KR101454959B1 - 링 캠 및 링 캠을 포함하는 유체 작동 기계 - Google Patents

링 캠 및 링 캠을 포함하는 유체 작동 기계 Download PDF

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로버트 조지 폭스
윌리엄 휴 살빈 람펜
우베 베른하르트 파스칼 슈타인
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Abstract

유체 작동 기계를 위한 링 캠(1)은 복수의 세그먼트들(5, 7)로부터 형성된다. 세그먼트들은 유체 작동 기계의 작동 표면을 함께 한정하는 피스톤 대면 표면들(15, 16)을 가진다. 세그먼트들은 트레일링 단부에서 작동 표면의 부분을 형성하는 피스톤 대면 표면을 가지며 리딩 단부에서 작동 표면으로부터 리세스되는 리딩 연동 형성부(46), 및 리딩 단부에서 작동 표면의 부분을 형성하는 피스톤 대면 표면을 가지며 트레일링 단부에서 작동 표면으로부터 리세스되는 트레일링 연동 형성부(40)를 포함한다. 연동 형성부들은 상호 맞물리며, 그에 의해 롤러들(9)이 제조상의 허용 오차 또는 마모에 기인한 정렬의 약간의 변동에도 불구하고 하나의 세그먼트에서부터 다음의 세그먼트로 원활하게 전달된다.
세그먼트들은 사용 중인 롤러들의 작동으로부터 일어나는 인장 응력을 부분적으로 또는 완전히 보상하기 위해 압축 응력 상태에 있는 피스톤 대면 표면들을 가진다. 세그먼트들은 파형과 유사한 캠 표면을 형성하며, 작동 표면을 통과하는 부착 수단(3)이 사용 중인 피스톤들로부터 최소의 힘을 받는 그의 리딩 표면 또는 트레일링 표면 중의 어느 것 상에 제공된다.

Description

링 캠 및 링 캠을 포함하는 유체 작동 기계{RING CAM AND FLUID-WORKING MACHINE INCLUDING RING CAM}
본 발명은 유체 작동 기계를 위한 링 캠에 관한 것이다. 본 발명은 링 캠들이 사용 중에 특히 큰 힘을 받는 적용들, 및 특히, 예를 들어, 풍력 터빈의 나셀에 사용하기 위한 대형 유체 작동 기계들을 위한 링 캠들에 특별한 관련성을 가지는 것이다.
유체 작동 기계들은 펌프들, 모터들, 및 상이한 작동 모드들에서 펌프로서 또는 모터로서 기능을 할 수 있는 기계들과 같은, 유체 피동 기계 및/또는 유체 구동 기계를 포함한다.
유체 작동 기계가 펌프로서 작동될 때에, 저압 매니폴드는 일반적으로 작동 유체의 순 공급원의 역할을 하며 고압 매니폴드는 일반적으로 작동 유체의 순 싱크의 역할을 한다. 유체 작동 기계가 모터로서 작동될 때에, 고압 매니폴드는 일반적으로 작동 유체의 순 공급원의 역할을 하며 저압 매니폴드는 일반적으로 작동 유체의 순 싱크의 역할을 한다. 이 설명과 첨부된 청구항들의 내에서, 용어 "고압"과 "저압"은 상대적이며, 특정한 적용에 의존한다. 몇몇의 실시예들에서, 저압 작동 유체는 대기압보다 높은 압력 상태에 있을 수 있으며, 대기압의 몇 배일 수 있다. 그러나, 모든 경우들에서, 저압 작동 유체는 고압 작동 유체보다 낮은 압력 상태에 있을 것이다. 유체 작동 기계는 둘 이상의 저압 매니폴드와 둘 이상의 고압 매니폴드를 가질 수 있다.
대변위 링 캠 유체 작동 기계들(large displacement ring cam fluid-working machines)(즉, 캠의 둘레에 배치되는 복수의 반경방향 피스톤들을 구동시키는 대형 회전 환형 캠을 가지며, 각각의 피스톤이 일반적으로 캠 회전당 여러 번 왕복 이동하는 유체 작동 기계들)이 공지되어 있으며, 낮은 속도의 회전 입력이 있지만 상대적으로 높은 속도의 발전기가 있는 재생에너지 적용들에 사용하기 위해 제안된다(Rampen, Taylor & Riddoch, 풍력 터빈들을 위한 기어가 없는 전동장치들(Gearless transmissions for wind turbines), DEWEK, Bremen, 2006. 12). 링 캠 유체 작동 기계들은 일반적으로 파형의 캠에서 롤링하며 피스톤들에 작동 가능하게 연결되는 복수의 롤러들을 가진다. 각각의 피스톤은 실린더에 슬라이딩 가능하게 맞물리며, 실린더와 피스톤은 함께 하나 이상의 밸브들을 통해 고압 매니폴드 및 저압 매니폴드와 연통되는 작동 유체를 수용하는 작동 챔버를 한정한다. 작동 챔버 체적의 하나의 사이클이 실행되며, 그 동안에 작동 유체가 변위될 수 있도록, 피스톤들은 각각, 링 캠이 회전될 때에, 작동 챔버 체적을 변경시키기 위해 실린더의 내부에서 왕복 운동을 받기 위해 작동 가능하다.
링 캠 유체 작동 기계들은 피스톤들 및 실린더들이 링 캠의 내측에 위치하도록 구성될 수 있으며, 링 캠은 내부 대면 작동 표면을 가지며, 또한 링 캠 유체 작동 기계들은 링 캠이 외부 대면 작동 표면을 가지며 피스톤들과 실린더들의 내측에 위치하도록 구성될 수 있다. 사실상, 링 캠이 회전되거나, 피스톤들 및 실린더들이 회전되는, 각각의 구성의 링 캠 유체 작동 기계들이 또한 공지되어 있다. 링 캠이 피스톤들과 실린더들의 내부 링과 외부 링 사이에 위치하는 경우에 링 캠은 내부 대면 작동 표면과 외부 대면 작동 표면을 가지는 것이 또한 가능하다. 심지어 피스톤들과 실린더들이 회전 축과 대략 평행하게 정렬되며, 링 캠이 하나 이상의 축방향 대면 작동 표면들을 가지는 것이 가능하다.
상대적으로 작은 유압 모터들을 구동시키는 링 캠 펌프들이, 예를 들어, 풍력 터빈 발전기, 또는 조력 발전기 및 중력 공급 수력 발전기에 사용하기 위한 견고한 가변 속도 트랜스미션들(robust variable speed transmissions)로서 제안되었다.
링 캠 유체 작동 기계들을 포함하는 멀티-실린더 유체 작동 기계들은 가변 변위 유체 작동 기계들(펌프나 모터, 또는 펌프나 모터로서 작동 가능한 기계들)일 수 있으며, 각각의 작동 챔버들은 저압 매니폴드에서부터 고압 매니폴드로 혹은 그 반대로의 유체의 시간 평균 순 변위를 조절하기 위해, 작동 챔버 체적의 한 사이클 중에 작동 챔버에 의해 작동 유체의 순 변위가 있는 작동 챔버 체적의 하나의 활성(또는 부분 활성) 사이클, 또는 작동 유체의 순 변위가 대체적으로 없는 하나의 아이들 사이클을 실행하기 위해 선택 가능하다.
대형 링 캠 기계는 수리하기가 어려우며 수리하는데 비용이 많이 들고, 심지어 하나의 작동 챔버를 수리하기 위해 전체 몸체의 분해를 필요로 한다. 무거운 유체 작동 기계는 부수적으로 크고 값비싼 운송 설비(예를 들어, 크레인)를 필요로 하는 접근하기 어려운 위치(예를 들어, 풍력 터빈의 나셀)로부터 이동되어야 하기 때문에, 이는 재생에너지 적용들에서 특히 비용이 많이 들 수 있다. 그러므로, 이와 같은 대형 유체 작동 기계들은 대형 부품들의 이송에 대한 필요를 감소시키거나 제거하기 위해서 제자리에서 수리 가능한 것이 바람직하다.
게다가, 대형 유체 작동 기계들(재생에너지 발생에 적합한 것들과 같은)은 일반적으로 특히 높은 내부 힘과 압력을 받는다. 예를 들어, 풍력 터빈에 적합한 크기의 대형 링 캠 유체 작동 기계의 고압(및 사실상 저압) 작동 유체의 압력은 특히 높다. 그 결과로, 롤러들로부터 링 캠에 의해 받아들여진 힘이 또한 크며, 링 캠 작동 표면들이 열화되는 것으로 알려져 있다. 다수의 세그먼트들로부터 대형 링 캠들을 조립하는 것이 제안되었으며, 과도한 마모가 세그먼트들 사이의 경계면에서 롤러의 압력 하에 작동 표면에 나타나는 불연속부 때문에 롤러와 작동 표면들에 일어나는 것이 알려져 있다. 게다가, 회전되는 부분들 자체의 중량은 과도한 링 캠 마모에 이르게 할 수 있다. 따라서, 최소의 중량이며 장기간에 걸친 작동 수명을 가지는, 유체 작동 기계 및 반경방향 유체 작동 기계를 위한 모듈 구조의 링 캠에 대한 필요가 있다.
Rampen, Taylor & Riddoch, 풍력 터빈들을 위한 기어가 없는 전동장치들(Gearless transmissions for wind turbines), DEWEK, Bremen, 2006. 12
링 캠의 일 부분, 또는 이의 세그먼트의, "리딩(leading)" 또는 "트레일링(trailing)" 엣지(또는 단부 또는 다른 부분)라는 용어는, 일반적으로 링 캠의 회전에 기인하지만 몇몇 실시예들에서 피스톤들이 설치되는 하우징의 회전에 기인하는, 피스톤들에 대한 링 캠의 회전의 방향에 관련하여 여기에 표현된다. 몇몇 실시예들에서, 링 캠과 피스톤들의 상대적인 회전은 어떠한 방향도 될 수 있으며(예를 들어, 주어진 유체 작동 기계의 회전의 방향은 작동 또는 유지관리 중에 특정 시간들에서 반전될 수 있으며), 리딩 엣지 및 트레일링 엣지 또는 다른 부분들은 회전의 방향들 중의 하나에 관련해 한정된다. 적어도 하나의 피스톤에 대한 링 캠의 회전에 연결되는 적어도 하나의 피스톤의 왕복 운동에 대한 언급은 링 캠이 회전되거나, 적어도 하나의 피스톤이 회전되거나, 또는 모두가 동일하지 않은 속도로 회전될 가능성을 포함한다. 모든 경우에, 회전은 링 캠의 중심을 통과하는 축의 둘레에서 일어난다.
본 발명은 제1 양상에서 적어도 하나의 피스톤을 가지는 유체 작동 기계를 위한 링 캠으로 확장되며, 링 캠은 적어도 두 개의 세그먼트들을 포함하며, 세그먼트들은 피스톤 대면 표면을 가지며, 피스톤 대면 표면들은 적어도 하나의 피스톤의 왕복 운동을 적어도 하나의 피스톤에 관련된 링 캠의 회전에 연결하기 위해 캠 맞물림 요소(피스톤의 일 부분, 예를 들어, 피스톤 슈, 또는 더 일반적으로 롤러와 같은)를 통해 적어도 하나의 피스톤과 작동되게 맞물리기 위한 (일반적으로 다엽의) 캠 작동 표면을 함께 한정하며, 각각의 세그먼트의 피스톤 대면 표면이 압축 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다.
따라서, (롤러들 또는 피스톤 슈들과 같은 캠 맞물림 요소들을 통해 연결되는) 피스톤들로부터 나온 힘이 각각의 세그먼트의 피스톤 대면 표면 상에 접촉될 때, 결과로 나온 인장 응력은 세그먼트의 피스톤 대면 표면의 압축에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 상쇄되며, 그렇지 않으면 세그먼트의 작동 수명을 감소시켰을 인장 응력을 감소시키거나 회피시킨다. 세그먼트는 일반적으로 인장에서보다 압축에서 강한, 강철과 같은, 금속으로 제조된다.
바람직하게는, 피스톤 대면 표면은 접선방향의 (또한 후프로 알려진) 압축 상태로 유지된다. 접선방향의 압축은 각각의 세그먼트의 피스톤 대면 표면이 피스톤 대면 표면에(및 주위에) 접하는 방향으로 압축된다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 피스톤 대면 표면의 압축은 피스톤 대면 표면에 접하는 방향으로, 50 MPa, 100 MPa 또는 200 MPa보다 더 크다.
실제로, 각각의 세그먼트의 피스톤 대면 표면뿐만 아니라, 각각의 세그먼트의 표면에 인접한 적어도 하나의 영역이 압축 상태로 유지될 것이다. 일반적으로, 압축된 영역은 피스톤 대면 표면으로부터 세그먼트로 확장되며, 접선방향의 압축은 바람직하게는 50 MPa, 100 MPa 또는 200 MPa보다 더 크다. 예를 들어, 접선방향으로 압축하는 힘은 피스톤 대면 표면으로부터 1 mm, 2 mm 또는 5 mm보다 깊은 깊이까지 세그먼트에 존재할 수 있다.
압축 상태로 유지하는 것에 의해, 본 발명자들은 피스톤으로부터 나온 힘과 같은, 다른 힘이 없을 때에 압축 변형이 있다는 것을 말한다. 따라서, 세그먼트들은 탄성적으로 변형된다. 일반적으로, 압축 상태로 유지되지 않는다면 하나 또는 각각의 세그먼트는 상이한 형상을 채택할 것이다. 따라서, 세그먼트는 일반적으로 적어도 피스톤 대면 표면이 하나 이상의 고정구들에 의해 압축 상태로, 그리고 일반적으로 접선방향의 압축 상태로, 유지되도록 유지된다. 하나 이상의 고정구들은 세그먼트들이 제거될 수 있게 하기 위해, 해제 가능할 수 있다. 예를 들어, 세그먼트들은 이들이 테스트되거나, 유지관리되거나 또는 교체되는 것을 가능하게 하기 위해 개별적으로 제거될 수 있다.
일반적으로 각각의 세그먼트는 세그먼트가 외력 없이 채택할 고유의 곡률을 가지며, 각각의 세그먼트는 상이한 곡률로 유지되며, 그에 의해 각각의 세그먼트의 피스톤 대면 표면을 압축 상태로, 그리고 일반적으로 접선방향의 압축 상태로 유지시킨다. 고유의 곡률에 의해, 본 발명자들은 만약 하나 이상의 고정구들에 의해 탄성 변형 하에 유지되는 피스톤들로부터 또는 세그먼트로부터 발생하는 힘과 같이, 세그먼트에 작용하는 외력이 없다면 세그먼트가 채택할 곡률을 말한다.
일반적으로, 링 캠은 드럼과 같은, 캠 세그먼트 지지부를 포함하며, 각각의 세그먼트는 하나 이상의 고정구들에 의해 캠 세그먼트 지지부에 고정된다. 일반적으로, 각각의 세그먼트는 피스톤 대면 표면의 반대쪽에 지지부 대면 표면을 가진다.
각각의 세그먼트는 피스톤 대면 표면이 압축된 상태로 세그먼트를 캠 세그먼트 지지부의 위에 유지하도록, 볼트들과 같은, 하나 이상의 고정구들을 받아들이기 위해 지지부 대면 표면과 피스톤 대면 표면 사이에 연장되는 하나 이상의 관통공들을 포함할 수 있다.. 따라서, 각각의 세그먼트의 피스톤 대면 표면은 일반적으로 관통공들에 의해 관통된다. 각각의 세그먼트는 피스톤 대면 표면으로부터 하나 이상의 고정구들로 연장되는, 세그먼트의 측면에 있는 굴곡부들을 포함할 수 있다.
