KR102147797B1 - 액시얼 피스톤 타입 에어모터 - Google Patents

액시얼 피스톤 타입 에어모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액시얼 피스톤 타입 에어모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축공기를 이용하여 피스톤을 왕복운동시킴으로써 동력을 발생시키는 액시얼 피스톤 타입 에어모터에 관한 것이다.
본 발명의 액시얼 피스톤 타입 에어모터는, 내부 공간을 갖는 하우징; 상기 하우징에 회전가능하게 설치되는 회전축; 상기 회전축과 함께 회전가능하도록 상기 하우징 내부에 설치되고, 복수의 실린더를 갖는 회전블록; 상기 하우징 내부에 설치되고, 상기 회전블록을 향하는 일면이 캠프로파일로 형성되는 캠부재; 일단이 상기 캠프로파일에 의해 지지되어 상기 실린더 내부에서 왕복운동하면서 상기 회전축을 중심으로 회전하는 피스톤; 및 상기 실린더로 압축공기를 전달하는 흡입포트와 상기 실린더로부터 압축공기를 회수하는 토출포트가 형성되고, 상기 하우징과 결합하는 커버블록을 포함하며, 상기 캠프로파일의 표면에는 안내홈이 형성되고, 상기 피스톤의 일단에는 상기 안내홈을 따라 이동하는 롤러가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

액시얼 피스톤 타입 에어모터{Axial piston type air motor}
본 발명은 액시얼 피스톤 타입 에어모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축공기를 이용하여 피스톤을 왕복운동시킴으로써 동력을 발생시키는 액시얼 피스톤 타입 에어모터에 관한 것이다.
산업계에서 모터의 대부분은 전기에 의해 구동된다. 이와 같이 전기에 의해 구동되는 모터들은 이의 회전 구동축의 전단에 필요에 따른 기어가 구비된다. 이러한 기어는 각종의 기계장치에 동력이 직접 전달되게 하거나 벨트 등의 매개 수단에 의해 동력이 전달되게 한다.
전기에 의해 구동되는 모터 외에, 산업계에서는 에어 그라인더(air grinder)와 같이 에어(air)에 의해 구동되는 공구들이 존재한다. 이러한 에어그라인더와 같이 에어에 의해 작동되는 공구들은 에어컴푸레셔와 같은 에어 공급 수단에 의해 공급되는 에어의 힘에 의해 작동되는 구조를 채택하고 있다.
한편, 펌프 또는 모터의 일반적인 구조로서 액시얼 피스톤 타입이 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 액시얼 피스톤 타입 펌프 또는 모터는, 베어링이 삽입 설치된 하우징(1)과, 흡입포트(12)와 토출포트(11)가 구비된 커버(10)와, 상기 하우징 내에서 회전 가능한 구동축(2)과 소정의 경사각을 갖는 경사판(3)과, 상기 경사판에 설치되어 회전되는 실린더블록(6)과, 상기 실린더블록 내에 형성된 적어도 하나 이상의 중공 피스톤(5)을 구비함에 따라, 상기 피스톤이 복동되면서 흡입행정과 토출행정을 교호적으로 수행한다.
그리고 상기 피스톤단부의 내부는 구형으로 형성되고, 흡입행정과 토출행정시 상기 실린더블록과 상기 피스톤 사이의 마찰을 줄이기 위해서 상기 실린더블록 내면에 부시(8)가 구비된다.
대한민국 등록실용신안공보 제20-0373965호(2005.01.21.) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0108483호(2011.10.06.)
본 발명은 압축공기를 이용하여 효과적으로 동력을 발생시킬 수 있고, 여러 기계나 장치의 작동시에 부수적으로 발생하는 압축공기를 활용하여 추가적인 동력을 생산할 수 있는 액시얼 피스톤 타입 에어모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 액시얼 피스톤 타입 에어모터는, 내부 공간을 갖는 하우징; 상기 하우징에 회전가능하게 설치되는 회전축; 상기 회전축과 함께 회전가능하도록 상기 하우징 내부에 설치되고, 복수의 실린더를 갖는 회전블록; 상기 하우징 내부에 설치되고, 상기 회전블록을 향하는 일면이 캠프로파일로 형성되는 캠부재; 일단이 상기 캠프로파일에 의해 지지되어 상기 실린더 내부에서 왕복운동하면서 상기 회전축을 중심으로 회전하는 피스톤; 및 상기 실린더로 압축공기를 전달하는 흡입포트와 상기 실린더로부터 압축공기를 회수하는 토출포트가 형성되고, 상기 하우징과 결합하는 커버블록을 포함하며, 상기 캠프로파일의 표면에는 안내홈이 형성되고, 상기 피스톤의 일단에는 상기 안내홈을 따라 이동하는 롤러가 구비된다.
