KR101477867B1 - 유압 펌프 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 유압 펌프 모터에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 유압 펌프 모터는 구동축과, 상기 구동축에 대해 경사지게 설치된 사판과, 상기 구동축과 함께 회전하며 복수의 실린더 챔버들이 형성된 실린더 블록과, 상기 사판에 의해 상기 실린더 블록의 회전에 따라 상기 실린더 챔버 내에서 왕복 운동하는 유압 피스톤과, 상기 실린더 블록과 슬라이딩 가능하도록 접촉되며 상기 실린더 챔버와 연통 가능한 토출 포트 및 흡입 포트와 상기 토출 포트의 단부에 형성된 노치홈 및 상기 노치홈에 관통 형성된 제1 오리피스를 갖는 밸브 플레이트, 그리고 상기 밸브 플레이트의 상기 토출 포트 및 상기 흡입 포트과 각각 연통된 토출관 및 흡입관과 상기 제1 오리피스과 연통된 맥동 저감 챔버 및 상기 맥동 저감 챔버와 상기 토출관을 연통하는 제2 오리피스를 갖는 밸브 블록을 포함한다.

Description

유압 펌프 모터{HYDRAULIC PUMP AND MOTOR}

본 발명의 실시예는 유압 펌프 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펌프로 동작하는 과정에서 발생되는 맥동 현상을 저감시킨 유압 펌프 모터에 관한 것이다.

일반적으로 유압 펌프는 엔진이나 전기 모터 등으로부터 구동되는 기계 에너지를 유체 에너지로 변환하는 것이고, 유압 모터는 유체 에너지를 공급받아서 피스톤을 왕복 운동시키고 이 운동으로 구동축을 회전시켜 기계 에너지로 변환시키는 구동 장치로서 그 출력밀도가 우수하고 출력이 좋아 굴삭기 등의 건설 기계에 널리 사용되고 있다.

굴삭기의 경우 유압 펌프를 통해 작동 유체를 붐 실린더로 공급하여 붐을 상승시키고 붐 하강 시에는 작동 유체를 탱크로 귀환시키는데, 작동 유체가 탱크로 귀환하면서 에너지가 낭비된다.

이와 같이, 붐 하강 시 낭비되는 에너지를 보전하기 위하여 붐 하강 시 발생하는 작동 유체의 압력을 이용하여 유압 모터를 구동하고 이를 통해 발전기를 돌려 전기 에너지로 축적하는 하이브리드 굴삭기가 개발되어 사용되고 있다.

하지만 전술한 동작을 수행하기 위해서는 펌프와 모터를 각각 사용하거나, 폐회로 타입 펌프 및 양방향 펌프를 사용하여야 한다. 펌프와 모터를 각각 사용하게 되면 구조적 제약 및 비용 상승 등의 문제가 발생하며, 폐회로 타입 펌프의 경우에는 별도의 흡입 압력 가압 장치가 필요하고, 양방향 펌프의 경우에는 전동기의 회전 방향을 변경해야 하는 문제 등으로 그 적용이 용이하지 않았다.

이에, 펌프와 모터의 기능을 동시에 사용할 수 있는 유압 펌프 모터가 개발되었다.

그런데, 유압 펌프 모터가 펌프로 동작 할 때에는 맥동이 소음 및 정밀 제어에 영향을 줄 수 있으므로 맥동의 발생을 최소화하여야 하나, 맥동을 줄이기 위해서는 유압 펌프 모터의 외부에 별도의 장치가 추가로 장착되어야 하는 번거로움이 있다.

본 발명의 실시예는 자체적으로 압력 맥동 현상을 저감시킨 유압 펌프 모터를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 유압 펌프 모터는 구동축과, 상기 구동축에 대해 경사지게 설치된 사판과, 상기 구동축과 함께 회전하며 복수의 실린더 챔버들이 형성된 실린더 블록과, 상기 사판에 의해 상기 실린더 블록의 회전에 따라 상기 실린더 챔버 내에서 왕복 운동하는 유압 피스톤과, 상기 실린더 블록과 슬라이딩 가능하도록 접촉되며 상기 실린더 챔버와 연통 가능한 토출 포트 및 흡입 포트와 상기 토출 포트의 단부에 형성된 노치홈 및 상기 노치홈에 관통 형성된 제1 오리피스를 갖는 밸브 플레이트, 그리고 상기 밸브 플레이트의 상기 토출 포트 및 상기 흡입 포트과 각각 연통된 토출관 및 흡입관과 상기 제1 오리피스과 연통된 맥동 저감 챔버 및 상기 맥동 저감 챔버와 상기 토출관을 연통하는 제2 오리피스를 갖는 밸브 블록을 포함한다.

