KR102370387B1

KR102370387B1 - 가변 용량 지로터 펌프

Info

Publication number: KR102370387B1
Application number: KR1020200169039A
Authority: KR
Inventors: 장순길
Original assignee: 장순길
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-12-05
Publication date: 2022-03-04
Also published as: KR20210126482A

Abstract

본 발명은 가변 용량 지로터 펌프에 관한 것이다. 본 발명에 의한 가변 용량 지로터 펌프는 종래의 지로터 펌프에서 케이싱 내부에 맞물려 있는 두 기어 중 하나를 축 방향으로 이동하여 두 기어가 맞물리는 폭을 변경하여 회전당 토출량을 조정한다. 이동하는 기어의 일단에는 기어 링, 타단에는 기어 블록이 유체의 누출을 막는다. 또, 기어 블록의 한편에 유압실을 형성하고 유체를 유입하면 토출되는 유체의 압력과 시간당 토출량을 일정한 범위 내에 쉽게 유지할 수 있다. 본 발명에 의한 가변 용량 지로터 펌프의 구조는 그대로 가변 용량 지로터 모터로서 사용 가능하여, 지로터 펌프와 지로터 모터의 특성을 살리면서 가변 용량형을 구현하여 각각 단독으로 사용할 수 있을 뿐 아니라, 무단 변속기와 동력 분배 장치 등에 활용될 수 있다.

Description

가변 용량 지로터 펌프 {VARIABLE DISPLACEMENT GEROTOR PUMP}

유압 펌프 또는 유압 모터는 베인, 피스톤, 기어 등을 사용하여 만들 수가 있으며 서로 다른 특성을 가지고 있다. 기어를 사용하는 유압 펌프와 유압 모터는 구조가 매우 간단하지만 그러한 장점을 가지면서 가변 용량형을 만드는 데에는 어려움이 많았다.

가변 용량형 펌프는 펌프를 구동하는 축의 회전 속도를 변경시키지 않고 회전당 토출량을 조정할 수 있기 때문에 시간당 토출량의 변화를 필요로 할 때에도 사용될 수 있지만 유압도 함께 변경되기 때문에 힘의 조정이 필요한 경우에도 사용될 수 있다.

펌프는 유체를 움직이는 수단이기 때문에 펌프를 구동하는 축의 회전 속도가 일정하지 않아도 시간당 토출량과 토출 펌핑실의 유압을 일정하게 유지시킬 수 있으면 좋은 경우가 있다. 가변 용량형 펌프는 이런 경우에 사용될 수도 있는데 축의 회전 속도 변화에 대해 계속적으로 회전당 토출량을 조절해 줌으로서 가능하다. 그러나 가변 용량형 펌프가 외부에서 계속적으로 회전당 토출량을 조절해 주지 않고도 이러한 기능을 직접 수행할 수 있다면 활용성이 더 높을 것이다.

지로터 펌프는 트로코이드 펌프라고도 불린다. 지로터 펌프는 기어와 기어가 맞물림과 분리를 반복하면서 유체의 흐름을 만들고, 그 유량은 기어와 기어가 맞물리는 폭에 비례하기 때문에 기어와 기어가 맞물리는 폭을 변경할 수 있으면 회전당 토출량도 변경할 수 있게 된다. 기어와 기어가 맞물리는 폭을 변경하는 것은 두 기어를 축 방향으로 서로 반대 방향으로 이동하여 쉽게 달성할 수 있다. 반면, 이렇게 상대적으로 이동한 두 기어로 인해 유체가 원하지 않는 곳으로 새어 나가지 않도록 하는 것이 해결해야 할 문제가 된다. 개시된 종래의 방법들을 살펴보면 구조가 매우 복잡해서 가변 용량 지로터 펌프를 만들기가 몹시 어렵거나, 숨어 있는 문제를 놓치고 해결되지 못했거나, 제조 비용과 유지 비용이 많이 드는 경향이 많았다. 본 발명은 대한민국 공개번호1020140140011과 대한민국 특허 제10-2003107호의 후속 발명이다.

가변 용량 지로터 펌프를 사용하여 펌프를 구동하는 축의 속도에 상관없이 시간당 토출량과 토출 펌핑실의 유압을 일정한 범위 내에서 유지하려고 하면 종래에는 토출 유압을 측정하거나 펌프를 구동하는 축의 속도를 측정하여 가변 용량 지로터 펌프의 회전당 토출량을 적절히 제어하면 가능할 것이다. 토출 펌핑실의 유압을 측정하거나 축의 회전 속도를 측정하고 회전당 토출량을 제어하기 위해서는 해당 센서와 제어 장치의 설치를 필요로 한다. 또는 가변 용량 지로터 펌프의 외부에 유압 실린더와 피스톤 장치를 마련하고, 유압 실린더에 토출된 유체가 유입될 수 있도록 하고, 토출 유압에 따라 피스톤이 움직이도록 한 다음, 피스톤 막대가 가변 용량 지로터 펌프의 회전당 토출량 제어를 담당하도록 설치하면 가능할 수도 있다. 여기에는 외부에 유압 실린더, 피스톤 장치, 및 파이프 연결 등을 필요로 하고, 피스톤 장치가 가변 용량 지로터 펌프의 회전당 토출량을 제어할 수 있도록 하는 장치 등의 설치를 필요로 한다.

US 7,832,997 B2의 가변 용량 지로터 펌프는 기어 링을 사용하지 않고 다른 장치들(passive piston 52, pump cover 28, active piston 36, housing 24)을 사용하는 것이 본 발명과 다르다. US 4,740,142의 가변 용량 외접 기어 펌프, 가변 용량 내접 기어 펌프 및 가변 용량 지로터 펌프는 기어 링을 전혀 사용하지 않는 것이 본 발명과 다르다. US 10344759 Variable displacement oil pump 기어 링 또는 기어 블록을 사용하지 않음. US 10161398 Variable displacement oil pump US 9903367 Variable displacement oil pump US 9850898 Gerotor pump for a vehicle US 9835153 Variable displacement oil pump US RE46294 Variable displacement pump US 9133842 Variable displacement pump US 8684702 Variable displacement pump US 2020/0141406 A1 VARIABLE DISPLACEMENT GEAR PUMP

없음

본 발명의 목적은 지로터 펌프에 있어서 기어를 축 방향으로 이동하여 기어와 기어가 맞물리는 폭을 변경하고, 유체가 누출되지 않는 간단한 방법을 제공하여 가변 용량 지로터 펌프를 만들 수 있게 하는 것이다. 그렇게 함으로서 지로터 펌프의 단순한 구조와 특성을 가변 용량 지로터 펌프에서도 최대한 유지하도록 하는 것이다. 가변 용량 지로터 펌프와 가변 용량 지로터 모터의 구조가 다르지 않으므로 본 발명의 목적은 가변 용량 지로터 모터를 만들 수 있게 하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 목적은 가변 용량 지로터 펌프를 구동하는 축의 회전 속도와 무관하게 토출 펌핑실의 유압과 시간당 토출량을 일정한 범위 내에 유지할 수 있도록 만드는 것이다. 자동차의 크랭크 축과 같이 속도가 큰 폭으로 급격하게 변경되는 일이 잦은 축에 연결하여 사용되는 펌프에서 매우 유용한 특성이 될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 수단을 사용한다.

가변 용량 지로터 펌프는 케이싱 내부에서 한 기어는 내부 기어로서 고정된 자리에서 회전하도록 두고, 맞물려 회전하는 다른 기어는 축 방향으로 이동하여 두 기어가 맞물리는 폭을 변경하여 회전당 토출량을 조정한다. 이동하는 기어가 고정된 기어의 밖으로 내민 일단에는 기어 링, 고정된 기어의 속에 있는 타단에는 기어 블록을 설치하여 유체의 누출을 막는다. 고정된 자리에서 회전하는 기어의 일단에는 유체 구멍을 마련하고 유체 구멍의 밖에 펌핑실과 유체 출입구를 마련한다.

가변 용량 지로터 펌프의 캐이싱 내부에서 고정된 자리에서 회전하는 기어는 기어 블록을 경계로 한쪽 내부에는 이동하는 기어가 있지만, 다른 쪽 내부에는 이동하는 기어가 없고 비어 있게 된다. 이 빈 공간을 그 주위에 있는 고정된 자리에서 회전하는 기어를 실린더로 이용하고, 기어 블록을 피스톤으로 이용하여, 유압에 따라 피스톤이 움직이는 유압 실린더로 이용한다. 또 그렇게 하기 위해 유압 실린더로 유체가 흐를 수 있는 통로를 준비하고, 유압 실린더의 밖으로 유체가 흘러나가지 않도록 유체를 잘 가두어 둔다. 유압 실린더에 유체가 흘러들어 유압이 작용하면 기어 블록과 이동하는 기어가 함께 움직일 수 있고, 이들의 움직임에 따라 회전당 토출량이 감소할 수 있기 때문에 유압 실린더의 반대편에 스프링이 사용될 수도 있다. 이렇게 되면 스프링의 복원력을 조절하여 토출 유압과 시간당 토출량을 일정한 범위 내로 유지할 수 있게 된다.

