KR101797537B1 - 가변 베인 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 베인 펌프에 관한 것으로서, 서로 대향하는 위치에 흡입구 및 토출구가 형성되고, 내부에 내부공간이 마련된 하우징과, 상기 하우징 내부에 상대이동 가능하게 설치되는 것으로서, 상기 내부공간을 상기 흡입구 및 토출구에 연통되는 펌프공간으로 구획하는 캠링과, 상기 펌프공간에 인입되게 상기 하우징에 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되어 상기 회전축과 함께 회전하는 로터와, 상기 로터에 진퇴가능하게 설치되어 상기 캠링의 내주면에 밀착되는 다수의 베인과, 상기 하우징에 설치되며, 상기 회전축에 대해 상기 캠링이 편심되도록 상기 캠링에 상기 회전축의 회전중심 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성부재와, 상기 흡입구 및 토출구 사이의 상기 하우징에 설치되는 것으로서, 상기 회전축의 회전속도에 따라 상기 회전축에 대한 상기 캠링의 편심위치가 조절되도록 상기 캠링의 외주면과 상기 하우징의 내주면 사이에, 상기 토출구를 통해 토출된 오일 중 일부가 유입되는 유입공간을 형성하는 이격조절부를 구비한다.
본 발명에 따른 가변 베인 펌프는 캠링과 하우징 사이에 펌프로부터 토출되는 오일 중 일부가 유입되는 유입공간을 형성하여 토출되는 오일의 압력을 이용하여 펌프의 회전당 토출유량을 가감시키므로 구조가 비교적 단순하며, 밸브의 마찰이 발생되지 않아 내구성이 향상되어 사용수명이 증가하는 장점이 있다.

Description

가변 베인 펌프{Variable vane pump}

본 발명은 가변 베인 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 토출되는 오일의 압력을 이용하여 펌프의 회전당 토출유량을 가감시키는 가변 베인 펌프에 관한 것이다.

가변 베인 펌프는 외부 사용 기구에 높은 압력이 걸릴 때, 펌프 내압과 실린더 링을 이동시키는 컨트롤 밸브의 제1압력실과 제2압력실의 압력이 동알히게 되어도 실린더 링이 고정되어 안정된 유량을 토출할 수 있도록 한다.

종래의 가변 베인펌프는 바디 내에서 로터축과 일체로 연결되며, 원주방향으로 분산 배치된 복수의 베인 홈 내를 다라 각각 진선운동을 하는 베인이 끼워져 있는 로터와, 로터에 편심지도록 외주를 감싸 형성됨과 아울러 베인의 선단부에 접촉되는 마차력에 의해 회전되며, 슬라이딩 공차로 편심되어 설치되어 있는 실린더 링과, 실린더 링의 외주면 일측에는 편심을 유지하기 위해 실린더 링을 지지하도록 형성된 제3탄성 부재 지지 가이드와, 실린더 링의 외주면 타측에는, 실린더 링을 지지하는 컨트롤 밸브를 포함한다.

또한, 컨트롤 밸브는 밸브 홀의 측면을 둘러싸는 측벽 내에서 수평으로 이동하는 밸브 피스톤과, 밸브 피스톤을 지지하는 제1탄성부재와, 측벽을 덮는 제1밸브캡과, 측벽 내의 밸브 피스톤의 일측에 위치하는 제1압력실과, 측벽 배의 밸브 피스톤의 타측에 위치하는 제2압력실과, 컨트롤 밸브와 밸브 홀 사이의 마찰에 의한 마모를 감소시키는 압력실로 이루어지며, 제1압력실 및 제2압력실 사이의 압력차에 의해 밸브 피스톤이 이동하게 된다.

여기서, 종래의 가변 베인 펌프는 상부가 U자 형상의 오목부를 가지며, 상부와 하부가 관통된 관통공을 갖는 가이드 바디와, 관통공을 하부로부터 관통하여 결합하는 조정 볼트와, 관통공이 형성된 상기 밸브 피스톤의 일측이 가이드 바디의 관통공에 대응하도록 U자 형상의 오목부에 위치시 관통공들을 관통하여 결합된 조정 볼트의 단부에 나사결합되는 테이퍼 형상의 테이퍼 너트를 갖는 가이드 부재를 더 포함한다.

이러한 가이드 부재는 U자 형상의 오목부가 밸브 피스톤의 일측과 연결되며, 컨트롤 밸브의 중앙 부위에 컨트롤 밸브와 수직방향으로 형성된 가이드 부재 이동 공간에서, 가이드 부재가 밸브 피스톤의 이동에 의해 실린더 링을 지지하며 이동시키게 된다. 즉, 경사각을 형성한 가이드 부재에는 제3탄성부재의 압력과 실린더 링의 편심된 단면적 차이의 압력이 작용하여 실린더 링이 이동하게 된다.