상기 커버블록은, 상기 흡입포트 및 토출포트가 형성되고, 상기 하우징과 결합하는 제1 커버블록과, 압축공기의 유입구 및 배출구가 형성되고, 상기 제1 커버블록과 결합하는 제2 커버블록과, 상기 제1 커버블록과 제2 커버블록 사이에 삽입되어 상기 유입구와 흡입포트, 상기 배출구와 토출포트를 연결하는 유로를 각각 제공하는 에어전달유닛으로 이루어지고,
상기 에어전달유닛은 축방향으로 결합하는 제1 부재와 제2 부재로 이루어지며,
상기 제1 부재의 중심부에는 축방향을 따라 제1 유입로가 형성되고, 상기 제1 부재의 외측에는 상기 유입구와 연결되는 유입홈이 링(ring) 형상으로 형성되며, 상기 제1 부재에는 상기 제1 유입로로부터 수직으로 절곡되어 상기 제1 유입로와 유입홈을 연결하는 제1 수직홀이 형성되고,
상기 제2 부재에는 상기 흡입포트와 연결되어 상기 흡입포트로 압축공기가 전달되도록 하는 에어공급구가 형성되고, 상기 제2 부재의 중심부에는 상기 제1 유입로와 연결되는 제2 유입로가 형성되며, 상기 제2 유입로의 말단에는 상기 제2 유입로로부터 수직으로 절곡되어 상기 제2 유입로와 에어공급구를 연결하는 제2 수직홀이 형성되며, 상기 제2 부재의 어느 일단 방향의 외측에는 상기 배출구와 연결되는 배출홈이 링(ring) 형상으로 형성되고, 상기 제2 부재의 다른 일단 방향의 외측에는 상기 토출포트와 연결되어 상기 토출포트로부터 압축공기를 전달받는 에어회수구가 형성되며, 상기 제2 부재의 외측에는 상기 에어회수구와 배출홈을 연결하는 배출로가 형성된다.
상기 제1 커버블록과 제2 커버블록은 탈착가능하게 결합되고, 상기 에어전달유닛은 상기 에어공급구와 에어회수구의 위치를 변경할 수 있다.
상기 실린더 내벽에는 상기 피스톤의 회전을 방지하기 위한 가이드핀이 돌출형성되고, 상기 피스톤의 외측에는 상기 가이드핀이 삽입되는 슬라이드홈이 형성될 수 있다.
상기 실린더 내부에는 상기 피스톤을 상기 캠프로파일 방향으로 지지하여 상기 롤러와 캠프로파일의 접촉상태를 유지하기 위한 스프링이 구비될 수 있다.
본 발명의 액시얼 피스톤 타입 에어모터는 압축공기를 이용하여 효과적으로 동력을 발생시킬 수 있고, 여러 기계나 장치의 작동시에 부수적으로 발생하는 압축공기를 활용하여 추가적인 동력을 생산함으로써 에너지효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 액시얼 피스톤 타입 펌프 및 모터의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액시얼 피스톤 타입 에어모터의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 캠부재의 안내홈 및 피스톤의 롤러를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흡입포트 및 토출포트를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에어전달유닛의 일방향 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에어전달유닛의 타방향 사시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에어전달유닛의 분리상태를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실린더와 피스톤 구조를 나타낸 단면도.
이하, 본 발명은 첨부된 예시 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다. 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 액시얼 피스톤 타입 에어모터는 크게 동력발생부분과 에어전달부분으로 구분할 수 있다.
동력발생부분은 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(110), 캠부재(120), 회전블록(130), 피스톤(142), 회전축(150)으로 구성된다. 캠부재(120), 회전블록(130), 피스톤(142)은 하우징(110) 내부에 설치된다.
