KR101437661B1

KR101437661B1 - 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프

Info

Publication number: KR101437661B1
Application number: KR1020130089294A
Authority: KR
Inventors: 김갑태; 신수식; 유병록; 김경식
Original assignee: 신진정밀(주)
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2014-09-05

Abstract

본 발명은 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부로터의 내부에 축방향으로 상호 인접한 2개의 내부로터를 배치하고 상기 2개의 내부로터 상호간 상대적인 위상차를 변화시켜 토출유량을 가변시키는 가변 용적 지로터 펌프에 있어서, 펌프본체에 형성된 유체유도챔버 내부에 상기 내부로터와 일체로 회전되는 제어디스크를 구비함으로써 상기 제어디스크의 회전에 따라 발생되는 유체의 유량을 동력으로 2개의 내부로터 상호간 상대적인 위상차를 변화시켜 토출유량을 가변시키도록 구성하여 부품수가 상대적으로 적고, 반경방향으로 크기가 커지지 않으며, 별도의 제어기구가 필요 없이 구동축의 회전속도에 따라 자체적으로 토출유량을 가변시킬 수 있는 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프에 관한 것이다.
본 발명에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프는, 내부에 펌프챔버가 형성되고, 상기 펌프챔버에 연결되는 유체유입구 및 유체유출구가 형성된 펌프본체와; 상기 펌프챔버 내에 회전가능하게 배치되고, 내주면에 다수개의 암로브가 형성된 환형의 외부로터와; 외주면에 상기 암로브보다 적은 수의 숫로브가 형성되고, 상기 유체유입구로 유입된 유체를 상기 유체유출구 방향으로 토출할 수 있도록 상기 외부로터의 내부에서 상기 숫로브가 상기 암로브와 맞물려 회전되되, 축방향으로 상호 인접한 제1내부로터 및 제2내부로터로 구성된 내부로터와; 토출유량의 가변이 가능하도록 상기 제1내부로터에 대해 상기 제2내부로터의 위상을 변화시키는 위상제어부를; 포함하는 가변 용적 지로터 펌프에 있어서, 상기 펌프본체는, 상기 내부로터의 일측을 감싸는 형상으로 유체유도챔버가 형성되고, 상기 유체유도챔버로 유체가 공급되도록 상기 유체유입구 또는 상기 유체유출구와 상기 유체유도챔버를 연결하는 제1유로 및 상기 유체유도챔버로부터 유체가 유출되는 제2유로가 형성되며, 마찰면이 상기 유체유도챔버에 노출된 상태로 상기 내부로터의 일측에 고정되어 회전되는 제어디스크를; 더 포함하되, 상기 위상제어부는, 상기 제어디스크의 회전에 따라 상기 유체유도챔버의 내부에서 상기 제어디스크의 반경방향으로 유동되며 상기 제2유로로 유출되는 유체의 유량을 동력으로 상기 제1내부로터에 대해 상기 제2내부로터의 위상을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

Description

제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프{VARIABLE OUTPUT GEROTOR PUMP WITH CONTROLLING DISK}

본 발명은 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부로터의 내부에 축방향으로 상호 인접한 2개의 내부로터를 배치하고 상기 2개의 내부로터 상호간 상대적인 위상차를 변화시켜 토출유량을 가변시키는 가변 용적 지로터 펌프에 있어서, 펌프본체에 형성된 유체유도챔버 내부에 상기 내부로터와 일체로 회전되는 제어디스크를 구비함으로써 상기 제어디스크의 회전에 따라 발생되는 유체의 유량을 동력으로 2개의 내부로터 상호간 상대적인 위상차를 변화시켜 토출유량을 가변시키도록 구성하여 부품수가 상대적으로 적고, 반경방향으로 크기가 커지지 않으며, 별도의 제어기구가 필요 없이 구동축의 회전속도에 따라 자체적으로 토출유량을 가변시킬 수 있는 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프에 관한 것이다.

지로터(gerotor)는 창성된 회전자(GEnerated ROTOR)의 줄임말로서, 지로터 펌프(gerotor pump)는 일반적으로 다수개의 숫로브(male lobe)를 갖는 내부로터 및 상기 숫로브의 개수보다 많은 수의 암로브(female lobe)를 갖고 상기 내부로터가 내부에서 회전이 가능한 외부로터로 구성되어 있어 구조가 간단하고 소결 제품의 제작기술 발달로 가공의 정밀도가 높아짐에 따라 형상이 복잡하더라도 가공이 용이하며, 조립이 쉽고 두 치형 사이에 상대운동이 적으므로 장기간 사용하여도 효율의 변화가 적으며 흡입성능이 우수한 성능 특성을 갖는다.

상기와 같이 지로터 펌프는 가격대비 우수한 성능 특성을 제공하기 때문에 엔진과 변속기 오일펌프, 및 전기적으로 구동되는 자동차용 가솔린 펌프 등과 같은 다양한 용도에 사용된다.