그러나, 종래의 가변 베인 펌프는 실린더 링의 편심 단면적 압력이 가이드 부재를 통하여 감압 밸브의 하단에 작용함으로써 높은 마찰력이 발생하고, 이러한 높은 마찰력으로 인해 감압 밸브의 내구성이 약화되어 펌프의 사용수명이 감소되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 캠링과 하우징 사이에 펌프로부터 토출되는 오일 중 일부가 유입되는 유입공간을 형성하여 토출되는 오일의 압력을 이용하여 펌프의 회전당 토출유량을 가감시키는 가변 베인 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변 베인 펌프는 서로 대향하는 위치에 흡입구 및 토출구가 형성되고, 내부에 내부공간이 마련된 하우징과, 상기 하우징 내부에 상대이동 가능하게 설치되는 것으로서, 상기 내부공간을 상기 흡입구 및 토출구에 연통되는 펌프공간으로 구획하는 캠링과, 상기 펌프공간에 인입되게 상기 하우징에 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되어 상기 회전축과 함께 회전하는 로터와, 상기 로터에 진퇴가능하게 설치되어 상기 캠링의 내주면에 밀착되는 다수의 베인과, 상기 하우징에 설치되며, 상기 회전축에 대해 상기 캠링이 편심되도록 상기 캠링에 상기 회전축의 회전중심 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성부재와, 상기 흡입구 및 토출구 사이의 상기 하우징에 설치되는 것으로서, 상기 회전축의 회전속도에 따라 상기 회전축에 대한 상기 캠링의 편심위치가 조절되도록 상기 캠링의 외주면과 상기 하우징의 내주면 사이에, 상기 토출구를 통해 토출된 오일 중 일부가 유입되는 유입공간을 형성하는 이격조절부를 구비한다.

상기 이격조절부는 상기 유입공간이 형성될 수 있도록 상기 하우징의 내주면에 원주방향을 따라 상호 이격되게 위치되는 것으로서, 상기 하우징의 내주면에서 상기 회전축 방향으로 인출 및 인입가능하게 설치되는 복수의 구획부재와, 상기 구획부재의 단부가 상기 캠링의 외주면에 접하도록 상기 구획부재에 탄성력을 제공하는 복수의 지지스프링을 구비한다.

상기 하우징은 상기 토출구로부터 토출되는 상기 오일 중 일부가 상기 유입공간으로 유입될 수 있도록 상기 토출구 및 유입공간에 연통되는 유입유로가 형성되고, 상기 유입유로에는 상기 유입공간으로 주입되는 오일을 교축시키기 위한 오리피스부가 형성된다.

상기 구획부재들은 상기 하우징의 내주면으로부터 상기 캠링에 인접될수록 상호 이격거리가 감소하게 상기 하우징에 설치된다.

상기 구획부재는 원형의 단면을 갖도록 형성되고, 상기 하우징은 원주방향을 따라 상호 인접된 위치의 내주면에, 상기 구획부재가 인입될 수 있도록 각각 인입구가 형성되고, 상기 인입구들은 상기 하우징의 내주면에 대해 상기 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 인입되게 형성되고, 상기 하우징의 내주면으로부터 멀어질수록 상호 이격거리가 증가하도록 연장되되, 소정의 곡률로 만곡되게 형성된 것이 바람직하다.

한편, 상기 하우징은 원주방향을 따라 상호 인접된 위치의 내주면에, 상기 구획부재가 인입될 수 있도록 각각 인입구가 형성되고, 상기 인입구들은 상기 하우징의 내주면에 대해 상기 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 인입되게 형성되고, 상기 하우징의 내주면으로부터 멀어질수록 상호 이격거리가 증가하도록 연장되되, 소정의 곡률로 만곡되게 형성되고, 상기 구획부재는 상기 인입구의 곡률에 대응되는 곡률로 만곡되게 형성될 수도 있다.

상기 하우징은 상기 유입공간의 오일이 상기 펌프실로 유입될 수 있도록 상기 유입공간 및 흡입구에 연통되게 배출유로가 형성되고, 상기 배출유로 상의 상기 하우징에 설치되어 상기 유입공간의 유압이 기설정된 압력 이상일 경우, 상기 유입공간의 오일이 상기 흡입구로 배출될 수 있도록 상기 배출유로를 개폐하는 릴리프 밸브를 더 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 가변 베인 펌프는 상기 캠링의 외주면을 감싸도록 형성되며, 상기 캠링과 하우징 사이의 마찰을 감소시키는 메탈 베어링을 더 구비한다.

또한, 본 발명에 따른 가변 베인 펌프는 상기 로터에 설치되는 것으로서, 상기 베인들의 단부가 상기 캠링의 내주면에 접할 수 있도록 상기 베인들에 탄성력을 제공하는 탄성링을 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 가변 베인 펌프는 캠링과 하우징 사이에 펌프로부터 토출되는 오일 중 일부가 유입되는 유입공간을 형성하여 토출되는 오일의 압력을 이용하여 펌프의 회전당 토출유량을 가감시키므로 구조가 비교적 단순하며, 밸브의 마찰이 발생되지 않아 내구성이 향상되어 사용수명이 증가하는 장점이 있다.