캠부재(120)는 대략 원판형상으로 형성되고, 회전블록(130)을 향하는 일면이 캠프로파일로 형성된다. 즉 캠부재(120)의 일면은 회전블록(130)으로부터의 거리가 점점 가까워지도록 돌출된 볼록부와 반대로 회전블록(130)으로부터의 거리가 점점 멀어지도록 함몰된 오목부로 구분할 수 있다. 이러한 캠프로파일의 표면에는 안내홈(121)이 형성된다. 안내홈(121)은 캠프로파일을 따라 형성되어 회전블록(130)을 향해 높낮이 차이가 있는 원형고리형상으로 형성된다.
회전블록(130)은 하우징(110) 내부에 회전가능하게 설치되며 캠부재(120)로부터 일정간격 떨어져 위치한다. 이러한 회전블록(130)에는 복수의 실린더(131)가 형성된다. 복수의 실린더(131)에는 피스톤(142)이 각각 삽입된다. 피스톤(142)의 일단에는 롤러(141)가 장착된다. 즉 피스톤(142)의 일단에 장착되는 롤러(141)는 안내홈(121)으로 삽입되고, 피스톤(142)의 타단은 실린더(131) 내로 삽입된다. 이러한 피스톤(142)은 실린더(131) 내에서 왕복운동하면서 회전축(150)을 중심으로 회전하게 된다. 이때, 롤러(141)는 안내홈(121)을 따라 이동하게 된다. 이와 같이 피스톤(142)이 회전축(150)을 중심으로 회전함에 따라 회전블록(130)이 회전축(150)과 함께 회전하게 된다.
에어전달부분은 제1 커버블록(210), 제2 커버블록(220) 및 에어전달유닛(300)으로 구성된다.
제1 커버블록(210)은 하우징(110)과 결합한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 커버블록(210)에는 실린더(131)와 연통되는 흡입포트(211) 및 토출포트(212)가 형성된다. 제1 커버블록(210)은 필요에 따라 분리할 수 있도록 탈착가능한 구조로 이루어진다. 제2 커버블록(220)은 제1 커버블록(210)과 결합한다.
제2 커버블록(220)에는 압축공기의 유입구(221) 및 배출구(222)가 형성된다. 제1 커버블록(210)과 제2 커버블록(220)은 탈착가능한 구조로 이루어져 제1 커버블록(210)과 제2 커버블록(220) 사이에 에어전달유닛(300)을 삽입하거나 분리하여 교체할 수 있다. 에어전달유닛(300)은 제1 커버블록(210)과 제2 커버블록(220) 사이에 삽입되어 유입구(221)와 흡입포트(211), 배출구(222)와 토출포트(212)를 연결하는 유로를 각각 제공한다. 이러한 에어전달유닛(300)의 조립방향에 따라 회전축(150)의 회전방향이 달라질 수 있다.
구체적으로 상기 에어전달유닛(300)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 서로 축방향으로 결합하는 제1 부재(310)와 제2 부재(320)로 이루어진다.
제1 부재(310)에는 중심부에 축방향을 따라 길게 제1 유입로(311)가 형성된다. 제1 유입로(311)는 제2 부재(320)를 향하는 방향으로 개방되어 있다. 그리고 제1 부재(310)의 외측에는 유입구(221)와 연결되는 유입홈(312)이 링(ring) 형상으로 형성된다. 유입홈(312)은 제1 부재(310) 외측에 링(ring) 형상으로 형성됨으로써 제1 부재(310)의 조립방향과 무관하게 항상 유입구(221)와 연결된다. 그리고 제1 부재(310)에는 제1 유입로(311)와 유입홈(312)을 연결하는 제1 수직홀(313)이 형성된다. 이에 따라 유입구(221)로부터 공급되는 압축공기는 유입홈(312), 제1 수직홀(313)을 통해 제1 유입로(311)로 이동하게 된다.
