의해 가압된 작동 유체가 하우징(24)으로부터 배출되는 펌프 유출구(104)를 포함한다.

구동 샤프트(60), 수동 피스톤(52), 복원 스프링(56), 외부 로터(44), 내부 로터(48) 및 능동 피스톤(36)의 펌프 로터 조립체는 도3a 및 도3b에서는 감소된 커패시티 구성이 도시되어 있고, 도4a 및 도4b에서는 최대 커패시티 구성이 도시되어 있다.

도5a 및 도5b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 구동 샤프트(60)에 대한 외부 로터(44)의 축방향 위치는 고정되지만, 내부 로터(48)는 구동 샤프트(60)를 따라 축방향으로 이동될 수 있어서 펌프(20)의 용적 커패시티를 변경시킨다. 구체적으로는, 외부 로터(44)는 하우징(24) 및 커버(28)에 의해 축방향으로 제 위치에 보유되는 반면, 내부 로터(48)는 도5a에 도시된 최대 커패시티 위치와 도5b에 도시된 최소 커패시티 위치 사이에서 구동 핀(88) 및 구동 샤프트(60)를 따라 축방향으로 이동할 수 있다.

도5a에 도시된 최대 커패시티 위치에 있어서, 내부 로터(48)는 종래의 제로터 펌프에서와 같이 외부 로터(44)와 동일한 축방향 면에 있고, 내부 로터(48)의 로브와 외부 로터(44)의 로브 사이에 형성된 펌핑 챔버들의 용적은, 로터 조립체(40)가 구동 샤프트(60)에 의해 회전됨에 따라 최대 용적과 최소 용적 사이에서 변경되고, 펌프(20)는 이 변경에 비례한 최대 용적 커패시티를 갖는다.

도5b에 도시된 최소 커패시티 위치에 있어서, 내부 로터(48)는 외부 로 터(44)를 벗어난 경로의 축방향으로 대략 2/3쯤 연장된다. 이런 구성에서 로터 조립체(40)에 대한 필요 밀봉을 제공하는 방식이 하기되지만, 내부 로터(48)와 외부 로터(44)의 로브들 사이에 형성된 펌핑 챔버들의 최대 용적이 도5a에 도시된 구성에서 펌핑 챔버들의 최대 용적의 대략 1/3인 것은 현재 당업자들에게는 자명하다. 따라서, 이제 감소된 펌핑 챔버들의 최대 용적과 최소 용적 사이의 용적 변경은 도5a의 최대 커패시티 구성에 대한 변경의 대략 1/3로 감소되고, 따라서 도5b의 구성에서 펌프(20)의 용적 커패시티는 도5a에서 얻어진 최대 커패시티보다 대략 1/3이다.

도시되지는 않았지만, 소정 용적 출력 및/또는 평형 작동 압력을 달성하기 위해서, 도면들에 도시된 최대 커패시티와 최소 커패시티 사이의 임의의 소정 용적 커패시티를 얻도록 도5a 및 도5b에 도시된 이들 위치들 사이의 내부 로터(48)의 임의의 중간 축방향 위치에서 펌프(20)가 원하는 대로 작동될 수 있다는 것은 현재 당업자들에게는 자명하다.

설명된 실시예에 있어서, 펌프(20)의 용적 커패시티는 최대(full) 커패시티에서 최대 커패시티의 약 1/3인 최소 커패시티까지 변화될 수 있지만, 본 발명은 최대 커패시티의 1/3인 최소 커패시티에 한정되지 않는다. 사실상, 펌프(20) 등은 내부 로터(48)가 외부 로터(44)로부터 완전히 맞물림 해제되는 것을 방지하기 위하여, 제로 용적 커패시티에 접근하면서 단지 필요에 의해서만 제한되는 낮은 최소 커패시티를 제공하도록 구성될 수 있다. 당업자들에게 자명한 바와 같이, 제로 용적 커패시티가 결국 접근될 수 있으므로, 콜드 스타트와 같은 일부 환경에서는, 과 도한 압력을 방지하기 위해 엔진 또는 펌프에 의해 제공된 다른 시스템 내에 과도 압력 릴리프 밸브이 제공될 필요는 여전히 있을 수 있다.

공지된 바와 같이, 내부 로터(48)와 외부 로터(44)의 로브들 사이에 형성된 펌핑 챔버들은, 작동 유체가 펌프 챔버(32)의 고압 영역을 제외하고 챔버로부터 배출되는 것을 사실상 방지하도록 밀봉되어야 한다. 통상, 제로터 펌프의 내부 및 외부 로터가 동일한 축방향 면에서만 작동되는 경우, 필요 밀봉은 로터 조립체의 상부면 및 하부면에 접촉하는 펌프 하우징의 상부 및 하부 가공면에 의해 달성된다.

