KR102054307B1 - 기본 실링력과 유압에 의한 가변 실링력이 작용되는 통합형 가변 실링부가 구비된 로터리 베인 모터 - Google Patents

Abstract

로터리 베인 모터의 최저 출력 즉, 최저 유압에서는 기본 실링력을 제공하고, 로터리 베인 모터의 출력 증가 즉, 유압 증가에 따라 추가 실링력이 요구되는 때에는 가변 실링력을 제공하는 통합형 가변 실링부가 구비된 로터리 베인 모터가 개시된다.

Description

기본 실링력과 유압에 의한 가변 실링력이 작용되는 통합형 가변 실링부가 구비된 로터리 베인 모터{Rotary vane motor}

본 발명은 로터리 베인 모터의 내부 유압실의 실링 기술에 관한 것이다.

로터리 액츄에이터(rotary actuator)는 제1방향으로 공급되는 유압에 의해서는 일측 방향(혹은, 정방향)으로 회전자를 회전시키고, 제2방향으로 공급되는 유압에 의해서는 타측 방향(혹은, 역방향)으로 회전자를 회전시켜, 각종 기계·기구나 구조물에 회전력을 제공하고 가동시키는 장치이다.

이러한 로터리 액츄에이터는 한국등록특허 제393687호 '쿠션기구부착 로터리 액츄에이터'나 한국등록특허 제956849호 '로터리 액추에이터 및 로터리 액추에이터형 관절구조'를 비롯한 다양한 문헌 등을 통해 공지되어 있는데, 이들 로터리 액츄에이터는 공통적으로 유압의 누출에 따른 압력저하를 방지하여 원하는 토크 및 속도로 장치를 가동시킬 수 있도록 하고 있다.

즉, 도 1 및 도 2와 같이 로터리 액츄에이터(100)는 본체(110), 구동부(120), 전면 커버부(130) 및 후면 커버부(140)를 포함하고, 이때 본체(110)의 일측면에는 장착공(113)까지 연결된 제1 오일 공급공(111)과 제2 오일 공급공(112)이 관통 형성되어 있고, 장착공(113)이 형성된 본체(110)의 내측면에는 스토퍼(stopper)(113, 114)를 설치하였다.

또한, 구동부(120)는 동력 전달축(121)과, 상기 동력 전달축(121)과 동축선상에 결합된 회전자(rotor)(122) 및 상기 회전자(122)의 외주면에 결합된 베인(vein)(123, 124)을 포함하고 있어서, 회전자(122)와 베인(123, 124)을 장착공(113)에 끼워 조립한 후, 본체(110)의 전방과 후방에 각각 전면 커버부(130)와 후면 커버부(140)를 밀폐 조립하였다.

따라서, 제1 오일 공급공(111)을 통해 좌측 베인(123)과 상측 스토퍼(113)에 의해 둘러싸인 제1 공간으로 고압의 오일을 공급하면 좌측 베인(123)에 힘이 가해져 구동부(120)가 정방향으로 회전하고, 제2 오일 공급공(112)을 통해 우측 베인(124)과 상측 스토퍼(113)에 의해 둘러싸인 제2 공간으로 고압의 오일을 공급하면 우측 베인(124)에 힘이 가해져 역방향으로 회전하며, 구동부(120)의 회전은 베인(123, 124)이 스토퍼(113, 114)에 의해 걸림 동작이 일어나 제한되었다.

한편, 이상과 같은 종래의 로터리 액츄에이터(100)는 제1 공간으로 공급된 오일이 제2 공간으로 누출됨으로써 제1 공간에 가해지는 압력이 낮아지거나 혹은 제2 공간에 유압이 작용함으로써 구동부(120)를 원하는 방향으로 원하는 토크 및 속도 등으로 구동시키지 못하는 것을 방지하고, 마찬가지로 제2 공간으로 공급된 오일이 제1 공간으로 누출되는 것을 방지하기 위해 씨일(114a, 115a, 123a, 124a)을 구비하였다.

