KR101627317B1 - 펌프 또는 압축기용 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면, 펌프 또는 압축기의 챔버와 같은 적어도 2개의 챔버(27a, 27b, 27', 27")의 압력을 교번하고, 그 결과로서 피스톤 로드(23)의 왕복 움직임을 가져오는 펌프, 압축기 또는 이와 유사한 기계요소에 대한 구동장치(11)가 제공된다. 피스톤 로드는 상기 챔버에 유체 연결되어 있는 피스톤(21a, 21b) 또는 플런저에 면하는 2개의 가동 압력 챔버에 연결되고, 피스톤 로드(23)는 왕복 가능하게 하우징(19)에 지지된다. 구동장치는 피스톤 로드(23)의 왕복 움직임을 제공하기에 적합한 전기 모터(31)를 더욱 포함한다. 피스톤 로드는 전기 모터(31)의 회전자(31b)를 통해 연장된다. 전기 모터는 전기 회전 모터이다.
또한, 본 발명에 의하면 상술한 바와 같은 구동장치를 다수 구비한 펌프 어셈블리가 제공된다.

Description

펌프 또는 압축기용 구동장치{DRIVING ARRANGEMENT FOR A PUMP OR COMPRESSOR}

본 발명은 일반적으로 펌프 및 압축기용 구동장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 구동장치가 특히 잘 적용될 수 있는 복수의 펌프를 구비한 구동 장치 어셈블리에 관한 것이다.

다양한 유형의 구동장치가 펌프 및 압축기용으로 공지되어 있다. 구동장치의 유형은 통상적으로 무게, 부피, 힘, 속도, 음향 수준, 진동 수준, 신뢰성, 활용 가능한 전력, 및 가격 등과 같은 파라미터에 기초하여 선택된다. 예를 들어, 바닷속에서 사용하기 위하여는, 일반적으로 유지보수를 덜 필요로 하고 유압 또는 전력을 이용하여 구동될 수 있는 신뢰성 있는 구동장치가 요구된다.

미국특허공보 US 7,287,595호에 따르면, 바닷속 환경에서 유압 압력을 공급하기 위한 유압 피스톤을 구동하기 위해 전기 모터를 사용하는 것이 알려져 있다. 전기 엔진은 유성 기어(190)를 통해 롤러 스크류 어셈블리(170)에 연결되어 있다. 대향 단부가 유압 피스톤(130)에 고정된 피스톤 스템(134)이 롤러 스크류에 연결된다. 따라서 어셈블리는 전력을 이용하여 유압 압력을 전기 모터로 제공할 수 있고, 유압 압력은 축압기(142)에 축적된다. 이러한 방식으로, 예컨대 해수면에서 광구로 아래로 유압 공급선이 반드시 안내되어야 할 필요가 없게 된다.

US 7,287,595호에 나타난 해법에서, 피스톤 스템(134)의 행정 길이가 롤러 스크류 어셈블리(170) 내 움직임을 위한 외부(최외각) 한계 그리고 유성 기어(190) 사이의 영역으로 한정되는 것은 주목할 만한 가치가 있다.

미국특허공보 US 4,145,165호에는 전기 모터의 회전자를 통해 연장되는 나사산 로드를 갖는 긴 행정 펌프가 기재되어 있다. 회전자를 구동할 때, 로드는 회전자와의 나사산 맞물림으로 인해 왕복 경로의 축방향으로 움직이게 될 것이다. 로드의 2개의 단부는 2개의 인접한 챔버로 반복적으로 진입하고 떠나는 것을 통해 펌핑 작용을 제공하는 2개의 플런저로서 기능한다.

또한, 2009년 2월 26일자로 공개된 미국특허 출원공개 US 2009/0053074호에는 피스톤 로드의 유사한 왕복 움직임을 제공하는 전기 리니어 모터를 이용하는 유사한 변위 펌프가 기재되어 있다. 이 펌프는 피스톤 로드의 개별 단부에 피스톤을 사용한다.

또한, 피스톤 스템을 크랭크샤프트(도 1 참조) 또는 플라이휠에 직접 또는 간접으로 부착시킴으로써 피스톤 움직임을 제공하는 것이 알려져 있다. 그러한 크랭크샤프트 또는 플라이휠은 피스톤의 행정 길이에 십자형인 축방향을 가질 것이다. 이는 어셈블리 공간을 요구한다. 덧붙여 행정 길이는 반경 방향에서 크랭크샤프트 또는 플라이휠의 치수에 의해 한정된다.

본 발명의 목적은 전술한 단점을 회피하고, 그리고 덧붙여 종래기술을 고려한 추가의 이점을 나타내는, 펌프 및 압축기용 구동장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 로드 요소의 왕복 움직임의 결과로서, 펌프 또는 압축기의 챔버와 같은 챔버에 교번 압력을 제공하기에 적합한, 펌프, 압축기 또는 유사물용 구동장치를 제공한다. 로드 요소는 피스톤 또는 멤브레인과 같은 가동 압력 챔버면에 연결되고, 또한 로드 요소는 왕복 운동이 가능하도록 하우스 내에 지지된다. 구동장치는 로드 요소의 왕복 운동을 제공하기에 적합한 전기 모터를 더욱 포함한다. 구동장치는 로드 요소가 전기 모터의 회전자를 통해 동작하는 것을 특징으로 한다.

압력 챔버면은 복수의 유형이 될 수 있다. 일반적으로 압력 챔버면은 그 움직임으로 인하여 이 면이 면하는 압력 챔버의 부피의 변화를 야기한다. 예를 들면, 이는 로드 요소에 장착될 수 있는 피스톤일 수 있다. 이는 또한 로드 요소에 기계적으로 연결되는 멤브레인 펌프 내 멤브레인일 수 있다. 또한, 펌프의 압력 챔버의 가동 부품일 수도 있다. 로드 요소는 유체 연결을 통하거나 또는 기계적으로 압력 챔버에 연결될 수 있다. 따라서, 로드 요소는 예컨대 펌프 또는 압축기로 가동 에너지를 유압적으로 전달하는 피스톤 자체일 수 있다.

로드 요소는 전기 모터의 회전자를 통해 작동하는 부품이다. 회전자는 회전하는 전기 모터의 회전 부품, 또는 리니어 전기 모터의 비회전 부품일 수 있다. 따라서 로드 요소는 모터의 가동 에너지를 압력 챔버면으로 연결하는 부품이다. 이는 직접 또는 간접으로 발생할 수 있다.

전기 모터의 회전자는 적어도 상기 하우징 및 적어도 하나의 가동 압력 챔버면에 의해 구성되는 유압 챔버에 배치될 수 있다. 구동장치의 하우징은 유체 챔버를 한정하는 데 기여하는 벽을 나타낸다.

유체 챔버를 한정하는데 기여하는 가동 압력 챔버면의 개수는 바람직하게는 2개로 구성될 수 있다. 이들 2개의 압력 챔버면은 바람직하게는 전기 회전자의 각 개별 측면 상의 로드 요소에 연결되고, 따라서 이들이 상기 챔버 내 공급 압력을 나타낼 때, 힘의 균형이 2개의 압력 챔버 사이에 제공된다.