반대로, 펌프(20)의 펌핑 챔버의 필요 밀봉을 실현하기 위하여, 능동 피스톤(36)은 내부 로터(48)의 하부면에 접촉하고, 내부 로터(48)가 외부 로터(44)에 대해 축방향으로 변위될 때 내부 로터(48)의 하부면에서 내부 로터(48)와 외부 로터(44) 사이에 필요 밀봉을 제공하기 위하여 외부 로터(44)로 연장된다.

도4b 및 도7은 능동 피스톤(36)의 밀봉 기능을 가장 잘 도시하고 있다. 도7에 도시된 바와 같이, 능동 피스톤(36)은 수동 피스톤(36)의 외부면이 위치 200에서 외부 로터(44)의 로브의 팁에 접촉 밀봉하도록 외부 로터(44)의 중심으로부터 이격된 반경 중심을 갖는 사실상 원통면을 포함한다. 능동 피스톤(36)은 위치 208에서 외부 로터(44)의 로브의 팁을 밀봉하는, 도4b에 가장 잘 도시되어 있는 밀봉 랜드(204)를 더 포함한다.

도8에 도시된 바와 같이, 커버(28)는 내부 로터(48)의 로브의 팁이 밀봉되게 접촉하는 212 및 216에서 내부면을 포함하고, 수동 피스톤(52)은 내부 로터(48)의 로브의 상부면이 밀봉되게 접촉하는, 완전히 대향된 한 쌍의 랜드부(204)(도1 및 도3a에 또한 도시됨)를 포함하고, 이들 밀봉 결합은 고압측(224)으로부터 로터 조립체(40)의 저압측(220)을 분리한다.

또한, 명백한 바와 같이, 상기한 밀봉 특성부에 더하여 외부 로터(48) 및 내부 로터(44)의 로브의 설계 형상은 필요 밀봉을 제공하도록 주의 깊게 선택되어야 한다. 특히, 외부 로터(44)의 로브의 형상 설계는 내부 로터(48)의 로브가 그 루트와 완전히 맞물릴 때 외부 로터(44)의 인접 로브들 사이의 루트에 데드 볼륨이 없도록 설계되어야 한다. 도9a는 빗금선으로 표시된 데드 볼륨(250)을 갖는 로터 조립체를 도시한 것이고, 도9b는 데드 볼륨 없는 유사한 설계를 도시한 것이다. 이런 데드 볼륨은 소량의 잔해들이 그 사이에서 연마되는 잔해들로부터 로터 로브에 손상을 주는 것을 방지하기 위해 이른바 안정하게 수용될 수 있는 볼륨을 제공하기 위해 종래의 로터 설계에 자주 제공된다.

내부 로터(48)가 도4a, 도4b 및 도5a에 도시된 최대 커패시티 위치로부터 도3a, 도3b 및 도5b에 도시된 최소 커패시티 위치를 향해 구동 샤프트(60)를 따라 축방향으로 이동될 때, 능동 피스톤(36)은 내부 로터(48)의 하부면에서 밀봉을 유지하기 위하여 내부 로터(48)와 외부 로터(44) 사이에서 외부 로터(44)로 연장된다. 유사하게, 수동 피스톤(52)은, 내부 로터(48)가 최소 커패시티 구성을 향해 이동될 때 외부 로터(44)에 대해 내부 로터(48)의 상부면에서 밀봉을 유지하기 위하여 복원 스프링(56)에 의해 내부 로터(48)의 상부면에 대해 편향된다.

최대 커패시티 구성에 있어서, 내부 로터(48)의 로브의 팁은 종래의 방식으 로 외부 로터(44)의 로브와 접촉하고, 내부 로터(48)가 최대 커패시티 구성을 향해 축방향으로 이동됨에 따라, 내부 로터(48)의 로브의 일부분은 외부 로터(44)의 로브와 접촉을 지속하고 내부 로터(48)의 로브의 나머지 부분은 커버(28)에서 랜드부(212 및 216)에 접촉한다. 이런 방식으로, 내부 로터(48)와 외부 로터(44) 사이의 밀봉은 펌프(20)의 커패시키가 변경될 때에 유지된다.