씨일(114a, 115a, 123a, 124a)은 스토퍼(113, 114)에 구비된 스토퍼 씨일(114a, 115a) 및 베인(123, 124)에 구비된 베인 씨일(123a, 124a)이 있는데, 스토퍼 씨일(114a, 115a)은 1개로 이루어지되 전면 커버부(130), 회전자(122) 및 후면 커버부(140)를 향해 돌출되도록 스토퍼(113, 114)의 전면, 하면 및 후면에 걸쳐 고정되어 있었다.

따라서, 스토퍼(113, 114)와 회전자(122) 사이, 스토퍼(113, 114)와 전면 커버부(130) 사이 및 스토퍼(113, 114)와 후면 커버부(140) 사이의 틈새를 막아 이들을 통해 오일이 누출되는 것을 방지하였다.

그와 유사하게 베인 씨일(123a, 124a)은 베인(123, 124)의 전면, 외측면 및 후면에 걸쳐 고정되어 있어서 베인(123, 124)과 본체(110) 사이, 베인(123, 124)과 전면 커버부(130) 사이 및 베인(123, 124)과 후면 커버부(140) 사이의 틈새를 막아 오일 누출을 방지하였다.

그러나, 상측 스토퍼(114)를 도시한 도 3의 (a)와 같이 스토퍼 씨일(114a)은 편평한 형상으로 이루어져 있는 하단부(114a')가 스토퍼(113)의 하면으로부터 일정 길이 돌출 형성되어 있어서, 도 3의 (b)와 같이 본체(110)의 장착공(113)에 구동부(120)를 억지끼움 방식으로 조립하면 회전자(122)가 스토퍼 씨일(114a)의 하부를 강하게 압박함으로써 스토퍼 씨일(114a)의 하부가 탄성 압축 및 변형되면서 스토퍼(113)와 회전자(122) 사이의 틈새를 막고 오일의 누출을 방지할 수는 있지만, 스토퍼 씨일(114a)의 과도한 밀착으로 인한 마찰력 증가 및 가압으로 인해 회전자(122)의 회전을 방해한다는 문제점이 있었다.

또한, 이상과 같이 하측으로 돌출된 스토퍼 씨일(114a)이 변형될 정도로 회전자(122)의 표면에 강하게 밀착되어 있어서 이 힘을 이기고 회전자(122)를 회전시키기 위해서는 더욱 강한 유압을 가해야 하므로 에너지 낭비를 발생시킴은 물론, 장시간 사용시에는 회전자(122)의 회전력을 스토퍼 씨일(114a)이 그대로 받아 스토퍼 씨일(114a)이 마모, 변형 혹은 절단되어 오일 누출이 심해지게 되고, 스토퍼 씨일(114a)을 교체에 많은 작업 공수 및 비용 추가가 발생되는 문제점이 있었다.

나아가, 이러한 문제점들은 스토퍼 씨일(114a, 115a)과 전면 커버부(130) 사이나 스토퍼 씨일(114a, 115a)과 후면 커버부(140) 사이에서도 발생하였음은 물론, 베인(123, 124)에 구비된 베인 씨일(123a, 124a)에서도 발생하였다.

한국등록특허 제393687호 한국등록특허 제956849호

본 발명의 목적은 로터리 베인 모터의 최저 출력 즉, 최저 유압에서는 기본 실링력을 제공하고, 로터리 베인 모터의 출력 증가 즉, 유압 증가에 따라 추가 실링력이 요구되는 때에는 가변 실링력을 제공하는 통합형 가변 실링부가 구비된 로터리 베인 모터를 제공하려는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 고정자의 내주면으로부터 중심부 방향으로 돌출되도록 상기 고정자의 내주면에 장착된 한 쌍의 스토퍼와; 상기 고정자의 중심부에 설치되고 상기 스토퍼의 내주면과 접촉되는 회전본체와, 상기 회전본체의 양측으로부터 연장되고 그 선단이 고정자의 내주면과 면접되는 제1,2 베인으로 이루어진 회전자;를 포함하며, 상기 고정자, 스토퍼, 회전자에 의해 고정자의 내부는 제1,2,3,4의 유압실이 형성되고, 상기 회전본체에는 제1,3 유압실을 연결하는 정방향 유로와, 제2,4 유압실을 연결하는 역방향 유로가 형성되며, 상기 회전본체의 외주면과 면접되는 한 쌍의 스토퍼의 접촉면에는 제1,3 유압실 또는 제2,4 유압실에 공급되는 유압의 최저값 상태에서는 기본 실링력을 제공하고, 유압이 증가되면 증가분에 대응되는 실링력을 제공하는 가변실링부가 구비된 것을 특징으로 하는 로터리 베인 모터에 의해 달성된다.