반면에 지로터 펌프는 그 용적 커패시티를 변경하기기가 쉽지 않다는 단점이 있다.

즉, 도 9의 그래프에 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 오일펌프의 경우 오일펌프의 용적설계는 엔진의 최소 회전수에 맞춰서 설계가 되어 있어, 엔진이 필요로 하는 오일량은 엔진의 일정 회전수 이상에서는 완만하게 증가함에도 불구하고, 오일펌프에서 토출되는 토출유량은 엔진 회전수에 정비례하여 선형적으로 증가하는 문제점이 있었다.

따라서 종래기술에 따른 오일펌프에서는 엔진의 고속회전에 따른 필요한 유량 외에 나머지 유량은 바이패스 밸브(Bypass Valve) 등에 의해 제거되는 것이 일반적인데, 이는 낭비요소이며 엔진동력의 약 2~3%를 차지하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 여러 가지 방법이 연구되고 있고, 엔진 직결 외에 심지어는 전기모터 등을 사용하여 엔진구동력과는 별도로 필요한 유량만을 공급하기도 한다.

또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로 가변 용적 지로터 펌프의 개발이 시도되고 있는 실정이다.

지로터의 이론을 정립한 힐(Hill)에 의한 미국 특허 2484789호(등록일자: 1949.10.11.) 및 그 이후의 유사특허들에는 내부로터가 외부로터에 대해 축방향으로 이동하거나 또는 그 반대로 이동하고, 용적은 2개의 로터들 사이의 중첩량에 따르는 가변 용적 지로터 펌프의 다양한 설계들이 제공되어 왔다.

또한, 이러한 가변 용적 지로터 펌프에 대한 종래기술로 PCT 공개번호 WO 2004/057191호(공개일자: 2004.07.08.)에는 내부에 편심 장착된 펌프 로터 조립체의 외부로터가 회전식 조정링을 갖는 가변 용적 지로터 펌프가 게재되어 있는데, 이 기술은 내부 포트 및 외부 포트에 대해 조정링을 회전시킴으로써 펌프의 용적이 변경될 수 있지만, 복잡하고 다수의 부품들이 필요하여 펌프의 비용이 증가하고, 여러 환경에서 사용할 수 없는 상당히 큰 반경 치수를 갖는 문제점이 있다.

한편, 상기 종래기술과 유사한 기술로 PCT 공개번호 WO 2007/120503호(공개일자: 2007.10.25.)가 존재한다.

다른 종래기술로 미국 특허 제4887956호(등록일자: 1989.12.19.)에는 내부로터가 축방향으로 인접한 한 쌍의 외부로터와 맞물리고, 2개의 외부로터들의 정렬을 변경함으로써 펌프의 용적이 변경될 수 있는 가변 용적 지로터 펌프가 게재되어 있다.

또 다른 종래기술로 PCT 공개번호 WO 1993/021443호(공개일자: 1993.10.28.)에는 축방향으로 인접한 2개의 내부로터들이 하나의 외부로터 내에서 선회하는 가변 용적 지로터 펌프가 게재되어 있는데, 이 기술은 동일한 외부로터 내에서 2개의 내부로터의 위상이 변하여 체적의 변화(증가, 감소)가 서로 어긋나 상쇄됨에 따라 결국 토출 유량 변화되는 원리를 이용한 것이다.

