KR101606815B1 - Method for Designing Outer Rotor Lobe Shape Using 2 Ellipses and Gerotor Pump Designed by the Method - Google Patents

Method for Designing Outer Rotor Lobe Shape Using 2 Ellipses and Gerotor Pump Designed by the Method Download PDF

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KR101606815B1
KR101606815B1 KR1020150073176A KR20150073176A KR101606815B1 KR 101606815 B1 KR101606815 B1 KR 101606815B1 KR 1020150073176 A KR1020150073176 A KR 1020150073176A KR 20150073176 A KR20150073176 A KR 20150073176A KR 101606815 B1 KR101606815 B1 KR 101606815B1
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김철
배준호
곽효서
이현철
권진규
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주식회사 삼한
부산대학교 산학협력단
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    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/20Rotors

Abstract

The present invention relates to a tooth form design method for a gerotor pump of designing the tooth form of an external rotor and an internal rotor by combining two ellipses and a gerotor pump designed through the same design method. The rotor tooth form for a gerotor designed by the present invention is named as ″SDICHOID III (product name)″, which is the dynamic and innovative tooth form curve, Samhan dynamic innovation choid III, developed by Samhan, the applicant of the present invention. According to a form of the present invention, the tooth form design method for a gerotor pump is a method for designing the tooth form of a gerotor pump for the lobe shape of an external rotor to have a shape where two ellipses are combined and includes: a step (S1) of, if the shape of a lobe (1a) of an external rotor (1) is a single shape of an ellipse, drawing a constitutive equation for the lobe shape of the external rotor; a step (S2) of drawing a shape function for the ellipse 1 by rotating and moving translationally the coordinate axis of the ellipse 1 obtained by the constitutive equation drawn in the step (S1) above and drawing a shape function for an ellipse 2 by moving the ellipse 1 symmetrically to the X-axis; a step (S3) of drawing contact point equations of the internal rotor and the external rotor for the ellipse 1 and 2 in the step (S2) above; and a step (S4) of calculating the shapes of the internal rotor and the external rotor from the contact point equations.

Description

2개의 타원이 조합된 지로터 펌프의 치형 설계 방법 및 그 설계 방법에 의해 설계된 지로터 펌프{Method for Designing Outer Rotor Lobe Shape Using 2 Ellipses and Gerotor Pump Designed by the Method}[TECHNICAL FIELD] [0001] The present invention relates to a method of designing a tooth profile of a rotor pump in which two ellipses are combined and a method of designing the rotor pump using the same.

본 발명은 지로터 펌프의 설계 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2개의 타원을 조합하여 외부로터 및 내부로터의 치형을 설계하는 지로터 펌프의 치형 설계 방법 및 그 설계 방법에 의해 설계된 지로터 펌프에 관한 것이다. The present invention relates to a method of designing a geared rotor pump, and more particularly, to a geared design method of a geared rotor pump for designing a tooth profile of an outer rotor and an inner rotor by combining two ellipses, .

본 발명에 의해 설계된 지로터 펌프의 로터 치형을 "SDICHOID Ⅲ(상품명)"으로 명명하며, 그 뜻은 본 출원인인 삼한에서 개발한 역동적이며 혁신적인 치형곡선(SAMHAN DYNAMIC INNOVATION CHOID Ⅲ)를 의미하는 것이다. The rotor tooth profile of a ground rotor pump designed according to the present invention is referred to as " SDICHOID III (trade name) ", which means SAMHAN DYNAMIC INNOVATION CHOID III developed by Samhan who is Applicant.

자동차 엔진의 윤활장치는 엔진작동을 원활히 하고 수명을 오래 유지하기 위한 필수장치이며 이러한 윤활장치의 구성품 중 하나인 오일펌프는 유량, 내구성, 소음 및 소형화 측면에서 유리한 내접형 오일 펌프가 주로 사용된다.The lubrication system of an automobile engine is an indispensable device for smooth engine operation and long life. An oil pump, which is one of the components of such a lubrication apparatus, is mainly used for an internal-type oil pump which is advantageous in terms of flow rate, durability, noise and miniaturization.