링 캠의 피스톤 대면 표면은 링 캠의 반경방향 외측으로 피스톤들과 작동되게 맞물리기 위한 외부 대면 작동 표면일 수 있으며, 각각의 세그먼트는 세그먼트의 고유의 곡률보다 더 작은 곡률로 유지된다. 따라서, 캠 세그먼트 지지부는 제1 곡률 반경을 한정할 수 있으며 각각의 세그먼트는 제2 곡률 반경을 가지는 고유의 곡률을 가질 수 있으며, 제1 곡률 반경은 제2 곡률 반경보다 더 크다. 제1 곡률 반경은 캠 세그먼트 지지부(세그먼트 유지 형성부들 사이에서 계속해서 연장될 필요가 없는)의 위에 있는 세그먼트 유지 형성부들(볼트 구멍들과 같은)의 형태에 의해 한정될 수 있다. 각각의 세그먼트는 캠 세그먼트 지지부로 관통공들을 통해 연장되는 하나 이상의 볼트들에 의해, 피스톤 대면 표면이 압축된 상태로, 유지될 수 있다. 바람직하게는, 제1 곡률 반경은 제2 곡률 반경보다 적어도 0.05% 또는 0.1% 더 크며 제1 곡률 반경은 제2 곡률 반경보다 0.1%와 0.5% 사이, 또는, 몇몇 실시예들에서, 0.2%와 0.3% 사이로 더 클 수 있다.
링 캠의 피스톤 대면 표면은 링 캠의 반경방향 내측으로 피스톤들과 작동되게 맞물리기 위한 내부 대면 작동 표면일 수 있으며, 각각의 세그먼트는 세그먼트의 고유의 곡률보다 더 큰 곡률로 유지된다. 따라서, 캠 세그먼트 지지부는 제1 곡률 반경을 한정할 수 있으며 각각의 세그먼트는 제2 곡률 반경을 가지는 고유의 곡률을 가질 수 있으며, 제1 곡률 반경은 제2 곡률 반경보다 더 작다. 제1 곡률 반경은 세그먼트 유지 형성부들 사이에서 계속해서 연장될 필요가 없는 캠 세그먼트 지지부의 위에 있는 세그먼트 유지 형성부들(볼트 구멍들과 같은)의 형태에 의해 한정될 수 있다. 각각의 세그먼트는 캠 세그먼트 지지부로 관통공들(또는 굴곡부들)을 통해 연장되는 하나 이상의 볼트들에 의해, 피스톤 대면 표면이 압축된 상태로, 유지될 수 있다. 바람직하게는, 제1 곡률 반경은 제2 곡률 반경보다 적어도 0.1% 또는 0.5% 더 작으며 제1 곡률 반경은 제2 곡률 반경보다 0.1%와 0.5% 사이, 또는 몇몇 실시예들에서 0.2%와 0.3% 사이로 더 작을 수 있다.
각각의 세그먼트는 (지지부 맞물림 표면보다 피스톤 대면 표면에 대해 더 가까이, 및 일반적으로 훨씬 더 가까이 있는) 피스톤 대면 표면의 하부에 있는 하나 이상의 압축 가능한 영역들을 포함할 수 있으며, 압축 가능한 영역들은 세그먼트의 주변 재료보다 더 큰 압축성을 가지는 매체를 포함한다.
영역들은 (예를 들어, 링 캠의 회전의 축에 대체로 평행하게) 세그먼트를 가로질러 부분적으로 또는 전체적으로 연장될 수 있다. 압축 가능한 영역들은 세그먼트들의 재료에 있는 구멍들이거나 공극들, 예를 들어, 세그먼트의 마주보는 측면들 사이에 연장되는 관통공들일 수 있다. 압축 가능한 영역들은 어떤 다른 적합한 압축 가능한 매체를 포함할 수 있다.
각각의 세그먼트는 복수의 압축 가능한 영역들을 포함할 수 있다.
압축 가능한 영역들은 유리하게도 피스톤 대면 표면들에서 압축의 발생을 용이하게 한다. 압축 가능한 영역들은 고정구들에 의해 가해지는 주어진 양의 힘에 대해 더 큰 접선방향의 압축의 발생을 가능하게 할 수 있다.
본 발명은 제2 양상에서 본 발명의 제1 양상에 따르는 링 캠, 및 적어도 하나의 피스톤의 왕복 운동이 적어도 하나의 피스톤에 대한 링 캠의 회전에 연결되도록 캠 맞물림 요소(피스톤의 일 부분 또는 예를 들어 롤러와 같은)를 통해 링 캠 작동 표면과 작동되게 맞물리는 적어도 하나의 피스톤(일반적으로 복수의 피스톤들)을 포함하는 유체 작동 기계로 확장된다.
제3 양상에서, 본 발명은 제1 양상에 따르는 링 캠을 형성하기 위해 링 캠 세그먼트를 끼워 맞추는 방법으로 확장되며, 방법은 세그먼트의 피스톤 대면 표면을 압축하기 위해 링 캠 세그먼트를 탄성적으로 변형시키면서 동시에 링 캠 세그먼트의 피스톤 대면 표면이 작동 표면의 부분을 형성하도록 링 캠 세그먼트를 설치하는 단계를 포함한다.
캠 세그먼트 지지부는 적어도 두 개의 고정구들 사이에서 그리고 일반적으로 각각의 고정구 사이에서 계속하여 연장될 수 있으며, 바람직하게는 링 캠 세그먼트를 설치하는 단계는 적어도 (일반적으로 세그먼트의 중심을 가로질러) 세그먼트의 리딩 단부와 트레일링 단부 사이에서 연장되는 지지부와 지지부 대면 표면 사이에 틈이 있도록, 세그먼트의 리딩 단부와 트레일링 단부에서 또는 근처에서 세그먼트의 지지부 대면 표면을 캠 세그먼트 지지부와 맞물리게 하는 단계 및 틈을 감소시키기 위해(그리고 바람직하게는, 제거하기 위해) 세그먼트를 탄성적으로 변형시키는 단계를 포함한다. 세그먼트를 캠 세그먼트 지지부에 연결하는 볼트들이 장력을 받을 때 세그먼트는 탄성적으로 변형될 수 있다.
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본 발명의 제5 양상에 따르면, 적어도 하나의 피스톤을 가지는 유체 작동 기계를 위한 링 캠이 제공되며, 링 캠은 적어도 두 개의 세그먼트들을 포함하며; 각각의 세그먼트는 리딩 영역에서 리딩 연동 형성부(leading cooperating formation), 및 트레일링 영역에서 트레일링 연동 형성부(trailing cooperating formation)를 가지며, 각각의 리딩 연동 형성부는 상호 맞물림 영역에서 트레일링 연동 형성부와 연동되게 맞물리며, 각각의 세그먼트는 피스톤 대면 표면을 가지며, 피스톤 대면 표면들은 함께 적어도 하나의 피스톤에 대한 링 캠의 회전에 적어도 하나의 피스톤의 왕복 운동을 연결하기 위해 캠 맞물림 요소(피스톤의 일 부분, 예를 들어, 피스톤 슈, 또는 보다 일반적으로는 롤러와 같은)에 의해 적어도 하나의 피스톤과 작동되게 맞물리기 위한 (일반적으로, 다엽의) 캠 작동 표면을 한정하며; 각각의 리딩 연동 형성부와 트레일링 연동 형성부는 피스톤 대면 표면의 일 부분을 가지며; 각각의 리딩 연동 형성부는, 리딩 연동 형성부의 트레일링 영역에서 작동 표면의 부분을 형성하며 상호 맞물림 영역을 가로질러 리딩 연동 형성부의 리딩 영역에서 작동 표면으로부터 리세스되는 피스톤 대면 표면을 가지며, 각각의 트레일링 연동 형성부는 트레일링 연동 형성부의 리딩 영역에서 작동 표면의 부분을 형성하며 상호 맞물림 영역을 가로질러 트레일링 연동 형성부의 트레일링 영역에서 작동 표면으로부터 리세스되는 피스톤 대면 표면을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 제6 양상에서 본 발명의 제5 양상에 따른 링 캠, 및 적어도 하나의 피스톤의 왕복 운동이 적어도 하나의 피스톤에 대한 링 캠의 회전에 연결되도록 링 캠 작동 표면과 작동되게 맞물리는 적어도 하나의 피스톤(일반적으로 복수의 피스톤들)을 포함하는 피스톤 유체 작동 기계로 확장된다.
본 발명은 또한 제7 양상에서 제5 양상에 따른 링 캠, 및 캠 맞물림 요소에 의해 링 캠에 연결되는 적어도 하나의 피스톤을 가지는 유체 작동 기계를 작동시키는 방법으로 확장되며, 방법은 적어도 하나의 캠 맞물림 요소가 제1 세그먼트의 리딩 연동 형성부로부터 제2 세그먼트의 트레일링 연동 형성부로 원활하게 통과되도록 링 캠과 적어도 하나의 피스톤의 상대 회전을 야기하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 하나 또는 각각의 피스톤은 일반적으로 롤러인 캠 맞물림 요소에 의해 링 캠과 작동되게 맞물린다.
공지의 분할된 링 캠들에서, 하나의 링 캠 세그먼트의 작동 표면은 롤러들 또는 다른 캠 맞물림 요소들이 링 캠 세그먼트들 사이에서 원활하게 이동되도록 인접한 링 캠 세그먼트의 작동 표면과 정렬되고 접촉하도록 의도된다. 그러나, 실제로, 인접한 작동 표면들 사이에 종종 심각한 불일치가 있을 것이다. 불일치는 설치 중에 존재할 수 있거나, 마모를 통해 발달할 수 있거나, 사용 중에 유체 작동 기계의 내부에 있는 힘(예를 들어, 캠들에 힘을 가하는, 롤러들, 또는 다른 캠 맞물림 요소들로부터 초래되는)의 결과로 일시적으로 생성될 수 있다. 따라서, 소음에 이르게 할 뿐만 아니라, 롤러들, 또는 다른 캠 맞물림 요소들에 대해서나, 링 캠 세그먼트들의 작동 표면들의 엣지들에 대한 마모에 이르게 하는 불연속부가 있을 것이다.
그러나, 본 발명의 링 캠에서, 인접한 세그먼트들은 상호 맞물림 연동 형성부들을 가지며, 각각의 형성부는 일 단부에 작동 표면의 부분을 형성하며, 타 단부에서 작동 표면으로부터 리세스되는 피스톤 대면 표면을 가진다. 캠 맞물림 요소가 양쪽 모두의 연동 형성부들과 동시에 접촉하는 상호 맞물림 영역의 내부에 있는 위치가 있을 것이다. 따라서, 롤러(링 캠과 롤링되게 맞물리는), 또는 다른 캠 맞물림 요소는, 제1 세그먼트의 리딩 연동 형성부의 작동 표면과 접촉하며, 그 다음에 제1 세그먼트의 리딩 연동 형성부 및 제2 세그먼트의 트레일링 연동 형성부의 작동 표면과 동시에 접촉하며, 그 다음에 단지 제2 세그먼트의 작동 표면과만 접촉함으로써, 하나의 세그먼트에서부터 다음 세그먼트까지 원활하게 전달될 것이다. 인접한 세그먼트들의 정렬에 어떤 작은 불일치가 있다면, 이 과정은 약간 빨리 또는 빨리 일어날 것이다. 더구나, 이 위치의 정확한 배치는 제조상의 허용 오차와 마모에 의존할 수 있다. 그러나, 조금 불일치된 평행한 작동 표면들에서 발견될 수 있는 것과 같은 불연속부가 없어야 한다. 따라서, 마모를 최소화하는 원활한 전달이 제조상의 허용 오차와 사용 중의 마모에도 불구하고 달성될 수 있다. 연동 형성부들은 일반적으로 이들의 길이를 따라 점차 작동 표면으로부터 리세스된다.
일반적으로, 리딩 연동 형성부의 리딩 영역에 있는 피스톤 대면 표면과, 트레일링 연동 형성부의 트레일링 영역에 있는 피스톤 대면 표면은 적어도 일 부분의 상호 맞물림 영역에서 적어도 0.25mm, 0.5mm 또는 1mm만큼 작동 표면으로부터 리세스된다.
일반적으로, 각각의 연동 형성부는 설부(tongue)를 포함한다. 일반적으로, 각각의 리딩 연동 형성부는 리딩 설부의 트레일링 엣지에서 작동 표면의 부분을 형성하며 상호 맞물림 영역을 가로질러 리딩 설부의 리딩 영역에서 작동 표면으로부터 리세스되는 피스톤 대면 표면을 가지는 리딩 설부를 포함한다. 일반적으로 또한, 각각의 트레일링 연동 형성부는 트레일링 설부의 리딩 엣지에서 작동 표면의 부분을 형성하며 상호 맞물림 영역을 가로질러 트레일링 설부의 트레일링 영역에서 작동 표면으로부터 리세스되는 피스톤 대면 표면을 가지는 트레일링 설부를 포함한다. 연동 형성부는 복수의 설부들을 가질 수 있다. 연동 형성부는 이들 사이에 있는 홈을 한정하는 제1 설부 및 제2 설부를 포함할 수 있다.
상호 맞물림 영역에 의해서, 본 발명자들은 연동 형성부들(예를 들어, 설부들)이 서로 인접하며, 롤러들이나 다른 캠 맞물림 요소들이 사용 중에 작동 표면을 따라 이동되는 방향에 직교하는 영역을 말한다. 따라서, 캠 맞물림 요소들은 이들이 하나의 세그먼트에서부터 다음의 인접한 세그먼트로 전달되므로 일정 시간 동안 상호 맞물림 영역에서 양쪽 모두의 연동 형성부들을 넘어 연장될 것이다.
일반적으로, 복수의 피스톤들이 링 캠의 외측(외부 대면 링 캠에 대해)이나, 링 캠의 내측(내부 대면 링 캠에 대해)에, 또는, 몇몇 실시예들에서 양쪽 모두(내부 대면 작동 표면과 외부 대면 작동 표면을 가지는 링 캠에 대해)에 배치된다. 따라서, 유체 작동 기계는 일반적으로 반경방향 피스톤 유체 작동 기계이다. 그러나, 복수의 피스톤들은 링 캠의 회전 축에 대략 평행하게 배치될 수 있다. 복수의 피스톤들은 일반적으로 링 캠의 둘레에 반경방향으로 배치되며, 통상적으로 동일하게 이격된다.
바람직하게는, 각각의 피스톤은 피스톤의 왕복 운동으로 주기적으로 변하는 체적의 작동 챔버와 관련된다. 바람직하게는, 각각의 피스톤은 작동 챔버가 실린더와 피스톤 사이에서 한정되도록 실린더의 내부에 슬라이딩 가능하게 설치된다. 일반적으로, 유체 작동 기계는 몸체를 포함하며 하나 또는 각각의 실린더는 몸체에 형성될 수 있다. 예를 들어, 몸체는 실린더 블록을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 또는 각각의 실린더 또는 하나 또는 각각의 피스톤은 (일반적으로 구형 베어링을 통해) 관절로 연결될 수 있다. 하나 또는 각각의 피스톤은 몸체의 내부에 구속될 수 있다.
