KR102706474B1

KR102706474B1 - 가변 유압펌프

Info

Publication number: KR102706474B1
Application number: KR1020210179122A
Authority: KR
Inventors: 유경애
Original assignee: 유경애
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2024-09-12
Anticipated expiration: 2041-12-14
Also published as: KR20230090128A

Abstract

본 발명은 가변 유압펌프를 개시한다. 구체적으로 모터와, 상기 모터의 축에 연동되어 회전 구동되는 구동축과, 상기 구동축을 수용하는 하우징부와, 상기 구동축에 결합되어 회전하는 캠부와, 상기 캠부에 연접하여 펌핑을 수행하는 하나 이상의 플런저부를 포함하는 유압펌프에 있어서, 상기 캠부는 상기 구동축에 소정의 편심각만큼 경사지게 결합되고, 링형상을 이루고 상기 플런저부가 장착되는 플런저가이드부가 상기 하우징부 내에서 상기 구동축의 길이방향을 따라 왕복 이동하면, 상기 플런저부의 피스톤이 상기 캠부의 경사면에 접촉한 상태로 이동하면서 변하는 행정거리에 비례하여 유체의 토출량이 가변되는 것을 특징으로 한다.

Description

가변 유압펌프{Variable hydraulic pump}

본 발명은 유압펌프에 관한 것으로서, 상세하게는 작업에 요구되는 출력힘에 따라 펌프의 압력과 유량이 적절하게 제어되어 펌핑을 수행할 수 있는 가변 유압펌프에 관한 것이다.

유압펌프는 외부에서 공급되는 기계적 에너지를 유압시스템 작동유의 압력에너지로 변환시키는 장치로서, 기어형, 베인형, 회전피스톤형, 왕복피스톤형 등 다양한 방식을 사용하고 있으며 고압의 작동유를 얻기 위해 다양한 구조의 펌프들이 개발되고 있다.

그리고 필요한 힘에 따라 고압이 필요한 곳에 사용되는 고압펌프와 저압이 필요한 곳에 사용되는 저압펌프가 별도로 구비된다.

그러나 유압이 필요한 작업일 경우 일반적으로 초기에 저압이 필요하고 실제 본 작업시 고압이 필요한 경우가 대부분이다.

이때, 저압에서 빠른 속도로 작업하다 고압에서 속도가 느려지면서 큰 힘을 잴 수 있도록 저압과 고압겸용 펌프가 많이 사용된다.

도 1은 종래 고압용 유압펌프를 나타내는 단면도이다.

구체적으로 "회전 동력을 제공하며, 오일이 저장된 오일 탱크 외측에 장착되는 모터; 상기 오일 탱크의 내측에 구비되며, 상기 모터의 구동축(20)이 수용되는 하우징(100); 상기 하우징에 장착되며, 상기 구동축의 회전에 의해 상기 오일 탱크 내부의 오일을 흡입하여 1차 압축하는 저압펌프(200); 상기 하우징의 외측 둘레면에 상기 구동축을 중심으로 방사상으로 다수개가 장착되며, 상기 구동축에 형성된 캠부재()와 연동하여 왕복 운동되는 피스톤에 의해 상기 저압펌프에서 공급되는 오일을 2차 압축하는 고압펌프(300); 상기 하우징의 개구된 상면을 차폐하며, 원형으로 형성되어 상기 다수의 고압펌프 출구와 모두 연통되는 토출유로(410) 및 상기 토출유로와 연통되어 외부로 작동유를 토출하는 토출포트(420)가 형성되는 토출 블럭(400); 상기 하우징의 일측에 구비되며, 상기 토출유로의 압력이 설정압력 이상인 경우 상기 저압펌프에서 1차 압축되는 오일의 일부를 드레인시키는 언로딩 밸브유닛(600); 상기 하우징의 내측에 구비되며, 상기 토출유로와 상기 언로딩 밸브유닛을 연결하여 상기 언로딩 밸브유닛의 동작을 위한 압력을 제공하는 고압유로(640); 상기 하우징의 내측에 형성되며, 상기 저압 펌프에서 토출되는 작동유를 상기 토출 포트측으로 공급하는 제1저압 유로(110)와; 상기 하우징의 내측에 형성되며, 상기 저압펌프에서 토출되는 작동유를 상기 고압펌프측으로 공급하는 제2저압유로(120)와; 상기 하우징의 내측에 형성되며, 상기 저압 펌프에서 토출되는 작동유를 상기 언로딩 밸브유닛으로 공급하는 제3저압 유로(130)를 포함하며, 상기 언로딩 밸브유닛은, 상기 하우징의 내측에 형성되며, 언로딩 피스톤이 왕복이동 할 수 있도록 형성되는 언로딩 밸브유로(630); 상기 언로딩 밸브유로를 개폐하며, 상기 언로딩 피스톤의 일단부를 지지하는 언로딩 체크밸브(610); 상기 언로딩 피스톤의 다른 단부가를 수용하며, 상기 고압유로와 연결되어 작동유의 압력에 따라 상기 언로딩 피스톤을 이동시키는 언로딩 챔버(660)를 포함하여 구성"되는 고압용 유압펌프가 개시되었다.