하지만, 상기 미국 특허 제4887956호 및 PCT 공개번호 WO 1993/021443호에 게재된 종래기술의 경우 용적을 변경시키기 위한 별도의 제어기구가 요구되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 외부로터의 내부에 축방향으로 상호 인접한 2개의 내부로터를 배치하고 상기 2개의 내부로터 상호간 상대적인 위상차를 변화시켜 토출유량을 가변시키는 가변 용적 지로터 펌프에 있어서, 펌프본체의 내부에 구동축의 회전속도에 비례한 유량을 발생시킬 수 있는 제어디스크를 내장하여 크기가 작으면서도 별도의 제어기구가 필요 없이 구동축의 회전속도에 따라 자체적으로 토출유량을 가변시킬 수 있는 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프는, 내부에 펌프챔버가 형성되고, 상기 펌프챔버에 연결되는 유체유입구 및 유체유출구가 형성된 펌프본체와; 상기 펌프챔버 내에 회전가능하게 배치되고, 내주면에 다수개의 암로브가 형성된 환형의 외부로터와; 외주면에 상기 암로브보다 적은 수의 숫로브가 형성되고, 상기 유체유입구로 유입된 유체를 상기 유체유출구 방향으로 토출할 수 있도록 상기 외부로터의 내부에서 상기 숫로브가 상기 암로브와 맞물려 회전되되, 축방향으로 상호 인접한 제1내부로터 및 제2내부로터로 구성된 내부로터와; 토출유량의 가변이 가능하도록 상기 제1내부로터에 대해 상기 제2내부로터의 위상을 변화시키는 위상제어부를; 포함하는 가변 용적 지로터 펌프에 있어서, 상기 펌프본체는, 상기 내부로터의 일측을 감싸는 형상으로 유체유도챔버가 형성되고, 상기 유체유도챔버로 유체가 공급되도록 상기 유체유입구 또는 상기 유체유출구와 상기 유체유도챔버를 연결하는 제1유로 및 상기 유체유도챔버로부터 유체가 유출되는 제2유로가 형성되며, 마찰면이 상기 유체유도챔버에 노출된 상태로 상기 내부로터의 일측에 고정되어 회전되는 제어디스크를; 더 포함하되, 상기 위상제어부는, 상기 제어디스크의 회전에 따라 상기 유체유도챔버의 내부에서 상기 제어디스크의 반경방향으로 유동되며 상기 제2유로로 유출되는 유체의 유량을 동력으로 상기 제1내부로터에 대해 상기 제2내부로터의 위상을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프는, 상기 위상제어부는, 상기 제2내부로터의 중앙에 배치되어 상기 제2내부로터가 회전가능하게 지지되는 부싱몸체와, 회전되는 경우 상기 제1내부로터에 대해 상기 제2내부로터의 위상이 변화되도록 상기 부싱몸체의 중심축선으로부터 편심된 편심축선을 따라 돌출된 위상가변샤프트와, 상기 위상가변샤프트를 회전시키는 회전구동수단을 포함하여 구성되되, 상기 회전구동수단은, 상기 제어디스크의 회전에 따라 상기 유체유도챔버의 내부에서 상기 제어디스크의 반경방향으로 유동되며 상기 제2유로로 유출되는 유체의 유량을 동력으로 상기 위상가변샤프트를 회전시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프는, 상기 펌프본체는, 상기 편심축선을 따라 길게 상기 위상가변샤프트가 수용되는 샤프트수용보어와, 상기 샤프트수용보어와 상기 유체유입구를 연결하는 제3유로가 더 형성되고, 상기 위상제어부는, 상기 샤프트수용보어의 내부에 길이방향을 따라 전후 이동가능하게 체결되되 상기 샤프트수용보어를 상기 제2유로와 연결된 제1보어공간과 상기 제3유로와 연결된 제2보어공간으로 구획하는 시프트밸브와, 상기 제2보어공간에 체결되되 상기 시프트밸브를 상기 제1보어공간 방향으로 탄성 가압하는 가압스프링을 더 포함하여 구성되어, 상기 제어디스크의 회전에 따라 상기 제2유로를 통해 상기 제1보어공간으로 유입되는 유체가 상기 시프트밸브에 작용하는 힘과 상기 제2보어공간에서 탄성력에 의해 상기 가압스프링이 상기 시프트밸브에 작용하는 힘의 차이에 의해 상기 시프트밸브가 직선 왕복 운동하도록 구성되고, 상기 회전구동수단은, 상기 시프트밸브의 전후 직선 왕복 운동을 상기 위상가변샤프트의 회전운동으로 전환시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프는, 상기 시프트밸브는, 상기 제1보어공간과 상기 제2보어공간을 상호 연통하는 오리피스가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프는, 상기 시프트밸브는, 내주면이 상기 위상가변샤프트를 감싸도록 형성되고, 상기 회전구동수단은, 상기 시프트밸브의 외주면에 상기 샤프트수용보어의 길이방향을 따라 길게 형성된 가이드홈과, 상기 시프트밸브의 회전을 방지함과 동시에 전후 방향으로의 이동을 가이드 하도록 일정 길이를 갖고 상기 샤프트수용보어의 내면에 고정된 상태로 상기 가이드홈에 체결되는 가이드핀과, 상기 위상가변샤프트의 외주면에 나선형으로 형성된 회전유도홈과, 상기 시프트밸브가 전후 이동되는 경우 상기 위상가변샤프트가 회전되도록 상기 시프트밸브의 내주면에 고정된 상태로 상기 회전유도홈에 삽입되는 회전유도돌기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프는 제어디스크의 회전에 따라 발생되는 유체의 유량을 동력으로 2개의 내부로터 상호간 상대적인 위상차를 변화시켜 토출유량을 가변시키도록 구성하여 내부 기계부품에 의한 자동제어 기능에 따라 기존에 비해 추가적인 제어장치가 필요하지 않는 장점이 있다.