또한, 상기 가변 베인 펌프는 파워스티어링에 적용시 회전축의 회전속도 뿐 아니라 핸들의 조향 유무에 따라 토출되는 오일의 유량을 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가변 베인 펌프에 대한 단면도이고,
도 2는 도 1의 가변 베인 펌프의 이격조절부에 대한 부분 확대 단면도이고,
도 3은 도 1의 가변 베인 펌프의 하우징에 대한 부분 단면도이고,
도 4는 도 1의 가변 베인 펌프의 회전축의 고속 회전상태를 나타낸 단면도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 가변 베인 펌프의 이격조절부에 대한 부분 단면도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 다른 가변 베인 펌프의 이격조절부에 대한 부분 단면도이고,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 가변 베인 펌프의 평단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가변 베인 펌프에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1 내지 도 4에는 본 발명에 따른 가변 베인 펌프(100)가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 가변 베인 펌프(100)는 서로 대향하는 위치에 흡입구(201) 및 토출구(202)가 형성되고, 내부에 내부공간(203)이 마련된 하우징(200)과, 상기 하우징(200) 내부에 상대이동 가능하게 설치되는 것으로서, 상기 내부공간(203)을 상기 흡입구(201) 및 토출구(202)에 연통되는 펌프공간(311)으로 구획하는 캠링(310)과, 상기 펌프공간(311)에 인입되게 상기 하우징(200)에 설치되는 회전축(320)과, 상기 회전축(320)에 설치되어 상기 회전축(320)과 함께 회전하는 로터(330)와, 상기 로터(330)에 진퇴가능하게 설치되어 상기 캠링(310)의 내주면에 밀착되는 다수의 베인(340)과, 상기 하우징(200)에 설치되며, 상기 회전축(320)에 대해 상기 캠링(310)이 편심되도록 상기 캠링(310)에 상기 회전축(320)의 회전중심 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성부재(350)와, 상기 흡입구(201) 및 토출구(202) 사이의 상기 하우징(200)에 설치되는 것으로서, 상기 회전축(320)의 회전속도에 따라 상기 회전축(320)에 대한 상기 캠링(310)의 편심위치가 조절되도록 상기 캠링(310)의 외주면과 상기 하우징(200)의 내주면 사이에, 상기 토출구(202)를 통해 토출된 오일 중 일부가 유입되는 유입공간(363)을 형성하는 이격조절부(360)를 구비한다.

하우징(200)은 전면 또는 후면 중 어느 일측면에 흡입구(201) 및 토출구(202)가 형성되어 있다. 이때, 상기 흡입구(201) 및 토출구(202)는 내부공간(203)의 중심을 기준으로 상호 대향된 위치에 각각 형성된다. 하우징(200) 내부에 형성된 내부공간(203)은 원형으로 형성되며, 흡입구(201) 및 토출구(202)에 연통되게 형성된 것이 바람직하다.

한편, 하우징(200)은 토출구(202)에 연통되어 토출구(202)를 통해 토출된 오일이 유동하는 제1내부유로(204)가 형성되어 있다. 이때, 하우징(200)의 일측에는 웜기어 실린더와 같은 토출된 오일이 이용되는 장치가 연결되는 제1연결구(205)가 형성되고, 상기 제1내부유로(204)는 상기 제1연결구(205)에 연통되게 형성된다.

또한, 하우징(200)은 흡입구(201)에 연통되는 제2내부유로(206)가 형성되어 있다. 하우징(200)의 타측에는 오일탱크와 같이 오일 공급수단이 연결되는 제2연결구(207)가 형성되고, 제2내부유로(206)는 제2연결구(207)에 연통되게 형성된다.

한편, 하우징(200)은 도면에 도시되진 않았지만, 전후면이 개방된 내부공간(203)이 마련된 환형의 바디 링과, 상기 내부공간(203)의 전후방을 폐쇄할 수 있도록 상기 바디 링의 전후면에 각각 설치되며, 흡입구(201), 토출구(202)가 형성된 복수의 바디 플레이트를 구비한다.

또한, 하우징(200)은 캠링(310)의 개방된 전후면에 설치되며, 상기 흡입구(201) 및 토출구(202)에 연통되는 제1 및 제2연통구가 형성된 복수의 고정플레이트(미도시)를 더 구비할 수도 있다.

캠링(310)은 내부에 펌프공간(311)이 마련된 환형으로 형성되며, 하우징(200) 내부에 상대이동 가능하게 설치될 수 있도록 하우징(200)의 내경보다 작은 외경을 갖도록 형성된다. 이때, 캠링(310)은 흡입구(201) 및 토출구(202)에 펌프공간(311)이 연통될 수 있도록 전후면이 개방되되, 전후면이 각각 하우징(200)의 내측면에 접하도록 하우징(200)의 내부공간(203)의 전후폭에 대응되는 전후 폭을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 캠링(310)의 외주면에는 캠링(310)과 하우징(200) 사이의 마찰을 감소시키기 위해 메탈 베어링(312)이 설치되어 있다. 상기 메탈 베어링(312)은 내주면이 상기 캠링(310)의 외주면에 접하도록 중공이 마련된 환형으로 형성된다. 상기 메탈 베어링(312)은 캠링(310)을 회전가능하게 지지하는 것으로서, 오일리스 베어링, 니들 베어링 또는 볼 베어링과 같은 베어링이 적용되는 것이 바람직하다.

회전축(320)은 전후방향으로 연장되며, 내부공간(203)에 관통되게 하우징(200)에 설치된다. 이때, 회전축(320)은 하우징(200)에 회전가능하게 지지되며, 내부공간(203)의 중심을 통과하도록 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 회전축(320)은 도면에 도시되진 않았지만, 단부에는 차량의 엔진이나 모터와 같이 회전력을 발생시키는 구동수단이 연결되어 있다.

로터(330)는 펌프공간(311)에 노출된 회전축(320)에 설치되며, 전후방향으로 소정길이 연장되는 것이 바람직하다. 또한, 로터(330)는 외주면에 상기 베인(340)들이 관통될 수 있도록 다수의 베인홈이 원주방향을 따라 상호 이격되게 형성되어 있다. 상기 베인홈은 로터(330) 또는 회전축(320)의 반경방향을 따라 연장된다. 즉, 상기 베인홈은 로터(330)의 외주면으로부터 로터(330)의 회전중심 방향으로 소정깊이 인입되게 형성된다.