유체 챔버는 바람직하게는 액체로 채워진다. 이는 이하에 상세히 기술되는 다수의 이점의 결과로 나타난다. 그러나 유체 챔버는 또한 가스로 채워질 수도 있다.

가동 압력 챔버면은 이들이 연결되는 로드 요소에 의해 실질적으로 상호 거리가 일정하게 유지되는 피스톤일 수 있다. 이러한 방식으로 유체 챔버의 부피는 또한 일정하게 유지된다. 이는 피스톤의 움직임 중에 유체 챔버의 덜 변동하는 압력의 결과로 나타난다. 더욱이, 바람직하게는 유체 챔버 내 유체상에 작용하는 압축 작업이 없다는 점에 유의해야 한다.

구동장치는 펌프 또는 압축기에 연결될 수 있고, 상기 2개의 개별 가동 압력면이 이를 이용하여 상호 기능한다. 바람직하게는, 하나의 압력면이 2개의 펌프 또는 압축기 중 하나와 기능한다. 2개의 펌프 또는 압축기는 펌핑 또는 가압되는 매체에 대해 동일한 공급원으로 연결될 수 있다. 이는 바람직하게는 개별 펌프 또는 압축기의 유입 측면 상에 상기 매체의 압력이 실질적으로 동일하게 되는 결과로 나타난다.

전기 모터는 바람직하게는 회전 모터일 수 있고, 구동장치는 전기 모터의 회전 움직임을 로드 요소의 선형 움직임으로 변환하기 위한 롤러 스크류 어셈블리를 포함할 수 있다. 롤러 스크류 어셈블리는 회전 모터의 회전 움직임을 로드 요소의 선형 움직임으로 변환하기 위한 모든 유형의 적합한 장치를 포함하는 것을 의미한다. 회전에서 선형으로의 움직임의 변환에 덧붙여, 바람직하게는 힘 전달이 또한 발생할 수도 있다. 구동장치는 또한 다수의 롤러 스크류 어셈블리를 포함할 수 있다. 로드 요소의 위치는 바람직하게는 전기 모터의 회전자의 수행된 회전수에 의해 결정된다. 로드 요소의 축방향 위치는 따라서 바람직하게는 회전수의 판독에 의해 모니터링될 수 있다.

구동장치는 그 움직임이 느려질 때 발전기와 같은 전기 모터를 이용하여 전기 에너지를 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 구축된 운동 에너지의 일부가 전기 에너지와 같은 구동장치로부터의 출력으로 회복될 수 있는 전기 효율적인 구동장치가 달성된다. 동시에 가동 위상에 있는 하나 이상의 다른 구동기(들)로 모터 및 제어 시스템을 통해 지연 위상으로 구동장치로부터의 운동 에너지를 전달함으로써, 전체 펌프장치 마이너스 손실의 범위내에서 회전 및 선형 움직임을 위해 요구되는 에너지의 예약을 허용한다.

유체 챔버가 액체로 채워져 있는 실시형태에서, 이는 바람직하게는 압력 챔버면의 대향 측면에서와 같이 동일한 액체일 수 있다. 그 후에 압력 챔버면에 대한 가능한 누설은 크게 중요하지 않다.

또한, 유체 챔버가 액체로 채워질 때, 이는 바람직하게는 압력 챔버면의 대향 측면상의 압력보다 더 높은 압력하에 놓여질 수도 있다. 이는 유체 챔버로부터 나오는 방향에서 가능한 누설이 발생하게 됨을 보장한다.

구동장치는 제1 및 제2 챔버 사이에 밀폐가능한 유체 연결을 추가로 포함할 수도 있다. 그러한 연결 또는 채널은 로드 요소 및 압력 챔버면의 위치의 조정에 적합하며, 또한 챔버 내 유체의 양의 조정에 적합하다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 2개의 구동장치 및 이들 구동장치에 부착된 펌프 또는 압축기를 포함하는 펌프 어셈블리가 제공된다. 구동장치는 로드 요소의 왕복 움직임의 결과로서 상기 펌프 또는 압축기의 챔버에 교번 압력을 제공하기에 적합하며, 이때 로드 요소는 왕복 운동이 가능하도록 하우징 내에 지지되고, 각 구동장치는 로드 요소의 왕복 운동을 제공하기에 적합한 전기 모터를 더욱 포함한다. 펌프 어셈블리는 로드 요소가 전기 모터의 회전자를 통해 작동하고, 전기 모터의 각 측면상에 피스톤 또는 멤브레인과 같은 가동 압력 챔버면이 연결되고, 그 결과로 상기 챔버의 압력 변화의 결과가 나타나며, 압력 변화는 펌핑 또는 압축 기능의 결과를 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 양태에 따른 펌프 어셈블리와 같은 구동장치는 상호 위상 차이를 이용하여 달성될 수 있다. 만일 펌프 어셈블리가 펌핑될 수 있는 동일한 공급원으로 연결된다면, 펌프 유동을 나타낸다. 대응하는 바람직한 결과는 전력 공급 장치의 하중과 관련하여 달성될 수 있다.

정밀한 위치 제어에 대한 가능성은 토크, 관성, 속도, 행정 거리, 활용 가능한 전류 및 전압에 기초하여 구동장치 작동 엔벨로프 내에서 자유롭게 선택될 수 있는, 구동장치용 작업 곡선을 허용한다. 펌프는 모든 로드 어셈블리의 속도에 대한 상이한 작업 곡선이 항시 일정한 합으로 유지되는 한 계속 일정한 유동을 채우게 될 것이다. 이는 속도에서 조합된 변화가 dv/dt = 0 을 수행한다는 점을 요구한다. 고정 액티브 피스톤 영역을 갖는 일정한 조합 순간 속도의 결과는 펌핑된 매체의 일정한 유동이다. 이는 또한 구동기 중 하나가 가속하는 시간 범위가 다른 구동장치가 지연을 위해 사용하는 시간 범위에 반드시 대응한다는 점을 의미한다. 이는 가속도의 합과 시간 대비 일정한 전력을 유지하게 한다. 가속 및 지연은 또한 제로(0)가 될 수 있고, 이는 또한 일정한 조합된 속도의 결과로 나타난다.

바람직한 실시형태에 따르면, 2 이상의 구동장치의 어셈블리 내 구동장치는 어셈블리 내 다른 구동장치의 작동에 따라 전기 모터를 제어하도록 구성되는 전기 모터 제어기를 포함한다. 바람직하게는, 제1 전기 모터, 또는 구동장치의 작동 곡선이 제2 전기 모터 또는 구동장치의 작동 곡선에 적합하게 될 것이다. 이는 펌핑된 매체의 고유 농도에 기초하는 펌프 유동을 적합하게 허용한다. 펌핑 매체의 농도는 예컨대 입자, 바위, 거품, 대규모 가스량과 같은 불순물의 존재에 의해 영향을 받을 수 있다. 상기에 덧붙여, 구동기의 허용된 작동 엔벨로프 내에서 기능 장애가 또한 보상될 수 있다.