또한, 변속기 또는 엔진 오일 펌프의 경우 축방향의 공간은 조금씩 늘려도 상관없지만 반경방향의 크기 증가는 불가능한 경우가 많은데, 본 발명에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프는 제어디스크를 내장함으로써 반경방향으로는 크기가 커지지 않아 상대적으로 커다란 제어장치에 의해 공간의 제약을 받았던 단점을 극복할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프는 장착상의 장점과, 고회전에서의 토출유량 자동감소에 의해 특별한 제약 없이 엔진 회전수 증가에 따른 병착손실(Parasitic Loss)을 크게 감소시켜 다양한 차종의 연비향상의 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프의 측단면도
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프의 작동상태를 도시한 주요부 측단면도
도 4는 도 2의 상태에서의 외부로터 및 내부로터의 위상을 도시한 개념도
도 5는 도 3의 상태에서의 외부로터 및 내부로터의 위상을 도시한 개념도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 위상제어부의 단면도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프의 측단면도
도 8은 마찰면을 갖는 디스크의 회전에 따라 발생되는 주변 유체의 유동을 도시한 그래프
도 9는 종래기술에 따른 오일펌프에서 엔진오일필요량 및 오일펌프토출유량을 도시한 그래프

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프의 측단면도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프의 작동상태를 도시한 주요부 측단면도이며, 도 4는 도 2의 상태에서의 외부로터 및 내부로터의 위상을 도시한 개념도이고, 도 5는 도 3의 상태에서의 외부로터 및 내부로터의 위상을 도시한 개념도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 위상제어부의 단면도이다.

도 1 내지 도 6을 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프는 펌프본체(10)와, 외부로터(20)와, 내부로터(30)와, 제어디스크(40)와, 구동부(50)와, 위상제어부(60)를 포함하여 구성된다.

상기 펌프본체(10)는 본 발명의 일실시예에 따른 지로터 펌프의 외관을 형성하는 구성으로, 제작의 용이성을 위해 하우징(10a)과 커버(10b)가 상호 결합되어 구성되고, 내부로 펌프챔버(11), 유체유입구(12), 유체유출구(13), 유체유도챔버(14), 샤프트수용보어(15), 제1유로(16), 제2유로(27) 및 제3유로(18)가 형성된다.

상기 펌프챔버(11)는 상기 펌프본체(10)의 내부에 형성되어 상기 외부로터(20)가 회전가능하게 배치되고, 일측으로 유체가 유입되는 상기 유체유입구(12)가 연결되며, 타측으로 상기 외부로터(20) 및 상기 내부로터(30)의 회전에 의해 펌핑된 유체가 토출되는 상기 유체유출구(13)가 연결된다.

상기 유체유도챔버(14)는 상기 펌프본체(10)의 내부에 제2내부로터(32)를 감싸는 형상으로 형성되고, 일측으로 상기 유체유도챔버(14)로 유체가 유입되는 상기 제1유로(16)가 연결되며, 타측으로 상기 유체유도챔버(14)로부터 유체가 유출되는 상기 제2유로(17)가 연결된다.

상기 유체유도챔버(14)는 상기 제어디스크(40)와의 유기적인 결합관계에 의해 작용효과가 발휘되는데 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 샤프트수용보어(15)는 위상가변샤프트(62)가 수용되는 구성으로 상기 펌프본체(10)의 내부에서 제2내부로터(32)의 중앙에 구비된 부싱몸체(61)의 중심축선(611)으로부터 편심된 편심축선(612)을 따라 길게 형성된다.

한편, 상기 샤프트수용보어(15)는 시프트밸브(63)의 의해 내부공간이 제1보어공간(151) 및 제2보어공간(152)으로 구획되고, 상기 제1보어공간(151)은 상기 제2유로(27)와 연결되며, 상기 제2보어공간(152)은 상기 제3유로와 연결된다.

상기 제1유로(16)는 상기 유체유도챔버(14)로 유체가 공급되도록 하는 구성으로 본 발명의 일실시예에서는 상기 유체유출구(13)로 토출되는 유체 중 일부가 상기 유체유도챔버(14)로 유입되도록 상기 유체유출구(13)와 상기 유체유도챔버(14)의 중앙 부근을 연결하도록 형성된다.

상기 제2유로(17)는 상기 유체유도챔버(14)로부터 유체가 유출되도록 하는 구성으로 상기 유체유도챔버(14)의 가장자리 부근과 상기 제1보어공간(151)을 연결하도록 형성된다.

상기 제3유로(18)는 시프트밸브(63)에 의해 구획된 상기 제1보어공간(151)과 상기 제2보어공간(152) 상호간에 압력차가 발생될 수 있도록 하는 구성으로 즉, 상기 제1보어공간(151)보다 상기 제2보어공간(152)이 저압상태가 되도록 상기 제2보어공간(152)과 상기 유체유입구(12)를 연결하도록 형성된다.

상기 외부로터(20)는 환형의 고리형상으로 형성되고, 상기 펌프챔버(11) 내에 중앙축선(22)을 회전중심으로 회전가능하게 배치되며, 내주면에 상기 내부로터(30)의 숫로브(311, 321)가 맞물리는 다수개의 암로브(21)가 형성되는데, 본 발명의 일실시예에서는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 6개의 암로브(21)가 형성된 상기 외부로터(20)를 도시하였다.

상기 내부로터(30)는 상기 외부로터(20)의 내부에 배치되어 회전되며 상기 유체유입구(12)로 유입된 유체를 상기 유체유출구(13) 방향으로 토출하는 구성으로, 상기 암로브(21)와 맞물려 회전되는 상기 암로브(21)보다 적은 수의 숫로브(311, 321)가 외주면에 형성되는데, 본 발명의 일실시예에서는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 5개의 숫로브(311, 321)가 형성된 상기 내부로터(30)를 도시하였다.