이러한 오일 펌프(oil pump)는 자동차의 엔진 등에 장착되어 구동되는 엔진의 필수 기능 부품으로 엔진으로부터 공급받는 기계적인 에너지를 엔진 오일의 압력 에너지 및 속도 에너지로 변환시켜 엔진 내부의 각 습동부에 윤활 오일을 공급하여 부품의 이상 마모, 소착 등이 발생하지 않도록 하는 부품이다. 상기 오일 펌프를 구성하는 부품은 전기적인 모터(electric motor), 키이(key), 내부로터(inner rotor), 로터 케이스(rotor case), 오링(O-ring), 스크류(screw) 등으로 구성된다. 상기 오일 펌프에서 기타 표준 제품 이외에 로터 케이스는 오일 펌프의 사양에 따라 다이캐스팅으로 생산되고 있으며, 상기 외부로터 및 내부로터는 분말 단조로 생산되고 있다.Such an oil pump is an essential functional part of an engine that is mounted on an engine of an automobile and converts mechanical energy supplied from the engine to pressure energy and speed energy of the engine oil so that lubricating oil To prevent abnormal wear, disconnection, and the like of the components. The components constituting the oil pump are composed of an electric motor, a key, an inner rotor, a rotor case, an O-ring, a screw, and the like . In addition to other standard products in the oil pump, the rotor case is manufactured by die casting according to the specifications of the oil pump, and the outer rotor and the inner rotor are produced by powder forging.

이와 같은 오일 펌프는 지로터(gerotor)의 치형 형상에 따라 오일펌프의 성능, 진동, 효율이 달라지므로 오일 펌프의 성능과 진동, 효율을 향상시키기 위해서는 치형에 관련된 인자를 분석하여 치형의 기하학적(geometry), 유체역학적(CFD: computational fluid dynamics), 시스템적(system simulation) 접근이 요구되었다.In order to improve the performance, vibration and efficiency of the oil pump, the parameters related to the tooth profile are analyzed to determine the geometry of the gear pump ), Computational fluid dynamics (CFD), and system simulation approaches.

지로터 오일 펌프의 외부로터 로브 형상 설계에 관한 종래의 기술로서 본 발명자에 의해 제안되어 특허등록된 지로터 펌프의 설계 방법(등록특허공보 제10-1269057호)이 있다. 도 1을 참조하면, 상기 등록특허는 외부로터(1)의 로브(1a) 형상이 0°에서 γ까지는 첫번째 타원형 곡선(타원1)으로, η까지는 인벌루트(involute) 곡선으로, η 이상에서는 두번째 타원형 곡선(타원2)으로 조합된 형상을 갖도록 설계하는 방법을 제시하고 있다. 여기서 상기 인벌루트 곡선은 원형에서 도출되는 인벌루트 곡선이다. There is a method for designing a ground rotor pump proposed by the present inventor and registered as a patent (Patent Registration No. 10-1269057) as a conventional technique for designing an outer rotor lobe shape of a rotor oil pump. 1, the lap 1a of the outer rotor 1 has a first elliptic curve (ellipse 1) from 0 ° to γ, an involute curve up to η, and a second round And an elliptic curve (ellipse 2). Wherein the involute curve is an involute curve derived from a circle.

그런데 상기한 등록특허공보의 설계방법에 의해 제작된 지로터 오일 펌프를 비롯하여, 2타원-폴리서클 조합형 치형, 그리고 하이포사이클로이드-폴리서클-에피사이클로이드 조합형 치형을 갖는 지로퍼 오일 펌프는 기존의 지로터 오일 펌프에 비하여 유량과 내마모성, 소음 측면에서 획기적인 장점을 갖는 것이 사실이지만, 인벌루트 곡선의 궤적으로 인하여 유량을 증가시키고, 미끄럼률과 압력각을 감소시키는데 한계가 있었다. However, the geothermal oil pump having the two-elliptic-poly-circle combination tooth type and the hypocyloid-poly-circle-epicycloid combination tooth type manufactured by the above-mentioned design method of the patent publication, It is true that it has a remarkable advantage in terms of flow rate, abrasion resistance, and noise compared to an oil pump. However, due to the trajectory of the involute curve, there is a limit to increase the flow rate and reduce the slip rate and the pressure angle.

또한 종래의 지로터 오일 펌프의 치형을 설계함에 있어서 외부로터 로브의 치형을 설계할 때, 첫번째 타원형 곡선과 두번째 타원형 곡선 사이에 인벌루트 곡선을 삽입할 때 병진 이동 알고리즘만 적용하여 설계하도록 되어 있다. 즉, 기존의 병진 이동 알고리즘만을 이용한 설계 방법에서는 인벌루트의 좌표축을 x축 및 y축으로 병진이동을 통하여 타원1 및 타원2와 조합한다. In designing the tooth profile of the conventional rotor oil pump, when designing the tooth profile of the outer rotor lobe, it is designed to apply only the translation movement algorithm when inserting the involute curve between the first elliptic curve and the second elliptic curve. That is, in the design method using only the conventional translation movement algorithm, the coordinate axes of the involute are combined with the ellipse 1 and the ellipse 2 through the translational movement in the x and y axes.