작동 챔버의 체적은 링 캠의 회전으로 주기적으로 변한다. 유체 작동 기계는 저압 매니폴드와 고압 매니폴드, 및 각각의 작동 챔버와 저압 및 고압 매니폴드 사이에서 유체의 유동을 조절하기 위한 복수의 밸브들을 포함한다. 일반적으로, 각각의 작동 챔버와 관련된 적어도 하나의 밸브는 전자적으로 제어되는 밸브이다. 유체 작동 기계는 각각의 체적 사이클 상에서 각각의 작동 챔버에 의해 변위되는 작동 유체의 순 체적을 선택하기 위해, 작동 챔버 체적의 각각의 사이클 상에서 그리고 작동 챔버 체적의 사이클들에 대한 위상 관계로 하나 이상의 전자적으로 제어되는 밸브들을 제어하기 위해 작동 가능한 제어기를 포함한다.
일반적으로, 각각의 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소는 링 캠 작동 표면에 대하여 편향된다. 예를 들어, 각각의 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소는 스프링과 같은, 탄성 부재에 의해 작동 표면에 대하여 편향될 수 있다. 일반적으로 탄성 부재는 각각의 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소에 대하여 각각의 피스톤을 편향시키며, 그에 의해 작동 표면에 대하여 롤러(또는 다른 캠 맞물림 요소)를 편향시킨다. 그 대신으로, 또는 이에 더하여, 각각의 롤러(또는 다른 캠 맞물림 요소) 및/또는 각각의 피스톤은, 작동 챔버 체적의 일 부분 또는 모든 사이클 전체에 걸쳐, 개개의 작동 챔버의 내부로부터 나온 유체 압력에 의해 작동 표면에 대하여 편향된다. 일반적으로, 개개의 작동 챔버의 내부로부터 나온 유체는 또한 각각의 롤러, 또는 다른 캠 맞물림 요소와 직접 연통되며 그에 의해 작동 표면에 대하여 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소를 편향시키고 나아가 피스톤으로부터 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소를 분리한다. 예를 들어, 각각의 피스톤은 작동 챔버로부터 연장되며 롤러와 피스톤의 인접한 표면과 유체로 연통되는 통로를 한정할 수 있으며, 그 결과 고압 유체가 피스톤과 롤러 사이에 액체가 모이며, 자동 평형 유체 베어링으로서 기능을 한다.
실제로, 각각의 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소에 가해지는 힘은 상당히 클 수 있다. 이 힘은 작동 챔버 체적의 사이클들 중에 주기적으로 변한다(그리고 몇몇 실시예들에서, 제어기에 의해 선택되는 작동 챔버 체적의 특수한 사이클 상에서 작동 챔버에 의해 변위되는 유체의 체적에 의존한다). 마모를 감소시키기 위해, 기계는 개개의 작동 챔버가 저압 매니폴드와 직접 유체로 연통되며/연통되거나 고압 매니폴드로부터 분리될 때에 롤러들 또는 다른 캠 맞물림 요소들이 상호 맞물림 영역들 상에 접촉되도록 구성되거나 작동될 수 있다.
유체 작동 기계는, 개개의 작동 챔버가 수축되는 중일 때에(예를 들어, 유체 작동 기계가 펌프인 실시예들에서), 롤러들 또는 다른 캠 맞물림 요소들이 상호 맞물림 영역들 상에 접촉되지 않도록 구성될(또는 작동될) 수 있다. 유체 작동 기계는, 개개의 작동 챔버가 팽창되는 중일 때에(예를 들어, 유체 작동 기계가 모터인 실시예들에서), 롤러들 또는 다른 캠 맞물림 요소들이 상호 맞물림 영역들 상에 접촉되지 않도록 구성될(또는 사용될) 수 있다. (예를 들어, 유체 작동 기계가 제1 회전 방향에서 펌프로서 작동 가능하며 제2회전 방향에서 모터로서 작동 가능한 펌프/모터인 몇몇 실시예에서) 유체 작동 기계는 제1 방향으로 회전될 때, 롤러들 또는 다른 캠 맞물림 요소들이 개개의 작동 챔버가 수축되는 중일 때에 상호 맞물림 영역들 상에 접촉되지 않으며, 제2 방향으로 회전될 때, 롤러들 또는 다른 캠 맞물림 요소들이 개개의 작동 챔버가 팽창되는 중일 때에 상호 맞물림 영역들 상에 접촉되지 않도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 작동 챔버의 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소는 작동 챔버 체적의 사이클마다 상호 맞물림 영역 상에 접촉되진 않는다(예를 들어, 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소가 단지 두 번째나 단지 세 번째 사이클 마다, 또는 단지 두 번보다 많거나, 세 번 이상의 사이클들 마다 상호 맞물림 영역에 대해 접촉될 수 있다).
따라서, 유체 작동 기계가 제1 회전 방향에서 펌프와 모터 모두로서 작동 가능한 실시예들에서, 유체 작동 기계는, 제1 회전 방향에서, 개개의 작동 챔버가 수축되는 중일 때, 각각의 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역 상에 접촉되지 않도록 구성될 수 있거나 작동될 수 있으며, 각각의 작동 챔버는 작동 챔버 체적의 매 사이클 중에 펌핑 사이클을 실행하기 위해 작동될 수 있으며, 각각의 작동 챔버는 작동 챔버 체적의 사이클들 중에 모터링 사이클을 실행하기 위해 작동될 수 있으며, 여기서, 캠 맞물림 요소는 상호 맞물림 영역 상에 접촉되지 않는다(경우에 따라 작동 챔버 체적의 두 번째 사이클마다, 또는 세 번째 사이클마다, 또는 단지 두 번보다 많거나, 세 번 이상의 사이클들마다).
몇몇 실시예들에서, 유체 작동 기계는 제1 회전 방향에서 펌프 및 모터 모두로서 작동 가능하며 각각의 캠 맞물림 요소는 단지 개개의 작동 챔버가 팽창되는 중일 때만 상호 맞물림 영역 상에 접촉되지 않으며, 각각의 작동 챔버는 작동 챔버 체적의 매 사이클 중에 모터링 사이클을 실행하기 위해 작동 가능하며, 각각의 작동 챔버는 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역 상에 접촉되지 않는 작동 챔버 체적의 사이클들 중에 펌핑 사이클을 실행하기 위해 작동 가능하다.
유체 작동 기계는 제1 회전 방향에서 모터로서, 그리고 제2 회전 방향에서 펌프로서 작동될 수 있으며, 제1 회전 방향에서, 각각의 캠 맞물림 요소는 개개의 작동 챔버가 팽창되는 중일 때 상호 맞물림 영역 상에 접촉되지 않으며, 제2 회전 방향에서, 각각의 캠 맞물림 요소는 개개의 작동 챔버가 수축되는 중일 때 상호 맞물림 영역 상에 접촉되지 않는다.
따라서, 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역 상에 접촉될 때에, 캠 맞물림 요소가 작동 표면의 다른 영역(즉, 상호 맞물림 영역 또는 다른 불연속부를 포함하지 않은 작동 표면의 다른 영역) 상에 접촉될 때의 작동 챔버의 유체 압력과 비교하여, 작동 챔버의 유체 압력이 제한된다.
유체 작동 기계는 단지 개개의 작동 챔버가 팽창되는 중일 때에만(예를 들어 유체 작동 기계가 펌프인 실시예들에서) 롤러들 또는 다른 캠 맞물림 요소들이 상호 맞물림 영역들 상에 접촉되도록 구성될(또는 작동될) 수 있다. 유체 작동 기계는 단지 개개의 작동 챔버가 수축되는 중일 때에만(예를 들어, 유체 작동 기계가 모터인 실시예들에서) 롤러들 또는 다른 캠 맞물림 요소들이 상호 맞물림 영역들 상에 대해 접촉되도록 구성될 수 있다.
따라서, 유체 작동 기계가 제1 회전 방향에서 펌프와 모터 모두로서 작동 가능한 실시예들에서, 유체 작동 기계는, 제1 회전 방향에서, 단지 개개의 작동 챔버가 팽창되는 중일 때 각각의 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역 상에 접촉되도록 구성될 수 있거나, 작동될 수 있으며, 각각의 작동 챔버는 작동 챔버 체적의 매 사이클 중에 펌핑 사이클을 실행하기 위해 작동될 수 있으며, 각각의 작동 챔버는 작동 챔버 체적의 사이클들 중에 모터링 사이클을 실행하기 위해 작동될 수 있으며 여기서 캠 맞물림 요소는 상호 맞물림 영역 상에 접촉되지 않는다(경우에 따라, 작동 챔버 체적의 두 번째 사이클마다, 또는 세 번째 사이클마다, 또는 단지 두 번보다 많거나, 세 번 이상의 사이클들마다).
몇몇 실시예들에서, 유체 작동 기계는 제1 회전 방향에서 펌프 및 모터 모두로서 작동 가능하며, 각각의 캠 맞물림 요소는 단지 개개의 작동 챔버가 수축되는 중일 때만 상호 맞물림 영역에 대해 접촉되며, 각각의 작동 챔버는 작동 챔버 체적의 매 사이클 중에 모터링 사이클을 실행하기 위해 작동 가능하며, 각각의 작동 챔버는 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역 상에 접촉되지 않는 작동 챔버 체적의 사이클들 중에 펌핑 사이클을 실행하기 위해 작동 가능하다.
유체 작동 기계는 제1 회전 방향에서 모터로서, 및 제2 회전 방향에서 펌프로서 작동될 수 있으며, 제1 회전 방향에서, 각각의 캠 맞물림 요소는 단지 개개의 작동 챔버가 수축되는 중일 때만 상호 맞물림 영역 상에 접촉되며, 제2 회전 방향에서, 각각의 캠 맞물림 요소는 단지 개개의 작동 챔버가 팽창되는 중일 때만 상호 맞물림 영역 상에 접촉된다.
따라서, 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역 상에 접촉될 때에, 캠 맞물림 요소가 작동 표면의 다른 영역에 대해 접촉될(즉, 상호 맞물림 영역 또는 다른 불연속부를 포함하지 않는 작동 표면의 다른 영역)때의 작동 챔버의 유체 압력과 비교하여, 작동 챔버의 유체 압력이 제한된다.
유체 작동 기계는 펌프 또는 모터로서(하나 또는 양쪽 모두의 회전 방향에서) 기능을 하기 위해 작동될 수 있다. 유체 작동 기계들(예를 들어, 풍력 터빈들)은 실제로 대부분의 시간 동안 펌프로서 기능을 할 수 있지만, 또한 터빈 블레이드들(또는 다른 회전 장치)이 유지관리 중에 원하는 배향으로 구동되는 것을 가능하게 하기 위해 모터로서 작동될 수 있다. 몇몇 적용들에서 유체 작동 기계가 주어진 회전 방향에서 펌프와 모터 모두로서 작동 가능한 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 대부분의 시간 동안 펌프로서 기능을 하는 (그리고 작동 챔버가 수축되는 중일 때 하나 또는 각각의 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역 상에 접촉되지 않는) 유체 작동 기계들(풍력 터빈들과 같은)은 유리하게도 기계를 일정 위치에 배치하기 위해 모터로서 작동 챔버 체적의 단지 몇몇 사이클들에 대해(즉, 하나 또는 각각의 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역에 대해 접촉되지 않을 때) 작동될 수 있다. 예를 들어, 대부분의 시간 동안 펌프로서 기능을 하는 (그리고 작동 챔버가 수축되는 중일 때 하나 또는 각각의 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역 상에 접촉되지 않는) 유체 작동 기계들(풍력 터빈들과 같은)은 유리하게도 기계를 일정 위치에 배치하기 위해 모터로서 소량의 시간 동안(즉, 작동 챔버가 팽창되는 중일 때 하나 또는 각각의 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역 상에 접촉될 때) 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서(예를 들어, 각각의 작동 챔버가 활성 사이클 또는 아이들 사이클을 실행하기 위해 사이클 베이스로 선택 가능하며/선택 가능하거나 펌핑 사이클 또는 모터링 사이클을 실행하기 위해 선택 가능하거나, 또는 유체 작동 기계가 개개의 제1 회전 방향 및 제2 회전 방향에서 하나의 시퀀스의 활성 사이클들 및 아이들 사이클들, 또는 펌핑 사이클들 및 모터링 사이클들을 실시하도록 구성되는), 유체 작동 기계는 (캠 맞물림 요소가 작동 표면의 다른 영역에 대해 접촉될 때의 작동 챔버의 유체 압력과 비교하여) 롤러들 또는 다른 캠 맞물림 요소들이 상호 맞물림 영역 상에 접촉될 때 (캠 맞물림 요소가 작동 표면의 다른 영역에 대해 접촉될 때의 작동 챔버의 유체 압력과 비교하여) 작동 챔버의 작동 유체 압력을 제한하기 위해 작동 가능하다(또는 구성된다). 바람직하게는 유체 압력은 작동 챔버 체적의 일반적인 활성 사이클 중에 최대 압력보다 대체로 낮은 압력으로 제한된다. 예를 들어, 압력은 50 Bar, 100 Bar 또는 200 Bar보다 낮게 제한될 수 있다. 압력은 작동 챔버의 최대 정격 작동 압력, 또는 작동 챔버 체적의 일반적인 활성 사이클 중의 최대 압력의 50%보다 작게, 또는 25%보다 작게 제한될 수 있다.
바람직하게는, 롤러들 또는 다른 캠 맞물림 요소들이 상호 맞물림 영역 상에 접촉될 때의 압력은 작동 챔버 체적의 하나의 사이클 중에 작동 챔버에 의해 변위되는 작동 유체의 순 체적을 선택하는 제어기에 의해 제한된다. 작동 챔버 체적의 하나의 사이클 중에 작동 챔버에 의해 변위되는 작동 유체의 순 체적은 작동 챔버 체적의 개개의 사이클보다 앞서 선택될 수 있다.
작동 챔버 체적의 하나의 사이클(즉, 활성, 아이들, 모터링 또는 펌핑 사이클) 중에 작동 챔버에 의해 변위되는 유체의 순 체적은 작동 챔버의 작동 유체 압력을 제한하기 위해, 각각의 상호 맞물림 영역에 관련된 고압 매니폴드의 압력 및/또는 각각의 롤러(또는 다른 캠 맞물림 요소)의 위치에 응답하여 선택되거나 선택 가능할 수 있다.
예를 들어, 풍력 터빈의 유체 작동 기계의 고압 매니폴드의 압력은 풍속에 따라 변경될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어기는 관련된 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역 상에 접촉될 때, 작동 챔버 체적의 하나의 사이클 중에 작동 챔버에 의해, 변위되는 작동 유체의 일정 체적을 선택하거나 작동 유체의 변위를 차단하고, 그에 의해 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역 상에 접촉될 때 작동 챔버의 작동 유체 압력을 제한하기 위해, (작동 챔버와 고압 매니폴드 및/또는 저압 매니폴드 사이에서) (개방, 폐쇄 또는 개방이나 폐쇄의 방지에 의해), 하나 이상의 전자적으로 제어되는 밸브들을 제어하기 위해 작동 가능하다.
몇몇 실시예들에서, 각각의 작동 챔버는 작동 챔버가 변위시키기 위해 작동 가능한 유체의 최대 체적보다 적은 유체의 체적의 순 변위가 있는 부분 활성 사이클을 실행하기 위해 작동 가능하다. 따라서, 제어기는 관련된 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역 상에 접촉될 때 작동 챔버의 부분 활성 사이클을 선택하며, 그에 의해 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역 상에 접촉될 때 작동 챔버 체적의 이 부분의 사이클 중에 작동 챔버의 작동 유체 압력을 제한하기 위해 하나 이상의 전자적으로 제어되는 밸브들을 제어하기 위해 작동될 수 있다.