지로터 펌프 또는 지로터 모터의 단순한 구조에 최소의 변경을 더하여 가변 용량 지로터 펌프 또는 가변 용량 지로터 모터를 만들기 때문에 제작과 유지가 쉽고 비용이 적게 들어 경쟁력이 높을 것이다. 가변 용량 지로터 펌프와 가변 용량 지로터 모터로서 단독으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 둘을 연결하여 무단 변속기, 무단 동력 분배 장치 등에 다양하게 사용될 수 있다. 특히 지로터 펌프의 회전당 토출량은 기어의 지름과 폭에 비례하고 기어의 지름과 폭에는 제한이 없기 때문에 기어의 지름과 폭을 조정하여 회전당 토출량이 큰 지로터 펌프를 만들 수 있고, 본 발명에 의한 가변 용량 지로터 펌프는 0의 값을 포함한 큰 폭의 회전당 토출량 변화가 가능하고, 가변 용량 피스톤 펌프와 비교하여 볼 때 회전당 토출량의 큰 변화에 따르는 기계적인 부담이 전혀 발생하지 않아서 회전당 토출량 또는 유압의 변화가 많은 환경을 포함한 여러 가지 용도로 부담 없이 자유롭게 사용될 수 있다. 또 간단한 변경으로 펌프를 구동하는 축의 회전 속도와 무관하게 토출하는 펌핑실의 유압과 시간당 토출량을 일정한 범위 안에 유지할 수 있도록 할 수 있기 때문에 자동차와 같은 환경에서 사용되면 낮은 속도에서도 토출 펌핑실의 유압과 시간당 토출량을 적정하게 유지할 수 있고, 높은 속도에서도 지나치게 유압이 높아지거나 시간당 토출량이 많아지는 것을 방지할 수 있게 되어서 기계에 무리를 주지 않고 불필요한 에너지 낭비도 줄일 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 가변 용량 지로터 펌프에 사용되는 고정 기어(1), 기어 블록(2), 이동 기어(11), 기어 링(12), 구동 플랜지(5), 이동 기어 축(13), 기어 블록 볼트(15), 너트(16), 구형 와셔(17, 18), 케이싱(21), 기어 링 커버(22), 및 케이싱 커버(23)를 보이고 있다. 고정 기어(1)는 내부 기어이며, 일단에는 유체 구멍(103)이 형성되어 있다. 구동 플랜지(5)는 고정 기어(1)에 접속하여 고정 기어(1)를 회전시키는 역할을 하며, 기어 링(12)은 이동 기어(11)의 겉에서 유체의 누출 없이 좌우로 움직일 수 있으며, 기어 링 커버(22)의 구멍에서 유체의 누출 없이 회전할 수 있다. 기어 블록(2)은 고정 기어(1)의 속에서 유체의 누출 없이 좌우로 움직일 수 있으며, 이동 기어(11)의 측면에 접하여 유체의 누출 없이 좌우로 움직일 수 있다. 케이싱(21)의 일단에는 좌우로 펌핑실(26, 27)이 각각 형성되어 있으며 각 펌핑실(26, 27)에는 유체 출입구(24, 25)가 있다.
그 밖에 유체 구멍(3), 기어 블록 구멍(4), 및 볼트 구멍(14) 등이 보이고 있다.
도 2는 가변 용량 지로터 펌프가 조립되어 있는 상태의 한 단면을 보이고 있다. 도 5의 화살표 47 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다. 구동 플랜지(5)의 내부에 스플라인 기어(6)가 보이고 있다.
도 3은 도 2의 화살표 41 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 4는 도 2의 화살표 42 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 5는 도 2의 화살표 43 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 6은 도 2의 화살표 44 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 7은 도 2의 화살표 45 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 8은 도 2의 화살표 46 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 9는 도 1의 가변 용량 지로터 펌프를 변형하여 2개의 이동 기어(111, 110)와 2개의 기어 링(12, 112)을 사용하는 가변 용량 지로터 펌프를 만든 것을 보인 것으로서, 케이싱(121)에 흡입구와 토출구가 각각 2개씩 있다. 두 토출구의 회전당 토출량의 합이 일정한 가운데 필요에 따라 회전당 토출량이 다르게 분배될 수 있다. 고정 기어(101)의 양단에 유체 구멍(103)이 형성되어 있고, 케이싱(121)의 양단에 같은 형태로 펌핑실(126, 127, 226, 227)이 각각 형성되어 있다.
그 밖에 고정 기어(101), 기어 블록(102), 기어 블록 구멍(104), 제2 이동 기어(110), 이동 기어(111), 제2 기어 링(112), 이동 기어 축(113), 볼트 구멍(114), 제2 이동 기어 축(115), 제2 기어 링 커버(122), 유체 출입구(124, 125), 펌핑실(126, 127), 제2 유체 출입구(224, 225), 및 제2 펌핑실(226, 227) 등을 보이고 있다.
도 10은 도 9의 가변 용량 지로터 펌프에 대해 한 단면을 보이고 있다. 제2 이동 기어 축(115) 내부에 스플라인 기어(106)가 보이고 있다.
도 11은 도 1의 가변 용량 지로터 펌프를 다르게 구성한 것으로서, 구동 플랜지(5)를 없애고 이동 기어(211)를 이동 기어 축(213)에 설치하는 것이 특징이다. 그 밖에 기어 블록(202), 기어 블록 구멍(204), 이동 기어 슬리브(215, 216), 기어 블록 받침판(217), 너트(218), 기어 링 커버(222), 케이싱 커버(223), 및 이동 기어 축 지지 장치(231, 232) 등을 보이고 있다.
이동 기어(211)의 일단에 있는 이동 기어 슬리브(216)에 기어 블록 받침판(217)과 너트(218)를 이용하여 기어 블록(202)이 설치되고, 이동 기어(211)는 스플라인 기어가 형성된 이동 기어 축(213) 위에 설치되고, 이동 기어 축(213)은 이동 기어 축 지지 장치(231, 232)에 의해 지지된다.
도 12는 도 11의 가변 용량 지로터 펌프가 조립된 후의 한 단면을 보여주고 있다.
도 13은 도 9의 가변 용량 지로터 펌프를 다르게 구성한 것으로서, 두 이동 기어(311, 310)가 이동 기어 공동 축(317)에 설치되고, 이동 기어 공동 축(317)은 이동 기어 축(213)에 설치되고, 이동 기어(311), 기어 블록(202), 및 제2 이동 기어(310)가 좌우의 이동 기어 받침판(318)과 너트(218)에 의해 이동 기어 공동 축(317) 위에서 서로 접속을 유지하는 가운데 이동 기어 축(213)의 위에서 좌우로 함께 움직일 수 있도록 된 것이 특징이다.
그 밖에 제2 이동 기어(310), 이동 기어(311), 이동 기어 공동 축 슬리브(315, 316), 제2 기어 링 커버(322), 및 이동 기어 축 지지 장치(332) 등을 보이고 있다.
도 14는 도 13의 가변 용량 지로터 펌프의 조립된 한 단면을 보이고 있다.
도 15는 도 1을 변형하여 토출 펌핑실(326)의 유압과 시간당 토출량을 일정한 범위 안에 유지할 수 있도록 만든 것을 보이고 있다. 도 15의 케이싱(321)은 일단에 있는 토출 펌핑실(326)에서 타단까지 유체 연결 통로(329)가 형성되어 있다. 도 1의 구동 플랜지(5)는 고정 기어(1)에 접속되는 부분의 지름이 고정 기어(1)의 지름과 같고, 막혀 있지 않지만, 도 15의 구동 플랜지(305)는 고정 기어(1)에 접속되는 부분의 지름이 고정 기어(1)의 지름보다 조금 작고, 유체가 흐를 수 있는 유체 연결 통로(330)가 형성되어 있고, 유체를 가둘 수 있도록 막혀 있다.
그 밖에 유체 출입구(324, 325), 펌핌실(326, 327), 스프링(353), 스프링 받침(354), 이동 기어(411), 기어 링(412), 이동 기어 축(413), 볼트 구멍(414), 및 기어 링 커버(422) 등을 보이고 있다.
도 16은 도 15의 가변 용량 지로터 펌프의 조립된 한 단면을 보이고 있다. 케이싱(321)과 구동 플랜지(305)의 사이에 유체 복도(364)가 보이고, 고정 기어(1), 기어 블록(2), 및 구동 플랜지(305)로 둘러싸인 유압실(365)이 보인다.
도 17은 도 11을 변형하여 토출 펌핑실(326)의 유압과 시간당 토출량을 일정한 범위 안에 유지할 수 있도록 만든 것을 보이고 있다. 도 17의 케이싱(321)은 일단에 있는 토출 펌핑실(326)에서 타단까지 유체 연결 통로(329)가 형성되어 있다. 도 11의 케이싱 커버(223)는 막혀 있지 않지만 도 17의 케이싱 커버(423)는 유체를 가둘 수 있도록 막혀 있고, 유체가 흐를 수 있는 유체 연결 통로(430)가 형성되어 있다. 도 11과 달리 도 17의 이동 기어(311)는 이동 기어 공동 축(317)에 설치되고, 이동 기어 공동 축(317)은 이동 기어 축(213)에 설치된다. 이것은 이동 기어(311)를 구동하는 방법이 다양하게 있을 수 있음을 알리고, 그 가능한 변형의 하나를 보여주기 위한 것이다.
그 밖에 이동 기어 축 지지 장치(432)를 보이고 있다.
도 18은 도 17의 가변 용량 지로터 펌프의 조립된 한 단면을 보이고 있다. 고정 기어(1), 기어 블록(202), 및 케이싱 커버(423)로 둘러싸인 유압실(366)이 보인다.