이러한 병진 이동 알고리즘만 적용하는 방식에서는 곡선의 설계인자가 제한적이므로 조합 형상의 첨점(cusp) 및 루프(loop)가 나타나게 되며, 이는 로터 성능인자 중 미끄럼률과 압력각 등에 좋지 않은 영향을 준다. In the method of applying only the translational movement algorithm, the design parameter of the curve is limited, so that the cusp and the loop of the combination shape appear, which adversely affects the slip rate and the pressure angle among the rotor performance factors.

등록특허 제10-1269057호(2013.05.23)Registration No. 10-1269057 (2013.05.23) 등록특허 제10-0940980호(2010.01.29)Registration No. 10-0940980 (2010.01.29) 공개특허 제2010-0039523호(2010.04.16)Patent Publication No. 2010-0039523 (Apr. 16, 2010)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 회전 및 병진 이동 알고리즘을 이용하여 2개의 타원이 조합된 외부로터 로브 및 내부로터 형상을 설계하고, 이를 통해 지로터 오일 펌프의 유량을 증가시키고, 유량맥동과 미끄럼률 및 압력각을 감소시켜 소음을 저감할 수 있는 지로터 펌프의 치형 설계 방법 및 그 설계 방법에 의해 설계된 지로터 펌프를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to design an outer rotor lobe and an inner rotor shape in which two ellipses are combined using a rotation and translational motion algorithm, The present invention provides a ground rotor pump designed to increase the flow rate and reduce noise by reducing flow pulsation, slip rate and pressure angle.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따른 지로터 펌프의 치형 설계 방법은, 외부로터의 로브 형상이 2개의 타원이 조합된 형상을 갖도록 지로터 펌프의 치형을 설계하는 방법으로서, (S1) 외부로터(1)의 로브(lobe)(1a) 형상이 타원의 단일 형상인 경우에서 외부로터의 로브 형상의 구성방정식을 도출하는 단계; (S2) S1 단계에서 도출된 구성방정식에 의해 얻어진 타원1의 좌표축을 회전 및 병진 이동하여 타원1에 대한 형상 함수를 도출하고, 타원1을 X축을 기준으로 대칭시켜 타원2의 형상 함수를 도출하는 단계; (S3) 상기 S2 단계에서 구해진 타원1 및 타원2에 대하여 내부로터와 외부로터의 접촉점 방정식을 도출하는 단계; (S4) 상기 접촉점 방정식으로부터 내부로터 및 외부로터의 형상을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of designing a tooth profile of a ground rotor pump such that a lobe shape of an outer rotor has a shape in which two ellipses are combined, (S1) deriving a constitutive equation of the lobe shape of the outer rotor in the case where the shape of the lobe (1a) of the outer rotor (1) is a single shape of an ellipse; (S2) The shape function for the ellipse 1 is derived by rotating and translating the coordinate axes of the ellipse 1 obtained by the constitutive equation derived in the step S1, and the shape function of the ellipse 2 is derived by symmetry of the ellipse 1 with respect to the X axis step; (S3) deriving a contact point equation between the inner rotor and the outer rotor for the ellipse 1 and the ellipse 2 obtained in the step S2; (S4) calculating the shapes of the inner rotor and the outer rotor from the contact point equations.

본 발명에 따르면, 지로터 펌프의 외부로터 및 내부로터의 치형이 회전 및 병진 이동 알고리즘에 의해 2개의 타원이 조합된 치형을 갖게 됨으로써 기존보다 유량이 증가됨과 동시에, 유량맥동과 미끄럼률 및 압력각이 감소되어 소음이 저감되는 효과를 얻을 수 있음이 확인되었다.According to the present invention, since the tooth profile of the outer rotor and the inner rotor of the geared pump has a tooth shape in which two ellipses are combined by the rotation and translation movement algorithm, the flow rate is increased more than the conventional one, and the flow rate pulsation, It is confirmed that the effect of reducing the noise can be obtained.