본 발명의 제1 또는 제2 양태의 각각에 따른 구동장치 및 펌프 어셈블리는 바람직하게는 소형 구조 형태, 저 복잡성, 저중량, 적은 개수의 부품을 제공하고, 상이한 추력 위치와 함께 높은 토크의 모터의 사용을 촉진하게 될 것이다.

추가의 이로운 특징이 청구범위에 기술된다.

본 발명의 다양한 기술적 특징 및 기능의 더 나은 이해를 위해서 이하에 일 실시형태의 예시적 설명이 기술된다. 설명은 다음의 도면을 참조하여 주어진다.
도 1은 크랭크케이스 및 십자형 헤드를 구비한 공지의 변위 펌프를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 양태의 이로운 실시형태의 개략적인 원리도를 나타내는 도면이다.
도 3은 멤브레인 펌프 및 호스 멤브레인 펌프의 개략적 원리도를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 구동 유닛의 대안적인 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 구동 유닛의 보다 현실적인 구성의 단면도이다.
도 6은 회전 움직임을 선형 움직임으로 변환하기 위한 롤러 스크류의 사시도이다.
도 7은 도 6의 롤러 스크류의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 양태에 따른 펌프 어셈블리의 사시도이다.
도 9는 도 8의 펌프 어셈블리의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 구동장치용 전력, 펌프 힘 및 회전자 속도에 관한 그래프이다.
도 11은 도 10의 곡선의 바람직한 대안을 나타내는 도면이다.
도 12는 초과 힘으로 인한 손상에 대해 구동장치를 보호하기 위한 보호 장치를 나타내는 도면이다.
도 13 내지 도 19는 펌프 어셈블리의 구동장치에 의해 수행되는 왕복 움직임을 기술하는 다양한 곡선을 나타내는 도면이다.
도 20은 모터 제어에 관한 바람직한 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 제1 양태에 따른 구동장치의 다른 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 22는 구동장치의 바람직한 실시형태를 도시하는 상세 단면도이다.

도 1에는 크랭크샤프트 및 십자형 헤드를 구비한 공지의 변위 펌프가 도시되어 있다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 엔진이 포함되어 있지 않음에도 불구하고, 크랭크샤프트 및 십자형 헤드를 위해 상대적으로 큰 공간과 무거운 요소가 요구된다. 다음의 예시적인 실시형태에서 도 1의 점선 안에 놓여지고 추가로 구동 모터를 포함하는 구동 유닛이 기술된다.

도 2에는 제1 및 제2 멤브레인 펌프(13a, 13b)용 구동장치(11)의 개략적 원리 스케치가 도시되어 있다. 멤브레인 펌프(13a, 13b)의 각각은 유입 밸브(15a, 15b) 및 유출 밸브(17a, 17b)를 갖는다.

유입 밸브 및 유출 밸브는 그들에 걸친 압력 차이에 의존하여 개방되고 폐쇄된다. 이들 밸브는 또한 다른 방식, 예컨대 전기 제어 또는 유압 제어 방식으로 제어될 수도 있다. 통합 화살표는 멤브레인 펌프(13a, 13b)용 유동 방향을 보여준다.

그러나, 본 발명은 멤브레인 펌프 또는 그와 같은 펌프로 한정되지 않는다. 따라서 본 발명에 따른 구동장치는 예를 들어 압축기 또는 다른 장치의 작동을 위해 사용될 수 있다. 도 3에는 호스 멤브레인 펌프(13c)와 함께, 도 2에 도시된 바와 같은 멤브레인 펌프(13a)를 위한 개략적 원리도가 도시되어 있다. 펌프 및 압축기는 관련 기술에 숙련된 자에게 공지된 것으로 가정하여 여기에서 더 이상 기술되지 않을 것이다. 대신에, 그러한 장치용 구동장치(11)가 더욱 상세하게 기술될 것이다.

다시 도 2를 참조하면, 구동장치(11)는 원통형 하우징(19)을 포함한다. 하우징(19)에는 피스톤 로드(23)를 이용하여 서로 연결되어 있는 제1 및 제2 피스톤(21a, 21b)이 배치되어 있다. 피스톤은 시일 (seal) (25a, 25b)이 개개의 피스톤(21a, 21b)의 각 측면에 대해 배리어를 형성하는 방식으로 시일을 이용하여 하우징(19)의 내벽면에 대해 지지된다. 피스톤은 또한 하우징(19)의 내면상의 추가의 실린더 또는 브러싱에 배치될 수 있다. 따라서 제1 피스톤(21a)의 왼편 측면상에, 제1 피스톤(21a) 및 제1 멤브레인 펌프(13a)의 멤브레인(29a)의 사이에 제1 기능 챔버(27a)가 제공된다. 이와 대응하여, 제2 피스톤(21b) 및 제2 멤브레인 펌프(13b)의 멤브레인(29b)의 사이에 제2 기능 챔버(27b)가 제공된다.

하우징(19)의 중앙 부분에는 전기 모터(31)가 배치된다. 전기 모터(31)는 제1 및 제2 피스톤(21a, 21b) 사이의 유체 챔버(41)에 배치된다. 모터의 고정자(31a)는 하우징(19)의 내벽에 연결된다. 고정자(31a)의 반경 방향 내측에 모터의 회전자(31b)가 배치된다. 전기 모터(31)의 전원 공급부는 도시되어 있지 않다. 회전자(31b)의 반경 방향 내측에 회전자(31b)가 피스톤 로드(23)에 대해 자유롭게 회전할 수 있는 방식으로 배치된다. 전기 모터(31)는 바람직하게는 영구 자석 모터일 수 있다.

너트(33a)는 회전자(31b)에 대해 회전하는 방식으로 회전자(31b)에 부착된다. 너트(33a)는 롤러 스크류 어셈블리(33)의 부품이고, 너트(33a)의 회전이 피스톤 로드(23)의 축방향 움직임을 야기하는 방식으로 피스톤 로드(23)의 슬롯과 맞물린다. 너트(33a)와 맞물려 있는 피스톤 로드(23)의 슬롯은 도시되어 있지 않다. 따라서 제1 및 제2 피스톤(21a, 21b)은 전기 모터(31)의 회전에 의해 축방향으로 회전할 수 있다. 또한, 축방향은 회전자(31b)의 회전 방향에 의해 결정될 수 있다.

본 발명이 전기 모터(31)의 회전 움직임을 피스톤 로드(23)의 축방향 움직임으로 전환하기 위해 사용되는 장치의 유형으로 한정되지 않는다는 점을 유의하기 바란다. 따라서 관련 기술에 숙련된 자는 예컨대 힘, 속도, 무게, 부피, 에너지 손실, 관리, 신뢰성 및 가격에 관해 가장 적합한 전력 전송 장치를 선택할 수 있을 것이다.