첨부한 도면에 나타난 본 발명의 실시 예를 통해 본 발명의 구체적인 내용을 상세히 설명하도록 한다. 그러나 도면에 나타난 내용으로 본 발명의 내용이 한정되지는 않는다. 특히 중심 축의 형태와 이동 기어와 기어 블록의 접속을 유지시키는 장치들은 여러 가지로 서로 교체 적용과 조합이 가능할 것이다.

지로터 펌프와 지로터 모터는 기본적인 구조가 같다. 지로터 펌프에 대한 설명으로 지로터 모터에 대한 설명을 갈음하고, 가변 용량 지로터 펌프에 대한 설명으로 가변 용량 지로터 모터에 대한 설명을 갈음한다.

도 1에 보인 케이싱(21)의 일단에는 펌핑실(26, 27)이 양쪽으로 하나씩 나뉘어 있고 각 펌핑실(26, 27)에는 유체 출입구(24, 25)가 있다. 그러나 케이싱(21)에 펌핑실(26, 27)이 항상 2개가 있어야 하는 것은 아니다. 케이싱(21)이 유체 속에 잠겨서 사용될 경우에는 펌핑실(26, 27)이 하나로 충분하고 다른 하나는 개방되어 있어도 된다. 케이싱(21)이 유체 속에 잠겨서 사용되고 펌핑실이 하나뿐이고 다른 펌핑실은 개방되어 있는 경우에는 유체를 담고 있는 탱크가 다른 펌핑실이라고 보면 된다. 케이싱(21)에서 유체 출입구(24, 25)가 있는 쪽에 기어 링 커버(22)가 설치되고 그 반대 쪽에 케이싱 커버(23)가 설치된다.

고정 기어(1)와 이동 기어(11)의 치형에는 특별한 제한이 없고, 종래의 지로터 펌프에서 사용되고 있는 여러 치형들이 사용 가능하다. 고정 기어(1)는 내부 기어이고, 이동 기어(11)의 이는 고정 기어(1)의 이에 비해 그 수가 하나 적다. 고정 기어(1)의 일단에는 유체 구멍(3)이 있다. 유체 구멍(3)은 고정 기어(1)의 내부와 케이싱(21)의 펌핑실(26, 27) 사이에 유체가 움직일 수 있는 통로 역할을 한다. 유체 구멍(3)에 대해 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 유체 구멍(3)이 다 가려질 수 있도록 기어 블록(2)을 두껍게 만드는 것이 좋다.

기어 링(12)은 이동 기어(11)의 겉에서 축 방향으로 유체의 누출 없이 움직일 수 있고, 기어 링 커버(22)의 구멍에 내접하여 유체의 누출 없이 회전할 수 있다.

기어 블록(2)은 고정 기어(1)의 속에서 축 방향으로 유체의 누출 없이 움직일 수 있다.

고정 기어(1)와 이동 기어(11)는 케이싱(21) 속에서 이가 맞물리고, 맞물린 이 사이로 유체가 새지 않고, 회전이 가능하다. 고정 기어(1)는 케이싱(21) 속에서 유체의 누출 없이 회전이 가능하고, 축 방향으로 움직이지 못 하고, 이동 기어(11)는 축 방향으로 움직일 수 있다. 고정 기어(1)의 일단에는 구동 플랜지(5)가 설치되고, 타단은 기어 링(12)과 기어 링 커버(22)에 접하여 유체의 누출 없이 회전이 가능하다. 이동 기어(11)의 일단은 기어 블록(2)에 접하여 유체의 누출 없이 회전이 가능하고, 타단은 기어 링(12)을 관통한다.

이동 기어 축(13)에 있는 볼트 구멍(14), 기어 블록(2)에 있는 기어 블록 구멍(4), 기어 블록 볼트(15), 너트(16), 및 구형 와셔(17, 18)를 이용하여 이동 기어(11)와 기어 블록(2)의 접촉면에서 유체가 누출되지 않고 기어 블록(2)이 회전 가능하고 이동 기어(11)와 기어 블록(2)이 함께 축 방향으로 이동 가능하게 둘 사이의 거리가 조정된다. 이동 기어(11)와 기어 블록(2)이 접촉면에서 유체가 누출되지 않고 접촉을 유지하고 함께 축 방향으로 이동할 수 있도록 하는 방법은 기어 블록 볼트(15), 너트(16), 및 구형 와셔(17, 18)를 사용하는 것으로 제한되지 않는다. 예들 들면 케이싱(21)의 밖으로 클램프 형태로 만든 기구를 이용하여 이동 기어 축(13)과 기어 블록(2)을 밀착시킬 수도 있다. 하기 도 11에 사용된 방법이나 도 17에 사용된 방법이 사용될 수도 있다.

도 2는 도 1의 가변 용량 지로터 펌프가 조립된 상태의 한 단면을 보이고 있다. 도 5의 부호 47의 화살표 위치에서 잘라 본 단면이다. 조립과 작동 상태를 더욱 자세히 보이기 위해 부호 41 내지 부호 46의 화살표 위치에서 본 단면을 각각 도 3 내지 도 8에 다시 보이고 있다. 도 2에서 고정 기어(1)와 기어 링(12) 및 기어 링 커버(22)의 사이에 유체의 누출이 없음을 확인할 수 있고, 고정 기어(1)와 이동 기어(11) 및 기어 블록(2)의 사이에 유체의 누출이 없음을 확인할 수 있다.

조립된 가변 용량 지로터 펌프가 펌프로서 작동하기 위해서는 두 기어(1, 11)의 회전이 필요하다. 회전력은 고정 기어(1)에 연결된 구동 플랜지(5)를 통해 외부에서 전달 받은 것이 좋다. 사용자가 손으로 회전시킬 수도 있고, 모터(도시되지 않음)를 달아 회전시킬 수도 있다. 외부에서 회전력을 전달 받은 대신 유체 출입구(24, 25) 중 하나를 통해 높은 압력의 유체를 공급받을 수도 있다. 그럴 경우에는 유압 모터로서 작동하게 된다. 회전력을 전달 받는 최선의 방법은 상황에 따라 다를 수 있다. 이동 기어(11), 기어 링(12), 이동 기어 축(13), 고정 기어(1), 기어 블록(2), 또는 구동 플랜지(5)에 밸트, 체인, 기어 등을 통해 전달될 수 있다.

도 2에서는 고정 기어(1)와 이동 기어(11)의 맞물림 폭이 최대가 되지 못 하고 이동 기어(11)가 왼쪽으로 미끄러져 나와 있음을 볼 수 있다. 유체의 누출 없이 고정 기어(1)와 이동 기어(11)의 맞물림 폭이 변경될 수 있음이 확인된다. 이동 기어(11)가 좌우로 이동할 때에는 이동 기어 축(13)과 기어 블록(2)도 함께 좌우로 이동한다. 이러한 이동을 가능하게 하기 위한 축 이동 수단 또는 제어 장치(도시되지 않음)는 이동 기어 축(13), 기어 블록(2), 이동 기어(11), 기어 블록 볼트(15), 너트(16), 또는 구형 와셔(17, 18) 등에 연결되어 사용될 수 있다.

도 3은 도 2의 화살표 41 위치에서 잘라 본 단면으로, 기어 링 커버(22)의 구멍에 기어 링(12)이 들어 있고, 기어 링(12)에 이동 기어(11)가 끼워져 있는 것을 볼 수 있다. 기어 블록 볼트(15)가 이동 기어 축(13) 속에 보이고 있다. 유체가 새어 나갈 빈 틈이 보이지 않는다.