도시된 실시예에 있어서, 펌프(20)의 용적 커패시티를 변경하기 위하여, (도5a 및 도5b에 가장 잘 도시된) 제어 챔버(240)는 구동 샤프트(60)와 능동 피스톤(36) 사이에 형성된다. 미도시의 공급 보어는 능동 피스톤(36)을 통해 펌프(20)의 고압측(220)을 갖는 제어 챔버(240)를 연결하도록 연장된다. 작동 시에, 작동 유체가 펌프(20)에 의해 가압될 때, 가압 작동 유체는 공급 보어를 통해 제어 챔버(240)로 공급되고, 작동 유체의 압력은 내부 로터(48) 상에 수동 피스톤(52)을 거쳐, 스프링(56)에 의해서 내부 로터(48) 상에 부과되는 편향력에 대해 작용하는 축방향 힘을 생성한다. 제어 챔버(240) 내에서 생성된 힘이 복원 스프링(56)의 편향력을 초과하면, 내부 로터(48)는 최대 커패시티 구성으로부터 감소된 커패시티 구성으로 이동될 것이다. 펌프(20)가 감소된 커패시티 구성에서 작동하고 있고 제어 챔버(240) 내에서 생성된 힘이 복원 스프링(56)의 편향력 미만이면, 내부 로터(48)는 감소된 커패시티 구성으로부터 최대 커패시티 구성을 향해 이동될 것이다.

현재 당업자들에게 명백한 바와 같이, 제어 챔버(240)의 영역 및 복원 스프링(56)의 스프링력을 적절히 선택함으로써, 펌프(20)의 용적 커패시티는 평형 작동 압력을 달성하기에 필요한 만큼 변경될 수 있다.

제어 챔버(20)에는 구동 샤프트(60)의 일 단부로부터의 축방향 보어 및 축방향 보어를 제어 챔버(240)에 연결하기 위한 반경 방향 공급 보어를 거쳐 펌프(20)에 의해 공급되는 장치로부터의 작동 유체 갤러리와 같은 다른 공급원으로부터 가압 작동 유체가 공급될 수 있다는 것이 또한 고려된다. 대안적으로, 제어 챔버(240)는 생략될 수 있고, 능동 피스톤(36)은 솔레노이드, 또는 다른 전기적 또는 기계적 작동 기구를 통해 축방향으로 이동된다.

적어도 제2 제어 챔버(미도시)에는 구동 샤프트(60)와 능동 피스톤(36) 사이에 제공될 수 있다는 것이 또한 고려된다. 이런 경우에, 제어 챔버(240)에는 상기한 바와 같은 가압 작동 유체가 공급될 수 있고, 제2 제어 챔버에는 상기한 축방향 보어 및 구동 샤프트(60)를 관통하는 공급 보어를 통해 가압 작동 유체가 선택 가능하게 공급될 수 있다. 제어 챔버(240) 및 제2 제어 챔버 각각은 복원 스프링(56)의 편향력에 대향하도록 내부 로터(48) 상에 추가의 축방향 힘을 발생시킨다. 이런 구성에서 명백한 바와 같이, 펌프(20)는 제어 챔버(240)만이 내부 로터(48)에 축방향 힘을 가하도록 제2 제어 챔버로의 가압 유체의 공급을 억제함으로써 제1 평형 작동점에서 작동될 수 있고, 제어 챔버(240) 및 제2 제어 챔버 모두 내부 로터(48)에 축방향 힘을 가하도록 가압 작동 유체가 제2 제어 챔버에 공급되도록 함으로써 제2 평형 작동점에서 작동될 수 있다.

제어 챔버(240) 또는 제2 제어 챔버는 필요에 따라 능동 피스톤(36)과 하우징(24) 사이에 형성될 수 있다는 것이 또한 고려된다.

본 발명에 다른 펌프는, 방사상으로 소형화되어 있고 일부 종래 기술의 가변 커패시티 제로터 펌프보다 적고 단순한 부품들을 채용하고 있다는 점에서, 종래 기술의 가변 커패시티 제로터 펌프 이상의 특별한 이점을 제공하는 것으로 믿어진다. 또한, 일 실시예에서는, 본 발명에 따른 펌프는 2 이상의 평형 작동점들의 하나에서 선택 가능하게 작동될 수 있다.

본 발명의 상기한 실시예들은 본 발명의 예로서 의도되고, 오직 본 명세서에 첨부된 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 변경 및 변형들이 당업자들에 의해서 실시될 수 있다.