또한, 본 발명의 일실시예에서는 상기 내부로터(30)가 축방향으로 상호 인접한 제1내부로터(31) 및 제2내부로터(32)로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1내부로터(31)는 그 중앙에 구동축(51)이 고정되어 상기 구동축(51)의 회전과 일체로 회전되도록 구성된다.

상기 제2내부로터(32)는 그 중앙에 구비된 부싱몸체(61)에 회전 가능하게 지지된다.

즉, 상기 제1내부로터(31)가 상기 구동축(51)의 회전에 의해 회전되는 경우 상기 제1내부로터(31)에 맞물린 상기 외부로터(20)가 회전되고, 상기 외부로터(20)가 회전되는 경우 상기 외부로터(20)에 맞물린 상기 제2내부로터(32) 또한 회전되는 것이다.

상기 제1내부로터(31) 및 상기 제2내부로터(32)는 상기 위상제어부(60)에 의해 상호간 위상이 변화됨으로써 토출유량의 가변이 가능하도록 구성되는데, 이러한 상기 제1내부로터(31) 및 상기 제2내부로터(32)의 위상차에 의해 토출유량이 변경되는 점은 체적의 변화(증가, 감소)가 서로 어긋나 상쇄되는 원리를 이용한 것으로, 배경기술에서 언급한 PCT 공개번호 WO 1993/021443호(공개일자: 1993.10.28.)에 상술되어 있고, 공지된 기술이므로 이하 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 제어디스크(40)는 외부적인 제어 없이 구동축(51)의 회전속도에 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 지로터 펌프 토출유량을 자동으로 가변시키기 위한 본 발명의 핵심구성으로, 마찰면(41)이 상기 유체유도챔버(14)에 노출된 상태로 상기 제2내부로터(32) 고정되어 상기 제2내부로터(32)와 일체로 회전되도록 구성된다.

상기 제어디스크(40)가 회전되는 경우 도 8에 도시된 마찰면을 갖는 디스크의 회전에 따라 발생되는 주변 유체의 유동 해석을 참조하면 상기 유체유도챔버(14)의 중앙부 부근에 연결된 상기 제1유로(16)를 통해 상기 유체유도챔버(14)의 내부로 유입된 유체는 상기 제어디스크(40)의 회전에 따라 상기 제어디스크(40)의 반경방향(Vr)으로 유동되며 상기 유체유도챔버(14)의 가장자리 부근에 연결된 상기 제2유로(17)를 통해 유출되는 유체의 유량이 발생되게 된다.

상기 제어디스크(40)의 회전에 따라 상기 제2유로(17)로 유출되는 유체의 유량(Q)과 상기 제어디스크(40)의 회전속도(Ω)는 아래의 수학식 1과 같은 관계가 있다(여기서, υ는 유체의 동점성계수임).

즉, 상기 제어디스크(40)의 회전속도(Ω)가 증가되면 상기 제2유로(17)로 유출되는 유체의 유량(Q) 또한 증가된다.

상기와 같이 상기 제어디스크(40)의 회전에 따른 상기 제2유로(17)로 유출되는 유체의 유량(Q)은 상기 제1내부로터(31)에 대해 상기 제2내부로터(32)의 위상을 변화시키는 위상제어부(60)의 동력으로 이용되는데 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 구동부(50)는 외력에 의해 상기 제1내부로터(31)를 회전시키기 위한 구성으로 본 발명의 일실시예에서는 일단이 구동축선(511)을 기준으로 상기 제1내부로터(31)의 중앙에 고정되는 구동축(51)과, 상기 구동축(51)의 타단에 엔진 등에 의한 외부의 회전입력을 전달받기 위한 구동기어(52)를 포함하여 구성된다.

한편, 상기 구동축(51)은 구동축부시(512)에 의해 상기 펌프본체(10)에 회전가능하게 지지된다.

전술한 바와 같이 상기 구동부(50)에 의해 상기 제1내부로터(31)가 회전되는 경우 상기 제1내부로터(31)에 맞물린 상기 외부로터(20)가 회전되고, 상기 외부로터(20)가 회전되는 경우 상기 외부로터(20)에 맞물린 상기 제2내부로터(32) 또한 회전된다.

상기 위상제어부(60)는 본 발명의 일실시예에 따른 지로터 펌프의 토출유량의 가변이 가능하도록 상기 제1내부로터(31)에 대해 상기 제2내부로터(32)의 위상을 변화시키는 구성으로, 본 발명의 일실시예에서는 상기 제어디스크(40)의 회전에 따라 상기 유체유도챔버(14)의 내부에서 상기 제어디스크(40)의 반경방향으로 유동되며 상기 제2유로(17)로 유출되는 유체의 유량(Q)을 동력으로 상기 제1내부로터(31)에 대해 상기 제2내부로터(32)의 위상을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로 설명하자면, 본 발명의 일실시예에서 상기 위상제어부(60)는 상기 제2유로(17)로 유출되는 유체의 유량(Q)을 동력으로 상기 제1내부로터(31)에 대해 상기 제2내부로터(32)의 위상을 변화시킬 수 있도록 부싱몸체(61)와, 위상가변샤프트(62)와, 시프트밸브(63)와, 가압스프링(64)과, 회전구동수단(65)을 포함하여 구성된다.