도 4는 도 2의 화살표 42 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(21)의 내부에 고정 기어(1)가 들어 있고, 고정 기어(1)의 내부에 이동 기어(11)가 들어 있는 것을보이고 있다. 또 고정 기어(1)의 이와 이동 기어(11)의 이가 접하여 여러 유체 이동실(28)들이 형성된 모양을 보이고 있다. 각각의 유체 이동실(28)은 고정 기어(1), 이동 기어(11), 기어 블록(2), 기어 링(12), 및 기어 링 커버(22)로 둘러싸인 공간이다. 고정 기어(1)의 일단에 있는 유체 구멍(3)들이 유체 이동실(28)과 펌핑실(26, 27) 사이의 유체가 흐르는 통로가 되고 있다. 맞물려 있는 고정 기어(1)와 이동 기어(11)의 사이로는 유체가 일절 통과할 수 없다. 고정 기어(1)와 이동 기어(11)가 회전하지 않고 정지해 있으면 두 펌핑실(26, 27)과 여러 유체 이동실(28)에는 유체의 이동이 없다. 외부에서 회전력을 전달 받아 고정 기어(1)와 이동 기어(11)가 오른쪽으로 회전한다면 왼쪽의 유체 이동실(28)들은 용적이 점차 증가하고, 오른쪽의 유체 이동실(28)들은 용적이 점차 감소한다. 그 결과 유체 이동실(28)이 왼쪽 펌핑실(26)에서 오른쪽 펌핑실(27)로 이동할 때 왼쪽 펌핑실(26)의 유체를 유체 이동실(28)에 담아 오른쪽 펌핑실(27)로 이동시킬 것이다. 유체가 유입되는 오른쪽 펌핑실(27)은 압력이 높아져서 유체를 오른쪽 유체 출입구(25)를 통해 토출할 것이고, 유체가 유출되는 왼쪽 펌펑실(26)은 압력이 낮아져서 왼쪽 유체 출입구(24)를 통해 유체를 흡입할 것이다. 이것을 통하여 펌프 작용을 하는 것을 알 수 있다. 만약에 외부에서 전달받은 회전력의 방향이 반대로 바뀐다면 고정 기어(1)와 이동 기어(11)의 회전 방향이 반대로 바뀔 것이고, 유체 이동실(28)의 이동 방향과 유체의 흐름도 반대로 바뀔 것이고, 왼쪽 펌핑실(26)과 유체 출입구(24)는 각각 오른쪽 펌핑실(27)과 유체 출입구(25)와 역할이 서로 바뀌게 될 것이다. 따라서 두 펌핑실(26, 27)은 고정 기어(1)와 이동 기어(11)의 회전 방향에 따라 유체가 토출되는 토출 펌핑실이 되기도 하고 유체가 흡입되는 흡입 펌핑실이 되기도 한다.

도 5는 도 2의 화살표 43 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(21)이 있고, 케이싱(21)의 내부에 고정 기어(1)가 들어 있고, 고정 기어(1)의 내부에 이동 기어(11)가 들어 있고, 고정 기어(1)의 이와 이동 기어(11)의 이가 접하여 여러 유체 이동실(28)들이 형성된 모양을 보이고 있다. 이 위치에서는 고정 기어(1)의 유체 구멍(3)과 케이싱(21)의 펌핑실(26, 27)이 보이지 않는다.

도 6은 도 2의 화살표 44 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(21)이 있고, 케이싱(21)의 내부에 고정 기어(1)가 들어 있고, 고정 기어(1)의 내부에 기어 블록(2)이 끼워져 있고, 기어 블록(2)의 중앙에는 구형 와셔(18)와 기어 블록 볼트(15)가 보이고 있다. 유체가 새어 나갈 빈 틈이 없다.

도 7은 도 2의 화살표 45 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(21)과 그 내부에 들어 있는 고정 기어(1)가 보이고 있다.

도 8은 도 2의 화살표 46 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱 커버(23)와 구동 플랜지(5)가 보이고 있다.

도 2 내지 도 8을 통해 유체가 새지 않는 것을 확인할 수 있으며, 도 4를 통해 기어(1, 11)가 회전하면 유체가 이동하게 되어 펌프 작용을 하게 된다는 것을 알 수 있다. 또 이동 기어 축(13), 이동 기어(11), 또는 기어 블록(2)에 연결된 축 이동 수단 또는 제어 장치(도시되지 않음)에 의해 고정 기어(1)의 내부에서 이동 기어(11), 이동 기어 축(13), 및 기어 블록(2)이 함께 좌우로 이동되면 두 기어(1, 11)가 맞물리는 폭이 변경되고, 기어 블록(2)에서 기어 링(12) 및 기어 링 커버(22) 사이의 거리가 변경되고, 유체 이동실의(28)의 폭이 변경되어, 유체 이동실(28)의 용적이 변경됨을 알 수 있다. 유체 이동실(28)의 용적이 변경되면 외부에서 회전력을 전달 받아 고정 기어(1)와 이동 기어(11)가 오른쪽으로 회전하여 유체 이동실(28)이 왼쪽 펌핑실(26)의 유체를 오른쪽 펌핑실(27)로 이동시킬 때 왼쪽 펌핑실(26)에서 오른쪽 펌핑실(27)로 이동되는 유체의 양이 변경되고, 따라서 왼쪽 유체 출입구(24)를 통해 왼쪽 펌핑실(26)로 통해 흡입되는 유체의 양이 변경되고, 오른쪽 펌핑실(27)에서 오른쪽 유체 출입구(25)를 통해 토출되는 유체의 양이 변경될 것이다. 이로서 고정 기어(1)와 이동 기어(11)가 회전할 때 축 이동 수단 또는 제어 장치(도시되지 않음)로 유체 출입구(24, 25)를 통한 유체의 흡입량과 회전당 토출량이 가변적으로 조정될 수 있는 가변 용량 펌프로 작용하는 것을 확인할 수 있다.

도 9는 도 1 내지 도 8에 보인 가변 용량 지로터 펌프를 변형하여 2개의 이동 기어(111, 110)와 2개의 기어 링(12, 112)을 사용하는 가변 용량 지로터 펌프를 구성하되 두 토출구의 회전당 토출량의 합이 일정한 가운데 필요에 따라 회전당 토출량을 다르게 분배할 수 있도록 하는 가변 용량 지로터 펌프로 만든 것을 보이고 있다. 고정 기어(101)의 양단에는 유체 구멍(103)이 형성되어 있고, 케이싱(121)의 양단에는 유체 출입구(124, 125, 224, 225)가 각각 있고 그 안쪽으로 각각 펌핑실(126, 127, 226, 227)이 있는 것이다. 유체 구멍(103), 볼트 구멍(114, 116), 기어 블록 볼트(15), 및 너트(16)는 도 1에서 보인 것들과 각각 그 역할이 같다. 도 9에 보인 가변 용량 지로터 펌프는 도 1에서 보인 가변 용량 지로터 펌프를 2개 대칭적으로 꾸며서 붙여 놓은 것과 유사한 점이 많다. 따라서 각각 유체의 누출 방지, 펌프로서의 작용, 가변 용량 펌프로서의 작용 등은 도 1 내지 도 8에서 설명한 것과 같아 생략하기로 한다. 회전력은 두 이동 기어 축(113, 115)을 통해 외부에서 전달 받은 것이 좋다. 케이싱(121)의 중간 부분을 잘라내고 고정 기어(101)의 중앙 부분을 케이싱(121)의 밖으로 노출한 뒤에 기어, 밸트, 또는 체인 등을 이용하여 외부에서 고정 기어(101)를 통해 회전력을 전달할 수도 있다. 회전력을 전달 받는 최선의 방법은 상황에 따라 다를 수 있다. 이동 기어(111, 110), 기어 링(12, 112), 이동 기어 축(113, 115), 고정 기어(101)에 밸트, 체인, 기어, 또는 축 등의 연결을 통해 전달될 수도 있다.

