KR102547613B1

KR102547613B1 - 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프

Info

Publication number: KR102547613B1
Application number: KR1020210153083A
Authority: KR
Inventors: 주도재; 김민기
Original assignee: 영신정공주식회사
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2023-06-27
Also published as: KR20230067219A

Abstract

본 발명은 복수의 베인이 구비된 로터 회전 시 동압차에 의한 강제 흐름을 이용하여 로터의 회전축 결합부위에 윤활용 유체를 공급 순환시킬 수 있도록 한 가변 베인 펌프에 관한 것이다.

Description

회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프{VARIABLE VANE PUMP WITH SHAFT LUBRICATION STRUCTURE}

본 발명은 복수의 베인이 구비된 로터 회전 시 동압차에 의한 강제 흐름을 이용하여 로터의 회전축 결합부위에 윤활용 유체를 공급 순환시킬 수 있는 가변 베인 펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 리타더 시스템(Retarder system)은 보조 브레이크 시스템으로, 차량의 감속 및 제동을 보조한다. 이러한 리타더 시스템은 기존 마찰식 브레이크의 과열을 방지하고, 소모품 유지비용 절감 등의 장점이 있다.

차량의 제동력은 리타더 임펠러부의 유체내 회전운동 및 유체 반력 등 제동토크로 형성되는데, 운행 상황에 맞는 적정 제동력 제어(항속, 감속 등)를 위해 임펠러부에 공급되거나 잔류하는 유체량의 제어가 필요하다. 이러한 유체량 제어를 위해 가변 베인 펌프가 적용된다.

가변 베인 펌프는 오일 등의 유체(이하 '유체'라 약칭함)의 토출량과 압력을 가변하며, 그에 따라 고속 RPM 영역(고온 영역)에서 불필요한 펌프의 부하를 줄일 수 있고, 연료 소모를 줄일 수 있다.

구체적으로, 가변 베인 펌프는 하우징과, 상기 하우징 내에 피봇핀(pivot pin)을 중심으로 소정각도 선회 가능하게 설치되는 아우터링과, 상기 아웃터링에 탄성 복원력을 제공하는 탄성부재와, 아웃터링의 내부에 설치되는 로터와, 상기 로터의 외주에 방사상으로 이동 가능하게 설치되는 복수의 베인과, 상기 하우징을 밀폐하는 커버를 포함할 수 있다.

이 경우 상기 베인은 아우터링의 내측면과 로터의 외주면 사이에 형성된 오일 챔버를 복수로 구획한다. 이러한 베인은 크랭크 샤프트와 연결된 구동축에 의해 회전하는 로터와 일체로 회전함으로써 챔버의 용적을 변화시킬 수 있다.

또한 상기 하우징 내측면에는 로터 회전축 결합홈부가 구비되고, 결합홈부 내에 결합되는 로터 회전축의 외주면에는 회전에 따른 마모를 방지할 수 있도록 롤러 베어링이나 저널 베어링 등이 적용될 수 있다.

그러나 종래의 가변 용량 펌프는 상기 베어링에 윤활 유체를 공급해주는 구조가 마련되어 있지 않다. 이에 따라 로터의 회전 시 베어링 접촉부위에 마모를 유발할 수 있으며, 이로 인해 펌프의 내구력 저감 및 연비 악화를 초래할 수 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2021-0091850호(공개일: 2021.07.23.)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 복수의 베인이 구비된 로터 회전 시 동압차에 의한 강제 흐름을 이용하여 로터의 회전축 결합부위에 윤활용 유체를 공급 순환시킬 수 있도록 한 가변 베인 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 회전축 윤활구조를 가진 베인 펌프는, 내부 수용공간으로 유체가 유입 및 배출될 수 있도록 흡입구와 토출구가 구비되는 하우징; 상기 하우징 내에 피봇핀을 중심으로 소정각도 선회 가능하게 설치되는 아웃터링; 상기 아웃터링을 탄성 지지해주는 탄성부재; 상기 아웃터링 내에 회전 가능하게 결합되는 로터; 및 상기 로터의 외주면에 방사상으로 이동 가능하게 결합되어 일체로 회전되며, 상기 아웃터링 내주면과 로터 외주면 사이의 챔버를 구획해주는 복수의 베인;을 포함하되, 상기 하우징의 내주면에는, 상기 베인의 회전 시 동압차에 의한 강제 흐름을 이용하여 상기 유체 중 일부를 상기 로터의 회전축이 결합된 결합홈부 내에 순환 공급할 수 있도록 형성되는 윤활홈부;를 포함할 수 있다.