작동 표면은 다른 불연속부들을 포함할 수 있으며 유체 작동 기계는 롤러들 또는 다른 캠 맞물림 요소들이 불연속부 상에 접촉될 때 작동 챔버의 작동 유체 압력을 제한하기 위해 작동될 수 있다.
따라서, 방법은 캠 맞물림 요소가 상호 맞물림 영역(또는 작동 표면의 다른 불연속부) 상에 접촉될 때, 하나 이상의 작동 챔버들의 압력을 제한하기 위해, 사이클 베이스로, 하나 이상의 작동 챔버들의 활성 펌핑 사이클 및 활성 모터링 사이클 중 하나 이상 또는 아이들 사이클을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 제어기가 하나 이상의 작동 챔버들의 활성 펌핑 사이클과 활성 모터링 사이클 또는 아이들 사이클을 선택하게 하는 단계를 포함할 수 있다.
각각의 피스톤의 운동 축은 링 캠과 동일 평면상에 있을 수 있지만, 링 캠의 중심 축으로부터 반경방향으로 직접 연장되지 않을 수 있다. 그 대신에, 각각의 피스톤의 운동 축은 바람직하게는 기울어지며, 즉 링 캠의 중심 축으로부터 멀리 직접 연장되지 않는다. 이는 실린더들의 내부에 슬라이딩 가능하게 설치되는 피스톤들에 작용하는 전단력을 감소시킨다.
일반적으로, 링 캠의 작동 표면은 (적어도 하나이며 일반적으로 복수의 파형들을 한정하는) 파형과 같은 형상이다. 비록 일반적으로 사인 곡선 형태로부터 벗어날 수 있지만, 파형들은 사인 곡선 모양일 수 있다. 몇몇 또는 모든 세그먼트들은 파형의 일 부분을 한정하는 피스톤 대면 표면을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 또는 각각의 세그먼트 중 하나 이상은 하나 초과의 파형 또는 복수의 파형들을 한정하는 피스톤 대면 표면을 포함한다. 따라서, 작동 챔버의 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소는 작동 챔버 체적의 사이클마다 상호 맞물림 영역 상에 접촉되진 않으며 작동 챔버 체적(작동 챔버 체적의 정수이거나 정수가 아닌 수의 사이클들일 수 있는)의 단지 둘 이상의 사이클마다 상호 맞물림 영역 상에 접촉될 수 있다. 작동 챔버의 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소는 작동 챔버 체적의 단지 두 번의(또는 세 번 이상의) 사이클들마다 상호 맞물림 영역 상에 접촉될 수 있다. 따라서 몇몇 또는 모든 세그먼트들은 파형과 유사한 표면의 둘 이상의 마루(crest)를 포함할 수 있다. 몇몇 또는 모든 세그먼트들은 파형과 유사한 표면의 둘 이상의 골(trough)을 포함할 수 있다. 링 캠을 형성하는 세그먼트들은 모두 서로 동일할 수 있거나, 링 캠을 형성하는 두 개 이상의 형상의 세그먼트가 있을 수 있다.
링 캠은 회전 가능한 샤프트에 설치될 수 있다. 회전 가능한 샤프트는 중공일 수 있다. 링 캠은 회전될 수 있으며 적어도 하나의 피스톤은 제 자리에 남아 있을 수 있다. 링 캠은 정지될 수 있으며 적어도 하나의 피스톤은 링 캠에 대해 회전될 수 있다. 링 캠과 적어도 하나의 피스톤 모두는 회전될 수 있지만, 링 캠과 적어도 하나의 피스톤 사이에 상대적인 회전이 있도록 상이한 속도 또는 회전 방향으로 회전될 수 있다.
바람직하게는, 하나의 세그먼트의 리딩 연동 형성부의 가장 빠른 리딩 팁(most leading tip), 또는 하나의 세그먼트의 트레일링 연동 형성부의 가장 늦은 트레일링 영역(most trailing region)이 매끄럽다. 날카로운 엣지들을 회피함으로써, 마모가 감소될 수 있다.
바람직하게는, 몇몇 또는 모든 세그먼트들은 캠 세그먼트 지지부에 대한 세그먼트의 슬립에 저항하기 위한 슬립 저항 형성부를 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 세그먼트들은 캠 세그먼트 지지부의 연동하는 홈 또는 스플라인으로 끼워 맞춰지기 위한 스플라인 또는 홈이나, 캠 세그먼트 지지부의 위에 있는 홈에 또한 끼워 맞춰지는 키 부재를 받아들이기 위한 홈을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 캠 세그먼트 지지부는 회전 가능한 샤프트를 포함한다.
바람직하게는, 상호 맞물림 영역에 맞물리는 인접한 세그먼트들의 연동 형성부들의 피스톤 대면 표면들은 180.0°보다 작은(그러나 일반적으로 170.0°보다 큰) 각도로 교차된다.
따라서, 본 발명은 제8 양상에서 적어도 하나의 피스톤을 가지는 유체 작동 기계를 위한 링 캠으로 확장되며, 링 캠은 적어도 두 개의 세그먼트들을 포함하며; 각각의 세그먼트는 리딩 영역에서 리딩 연동 형성부, 및 트레일링 영역에서 트레일링 연동 형성부를 가지며; 각각의 리딩 연동 형성부는 상호 맞물림 영역에서 트레일링 연동 형성부와 연동되게 맞물리며; 각각의 세그먼트는 피스톤 대면 표면을 가지며, 피스톤 대면 표면들은 적어도 하나의 피스톤의 왕복 운동을 링 캠의 회전 또는 다른 것에 관련된 적어도 하나의 피스톤에 연결하기 위해서 (일반적으로 롤러와 같은, 캠 맞물림 요소를 통해) 적어도 하나의 피스톤 과 작동되게 맞물리기 위해 함께 (일반적으로, 다엽의) 캠 작동 표면을 한정하며; 상호 맞물림 영역에 맞물리는 인접한 세그먼트들의 연동 형성부들의 피스톤 대면 표면들은 180.0°보다 작은(그러나 일반적으로 170.0°보다 큰) 각도로 교차되는 것을 특징으로 한다.
상호 맞물림 영역에 맞물리는 인접한 세그먼트들의 연동 형성부들의 피스톤 대면 표면들이 180.0°보다 작은 각도로 교차되기 때문에, 피스톤에 설치되고 하나의 세그먼트에서부터 인접한 세그먼트로 롤링하는 롤러가 간단히 두 개의 인접한 세그먼트들 각각의 작동 표면과의 접촉 점을 가질 것이며, 그에 의해 하나의 세그먼트에서부터 다음의 세그먼트로 점차 힘을 전달한다. 비록 인접한 피스톤들의 피스톤 대면 표면들 사이에 약간의 불일치가 있지만, 불일치가 링 캠의 곡률과 이 각도에 비해 작다면 롤러는 결과로 나온 불연속부의 위로 여전히 통과될 수 있다.
일정 각도로 교차하는 것에 의해, 본 발명자들은 상호 맞물림 영역에서 연동 형성부의 피스톤 대면 표면과 동일 평면상에 있는 평면과 인접한 연동 형성부의 피스톤 대면 표면과 동일 평면상에 있는 평면이 교차하는 각도를 말한다.
본 발명은 또한 제9 양상에서 본 발명의 제8 양상에 따르는 링 캠, 및 적어도 하나의 피스톤(일반적으로 복수의 피스톤들)을 포함하는 유체 작동 기계로 확장되며, 적어도 하나의 피스톤은 롤러에 연결되며, 적어도 하나의 롤러는 적어도 하나의 피스톤의 왕복 운동이 적어도 하나의 피스톤에 관련된 링 캠의 회전에 연결되도록 링 캠 작동 표면과 롤링되게 맞물린다.
본 발명의 제10 양상에 따르면, 링 캠, 저압 매니폴드, 고압 매니폴드, 작동 챔버를 한정하는 적어도 하나의 피스톤, 및 작동 챔버 체적의 사이클들에 대한 위상 관계로 작동 챔버를 교대로 저압 매니폴드 또는 고압 매니폴드에 연결하기 위해 하나 또는 각각의 작동 챔버와 관련되는 적어도 하나의 밸브(전자적으로 제어되는 밸브, 일반적으로 전자적으로 제어되는 페이스 실링 포펫 밸브(face sealing poppet valve)일 수 있는)를 포함하는 유체 작동 기계가 제공되며, 링 캠은, 적어도 하나의 피스톤의 왕복 운동을 적어도 하나의 피스톤에 관련된 링 캠의 회전에 연결하며 그에 의해 작동 챔버 체적의 사이클들을 한정하기 위해, 캠 맞물림 요소(피스톤의 일 부분, 예를 들어, 피스톤 슈, 또는 더 일반적으로 롤러와 같은)를 통해 적어도 하나의 피스톤과 작동되게 맞물리기 위해 파형과 유사한 캠 작동 표면을 가지며; 파형과 유사한 캠 표면의 파형들은 각각 리딩 표면과 트레일링 표면을 가지며; 작동 챔버 체적의 사이클들에 대한 위상 관계로 작동 챔버의 내외로 흐르는 유체의 유동으로부터 초래되는 통상의 작동 중에 적어도 하나의 피스톤이 최소의 일을 하는 리딩 표면과 트레일링 표면의 어느 쪽에(그리고 일반적으로 어느 쪽에만) 위치하는 작동 표면의 불연속부를 특징으로 한다.
피스톤은 작동 챔버 체적의 각각의 사이클 중에 리딩 표면 또는 트레일링 표면 중의 하나 또는 다른 하나에 대해 최소의 일을 할 수 있다. 예를 들어, 작동 챔버 체적의 각각의 사이클 중에 작동 챔버의 내부의 압력은 일반적으로 주기적으로 변하며, 개개의 캠 추종 요소가 (작동 표면에 가해진 힘이 최대이며 대부분의 일이 이 표면들의 위에 행해지도록) 리딩 표면과 트레일링 표면 중의 하나 위에 접촉되는 중일 때 최대이며, 캠 추종 요소가 (작동 표면에 가해진 힘이 최소이며 최소의 일이 이 표면들의 위에 행해지도록) 리딩 표면과 트레일링 표면 중의 다른 하나 위에 접촉되는 중일 때 최소이다.
피스톤은 유체 작동 기계 또는 링 캠의 작동 수명 중에 리딩 표면 또는 트레일링 표면 중의 하나 또는 다른 하나에 대해 최소의 일을 할 수 있다. 최소의 일이 어떤 주어진 시간에 걸쳐 리딩 표면 또는 트레일링 표면 중의 하나 또는 다른 하나에 대해 행해질 수 있다. 예를 들어, 유체 작동 기계는 둘 이상의 작동 모드를 가질 수 있으며, 더 많은 일이 작동 챔버 체적의 각각의 사이클(또는 대부분의 사이클들) 중에 리딩 표면 또는 트레일링 표면 중의 하나에 대해 행해지는 제1 작동 모드(제1 회전 방향에 있을 수 있는), 및 더 많은 일이 작동 챔버 체적의 각각의 사이클(또는 대부분의 사이클들) 중에 리딩 표면 또는 트레일링 표면 중의 다른 하나에 대해 행해지는 제2 작동 모드(제2 운동 방향에 있을 수 있는)를 가질 수 있으며, 유체 작동 기계는 대부분의 시간 동안(예를 들어, 통상의 작동 중에) 제1 모드에서 그리고 최소의 시간 동안(예를 들어, 유지관리 중에) 제2 모드에서 기능을 하며, 불연속부는 작동의 제1 모드 중에 적어도 하나의 피스톤이 최소의 일을 하는 리딩 표면과 트레일링 표면의 어느 쪽에(그리고 일반적으로 어느 쪽에만) 위치된다.
일반적으로, 링 캠은 링 캠의 원주 둘레로 연장되는 적어도 두 개의 세그먼트들; 및 세그먼트들이 부착되는 지지 구조물을 포함하며; 각각의 세그먼트는 피스톤 대면 표면을 포함하며, 세그먼트들의 피스톤 대면 표면들은 작동 표면을 한정한다.
작동 표면의 불연속부는 세그먼트들을 지지 구조물에 고정하기 위한 부착 수단일 수 있다. 부착 수단은, 예를 들어, 작동 표면을 통해(일반적으로, 링 캠의 작동 표면을 한정하는 세그먼트 피스톤 대면 표면의 일 부분을 통해) 연장되는, 볼트들과 같은, 하나 이상의 고정구들일 수 있다. 부착 수단은 세그먼트들을 통과하는 구멍들 및/또는 볼트들을 받아들이기 위한 리세스들을 포함할 수 있다.
불연속부는 인접한 세그먼트들 사이의 불연속부일 수 있다. 복수의 세그먼트들은 리딩 연동 형성부와 트레일링 연동 형성부를 각각 포함할 수 있으며 작동 표면의 불연속부는 상호 맞물림 영역들을 포함할 수 있고, 인접한 세그먼트들의 리딩 연동 형성부와 트레일링 연동 형성부가 개개의 상호 맞물림 영역을 가로질러 겹쳐진다.
링 캠 작동 표면과 캠 맞물림 요소들에 대한 마모는 받아들여진 힘과 함께 증가되며, 불연속부(링 캠 세그먼트들 사이의 상호 맞물림 영역들, 또는 지지 구조물에 세그먼트들을 고정하기 위한 부착 수단과 같은)를 가지는 작동 표면의 영역들에서 가장 크다. 그러므로, 본 발명의 유체 작동 기계에서, 시간에 걸쳐 불연속부를 가지는 링 캠의 작동 표면의 영역들에 받아들여진 힘(즉, 시간에 걸쳐 평균을 낸 영역들에 대해, 그리고 몇몇 실시예들에서, 작동 챔버 체적의 각각의 사이클 중에 행해진 일)이 다른 영역들과 비교하여 더 낮다. 따라서, 작동 표면과 캠 맞물림 요소들의 마모율이 감소된다.
일반적으로, 불연속부는 작동 챔버 체적의 사이클들에 대한 위상 관계로 작동 챔버의 내외로 흐르는 유체의 유동으로부터 초래되는 통상의 작동 중에 피스톤들이 최소의 일을 하는(또한 유체 작동 기계나 링 캠의 작동 수명과 같이, 시간에 걸쳐 평균을 낸 최소의 일을 하는) 리딩 표면과 트레일링 표면 중의 어느 것에만 위치한다.
불연속부는 제1 타입(예를 들어. 부착 수단, 또는 상호 맞물림 영역들)을 가질 수 있으며, 작동 표면은 그렇지 않으면, 예를 들어, 인접한 파형들의 사이에 있는 골들의 내부에, 또는 리딩 표면과 트레일링 표면 모두에 분포되었을, 제2 타입의, 다른 불연속부를 포함할 수 있다.
일반적으로, 유체 작동 기계는 링 캠의 둘레에 반경방향으로 배치되는 복수의 피스톤들을 포함한다.
각각의 캠 맞물림 요소는 (작동 챔버 체적의 각각의 사이클의 일 부분 또는, 더 일반적으로, 전체 중에) 개개의 작동 챔버의 내부로부터 나온 유체 압력에 의해 작동 표면에 대하여 편향될 수 있다. 따라서 개개의 작동 챔버에 있는 작동 유체의 압력으로부터 초래되는 각각의 피스톤에 대한 힘이 하나 또는 각각의 캠 맞물림 요소에 의해 작동 표면으로 전달되며 작동 표면 상에 접촉된다(그에 의해 작동 표면에 일을 행한다). 각각의 캠 맞물림 요소는 그 대신으로 또는 이에 더하여 스프링과 같은, 탄성 부재에 의해 작동 표면에 대하여 편향될 수 있다.