이동 기어 축(113, 115)에 있는 볼트 구멍(114, 116), 기어 블록(102)에 있는 기어 블록 구멍(104), 기어 블록 볼트(15), 및 너트(16)를 이용하여 두 이동 기어(111, 110)와 기어 블록(102)의 접촉면에서 유체가 누출되지 않고 셋이 함께 축 방향으로 이동할 수 있게 셋 사이의 거리와 압력이 조정된다. 이때 기어 블록(102)은 고정 기어(101)에 내접하여 두 이동 기어(111, 110)와 회전 속도가 다르고 중심이 일치하지 않기 때문에 기어 블록(102)이 이동 기어(111, 110)에 대해 상대적인 움직임이 발생하는 것을 허용할 수 있도록 해야 한다. 두 이동 기어(111, 110)와 기어 블록(102)이 접촉면에서 유체가 누출되지 않고 접촉을 유지하고 함께 축 방향으로 이동할 수 있도록 하는 방법은 기어 블록 볼트(15)와 너트(16)를 사용하는 것으로 제한되지 않는다. 예들 들면 케이싱(121)의 밖으로 클램프 형태로 만든 기구를 이용하여 두 이동 기어 축(113, 115)을 밀착시킬 수도 있다. 도 13은 다른 방법의 하나를 직접 보여주고 있다. 두 이동 기어 축(113, 115)은 항상 같이 회전하기 때문에 기어 블록 볼트(15)는 도 1의 경우와 같이 비스듬히 경사지지 않고 축 방향과 평행을 유지한다. 대신 기어 블록(102)의 기어 블록 구멍(104)이 조금 더 커지게 된다.

도 10은 도 9의 가변 용량 지로터 펌프에 대해 한 단면을 보이고 있다. 두 이동 기어(111, 110)가 좌우로 이동할 때에는 두 이동 기어 축(113, 115)과 기어 블록(102)도 함께 좌우로 이동한다. 이러한 이동을 가능하게 하기 위한 축 이동 수단 또는 제어 장치(도시되지 않음)는 이동 기어 축(113, 115) 또는 이동 기어(111, 110)에 연결되어 사용될 수 있다.

이동 기어 축(113, 115) 또는 이동 기어(111, 110)에 연결된 축 이동 수단 또는 제어 장치(도시되지 않음)에 의해 케이싱(121)의 내부의 고정 기어(101)의 내부에서 두 이동 기어(111, 110), 두 이동 기어 축(113, 115), 및 기어 블록(102)이 함께 좌우로 이동되면 왼쪽의 두 기어(101, 111)가 맞물리는 폭과 오른쪽의 두 기어(101, 110)가 맞물리는 폭이 변경되고, 양쪽 유체 이동실(28)의 폭이 변경되고, 양쪽 유체 이동실(28)의 용적이 변경되고, 따라서 케이싱(121)의 양단에 있는 유체 출입구에서 토출되는 회전당 토출량이 변경될 것이다. 그런데 왼쪽 두 기어(101, 111)가 맞물리는 폭과 오른쪽 두 기어(101, 110)가 맞물리는 폭의 합은 항상 일정하므로 회전당 토출량의 합은 항상 일정할 수 밖에 없다. 이것을 통해 도 9의 펌프는 필요에 따라 회전당 토출량을 다르게 분배할 수 있는 가변 용량 지로터 펌프가 되는 것을 알 수 있다.

도 11은 도 1에 보인 가변 용량 지로터 펌프의 한 변형을 직접 보인 것으로 펌핑실(26, 27) 내부의 압력이 높은 경우에도 고정 기어(1)와 이동 기어(211) 사이에 비틀림이 발생하지 않도록 하고, 이동 기어(211)를 구동하는 회전축(213)이 이동 기어(211)를 관통하는 구조로 만드는 등, 구동과 관련된 부분을 변경한 것이 특징이다. 도 1에 보인 구동 플랜지(5) 대신 이동 기어 축(213)을 사용하여 이동 기어(211)를 구동하는 것인데, 이동 기어 축(213)을 사용하는 방법도 도 11에 보인 방법으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들면 도 17에는 이동 기어 슬리브(215, 216)가 있는 이동 기어(211) 대신 이동 기어 구멍(314)이 있는 이동 기어(311)와 이동 기어 공동 축 슬리브(315, 316)가 있는 이동 기어 공동 축(317)을 이동 기어 축(213)에 설치하는 방법을 보이고 있는데 이러한 방법이 도 11에서 사용될 수도 있다.

기어 블록(202)은 이동 기어(211)의 일단에 있는 이동 기어 슬리브(216)에 기어 블록 받침판(217)과 너트(218)를 이용하여 설치되어, 이동 기어(211)와 기어 블록(202) 사이의 유체 누출과 고정 기어(1)와 기어 블록(202) 사이의 유체 누출은 막고, 이동 기어(211)에 대해 상대적으로 기어 블록(202)의 회전이 가능한 가운데, 이동 기어(211)와 기어 블록(202)이 고정 기어(1)의 속에서 축 방향으로 함께 이동할 수 있게 된다. 기어 블록 구멍(204)의 지름은 이동 기어 슬리브(216)의 지름보다 크고, 기어 블록(202)의 중심과 이동 기어(211)의 중심이 일치하지 않기 때문에 기어 블록(202)이 사방으로 조금씩 움직일 수 있게 된다.

이동 기어(211)는 이동 기어(211) 또는 이동 기어 슬리브(215, 216)의 내부에 스플라인 기어가 형성되어 있어서, 스플라인 기어가 형성된 이동 기어 축(213)에 설치되어 이동 기어 축(213)과 함께 회전하고 축 방향으로 이동할 수 있다. 이동 기어 축(213)은 양쪽의 이동 기어 축 지지 장치(231, 232)에 의해 지지된다. 이동 기어(211) 또는 이동 기어 슬리브(215, 216)의 내부와 이동 기어 축(213)에 반드시 스플라인 기어가 있어야 하는 것은 아니다. 예를 들면 팔각형 기둥 등 다각형 기둥이나 별 모양 기둥 등 모가 있는 기둥 등으로 될 수도 있다.

도 12는 도 11의 가변 용량 지로터 펌프가 조립된 후의 한 단면도이다. 이동 기어(211)가 고정 기어(1)와 맞물려 있는 가운데 좌우로 움직일 수 있는 것과, 기어 링(12)과 기어 블록(202)에 의해 양쪽으로 유체의 누출이 방지되고 있는 모습을 확인할 수 있다. 두 기어(1, 211)를 회전시키기 위한 회전력은 이동 기어 축(213)을 통해 전달 받는 것이 좋으나 그렇게 제한되는 것은 아니다. 이를테면 고정 기어(1)의 외주에 기어를 형성하고 케이싱(21)의 중간에 외부의 기어가 고정 기어(1)의 외주에 형성된 기어에 맞물릴 수 있는 구멍을 뚫어 둘 수 있다. 회전당 토출량을 조정하기 위한 수단 또는 제어 장치(도시되지 않음)는 이동 기어(211)의 양쪽에 있는 이동 기어 슬리브(215, 216)에 접속하여 이동 기어(211)를 축 방향으로 움직일 수 있다. 도 11 내지 도 12에 보인 가변 용량 지로터 펌프가 펌프 작용을 하는 원리와 회전당 토출량이 가변적으로 조정되는 원리는 도 1에 대한 설명과 같기 때문에 생략하기로 한다.

도 13은 도 9 내지 도 10에 보인 가변 용량 지로터 펌프의 한 변형을 직접 보인 것이다. 주로 도 9의 두 이동 기어(111, 110)의 구동에 관련된 부분들로 두 이동 기어(111, 110), 두 이동 기어 축(113, 115), 기어 블록 볼트(15), 및 너트(16) 등을 도 13의 두 이동 기어(311, 310), 이동 기어 공동 축(317), 이동 기어 축(213), 이동 기어 받침판(318), 및 너트(218) 등으로 변경한 것으로, 구동과 관련하여 다양한 방법이 있을 수 있음을 예를 통해 보인 것이다. 또 분리된 이동 기어 축(213)을 사용하는 방법은 더 많이 있을 수 있고 도 13에 보인 방법으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들면 도 11에는 내부에 스플라인 기어가 있고 이동 기어 슬리브(215, 216)가 양단에 형성된 이동 기어(211)가 사용되고 있는데 이러한 방법이 도 13에서 사용될 수도 있다. 그럴 경우에는 도 11의 이동 기어(211)에서 양단의 이동 기어 슬리브(215, 216) 중 어느 한쪽은 제거하고 다른 한쪽만 있도록 고친 것이 2개 사용되는 것이 좋다.

펌핑실(126, 127), 제2 펌핑실(226, 227), 및 다수의 유체 이동실(28)을 형성하는 것들 중에서 고정 기어(101), 기어 블록(202), 기어 링(12), 제2 기어 링(112), 케이싱(121), 기어 링 커버(222), 및 제2 기어 링 커버(322)에는 의미있는 변경이 없고, 비록 이동 기어(311)와 제2 이동 기어(310)에는 기어의 중심에 있는 이동 기어 축(113, 115) 대신 이동 기어 구멍(314, 313)을 만들고 그 내부에 스플라인 기어가 형성되어 있지만, 펌핑실(126, 127), 제2 펌핑실(226, 227), 및 다수의 유체 이동실(28)에는 변경을 일으키지 않는다. 두 이동 기어(311, 310)의 구동과 관련된 부분으로 더 변경된 것은 양단에 이동 기어 공동 축 슬리브(315, 316)가 있는 이동 기어 공동 축(317), 이동 기어 축(213), 이동 기어 받침판(318), 및 너트(218) 등이 있다. 이러한 변경으로 이동 기어 축(213)을 통해 두 이동 기어(311, 310)를 회전시키고, 이동 기어 공동 축(317)을 통해 두 이동 기어(311, 310)를 축 방향으로 이동시킬 수 있게 되었다.