이러한 종래 유압펌프는 저출력(힘)이지만 작동속도가 빠른 작업을 위해서 저압펌프만을 사용하고, 고출력(힘)이 필요할 때는 작동속도가 느린 고압펌프를 작동하여 사용하는 것이 일반적이다.

그런데 고압펌프의 경우 최대출력보다 작은 출력이 필요한 경우에도 최대출력힘을 사용할 수 밖에 없기 때문에 작동속도는 여전히 느릴 수 밖에 없다.

예를 들어, 도 12에 도시된 그래프는 종래 가변유압펌프의 압력 및 토출유량의 상관그래프이다.

일단, 출력힘은 F = P×A (여기서, F는 출력힘, P는 압력, A는 유압장치 단면적)이고, 유압모터의 마력은 HP = PQ / 450η(여기서, HP는 마력, Q는 토출유량, 450η는 상수)이며, 유속은 V = Q/A (여기서, V는 유속)인 관계에서, 450η을 500이라 가정하면, 저압펌프가 작동하는 경우 압력은 0 ~ 100㎏/㎠ 이고, 이때 유량은 10L/m가 되므로 HP = 2마력의 일을 수행한다.

그리고 속도와 유량은 비례하므로 최대유량에서 속도도 최대가 되어 빠른 작업이 이루어질 수 있다.

만일, 최대출력이 필요한 작업을 수행할 때 저압펌프는 작동이 중단되고, 바로 고압펌프가 작동하게 되면서, 압력이 100 ~ 1000㎏/㎠ 까지 변하더라도 유량은 불연속적으로 급감하여 1L/m로 일정하게 되어 최대 Hp = 2마력의 일을 수행할 수 있다.

이때, 압력이 최대(1000㎏/㎠)일 때 출력힘이 최대가 되어 100%의 일을 수행하게 되지만, 압력과 유량이 반비례 관계이므로 유량은 최소화되고 속도도 최소가 되어 작업속도가 매우 늦어진다.

그런데 최대출력힘이 필요하지 않은 작업을 수행할 경우, 예를 들어, 20% 정도의 힘만 필요할 경우에 압력은 200㎏/㎠로 낮아지더라도 유량은 그대로 1L/m를 유지하게 되어 작업속도는 여전히 느린 상태가 된다.

실제 현장에서 필요한 힘에 따라 출력힘이 다른 유압펌프를 모두 구비하는 것은 힘들기 때문에 하나의 유압펌프로 다양한 출력힘을 공급하는 동시에 각 출력힘에 최대의 작업속도를 제공할 수 있는 유압펌프가 요구된다.

대한민국 등록특허 10-1389690(2014.4.22.) "고압용 유압펌프" 대한민국 등록특허 10-1196946(2012.10.26.) "고압용 유압펌프" 대한민국 공개특허 10-2021-0057597(2021.5.21.) "사판 펌프"

이에 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 작업에 요구되는 출력힘에 따라 압력과 유량이 자동으로 제어될 수 있도록 함으로써 항상 최대의 마력으로 일을 할 수 있는 동시에 더 빠르게 작업을 수행할 수 있는 가변 유압펌프를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변 유압펌프는, 모터와, 상기 모터의 축에 연동되어 회전 구동되는 구동축과, 상기 구동축을 수용하는 하우징부와, 상기 구동축에 결합되어 회전하는 캠부와, 상기 캠부에 연접하여 펌핑을 수행하는 하나 이상의 플런저부를 포함하는 유압펌프에 있어서, 상기 캠부는 상기 구동축에 소정의 편심각만큼 경사지게 결합되고, 링형상을 이루고 상기 플런저부가 장착되는 플런저가이드부가 상기 하우징부 내에서 상기 구동축의 길이방향을 따라 왕복 이동하면, 상기 플런저부의 피스톤이 상기 캠부의 경사면에 접촉한 상태로 이동하면서 변하는 행정거리에 비례하여 유체의 토출량이 가변될 수 있다.

여기서, 상기 캠부는, 상기 구동축에 소정의 편심각만큰 경사지게 결합되는 캠축과, 원통형상을 이루고 상기 캠축의 외주면을 둘러싸면서 상기 플런저의 피스톤 단부가 접촉하는 캠링과, 상기 캠링과 캠축 사이에 구비되는 롤러베어링을 포함하여 이루어질 수 있다.