상기 부싱몸체(61)는 상기 제2내부로터(32)의 중앙에 배치되어 상기 제2내부로터(32)가 부시(613)를 매개로 회전가능하게 지지되는 구성으로, 상기 위상가변샤프트(62)가 중심축선(611)으로부터 편심된 편심축선(612)을 따라 연결된다.

상기 위상가변샤프트(62)는 상기 부싱몸체(61)의 중심축선(611)으로부터 편심된 편심축선(612)을 따라 돌출되고, 상기 회전구동수단(65)에 의해 회전되는 구성으로 본 발명의 일실시예에서는 돌출된 부분이 상기 샤프트수용보어(15)에 수용되도록 구성된다.

한편, 상기 위상가변샤프트(62)가 상기 회전구동수단(65)에 의해 상기 편심축선(612)을 회전중심으로 회전되는 경우 상기 부싱몸체(61) 및 상기 제2내부로터(32)의 중심축선(611)은 상기 제1내부로터(31)의 회전중심인 구동축선(511)과 어긋나게 회전되며 상기 제1내부로터(31)에 대해 상기 제2내부로터(32)의 위상이 변화하게 된다.

즉, 도 4의 상태에서와 같이 상기 중심축선(611)과 상기 구동축선(511)이 일치하고 상기 제1내부로터(31) 및 상기 제2내부로터(32)의 위상이 상호 일치하여 지로터 펌프의 최대 토출유량을 갖는 상태에서, 상기 위상가변샤프트(62)가 90°각도로 회전되며 도 5의 상태로 되는 경우 상기 부싱몸체(61) 및 상기 제2내부로터(32)의 중심축선(611)은 상기 제1내부로터(31)의 회전중심인 구동축선(511)과 어긋나게 회전되며 상기 제1내부로터(31)에 대해 상기 제2내부로터(32)의 위상이 변화하게 되고 그에 따라 지로터 펌프의 토출유량은 감소하게 되는 것이다.

한편, 도면에 도시되지는 않았지만 도 4의 상태로부터 도 5의 상태를 거쳐 상기 위상가변샤프트(62)가 180°각도로 회전되는 경우 지로터 펌프의 토출유량은 최소가 된다.

상기 시프트밸브(63)는 내주면이 상기 위상가변샤프트(62)를 감싸도록 형성되고, 상기 샤프트수용보어(15)의 내부에 길이방향을 따라 전후 이동가능하게 체결되는 구성으로, 상기 시프트밸브(63)에 의해 상기 샤프트수용보어는 상기 제2유로(17)와 연결된 제1보어공간(151)과 상기 제3유로(18)와 연결된 제2보어공간(152)로 구획된다.

상기 가압스프링(64)은 상기 제2보어공간(152)에 체결되고, 상기 시프트밸브(63)를 상기 제1보어공간(151) 방향으로 탄성 가압하는 구성이다.

즉, 상기 제어디스크(40)의 회전에 따라 상기 제2유로(17)를 통해 상기 제1보어공간(151)으로 유입되는 유체가 상기 시프트밸브(63)에 작용하는 힘과, 상기 제2보어공간(152)에서 탄성력에 의해 상기 가압스프링(64)이 상기 시프트밸브(63)에 작용하는 힘의 차이에 의해 아래의 수학식 2에서와 같이 양 힘이 평형을 이루는 상태가 되는 과정에서 상기 시프트밸브(63)가 상기 샤프트수용보어(15)의 길이방향을 따라 직선 왕복 운동하게 되는 것이다.

여기서, △P는 상기 제2유로(17)를 통해 상기 제1보어공간(151)으로 유입되는 유체의 유량에 의한 상기 제1보어공간(151)과 상기 제2보어공간(152) 사이의 압력차이고, A는 상기 제1보어공간(151)에서의 상기 시프트밸브(63)의 단면적이며, k는 상기 가압스프링(64)의 스프링상수이고, x는 상기 가압스프링(64)의 초기상태에서 줄어든 눌림길이이며 이는 상기 시프트밸브(63)의 이동방향 거리이다.

도 2의 초기상태에서 상기 제어디스크(40)의 회전속도가 증가되면 상기 제2유로(17)를 통해 상기 제1보어공간(151)으로 유입되는 유체의 압력 또한 커지므로 상기 가압스프링(64)의 탄성력을 극복하며 상기 시프트밸브(63)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제2보어공간(152)을 향하여 후진되고, 반대로 도 3의 상태에서 상기 제어디스크(40)의 회전속도가 감소되면 상기 가압스프링(64)의 탄성력에 의해 상기 시프트밸브(63)는 도 2의 상태와 같이 상기 제1보어공간(151)을 향하여 전진되게 된다.