상기와 같은 로터리 베인 모터는 상기 고정자의 내주면과 면접되는 상기 제1,2 베인의 접촉면에는 제1,3 유압실 또는 제2,4 유압실에 공급되는 유압의 최저값 상태에서는 기본 실링력을 제공하고, 유압이 증가되면 증가분에 대응되는 실링력을 제공하는 가변실링부가 더 구비된 것일 수 있다.

그리고 상기 스토퍼에 설치된 가변실링부는 상기 스토퍼의 접촉면에 형성되는 가압실; 상기 가압실에 설치되어 회전본체의 외주면과 밀착되는 씨일; 상기 가압실에 설치되어 회전본체의 외주면으로 씨일을 가압하는 판스프링; 상기 제1,3 유압실 또는 제2,4 유압실에 공급되는 유체를 상기 가압실로 유도하는 가압실 유도로; 및 상기 제1 또는 제3 유압실의 유체가 제2 또는 제4 유압실로의 이동을 제한하거나, 제2 또는 제4 유압실의 유체가 제1 또는 제3 유압실로의 이동을 제한하는 차폐수단을 포함하는 것일 수 있다.

상기 제1,2 베인에 설치된 가변실링부는 상기 제1,2 베인의 접촉면에 형성되는 가압실; 상기 가압실에 설치되어 고정자의 내주면과 밀착되는 씨일; 상기 가압실에 설치되어 고정자의 내주면으로 씨일을 가압하는 판스프링; 상기 제1,3 유압실 또는 제2,4 유압실에 공급되는 유체를 상기 가압실로 유도하는 가압실 유도로; 상기 제1 또는 제3 유압실의 유체가 제2 또는 제4 유압실로의 이동을 제한하거나, 제2 또는 제4 유압실의 유체가 제1 또는 제3 유압실로의 이동을 제한하는 차폐수단; 을 포함하는 것일 수 있다.

한편, 상기 차폐수단은 유체가 가압실로 유입됨에 따라 가압실의 양측에 연결된 가압실 유도로 중 어느 하나를 차단하기 위해 가압실에 설치되는 차단부; 가압실 유도로 중 어느 하나의 가압실 유도로를 통해 유체가 가압실로 유입되면 상기 차단부를 다른 하나의 가압실 유도로를 차단할 수 있도록 차단부의 이동경로를 가이드하고, 상기 판스프링을 지지하는 가이드부;를 포함하는 것이거나, 가압실 유도로에 구비된 체크밸브일 수 있다.

본 발명에 의하면, 로터리 베인 모터의 최저 출력 즉, 최저 유압에서는 기본 실링력을 제공하고, 로터리 베인 모터의 출력 증가 즉, 유압 증가에 따라 추가 실링력이 요구되는 때에는 가변 실링력을 제공하는 가변 실링부에 의해 로터리 베인 모터의 출력 효율을 향상시킬 수 있고, 특히 저압에서 종래 기술 대비 로터리 베인 모터의 효율이 우수하다.

도 1은 종래 기술에 따른 로터리 베인 모터를 나타낸 조립 상태도,
도 2는 종래 기술에 따른 로터리 베인 모터를 나타낸 분해 상태도,
도 3은 종래 기술에 따른 로터리 베인 모터의 씨일을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 로터리 베인 모터의 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 로터리 베인 모터의 정면도,
도 6은 도 5의 A-A 단면도,
도 7은 도 5의 B-B 단면도,
도 8은 도 5의 C-C 단면도,
도 9는 도 6의 "가"부분 확대도,
도 10 및 도 11은 본 발명의 주요부인 가변실링부의 동작관계를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 주요부인 가변실링부의 다른 실시예를 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 로터리 베인 모터(10)는 기본 실링력과 유압에 의한 가변 실링력이 작용되는 통합형 가변 실링부(60)가 구비된 것을 특징으로 한다.