상기 실린더 챔버가 작동 유체를 흡입하는 동작에서 상기 실린더 챔버가 작동 유체를 토출하는 동작으로 전환되는 때에 상기 실린더 챔버에서 토출된 작동 유체가 상기 제1 오리피스를 통해 상기 맥동 저감 챔버로 유입되고, 상기 맥동 저감 챔버에 유입된 작동 유체는 다시 상기 제2 오리피스를 통해 토출관으로 배출될 수 있다.

상기한 유압 펌프 모터에서, 상기 밸브 플레이트의 상기 토출 포트 및 상기 흡입 포트는 상기 구동축의 중심을 기준으로 대칭적으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 유압 펌프 모터는 자체적으로 압력 맥동 현상을 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프 모터의 단면도이다.
도 2는 도 1의 밸브 플레이트의 정면도이다.
도 3은 도 2의 III-III선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 밸브 블록의 정면도이다.
도 5은 도 1의 유압 펌프 모터의 작동 원리를 나타낸 요부 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프 모터(101)를 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프 모터(101)는 구동축(10), 사판(20), 실린더 블록(30), 유압 피스톤(40), 밸브 플레이트(50), 및 밸브 블록(60)을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프 모터(101)는 레귤레이터(regulator, 70), 컨트롤 피스톤(80), 및 하우징(90) 등을 더 포함할 수 있다.

구동축(10)은 동력을 전달한다. 구동축(10)의 단부는 엔진 또는 전기 모터 등과 연결될 수 있다.

사판(20)은 유압 펌프 모터(101)에서 토출되는 작동 유체의 유량을 조절한다. 즉, 사판(20)의 기울기(이하, 경전각이라 함)에 따라 유압 펌프 모터(101)로부터 토출되는 작동 유체의 유량이 결정된다.

레귤레이터(70)는 파일롯 압력에 따라 동작하여 사판(20)의 경전각을 조절한다. 즉, 레귤레이터(70)에 입력된 파일롯 압력에 따라서 유압 펌프 모터(101)에서 출력되는 작동 유체의 유량을 조절할 수 있다. 유압 펌프 모터(101)에 부하 압력이 증가하게 되면 레귤레이터(70)가 동작하여 사판(10)의 경전각을 감소시키고, 이에 과부하를 방지하게 된다. 한편, 레귤레이터(70)는 컨트롤 피스톤(80)을 구동하여 사판(20)의 기울기를 조절할 수 있다.

실린더 블록(30)은 구동축(10)과 일체로 회전한다. 일례로, 실린더 블록(30)은 구동축(10)과 스플라인 결합되어 함께 회전할 수 있다. 또한, 실린더 블록(30)은 구동축(10)을 중심으로 방사상으로 등간격 배열된 복수의 실린더 챔버들(34)을 갖는다.

유압 피스톤(40)은 실린더 챔버(34) 내에서 왕복 운동한다. 구체적으로, 유압 피스톤(40)의 일단은 사판(20)과 슬라이딩 가능하게 접촉한다. 실린더 블록(30)이 구동축(10)과 일체로 회전하면, 유압 피스톤(40)의 일단은 사판(20)의 경사면을 따라 슬라이딩되면서 유압 피스톤(40)은 실린더 챔버(34) 내에서 왕복 운동하게 된다. 또한, 유압 피스톤(40)의 타단은 유압 피스톤(40)이 왕복 운동함에 따라 실린더 챔버(34) 내에 작동 유체를 흡입하거나 실린더 챔버(34) 내의 작동 유체를 토출한다.

밸브 플레이트(50)는 실린더 블록(30)과 슬라이딩 가능하게 접촉된다. 구체적으로, 밸브 플레이트(50)에서 사판(20)과 대향하는 일측과 반대되는 타측이 밸브 플레이트(50)와 접촉된다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 밸브 플레이트(50)는 흡입 포트(51) 및 토출 포트(52)와, 토출 포트(52)의 단부에 형성된 노치홈(55), 그리고 노치홈(55)에 형성된 제1 오리피스(orifice, 59)를 갖는다. 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 오리피스(59)는 밸브 플레이트를 관통한다.