도 13에 보인 두 이동 기어(311, 310)의 두 이동 기어 구멍(314, 313), 이동 기어 공동 축(317)의 안팎, 및 이동 기어 축(213)에 형성된 스플라인 기어는 다른 수단으로 대체될 수 있다. 예를 들면 팔각형 기둥 등 다각형 기둥이나 별 모양 기둥 등 모가 있는 기둥 등으로 될 수도 있다. 이동 기어 공동 축(317)은 양단에 너트(218)를 사용해야 하는 것은 아니다. 일단에는 너트(218)를 사용하지 않고 볼트 머리처럼 만들고 타단에만 사용할 수도 있다.

도 14는 도 13의 가변 용량 지로터 펌프에 대해 한 단면을 보이고 있다. 두 이동 기어(311, 310)는 이동 기어 공동 축(317) 위에 설치되어 있기 때문에 이동 기어 공동 축(317)과 함께 좌우로 이동된다. 이러한 이동을 가능하게 하기 위한 축 이동 수단 또는 제어 장치(도시되지 않음)는 이동 기어 공동 축 슬리브(315, 316)에 연결되어 사용될 수 있다.

이동 기어 공동 축 슬리브(315, 316)에 연결된 축 이동 수단 또는 제어 장치(도시되지 않음)에 의해 케이싱(121)의 내부의 고정 기어(101)의 내부에서 두 이동 기어(311, 310)와 기어 블록(202)이 함께 좌우로 이동되면 왼쪽의 두 기어(101, 311)가 맞물리는 폭과 오른쪽의 두 기어(101, 310)가 맞물리는 폭이 변경되고, 양쪽 유체 이동실(28)의 폭이 변경되고, 그 용적이 변경됨을 알 수 있다. 따라서 케이싱(121)의 양단에 있는 유체 출입구에서 토출되는 회전당 토출량은 변경될 것이다. 그런데 왼쪽 두 기어(101, 311)가 맞물리는 폭과 오른쪽 두 기어(101, 310)가 맞물리는 폭의 합은 항상 일정하므로 회전당 토출량의 합도 항상 일정하다는 특성을 보일 것이다.

지로터 펌프는 다른 펌프와 같이 입력 회전 축의 회전 속도가 고정되어 있는 경우 단위 시간당 토출량이 고정되고, 입력 회전 축의 토크가 고정되어 있는 경우 유체의 최대 토출 유압이 고정된다. 그리고 가변 용량 지로터 펌프는 다른 가변 용량 펌프와 같이 입력 회전 축의 회전 속도가 고정되어 있는 경우 단위 시간당 토출량이 조절될 수 있고, 입력 회전 축의 토크가 고정되어 있는 경우 유체의 최대 토출 유압이 조절될 수 있다.

본 발명에 의한 가변 용량 지로터 펌프도 입력 회전 축의 속도가 고정되어 있는 경우 단위 시간당 토출량이 조절될 수 있는데, 시간당 토출량이 조절되면 그것으로 유체를 토출하는 펌핑실의 유압도 조절될 수 있다. 자동차의 엔진과 같이 시시각각 회전 속도가 변하는 축에 가변 용량 지로터 펌프가 연결된 경우에도 회전당 토출량 조절을 통하여 시간당 토출량을 일정한 수준으로 맞출 수가 있고 따라서 토출 펌핑실의 유압도 일정한 수준으로 맞출 수가 있는 것이다. 시간당 토출량이 너무 적거나 토출 펌핑실의 압력이 너무 낮아도 문제가 되고, 시간당 토출량이 너무 많거나 토출 펌핑실의 압력이 너무 높아도 문제가 될 수 있다. 유체가 필요한 곳에 제대로 공급이 되지 않거나 기계에 무리를 줄 수 있고 에너지가 낭비될 수 있는 등 여러 가지 문제가 발생할 수 있다.

도 15는 도 1 내지 도 8에 보인 가변 용량 지로터 펌프의 변형으로 구동하는 축의 회전 속도와 무관하게 유체를 토출하는 펌핑실(326)의 유압과 시간당 토출량을 일정한 범위 내에 유지할 수 있도록 만든 가변 용량 지로터 펌프를 보이고 있다. 도 1 내지 도 8에 보인 가변 용량 지로터 펌프와 다른 점에 촛점을 맞추어 설명하는 것을 통해 이중으로 설명하는 것을 피하고 새로운 기능의 구현에 집중할 수 있도록 한다.

도 1의 구동 플랜지(5)는 구동 플랜지(5)를 관통하는 스플라인 축이 형성되어 있고 트이어 있어 유체를 가두지 않지만, 도 15의 구동 플랜지(305)는 유체를 가둘 수 있도록 막혀 있다. 도 16에서 확인할 수 있는 것과 같이 고정 기어(1)와 기어 블록(2)으로 둘러싸이고 이동 기어(411)가 없는 기어 블록(2)의 오른쪽 공간에 유체를 가둘 수 있는 유압실(365)을 설치하기 위한 방법 중의 하나이다. 구동 플랜지(305)가 고정 기어(1)에 접속되는 부분의 지름은 고정 기어(1)의 지름보다 조금 작은데 그것은 구동 플랜지(305)가 고정 기어(1)와 접하는 주변에서 유체가 흐를 수 있는 유체 복도(364)를 형성하는 데에 필요한 공간을 확보하기 위한 것이고, 구동 플랜지(305)에 있는 유체 연결 통로(330)는 유체가 고정 기어(1)의 안팎으로 흐를 수 있도록 하기 위한 것이다. 유체 복도(364)는 도 16에서 쉽게 확인할 수 있다. 구동 플랜지(305)는 반드시 있어야 하는 것은 아니다. 구동 플랜지(305)가 사용되지 않으면 도 17의 케이싱 커버(423)처럼 생긴 것을 사용하여 케이싱(321)의 일단이 막혀 있어도 된다. 유압실(365)을 설치하기 위해 유체를 고정 기어(1)의 내부에서 기어 블록(2)의 오른쪽에 가두는 방법은 다양하고 구동 플랜지(305) 같이 한 가지 방법으로 제한되지 않는다.

도 1의 케이싱(21)은 일단에 서로 분리된 두 펌핑실(26, 27)이 형성되어 있을 뿐인데, 도 15의 케이싱(321)의 일단에는 서로 분리된 두 펌핑실(326, 327)이 있고, 하나의 펌핑실(326)에서 케이싱(321)의 타단으로 유체 연결 통로(329)가 형성되어 있다. 유체 연결 통로(329)는 펌핑실(326)에서 유체 복도(364)까지 유체가 흐를 수 있는 통로가 된다.

이런 경우에 연결된 펌핑실(326)은 유체를 토출하는 토출 펌핑실이어야 하고, 유체 출입구(324)는 유체를 토출하는 출구가 된다. 그러기 위해 고정 기어(1)와 이동 기어(11)는 왼쪽으로 회전하여야 한다. 토출하는 펌핑실(326)과 유체 복도(364) 또는 하기 유압실(365) 사이에 유체를 통하는 방법은 도 15에 보인 유체 연결 통로(329)로 한정되지 않는다. 예를 들어 외부에 호스를 달아 연결할 수도 있는 등 다양하다. 펌핑으로 펌프에서 나간 유체가 펌프로 회수되는 경우에는 회수하는 호수의 끝에 유체 복도(364)를 연결하여 사용될 수도 있다.

두 구동 플랜지(5, 305)의 차이로 인해 도 1에 보인 고정 기어(1)의 내부에서 기어 블록(2)의 오른쪽 공간은 열려 있지만, 도 15의 고정 기어(1)의 내부에서 기어 블록(2)의 오른쪽 공간은 닫혀 있다. 이 공간은 고정 기어(1), 기어 블록(2), 및 구동 플랜지(305)로 둘러싸여 있고, 이 공간에서 유체 복도(364)로 통할 수 있는 통로는 구동 플랜지(305)의 유체 연결 통로(330)이어서, 이 공간은 있는 그대로 하나의 유압실(365)을 형성한다.

유체를 토출하는 펌핑실(326), 유체 연결 통로(329), 유체 복도(364), 및 유압실(365)의 유압은 항상 같이 유지된다.