유체 작동 기계는 개개의 캠 맞물림 요소가 불연속부 상에 접촉될 때에(그에 의해, 불연속부를 포함하는 작동 표면의 영역에 대해 행해진 일이 또한 제한되도록, 불연속부를 포함하는 작동 표면의 영역에 가해지는 힘을 감소시키기 위해) 작동 챔버의 압력을 제한하기 위해 작동될 수 있다.
바람직하게는, 캠 맞물림 요소가 불연속부 상에 접촉될 때에 압력이 작동 챔버의 내부에서 제한되도록 하기 위해, 작동 챔버는 캠 맞물림 요소가 불연속부 상에 접촉될 때 고압 매니폴드로부터 밀봉된다. 예를 들어, 작동 챔버는 일반적으로 전자적으로 제어되는 밸브(전자적으로 제어되는 페이스 실링 포펫 밸브일 수 있는, 페이스 실링 포펫 밸브와 같은)인 밸브(여기서 고압 밸브로 언급되는)를 통해 고압 매니폴드로부터 밀봉될 수 있다. 그 대신으로, 또는 이에 더하여, 캠 맞물림 요소가 불연속부 상에 접촉될 때 압력이 작동 챔버의 내부에서 제한되도록 하기 위해, 작동 챔버는 캠 맞물림 요소가 불연속부 상에 접촉될 때, 예를 들어 (전자적으로 제어되는 페이스 실링 포펫 밸브일 수 있는, 페이스 실링 포펫 밸브와 같은) 밸브를 통해 저압 매니폴드와 유체로 연통될 수 있다.
일반적으로, 수축 행정은 캠 맞물림 요소가 파형의 리딩 표면 상에 접촉될 때 일어나며 팽창 행정은 캠 맞물림 요소가 트레일링 표면 상에 접촉될 때 일어난다.
유체 작동 기계는 펌프일 수 있으며 각각의 불연속부는 트레일링 표면에 위치할 수 있다. 펌프에서, 유체는 일반적으로 팽창 행정 중에 저압 매니폴드로부터 받아들여질 것이며 동시에 개개의 캠 맞물림 요소는 트레일링 표면 상에 접촉되며 그래서 각각의 불연속부는 작동 챔버의 상대적으로 낮은 압력의 기간과 동시에 일어날 것이다.
유체 작동 기계는 모터일 수 있으며 각각의 불연속부는 리딩 표면에 위치할 수 있다. 이와 같은 모터에서, 유체는 일반적으로 수축 행정 중에 저압 매니폴드로 변위될 것이며 동시에 개개의 캠 맞물림 요소는 리딩 표면 상에 접촉되며 그래서 각각의 불연속부는 작동 챔버의 상대적으로 낮은 압력의 기간과 동시에 일어날 것이다.
불연속부는 제1 작동 모드에서 작동 챔버 체적의 사이클들에 대한 위상 관로 작동 챔버의 내외로 흐르는 유체의 유동으로부터 초래되는 작동 중에 피스톤이 최소의 일을 행하는 리딩 표면과 트레일링 표면의 어느 쪽의 단지 몇몇의 작동 표면에 위치할 수 있다.
유체 작동 기계는 제2 작동 모드를 가질 수 있으며, 여기서 이는 피스톤들이 제1 작동 모드에서 작동 중에 피스톤들이 최소의 일을 하는 리딩 표면과 트레일링 표면의 어느 것에 대해 더 많은 양의 일을 하게 하는 작동 챔버 체적의 활성 펌핑 사이클이나 활성 모터링 사이클의 어느 것을 실행시키며, 활성 펌핑 사이클이나 활성 모터링 사이클은 캠 맞물림 요소가 불연속부를 가지지 않는 제1 작동 모드에서 작동 중에 피스톤들이 최소의 일을 하는 리딩 표면과 트레일링 표면의 어느 것 상에 접촉될 때 선택적으로 수행된다.
제1 작동 모드는 펌핑일 수 있으며 피스톤들이 제1 작동 모드에서 작동 중에 최소의 일을 하는(또는 최소의 힘을 가하는) 표면들은 트레일링 표면들일 수 있으며 제2 작동 모드는 모터링일 수 있다.
제1 작동 모드는 모터링일 수 있으며 피스톤들이 제1 작동 모드에서 작동 중에 최소의 일을 하는(또는 최소의 힘을 가하는) 표면들은 리딩 표면들일 수 있으며 제2 작동 모드는 펌핑일 수 있다.
각각의 작동 챔버는 하나 이상의 전자적으로 제어 가능한 밸브들을 포함할 수 있으며, 유체 작동 기계는 하나 또는 각각의 전자적으로 제어 가능한 밸브를 제어하기 위해 작동 가능한 제어기를 포함할 수 있다. 각각의 작동 챔버는 하나 또는 각각의 전자적으로 제어 가능한 밸브의 제어에 의해, 활성 사이클(작동 유체의 순 변위가 있는) 또는 아이들 사이클(유체의 순 변위가 대체적으로 없는)을 실시하기 위해, 사이클 베이스로, 제어기에 의해 선택될 수 있다. 유사하게, 각각의 작동 챔버는 사이클 베이스로, 활성 펌핑 사이클 또는 활성 모터링 사이클을 실시하기 위해 선택될 수 있다. 제어기는 사용 중에 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 프로그램을 실행할 수 있으며 프로그램은 리딩 표면이나 트레일링 표면에 대해 사용 중에 최소의 힘이 가해지는지, 또는 최소의 일이 행해지는지를 결정한다.
따라서, 본 발명은 제11 양상에서 유체 작동 기계를 위한 링 캠으로 확장되며, 링 캠은 하나 또는 각각의 피스톤의 왕복 운동을 하나 또는 각각의 피스톤에 관련된 링 캠의 회전에 연결하며 그에 의해 작동 챔버 체적의 사이클들을 한정하기 위해 캠 맞물림 요소(피스톤의 일 부분, 예를 들어, 피스톤 슈, 또는 보다 일반적으로는 롤러와 같은)를 통해 적어도 하나의 피스톤과 작동되게 맞물리기 위한 작동 표면을 포함하며; 작동 표면은 리딩 표면과 트레일링 표면을 가지는 복수의 파형들을 포함하며, 작동 표면은 복수의 파형들 중의 리딩 표면들이나 트레일링 표면들에 불연속부들을 포함한다.
리딩 표면이나 트레일링 표면에 의해, 본 발명자들은 유체 작동 기계의 링 캠의 사용 중에, 각각의 캠 맞물림 요소가 처음에 그리고 마지막에 맞물리는 각각의 파형의 표면들을 말한다. 링 캠은 두 개의 배향들 중의 어느 하나를 사용하기 위해 의도될 수 있으며, 이 경우에 리딩이나 트레일링이라고 생각되는 어느 방향은 임의적이다.
작동 표면의 모든 파형은 이 불연속부를 포함할 수 있거나, 작동 표면은 둘 이상의 파형 길이(예를 들어, 단지 하나 반의 파형들마다, 또는 단지 두 번째마다, 또는 단지 세 번째 파형마다)에 의해 서로 이격된 불연속부들을 포함할 수 있다. 작동 표면은 그 내부에 불연속부를 가지지 않는 하나 이상의 파형들을 포함할 수 있다.
일반적으로, 링 캠은 링 캠의 원주 둘레로 연장되는 적어도 두 개의 세그먼트들 및 세그먼트들이 부착되는 지지 구조물을 포함하며; 각각의 세그먼트는 피스톤 대면 표면을 포함하며, 세그먼트들의 피스톤 대면 표면들은 작동 표면을 한정한다.
불연속부는 (세그먼트들 사이에 있는 불연속부보다는 오히려) 세그먼트들의 피스톤 대면 표면들의 내에 있는 불연속부일 수 있다. 작동 표면에 있는 불연속부는 세그먼트들을 지지 구조물에 고정하기 위한 부착 수단일 수 있다. 부착 수단은, 예를 들어, 작동 표면을 통해(일반적으로, 링 캠의 작동 표면을 한정하는 세그먼트 피스톤 대면 표면의 일 부분을 통해) 연장되는, 볼트들과 같은, 하나 이상의 고정구들일 수 있다. 부착 수단은 세그먼트들을 통과하는 구멍들 또는 볼트들을 받아들이기 위한 리세스들을 포함할 수 있다.
그러나, 불연속부는 인접한 세그먼트들 사이의 경계면들일 수 있다. 예를 들어, 작동 표면에 있는 리딩 연동 형성부와 트레일링 연동 형성부 및 불연속부를 각각 포함하는 복수의 세그먼트들 각각은 상호 맞물밈 영역들을 포함할 수 있고, 인접한 세그먼트들의 리딩 연동 형성부와 트레일링 연동 형성부가 개개의 상호 맞물림 영역을 가로질러 겹쳐진다.
일반적으로, 불연속부는 단지 리딩 표면의 위에만 또는 단지 트레일링 표면의 위에만 위치한다.
불연속부는 단지 몇몇의 리딩 표면이나 트레일링 표면의 위에만 위치할 수 있다. 예를 들어, 교호하는 리딩 표면 또는 트레일링 표면에, 또는 세 개나 네 개의 리딩 표면 또는 트레일링 표면마다, 또는 세 개의 리딩 표면 또는 트레일링 표면마다 두 개, 또는 네 개의 리딩 표면 또는 트레일링 표면마다 세 개.
몇몇 실시예들에서, 파형당(및 그러므로 작동 챔버 체적의 사이클당) 하나 초과(예를 들어, 하나 반, 둘, 또는 셋 이상)의 불연속부가 있다.
작동 표면의 파형들은 사인 곡선 모양일 수 있다.
본 발명의 제12 양상에 따르면, 유체 작동 기계를 작동시키는 방법이 제공되며, 유체 작동 기계는 링 캠, 저압 매니폴드, 고압 매니폴드, 작동 챔버를 한정하는 적어도 하나의 피스톤, 및 작동 챔버 체적의 사이클들에 대한 위상 관계로 작동 챔버를 교대로 저압 매니폴드나 고압 매니폴드에 연결하기 위해 하나 또는 각각의 작동 챔버와 관련되는 적어도 하나의 밸브(전자적으로 제어되는 밸브, 일반적으로 전자적으로 제어되는 페이스 실링 포펫 밸브일 수 있는)를 포함하며, 링 캠은 적어도 하나의 피스톤의 왕복 운동을 적어도 하나의 피스톤에 관련된 링 캠의 회전에 연결하며 그에 의해 작동 챔버 체적의 사이클들을 한정하기 위해 캠 맞물림 요소(피스톤의 일 부분, 예를 들어, 피스톤 슈, 또는 더 일반적으로 롤러와 같은)를 통해 적어도 하나의 피스톤과 작동되게 맞물리기 위한 파형과 유사한 캠 작동 표면을 가지며; 파형과 유사한 캠 표면의 파형들은 각각 리딩 표면과 트레일링 표면을 가지며; 리딩 표면 또는 트레일링 표면은 불연속부들을 포함하며, 방법은 불연속부를 포함하는 리딩 표면과 트레일링 표면 어느 것에 대해 작동 챔버 체적의 사이클들에 대한 위상 관계로 작동 챔버의 내외로 흐르는 유체의 유동으로부터 초래되는 통상의 작동 중에 적어도 하나의 피스톤이 최소의 일을 하는 단계를 특징으로 한다.
단지 몇몇의 리딩 표면 또는 트레일링 표면만이 불연속부들을 포함할 수 있다.
본 발명의 제13 양상에 따르면, 유체 작동 기계를 작동시키는 방법이 제공되며, 유체 작동 기계는 링 캠, 저압 매니폴드, 고압 매니폴드, 주기적으로 변하는 체적의 작동 챔버를 한정하는 적어도 하나의 피스톤, 및 작동 챔버 체적의 사이클들에 대한 위상 관계로 작동 챔버를 교대로 저압 매니폴드나 고압 매니폴드에 연결하기 위해 하나 또는 각각의 작동 챔버와 관련되는 적어도 하나의 전자적으로 제어되는 밸브를 포함하며, 링 캠은 하나 또는 각각의 피스톤에 관련된 링 캠의 회전에 하나 또는 각각의 피스톤의 왕복 운동을 연결하며 그에 의해 작동 챔버 체적의 사이클들을 한정하기 위해 캠 맞물림 요소(피스톤의 일 부분, 예를 들어 피스톤 슈, 또는 롤러와 같은)를 통해 하나 또는 각각의 피스톤과 작동되게 맞물리기 위한 작동 표면을 가지며; 작동 표면의 하나 이상의 영역들은 불연속부를 포함하며; 방법은 개개의 캠 맞물림 요소(즉, 이를 통해 작동 챔버를 한정하는 피스톤이 캠 작동 표면의 내부에서 맞물리는 캠 맞물림 요소)가 작동 표면의 불연속부 상에 접촉될 때 작동 챔버의 작동 유체 압력을 제한하는 단계를 특징으로 한다.
따라서, 캠 맞물림 요소가 불연속부(및, 몇몇 실시예들에서, 불연속부가 위치하는 리딩 표면 또는 트레일링 표면) 상에 접촉될 때의 작동 챔버의 유체 압력은 일반적으로 캠 맞물림 요소가 작동 표면의 다른 영역 상에 접촉될 때의 작동 챔버의 압력보다 낮다. 결과적으로, 불연속부의 영역에서, 작동 표면 상에 피스톤들에 의해 행해진 일 및 작동 표면의 마모가 감소된다.
링 캠은 본 발명의 제11 양상에 따르는 링 캠일 수 있다.
예를 들어, 작동 챔버와 고압 매니폴드 사이의 유체의 유동을 조절하는 전자적으로 제어되는 밸브의 개방이나 폐쇄의 타이밍을 제어함으로써, 작동 챔버의 작동 유체 압력은 캠 맞물림 요소가 불연속부를 넘어 통과될 때(불연속부 상에 접촉될 때)에 고압 매니폴드로부터 작동 챔버를 밀봉시킴으로써 제한될 수 있다.
링 캠은 리딩 표면과 트레일링 표면을 가지는 복수의 파형들을 포함할 수 있으며 불연속부는 리딩 표면과 트레일링 표면 중의 하나에 위치하며 작동 챔버의 작동 유체 압력은 작동 챔버 압력이 가장 큰 작동 챔버 체적의 각각의 활성 사이클의 점이 생기며 동시에 캠 맞물림 요소가 리딩 표면이나 트레일링 표면 중의 다른 하나 상에 접촉되도록 작동 챔버 체적의 활성 사이클들을 링 캠의 회전과 동기화함으로써 제한된다.
링 캠은 리딩 표면과 트레일링 표면을 가지는 복수의 파형들을 포함할 수 있으며 불연속부는 단지 몇몇의 리딩 표면 또는 단지 몇몇의 트레일링 표면에(예를 들어, 교호하는 리딩 표면들에, 또는 단지 세 번째 리딩 표면마다, 교호하는 트레일링 표면들에, 또는 단지 세 번째 트레일링 표면마다) 위치하며;
유체 작동 기계는 개개의 캠 맞물림 요소가 리딩 표면이나 트레일링 표면(즉 불연속부가 위치하지 않는 것들) 중의 다른 하나 상에 접촉될 때에(일반적으로 접촉될 때에만) 각각의 작동 챔버의 압력이 한계치를 초과하며, (일반적으로) 개개의 캠 맞물림 요소가 각각의 불연속부 상에 접촉될 때에(또는 개개의 캠 맞물림 요소가 불연속부를 포함하는 부분, 또는 불연속부가 위치하는 각각의 리딩 표면이나 트레일링 표면 전체에 접촉될 때에) 각각의 작동 챔버의 압력은 한계치를 초과하지 않는 제1 작동 모드(예를 들어, 펌핑); 및 캠 맞물림 요소가 불연속부 상에(또는 불연속부가 위치하는 리딩 표면이나 트레일링 표면 상에) 접촉될 때에 각각의 작동 챔버의 압력이 한계치를 초과하지 않는 제2 작동 모드(예를 들어 모터링, 또는 링 캠이 제1 모드에 반대 방향으로 회전되는 제2 펌핑 모드)를 가진다.