이 경우 상기 윤활홈부는, 상기 베인의 회전 방향을 따라 형성된 상기 토출구의 유로 끝 지점에 상기 결합홈부와 연결되도록 형성되어, 상기 결합홈부 내에 유체를 공급해주는 유입홈; 및 상기 베인의 회전 반대방향을 따라 상기 유입홈과 소정각도 이격된 상기 토출구의 유로 시작 지점에 상기 결합홈부와 연결되도록 형성되어, 상기 결합홈부 내에 공급된 유체를 다시 상기 챔버로 유출시켜주는 유출홈;을 포함할 수 있다.

또한 상기 유입홈은 상기 결합홈부의 상부 테두리에 연결되고, 상기 유출홈은 상기 결합홈부의 하부 바닥면에 연결된 것을 포함할 수 있다.

또한 상기 유입홈은, 상기 결합홈부를 기준으로 상기 토출구의 유로 끝 지점에서 상기 베인의 회전 반대방향으로 80° 이내 구간에 형성되고, 상기 유출홈은, 상기 결합홈부를 기준으로 상기 토출구의 유로 시작 지점에서 상기 베인의 회전 방향으로 40° 이내 구간에 형성될 수 있다.

또한 상기 유입홈과 유출홈은, 상기 구간 내에 복수 개가 소정각도 이격되게 배치될 수 있다.

또한 상기 유입홈은, 상기 베인의 회전 반대방향을 향해 상기 베인과 5 ~ 20° 어긋나게 형성될 수 있다.

또한 상기 윤활홈부는, 0.8 ~ 1㎜의 폭과, 0.5 ~ 1㎜의 깊이로 형성될 수 있다.

또한 상기 유입홈은, 상기 결합홈부 측으로 하향 경사지게 형성될 수 있다.

이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프는, 복수의 베인이 구비된 로터 회전 시 동압차에 의한 강제 흐름을 이용하여 로터의 회전축 결합부위에 윤활용 유체를 공급 순환시켜줄 수 있다.

이에 따라 상기 로터를 원활하게 회전시켜 펌프 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 상기 회전축 결합부위에 구비된 롤러 베어링이나 저널 베어링 등의 접촉부위가 마모되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프의 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프의 내부구성도,
도 4는 본 발명에 따른 하우징 내주면의 윤활홈부를 보여주는 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 하우징의 평면도,
도 6은 도 5의 I-I'선 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 유입홈의 다른 실시예를 보여주는 부분확대도,
도 8은 본 발명에 따른 유입홈의 배치 각도를 보여주는 평면도,
도 9는 본 발명에 따른 윤활홈부의 다른 실시예를 보여주는 평면도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프의 분해사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 가변 베인 펌프(1)는, 내부 수용공간으로 유체가 유입 및 배출될 수 있도록 흡입구(101)와 토출구(103)가 구비되는 하우징(100)과, 상기 하우징(100) 내에 피봇핀(210)을 중심으로 소정각도 선회 가능하게 설치되는 아웃터링(200)과, 상기 아웃터링(200)을 탄성 지지해주는 탄성부재(300)와, 상기 아웃터링(200) 내에 회전 가능하게 결합되는 로터(400)와, 상기 로터(400)의 외주면에 방사상으로 이동 가능하게 결합되어 일체로 회전되며 아웃터링(200) 내주면과 로터(400) 외주면 사이의 챔버(C)를 구획해주는 복수의 베인(500)을 포함할 수 있다.

이 경우 본 발명에서는 상기 흡입구(101)와 토출구(103)가 일측이 개구된 하우징(100)(도 3 참조) 내에 구비된 경우의 일례를 들어 도시하고 설명하였으나 이에 한정되지 않으며, 상기 흡입구(101)와 토출구(103)는 하우징(100)의 개구에 설치되는 커버 또는 상대물에 구비된 경우로 변경 적용될 수 있다.

이러한 가변 베인 펌프(1)의 구성은 공지된 기술과 동일함에 따라 이에 대한 자세한 작동 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는 본 발명의 특징부라 할 수 있는 로터(400)의 회전축(410) 결합부위에 적용된 윤활을 위한 유체 공급 구조에 대하여 중점적으로 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프(1)는, 베인(500)의 회전 시 동압차에 의한 강제 흐름을 이용하여 하우징(100) 내부를 통과하는 유체 중 일부를 로터(400)의 회전축(410)이 베어링(411)을 매개로 회전 가능하게 결합된 결합홈부(105) 내에 순환 공급할 수 있도록 하우징(100)의 내주면에 형성되는 윤활홈부(110)(도 4 참조)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 4를 참조하면, 상기 윤활홈부(110)는 유체를 결합홈부(105) 내에 유입해주는 유입홈(111)과, 결합홈부(105) 내에 유입된 유체를 다시 챔버(C)(도 3 참조)로 유출시키는 유출홈(113)을 포함할 수 있다.