또한, 로터(330)는 도면에 도시되진 않았지만, 전면 또는 후면에 탄성링(330)이 각각 설치될 수 있도록 환형으로 설치홈들이 형성되어 있다. 상기 설치홈은 로터(330)의 회전중심을 기준으로 소정의 반경을 갖는 환형으로 형성되되, 베인홈들을 통과하도록 형성된다.

탄성링(333)은 복수개가 로터(330)의 전면 또는 후면에 각각 설치되는 것으로서, 소정의 탄성을 갖는 금속성 소재로 형성된다. 상기 탄성링(333)은 하우징(300)의 바디 링의 내경보다 작고, 회전축(320)의 외경보다 큰 외경을 갖는 환형으로 형성되며, 도면에 도시되진 않았지만, 일측이 절개되어 있다. 탄성링(333)들은 로터(330)의 전후면에 형성된 설치홈들에 설치되며, 설치홈에 연통된 베인홈을 통해 베인들에 설치된다. 또한, 탄성링(333)은 외주면을 따라 다수의 요철이 형성되어 있다.

베인(340)은 다수개가 로터(330)의 베인홈들에 각각 삽입되는 것으로서, 일단부는 캠링(310)의 내주면에 접하고, 타단부는 로터(330)의 베인홈들에 인입되도록 설치된다. 이때, 도면에 도시되진 않았지만, 베인(340)의 타단부 전후방 가장자리에는 탄성링(333)들이 각각 삽입되어 상기 베인(340)을 탄성지지할 수 있도록 삽입홈(미도시)이 각각 형성되어 있다. 상기 삽입홈은 베인(340)의 일단부에서 타단부 방향으로 소정길이 연장될 수도 있다.

베인(340)의 전후방 가장자리에 형성된 삽입홈에 탄성링(333)이 삽입되고, 탄성링(333)은 베인(340)의 일단부가 캠링(310)의 내주면에 접하도록 탄성력을 제공한다. 상기 탄성링(333)에 의해 베인(340)의 일단부가 캠링(310)의 내주면에 접촉된 상태가 유지되므로 회전축(320)이 저속으로 회전하더라도 가변 베인 펌프(100)는 오일의 펌핑이 가능하다.

탄성부재(350)는 토출구(202) 및 흡입구(201) 사이의 하우징(200) 내주면에 설치되는 것으로서, 일단부가 캠링(310)의 외주면에 지지되고, 타단부는 하우징(200)에 지지되도록 설치된다. 상기 탄성부재(350)는 캠링(310)을 하우징(200)의 내주면으로부터 회전축(320)의 회전중심 방향으로 탄성력을 제공할 수 있도록 소정의 탄성을 갖는 코일 스프링이 적용된다. 상기 탄성부재(350)의 탄성력에 의해 캠링(310)은 로터(330)에 대해 편심되게 지지된다.

이격조절부(360)는 탄성부재(350)에 인접된 위치의 하우징(200) 내주면에 설치된 복수의 구획부재(361)와, 상기 구획부재(361)의 단부가 캠링(310)의 외주면에 접하도록 탄성력을 제공하는 복수의 지지스프링(362)을 구비한다.

구획부재(361)는 캠링(310)과 하우징(200) 사이의 공간에 상기 유입공간(363)을 구획할 수 있도록 내부공간(203)의 전후폭에 대응되는 전후 폭을 갖도록 형성되며, 회전축(320)의 반경방향으로 소정길이 연장된다. 이때, 하우징(200)의 내주면에는 구획부재(361)들이 인입될 수 있도록 인입구(364)가 형성되어 있다. 상기 인입구(364)는 구획부재(361)의 전후 폭에 대응되는 전후 폭을 갖고, 하우징(200)의 내주면에 대해 회전축(320)으로부터 멀어지는 방향으로 인입되게 형성된다. 상기 인입구(364)는 복수개가 하우징(200)의 내주면에 원주방향을 따라 상호 이격되게 형성된다.

이때, 상기 구획부재(361)들이 상기 하우징(200)의 내주면으로부터 상기 캠링(310)에 인접될수록 상호 이격거리가 감소하게 상기 하우징(200)에 설치될 수 있도록 상기 인입구(364)들은 회전축(320)으로부터 멀어질수록 상호 이격거리가 멀어지도록 선형으로 연장형성되는 것이 바람직하다. 상기 구획부재(361)들, 하우징(200)의 내측면 및 캠링(310)의 외주면 사이의 공간이 상기 유입공간(363)을 형성한다.

한편, 토출구(202)를 통해 오일의 토출이 진행되면 펌프공간(311) 중 토출구에 연통되는 공간에 오일이 토출되는 토출실이 생성되는데, 회전축(320)에 대해 캠링(310)이 편심되어 있기 때문에 회전축(320)을 기준으로 상기 토출실의 상측 부분과 하측 부분의 면적 차이가 발생한다. 도 1에 도시된 도면을 기준으로, 상기 토출실의 하측부분은 토출실의 상측 부분보다 더 큰 체적을 갖는다. 따라서, 상기 토출실의 하측부분에 대응되는 캠링(310)의 내측면은 토출실의 상측 부분에 대응되는 캠링(310)의 내측면보다 크며, 상기 토출실의 하측부분에 대응되는 캠링(310)의 내측면 면적에서 토출실의 상측 부분에 대응되는 캠링(310)의 내측면 면적을 뺀 면적을 편심 단면적으로 정의한다. 이때, 구획부재(361)들은 사이 면적이 상기 편심 단면적보다 작도록 상기 하우징(200)에 설치된다. 또한, 구획부재(361)들은 회전축(320)을 기준으로 상기 토출실의 상측 부분 또는 하측 부분 중 보다 큰 면적을 갖는 부분에 인접된 위치의 하우징(200)에 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 도 1을 참조하면, 면적이 보다 큰 토출실의 하측부분에 인접되는 하우징의 하측 내측면에 상기 구획부재(361)들이 설치된다.