Claims

펌프 챔버, 펌프 유입구 및 펌프 유출구를 형성하는 하우징 및 커버를 포함하는 펌프 본체와,

내부 로터와,

펌프 본체 내에 회전 가능하게 위치된 외부 로터와,

회전 시에 내부 로터 및 외부 로터를 회전시키기 위해 내부 로터와 맞물리는 구동 샤프트와,

구동 샤프트가 회전될 때, 펌프 유출구에서는 고압 영역을 생성하고 펌프 유입구에서는 저압 영역을 생성하기 위해 내부 로터 및 외부 로터와 펌프 본체 사이에 작용하는 비회전 밀봉면과,

내부 로터를 외부 로터와의 축방향 정렬 위치로 편향시키는 복원 스프링을 포함하고,

내부 로터는 외부 로터 내에 위치되고 내부 로터 및 외부 로터의 로브들이 맞물리고, 외부 로터는 상기 내부 로터의 회전 축으로부터 편심되어 있는 축을 중심으로 회전하고,

내부 로터는 펌프의 용적 커패시티를 변경하기 위해 구동 샤프트를 따라 축방향으로 변위 가능한 가변 커패시티 제로터 펌프.
제1항에 있어서, 비회전 밀봉면은, 내부 로터가 축방향으로 변위될 때 내부 로터와 외부 로터의 면 사이에 밀봉을 제공하기 위해, 복원 스프링에 대향하는 내부 로터의 면에 접촉하고 외부 로터 내로 연장되는 능동 피스톤을 포함하는 가변 커패시티 제로터 펌프.
제2항에 있어서, 펌프는 능동 피스톤과 구동 샤프트 사이에 형성된 제어 챔버를 더 포함하고, 제어 챔버는 내부 로터를 축방향으로 변위시키도록 복원 스프링의 편향에 대항 작용하는 힘을 생성하기 위해 펌프 유출구로부터 가압 작동 유체를 수용하는 가변 커패시티 제로터 펌프.
제2항에 있어서, 펌프는 능동 피스톤과 구동 샤프트 사이에 각각 형성된 복수의 제어 챔버들을 더 포함하고, 각 제어 챔버는 내부 로터를 축방향으로 변위시키도록 복원 스프링의 편향에 대항 작용하는 힘을 생성하기 위해 펌프 유출구로부터 가압 작동 유체를 수용하는 가변 커패시티 제로터 펌프.
제2항에 있어서, 펌프는 내부 로터를 축방향으로 변위시키도록 복원 스프링의 편향에 대해 능동 피스톤 상에 작용하는 힘을 생성하는 제어 기구를 더 포함하는 가변 커패시티 제로터 펌프.
제4항에 있어서, 제어 기구는 전기 솔레노이드인 가변 커패시티 제로터 펌프.
제1항에 있어서, 내부 로터 및 외부 로터는 트로코이달 설계인 가변 커패시티 제로터 펌프.
제1항에 있어서, 내부 로터 및 외부 로터는 사이클로이달 설계인 가변 커패시티 제로터 펌프.
제1항에 있어서, 내부 로터 및 외부 로터는 듀오 IC 설계인 가변 커패시티 제로터 펌프.
제1항에 있어서, 내부 로터 및 외부 로터는 듀오센트릭 설계인 가변 커패시티 제로터 펌프.
제1항에 있어서, 내부 로터 및 외부 로터는 파라코이드 설계인 가변 커패시티 제로터 펌프.
제1항에 있어서, 내부 로터 및 외부 로터의 로브들은 그 사이에 데드 볼륨 없이 맞물리는 가변 커패시티 제로터 펌프.
제11항에 있어서, 비회전 밀봉면은, 내부 로터가 축방향으로 변위될 때 내부 로터와 외부 로터의 면 사이에 밀봉을 제공하기 위하여, 복원 스프링에 대향하는 내부 로터의 면에 접촉하고 외부 로터 내로 연장되는 능동 피스톤을 포함하는 가변 커패시티 제로터 펌프.
제13항에 있어서, 펌프는 내부 로터를 축방향으로 변위시키도록 복원 스프링의 편향에 대해 능동 피스톤 상에 작용하는 힘을 생성하는 제어 기구를 더 포함하는 가변 커패시티 제로터 펌프.
제12항에 있어서, 펌프는 능동 피스톤과 구동 샤프트 사이에 형성된 제어 챔버를 더 포함하고, 제어 챔버는 내부 로터를 축방향으로 변위시키도록 복원 스프링의 편향에 대항 작용하는 힘을 생성하기 위해 펌프 유출구로부터 가압 작동 유체를 수용하는 가변 커패시티 제로터 펌프.
제15항에 있어서, 제어 기구는 전기 솔레노이드인 가변 커패시티 제로터 펌프.
제12항에 있어서, 내부 로터 및 외부 로터는 트로코이달 설계인 가변 커패시티 제로터 펌프.
제12항에 있어서, 내부 로터 및 외부 로터는 사이클로이달 설계인 가변 커패 시티 제로터 펌프.
제12항에 있어서, 내부 로터 및 외부 로터는 듀오 IC 설계인 가변 커패시티 제로터 펌프.
제12항에 있어서, 내부 로터 및 외부 로터는 듀오센트릭 설계인 가변 커패시티 제로터 펌프.