한편, 상기 시프트밸브(63)의 직선 왕복 운동이 안정적으로 되도록 상기 시프트밸브(63)에는 상기 제1보어공간(151)과 상기 제2보어공간(152)을 상호 연통하는 오리피스(631)가 형성된다.

상기 회전구동수단(65)은 상기 제어디스크(63)의 회전에 따라 상기 유체유도챔버(14)의 내부에서 상기 제어디스크(40)의 반경방향으로 유동되며 상기 제2유로(17)로 유출되는 유체의 유량(Q)을 동력으로 상기 위상가변샤프트(62)를 회전시키는 구성으로 본 발명의 일실시예에서는 상기 회전구동수단(65)이 상기 시프트밸브(63)의 전후 직선 왕복 운동을 상기 위상가변샤프트(62)의 회전운동으로 전환시키는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로 설명하자면, 본 발명의 일실시예에서 상기 회전구동수단(65)은 도 6에 도시된 바와 같이 가이드홈(651)과, 가이드핀(652)과, 회전유도홈(653)과, 회전유도돌기(654)를 포함하여 구성된다.

상기 가이드홈(651)은 상기 시프트밸브(63)의 외주면에 상기 샤프트수용보어(15)의 길이방향을 따라 길게 형성되어 상기 가이드핀(652)이 체결되는 구성이다.

상기 가이드핀(652)은 일정 길이를 갖고 상기 샤프트수용보어(15)의 내면에 고정된 상태로 상기 가이드홈(651)에 체결되는 구성이다.

상기 가이드홈(651)과 상기 가이드핀(652)의 유기적인 결합관계에 의하여 상기 시프트밸브(63)는 회전이 방지됨과 동시에 상기 샤프트수용보어(15)의 내부에서 전후 방향으로의 이동은 가이드되는 것이다.

상기 회전유도홈(653)은 상기 위상가변샤프트(62)의 외주면에 나선형으로 형성되어 상기 회전유도돌기(654)가 삽입되는 구성이다.

상기 회전유도돌기(654)는 상기 시프트밸브(63)의 내주면에 고정된 상태로 상기 회전유도홈(653)에 삽입되는 구성이다.

상기 회전유도홈(653)과 상기 회전유도돌기(654)의 유기적인 결합관계에 의하여 상기 시프트밸브(63)가 전후 이동되는 경우 상기 위상가변샤프트(62)는 회전되는 것이다.

이상에서는 본 발명의 일실시예에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프를 살펴보았고, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프를 살펴보기로 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프의 측단면도이다.

도 7을 살펴보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프는 본 발명의 일실시예와 마찬가지로 펌프본체(10)와, 외부로터(20)와, 내부로터(30)와, 제어디스크(40)와, 구동부(50)와, 위상제어부(60)를 포함하여 구성된다.

다만, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 유체유도챔버(14)로 유체가 공급되도록 하는 상기 제1유로(16)가 상기 유체유입구(12)로 유입되는 유체 중 일부가 상기 유체유도챔버(14)로 유입되도록 상기 유체유입구(12)와 상기 유체유도챔버(14)를 연결하도록 형성되는 점이 본 발명의 일실시예와 다른 점이다.

이하 다른 구성은 본 발명의 일실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같은 구성요소들의 유기적인 결합관계에 의하여 본 발명에 따른 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프는 상기 제어디스크(40)의 회전에 따라 발생되는 유체의 유량(Q)을 동력으로 상기 제1내부로터(31) 및 상기 제2내부로터(32) 상호간 상대적인 위상차를 변화시켜 토출유량을 가변시키도록 구성하여 부품수가 상대적으로 적고, 반경방향으로 크기가 커지지 않으며, 별도의 제어기구가 필요 없이 상기 구동축(51)의 회전속도에 따라 자체적으로 토출유량을 가변시킬 수 있게 되는 것이다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경 된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

10 펌프본체
10a 하우징
10b 커버
11 펌프챔버
12 유체유입구
13 유체유출구
14 유체유도챔버
15 샤프트수용보어
151 제1보어공간
152 제2보어공간
16 제1유로
17 제2유로
18 제3유로
20 외부로터
21 암로브
22 중앙축선
30 내부로터
31 제1내부로터
32 제2내부로터
40 제어디스크
41 마찰면
50 구동부
51 구동축
511 구동축선
52 구동기어
60 위상제어부
61 부싱몸체
611 중심축선
612 편심축선
62 위상가변샤프트
63 시프트밸브
631 오리피스
64 가압스프링
65 회전구동수단
651 가이드홈
652 가이드핀
653 회전유도홈
654 회전유도돌기