지지스프링(362)은 인입구(364)들에 각각 설치되어 구획부재(361)가 하우징(200)의 내주면으로부터 돌출되도록 탄성력을 제공한다. 한편, 도시된 예에서는 지지스프링(362)은 판스프링이 적용된 구조가 도시되어 있으나, 지지스프링(362)은 이에 한정하는 것이 아니라 코일 스프링이 적용될 수도 있다.

이때, 하우징(200)은 상기 토출구(202)로부터 토출되는 상기 오일 중 일부가 상기 유입공간(363)으로 유입될 수 있도록 상기 토출구(202) 및 유입공간(363)에 연통되는 유입유로(208)가 형성되어 있다. 이때, 유입유로(208)는 일단이 구획부재(361)들 사이의 유입공간(363)에 연통되며, 타단은 제1내부유로(204)에 연통되게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 유입유로(208) 상의 하우징(200)에는 상기 유입공간(363)으로 주입되는 오일을 교축시키기 위한 오리피스부(211)가 형성되어 있다. 오리피스부(211)는 유입유로(208)의 일단부에 형성된다. 제1내부유로(204)를 통해 토출되는 오일 중 일부는 오리피스부(211)를 통해 유입유로(208)로 유입된다.

오리피스부(211)는 도면에 도시되진 않았지만, 유입유로(208)의 단면적보다 더 큰 단면적을 갖는 챔버가 마련되어 있다. 유입유로(208)를 통해 유입된 오일은 오리피스부(211)의 챔버 내로 유입되면서 유속이 감소하나, 오리피스부(211)의 챔버 내벽면과 오일 사이에 마찰이 발생하고, 발생된 마찰에 의해 압력손실이 발생되어 오일의 유압이 감소한다. 한편, 오리피스부(211)는 이에 한정하는 것이 아니라 오일의 압력을 감압시킬 수 있는 구조이면 무엇이든 가능하다.

또한, 하우징(200)은 상기 유입공간(363)의 오일이 상기 펌프실로 유입될 수 있도록 상기 유입공간(363) 및 흡입구(201)에 연통되게 배출유로(209)가 형성되어 있다. 이때, 상기 배출유로(209) 상의 상기 하우징(200)에, 상기 유입공간(363)의 유압이 기설정된 압력 이상일 경우, 상기 유입공간(363)의 오일이 상기 흡입구(201)로 배출될 수 있도록 상기 배출유로(209)를 개폐하는 릴리프 밸브(212)가 설치되어 있다. 상기 릴리프 밸브(212)는 종래에 일반적으로 사용되는 안전밸브로서 상세한 설명은 생략한다. 릴리프 밸브(212)에 의해 유입공간(363) 내의 유압이 기설정된 압력 이상이 되는 것이 방지되어 급격한 유압상승으로 인한 펌프의 파손 및 결함발생을 방지한다.

상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 가변 베인 펌프(100)의 작동을 상세히 설명하면 다음과 같다.

캠링(310)은 탄성부재(350)의 탄성력에 의해 회전축(320)으로부터 편심되게 세팅되어 있다. 회전축(320)이 회전하면, 회전축(320)에 설치된 로터(330)도 함께 회전되는데, 로터(330)에 설치된 베인(340)들에 의해 오일은 흡입구(201)를 통해 펌프공간(311)로 유입되고, 토출구(202)를 통해 외부로 배출된다.

토출구(202)를 통해 오일의 토출이 진행되면 토출구에 연통되는 펌프공간(311)의 일부분인 토출실에 토출압력이 발생되고, 상기 토출압력이 토출실에 대응되는 캠링(310)의 내측면에 작용한다. 이때, 회전축(320)을 기준으로 토출실의 하측부분이 토출실의 상측부분보다 더 큰 면적을 가지고 있으므로 도면을 기준으로 캠링(310)에 하측으로 힘이 작용한다.

이때, 이격조절부(360)에 의해 형성된 유입공간(363)에도 토출되는 오일 중 일부가 유입되는데, 유입공간(363)으로 유입되는 오일은 오리피스부(211)를 통과하여 감압된 상태이다. 그리고, 유입공간(363)에 대응되는 캠링(310)의 외측면은 상기 편심 단면적보다 작은 면적을 갖기 때문에 캠링(310)의 내측면 즉, 편심 단면적에 작용하는 힘이 유입공간(363)의 오일에 의해 발생하는 힘보다 크다.

이에 따라 캠링(310) 내부의 토출실의 편심단면적과 유입공간(363) 사이에 압력차가 발생하고, 이 압력차에 의해 캠링(310)은 하우징의 내측면으로 인접되는 방향으로 힘이 작용하는데, 탄성부재(350)의 장력에 의해 상기 캠링(310)은 초기 편심 위치가 유지되도록 하우징(200)에 대해 지지된다.