도4 내지 도12를 참조하면 로터리 베인 모터(10)는 고정자(20)의 내주면으로부터 중심부(21) 방향으로 돌출되도록 상기 고정자(20)의 내주면에 장착되는 한 쌍의 스토퍼(31,32)와, 상기 고정자(20)의 중심부(21)에 설치(중심부(21)와 동심이 되도록 설치)되고 상기 스토퍼(31,32)의 내주면과 접촉되는 회전본체(41)와, 상기 회전본체(41)의 양측으로부터 연장되고 그 선단이 고정자(20)의 내주면과 면접되는 제1,2 베인(42,43)으로 이루어진 회전자를 포함한다.

더욱 상세하게는 상기 고정자(20), 스토퍼(31,32), 회전자에 의해 고정자(20)의 내부는 제1,2,3,4의 유압실(51,52,53,54)이 형성된다.

상기 회전본체(41)에는 제1,3 유압실(51,53)을 연결하는 정방향 유로(P1)와, 제2,4 유압실(52,54)을 연결하는 역방향 유로(P2)가 형성된다.

상기 고정자(20)의 내주면과 면접되는 상기 제1,2 베인(42,43)의 접촉면에는 제1,3 유압실(51,53) 또는 제2,4 유압실(52,54)에 공급되는 유압의 최저값 상태에서는 기본 실링력을 제공하고, 유압이 증가되면 증가분에 대응되는 실링력을 제공하는 가변실링부(60)가 구비된다.

또한 상기 회전본체(41)의 외주면과 면접되는 한 쌍의 스토퍼(31,32)의 접촉면에도 제1,3 유압실(51,53) 또는 제2,4 유압실(52,54)에 공급되는 유압의 최저값 상태에서는 기본 실링력을 제공하고, 유압이 증가되면 증가분에 대응되는 실링력을 제공하는 가변실링부(60)가 구비된다.

가변실링부(60)는 제1,2 베인(42,43)의 접촉면과 한 쌍의 스토퍼(31,32)의 접촉면에 각각 하나가 구비된다.

상기 스토퍼(31,32)에 설치된 가변실링부(60)는 상기 스토퍼(31,32)의 접촉면에 형성되는 가압실(61)과, 상기 가압실(61)에 설치되어 회전본체(41)의 외주면과 밀착되는 씨일(62)과, 상기 가압실(61)에 설치되어 회전본체(41)의 외주면으로 씨일(62)을 가압하는 판스프링(63)과, 상기 제1,3 유압실 또는 제2,4 유압실에 공급되는 유체를 상기 가압실(61)로 유도하는 가압실 유도로(64)와, 상기 제1 또는 제3 유압실(51,53)의 유체가 제2 또는 제4 유압실(52,54)로의 이동을 제한하거나, 제2 또는 제4 유압실(52,54)의 유체가 제1 또는 제3 유압실(51,53)로의 이동을 제한하는 차폐수단(65)을 포함한다.

상기 제1,2 베인(42,43)에 설치된 가변실링부(60)는 상기 제1,2 베인(42,43)의 접촉면에 형성되는 가압실(61)과, 상기 가압실(61)에 설치되어 고정자(20)의 내주면과 밀착되는 씨일(62)과, 상기 가압실(61)에 설치되어 고정자(20)의 내주면으로 씨일(62)을 가압하는 판스프링(63)과, 상기 제1,3 유압실(51,53) 또는 제2,4 유압실(52,54)에 공급되는 유체를 상기 가압실(61)로 유도하는 가압실 유도로(64)와, 상기 제1 또는 제3 유압실(51,53)의 유체가 제2 또는 제4 유압실(52,54)로의 이동을 제한하거나, 제2 또는 제4 유압실(52,4)의 유체가 제1 또는 제3 유압실(51,53)로의 이동을 제한하는 차폐수단(65)을 포함한다.