도 1은 종래의 타원1-인벌루트-타원2 조합의 치형을 갖는 지로터 펌프를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지로퍼 펌프를 설계하는 과정을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 타원의 구성 방정식을 도출하기 위한 도면이다.
도 4는 회전 이동 및 병진 이동 알고리즘을 이용한 타원1-타원2의 조합 형상을 나타낸 도면이다.
도 5는 단일 타원 및 인벌루트 형상에 대한 내부로터와 외부로터의 접촉점 방정식을 도출하기 위한 도면이다.
도 6은 타원1 및 타원 2에 대한 내부로터와 외부로터의 접촉점 방정식을 도출하기 위한 도면이다.
도 7은 접촉점을 이용하여 외부로터의 치형을 설계하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 접촉점을 이용하여 내부로터의 치형을 설계하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 9는 지로터 펌프의 치형 설계 시스템의 입력모듈을 통해 설계변수가 입력된 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 창출모듈에 의해 창출된 외부로터 및 내부로터가 출력모듈을 통해 출력된 예를 나타낸 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a plan view schematically illustrating a ground rotor pump having a tooth profile of a conventional elliptical 1-involute-elliptic 2 combination.
FIG. 2 is a view sequentially illustrating a process of designing a geopower pump according to the present invention.
3 is a diagram for deriving a constitutive equation of an ellipse.
4 is a view showing a combination shape of an elliptical 1-ellipse 2 using a rotation movement and translation movement algorithm.
5 is a diagram for deriving a contact point equation between an inner rotor and an outer rotor for a single ellipse and involute shape.
6 is a diagram for deriving a contact point equation between the inner rotor and the outer rotor for the ellipse 1 and the ellipse 2.
7 is a view showing a process of designing a tooth profile of an outer rotor using a contact point.
8 is a view showing a process of designing a tooth profile of an inner rotor using a contact point.
9 is a diagram showing an example in which design variables are inputted through an input module of a tooth type design system of a ground rotor pump.
10 is a diagram showing an example in which the outer rotor and the inner rotor generated by the creation module are output through the output module.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 지로터 펌프의 치형 설계 방법 및 그 설계 방법에 의해 설계된 지로터 펌프의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a ground rotor pump according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 지로퍼 펌프를 설계하는 과정을 순차적으로 나타낸 것으로, 먼저 내부로터와 외부로터에 대한 피치원(pitch circle)을 설계하고(step 1), 타원1과 타원2에 대한 구성 방정식을 통해 2개의 타원이 조합된 외부로터의 로브 형상을 설계한다(step 2-1, 2-2). 그리고, 2개의 타원의 조합형상에 대하여 내부로터와 외부로터의 접촉점 방정식을 도출하고(step 3), 상기 접촉점 방정식으로부터 내부로터 및 외부로터의 형상을 산출한다(step 4 및 5). FIG. 2 is a diagram illustrating a process of designing a geopower pump according to an embodiment of the present invention. First, a pitch circle for an inner rotor and an outer rotor is designed (step 1), and a configuration for an ellipse 1 and an ellipse 2 The lobe shape of the outer rotor combined with two ellipses is designed through the equation (step 2-1, 2-2). Then, the contact point equations of the inner rotor and the outer rotor are derived (step 3), and the shapes of the inner rotor and the outer rotor are calculated from the contact point equations (steps 4 and 5).

이러한 설계 방법에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.This design method will be described in more detail as follows.

타원 단일 형상의 매개변수 방정식 Parameter equation of elliptic shape

외부로터(1)의 로브(lobe)(1a) 형상이 타원 단일 형상인 경우의 외부로터 로브(lobe) 형상에 대한 매개변수 방정식을 구한다. 이 때, 타원 형상은 원(수학식 1)을 하나의 축 방향으로 확대하거나 축소하여 얻을 수 있다. 도 3에 도시한 것과 같이 타원 위의 임의의 한 점 F와 F에서 내린 수선의 교점 A의 중심점과의 거리(ρ)는 원의 반경(rl2)과 수학식 2와 같은 관계가 성립한다. 타원은 원을 한 축방향으로 축소 및 확대하여 얻게 되므로 이를 이용하면 원과 타원의 매개변수 방정식은 수학식4로 표현된다.The parameter equation for the shape of the outer rotor lobe in the case where the shape of the lobe 1a of the outer rotor 1 is a single ellipse is obtained. At this time, the elliptical shape can be obtained by enlarging or reducing the circle (Equation 1) in one axial direction. As shown in Fig. 3, the distance (rho) between the arbitrary point F on the ellipse and the center point of the intersection A of the intersection point of the waterline drawn from F is the same as the equation ( 2 ) with the radius of the circle (rl 2 ). Since the ellipse is obtained by reducing and enlarging the circle in one axial direction, the parameter equation of the circle and the ellipse is expressed by Equation (4).