이때, 회전축(320)의 회전속도가 증가할 경우, 증가된 회전속도에 비례하여 펌프공간(311) 외부로 토출되는 오일의 압력이 증가한다. 이에 따라 이격조절부(360)의 유입공간(363)과 캠링(310) 내부의 펌프공간(311) 사이의 압력차이가 비교적 크게 발생된다. 즉, 토출실에 대응되는 캠링(310)의 내측면에 작용하는 압력과 유입공간(363)에 대응되는 캠링(310)의 외측면에 작용하는 압력 사이의 차이가 보다 커지고, 캠링(310)은 탄성부재(350)를 압축시키는 방향으로 이동된다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이 캠링(310)은 하측으로 이동된다.

상술된 캠링(310)의 이동에 따라, 토출구(202)에 연통되는 펌프공간(311)의 일부분인 토출실 체적이 감소된다. 즉, 토출압력이 증가하면, 도면을 기준으로 캠링(30)은 하측으로 이동되는데, 이때, 토출실은 상측영역이 감소하나 하측영역이 증가하여 상기 편심 단면적이 증가한다. 그러나, 상술된 캠링(310)의 이동에 따라 흡입구(201)에 연통되는 펌프공간(311)의 일부분인 흡입실의 체적은 감소하고, 이에 따라 펌프 외부로 토출되는 토출유량은 감소된다.

이때, 구획부재(361)들이 상호 경사지게 지지되어 있으므로 캠링(310)이 하우징(200)의 내측면에 인접될수록 구획부재(361)들 사이의 캠링(310) 외주면의 면적 즉, 유입공간(363)에 유입된 오일의 유압 작용면적이 증가한다. 따라서, 캠링(310)이 하우징(200)의 내측면에 인접될수록 유입공간(363)에 충진된 오일에 의해 상기 캠링(310)에 작용하는 힘이 증가하므로 회전축(320)의 속도 증가에 따른 오일 토출유량의 감소율을 조절할 수 있다. 즉, 회전축(320)의 저속 회전 상태에서 회전축(320)의 속도 증가에 따른 토출유량의 감소율이 회전축(320)의 고속 회전 상태에서 회전축(320)의 속도 증가에 따른 토출유량의 감소율보다 더 크므로 상기 가변 베인 펌프(100)를 차랑용 파워 스티어링 장치에 적용시 차량이 고속상태에서, 차량의 속도에 따른 핸들의 조향감이 급격하게 변화되는 것이 방지된다.

한편, 본 발명에 따른 가변 베인 펌프(100)를 차량용 파워 스티어링 장치에 적용할 경우, 회전축(320)의 동일 회전속도에 대해 핸들의 조향 또는 비조향에 따른 가변 베인 펌프(100)로부터 토출되는 오일의 토출량이 조절된다. 즉, 핸들을 조향할 경우, 하우징(200)으로부터 토출된 오일은 차량의 조향축에 설치된 실린더에 공급되는데, 가변 베인 펌프(100)는 정압 상태가 된다. 이때, 캠링(310) 내부의 펌프공간(311)의 압력과 이격조절부(360)의 유입공간(363)의 압력이 비교적 크지 않기 때문에 캠링(310)은 탄성부재(350)에 의해 회전축(320)에 대한 편심상태를 유지하여 회전축(320)의 1회전당 비교적 많은 양의 오일이 토출된다. 가변 베인 펌프(100)로부터 비교적 많은 양의 오일이 펌핑되므로 운전자는 보다 손쉽게 핸들을 조향할 수 있다.

또한, 운전자가 핸들을 비조향할 경우, 가변 베인 펌프(100)로부터 토출된 오일은 차량의 구동축에 설치된 실린더로의 유동이 차단된 상태에서 오일이 바이패스되므로 동압상태가 되는데, 여기서 캠링(310) 내부의 펌프공간(311)의 압력이 이격조절부(360)의 유입공간(363)의 압력보다 더 크게 된다. 이때, 캠링(310) 내부의 펌프공간(311)의 압력과 이격조절부(360)의 유입공간(363)의 압력 차이는 핸들을 조향할 경우보다 더 크게 나타나게 된다. 따라서, 상기 압력차이에 의해 캠링(310)은 탄성부재(350)가 압축되는 방향으로 이동된다. 캠링(310)의 이동에 따라 흡입구(201) 및 토출구(202) 사이의 펌프공간(311) 즉, 흡입실의 체적이 감소하게 되고, 회전축(320)의 1회전당 토출되는 오일의 유량이 감소된다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따른 가변 베인 펌프(100)는 회전축(320)의 회전속도가 변하지 않더라도 핸들의 조향 및 비조향에 따라 오일의 토출 유량을 조절할 수 있으므로 핸들의 비조향시 가변 베인 펌프(100)를 구동하는 동력을 절약할 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명에 따른 가변 베인 펌프(100)는 로터(330) 내부에 탄성링(333)이 설치되어 베인(340)들에 탄성력을 제공하므로 회전축(320)이 저속으로 회전하더라도 베인(340)들의 단부가 캠링(310)의 내주면에 밀착될 수 있어 작동 신뢰성이 비교적 높다. 또한, 캠링(310)은 외주면에 메탈 베어링(312)이 설치되어 있으므로 회전축(320)이 고속회전하더라도 캠링(310)의 내접면과 베인(340) 일단부 사이의 마찰력에 의해 캠링(310)이 메탈베이링(312) 내에서 일정속도로 회전을 함으로써 캠링(310) 내접면과 베인(340) 상단부 사이의 마찰 속도가 감소한다.

한편, 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 구획부재(410)가 도시되어 있다.

앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.