구동 유닛의 사용 영역에 기초하여, 유성 기어를 사용하는 것처럼, 전기 모터(31) 및 너트(33a) 사이에 기어비를 채용할 수도 있다.

이제 도 2에 도시된 구동장치의 더욱 실질적인 예시의 단면을 묘사하는 도 5를 참조하기로 한다. 제1 및 제2 피스톤(21a, 21b) 사이의 유체 챔버(41)는 바람직하게는 액체로 채워질 수 있다. 액체는 구동장치의 사용 영역에 기초하여, 다수 유형이 될 수 있다. 그러나, 다수의 용례에서 기름이 바람직하다. 이 경우, 전기 모터(31) 및 롤러 스크류(33) (너트 33a) 와 같은 가동 부품은 훌륭한 방식으로 윤활될 것이다. 동시에 액체는 전기 모터(31)를 냉각하는 데 기여할 것이다.

하우징(19) 내에 액체를 사용함에 따른 구체적 이점은 구동장치가 예를 들면 깊은 바닷속 높은 압력에서 사용하기에 매우 적합할 것이라는 점이다. 또한, 멤브레인 펌프(13a, 13b) (도 2)가 동일 공급원에 연결되어 있다면, 이 공급원의 압력은 구동장치의 양 측면에, 즉 좌우 제1 및 제2 피스톤(21a, 21b)의 측면에 각각 작용하게 될 것이다. 따라서, 전기 모터는 하나의 피스톤이 작동할 때와 같이 일정한 카운터 압력에 대해 일을 할 필요가 없다. 또 다른 이점은 피스톤(21a, 21b)에 걸친 압력 강하가 덜 일어나고, 따라서 시일(25a, 25b)에 걸쳐 누설이 덜 일어난다는 점이다. 이 어셈블리는, 제1 및 제2 기능 챔버(27a, 27b)의 구동 매체가 제1 및 제2 피스톤(21a, 21b) 사이의 유체 챔버(41) 내의 유체와 동일한 액체라면 특히 이롭다. 시일(25a, 25b)에서의 누설이 영향을 덜 미치게 된다. 또한, 유체 챔버(41)의 액체는 바람직하게는 압력 이하로 설정될 수 있고, 따라서 액체는 피스톤(21a, 21b) 외부의 액체보다 높은 압력을 가질 수 있다. 가능한 누설이 이 유체 챔버(41)에서 나오는 방향에서 일어날 것이고, 따라서 그 안의 액체는 오염되지 않는다. 이는 장치에 대한 긴 내구성 및 동작 신뢰성의 결과로 나타날 것이다. 유체 챔버(41)의 액체는 바람직하게는 모터(31) 및 롤러 스크류 장치(33)와 같은 다른 기계 가동 부품을 냉각시키고 윤활시킬 것이다.

제1 및 다른 피스톤(21a, 21b) 사이의 유체 챔버(41)는 액체 또는 가스일 수 있는 유체로 채워지기 때문에, 피스톤이 축방향으로 움직일 때 유체는 전기 모터(31) 및 롤러 스크류(33) (너트 33a)를 통과하여 유동한다. 그러므로 피스톤 로드(23) 및 회전자(31b) 사이에 슬릿(37)이 적절하게 배치된다. 유체는 또한 고정자(31a) 및 회전자(31b) 사이의 슬릿을 통해 유동할 수 있게 될 것이다.

액체 대신에 유체 챔버(41)에 가스를 사용하는 것이 어떤 경우에 더욱 이로울 수도 있다. 이때 액체를 이용한 유동의 결과로써 더 작은 유체 마찰이 발생할 것이다. 급속하게 움직이는 광 장비를 이용하면 이는 특히 이로울 수 있다.

적절한 장비에서, 제1 및 제2 기능 챔버(27a, 27b) 사이의 밀폐 가능한 유체 연결(도시되지 않음)이 배치될 수 있다. 이 경우, 펌핑 없이 피스톤(21a, 21b)을 움직일 수 있다. 이러한 방식으로 피스톤(21a, 21b)을 정확한 또는 소망의 위치로 조정하거나 수정할 수 있고, 또는 기능 챔버(27a, 27b)의 유체량을 조정할 수 있다. 그러한 유체 연결은 또한 내부 매체의 가열을 위해 그리고 기동 절차시에 사용될 수 있다. 또한, 유체 챔버(41)로 접속하기 위한 하나 이상의 밸브를 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 하우징(19)의 외부의 순환에서 이 챔버의 액체를 순환시킬 수 있다. 이는 액체를 세정 및/또는 교체하는 것과 마찬가지로 액체를 가열 또는 냉각시키기 위한 기회를 준다.

유체 챔버(41)의 액체와 연결하여 온도계(도시되지 않음)를 배치함으로써, 측정된 온도에 관련하여 모터의 성능을 조정하는 모터 제어기를 배치할 수 있다. 이러한 방식으로 액체에 일정한 최소 온도를 요구하는 속도를 인가할 때 액체에 충분히 높은 온도를 보증하는 것과 함께, 너무 많은 열에 대해 보장을 제공할 수 있다.

피스톤 로드가 너트(33a)와 함께 회전하는 것을 방지하기 위해서, 크로스 바(35) 형태의 회전 방지 장치가 배치된다. 크로스 바(35)는 피스톤 로드(23)에 고정되고 이와 관련하여 십자형으로 연장된다. 그 양단부에서, 크로스 바(35)는 하우징(19)의 내벽을 따라 축방향으로 종방향으로 연장 가이드 슬롯과 맞물린다. 이러한 방식으로 크로스 바(35)는 피스톤 로드(23) (또는 피스톤)가 하우징(19)에 대해 회전하는 것을 방지한다. 또한 이러한 회전을 방지하는 다른 방식을 생각할 수 있다. 예를 들어, 피스톤 및 하우징은 동심이 아닌 단면을 가질 수 있다.

도 5의 하우징(19)의 각 단부에서, 펌프 또는 압축기(도시되지 않음)에 대한 부착을 위해 플랜지(39a, 39b)가 배치된다.

도 2를 참조한 예시에서와 같이, 피스톤(21a, 21b)으로부터 멤브레인(29a, 29b)으로 힘의 전달을 위해 구동 매체로서 액체를 사용하는 대신에, 구동장치는 또한 힘의 기계적 전달에 의해 펌프 또는 압축기를 구동할 수 있다. 하나의 (또는 둘의) 피스톤(들) 대신에, 구동장치는 예컨대 멤브레인 펌프의 멤브레인으로 직접 연결될 수도 있다. 멤브레인(29a, 29b) 없이 또한 도 2에 도시된 장치를 사용할 수도 있다. 그 후에 피스톤(21a, 21b)은 펌핑되는 매체와 직접 접촉하게 될 것이다.