Figure 112015050396025-pat00001
Figure 112015050396025-pat00001

Figure 112015050396025-pat00002
Figure 112015050396025-pat00002

Figure 112015050396025-pat00003
Figure 112015050396025-pat00003

Figure 112015050396025-pat00004
Figure 112015050396025-pat00004

타원1-타원2 조합 형상 함수 Ellipse 1 - Ellipse 2 Combining shape function

도 4에 도시한 것과 같이, 본 발명의 회전 및 병진이동 알고리즘을 이용한 2-타원이 조합된 외부로터의 로브형상은 타원1-타원2의 두 부분으로 구성된다. 첫 번째 형상인 타원1의 좌표축을 기준으로 시계반대 방향으로 η 만큼 회전 이동시킨 후, 이를 b만큼 -y방향으로 병진 이동시켜 타원1에 대한 형상 함수를 수학식 5와 같이 구한다. 타원2의 경우, x축을 기준으로 타원1을 대칭시킨 형상으로, 수학식 6 과 같이 표현하며 회전 및 병진이동 알고리즘을 도 4에 나타내었다. 이 때, b는 수학식 5의 y1와 수학식 6의 y2가 같아지기 위한 값이며, O1및 O2는 각각 내부로터 및 외부로터의 중심이다. γ은 타원을 삽입할 구간의 각도이며, d는 외부로터의 중심과 외부로터 로브의 곡률 중심 사이의 거리, rl2은 외부로터 로브의 반경, k는 타원의 장단축비를 나타낸다. As shown in FIG. 4, the lobe shape of the outer rotor combined with the 2-ellipse using the rotation and translational motion algorithm of the present invention is composed of two parts of the ellipse 1-ellipse 2. Then, the shape function for the ellipse 1 is obtained as shown in Equation (5) by translating the first shape ellipse 1 by 侶 in the counterclockwise direction with reference to the coordinate axis, translating the second shape in the -y direction by b, In the case of the ellipse 2, the ellipse 1 is symmetrically formed with respect to the x-axis, expressed by Equation 6, and the rotation and translation movement algorithm is shown in FIG. In this case, b is a value for making y 1 in Equation (5) and y 2 in Equation (6) equal, and O1 and O2 are centers of the inner rotor and the outer rotor, respectively. where d is the distance between the center of the outer rotor and the center of curvature of the outer rotor lobe, rl 2 is the radius of the outer rotor lobe, and k is the longitudinal short axis ratio of the ellipse.

Figure 112015050396025-pat00005
Figure 112015050396025-pat00005

Figure 112015050396025-pat00006
Figure 112015050396025-pat00006

Figure 112015050396025-pat00007
Figure 112015050396025-pat00007

2-타원 조합 형상의 접촉점 방정식 Contact Point Equation of 2-elliptic Combined Shape

도 6 및 수학식 8 ~ 수학식 11 과 같이, 치형의 기구학적 조건을 이용하여 외부로터 로브의 한점에서 피치점 P2와의 방향벡터(V1)와 접선벡터(V2)가 직각을 이루는 각도 θ를 Newton-Rahpson 법을 이용하여 찾고 접촉점을 구한다. 여기서, α는 P2와 외부로터의 중심(O2)이 이루는 각도이다.As shown in FIG. 6 and (8) to (11), an angle at which a direction vector (V 1 ) and a tangent vector (V 2 ) from the pitch point P 2 at one point of the outer rotor lobe are perpendicular to each other θ is found by using the Newton-Rahpson method and the contact point is obtained. Where α is the angle between P 2 and the center O 2 of the outer rotor.

Figure 112015050396025-pat00008
Figure 112015050396025-pat00008

Figure 112015050396025-pat00009
Figure 112015050396025-pat00009

Figure 112015050396025-pat00010
Figure 112015050396025-pat00010

Figure 112015050396025-pat00011
Figure 112015050396025-pat00011

각 타원의 형상 함수 및 기구학적 조건을 이용하여 2-타원에 대한 조합형상인 타원1 및 타원2의 접촉점 방정식(Ce1,Ce2)을 나타내면 수학식 12 및 수학식 13과 같다.The contact point equations (C e1 , C e2 ) of the ellipse 1 and ellipse 2 of the combination type for the 2-ellipse can be expressed by Equations (12) and (13) using the shape function and the kinematic conditions of each ellipse.