도면을 참조하면, 구획부재(410)는 원형의 단면을 갖도록 형성된다. 이때, 인입구(412)들은 상기 하우징(200)의 내주면에 대해 상기 회전축(320)으로부터 멀어지는 방향으로 인입되게 형성되고, 상기 하우징(200)의 내주면으로부터 멀어질수록 상호 이격거리가 증가하도록 연장되되, 소정의 곡률로 만곡되게 형성되어 있다.

상술된 구획부재(410)들에 의해 캠링(310)이 하우징(200)의 내측면에 인접될수록 구획부재(410)들 사이의 캠링(310) 외주면 면적이 증가한다. 이때, 구획부재(410)들은 인입구(412)에 의해 만곡되게 지지되어 있으므로 회전축(320)의 속도에 따라 구획부재(410)들 사이의 캠링(310) 외주면 면적의 변화가 정비례하는 것이 아니라 캠링(310)이 하우징(200)의 내측면에 인접될수록 구획부재(410)들 사이의 캠링(310) 외주면 면적의 변화율이 증가한다.

따라서, 상기 가변 베인 펌프(100)를 차량용 파워 스티어링 장치에 적용시 회전축(320)의 고속 회전 상태에서, 속도 증가에 따른 토출유량의 감소율이 도 1의 실시 예에 도시된 구획부재의 경우보다 더욱 작으므로 차량의 속도에 따른 핸들의 조향감이 급격하게 변화되는 것이 방지되어 고속에서 보다 편안한 주행감을 운전자에게 제공한다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이 구속부재(361)는 원형의 단면을 갖도록 형성된 것이 아니라 인입구(362)의 곡률에 대응되는 곡률로 만곡되게 형성될 수도 있다.

한편, 도 7에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 가변 베인 펌프(500)가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 가변 베인 펌프(500)는 하우징(200)과 회전축(320) 사이에 오일이 누유되는 것을 방지하기 위한 누유방지부(510)를 더 구비한다. 이때, 하우징(200)은 로터(330)의 길이방향 양단부 즉, 로터(330)의 전면 및 후면에 대향되는 내측면에 각각 진퇴홈(505)이 형성되어 있다. 이때, 상기 진퇴홈(505)은 하우징(200)의 바디 플레이트(210) 내측면에 형성되며, 회전축(320)을 중심으로 소정의 반경을 갖는 환형으로 연장되고, 바디 플레이트(210) 내측면으로부터 회전축(320)의 길이방향을 따라 소정 깊이 인입되게 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 누유방지부재(511)가 로터(330)의 베인홈과 회전축(320) 사이에 설치될 수 있도록 로터(330)의 베인홈과 회전축(320) 사이의 바디 플레이트(210) 내측면에 형성되어 있다.

또한, 바디 플레이트(210)의 진퇴홈(505)들의 내부에는 후술되는 누유방지부(510)의 누유방지부재(511)의 회전을 방지할 수 있도록 고정키(506)가 각각 설치되어 있다. 상기 고정키(506)는 회전축(320)의 길이방향을 따라 소정길이 연장되며, 일단부가 바디 플레이트(210)에 고정되고, 타단부는 진퇴홈(505) 내부로 인입된다.

한편, 하우징(200)에 캠링(310)의 개방된 전후면에 상기 흡입구(201) 및 토출구(202)에 연통되는 제1 및 제2연통구가 형성된 복수의 고정플레이트가 설치될 경우, 상기 고정플레이트의 내측면에 상기 진퇴홈(505)이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 누유방지부(510)는 상기 펌프공간의 오일이 상기 회전축(320)과 하우징(200) 사이로 누유되는 것을 방지하기 위해 상기 로터(330)의 길이방향 단부 즉, 로터(330)의 전후면에 각각 대향되는 상기 하우징(200)의 내측면에 상기 회전축(320)의 길이방향을 따라 진퇴가능하게 설치되며, 상기 회전축(320)가 삽입될 수 있도록 중공이 형성된 복수의 누유방지부재(511)와, 상기 누유방지부재(511)에 설치되어 상기 누유방지부재(511)가 상기 로터(330)의 길이방향 단부에 밀착될 수 있도록 상기 누유방지부재(511)에 탄성력을 제공하는 복수의 밀착 스프링(512)을 구비한다.

누유방지부재(511)는 바디 플레이트(210)의 진퇴홈(505)들에 각각 삽입되며, 상기 중공이 마련된 환형으로 형성된다. 누유방지부재(511)는 일단이 진퇴홈(505)에 삽입되고, 타단은 로터(330)의 전면 또는 후면에 접하도록 상기 바디 플레이트(210)에 설치된다. 또한, 상기 누유방지부재(511)는 소정의 내마모성 및 강도를 갖는 금속성 또는 비금속성 소재로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 누유방지부재(511)의 일단부에는 바디 플레이트(210)에 설치된 고정키(506)가 삽입될 수 있도록 고정홈이 형성되어 있다. 고정홈은 누유방지부재(511)의 일단부로부터 타단부 방향으로 소정길이 인입된다.

밀착 스프링(512)은 다수개가 바디 플레이트(210)와 누유방지부재(511) 사이에 설치되어 누유방지부재(511)의 타단부가 로터(330)의 전면 또는 후면에 밀착되도록 탄성력을 제공한다. 이때, 상기 밀착 스프링(512)은 판 스프링이 적용되는 것이 바람직하다.