밸브 플레이트(50)의 흡입 포트(51) 및 토출 포트(52)는, 앞서 도 1에 도시한 바와 같이, 실린더 블록(30)의 실린더 챔버(34)와 연통 가능하게 형성된다. 즉, 실린더 블록(30)이 구동축(10)과 일체로 회전하면, 실린더 블록(30)이 밸브 플레이트(50)와 슬라이딩되면서 복수의 실린더 챔버들(34)은 밸브 플레이트(50)의 흡입 포트(51)와 연통되었다가 이어서 토출 포트(52)와 연통되기를 반복하게 된다. 이때, 유압 피스톤(40)은 사판(20)에 의해 실린더 챔버(34)가 흡입 포트(51)와 연통될 때 상사점으로 이동하면서 실린더 챔버(34) 내로 작동 유체를 흡입시키고, 실린더 챔버(34)가 토출 포트(52)와 연통될 때 하사점으로 이동하면서 실린더 챔버(34) 내에서 작동 유체를 토출시킨다.

유압 펌프 모터(101)가 전술한 바와 같이 동작하는 동안 실린더 챔버(34) 내부에는 압력의 변동이 연속적으로 발생한다.

노치홈(55)은 이러한 압력의 변동을 감쇄하기 위하여, 예압 구간에 형성된다. 즉, 유압 펌프 모터(101)는 토출 포트(52)가 실린더 챔버(34)와 연통하기 전에 토출 포트(52)의 단부에 형성된 노치홈(55)을 통해 실린더 챔버(34) 내부에서 발생되는 급격한 압력 변동을 어느 정도 감쇄시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예는 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 노치홈(55)이 흡입 포트(51)의 단부에도 형성될 수 있다.

또한, 도 2에서, 노치홈(55)은 흡입 포트(51)와 토출 포트(52)의 일방향 단부에 각각 형성되나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 노치홈(55)은 흡입 포트(51)와 토출 포트(52)의 일방향 단부에 모두 형성될 수도 있다.

하지만, 본 발명의 일 실시예에서, 모든 노치홈(55)에 반드시 제1 오리피스(59)가 형성되어야 하는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 밸브 플레이트(50)의 흡입 포트(51) 및 토출 포트(52)는 구동축(10)의 중심을 기준으로 대칭적으로 형성된다. 이에, 유압 펌프 모터(101)가 펌프로 동작할 때나 모터로 동작할 때의 편차를 최소화할 수 있다. 이때, 노치홈(55)도 대칭적으로 형성될 수 있다.

밸브 블록(60)은 밸브 플레이트(50)에서 실린더 블록(30)과 접촉하는 면의 반대면에 접하도록 배치된다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 밸브 블록(60)은 흡입관(61), 토출관(62), 맥동 저감 챔버(65), 및 제2 오리피스(69)를 포함한다.

흡입관(61)은 밸브 플레이트(50)의 흡입 포트(51)와 연통된다. 그리고 토출관(62)은 밸브 플레이트(50)의 토출 포트(52)와 연통된다.

맥동 저감 챔버(65)는 흡입관(61) 및 토출관(62)과 각각 이격되어 소정의 체적을 갖도록 형성된다. 맥동 저감 챔버(65)는 밸브 블록(60)의 전체적인 구조를 고려하여 압력 맥동을 효과적으로 상쇄하기 위해 적정한 체적으로 형성될 수 있다. 맥동 저감 챔버(65)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 밸브 플레이트(50)의 제1 오리피스(59)와 연통되며, 제2 오리피스(69)는 맥동 저감 챔버(65)와 토출관(62)을 연결한다.

하우징(90)은, 앞서 도 1에 도시한 바와 같이, 밸브 블록(60)과 결합되고, 구동축(10)을 지지하며, 실린더 블록(30)을 커버하고, 레귤레이터(70) 및 컨트롤 피스톤(80)을 지지한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프 모터(101)의 동작 원리를 구체적으로 살펴본다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실린더 챔버(34)가 작동 유체를 흡입하는 동작에서 실린더 챔버(34)가 작동 유체를 토출하는 동작으로 전환되는 때에 실린더 챔버(34)에서 토출된 작동 유체가 제1 오리피스(59)를 통해 맥동 저감 챔버(65)로 유입되고, 맥동 저감 챔버(65)에 유입된 작동 유체는 다시 제2 오리피스(69)를 통해 토출관(62)으로 배출된다.