Figure 112015050396025-pat00012
Figure 112015050396025-pat00012

Figure 112015050396025-pat00013
Figure 112015050396025-pat00013

Figure 112015050396025-pat00014
Figure 112015050396025-pat00014

Figure 112015050396025-pat00015
Figure 112015050396025-pat00015

접촉점을 이용한 로터 창출 방정식 Rotor creation equation using contact points

다음으로 내부로터의 곡률 형상을 이용하여 외부로터의 로브의 형상 설계를 수행한다. Next, the shape of the lobe of the outer rotor is designed using the curvature shape of the inner rotor.

외부로터의 잇수가 Z2 라 하면, 내부로터의 곡률반경이 최대가 되는 경우는 도 7 에서와 같이 내부로터가 외부 로터의 중심으로부터 회전각이 아래의 수학식 14와 같이 되는 경우이다. If the number of teeth of the outer rotor LA Z 2, a case where in each case the radius of curvature of the inner rotor becomes the maximum is the inner rotor, as shown in Fig. 7 is rotated from the center of the outer rotor have to be as shown in Equation 14 below.

도 7에서 ①구간은 치저경 부분으로, 외부 로터의 접촉점 A’을 외부로터의 중심으로부터 회전시켜 얻는다. 이는 수학식 15에 나타내었다. ②구간은 치선경 부분으로 창출된 내부 로터 형상의 일부분을 외부 로터의 중심을 기준으로 수학식 14만큼 회전한 형상으로 구성된다. 이는 수학식 16에 나타내었다.In Fig. 7, the section (1) is a toothbrush portion, and the contact point A 'of the outer rotor is obtained by rotating the center of the outer rotor. This is shown in equation (15). The section (2) consists of a part of the internal rotor shape created by the tooth-turning part and rotated by the equation (14) with respect to the center of the external rotor. This is shown in Equation (16).

Figure 112015050396025-pat00016
Figure 112015050396025-pat00016

Figure 112015050396025-pat00017
Figure 112015050396025-pat00017

Figure 112015050396025-pat00018
Figure 112015050396025-pat00018

도 8에 도출된 접촉점으로부터 내부로터를 설계하는 과정을 나타내면, 아래의 수학식 17와 같이 접촉점 A'를 내부로터 중심점(O1)의 시계방향으로 α'만큼 회전 시키면 내부로터 형상이 창출된다. 여기서, α'는 아래의 수학식 18과 같다.Referring to the process of designing the inner rotor from the contact point derived in FIG. 8, the inner rotor shape is created by rotating the contact point A 'by the angle?' In the clockwise direction of the inner rotor center point O 1 as shown in Equation 17 below. Here, α 'is expressed by the following equation (18).

Figure 112015050396025-pat00019
Figure 112015050396025-pat00019

여기서 α'는 아래의 수학식 20과 같다. Here, α 'is expressed by the following equation (20).

Figure 112015050396025-pat00020
Figure 112015050396025-pat00020

지로터 설계 시스템Geothermal Design System

상술한 것과 같은 본 발명의 타원1-타원2가 조합된 지로터 펌프의 외부로터 및 내부로터의 치형 설계 방법은 지로터 펌프 설계 시스템에서 설계 프로그램으로서 구현된다. The method of designing the outer rotor and the inner rotor teeth of the ground rotor pump in which the ellipse 1-ellipse 2 of the present invention as described above is combined is implemented as a design program in the ground rotor pump design system.

본 발명의 지로터 펌프의 치형 설계 시스템은, 설계변수를 입력하는 입력모듈(Input module), 상술한 본 발명의 회전 및 병진 이동 알고리즘을 이용한 타원1-타원2 조합 치형 형상을 생성하는 창출모듈(Generating profile module), 성능인자 계산 및 계산결과를 화면에 출력하는 출력모듈(Output module)을 포함한다. The gear tooth designing system of the present invention includes an input module for inputting design parameters, a creation module for generating an elliptical 1-ellipse 2 combination tooth profile using the rotation and translation movement algorithm of the present invention Generating profile module, and an output module for outputting the performance factor calculation and the calculation result to the screen.