제2 부재(320)에는 흡입포트(211)로 압축공기가 전달되도록 흡입포트(211)와 연통되는 에어공급구(322)가 형성된다. 그리고 제2 부재(320)에는 중심부에 제1 유입로(311)와 연결되는 제2 유입로(321)가 축방향을 따라 길게 형성되고, 제2 유입로(321)의 말단에는 제2 유입로(321)로부터 수직절곡되어 제2 유입로(321)와 에어공급구(322)를 연결하는 제2 수직홀(326)이 형성된다. 또한, 제2 부재(320)의 어느 일단의 외측에는 배출구(222)와 연결되는 배출홈(323)이 링(ring) 형상으로 형성된다. 배출홈(323)은 제2 부재(320) 외측에 링(ring) 형상으로 형성됨으로써 제2 부재(320)의 조립방향과 무관하게 항상 배출구(222)와 연결된다. 그리고 제2 부재(320)의 다른 일단의 외측에는 에어회수구(324)가 형성된다. 에어회수구(324)는 토출포트(212)와 연통된다. 그리고 제2 부재(320)의 외측에는 배출홈(323)과 에어회수구(324)를 연결하는 배출로(325)가 형성된다.
상술한 구성의 제1 부재(310)와 제2 부재(320)의 축방향 결합시, 제1 유입로(311)와 제2 유입로(321)가 연결됨으로써 유입구(221)로부터 흡입포트(211)로 연결되는 압축공기의 공급을 위한 유로가 형성된다. 흡입포트(211)로 전달된 압축공기는 흡입포트(211) 측에 위치한 실린더(131) 내부의 피스톤(142)을 캠부재(120)를 향해 가압하고, 캠부재(120)의 일면에 형성된 캠프로파일에 의해 피스톤(142)이 회전하게 된다. 즉 흡입포트(211)를 통해 여러 피스톤(142) 중 캠프로파일의 볼록부에 위치한 피스톤(142)으로 압축공기가 공급되어 피스톤(142)이 가압되면, 피스톤(142)에 장착되어 있는 롤러(141)가 안내홈(121)을 따라 캠프로파일의 오목부로 이동하게 된다.
동시에 나머지 피스톤(142)은 캠프로파일의 오목부에서 볼록부로 이동하면서 실린더(131) 내부의 압축공기를 토출포트(212)로 토출시킨다. 토출포트(212)로 토출되는 압축공기는 제2 부재(320)의 표면에 형성된 에어회수구(324), 배출로(325) 및 배출홈(323)을 통해 배출구(222)로 배출된다.
전술한 에어전달유닛(300)은 도 7에 도시된 바와 같이 제1 커버블록(210)과 제2 커버블록(220)을 분리한 후 위치를 조절하여 에어공급구(322)와 에어회수구(324)의 위치를 변경할 수 있다. 이때, 흡입포트(211)와 토출포트(212)의 역할이 바뀌게 되어 회전축(150)의 회전방향이 변경된다. 따라서 필요에 따라 압축공기의 공급방향을 바꿔 회전축(150)의 회전방향을 변경할 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 실린더(131) 내벽에 가이드핀(132)을 형성하고, 피스톤(142)의 외측에 슬라이드홈(143)을 형성할 수 있다. 실린더(131) 내벽에 가이드핀(132)이 돌출형성되고, 피스톤(142)에 형성된 슬라이드홈(143)에 가이드핀(132)이 삽입됨으로써, 실린더(131) 내부에서 왕복운동하는 피스톤(142)의 회전을 방지할 수 있다. 피스톤(142)의 일단에는 롤러(141)가 장착되며, 이러한 롤러(141)는 안내홈(121)을 따라 이동하게 된다. 그러나 피스톤(142)이 회전할 경우 롤러(141)의 방향이 틀어져 안내홈(121)을 이탈할 수 있기 때문에, 가이드핀(132) 및 슬라이드홈(143)에 의해 피스톤(142)의 회전을 구속하여 롤러(141)가 안내홈(121)을 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실린더(131) 내부에는 피스톤(142)을 캠부재(120)의 캠프로파일 방향으로 지지하여 롤러(141)와 캠프로파일의 접촉상태를 유지하기 위한 스프링(133)이 구비될 수 있다. 피스톤(142)은 캠부재(120)와 구조적, 기계적으로 구속되어 있는 상태가 아니기 때문에, 피스톤(142)이 실린더(131) 내부에서 왕복운동할 때 스프링(133)의 탄성력에 의해 피스톤(142)의 롤러(141)가 안내홈(121)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다. 스프링(133)의 탄성력은 피스톤(142)을 가압하는 압축공기의 압력에 비해 매우 작기 때문에 피스톤(142)의 왕복운동을 방해하지 않는다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 하우징, 120 : 캠부재,