이 경우 상기 유입홈(111)은 베인(500)의 회전 방향(도면에서 반시계 방향)을 따라 형성된 토출구(103)의 유로 끝 지점(103a)에 결합홈부(105)와 연결되도록 소정길이로 형성되어, 상기 결합홈부(105) 내에 유체를 공급해줄 수 있다.

그리고 상기 유출홈(113)은 베인(500)의 회전 반대방향(도면에서 시계 방향)을 따라 유입홈(111)과 소정각도 이격된 토출구(103)의 유로 시작 지점(103b)에 결합홈부(105)와 연결되도록 소정길이로 형성되어, 상기 결합홈부(105) 내에 공급된 유체를 다시 챔버(C)로 유출시킬 수 있다.

즉 베인(500)의 회전(도 3에서 반시계 방향)에 따른 유체 동압(Fluid dynamic pressure)은 토출구(102)의 유로 끝 지점(103a)이 시작 지점(103b)보다 높다. 이에 따라 상기 유입홈(111)은 토출구(103)의 유로 끝 지점(103a)에 형성되는 것이 바람직하다.

도 5를 참조하면, 상기 유입홈(111)은 결합홈부(105)를 기준으로 토출구(103)의 유로 끝 지점(103a)에서 상기 베인(500)의 회전 반대방향으로 80° 이내 구간(A)에 형성될 수 있다.

그리고 상기 유출홈(113)은 결합홈부(105)를 기준으로 토출구(103)의 유로 시작 지점(103b)에서 상기 베인(500)의 회전 방향으로 40° 이내 구간(B)에 형성될 수 있다.

즉 상기 유입홈(111)이 구간(A)을 벗어난 위치에 배치되거나, 상기 유출홈(113)이 구간(B)를 벗어난 위치에 배치되는 경우 유체 동압차를 효율적으로 이용하는 것이 불가능하다.

또한 상기 윤활홈부(110)는 0.8 ~ 1㎜의 폭과, 0.5 ~ 1㎜의 깊이로 형성되는 것이 바람직하다. 즉 상기 윤활홈부(110)가 0.8 ~ 1㎜의 폭과, 0.5 ~ 1㎜의 깊이를 벗어나게 형성되는 경우도 역시 유체 동압차를 효율적으로 이용할 수 없다.

도 6을 참조하면, 상기 유입홈(111)은 결합홈부(105)의 상부테두리(105a)에 연결되고, 상기 유출홈(113)은 결합홈부(105)의 하부바닥면(105b)에 연결될 수 있다. 이에 따라 베인(500)의 회전 시 유입홈(111)을 통해 공급되는 유체가 결합홈부(105)와 회전축(410) 사이의 상, 하부 틈새에 골고루 퍼지도록 할 수 있다.

그리고 상기 결합홈부(105) 내로 공급되는 유체는 압력에 의해 결합홈부(105)의 하부 바닥면(105b)에 연결된 유출홈(113)을 따라 챔버(C)로 다시 유출될 수 있다.

즉 상기 결합홈부(105)에 연결되는 유입홈(111)과 유출홈(113)이 결합홈부(105)의 상, 하측에 위치하도록 이격 형성함에 따라, 결합홈부(105) 내부 전체에 유체를 원활하게 순환시킬 수 있다.

도 7을 참조하면, 다른 실시예로 상기 유입홈(111)은 결합홈부(105) 측으로 하향 경사지게 형성될 수 있다. 이에 따라 유체 동압차를 이용함과 아울러, 경사진 유입홈(111)의 구조를 통해 결합홈부(105) 내에 유체를 원활하게 공급할 수 있다. 이 경우 본 발명에서 상기 유입홈(111)의 하향 경사진 각도는 특별히 한정하지는 않는다.

도 8을 참조하면, 상기 유입홈(111)은 베인(500)의 회전 반대방향을 향해 상기 베인(500)과 소정각도(θ)(일례로 5 ~ 20°) 어긋나게 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 유입홈(111)의 구조가 복수 개로 형성된 베인(500)의 회전 운동에 방해가 되지 않도록 할 수 있다.

즉 유입홈(111)이 베인(500)과 소정각도(5 ~ 20°)로 어긋나게 형성됨에 따라, 상기 베인(500)의 회전 시 유로 끝 지점(103a)과 연결된 유입홈(111)부터 베인(500)이 접촉하기 시작하면서 상기 유입홈(111)의 길이방향을 따라 결합홈부(105) 내측으로 유체를 원활하게 가압 공급해줄 수 있다.