이러한 지로터 펌프의 치형 설계 시스템은 입력된 설계변수로부터 치형 방정식에 의하여 외부 및 내부로터의 궤적을 창출하고, 이를 토대로 유량, 유량맥동, 미끄럼률 및 압력각을 계산한다.The geotechnical design system of the geothermal pump generates the trajectories of the external and internal rotors from the input design variables by the toothed equation and calculates the flow rate, flow rate pulsation, slip rate and pressure angle based on the generated trajectories.

도 9는 지로터 펌프의 치형 설계 시스템의 입력모듈을 통해 설계변수가 입력된 예를 나타내고, 도 10은 창출모듈에 의해 창출된 외부로터 및 내부로터가 출력모듈을 통해 출력된 예를 나타낸다. FIG. 9 shows an example in which design variables are input through an input module of a tooth type design system of a ground rotor pump, and FIG. 10 shows an example in which an outer rotor and an inner rotor generated by a creation module are output through an output module.

아래의 표 1과 같은 설계 인자들을 입력하여 본 발명의 2-타원 조합 형상을 갖는 치형에 대해 최적 설계를 한 결과, 유량의 경우 20.4710 cc/rev이며, 소음을 나타내는 인자인 유량맥동은 4.1424%, 미끄럼률 1.0945 및 압력각이 22.5056°인 것으로 나타났다. 이는 기존의 원형의 로브 형상을 갖는 지로터 펌프와 비교하여 유량은 4.39% 증가하여 연비가 향상되고, 유량맥동은 22.92%, 미끄럼률은 52.62%, 압력각은 18.07%로 감소하여 소음이 크게 감소하는 것으로 예측되었다. As a result of the optimal design of the tooth profile having the 2-elliptical combination shape according to the present invention by inputting the design factors as shown in the following Table 1, the flow rate was 20.4710 cc / rev, the flow rate pulsation as the noise factor was 4.1424% Slip ratio of 1.0945 and a pressure angle of 22.5056 °. The flow rate was increased by 4.39% compared to the conventional circular rotor type lobe pump, and the flow rate was improved by 22.92%, slip rate by 52.62% and pressure angle by 18.07% .

DD tt toothtooth ee dd rl2 rl 2 k1 k 1 γgamma ηη 9090 12.612.6 9/109/10 3.4213.421 43.543.5 3.63.6 1.41.4 3535 2828

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. And it is to be understood that such modified embodiments belong to the scope of protection of the present invention defined by the appended claims.

1 : 외부로터
1a : 로브(lobe)
2 : 내부로터
1: outer rotor
1a: lobe
2: Internal rotor

Claims (7)

외부로터의 로브 형상이 2개의 타원이 조합된 형상을 갖도록 지로터 펌프의 치형을 설계하는 방법으로서,
(S1) 외부로터(1)의 로브(lobe)(1a) 형상이 타원의 단일 형상인 경우에서 외부로터의 로브 형상의 구성방정식을 도출하는 단계;
(S2) S1 단계에서 도출된 구성방정식에 의해 얻어진 타원1의 좌표축을 기준으로 시계반대 방향으로 η 만큼 회전 이동시킨 후, 이를 b만큼 -y방향으로 병진 이동시켜 타원1에 대한 형상 함수를 도출하고, 타원1을 X축을 기준으로 대칭시켜 타원2의 형상 함수를 도출하는 단계;
(S3) 상기 S2 단계에서 구해진 타원1 및 타원2에 대하여 내부로터와 외부로터의 접촉점 방정식을 도출하는 단계;
(S4) 상기 접촉점 방정식으로부터 내부로터 및 외부로터의 형상을 산출하는 단계;를 포함하고,
상기 S2 단계에서 도출되는 타원1의 형상 함수는 아래의 식과 같고,
Figure 112016013745393-pat00038

타원2의 형상 함수는 아래의 수학식과 같으며,
Figure 112016013745393-pat00039

여기서, b는 타원1의 형상 함수의 y1와 타원2의 형상 함수의 y2가 같아지기 위한 값이며, O1및 O2는 각각 내부로터 및 외부로터의 중심이고, γ은 타원을 삽입할 구간의 각도이며, d는 외부로터의 중심과 외부로터 로브의 곡률 중심 사이의 거리, rl2은 외부로터 로브의 반경, k는 타원의 장단축비를 나타내며,
상기 S3 단계에서는, 외부로터의 로브의 피치점 P를 시계방향으로 각도 α만큼 회전시킨 점 P'와 타원 형상 위의 점을 연결한 후, Newton-Rahpson 법을 이용하여 아래의 수학식
Figure 112016013745393-pat00040