작동 챔버의 작동 유체 압력은, 캠 맞물림 요소가 불연속부 상에(또는, 몇몇 실시예들에서, 불연속부가 위치하는 리딩 표면이나 트레일링 표면 상에) 접촉되는 대부분, 또는 바람직하게는 모든, 시점에서 압력이 한계치를 초과하지 않도록 작동 모드들에서 작동 챔버 체적의 활성 사이클들의 타이밍을 선택함으로써, (예를 들어, 제2 작동 모드에서) 제한될 수 있다.
한계치는 압력 값일 수 있거나, 값들의 범위일 수 있다. 한계치는 고압 매니폴드의 압력의 일부분으로서, 또는 작동 챔버들의 최대 정격 작동 압력의 일부분으로서 선택될 수 있거나, 한계치는 링 캠의 물리적 특성들과 관련하여 실험적으로 결정될 수 있다. 한계치는 유체 작동 기계의 작동 요건에 따라 변경될 수 있다.
일반적으로, 작동 챔버 체적의 각각의 사이클 상의 작동 유체의 순 변위는 하나 이상의 전자적으로 제어 가능한 밸브들을 제어함으로써 결정된다. 일반적으로, 작동 체적의 각각의 사이클 상에서, 작동 유체의 순 변위가 만들어지는 활성 사이클(예를 들어 활성 펌핑 사이클 또는 활성 모터링 사이클) 또는 유체의 순 변위가 만들어지지 않는 아이들 사이클을 수행할지에 대한 결정이 된다.
바람직하게는, 작동 챔버의 내부의 유체 압력은 개개의 캠 맞물림 요소가 불연속부 상에 접촉될 때에 작동 챔버 체적의 일반적인 활성 사이클 중의 최대 압력보다 대체적으로 낮은 압력으로 제한된다. 따라서, 한계치는 일반적으로 작동 챔버 체적의 일반적인 활성 사이클 중의 최대 압력보다 대체로 낮다. 예를 들어, 압력은 50 Bar, 100 Bar 또는 200 Bar보다 낮게 제한될 수 있다. 압력은 작동 챔버의 최대 정격 작동 압력, 또는 작동 챔버 체적의 일반적인 활성 사이클 중의 최대 압력의 50%보다 작게, 또는 25%보다 작게, 제한될 수 있다.
일반적으로, 작동 챔버 체적의 하나의 사이클 중의 작동 챔버의 내부의 압력은 주기적으로 변하며, 개개의 캠 추종 요소가 리딩 표면과 트레일링 표면 중의 하나 위에 접촉될 때에 최대이며, 캠 추종 요소가 리딩 표면과 트레일링 표면 중의 다른 하나 위에 접촉될 때 최소이다. 따라서, 작동 챔버는 일반적으로 개개의 캠 맞물림 요소가 그 내부에 불연속부를 가지지 않는 리딩 표면이나 트레일링 표면 상에 접촉될 때에 작동 챔버의 내부의 압력이 최대에 도달하는 활성 사이클을 실행한다. 몇몇 실시예들에서, 작동 챔버는 단지 압력 센서에 의해 측정된 고압 매니폴드의 압력과 같은, 측정된(또는 예측된) 압력이 한계치보다 낮다면 개개의 캠 맞물림 요소가 그 내부에 불연속부(예를 들어 부착 수단)을 가지는 리딩 표면이나 트레일링 표면 상에 접촉되는 동안에 작동 챔버의 내부의 압력이 최대에 도달하는 활성 사이클을 실행하기 위해 작동될 수 있다.
작동 챔버 체적의 하나의 사이클 중에 작동 챔버에 의해 변위되는 유체의 순 체적은 고압 매니폴드의 압력 및/또는 각각의 불연속부(예를 들어 부착 수단)에 관련된 각각의 롤러(또는 다른 캠 맞물림 요소)의 위치에 응답하여 선택될 수 있거나 선택 가능할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어기는 관련된 롤러 또는 다른 캠 맞물림 요소가 불연속부 상에 접촉될 때, 작동 챔버 체적의 하나의 사이클 중에 작동 챔버에 의해, 변위되는 작동 유체의 체적을 선택하거나 작동 유체의 변위를 차단하고 그에 의해 작동 챔버의 작동 유체 압력을 제한하도록, (개방, 폐쇄 또는 개방이나 폐쇄의 방지에 의해), 하나 이상의 전자적으로 제어되는 밸브들을 제어하기 위해 작동 가능하다.
작동 챔버 체적의 하나의 사이클 중에 작동 챔버에 의해 변위되는 유체의 순 체적은 고압 매니폴드의 압력 및/또는 각각의 불연속부에 관련된 하나 또는 각각의 캠 맞물림 요소의 위치에 응답하여 선택될 수 있거나 선택 가능할 수 있으며 그에 의해 작동 챔버의 작동 유체 압력을 제한한다.
몇몇 실시예들에서, 제어기는 작동 챔버 체적의 하나의 사이클 중에 작동 챔버에 의해, 변위되는 작동 유체의 체적을 선택하거나 작동 유체의 변위를 차단하고 그에 의해 관련된 캠 맞물림 요소가 불연속부 상에 접촉될 때에 작동 챔버의 작동 유체 압력을 제한하도록, (개방, 폐쇄 또는 개방이나 폐쇄의 방지에 의해) 하나 이상의 전자적으로 제어되는 밸브들을 제어하기 위해 작동 가능하다. 따라서, 각각의 작동 챔버는 캠 맞물림 요소가 작동 표면의 불연속부 상에 접촉될 때, 작동 챔버에 있는 작동 유체의 압력을 제한하기 위해, 활성 사이클 또는 아이들 사이클, 또는 부분 활성 사이클, 또는 펌핑 사이클 또는 모터링 사이클을 실행시키기 위해, 사이클 베이스로, 제어기에 의해, 선택 가능하거나 선택될 수 있다.
방법은 링 캠의 상대적인 배향에 관련된 각각의 불연속부의 위치와 관련된 데이터를 저장하는 컴퓨터 판독 가능 데이터 저장 매체(예를 들어, 메모리)로부터 불연속부 위치 데이터를 판독하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 (예를 들어, 센서로부터) 링 캠 배향 데이터를 판독하는 단계 및 작동 챔버와 관련된 캠 맞물림 요소가 이 데이터에 응답하여 작동 챔버의 특정한 사이클 중에 링 캠 표면의 하나의 파형의 리딩 표면이나 트레일링 표면의 위에 있는 불연속부를 넘어 통과할지 또는 통과하지 않을지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제14 양상에 따르면, 링 캠, 저압 매니폴드, 고압 매니폴드, 주기적으로 변하는 체적의 작동 챔버를 한정하는 적어도 하나의 피스톤, 및 작동 챔버 체적의 사이클들에 대한 위상 관계로 작동 챔버를 교대로 저압 매니폴드나 고압 매니폴드에 연결하기 위해 하나 또는 각각의 작동 챔버와 관련되는 적어도 하나의 전자적으로 제어되는 밸브를 포함하는 유체 작동 기계가 제공되며; 링 캠은 하나 또는 각각의 피스톤에 관련된 링 캠의 회전에 하나 또는 각각의 피스톤의 왕복 운동을 연결하며 그에 의해 작동 챔버 체적의 사이클들을 한정하기 위해 캠 맞물림 요소(피스톤의 일 부분, 예를 들어 피스톤 슈, 또는 롤러와 같은)를 통해 하나 또는 각각의 피스톤과 작동되게 맞물리기 위한 작동 표면을 가지며; 작동 표면의 하나 이상의 영역들은 불연속부를 가지며; 개개의 캠 맞물림 요소가 작동 표면에 있는 불연속부 상에 접촉될 때에 작동 챔버의 작동 유체 압력을 제한하기 위해 작동 가능한 기계를 특징으로 한다.
본 발명의 제1 양상 내지 제14 양상 중의 어느 것에 관련하여 설명되는 바람직하며 선택적인 특징들은 본 발명의 제1 양상 내지 제14 양상 중의 어느 것의 바람직하며 선택적인 특징들에 상응한다.
본 발명은 또한, 조립될 때, 본 발명의 제1 양상에 따르거나, 본 발명의 제5 양상에 따르거나, 또는 본 발명의 제8 양상에 따르거나 본 발명의 제11 양상에 따르는 링 캠, 또는 본 발명의 제2 양상에 따르거나, 본 발명의 제6 양상에 따르거나, 본 발명의 제9 양상에 따르거나, 본 발명의 제10 양상에 따르거나, 본 발명의 제14 양상에 따르는 유체 작동 기계를 형성하는 부품들의 키트로 확장된다.
본 발명은 또한 본 발명의 제4 양상에 따르는 캠 세그먼트 지지부 및 복수의 캠 세그먼트들을 포함하거나, 제1 양상 내지 제12 양상 중의 어느 것에 관련하여 개시되는 부품들의 키트로 확장되며, 복수의 캠 세그먼트들의 피스톤 대면 표면들은 탄성적으로 변형되고 캠 세그먼트 지지부에 끼워 맞춰질 때에 정수의 파형들을 가지는 링 캠 작동 표면을 함께 형성한다.
본 발명은 또한 유체 작동 기계 제어기에서 실행될 때, 제어기가 본 발명의 제12 양상 또는 제13 양상에 따르는 방법을 수행하게 하는 프로그램 코드를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 매체로 확장된다.
본 발명의 예시적인 실시예가 다음의 도면들을 참조하여 이제 설명될 것이며:
도 1(a)는 두 개의 연동되게 맞물리는 캠 세그먼트들의 피스톤 대면 표면들에 의해 한정되는, 풍력 터빈 펌프의 링 캠의 작동 표면의 일 부분의 평면도이며;
도 1(b)는 캠 세그먼트들에 의해 한정되는 작동 표면에 관련하여, 축방향 피스톤 롤러들의 위치, 및 작동 챔버를 개략적으로 도시하며, 터빈 구동 샤프트에 고정되는 두 개의 캠 세그먼트들을 보여주는, 풍력 터빈 펌프의 링 캠의 라인(A)에 따른 축방향 부분이며;
도 2는 (a) 지지 구조물에 고정되기 전의 응력을 받지 않는 상태 및 (b) 지지 구조물에 고정되고 미리 응력을 받은 상태의, 캠 지지 구조물과 캠 세그먼트의 일 부분의 개략적인 축방향 부분을 도시하며;
도 3은 교대 트레일링 표면들에 구멍들을 가지는 복수의 세그먼트들을 포함하는 링 캠의 일 부분을 통과하는 단면도이다.
도 1(b)를 참조하면, 링 캠(1)의 일 부분이 캠 세그먼트들의 표면에 있는 구멍들(4)로부터 연장되며 캠 세그먼트들을 캠 지지 구조물(2)에 고정하는 볼트들(3)에 의해 고정되는, 캠 세그먼트들(5 및 7)로부터 형성된다. 복수의 다른 캠 세그먼트들(도시되지 않음)이 완전한 링 캠을 구성하기 위해 캠 지지 구조물에 고정될 수 있다. 캠 지지 구조물은 토크가 에너지 공급원(예를 들어, 풍력 또는 조력 터빈의 블레이드들)으로부터 받아들여지는 구동 샤프트(10) (통상적인 사용 중에 방향(B)으로 회전되는)에 결합된다.
각각의 캠 세그먼트는 링 캠의 작동 표면의 일 부분을 한정하는 피스톤 대면 표면(15, 16)을 가진다. 따라서, 링 캠은 구동 샤프트의 원주의 둘레에 고정되는 복수의 캠 세그먼트들에 의해 한정되는 작동 표면을 가진다. 작동 표면은 파형과 같은 형상이며 (회전 방향에 관련하여 한정되는) 리딩 표면들(70)과 트레일링 표면들(72)을 가지는 복수의 파형들을 포함한다. 파형들은 비록 필수는 아니지만 일반적으로 사인 곡선 모양일 수 있다. 피스톤 대면 표면들은 바람직하게는 요구되는 표면 특성들을 얻기 위해 제조 중에 가해지는 열 처리 및/또는 화학 처리를 가진다.
세그먼트들에 있는 노치(30)와 샤프트에 있는 노치(32)는 세그먼트들이 샤프트의 둘레로 회전되는 것을 방지하며, 슬립 방지 부분으로 작용을 하는 키들(34)과 맞물린다. 십자 볼트 구멍들(36)은 롤러들(9)이 롤링 표면에서 벗어나 슬라이딩되는 것을 방지하는 측면 플레이트들(120, 도 3에 도시됨)을 세그먼트들에 고정하기 위한 것이다. 또는, 볼록하거나 오목한 캠버(camber)가 동일한 결과를 달성하기 위해 롤러들 및/또는 피스톤 대면 표면들에 적용될 수 있다.
각각의 세그먼트(5, 7)는 일 단부에 있는 트레일링 설 형성부(40) (트레일링 연동 형성부의 일 예인) 및, 타 단부에 있는, 두 개의 리딩 설 형성부들(46)(함께 리딩 연동 형성부의 일 예를 형성하는) 사이에 형성되는 홈 형성부(54)를 가진다.
리딩 세그먼트(5)는 트레일링 세그먼트(7)의 홈 형성부(54)의 리딩 엣지(44)와 상호 맞물리는 트레일링 엣지(42)를 가진다. 설 형성부와 홈 형성부는 결합하여 상호 맞물림 영역으로 작용을 한다.
설 형성부의 표면들(48, 50)과 홈 형성부의 표면들(52, 54)은 도시된 바와 같이 샤프트에 수직일 수 있거나, 샤프트에 대해 다른 각도로 있을 수 있다. 설 형성부와 홈 형성부는, 평행일 필요가 없으며 요구되는 바와 같이 설 형성부와 홈 형성부 사이의 끼워 맞춤을 단단하거나 느슨하게 만들기 위해 함께 배치되는, 단부 표면들(50, 54)과 측부 표면들(48, 52)에 의해 서로에 대하여 세그먼트들을 고정하기 위해 연동될 수 있다. 설부(40)는 세그먼트들 사이의 끼워 맞춤을 개선하며 좌굴(buckling)을 회피하기 위해 틈(49)을 남기는, 코너가 절단된 리딩 엣지들을 가진다. 다수의 다른 적합한 형성부들이 본 기술분야에서 숙련된 사람들에게 명백할 것이다.
각각의 세그먼트의 피스톤 대면 표면은 리딩 설 형성부들의 외부면으로부터 트레일링 설 형성부의 외부면까지 연속적으로 연장된다. 트레일링 세그먼트(7)의 리딩 설 형성부들의 피스톤 대면 표면은 리딩 설 형성부들의 트레일링 영역에서 작동 표면의 일 부분을 형성하지만, 피스톤 대면 표면(16)이 트레일링 세그먼트의 리딩 단부에서 작동 표면으로부터 리세스되도록 리딩 설 형성부들의 길이를 따라 점차 리세스된다. 리딩 세그먼트(5)의 트레일링 설 형성부의 피스톤 대면 표면은 리딩 영역에서 작동 표면의 일 부분을 형성하지만, 피스톤 대면 표면(15)이 리딩 세그먼트의 트레일링 엣지(42)에서 작동 표면으로부터 리세스되도록 트레일링 설 형성부의 길이를 따라 점차 리세스된다. 따라서, 각각의 세그먼트의 피스톤 대면 표면은 링 캠의 작동 표면의 부분들을 주로 형성하지만, 또한 링 캠의 작동 표면의 부분을 형성하지 않는(그리고 링 캠의 작동 표면으로부터 리세스되는) 각각의 세그먼트의 각각의 단부에 피스톤 대면 표면의 일 부분이 있다.