유압 펌프 모터(101)가 펌프로 작동하는 동안 실린더 블록(30)이 회전하면서 밸브 플레이트(50)의 흡입 포트(52)를 통해 실린더 챔버(34)에 작동 유체가 유입되고 밸브 플레이트(50)의 토출 포트(52)를 통해 실린더 챔버(34) 내의 작동 유체가 토출하는 과정을 반복하게 된다. 따라서, 실린더 챔버(34) 내부에는 필연적으로 급격한 압력의 변동이 반복적으로 발생되며, 이러한 급격한 압력의 변동으로 인해 압력 맥동 현상이 발생된다. 유압 펌프 모터(101)에서 압력 맥동 현상은 소음 발생의 주요한 원인 중 하나이다.

하지만, 본 발명의 일 실시예에서는 밸브 플레이트(50)의 토출 포트(52)를 통해 실린더 챔버(34) 내부의 작동 유체가 토출되기 전, 제1 오리피스(59)를 통해 작동 유체가 맥동 저감 챔버(65)로 유입된다. 그리고 맥동 저감 챔버(65)를 거친 작동 유체는 다시 제2 오리피스(69)를 통해 토출관(62)으로 배출되는 과정을 거치게 된다.

즉, 맥동 저감 챔버(65)는 어큐뮬레이터(accumulator)와 같은 기능을 수행하면서 압력 맥동 주파수를 감쇄시켜 압력 맥동의 폭을 줄이게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 밸브 플레이트(50)의 노치홈(55)도 압력의 변동을 감쇄시키는데 일조를 할 수 있다.

한편, 유압 펌프 모터(101)가 모터로 작동하는 동안에는 구동축(10)의 회전 방향은 동일하나 압력의 분포가 바뀌므로, 펌프로 작동하는 동안만큼의 압력 맥동 현상을 저감시키는 효과는 상대적으로 낮으나, 일례로 굴삭기의 붐 하강 시와 같은 갑작스런 고압 발생시 충격을 완화해주는 기능을 수행할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프 모터(101)는 자체적으로 압력 맥동 현상을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프 모터(101)는 갑작스런 고압 발생시에 충격을 완화시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 구동축 20: 사판
30: 실린더 블록 34: 실린더 챔버
40: 유압 피스톤 50: 밸브 플레이트
51: 흡입 포트 52: 토출 포트
55: 노치홈 59: 제1 오리피스
60: 밸브 블록 61: 흡입관
62: 토출관 65: 맥동 저감 챔버
69: 제2 오리피스 70: 레귤레이터
80: 컨트롤 피스톤 90: 하우징
101: 유압 펌프 모터

Claims (3)

1. 구동축(10);
   상기 구동축(10)에 대해 경사지게 설치된 사판(20);
   상기 구동축(10)과 함께 회전하며 복수의 실린더 챔버들(34)이 형성된 실린더 블록(30);
   상기 사판(20)에 의해 상기 실린더 블록(30)의 회전에 따라 상기 실린더 챔버(34) 내에서 왕복 운동하는 유압 피스톤(40);
   상기 실린더 블록(30)과 슬라이딩 가능하도록 접촉되며, 상기 실린더 챔버(34)와 연통 가능한 토출 포트(52) 및 흡입 포트(51)와, 상기 토출 포트(52)의 단부에 형성된 노치홈(55), 그리고 상기 노치홈(55)에 관통 형성된 제1 오리피스(59)를 갖는 밸브 플레이트(50); 및
   상기 밸브 플레이트(50)의 상기 토출 포트(52) 및 상기 흡입 포트(51)과 각각 연통된 토출관(62) 및 흡입관(61)과, 상기 제1 오리피스(59)과 연통된 맥동 저감 챔버(65), 그리고 상기 맥동 저감 챔버(65)와 상기 토출관(62)을 연통하는 제2 오리피스(69)를 갖는 밸브 블록(60)
   을 포함하는 유압 펌프 모터.
2. 제1항에서,
   상기 실린더 챔버(34)가 작동 유체를 흡입하는 동작에서 상기 실린더 챔버(34)가 작동 유체를 토출하는 동작으로 전환되는 때에 상기 실린더 챔버(34)에서 토출된 작동 유체가 상기 제1 오리피스(59)를 통해 상기 맥동 저감 챔버(65)로 유입되고, 상기 맥동 저감 챔버(65)에 유입된 작동 유체는 다시 상기 제2 오리피스(69)를 통해 토출관(62)으로 배출되는 유압 펌프 모터.
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에서,
   상기 밸브 플레이트(50)의 상기 토출 포트(52) 및 상기 흡입 포트(51)는 상기 구동축(10)의 중심을 기준으로 대칭적으로 형성된 유압 펌프 모터.
   

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