상기 유압실(365)은 고정 기어(1)가 실린더 역할을 하며, 기어 블록(2)이 피스톤 역할을 하고, 내부의 유압에 따라 기어 블록(2)이 좌우로 움직일 수 있어서, 일종의 유압 실린더와 같고, 고정 기어(1)와 이동 기어(11)가 회전하여 펌핑이 시작되면 기어 블록(2)은 스프링(353)의 복원력, 유압실(365)에서 작용하는 힘, 및 유체 이동실(28)에서 작용하는 힘이 균형을 이루는 지점에 위치하게 될 것이다. 스프링(353)의 모양, 설치 장소, 설치 방법, 복원력을 조정하는 방법 등은 도 15 내지 도 16에 보인 방법으로 제한되지 않는다. 수동으로 복원력을 조정할 수 있게 할 수도 있고, 액추에이터를 사용하여 제어하게 할 수도 있는 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.

도 16은 도 15의 가변 용량 지로터 펌프에 대해 한 단면을 보이고 있다. 고정 기어(1)와 구동 플랜지(305)가 접하는 주변에 형성된 유체 복도(364)와 고정 기어(1) 내부에서 기어 블록(2)의 오른쪽으로 형성된 유압실(365)을 볼 수 있다.

기어 블록(2)의 양쪽에 작용하는 힘을 살펴보면, 기어 블록(2)의 왼쪽은 여러 유체 이동실(28)에 기어 블록(2)의 일부분이 조금씩 노출되고, 기어 블록(2)의 오른쪽은 유압실(365)에 완전히 노출되어 있어서, 유압이 작용하는 면적이 왼쪽보다 오른쪽이 2배 이상 훨씬 넓고, 이것 때문에 왼쪽보다 오른쪽에 작용하는 힘이 세게 된다는 것을 알 수 있다. 좀더 자세히 보자면, 도 5에서 유체 이동실(28)의 단면들을 쉽게 확인할 수 있으며 토출하는 펌핑실 쪽의 유체 이동실(28)은 전체 유체 이동실(28)의 반이기 때문에 토출되는 유체의 유압이 작용하는 면적은 전체 유체 이동실(28)의 단면의 반 밖에 되지 않는다. 반면 도 7에서 확인되는 유압실(365) 쪽의 단면은 기어 블록(2)의 면적 전체이다. 따라서 기어 블록(2)의 양쪽에 작용하는 힘의 세기는 토출되는 유체의 유압의 세기에 비례하여 크지고, 양쪽에 작용하는 힘의 차이는 토출되는 유체의 유압이 높아질수록 더 커지고, 토출되는 유체의 유압이 높아질수록 기어 블록(2)이 기어 링(412)과 기어 링 커버(422)가 있는 쪽으로 더 세게 밀리게 된다.

따라서 기어 블록(2)은 유압이 높을수록 왼쪽으로 이동하려는 경향이 더 강해져서, 유체 이동실(28)의 유압이 기어 블록(2)에 작용하는 힘과 스프링(353)의 복원력의 합이 유압실(365)의 유압이 기어 블록(102)에 작용하는 힘과 균형을 이룰 때까지 기어 블록(2)은 왼쪽으로 이동하게 된다. 기어 블록(2)이 왼쪽으로 이동할수록 회전당 토출량은 점차 줄어들고, 기어 블록(2)이 왼쪽 끝까지 이동하면 토출은 멈추어지고, 토출 펌핑실(326)의 유압은 더 증가하지 않게 된다. 토출 펌핑실(326)의 유압은 유체의 배출과도 연관이 있다. 유체가 낮은 유압에서도 잘 배출되는 경우에는 토출 펌핑실(326)의 유압은 낮게 유지될 것이고, 높은 유압에서도 잘 배출되지 않는 경우에는 토출 펌핑실(326)의 유압은 가능한 최대의 유압까지 올라갈 수 있을 것이다. 기어 블록(2)이 왼쪽으로 이동할수록 회전당 토출량이 점차 줄어듦과 동시에 최대 토출 유압은 증가할 수도 있지만 유체가 멈춰있지 않고 배출이 되고 있는 상황에서 회전당 토출량이 점차 줄어든다면 토출 유압의 증가에 한계가 있고, 유체의 배출이 멈출 경우에도 토출 펌핑실(326)의 유체가 유체 연결 통로(329, 330)를 통해 유압실(365)로 흘러서 유압이 높아질수록 기어 블록(2)이 왼쪽으로 더 이동하여 회전당 토출량이 줄어들고 마침내는 토출이 멈추기 때문에 토출 펌핑실(326)의 유압은 더 증가하지 않게 된다.

따라서 스프링 받침(354)의 위치를 조정하여 스프링(353)의 복원력을 조정하면 구동 플랜지(305)의 회전 속도가 빨라져서 시간당 토출량이 증가하고 토출 유압이 높아질 때에는 압력실(365)의 압력도 증가하여 기어 블록(2)이 왼쪽으로 이동하면서 새로운 균형점을 찾게 되어 시간당 토출량이 도로 줄고 토출 펌핑실(326)의 유압도 낮아지게 되고, 구동 플랜지(305)의 회전 속도가 느려져서 시간당 토출량이 감소하고 토출 펌핑실(326)의 유압이 낮아질 때에는 압력실(365)의 압력도 낮아져서 기어 블록(2)이 오른쪽으로 이동하면서 새로운 균형점을 찾게 되어 시간당 토출량이 도로 늘고 토출 펌핑실(326)의 유압도 높아지게 되어, 스프링 받침(354)의 위치에 따라 시간당 토출량과 토출 펌핑실(326)의 유압이 반응하게 되고 조정된다. 시간당 토출량이 느는데 토출 펌핑실(326)의 유압이 높아진다는 것은 가변 용량 펌프의 특성을 말하는 것이 아니라 토출된 유체가 가두어진 상태에 있는 것이 아니라 배출되고 어딘가 수요처에 공급되고 있을 때 공급량이 증가함으로서 유압이 높아진다는 것을 말한다.

그러므로 도 15 내지 도 16에 보인 가변 용량 지로터 펌프는 스프링(353)의 복원력을 조정하여 토출 펌핑실의 유압과 시간당 토출량을 일정한 범위 내에 유지할 수 있게 된다.

도 17은 도 11 내지 도 12에 보인 가변 용량 지로터 펌프의 변형으로 구동하는 축의 회전 속도와 무관하게 토출 펌핑실(326)의 유압과 시간당 토출량을 일정한 범위 내에 유지할 수 있도록 만든 가변 용량 지로터 펌프를 보이고 있다.

고정 기어(1), 이동 기어(311), 기어 링(12), 기어 블록(202), 이동 기어 받침판(318), 너트(218), 및 기어 링 커버(222) 등에는 의미있는 변경이 없고, 케이싱(321)과 케이싱 커버(423)가 변경되었다. 케이싱(321)에는 일단에 있는 토출 펌핑실(326)에서 타단까지 유체 연결 통로(329)가 형성되어 있다. 토출 펌핑실(326)과 유체 연결 통로(329)의 위치 때문에 두 기어(1, 311)는 왼쪽으로 돌아야 한다. 케이싱 커버(423)는 이동 기어 축(213)이 지나는 이동 기어 축 지지 장치(432)와 유체 연결 통로(430)를 제외하면 유체를 가둘 수 있도록 막혀 있다. 도 18에서 확인할 수 있는 것과 같이 고정 기어(1)와 기어 블록(202)으로 둘러싸이고 이동 기어(311)가 없는 기어 블록(202)의 오른쪽 공간에 유체를 가둘 수 있는 유압실(366)을 설치하기 위한 방법 중의 하나이다. 케이싱 커버(423)에 있는 유체 연결 통로(430)는 케이싱(321)에 있는 유체 연결 통로(329)와 연결되어 유체가 흐를 수 있게 한다. 토출 펌핌실(26)과 하기 유압실(366) 사이에 유체가 통하게 하는 방법은 유체 연결 통로(329, 430)를 사용하는 것으로 제한되지 않는다.

추가적으로 이동 기어(311)의 구동과 관련하여 변경된 것으로 도 13에 사용된 방식이 다시 도입되고 있다. 물론 도 11에 사용된 방법 그대로 이동 기어(211)와 이동 기어 축(213)이 사용될 수도 있고, 이동 기어(211)에서 한쪽의 이동 기어 슬리브(215)를 제거하고 사용될 수도 있지만, 이것은 이동 기어(311)의 구동과 관련하여 다양한 방법이 있을 수 있음을 예를 통해 보이기 위한 것이다. 이동 기어(311)에는 이동 기어 슬리브(215, 216) 대신 이동 기어 구멍(314)을 만들고 그 내부에 스플라인 기어가 형성되어 있고, 양단에 이동 기어 공동 축 슬리브(315, 316)가 있는 이동 기어 공동 축(317)과 이동 기어 축(213)이 사용되었다. 이러한 변경으로 이동 기어 축(213)을 통해 이동 기어(311)를 회전시키고, 이동 기어 공동 축(317)을 통해 이동 기어(311)를 축 방향으로 이동시킬 수 있도록 되었다. 이동 기어(311)의 이동 기어 구멍(314), 이동 기어 공동 축(317)의 안팎, 및 이동 기어 축(213)에 형성된 스플라인 기어는 다른 수단으로 대체될 수 있다. 예를 들면 팔각형 기둥 등 다각형 기둥이나 별 모양 기둥 등 모가 있는 기둥 등으로 될 수도 있다.