도 2 또는 도 5와 관련하여 도시된 바와 같은 구동장치를 이용하는 특정한 이점은 전체 구동장치가 밀폐식으로 밀봉될 수 있다는 점이다. 따라서 동적 밀봉이 필요하지 않다. 도 2에 도시된 장치를 살펴보면, 2개의 멤브레인(29a, 29b) 및 하우징(19)이 밀폐된 공간을 형성한다는 점을 알 수 있다. 그러나, 하우징(19)에 액체의 가능한 보충 또는 압력 테스트를 위해 하우징(19) 내에 밸브(도시되지 않음)를 배치하는 것이 바람직할 수 있다.

도 4는 도 2에 도시된 어셈블리의 대안적인 실시형태를 보여준다. 도 4의 어셈블리는 단지 하나의 펌프에 연결되어 있다. 어셈블리의 우측편에, 피스톤(21b)이 놓여지지만, 도 2의 제2 기능 챔버(27b)에 대응하는 챔버는 예컨대, 대기압을 향해 배기되거나 또는 가스로 채워질 수도 있다. 제2 피스톤(21b)을 유지함으로써, 구동장치가 단지 하나의 펌프를 동작시킨다는 점에도 불구하고 유체 챔버(41)를 가압하기 위한 가능성을 얻고, 따라서 전술한 이점을 얻는다.

도 6은 도 2와 관련하여 기술된 구동장치에서 사용될 수 있는 롤러 스크류 어셈블리(33')의 사시도를 보여준다. 롤러 스크류 어셈블리(33')는 피스톤 로드(23') 상에 너트(33a')를 갖는다. 피스톤 로드(23')는 너트(33a')와 맞물리는 나선 홈을 갖는다. 너트(33a')의 회전은 따라서 피스톤 로드(23')의 길이 방향에 따른 너트의 움직임의 결과로 나타난다. 도 2의 구동장치의 피스톤 로드(23)는 물론 소망의 행정 영역의 길이의 그러한 홈을 나타내는 것이 필요하다. 도 7은 단면(홈은 도시되지 않음)에서 도 6과 같은 롤러 스크류 어셈블리(33')를 보여준다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 구동장치는 회전 움직임을 선형 움직임으로 변환하기 위한 도시된 장치로 한정되지 않는다.

도 8 및 도 9에서, 본 발명의 제1 양태에 따른 전술한 바와 같은 구동장치의 응용에 관한 실시형태의 특정 예시가 도시된다. 도면은 4개의 호스 멤브레인 펌프(105)와 함께, 도 2에 도시된 유형의 2개의 구동장치(103)를 포함하는 펌프 어셈블리(101)를 도시한다. 4개 호스 멤브레인 펌프(105)의 유입구는 바람직하게는 동일 공급원에 연결되고 그 유출구는 또한 조합되며, 따라서 펌프 어셈블리(101)는 하나의 로직 펌프 유닛으로서 기능한다. 도 2와 관련하여 기술된 구동 유닛에서와 같이, 호스 멤브레인 펌프(105)의 유입구는 개개의 유입구 밸브(15')에, 그리고 그 유출구는 개개의 유출구 밸브(17')에 구성된다.

도시된 바와 같이, 구동장치(103)는 바람직하게는 전술한 바와 같이 기술된 유형이 될 수 있다.

각 구동장치에 대해, 개개의 전기 모터(31)의 동작을 위해, 전원 공급 소켓(107)이 배치된다.

구동장치(103)의 기능 챔버(27')를 호스 멤브레인 펌프(105)로 연결하기 위해서, 기능 챔버(27') 및 호스 멤브레인 펌프(105)의 사이에 연결 튜브(109)의 형태로 유체 채널이 배치된다. 연결 튜브(109)는 공통 챔버의 일부를 구성하고, 이는 구동장치(103)의 기능 챔버(27') 및 펌프(105)의 멤브레인(111)의 유출구 상에 챔버(27") (도 9)를 포함한다.

도 9에는 호스 멤브레인 펌프가 더욱 상세하게 도시되어 있다. 멤브레인(111)은 호스 형상을 갖고 유입구 밸브(15') 및 유출구 밸브(17') 사이로 연장된다. 밸브(15', 17')는 체크 밸브이다.

도 8 및 도 9에 도시된 펌프 어셈블리(101)의 기타 구성요소는 도 2 및 도 5에 대해 전술한 바와 같다.

2개의 전기 모터(31) (즉, 각각의 구동장치(103)에 하나씩의 모터)를 사용하면, 이들 모터가 바람직하게는 반대 방향으로 회전하는 방식으로 구동될 수 있다. 이러한 방식으로 전체 펌프 어셈블리(101)의 비틀림 움직임이 상쇄될 수 있다.

동일한 구동장치(103)에 연결되어 있는 2개의 호스 멤브레인 펌프(105)는 이러한 구성을 이용하여 반대 위상으로 구동될 것이다. 이는 하나의 펌프(105)가 구동장치(103)로부터 상승하는 압력을 받을 때, 다른 펌프(105)가 감소하는 압력을 받게 된다는 점을 의미한다. 또한, 도 8 및 도 9에 도시된 펌프 어셈블리(101)를 이용하여, 2개의 구동장치(103)는 하나의 구동장치가 다른 구동장치의 뒤로 1/4 사이클 또는 90°로 구동되는 방식으로 구동될 수 있다.

또한 펌프 어셈블리 내에 2개보다 많은 수의 구동장치(103)를 배치하는 것을 가정할 수 있다. 예를 들어, 6개 이상의 펌프에 연결되어 있는, 예컨대 3개 이상의 구동장치를 배치할 수 있다. 이러한 방식으로, 펌핑되어서 기계 부품상의 마모를 줄이게 되는 매체의 매우 안정적인 펌핑을 제공할 수 있다. 6개의 펌프를 구비한 장치에서, 예를 들어 각 펌프를 360°사이클의 60°마다 펌핑할 수 있다. 또는, 서로 중첩하는 방식으로, 예를 들어 각 펌프가 360°사이클의 70°동안 펌핑하도록 구성되는 방식으로 펌프를 배치할 수도 있다. 각 펌프의 기능 길이의 처음 5° 및 마지막 5°는 그 후에 이전 및 이후와 공통으로 사이클에서 펌핑할 수 있다.

구동장치에 전기 모터를 사용하는 특정한 이점은 피스톤 로드의 행정을 부여하는 가능성이다. 도 10은 전체 행정 길이(행정 방향)의 펌핑의 예시를 묘사하고, 이때 모터 (및 너트 그리고 가능하게는 기어 장치)의 전체 회전 에너지는 펌프 매체(도 2의 피스톤(21a, 21b) 및 멤브레인(29a, 29b) 사이의 액체)로 전달된다. 전기 모터의 회전자에 대한 회전자 속도 그래프로부터 알 수 있는 것처럼, 프로세스는 대체로 회전자 속도가 증가하는 가속 위상, 회전자 속도가 상대적으로 균일한 스테디 위상, 그리고 회전자 속도가 감소하여 0 회전이 되는 최종 감속 위상으로 분할될 수 있다. 또한, 사이클의 마지막에 가까워질수록, 피스톤을 종료 위치를 향해 밀어내기 위해 더 많은 전기 에너지가 사용된다는 점이 통상적이다.