설부들의 피스톤 대면 표면이 트레일링 세그먼트의 리딩 연동 형성부들의 리딩 단부와 리딩 세그먼트의 트레일링 연동 형성부의 트레일링 단부를 향해 리세스되기 때문에, 리딩 세그먼트와 트레일링 세그먼트들의 피스톤 대면 표면들은 상호 맞물림 영역에서 180.0°에 가깝지만 이보다 작은, 예를 들어 178.0°의 각도로 마주 대한다.
유체 작동 기계를 형성하기 위해, 피스톤들(11)은 실린더들(13)의 내부에서 피스톤들을 왕복 운동시키도록 작동 표면 상에 접촉되며 사용 중에 작동 표면을 따라 롤링되는 롤러들(9)을 통해 링 캠에 결합된다. 피스톤들과 실린더들은 함께 주기적으로 변하는 체적의 작동 챔버들(20)을 한정하며, 작동 챔버들의 체적 사이클들은 이의 위로 롤러들이 통과되는 링 캠의 작동 표면의 파형과 같은 형상에 의해 한정된다. 피스톤들은 스프링들(도시되지 않음)에 의해 및/또는 작동 챔버들의 내부에 있는 작동 유체의 압력에 의해 링 캠의 작동 표면에 대하여 편향된다. 실린더들과 피스톤들은 각각의 피스톤과 실린더의 중심 축이 링 캠의 중심으로부터 반경방향 외측으로 직접 연장되지 않도록 약간 기울어진다. 이는 작동 표면이 사용 중에 심하게 부하를 받을 때 실린더들에 대해 작용하는 피스톤들의 측면 힘을 감소시킨다.
사용 중에, 리딩 표면들(70) 또는 트레일링 표면들(72) 중의 어느 한 쪽은 적용(예를 들어, 유체 작동 기계가 펌프로 기능을 하든지 또는 모터로 기능을 하든지)에 따라서, 사용 중에, 가장 큰 부하를 받을 수 있다. 각각의 작동 챔버들의 축(피스톤의 경로에 의해 한정되는 바와 같은)은 일반적으로 링 캠의 반경으로부터 멀리 그리고 리딩 표면이나 트레일링 표면의 어느 것이든 통상의 사용 중에 가장 큰 부하 하에 있는 것에 수직인 축을 향해 기울어진다. 예를 들어, 만약 단지 리딩 표면들만이 심하게 부하를 받는다면(예를 들어, 기계가 방향(B)으로 회전되며 주로(또는 단지) 펌프로 사용된다면), 작동 챔버의 축은 리딩 표면들(70)에 수직인 축을 향해 (도 1(b)의 배향에 대해) 시계방향으로 (일반적으로 1°내지 10°의 범위로) 약간 기울어질 수 있다.
제어기(17)는 샤프트 센서(18)를 통해 샤프트의 각도 위치와 속도를 판독하며 제어 알고리즘을 따라 각각의 실린더에 대해 저압 밸브들(19)과 (선택적으로) 고압 밸브들(21)을 제어하기 위해 제공된다. 저압 밸브들은 교대로 작동 챔버를 저압 매니폴드(23)와 유체로 연통시키며, 저압 매니폴드(23)로부터 작동 챔버를 분리시킨다. 고압 밸브들은 교대로 작동 챔버를 고압 매니폴드(25)와 유체로 연통시키며, 고압 매니폴드(25)로부터 작동 챔버를 분리시킨다. 매니폴드들은 작동 유체의 공급원들 또는 싱크들(도시되지 않음)에 연결된다. 밸브들은 이상적으로 페이스 실링 포펫 타입 밸브들이며, 저압 밸브는 유체가 작동 챔버로 들어가고 선택적으로 챔버로부터 나오는 것을 허용하도록 배향되며(제어 가능하게 개방된 상태로 유지될 때), 고압 밸브는 유체가 작동 챔버로부터 나오고 선택적으로 작동 챔버로 들어가는 것을 허용하도록 배향된다(제어 가능하게 개방된 상태로 유지될 때).
사용 중에, 링 캠은 작동 챔버들에 대해 방향(B)으로 회전되며, 롤러들(9)은 리딩 세그먼트(5)의 트레일링 설 형성부(40)의 피스톤 대면 표면의 가장 늦은 트레일링 부분(62)에 앞서 트레일링 세그먼트(7)의 리딩 설 형성부(46)의 피스톤 대면 표면의 가장 빠른 리딩 부분(60)의 위로 롤링된다. 트레일링 세그먼트의 피스톤 대면 표면의 가장 빠른 리딩 부분(60)이 (작동 표면의 일 부분을 형성하는) 리딩 세그먼트의 피스톤 대면 표면(15)의 아래에 있기 때문에, 롤러는 하나의 세그먼트에서부터 다음의 세그먼트까지 원활하게 이동된다. 리딩 세그먼트와 트레일링 세그먼트 사이에 약간의 불일치가 있다고 하더라도(제조상의 허용 오차들의 내에 있는 치수의 편차로부터 초래될 수 있는 것과 같이), 이는 단지 롤러가 하나의 세그먼트에서부터 다음의 세그먼트로 이동되는 위치에 있어 약간의 차이에 이르게 할 것이지만 롤러들이 작동 표면의 불연속부를 만나지 않을 것이므로 충격(jarring)에 이르게 하지는 않을 것이다.
상호 맞물림 영역은 이의 롤러가 하나의 세그먼트에서부터 다음의 세그먼트로 통과될 때 작동 챔버(20)가 팽창되도록 위치하며, 즉, 이는 작동 표면의 트레일링 표면(72)에 위치하며, 그러므로 이들이 상호 맞물림 영역의 위로 통과될 때 롤러들을 통해 피스톤들에 의해 링 캠에 가해지는 힘은 최대치가 아니다.
저압(및 선택적으로 고압) 밸브들의 개방과 폐쇄를 제어함으로써, 각각의 챔버에 의해 변위되는 작동 유체의 순 체적은 전체 유체 변위가 유체 체적 요구 신호 또는 출력 압력 신호와 같은, 요구 신호에 매칭되는 것을 가능하게 하기 위해 작동 챔버 체적의 각각의 사이클에 대해 선택될 수 있다. 적당한 제어 알고리즘들은 이의 내용이 참조로 여기에 포함되는, 유럽특허 EP 0 361 927, 유럽특허 EP 0 494 236 및 유럽특허 EP 1 537 333에 개시된다.
따라서, 본 발명은 롤러들, 또는 다른 캠 맞물림 요소들이 하나의 세그먼트에서부터 다음의 세그먼트로 이동되는 것을 가능하게 하는 메커니즘을 제공하며, 마모를 최소화시킨다. 그러나, 복수의 세그먼트들이 제공되므로, 이들은 개별적으로 검사되며, 유지관리되며 그리고 필요하다면 교체될 수 있다.
게다가, 볼트들(3)(부착 수단으로 기능을 하는)이 또한 작동 표면의 트레일링 표면들(72)에 위치하는 구멍(4)으로부터 연장되는 구멍들에 위치하며, 따라서 이들이 구멍들을 넘어 통과될 때 롤러들을 통해 피스톤들에 의해 링 캠에 가해지는 힘은 또한 최대가 아니다.
작동 챔버 체적의 사이클들의 위상은 링 캠의 작동 표면에 있는 파형들에 의해 한정된다. 이 예에서, 링 캠은 유체 작동 펌프의 일 부분이며 그래서 피스톤들로부터 링 캠에 작용하는 힘은 리딩 표면들(70)을 따라 통과되는 롤러들과 동시에 일어나는 각각의 작동 챔버의 압축 행정 중에 가장 크다. 만약 유체 작동 기계가 유체 작동 모터라면(또는 모터로서 시간의 상당한 부분 동안 작동된다면), 또는 만약에 가장 높은 토크 요건(및 그에 따라 작동 표면에 전달되는 가장 큰 힘)이 모터로 작동될 때에 있다면, 볼트들은 그 대신에 유리하게는 리딩 표면들(70)의 작동 표면에 있는 구멍들로부터 연장되는 구멍들에 위치할 것이다. 이는 부착 수단이 작동 표면들에 제공되는 것을 가능하게 하며(그에 의해 링 캠과 유체 작동 기계가 공지된 장치보다 더 콤팩트해지며 더 가벼워지는 것을 가능하게 하며) 동시에 그렇지 않으면 작동 표면에 있는 구멍들에 의해 야기되는 불연속부로부터 초래될 수 있는, 롤러들, 또는 다른 캠 맞물림 요소들에 대한 마모를 최소화시킨다.
세그먼트들은 연속적인 링을 더 작은 부분들로 절단함으로써, 예를 들어, 연속적인 링에 복수의 노치들 또는 결함들을 만들고 그 다음에 이를 절단하기 위해 링을 확장시키거나 그렇지 않으면 과도하게 응력을 가함으로써, 제조될 수 있다.
도 2(a)는 어떻게 세그먼트(100)가 이것이 고정되는 샤프트(105)의 외부면(104)(캠 세그먼트 지지부로 기능을 하는)보다 더 작은 곡률 반경을 가지는 고정 표면(지지부 대면 표면)(102)으로 형성될 수 있으며, 어떻게 세그먼트가 샤프트에 대하여 배치되는 경우에 세그먼트와 샤프트 사이에 틈(106)이 있게 하는지를 과장된 형상으로 도시한다.
도 2(b)는 일반적으로 부착 수단(예를 들어, 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 세그먼트들(5, 7)의 볼트들(3))에 의해 가해지는, 샤프트 내로의 고정하는 힘(110)을 도시한다. 고정하는 힘(110)은 틈(106)을 폐쇄하기 위해 세그먼트(100)를 변형시키며, 세그먼트를 외부면(104)과 연동되게 맞물린다(도 2(b)에 도시된 바와 같이). 접선방향의 압축 응력(112)이 고정하는 힘(110)에 의한 세그먼트의 변형의 결과로, 세그먼트에 그리고, 특히, 피스톤 대면 표면(108)에 유도된다.
접선방향의 압축 응력이 이의 위로 롤러들이 사용 중에 통과되는 피스톤 대면 표면에 대략 평행하게 가해진다. 이 접선방향의 압축 응력은 통과하는 롤러들로부터 나온 매우 높은 힘을 받을 때 롤링 표면의 수명을 증대시킨다. 높은 부하를 받는 통과하는 롤러들은 그렇지 않으면 샤프트를 향해 롤링 표면의 국부적인 압축을 야기할 것이며, 이는 그렇지 않으면 피스톤 대면 표면에 접선방향의 인장 응력을 야기할 것이다. 따라서, 압축 응력(112)은 얼마간의 인장 응력을 상쇄한다. 사실상, 몇몇 대체 실시예들에서, 압축 응력은 피스톤 대면 표면이 통상의 사용 중에 접선 방향의 인장 응력을 받지 않도록 예상된 인장 응력을 초과할 수 있다.
따라서, 세그먼트의 피스톤 대면 표면의 곡률과 반대쪽 표면의 곡률은 상이하며 그래서 세그먼트는 굽은 캠 세그먼트 지지부에 끼워 맞춰지기 위해 구부러져야 한다(그리고 그에 의해 탄성적으로 변형된다). 이 경우에, 세그먼트의 캠 세그먼트 지지부 대면 측의 곡률은 캠 세그먼트 지지부의 곡률보다 크다. 대체 실시예들에서, 세그먼트들은 내부 대면 작동 표면을 제공하기 위해 내부 대면 캠 세그먼트 지지부에 유지되도록 의도될 수 있다(예를 들어, 피스톤들이 링 캠 내에 위치하는 반경방향 피스톤 기계에서). 이 경우에, 캠 세그먼트들의 피스톤 대면 표면들이 접선방향의 압축 응력 하에 놓일 수 있도록 하기 위해, 세그먼트들의 지지부 대면 표면은 고정 표면보다 더 큰 곡률 반경이 제공될 수 있다.
작동 표면의 어느 한 쪽의 측면으로 연장되는 플랜지들(또는 다른 부착 수단)에 의해 지지 구조물에 고정되는 세그먼트들로 이루어지는, 공지의 링 캠들과 비교하여, 작동 표면(또는 피스톤 대면 표면)을 통해 연장되는 부착 수단(예를 들어, 볼트들)은 세그먼트들의 피스톤 대면 표면들이 더 큰 압축 상태에 놓여지는 것을 가능하게 한다.
일반적으로, 세그먼트(100)는 피스톤 대면 표면에 그리고 조립된 링 캠의 작동 표면에 압축 응력을 생성하기 위해 탄성적으로 변형되지 않고는 링 캠으로 끼워 맞춰질 수 없도록 구성되었다. 따라서, 세그먼트에 의해 제공되는 작동 표면은 세그먼트 자체의 곡률과 불일치되며, 세그먼트는 링 캠이 정수의 파형들을 가져야 하므로 상응하는 형상의 단지 다른 세그먼트들을 가지는 링 캠을 형성하는데 사용될 수 없다.
세그먼트(100)는 또한 조립된 링 캠의 회전 축과 피스톤 대면 표면에 대략 평행하게 세그먼트를 통해 연장되는, (선택적인) 십자 구멍들(114)이 제공된다. 십자 구멍들은 세그먼트의 주변 재료보다 더 큰 압축성을 가진 영역들을 제공하며 세그먼트의 변형을 촉진하며, 주어진 접선방향의 압축력이 더 낮은 고정하는 힘과 함께 발생되는 것을 가능하게 한다. 하나 이상의 십자 구멍들은 세그먼트를 통해 접선방향의 압축력의 요구되는 분포를 달성하도록 배치될 수 있으며 이를 달성하는 치수로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 십자 구멍들의 위치와 치수들은 리딩 표면, 또는 리딩 표면들의 가장 가파른 부분들에 압축력을 집중하기 위해 선택될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 피스톤들이 작동 중에 가장 큰 힘을 가하는 링 캠을 구성하는 파형들의 리딩 표면 또는 트레일링 표면들 중의 어느 한 쪽의 영역에 위치하는 십자 구멍들(114)을 가지는 링 캠 세그먼트들이 형성된다. 이 힘은 유체가 작동 챔버 체적의 사이클들에 대한 위상 관계로 작동 챔버들의 내외로 유동될 때 활성 사이클들 중에 주기적으로 변한다. 작동 챔버 체적의 사이클들 중에 압력의 변화는 기계의 기능에 의존한다. 만약 기계가 펌프라면, 구멍들은 리딩 표면들에 위치하며, 그 결과 개개의 작동 챔버가 고압 매니폴드와 유체로 연통될 수 있으며, 그 결과로 작동 챔버의 내부의 압력이 저압 매니폴드의 압력보다 낮을 때, 롤러들이 수축 행정들 중에 구멍들의 위로 통과된다. 만약 기계가 모터라면, 구멍들은 트레일링 표면들에 위치하며, 그 결과 개개의 작동 챔버가 고압 매니폴드로부터 작동 유체를 받아들이는 중일 때, 롤러들이 팽창 행정들 중에 구멍들의 위로 통과된다. 양쪽 모두의 경우에, 활성 사이클 중에, 작동 챔버가 십자 구멍의 위로 통과될 때마다 작동 챔버는 고압 매니폴드로 개방된다.