도 18은 도 17의 가변 용량 지로터 펌프에 대해 한 단면을 보이고 있다. 고정 기어(1)의 내부에서 기어 블록(202)의 오른쪽에 유압실(366)이 형성된것을 볼 수 있는데, 유압실(366)은 고정 기어(1), 기어 블록(202), 및 케이싱 커버(423)로 둘러싸여 있다.

유체를 토출하는 펌핑실(326), 유체 연결 통로(329, 430), 및 유압실(366)의 유압은 항상 같이 유지된다.

기어 블록(202)의 양쪽에 작용하는 힘, 토출 유압이 높을수록 기어 블록(202)이 왼쪽으로 이동하려는 경향, 스프링(353)의 복원력을 조정하면 기어 블록(202)이 좌우의 힘이 균형을 이루는 새로운 위치로 가서 시간당 토출량과 토출 펌핑실(326)의 유압이 조정되는 것 등은 상기 도 15와 도 16에 대한 설명과 큰 차이점이 없기 때문에 생략한다.

도 17 내지 도 18에 보인 가변 용량 지로터 펌프는 스프링(353)의 복원력을 조정하여 토출 펌핑실의 유압과 시간당 토출량을 일정한 범위 내에 유지할 수 있게 된다.

가변 용량 지로터 펌프는 자동차의 오일 펌프나 에어컨 펌프와 같이 축의 회전 속도가 큰 폭으로 자주 변화하는 환경에서 유체의 흐름을 일정하게 유지하기 위해서 이용될 수 있다. 유량의 변화가 큰 장소에 펌프로서 이용될 수 있다. 무단 동력 분배 장치로서 무한 궤도 차량에서 좌우 바퀴의 회전 중에 서로 속도를 달리하여 방향 전환을 해야 하는 곳에서 이용될 수 있다. 일반적인 자동차에서 좌우 양쪽의 구동 바퀴를 각각의 유압 모터에 연결한다면 자동차의 방향 전환에 따른 좌우 차동을 능동적으로 실현할 수 있다. 유압 장치에서 가변 용량 지로터 펌프는 유량과 유압의 변화를 쉽게 구현할 수 있고, 가변 용량 지로터 모터는 토크의 변화를 쉽게 구현할 수 있다. 이것을 이용하여 무단 변속 장치를 만들 수도 있다.

1: 고정 기어. 2: 기어 블록. 3: 유체 구멍. 4: 기어 블록 구멍. 5: 구동 플랜지. 6: 스플라인 기어. 11: 이동 기어. 12: 기어 링. 13: 이동 기어 축. 14: 볼트 구멍. 15: 기어 블록 볼트. 16: 너트. 17, 18: 구형 와셔. 21: 케이싱. 22: 기어 링 커버. 23: 케이싱 커버. 24, 25: 유체 출입구. 26, 27: 펌핑실. 28: 유체 이동실. 41-47: 잘라서 단면을 보는 위치. 101: 고정 기어. 102: 기어 블록. 103: 유체 구멍. 104: 기어 블록 구멍. 106: 스플라인 기어. 110: 제2 이동 기어. 111: 이동 기어. 112: 제2 기어 링. 113: 이동 기어 축. 114: 볼트 구멍. 115: 제2 이동 기어 축. 116: 볼트 구멍. 121: 케이싱. 122: 제2 기어 링 커버. 124, 125: 유체 출입구. 126, 127: 펌핑실. 202: 기어 블록, 204: 기어 블록 구멍. 211: 이동 기어. 213: 이동 기어 축. 215, 216: 이동 기어 슬리브. 217: 기어 블록 받침판. 218: 너트. 222: 기어 링 커버. 223: 케이싱 커버. 224, 225: 제2 유체 출입구. 226, 227: 제2 펌핑실. 231, 232: 이동 기어 축 지지 장치. 305: 구동 플랜지. 306: 스플라인 기어. 310: 제2 이동 기어. 311: 이동 기어. 313: 제2 이동 기어 구멍. 314: 이동 기어 구멍. 315, 316: 이동 기어 공동 축 슬리브. 317: 이동 기어 공동 축. 318: 이동 기어 받침판. 321: 케이싱. 322: 제2 기어 링 커버. 324, 325: 유체 출입구. 326, 327: 펌핑실. 329: 유체 연결 통로. 330: 유체 연결 통로. 332: 이동 기어 축 지지 장치. 353: 스프링. 354: 스프링 받침. 364: 유체 복도. 365, 366: 유압실. 411: 이동 기어. 412: 기어 링. 413: 이동 기어 축. 414: 볼트 구멍. 422: 기어 링 커버. 423: 케이싱 커버. 430: 유체 연결 통로. 432: 이동 기어 축 지지 장치.

Claims

가변 용량 지로터 펌프에 있어서,
내부 기어로 일단에 유체 구멍이 있고 고정된 자리에서 회전하는 고정 기어;
상기 고정 기어에 유체의 누출 없이 맞물리며 상기 고정 기어보다 톱니가 하나 적고 축 방향으로 이동이 가능한 이동 기어;
상기 이동 기어의 겉에서 유체의 누출 없이 축 방향으로 이동 가능한 기어 링;
상기 고정 기어의 속에서 유체의 누출 없이 축 방향으로 이동 가능한 기어 블록;
상기 고정 기어가 내부에서 유체의 누출 없이 회전 가능하고, 일단에 유체 출입구가 있는 펌핑실이 적어도 하나 있는 케이싱; 및
상기 기어 링이 유체의 누출 없이 회전하는 구멍이 있는 기어 링 커버;를 포함하되, 상기 고정 기어는 상기 케이싱의 내부에 설치되고, 상기 이동 기어는 상기 고정 기어의 내부에 설치되고, 상기 케이싱의 일단에 상기 기어 링 커버가 설치되고, 상기 기어 링은 상기 기어 링 커버의 구멍 내부에 설치되고, 상기 기어 블록은 상기 고정 기어 내부에 설치되고, 상기 이동 기어의 일단은 상기 기어 블록에 유체의 누출 없이 접하고, 타단은 상기 기어 링을 관통하여 설치되고, 상기 고정 기어의 일단은 상기 기어 링 커버와 상기 기어 링에 유체의 누출 없이 접한다;는 것을 특징으로 하는 가변 용량 지로터 펌프.
가변 용량 지로터 펌프에 있어서,
내부 기어로 양단에 유체 구멍이 있고 고정된 자리에서 회전하는 고정 기어;
상기 고정 기어에 유체의 누출 없이 맞물리며 상기 고정 기어보다 톱니가 하나 적고 축 방향으로 이동 가능한 이동 기어 2개;
상기 두 이동 기어의 겉에서 각각 유체의 누출 없이 축 방향으로 이동 가능한 기어 링 2개;
상기 고정 기어의 속에서 유체의 누출 없이 축 방향으로 이동 가능한 기어 블록;
상기 고정 기어가 내부에서 유체의 누출 없이 회전 가능하고, 양단에 유체 출입구가 있는 펌핑실이 각각 적어도 하나 있는 케이싱; 및
상기 두 기어 링이 각각 유체의 누출 없이 회전하는 구멍이 있는 기어 링 커버 2개;를 포함하되, 상기 고정 기어는 상기 케이싱의 내부에 설치되고, 상기 두 이동 기어는 상기 고정 기어의 내부에 설치되고, 상기 두 기어 링 커버는 각각 상기 케이싱의 양단에 각각 설치되고, 상기 두 기어 링은 각각 상기 두 기어 링 커버의 구멍 내부에 각각 설치되고, 상기 기어 블록은 상기 고정 기어 내부에서 상기 두 이동 기어의 사이에 설치되고, 상기 두 이동 기어의 일단들은 각각 상기 기어 블록에 유체의 누출 없이 접하고, 타단들은 각각 상기 두 기어 링을 각각 관통하여 설치되고, 상기 고정 기어의 양단은 각각 상기 두 기어 링 커버와 상기 두 기어 링에 각각 유체의 누출 없이 접한다;는 것을 특징으로 하는 가변 용량 지로터 펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 고정 기어와 상기 기어 블록으로 둘러싸이고 상기 이동 기어가 없는 공간에 유압실이 설치된다;는 것을 특징으로 하는 가변 용량 지로터 펌프.