구체적으로, 도4는 로터리 베인 모터(10)의 외관을 나타낸다, 도5는 로터리 베인 모터(10)의 외관으로써 정면을 나타내고, 정면을 기준으로 A-A의 단면도는 도6이고, B-B의 단면도는 도7이며, C-C의 단면도는 도8이다.

도6은 도5의 A-A 단면도로써, 고정자(20)와, 스토퍼(31,32)와, 회전자의 회전본체(41)와 제1,2 베인(42,43)과, 이들 구성으로 인해 형성되는 제1,2,3,4 유압실(51,52,53,54)과, 회전본체(41)에 형성되며 제1,3 유압실(51,53)과 연통되는 정방향 유로(P1)가 도시되어 있다. 참조하면 제1 유압실(51)에 유체가 공급되고, 정방향 유로(P1)를 통해 유체는 제3 유압실(53)로 이동된다. 이때 제1 유압실(51)에 충진되는 유체의 압력에 의해 제1 베인(42)은 시계방향 즉, 정방향으로 밀려 스토퍼(32)의 일측까지 밀리게 되어 회전본체(41)를 회전시킨다. 또한 회전본체(41)가 회전됨에 따라 회전본체(41)와 연결된 회전축(미도시)이 연동되어 회전된다.

그리고 제1,2 베인(42,43) 및 스토퍼(31,32)에 구비된 가변실링부(60)는 유체가 누수되는 것을 방지하여 유압 손실을 줄이면서도 동시에 마찰력이 작용되어 회전본체(41)의 회전을 방해한다. 그런데 본 발명에서는 유압에 따라 가변실링부(60)의 실링력이 조절됨으로써, 특히 저압의 상태에서 종래 기술 대비 로터리 베인 모터의 효율이 우수하다.

가변실링부(60)의 구성을 더욱 구체적으로 살펴보면, 도 9와 같이 가압실(61), 씨일(62), 판스프링(63), 가압실 유도로(64), 차폐수단(65)으로 구성됨을 알 수 있다. 가압실(61)은 씨일(62)을 수용함과 동시에 씨일(62)을 가압할 수 있도록 유체를 수용하는 공간이 형성된다. 그리고 이 공간에는 씨일(62)의 기본적인 실링력을 제공하도록 씨일(62)을 접촉면으로 가압하는 판스프링(63)이 설치된다. 판스프링(63)은 최소한의 유압에도 누수가 되지 않도록 씨일(62)을 가압하는 정도의 탄성력을 갖고 있다. 한편 유압이 증가되면 증가분에 해당하는 실링력을 씨일(62)이 제공할 수 있도록 가압실 유도로(64)를 통해 유체를 가압실(61)로 유도하여 씨일(62)을 가압한다(도16 참조). 이러한 가압실 유도로(64)는 복수개 형성될 수 있다. 차폐수단(65)은 제1 또는 제3 유압실(51,53)의 유체가 제2 또는 제4 유압실(52,54)로 이동되는 것을 제한하거나, 제2 또는 제4 유압실(52,4)의 유체가 제1 또는 제3 유압실(51,53)로 이동되는 것을 제한하는 구성으로, 도10을 참조하면 유체가 가압실(61)로 유입됨에 따라 가압실(61)의 양측에 연결된 가압실 유도로(64(64a,64b)) 중 어느 하나의 가압실 유도로(64b)를 차단하기 위해 가압실(61)에 설치되는 차단부(67)와, 가압실 유도로(64(64a,64b)) 중 어느 하나의 가압실 유도로(64a)를 통해 유체가 가압실(61)로 유입되면 상기 차단부(67)를 다른 하나의 가압실 유도로(64b)를 차단할 수 있도록 차단부(67)의 이동경로를 가이드하고, 상기 판스프링(63)을 지지하는 가이드부(66)를 포함한다. 여기서 가이드부(66)는 유체가 씨일(62)을 가압할 수 있도록 양측은 가압실(61)의 내벽으로부터 이격되어 있어 유체가 이동될 수 있는 통로를 형성하고 있다.