실제로, 고정 점들 사이의 캠 세그먼트 지지부의 곡률이 중요하며 캠 세그먼트 지지부는 연속적인 곡률을 가질 수 없거나, 심지어 도면들에 도시된 바와 같이 연속하는 표면일 수 없다.
비록 제1 단부에서 하나의 설부 및 다른 단부에서 홈을 한정하는 두 개의 설부들의 형상의 연동 형성부들을 가지는 캠 세그먼트들이 설명되지만, 넓은 범위의 다른 장치들 중의 어느 것도 가능하다. 설부들은 예를 들어, 직선일 수 있거나, 곡선일 수 있거나, 또는 전반적으로 삼각형일 수 있다. 캠 세그먼트들은 어느 하나의 단부에서 단일의 설부를 가질 수 있으며, 이 설부들은 조립된 장치에서 서로 인접하며, 그에 의해 사용 중에 상호 맞물림 영역을 형성한다.
몇몇 실시예들에서, 단지 피스톤들이 작동 중에 최소의 힘을 가하는 링 캠을 구성하는 파형들의 리딩 표면 또는 트레일링 표면들의 어느 한 쪽에만 위치하는 구멍들(4)을 가지는 링 캠 세그먼트들이 형성된다. 이 힘은 유체가 작동 챔버 체적의 사이클들에 대한 위상 관계로 작동 챔버들의 내외로 유동되므로 활성 사이클들 중에 주기적으로 변한다. 작동 챔버 체적의 사이클들 중에 압력의 변화는 기계의 기능에 의존한다. 만약 기계가 펌프라면, 구멍들은 트레일링 표면들에 위치하며, 그 결과 개개의 작동 챔버가 저압 매니폴드와 유체로 연통되며, 그 결과로 작동 챔버의 내부의 압력이 저압 매니폴드의 압력에 있거나 이보다 높을 때, 롤러들이 팽창 행정들 중에 구멍들의 위로 통과된다. 만약 기계가 모터라면, 구멍들은 리딩 표면들에 위치하며, 그 결과 개개의 작동 챔버가 저압 매니폴드로 작동 유체를 배출하는 중일 때, 롤러들이 수축 행정들 중에 구멍들의 위로 통과된다. 양쪽 모두의 경우에, 작동 챔버가 구멍의 위로 통과될 때마다 작동 챔버는 고압 매니폴드로부터 밀봉된다. 구멍들은 작동 표면들에 있는 불연속부의 예들이며, 인접한 세그먼트들 사이의 상호 맞물림 영역들과 같은, 다른 불연속부가 또한 동일한 방식으로 분포될 수 있다.
도 3을 참조하면, 몇몇의 실시예들에서, 구멍들(4)은 단지 몇몇의 트레일링 표면들에 제공된다. 도 3의 캠 세그먼트는 일반적으로 펌프로서 작동 가능한 유체 작동 기계에 특히 유용하지만, 또한 동일한 조건에서(예를 들어, 포지셔닝 기능을 제공하기 위해) 모터로서 작동 가능한 유체 작동 기계에 유용하다. 따라서, 펌핑 중에, 롤러들은 단지 구멍들의 위로 통과되며 동시에 개개의 피스톤 실린더는 팽창되며 작동 챔버의 내부의 압력은 상대적으로 낮다. 그러나, 모터링 중에, 비록 롤러들이 활성 모터링 사이클들 중에 트레일링 표면들에 대해 접촉될 때 작동 챔버의 내부의 압력이 상대적으로 높을 것이지만, 활성 모터링 사이클들은 구멍들이 없는 파형들의 트레일링 표면들, 또는 트레일링 표면들의 이 부분들의 위로 통과되는 롤러들과 동시에 일어나기 위해 선택된다. 그 대신에, 작동 챔버들은 이들이 구멍들을 가지는 트레일링 표면들에 대해 접촉될 때 사이클들 중에 작동 유체의 순 변위가 없는 아이들 행정들을 항상 실행시킨다. 이는 모터링 중에 작동 유체의 최대 처리량을 제한하지만, 모터링 중의 최대 변위가 펌핑 중의 최대 변위보다 적은 것이 허용 가능한 수많은 적용들이 있으며, 예를 들어, 풍력 터빈의 블레이드들에 의해 구동되는 기계는 일반적으로 펌프로서 작동될 것이지만, 때때로, 예를 들어, 유지관리를 위해, 블레이드들의 위치를 제어하기 위한 모터로서 구동될 수 있다. 트레일링 표면들의 위로 통과되는 롤러들과 동시에 일어나도록 활성 사이클들의 시간을 정하기 위해, 제어기는 구멍들을 포함하는(그리고 구멍들이 위치하는 경우에) 트레일링 표면들의 데이터베이스, 및 샤프트 센서(18)로부터 수신된 링 캠의 각도 위치의 연속하는 측정들을 참조하며, 작동 챔버 체적의 각각의 연속하는 사이클 상에서 각각의 작동 챔버에 의해 변위되는 작동 유체의 체적의 각각의 선택에 이를 고려한다.
몇몇 실시예들에서, 제어기는 작동 챔버가 부분 모터링 사이클을 실행하게 할 수 있으며, 부분 모터링 사이클에서 제어기는, 롤러가 구멍(또는 상호 맞물림 영역)에 대해 접촉될 때 작동 챔버의 내부의 압력이 한계치 미만으로 제한되도록, 롤러가 구멍(또는 상호 맞물림 영역, 또는 작동 표면에 있는 어떤 다른 불연속부) 상에 접촉되기 전에 고압 밸브를 폐쇄한다.
몇몇 실시예들에서, 제어기는 작동 챔버가 모터링 사이클을 실행하는 것을 허용할 수 있으며 동시에 단지 고압 매니폴드의 내부의 압력이 한계치 미만이라면 상응하는 롤러가 구멍을 포함하는 트레일링 표면의 위로 통과되며, 이 경우에 롤러를 통해 링 캠 상에 가해지는 힘은 여하튼 과도하게 높지는 않다.
선택적으로, 유체 작동 기계는 또한 제2(반대) 회전 방향으로 펌프로서 기능을 하기 위해 작동 가능하다. 이 경우에 리딩 표면들(유체 작동 기계가 제1 방향으로 회전되는 중일 때)은 트레일링 표면들(유체 작동 기계가 제2 방향으로 회전되는 중일 때)이 되며, 트레일링 표면들(유체 작동 기계가 제1 방향으로 회전되는 중일 때)은 리딩 표면들(유체 작동 기계가 제2 방향으로 회전되는 중일 때)이 된다. 몇몇 실시예들에서, 제2 방향으로 회전될 때, 제어기는 작동 챔버가 펌핑 사이클을 실행하는 것을 허용할 수 있으며 동시에 단지 고압 매니폴드의 내부의 압력이 한계치 미만이라면 상응하는 롤러가 구멍을 포함하는 트레일링 표면의 위로 통과되며, 이 경우에 롤러를 통해 링 캠 상에 접촉되는 힘은 여하튼 과도하게 높지는 않다. 몇몇 실시예들에서, 제2 방향으로 회전될 때, 제어기는 작동 챔버가 부분 펌핑 사이클을 실행하는 것을 허용할 수 있으며, 여기서 제어기는 롤러가 구멍(또는 상호 맞물림 영역)에 대해 접촉된 후에 저압 밸브를 폐쇄하며, 그 결과 롤러가 구멍(또는 상호 맞물림 영역)에 대해 접촉될 때 작동 챔버의 내부의 압력이 한계치 미만이 된다.
몇몇의 조건들에서 펌프로서 그리고 주로 모터로서 작동되는 기계에 대해, 구멍들은 몇몇의 트레일링 표면들보다는 오히려 몇몇의 리딩 표면들에 위치할 수 있다.
링 캠은 롤러들이 링 캠의 파형과 같은 표면에서 떨어져 슬라이딩되는 것을 방지하는 링 캠의 원주의 둘레로 연장되는 측면 플레이트들(링 캠의 한쪽 또는, 보다 바람직하게는, 양쪽의 측면들 상의)을 더 포함한다(그리고 각각의 측면 플레이트는 일반적으로 또한 링 캠의 작동 표면의 엣지와 접촉한다). 둘 이상의 링 캠들을 가지는 실시예들에서, 롤러가 양쪽 모두의 링 캠들에서 떨어져 슬라이딩되는 것을 방지하는 기능을 하는, 두 개의 링 캠들의 중간에 배치되는 하나의 측면 플레이트가 있을 수 있다. 또는, 둘 이상의 링 캠들 각각은 분리된 측면 플레이트들을 가질 수 있다.
측면 플레이트들은 일체일 수 있거나, 도 3에 도시된 바와 같이 분할될 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서, 링 캠 세그먼트(7)는 측면 플레이트 세그먼트(120)에 (및 일반적으로 두 개의 측면 플레이트 세그먼트들에, 세그먼트의 파형과 같은 표면의 어느 한 쪽의 측면에) 고정된다. 대체 실시예들에서 링 캠 세그먼트들이 있는 것보다 하나 또는 각각의 링 캠의 원주의 각각의 측면의 둘레에 배치되는 더 적거나, 더 많은 측면 플레이트 세그먼트들이 있을 수 있다.
측면 플레이트들은 십자 볼트 구멍들(36)을 통해 연장되는 볼트들에 의해 세그먼트(7)에 고정된다. 볼트들은 둘 이상의 링 캠(또는 링 캠 세그먼트) 또는 둘 이상의 측면 플레이트들(또는 측면 플레이트 세그먼트들)을 통해 각각 연장될 수 있다.
링 캠의 측면 플레이트 세그먼트들은 캠 세그먼트들로부터 각도로 오프셋될 수 있으며 그 결과 각각의 측면 플레이트는 조립된 링 캠의 두 개(또는 그 이상)의 세그먼트들과 겹친다. 따라서, 그리고 조립된 링 캠에서, 측면 플레이트 세그먼트들 사이의 조인트는 세그먼트들 사이의 조인트와 정렬되거나 겹쳐지지 않으며 링 캠 세크먼트에 고정되는 측면 플레이트 세그먼트의 겹쳐진 부분(122)은 (예를 들어, 조립 및 유지관리 중에, 또는 사용 중에, 힘이 파형과 같은 표면에 가해질 때, 서로에 대한 인접한 링 캠 세그먼트들의 운동에 의해 야기되는 마모를 감소시키기 위해) 인접한 캠 세그먼트에 대해 캠 세그먼트를(즉, 샤프트에 대해) 축방향으로 정렬시키는데 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 측면 플레이트들은 캠 세그먼트들이 측면 플레이트들 사이에서 이동되도록 샤프트에 고정될 수 있거나, 밸브들과 작동 챔버들에 대하여 고정될 수 있다.
본 발명의 링 캠은 접근이 어려울 수 있으며 긴 링 캠 작동 수명이 중요한 대형 유체 작동 기계들의 부품으로서 특히 유용하다. 예를 들어, 링 캠은 유지관리나 수리를 위해 유체 작동 기계 또는 풍력 터빈의 블레이드들을 제거하는 것이 실용적이 아닌, 풍력 터빈의 블레이드들에 결합되는 구동 샤프트를 가지는, (일반적으로 50 m를 초과하는 높이인) 풍력 터빈 타워, 또는 연안의 풍력 터빈 타워의 나셀의 내부에 있는 펌프의 일 부분일 수 있다.
다른 변형들 및 변경들이 여기에 개시된 본 발명의 범위의 내에서 만들어질 수 있다.

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 피스톤을 가지는 유체 작동 기계를 위한 링 캠으로서, 상기 링 캠은 적어도 두 개의 세그먼트들을 포함하며; 상기 세그먼트들은 피스톤 대면 표면을 가지며, 상기 피스톤 대면 표면들은 상기 적어도 하나의 피스톤의 왕복 운동을 상기 적어도 하나의 피스톤에 대한 상기 링 캠의 회전에 연결하기 위해 상기 적어도 하나의 피스톤과 작동되게 맞물리기 위해 캠 작동 표면을 함께 한정하는 상기 유체 작동 기계를 위한 링 캠이며,
    각각의 상기 세그먼트의 상기 피스톤 대면 표면이 압축 상태로 유지되고,
    각각의 상기 세그먼트는 하나 이상의 고정구들에 의해 적어도 상기 피스톤 대면 표면이 압축 상태로 유지되도록 유지되는, 유체 작동 기계를 위한 링 캠.
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  3. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 세그먼트는 외력이 가해지지 않는 경우의 세그먼트의 곡률에 해당하는 고유의 곡률을 가지며 각각의 상기 세그먼트는 상이한 곡률로 유지됨으로써, 각각의 상기 세그먼트의 상기 피스톤 대면 표면을 압축 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 유체 작동 기계를 위한 링 캠.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 링 캠은 캠 세그먼트 지지부를 포함하며 각각의 상기 세그먼트는 하나 이상의 고정구들에 의해 상기 캠 세그먼트 지지부에 고정되는것을 특징으로 하는 유체 작동 기계를 위한 링 캠.
  5. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 세그먼트는 피스톤 대면 표면이 압축된 상태로 상기 세그먼트를 캠 세그먼트 지지부의 위에 유지하도록 하나 이상의 고정구들을 받아들이기 위해 지지부 대면 표면과 피스톤 대면 표면 사이에 연장되는 하나 이상의 관통공들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 작동 기계를 위한 링 캠.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 링 캠의 피스톤 대면 표면은 상기 링 캠의 반경방향 외측으로 피스톤들과 작동되게 맞물리기 위한 외부 대면 작동 표면이며, 각각의 상기 세그먼트는 세그먼트의 고유의 곡률보다 더 작은 곡률로 유지되는 것을 특징으로 하는 유체 작동 기계를 위한 링 캠.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 세그먼트는 상기 피스톤 대면 표면의 하부에 있는 하나 이상의 압축 가능한 영역들을 포함하며, 상기 압축 가능한 영역들은 상기 세그먼트의 주변 재료보다 더 큰 압축성을 가지는 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 작동 기계를 위한 링 캠.
  8. 제7항에 있어서,
    하나 또는 각각의 상기 압축 가능한 영역은 상기 링 캠의 회전 축에 평행하게 상기 세그먼트를 가로질러 부분적으로 또는 전체적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 유체 작동 기계를 위한 링 캠.
  9. 제7항에 있어서,
    하나 또는 각각의 상기 압축 가능한 영역은 상기 세그먼트들의 재료에 있는 공극인 것을 특징으로 하는 유체 작동 기계를 위한 링 캠.
  10. 제4항에 따르는 링 캠을 형성하기 위해 링 캠 세그먼트를 끼워 맞추는 방법으로서, 상기 방법은 상기 세그먼트의 상기 피스톤 대면 표면을 압축하기 위해 상기 링 캠 세그먼트를 탄성적으로 변형시키면서 동시에 상기 링 캠 세그먼트의 상기 피스톤 대면 표면이 상기 작동 표면의 부분을 형성하도록 링 캠 세그먼트를 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 링 캠 세그먼트를 끼워 맞추는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 세그먼트는 상기 세그먼트를 상기 캠 세그먼트 지지부에 연결하는 볼트들이 장력을 받을 때 탄성적으로 변형되는 것을 특징으로 하는 링 캠 세그먼트를 끼워 맞추는 방법.
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