도 11은 회전 에너지의 일부가 펌프 매체로 전달되는 전체 행정 길이의 펌핑의 예시를 보여주며, 이때 잔여 회전 에너지는 모터를 사용함으로써 회전을 줄이기 위해 다시 되돌려진다. 전기 모터는 따라서 행정 길이의 마지막 부분에서 발전기로서 기능한다. 생성된 전기 에너지는 예를 들어 축전기 배터리에 중간단계로 저장될 수 있거나, 또는 예컨대 다른 구동장치의 다른 전기 모터로 직접 전달될 수 있다.

전기 모터의 전기 제어는 따라서 모터의 바람직한 제어에 관한 많은 가능성을 부여하는 것이 바람직하다. 예컨대, 펌핑되는 매체 및 그 매체의 상태 (온도, 점성, 비중 등) 및 구동장치의 상태 (온도, 유체 챔버 내의 유체 유형, 연식 등)와 같은 파라미터에 기초하여 모터의 속도, 가속 및 토크를 조정할 수 있다. 또한, 소망의 속도를 결정할 때 바람직하게는 고유 진동수를 고려할 수도 있다.

본 발명에 따른 장치와 관련하여, 전기 회전 영구 자석 모터가 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 전기 모터는 비동기식 모터 또는 동기식 모터가 될 수 있다. 높은 전력 효율 및 높은 토크를 나타내는 유형의 전기 모터가 바람직할 것이다. 또한, DC 및 AC 모터가 사용될 수 있다.

연속되는 대향 행정 방향에 대해 전기 모터의 회전 방향을 교번하는 대신에, 회전 움직임을 선형 움직임으로 변환하기 위한 롤러 스크류 장치 또는 대응 장치를 고려할 수 있고, 이는 행정 방향이 전기 모터의 비교번 회전 방향을 이용하여 자동적으로 변경되는 방식에 적합하다.

대안적인 실시형태에서 전기 모터의 고정자는 하우징(19)의 외부에 배치될 수 있다. 그 후에 고정자는 구동장치 내 유체가 채워진 챔버를 개방함이 없이 유지관리를 위해 교체 가능하거나 제거 가능하게 될 것이다. 고정자는 또한 하우징(19) 안으로 통합될 수도 있다.

도 12는 구동장치에 클러치(145a, 145b) 또는 해제 기구가 제공되는 바람직한 실시형태를 나타낸다. 단순화를 위해, 도 12에는 본 발명에 따른 구동장치의 일부 기본 부품만이 도시되어 있다. 전술한 구동장치에 대응하여, 피스톤 로드(123)에는 전기 모터의 회전 움직임을 피스톤 로드(123)의 선형 움직임으로 변환하기 위한 너트(133a)가 제공된다. 피스톤 로드(123)의 각 단부에 피스톤(121a, 121b)이 배치된다. 너트(133a)를 이용하여 피스톤 로드(123)가 회전하는 것을 방지하기 위해서, 선형 가이드(135)가 피스톤 로드(123)에 맞물린다. 선형 가이드는 예를 들어 볼 스플라인, 스플라인, 다각형 샤프트 또는 유사물 중의 하나일 수 있다. 선형 가이드(135)는 피스톤 로드(123)를 선형으로 움직이게 하는 반면 피스톤 로드(123)를 일정한 회전 위치에 유지한다. 따라서 통상 동작 중에, 선형 가이드(135) 및 피스톤 로드(123) 사이에 회전력이 존재한다.

피스톤 로드(123) 상에 예기치 않거나 과도한 하중이 작용하는 경우에, 피스톤 로드(123)가 너트(133a)를 이용하여 회전하도록 하여 피스톤 로드의 선형 움직임을 멈추고 피스톨 로드를 과도한 토크로부터 해제하는 것이 바람직하다. 이러한 가능성과 관련하여, 내부 클러치 부분(145a) 및 외부 클러치 부분(145b)를 포함하는 클러치 장치가 제공된다. 외부 클러치 부분(145b)은 하우징(도시되지 않음)에 대해 회전 가능하게 고정된다. 내부 클러치 부분(145a) 및 선형 가이드(135) 상에 피스톤 로드(123)로부터 과도한 비틀림 힘이 가해질 때, 내부 및 외부 클러치 부분(145a, 145b) 사이의 회전 연결이 시작되어 슬립하게 될 것이다. 이것이 발생할 때, 피스톤 로드(123)는 너트(133a)를 이용하여 회전하게 될 것이고, 그 선형 움직임은 중지될 것이다.

클러치 장치(145a, 145b)는 다양한 유형으로 될 수 있다. 예를 들어, 자석, 스프링 힘, 구름 저항, 또는 마찰에 기초하여 기능적 특징이 좌우될 수 있다. 또한 전단 핀 솔루션을 가정할 수 있지만, 이는 클러치 또는 해제 기능의 작동 이후에 더욱 많은 작업(노동)을 필요로 하게 된다.

바람직하게는, 예를 들어 내부 및 외부 클러치 부분(145a, 145b)을 서로에 대해 밀어 주는 힘을 조정함으로써, 클러치 장치의 토크 문턱값(threshold)이 조정될 수 있다. 그러한 특징을 이용하여, 피스톤(121a, 121b)으로부터 피스톤이 작용하는 유체 상으로 과동한 힘을 방지하는 기계적 안전 기구가 제공된다.

클러치 장치의 한 이점은, 작동될 때 구동장치로 어떠한 손상도 가하지 않는다는 점이다. 또한, 구동장치는 작동 이후에 즉시 사용할 수 있게 될 것이다.

추가의 바람직한 이점은 구동장치가, 모터 또는 피스톤 로드의 각각이 임의의 주어진 시간에 위치하는지 모니터하기 위해 전기 모터상에 피드백을 이용하여 제공하도록 구성하게 되는 점이다. 이는 예를 들어 모터를 따르는 회전 위치 결정기(resolver) 또는 선형 로드 움직임을 따르는 선형 위치 결정 장치를 사용함으로써, 또는 모터 제어기, 그리고 가능하게는 단부 위치 센서를 이용하여 사용되는 제어기에 의해 알 수 있는 모터의 임피던스를 측정함으로써 수행될 수 있다.

대안적인 구동장치에서, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 전기 모터가 유압 모터로 교체된다는 점을 가정할 수 있다.

도 13은 펌프 어셈블리 내 2개의 구동장치의 속도 곡선을 나타낸다. 바람직하게는 도 8 및 도 9를 참조하여 기술된 펌프 어셈블리(101)와 같은 펌프 어셈블리일 수 있다. 2개의 구동장치는 전술한 바에 따른 구동장치(103)가 될 수 있다.