121 : 안내홈, 130 : 회전블록,
131 : 실린더, 132 : 가이드핀,
133 : 스프링, 141 : 롤러,
142 : 피스톤, 143 : 슬라이드홈,
150 : 회전축, 210 : 제1 커버블록,
211 : 흡입포트, 212 : 토출포트,
220 : 제2 커버블록, 221 : 흡입구,
222 : 배출구, 300 : 에어전달유닛,
310 : 제1 부재, 311 : 제1 유입로,
312 : 유입홈, 313 : 제1 수직홀,
320 : 제2 부재, 321 : 제2 유입로,
322 : 에어공급구, 323 : 배출홈,
324 : 에어회수구, 325 : 배출로,
326 : 제2 수직홀,

Claims (5)

  1. 내부 공간을 갖는 하우징; 상기 하우징에 회전가능하게 설치되는 회전축; 상기 회전축과 함께 회전가능하도록 상기 하우징 내부에 설치되고, 복수의 실린더를 갖는 회전블록; 상기 하우징 내부에 설치되고, 상기 회전블록을 향하는 일면이 캠프로파일로 형성되는 캠부재; 일단이 상기 캠프로파일에 의해 지지되어 상기 실린더 내부에서 왕복운동하면서 상기 회전축을 중심으로 회전하는 피스톤; 및 상기 실린더로 압축공기를 전달하는 흡입포트와 상기 실린더로부터 압축공기를 회수하는 토출포트가 형성되고, 상기 하우징과 결합하는 커버블록을 포함하며,
    상기 캠프로파일의 표면에는 안내홈이 형성되고, 상기 피스톤의 일단에는 상기 안내홈을 따라 이동하는 롤러가 구비되되,
    상기 커버블록은, 상기 흡입포트 및 토출포트가 형성되고, 상기 하우징과 결합하는 제1 커버블록과, 압축공기의 유입구 및 배출구가 형성되고, 상기 제1 커버블록과 결합하는 제2 커버블록과, 상기 제1 커버블록과 제2 커버블록 사이에 삽입되어 상기 유입구와 흡입포트, 상기 배출구와 토출포트를 연결하는 유로를 각각 제공하는 에어전달유닛으로 이루어지고,
    상기 에어전달유닛은 축방향으로 결합하는 제1 부재와 제2 부재로 이루어지며,
    상기 제1 부재의 중심부에는 축방향을 따라 제1 유입로가 형성되고, 상기 제1 부재의 외측에는 상기 유입구와 연결되는 유입홈이 링(ring) 형상으로 형성되며, 상기 제1 부재에는 상기 제1 유입로로부터 수직으로 절곡되어 상기 제1 유입로와 유입홈을 연결하는 제1 수직홀이 형성되고,
    상기 제2 부재에는 상기 흡입포트와 연결되어 상기 흡입포트로 압축공기가 전달되도록 하는 에어공급구가 형성되고, 상기 제2 부재의 중심부에는 상기 제1 유입로와 연결되는 제2 유입로가 형성되며, 상기 제2 유입로의 말단에는 상기 제2 유입로로부터 수직으로 절곡되어 상기 제2 유입로와 에어공급구를 연결하는 제2 수직홀이 형성되며, 상기 제2 부재의 어느 일단 방향의 외측에는 상기 배출구와 연결되는 배출홈이 링(ring) 형상으로 형성되고, 상기 제2 부재의 다른 일단 방향의 외측에는 상기 토출포트와 연결되어 상기 토출포트로부터 압축공기를 전달받는 에어회수구가 형성되며, 상기 제2 부재의 외측에는 상기 에어회수구와 배출홈을 연결하는 배출로가 형성되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 타입 에어모터.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 커버블록과 제2 커버블록은 탈착가능하게 결합되고, 상기 에어전달유닛은 상기 에어공급구와 에어회수구의 위치를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 타입 에어모터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더 내벽에는 상기 피스톤의 회전을 방지하기 위한 가이드핀이 돌출형성되고, 상기 피스톤의 외측에는 상기 가이드핀이 삽입되는 슬라이드홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 타입 에어모터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더 내부에는 상기 피스톤을 상기 캠프로파일 방향으로 지지하여 상기 롤러와 캠프로파일의 접촉상태를 유지하기 위한 스프링이 구비되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 타입 에어모터.
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