아울러 상기 유출홈(113) 역시 베인(500)의 회전 반대방향을 향해 베인(500)과 소정각도 어긋나게 형성될 수 있다.

도 9를 참조하면, 다른 실시예로, 상기 유입홈(111)과 유출홈(113)은 해당 구간(A, B) 내에 복수 개가 소정각도 이격되게 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 복수의 유입홈(111)과 유출홈(113)을 통해 결합홈부(105) 내에 유체 공급 효율을 높일 수 있다.

이 경우 본 발명에서는 상기 유입홈(111)과 유출홈(113)이 각각 두 개씩 형성된 경우의 일례를 도시하고 설명하였으나 이에 한정되지 않으며, 경우에 따라 다양한 갯수로 변경 적용될 수 있음은 물론이다.

이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프(1)는, 하우징(100) 내에서 복수의 베인(500)이 구비된 로터(400) 회전 시 동압차에 의한 강제 흐름을 이용하여 로터(400)의 회전축(410) 결합부위인 결합홈부(105) 내에 윤활용 유체를 지속적으로 공급 순환시켜줄 수 있다.

이에 따라 상기 로터(400)를 원활하게 회전시켜 펌프 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 상기 회전축(410) 결합부위에 구비된 롤러 베어링이나 저널 베어링 등의 접촉부위가 마모되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 구체적인 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.

1 : 가변 베인 펌프 100 : 하우징
101 : 흡입구 103 : 토출구
103a : 유로 끝 지점 103b : 유로 시작 지점
105 : 결합홈부 105a : 상부테두리
105b : 하부바닥면 110 : 윤활홈부
111 : 유입홈 113 : 유출홈
200 : 아웃터링 210 : 피봇핀
300 : 탄성부재 400 : 로터
410 : 회전축 500 : 베인
C : 챔버

Claims

내부 수용공간으로 유체가 유입 및 배출될 수 있도록 흡입구와 토출구가 구비되는 하우징;
상기 하우징 내에 피봇핀을 중심으로 소정각도 선회 가능하게 설치되는 아웃터링;
상기 아웃터링을 탄성 지지해주는 탄성부재;
상기 아웃터링 내에 회전 가능하게 결합되는 로터; 및
상기 로터의 외주면에 방사상으로 이동 가능하게 결합되어 일체로 회전되며, 상기 아웃터링 내주면과 로터 외주면 사이의 챔버를 구획해주는 복수의 베인;을 포함하며,
상기 하우징의 내주면에는 상기 베인의 회전 시 동압차에 의한 강제 흐름을 이용하여 상기 유체 중 일부를 상기 로터의 회전축이 결합된 결합홈부 내에 순환 공급할 수 있도록 윤활홈부;가 형성되되,
상기 윤활홈부는 상기 베인의 회전 방향을 따라 형성된 상기 토출구의 유로 끝 지점에 상기 결합홈부와 연결되도록 형성되어 상기 결합홈부 내에 유체를 공급하는 유입홈과, 상기 베인의 회전 반대방향을 따라 상기 유입홈과 소정각도 이격된 상기 토출구의 유로 시작 지점에 상기 결합홈부와 연결되도록 형성되어 상기 결합홈부 내에 공급된 유체를 다시 상기 챔버로 유출시키는 유출홈;을 포함하는 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프.
삭제
제1항에 있어서,
상기 유입홈은 상기 결합홈부의 상부 테두리에 연결되고,
상기 유출홈은 상기 결합홈부의 하부 바닥면에 연결된 것을 포함하는 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프.
제1항에 있어서,
상기 유입홈은,
상기 결합홈부를 기준으로 상기 토출구의 유로 끝 지점에서 상기 베인의 회전 반대방향으로 80° 이내 구간에 형성되고,
상기 유출홈은,
상기 결합홈부를 기준으로 상기 토출구의 유로 시작 지점에서 상기 베인의 회전 방향으로 40° 이내 구간에 형성되는 것인 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프.
제4항에 있어서,
상기 유입홈과 유출홈은,
상기 구간 내에 복수 개가 소정각도 이격되게 배치된 것을 포함하는 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프.
제1항에 있어서,
상기 유입홈은,
상기 베인의 회전 반대방향을 향해 상기 베인과 5 ~ 20° 어긋나게 형성되는 것인 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프.
제1항에 있어서,
상기 윤활홈부는,
0.8 ~ 1㎜의 폭과, 0.5 ~ 1㎜의 깊이로 형성되는 것인 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프.
제1항에 있어서,
상기 유입홈은,
상기 결합홈부 측으로 하향 경사지게 형성되는 것인 회전축 윤활구조를 가진 가변 베인 펌프.