상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 가변 베인 펌프(500)는 누유방지부(510)에 의해 하우징(200)과 회전축(320) 사이의 누유가 방지되므로 회전축(320)의 회전속도가 느리더라도 보다 안정적으로 일정한 양을 토출할 수 있다는 장점이 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

100: 가변 베인 펌프
200: 하우징
208: 유입유로
209: 배출유로
211: 오리피스부
212: 릴리프 밸브
310: 캠링
311: 펌프공간
312: 메탈 베어링
320: 회전축
330: 로터
331: 보쉬
332: 케이스
333: 탄성링
340: 베인
350: 탄성부재
360: 이격조절부

Claims (10)

1. 서로 대향하는 위치에 흡입구 및 토출구가 형성되고, 내부에 내부공간이 마련된 하우징과;
   상기 하우징 내부에 상대이동 가능하게 설치되는 것으로서, 상기 내부공간을 상기 흡입구 및 토출구에 연통되는 펌프공간으로 구획하는 캠링과;
   상기 펌프공간에 인입되게 상기 하우징에 설치되는 회전축과;
   상기 회전축에 설치되어 상기 회전축과 함께 회전하는 로터와;
   상기 로터에 진퇴가능하게 설치되어 상기 캠링의 내주면에 밀착되는 다수의 베인과;
   상기 하우징에 설치되며, 상기 회전축에 대해 상기 캠링이 편심되도록 상기 캠링에 상기 회전축의 회전중심 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성부재와;
   상기 흡입구 및 토출구 사이의 상기 하우징에 설치되는 것으로서, 상기 회전축의 회전속도에 따라 상기 회전축에 대한 상기 캠링의 편심위치가 조절되도록 상기 캠링의 외주면과 상기 하우징의 내주면 사이에, 상기 토출구를 통해 토출된 오일 중 일부가 유입되는 유입공간을 형성하는 이격조절부;를 구비하며,
   상기 이격조절부는
   상기 유입공간이 형성될 수 있도록 상기 하우징의 내주면에 원주방향을 따라 상호 이격되게 위치되는 것으로서, 상기 하우징의 내주면에서 상기 회전축 방향으로 인출 및 인입가능하게 설치되는 복수의 구획부재와,
   상기 구획부재의 단부가 상기 캠링의 외주면에 접하도록 상기 구획부재에 탄성력을 제공하는 복수의 지지스프링을 구비하는,
   가변 베인 펌프.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은 상기 토출구로부터 토출되는 상기 오일 중 일부가 상기 유입공간으로 유입될 수 있도록 상기 토출구 및 유입공간에 연통되는 유입유로가 형성되고, 상기 유입유로에는 상기 유입공간으로 주입되는 오일의 압력을 감소시키기 위한 오리피스부가 형성된,
   가변 베인 펌프.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 구획부재들은 상기 하우징의 내주면으로부터 상기 캠링에 인접될수록 상호 이격거리가 감소하게 상기 하우징에 설치된,
   가변 베인 펌프.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 구획부재는 원형의 단면을 갖도록 형성되고,
   상기 하우징은 원주방향을 따라 상호 인접된 위치의 내주면에, 상기 구획부재가 인입될 수 있도록 각각 인입구가 형성되고,
   상기 인입구들은 상기 하우징의 내주면에 대해 상기 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 인입되게 형성되고, 상기 하우징의 내주면으로부터 멀어질수록 상호 이격거리가 증가하도록 연장되되, 소정의 곡률로 만곡되게 형성된,
   가변 베인 펌프.
6. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은 원주방향을 따라 상호 인접된 위치의 내주면에, 상기 구획부재가 인입될 수 있도록 각각 인입구가 형성되고,
   상기 인입구들은 상기 하우징의 내주면에 대해 상기 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 인입되게 형성되고, 상기 하우징의 내주면으로부터 멀어질수록 상호 이격거리가 증가하도록 연장되되, 소정의 곡률로 만곡되게 형성되고,
   상기 구획부재는 상기 인입구의 곡률에 대응되는 곡률로 만곡되게 형성된,
   가변 베인 펌프.
   
7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 하우징은 상기 유입공간의 오일이 펌프실로 유입될 수 있도록 상기 유입공간 및 흡입구에 연통되게 배출유로가 형성되고,
   상기 배출유로 상의 상기 하우징에 설치되어 상기 유입공간의 유압이 기설정된 압력 이상일 경우, 상기 유입공간의 오일이 상기 흡입구로 배출될 수 있도록 상기 배출유로를 개폐하는 릴리프 밸브;를 더 구비하는,
   가변 베인 펌프.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 캠링의 외주면을 감싸도록 형성되며, 상기 캠링과 하우징 사이의 마찰을 감소시키는 메탈 베어링;을 더 구비하는,
   가변 베인 펌프.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 베인들에 설치되는 것으로서, 상기 베인들의 단부가 상기 캠링의 내주면에 접할 수 있도록 상기 베인들에 탄성력을 제공하는 탄성링;을 더 구비하는,
   가변 베인 펌프.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 펌프공간의 오일이 상기 회전축과 하우징 사이로 누유되는 것을 방지하기 위해 상기 로터의 길이방향 단부에 대향되는 상기 하우징의 내측면에 상기 회전축의 길이방향을 따라 진퇴가능하게 설치되며, 상기 회전축이 삽입될 수 있도록 중공이 형성된 누유방지부재와;
    상기 누유방지부재에 설치되어 상기 누유방지부재가 상기 로터의 길이방향 단부에 밀착될 수 있도록 상기 누유방지부재에 탄성력을 제공하는 밀착 스프링;을 더 구비하는,
    가변 베인 펌프.
    
    
    
    

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