으로 접촉식 방정식을 도출하는 것을 특징으로 하는 지로터 펌프의 치형 설계 방법.
A method of designing a tooth profile of a ground rotor pump so that a lobe shape of an outer rotor has a shape in which two ellipses are combined,
(S1) deriving a constitutive equation of the lobe shape of the outer rotor in the case where the shape of the lobe (1a) of the outer rotor (1) is a single shape of an ellipse;
(S2) After rotating the ellipse 1 in the clockwise direction about the coordinate axis of the ellipse 1 obtained by the constitutive equation derived in the step S1 by 侶, the shape function for the ellipse 1 is derived by translating it by -y direction by b , Deriving a shape function of the ellipse 2 by symmetry of the ellipse 1 with respect to the X axis;
(S3) deriving a contact point equation between the inner rotor and the outer rotor for the ellipse 1 and the ellipse 2 obtained in the step S2;
(S4) calculating a shape of the inner rotor and the outer rotor from the contact point equations,
The shape function of the ellipse 1 derived in the step S2 is expressed by the following equation,
Figure 112016013745393-pat00038

The shape function of the ellipse 2 is expressed by the following equation,
Figure 112016013745393-pat00039

Here, b is a value to become a y 2 of the shape function of the y 1, the shape function of the elliptical one with ellipse 2 I, O1 and O2 and the center of each of the inner rotor and the outer rotor, γ is the period to insert the oval D is the distance between the center of the outer rotor and the center of curvature of the outer rotor lobe, rl 2 is the radius of the outer rotor lobe, k is the longitudinal short axis ratio of the ellipse,
In step S3, a point P 'obtained by rotating the pitch point P of the lobe of the outer rotor by an angle? In the clockwise direction is connected to a point on the elliptic shape, and then the point P'
Figure 112016013745393-pat00040

Wherein the contact equation is derived from the contact equation.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 S4 단계에서는 외부로터 로브의 한점에서 피치점 P2와의 방향벡터(V1)와 접선벡터(V2)가 직각을 이루는 각도 θ를 Newton-Rahpson 법을 이용하여 찾고 접촉점을 구하고, 상기 S3 단계에서 구해진 타원 1 및 타원2에 대한 외부로터와 내부로터의 접촉식 방정식을 구하는 것을 특징으로 하는 지로터 펌프의 치형 설계 방법.The method of claim 1, wherein the S4 step, looking at the angle θ is the pitch point P 2 between the direction vector (V 1) and a tangent vector (V 2) at a point of the outer rotor lobes perpendicular using a Newton-Rahpson method contacts And the contact equation between the outer rotor and the inner rotor for the ellipse 1 and the ellipse 2 obtained in the step S3 is found. 제5항에 있어서, 상기 S4 단계에서 도출되는 타원1에 대한 내부로터와 외부로터의 접촉점 방정식은 아래의 수학식으로 표현되고,
Figure 112015050396025-pat00024

Figure 112015050396025-pat00025

상기 S4 단계에서 도출되는 타원1에 대한 내부로터와 외부로터의 접촉점 방정식은 아래의 수학식,
Figure 112015050396025-pat00026

Figure 112015050396025-pat00027

으로 표현되는 것을 특징으로 하는 지로터 펌프의 치형 설계 방법.
6. The method of claim 5, wherein the contact point equation between the inner rotor and the outer rotor for the ellipse 1 derived in step S4 is expressed by the following equation,
Figure 112015050396025-pat00024

Figure 112015050396025-pat00025

The contact point equation between the inner rotor and the outer rotor for the ellipse 1 derived in the step S4 is expressed by the following equation,
Figure 112015050396025-pat00026

Figure 112015050396025-pat00027

Wherein said step (d) comprises the steps of:
제1항 및 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 따른 설계 방법에 의해 설계되어, 회전 이동 및 병진 이동 알고리즘에 의해 2개의 타원이 조합된 형상의 외부로터의 로브 치형을 갖는 것을 특징으로 하는 지로터 펌프.
Characterized in that it is designed by the designing method according to any one of claims 1 to 6 and has a lobe tooth profile of an outer rotor of a shape in which two ellipses are combined by a rotational movement and translation movement algorithm Rotor pumps.
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