도 13의 곡선은 4개의 피스톤(A, B, C 및 D)의 절대 속도를 나타내며, 여기서 제1 구동장치(103)는 2개의 피스톤(A 및 B)을 포함하고, 제2 구동장치(103)는 2개의 피스톤(C 및 D)을 포함한다. 도 13의 좌측면을 보면, 피스톤(A)이 제로(0)에서 규정 속도 1로 일정한 가속도로 가속하는 것을 볼 수 있다. 피스톤 로드(23)의 한 행정의 종료시에 속도는 제로(0)이다. 왕복 행정 경로의 2개의 단부 위치 사이의 중간 위치에서, 속도는 그 최대가 된다. 한 개의 구동장치(103)의 한 사이클은, 도 13의 곡선에 따라 피스톤(A 및 B) 모두가 연결된 펌프(105) 상에 펌핑 작용을 수행할 때 수행된다 (도 8 및 도 9 참조).

제2 구동장치(103)의 피스톤(C 및 D)의 곡선은 제1 구동장치(103)의 곡선 이후에 90˚ 즉 1/4 사이클 지연된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 구동장치(103)의 2개 곡선의 합은 일정하다. 즉, 그들의 더해진 절대 속도는 항상 "1"(규정화)이다. 이러한 특징은 파문 없이, 펌프 어셈블리(101)의 일정한 펌핑 속도의 결과로 나타난다.

부착된 피스톤(21a, 21b) (또는 A, B, C 및 D)과 함께, 피스톤 로드(23)의 위치, 속도 및 가속도 사이의 관계는 도 14, 도 15 및 도 16에 나타나 있다.

피스톤 또는 피스톤 로드의 가속도를 나타내는 도 16으로부터, 가속도가 양의 일정한 값 및 대응하는 음의 일정한 값 사이에서 교번하는 것을 알 수 있다. 즉, 개재된 피스톤으로부터, 피스톤 로드의 왕복 행정 경로의 2개의 단부 위치 사이의 중간에서, 감속하기 시작한다. 이러한 감속은 단부 위치에서 제로(0) 속도의 결과로 나타난다. 상대적인 감속이 계속되지만, 이는 제로(0) 속도로부터 계속되기 때문에, 사실은 절대 가속도이다. 따라서 단부 위치로부터, 속도는 피스톤 로드가 중간 위치에 도달할 때까지 증가한다. 이 시점에서, 가속도는 부호를 변경하고, 피스톤 로드는 다시 다른 단부 위치에 도달할 때까지 감속한다. 단부 위치는 실제의 전체 행정 단부 위치와 다를 수 있다.

도 15는 펌프 어셈블리(101)의 제1 및 제2 구동장치(103)의 2개의 피스톤 로드에 대한 결과의 속도를 나타낸다 (도 8 및 도 9 참조). 도 15로부터 입증되는 것처럼, 결과 속도 곡선은 "핫 기능" 또는 삼각형 기능이다. 그러한 기능은 도 16의 가속도에 관한 곡선의 적분의 결과이다.

도 15의 속도 곡선의 적분은 도 14의 2차 또는 제2 등급 곡선의 결과로 나타난다. 이들 곡선의 상부 및 하부 정점 위치는 2개의 구동장치의 2개의 피스톤 로드의 단부 위치를 나타낸다.

이러한 실시형태에 따르면, 바람직하게는 피스톤 로드(23)의 급격한 움직임이 없게 된다. 그러나, 피스톤의 움직임은 사실은 필요에 따라 동작 엔벨로프 내에서 부드러워지지 않게 되어 펌프 장치로부터 일정한 조합 유동을 보장한다. 이러한 기능의 추가의 특징은 파이프 및 밸브와 같은 연결된 기기상의 마모의 감소이다.

도 17은 펌프 어셈블리(101)의 각 구동장치(103)의 2개의 개별 피스톤 로드(23) 상의 토크를 나타낸다. 2개의 구동장치(103)의 개개의 전기 모터(31)로부터 나타나는 유도 가속은 다른 곡선의 절반에 동일한 주기 시간에 따라 토크 곡선과 유사하다. 모터로부터 피스톤 로드 상에 롤러 스크류 어셈블리(33)를 통해 작용하는 힘은 중간 위치의 2개의 교차점 사이에서 일정하게 된다. 그러나, 단부 위치에서 전기 모터의 방향이 변경되기 때문에, 토크 곡선은 다른 도시된 곡선에 대해 절반의 주기를 갖는다. 이는, 2개의 구동장치(103)를 이용하여 펌프 어셈블리(101)로 전달된 힘이 파워 그리드로부터 알 수 있는 것처럼 일정하게 유지될 것이라는 점을 의미한다. 도 18은 구동기 I 및 구동기 II로 표시된 2개의 구동기의 가속 및 지연에 관하여 몇몇 표시를 갖는 것을 제외하고는 도 17과 동일한 곡선을 보여준다.

도 19는 펌핑 속도와 관련하여 피스톤 로드의 속도 곡선이 어떻게 변화하는지를 나타내고 있다. 제1 및 제2 구동장치(103)의 2개 속도의 일정한 합을 유지하기 위해서, 제1 구동장치가 그 속도를 감속할 때 제2 구동장치는 반드시 그에 따라 그 속도를 감속하여야 하며, 따라서 그들의 사이클은 동일한 길이를 갖는다. 도 19에는 2개의 다른 속도 V_A 및 V_B가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상이한 사이클 길이 t_1A 및 t_2A로 표시된 제1 구동장치의 사이클은 제2 구동장치의 사이클 길이, 즉 t_1B 및 t_2B 에 반드시 대응하여야 한다. 이는 부분 주기에 걸쳐 실행될 때에 또한 유효하다.

또한, 일정한 합계 속도를 유지하게 되는 다른 곡선 형태를 가정할 수 있다.그러한 형태는, 결과의 다른 방정식을 풀어냄에 기초하여, 전기 모터에 대해 수학적인 추정을 수행함으로써 계산될 수 있다. 이는 갈러킨 방법 (Galerkin＇s method)에 기초하는 개략적인 해법에 의해 실시간 상황에서 수행될 수 있다.

또한, 한 개의 펌프 어셈블리 내에 순간 속도의 더해진 합이 시간에 일정하게 유지될 수 있는 한, 심지어 2개보다 많은 수의 구동장치(103), 예컨대 4개 또는 그 이상의 구동장치를 사용하는 것을 고려할 수 있다. 이는 또한 속도 곡선의 비-주기 조합을 포함한다.