Claims

내부에 펌프챔버가 형성되고, 상기 펌프챔버에 연결되는 유체유입구 및 유체유출구가 형성된 펌프본체와; 상기 펌프챔버 내에 회전가능하게 배치되고, 내주면에 다수개의 암로브가 형성된 환형의 외부로터와; 외주면에 상기 암로브보다 적은 수의 숫로브가 형성되고, 상기 유체유입구로 유입된 유체를 상기 유체유출구 방향으로 토출할 수 있도록 상기 외부로터의 내부에서 상기 숫로브가 상기 암로브와 맞물려 회전되되, 축방향으로 상호 인접한 제1내부로터 및 제2내부로터로 구성된 내부로터와; 토출유량의 가변이 가능하도록 상기 제1내부로터에 대해 상기 제2내부로터의 위상을 변화시키는 위상제어부를; 포함하는 가변 용적 지로터 펌프에 있어서,
상기 펌프본체는, 상기 내부로터의 일측을 감싸는 형상으로 유체유도챔버가 형성되고, 상기 유체유도챔버로 유체가 공급되도록 상기 유체유입구 또는 상기 유체유출구와 상기 유체유도챔버를 연결하는 제1유로 및 상기 유체유도챔버로부터 유체가 유출되는 제2유로가 형성되며,
마찰면이 상기 유체유도챔버에 노출된 상태로 상기 내부로터의 일측에 고정되어 회전되는 제어디스크를; 더 포함하되,
상기 위상제어부는, 상기 제어디스크의 회전에 따라 상기 유체유도챔버의 내부에서 상기 제어디스크의 반경방향으로 유동되며 상기 제2유로로 유출되는 유체의 유량을 동력으로 상기 제1내부로터에 대해 상기 제2내부로터의 위상을 변화시키는 것을 특징으로 하는 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프.
제1항에 있어서,
상기 위상제어부는, 상기 제2내부로터의 중앙에 배치되어 상기 제2내부로터가 회전가능하게 지지되는 부싱몸체와, 회전되는 경우 상기 제1내부로터에 대해 상기 제2내부로터의 위상이 변화되도록 상기 부싱몸체의 중심축선으로부터 편심된 편심축선을 따라 돌출된 위상가변샤프트와, 상기 위상가변샤프트를 회전시키는 회전구동수단을 포함하여 구성되되,
상기 회전구동수단은, 상기 제어디스크의 회전에 따라 상기 유체유도챔버의 내부에서 상기 제어디스크의 반경방향으로 유동되며 상기 제2유로로 유출되는 유체의 유량을 동력으로 상기 위상가변샤프트를 회전시키는 것을 특징으로 하는 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프.
제2항에 있어서,
상기 펌프본체는, 상기 편심축선을 따라 길게 상기 위상가변샤프트가 수용되는 샤프트수용보어와, 상기 샤프트수용보어와 상기 유체유입구를 연결하는 제3유로가 더 형성되고,
상기 위상제어부는, 상기 샤프트수용보어의 내부에 길이방향을 따라 전후 이동가능하게 체결되되 상기 샤프트수용보어를 상기 제2유로와 연결된 제1보어공간과 상기 제3유로와 연결된 제2보어공간으로 구획하는 시프트밸브와, 상기 제2보어공간에 체결되되 상기 시프트밸브를 상기 제1보어공간 방향으로 탄성 가압하는 가압스프링을 더 포함하여 구성되어, 상기 제어디스크의 회전에 따라 상기 제2유로를 통해 상기 제1보어공간으로 유입되는 유체가 상기 시프트밸브에 작용하는 힘과 상기 제2보어공간에서 탄성력에 의해 상기 가압스프링이 상기 시프트밸브에 작용하는 힘의 차이에 의해 상기 시프트밸브가 직선 왕복 운동하도록 구성되고,
상기 회전구동수단은, 상기 시프트밸브의 전후 직선 왕복 운동을 상기 위상가변샤프트의 회전운동으로 전환시키는 것을 특징으로 하는 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프.
제3항에 있어서,
상기 시프트밸브는, 상기 제1보어공간과 상기 제2보어공간을 상호 연통하는 오리피스가 형성된 것을 특징으로 하는 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 시프트밸브는, 내주면이 상기 위상가변샤프트를 감싸도록 형성되고,
상기 회전구동수단은, 상기 시프트밸브의 외주면에 상기 샤프트수용보어의 길이방향을 따라 길게 형성된 가이드홈과, 상기 시프트밸브의 회전을 방지함과 동시에 전후 방향으로의 이동을 가이드 하도록 일정 길이를 갖고 상기 샤프트수용보어의 내면에 고정된 상태로 상기 가이드홈에 체결되는 가이드핀과, 상기 위상가변샤프트의 외주면에 나선형으로 형성된 회전유도홈과, 상기 시프트밸브가 전후 이동되는 경우 상기 위상가변샤프트가 회전되도록 상기 시프트밸브의 내주면에 고정된 상태로 상기 회전유도홈에 삽입되는 회전유도돌기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 제어디스크가 내장된 가변 용적 지로터 펌프.