한편, 가변실링부(60)에 대해 부연하면 가압실(61)에 압력이 형성되기 위해서는 가압실(61)의 상,하부를 밀폐하는 상,하부 씨일(미도시)이 구비될 수 있다. 이러한 상,하부 씨일은 상기 씨일(62)과 일체형으로 구성되거나, 분리형으로 구성될 수 있다.

차폐수단(65)은 가압실 유도로(64(64a,64b))에 구비된 체크밸브(68,69)일 수 있다. 체크밸브(68,69)는 유체를 한 방향으로만 흐르게 하기 때문에 차폐수단(65)으로써 적합하다.

도7의 스토퍼(31)의 가변실링부(60)는 제1,2 베인(42,43)에 구비된 가변실링부(60)와 동일한 구성 및 동일한 작용을 제공한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 로터리 베인 모터
20: 고정자
31,32: 스토퍼
41: 회전본체
42: 제1 베인
43: 제2 베인
60: 가변실링부
61: 가압실
62: 씨일
63: 판스프링
64: 가압실 유도로
65: 차폐수단

Claims (6)

1. 고정자;
   상기 고정자의 내주면에 장착되고 상기 고정자의 중심부 방향으로 돌출되는 한 쌍의 스토퍼;
   상기 고정자의 중심부에 설치되고 상기 스토퍼의 내주면과 접촉되는 회전본체와, 상기 회전본체의 양측으로부터 연장되고 각각의 선단이 상기 고정자의 내주면과 상기 고정자의 내주면과 면접되는 제 1 베인과 제 2 베인을 포함하여 구성되는 회전자;
   상기 스토퍼 및 상기 회전자에 의해 상기 고정자의 내부에 형성되고, 유압력에 의해 상기 회전자를 회전시키도록 적어도 어느 하나 이상으로 유체가 공급되는 제 1 유압실과, 제 2 유압실과, 제 3 유압실과, 제 4 유압실;
   상기 제 1 유압실과 상기 제 3 유압실을 연결하도록 상기 회전본체에 형성되는 정방향 유로;
   상기 제 2 유압실과 상기 제 4 유압실을 연결하도록 상기 회전본체에 형성되되, 상기 회전본체의 길이방향을 따라 상기 정방향 유로와 소정 거리 이상 이격되는 역방향 유로; 및
   상기 제 1 베인과 상기 제 2 베인 및 상기 한 쌍의 스토퍼 각각의 선단부마다 형성되는 가압실과, 각각의 말단이 상기 고정자 또는 상기 회전본체 각각의 내주면에 밀착되도록 상기 각 가압실의 말단마다 설치되는 씨일과, 상기 각 가압실의 내측마다 설치되고 상기 고정자 또는 상기 회전본체 각각의 내주면 방향으로 상기 씨일을 가압하는 판스프링과, 상기 제 1 베인과 상기 제 2 베인 및 상기 한 쌍의 스토퍼 각각에 형성되고 상기 각 유압실 중 상기 각 가압실의 양 측에 구비된 어느 두 개와 상기 가압실의 내측을 연통하는 가압실 유도로와, 상기 가압실의 양 측 방향인 상기 각 가압실 유도로의 양 측마다 적어도 하나 이상 구비되고 체크밸브 구조로 형성되며 상기 유체가 상기 가압실 유도로의 어느 일측으로 유입되면 상기 가압실 유도로의 타측을 단속하는 차폐수단을 포함하여 구성되는 가변실링부; 를 포함하는 것을 특징으로 하며,
   상기 제 1 유압실과 상기 제 3 유압실은 상기 고정자의 중심부를 기준으로 상호 대향하고, 상기 제 2 유압실과 상기 제 4 유압실은 상기 고정자의 중심부를 기준으로 상호 대향하는 것을 특징으로 하는 기본 실링력과 유압에 의한 가변 실링력이 작용되는 통합형 가변 실링부가 구비된 로터리 베인 모터.
   
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