롤러 스크류 장치 및 영구 자석 모터의 조합을 이용한 구동장치는 피스톤 로드(23) 및 연결된 피스톤(21a, 21b)의 토크 및 속도의 매우 정밀한 제어를 허용한다. 기술된 조합을 이용하면, 가속 상태에 있는 구동장치로 지연 상태의 구동장치로부터 에너지를 전달하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 제2 양태에 따른 펌프 어셈블리의 바람직한 실시형태에서, 구동장치(103)는 다른 구동장치(103)의 작동에 기초하여 제어되도록 구성된다. 이는 펌프 어셈블리 (도 8 및 도 9 참조)의 2개의 구동장치(103)의 속도 곡선을 보여주는 도 20에 도시되어 있다. 각 구동장치(103)는 2개의 펌프(105) 또는 펌프 헤드에 연결된다. 전기 모터(31)용 센서 수단 및/또는 모터 제어기(도시되지 않음)는 구동장치(103)의 작동에 관한 입력을 제공할 수 있다. 이 도면에 도시된 상황에서, 제1 구동장치(A) (실선)는 시각 t₁에서 행정 내의 가속도 값을 변경한다. 그러한 변경에 대한 이유는 펌핑된 매체의 변화 또는 다른 외부 또는 내부의 이유가 될 수 있다. 제2 구동장치(B) (점선)는 이러한 변화에 적합하고 따라서 일정한 합계 속도 (예컨대, 연속 수평 곡선)를 유지한다. 따라서 제1 구동장치(A)에 대한 감소된 가속도에 따라, 시각 t₁에서의 지연을 변경한다.

곡선이 구동장치의 작동 엔벨로프 내에서 다소 임의로 될 수 있는 반면, 그 속도의 일정한 합을 계속 유지한다는 점에 유의하여야 한다.

도 20으로부터 제1 구동장치(A)의 곡선이 1/4 사이클의 의도된 상부 지점으로 떠오르지 않는다는 점을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 1/2 사이클의 계획된 하부 지점을 치도록 구성된다. 유사한 관측이 제2 구동장치(B)의 곡선에 대해 이루어질 수 있다.

1/2 사이클의 시점 이후에, 제2 구동장치(B)의 가속도는 감소하고, 그리고 제1 구동장치(A)는 그 가속도를 따라서 감소한다. 그러나 합계 속도는 전과 동일하다. 단, 방향 행정 내에서 속도 곡선 아래의 영역은 그 행정에 대한 행정 길이를 나타낸다는 점에 유의하여야 한다.

제한 요인은 가속도/지연이고, 여기서 선형 곡선의 증가 또는 감소의 비율로 표현된다.

도 21은 본 발명의 제1 양태에 따른 구동장치(11)의 또 다른 실시형태를 나타내고 있다. 여기서, 클러치 장치(145) 및 선형 가이드(135)가 도 12를 참조하여 기술된 것보다 더 가깝게 있음을 알 수 있다. 또한, 스프링 수단(204)이 배치되어 피스톤 로드(23)의 가능한 비제어의 초과 선형 움직임을 감쇠한다.

도 22에는 스프링 수단(204)의 기능이 더욱 상세하게 설명되어 있다. 스프링 수단(204)은 제1 슬리브(203)에 대해 미끄러질 수 있는 방식으로 배치된다. 또한, 제2 슬리브(202)는 하우징(219)에 대해 미끄러질 수도 있다. 만일 피스톤 로드(223)가 도 22의 우측을 향한 모든 방향으로 움직인다면, 링(201)이 제1 슬리브(203)에 대해 강제되고, 이는 스프링 수단(204) 상으로 제2 슬리브(202)를 통해 힘을 안내한다.

만일 피스톤 로드(223)가 도 22의 좌측을 향해 모든 방향으로 움직인다면, 피스톤 로드(223)의 에지(8)가 제1 슬리브(203)의 슬리브 에지(209)에 대해 강제되고, 제1 슬리브(203)가 우측편으로부터 스프링 수단(204)의 압축하는 장력을 안내하도록 한다. 스프링 수단(204)은 하우징(219)에 대해 압축된다. 바람직하게는, 스프링 수단(204)의 스프링 특성은 소망의 제동 코스에 적합한다.

양 방향에서 피스톤 로드(23)의 비제어 또는 초과의 움직임을 감쇠시키기 위해 하나의 스프링 수단(204)을 사용함으로써, 소형 설계가 달성된다. 스프링 수단(204)은 다수의 유형, 예를 들어 접시 스프링이 될 수 있다.

본 발명의 제1 양태에 따른 구동장치, 또는 본 발명의 제2 양태에 따른 펌프 어셈블리에서 사용된 구동장치는 바람직하게는 3000 l/min의 용량에서 90 bar까지의 압력 상승을 야기할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 4000 l/min의 용량에서 120 bar까지의 압력 상승을 야기할 수도 있다.

본 발명의 특징에 따라 추가의 실시형태가 가능하다는 점을 유의하기 바란다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의해 제한되며, 관련 기술에 숙련된 당업자들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 전술한 예시의 다수의 변형 예를 수행할 수 있음이 명백하다.

Claims (16)

1. 펌프 또는 압축기용 구동장치로서, 피스톤 로드의 왕복 운동의 결과로 적어도 2개의 챔버에 교번 압력을 제공하기에 적합하고, 상기 피스톤 로드는 그 개별 단부에서 가동 압력 챔버면에 연결되고, 상기 가동 압력 챔버면은 플런저 또는 피스톤이고, 상기 피스톤 로드는 하우징에서 왕복운동 가능하게 지지되고, 이때 구동장치는 피스톤 로드의 왕복 운동을 제공하기에 적합한 전기 모터를 더욱 포함하는 구동장치에 있어서,
   상기 전기 모터는 전기 영구 자석 회전 모터이고,
   상기 피스톤 로드는 전기 모터의 회전자를 통해 연장되고, 회전-직선 변환 수단이 상기 피스톤 로드 및 상기 모터의 회전자 사이에 연결되며, 이러한 방식으로 회전자의 회전이 피스톤 로드의 선형 운동으로 나타나고,
   선형 가이드가 상기 피스톤 로드 및 상기 하우징 사이에 연결되며, 이러한 방식으로 하우징에 대한 상기 피스톤 로드의 회전이 방지되고,
   상기 구동장치는 상기 선형 가이드에 연결된 제1 클러치부 및 상기 하우징에 연결된 제2 클러치부를 갖는 클러치 장치를 더욱 포함하고, 상기 제1 및 제2 클러치부 사이의 회전력이 과도할 때 이들 사이의 회전 연결이 미끄러지고, 피스톤 로드가 모터의 회전자를 따라 회전하도록 하여 그 선형 운동을 멈추는 것을 특징으로 하는 구동장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 클러치 장치의 기능적 특징은 자석 또는 마찰에 기초하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피스톤 로드의 과도한 길이 방향 움직임을 그 양방향에서 둔화시키기에 적합한 스프링수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 스프링수단은 상기 전기 모터의 한 축선 측면 위에 배치되고 상기 피스톤 로드의 과도한 길이 방향 움직임을 그 양방향에서 둔화시키기에 적합하며, 상기 피스톤 로드의 제1 방향의 움직임이 과도한 때에는 상기 스프링 수단이 제1 슬리브에 의해 압축되고 상기 피스톤 로드의 제2 방향의 움직임이 과도한 때에는 상기 스프링수단이 제2 슬리브에 의해 압축되는 것을 특징으로 하는 구동장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제

Images