그리고 상기 플런저부는, 내부에 실린더공이 형성되고 일단에 상기 실린더공과 연통되면서 유체가 흡입되는 흡입공 형성되며 측면에 상기 실린더공과 연통되면서 유체가 토출되는 토출공이 형성되는 실린더몸체와, 상기 실린더공에 삽입되는 피스톤스프링과, 상기 실린더공에 삽입되어 왕복 이동하고 상기 피스톤스프링에 의해 탄성 지지되는 피스톤과, 상기 흡입공을 개폐하는 흡입체크밸브와, 상기 토출공을 개폐하는 토출체크밸브를 포함하여 이루어질 수 있다.

또 상기 플런저가이드부는, 중앙에 상기 구동축과 캠부를 둘러싸도록 원형링 형상으로 이루어지고 상기 하우징부 내에서 왕복 이동하며 전면에 상기 플런저부가 결합되는 가이드링과, 상기 가이드링과 하우징의 단부 사이에 구비되어 상기 가이드링을 탄성지지하는 가이드스프링을 포함하여 이루어지되, 상기 가이드링에는 상기 플런저부에서 토출되는 유체를 상기 하우징부의 외주면에 형성된 배출구로 안내하는 유압로가 형성될 수 있다.

이때, 상기 가이드링의 외주면 일측에 단이진 제1단턱이 형성되고, 상기 하우징부의 내주면 타측에 단이진 제2단턱이 형성되며, 상기 제1단턱과 제2단턱에 의해 형성되는 가변유격이 상기 유압로 및 배출구와 연통되어, 상기 유압로를 통해 유입되는 유체가 상기 가변유격에 채워지면서 상기 가이드링을 전진시킬 수 있다.

상기 배출구과 상기 가이드링의 후면 사이에는 상기 배출구에서 배출되는 유체의 압력을 감소시켜 상기 가이드링에 공급하여 전진시키는 감압수단이 더 구비될수 있다.

상기 감압수단은, 상기 배출구와 연결되어 압력을 감소시키는 감압실린더와, 상기 가이드링의 후면에 삽입되고 상기 감압실린더의 출구와 연결되어 감압된 유체를 공급하여 상기 가이드링을 전진시키는 감압노즐을 포함하는 감압부스터를 사용할 수 있다. 이때, 상기 감압실린더 대신 감압밸브를 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 아래와 같은 효과가 있다.

첫째, 편심각을 가지는 캠부가 회전함으로써 플런저부가 승강하게 되어 펌핑이 수행되되, 플런저부가 캠부의 경사면에 접촉한 상태로 수평 이동함에 따라 플런저부의 상사점과 하사점 사이의 행정거리가 선형적으로 변할 수 있고, 행정거리에 비례하여 유체의 토출량이 연속적으로 가변될 수 있다.

둘째, 고압펌프 작동시 압력과 유량의 곱이 일정하도록 제어되므로 최대출력힘보다 작은 힘이 필요한 작업을 수행할 때 압력이 감소하는 대신 유량이 증가되어 작동속도를 기존에 비해 2 내지 5배까지 증가시킬 수 있다. 이것은 생산성이 크게 향상되는 획기적인 장점이 있다.

셋째, 다양한 크기의 힘이 필요한 경우 종래에는 그 용량에 맞는 펌프가 다수개 필요했으나, 본 발명의 경우 하나의 펌프로 작업에 필요한 크기의 힘을 공급하되, 모터의 최대 마력으로 가동할 수 있으므로 효율이 매우 높다.

도 1은 종래 고압용 유압펌프를 나타내는 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 가변 유압펌프를 나타내는 단면도
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 주요부의 구조를 나타내는 상세도
도 4는 도 3에 도시된 주요부의 분해도
도 5는 도 2에 도시된 주요부의 단면도
도 6은 도 4에 도시된 플런저부와 플런저가이드부의 분해단면도
도 7은 본 발명의 하우징부와 가이드링의 접촉면을 확대한 확대단면도
도 8은 본 발명의 다른 실시 예를 따른 가변 유압펌프를 나타내는 단면도
도 9는 본 발명의 작동상태도
도 10은 본 발명의 캠부가 180°회전하고 플런저부가 이동하는 상태를 나타내는 작동개념도

이하, 본 발명에 따른 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

참고로, 도면을 참조한 설명은 본 발명을 더 쉽게 이해하기 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 가변 유압펌프를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 크게, 모터(100), 구동축(120), 하우징부(200), 캠부(300), 플런저부(400), 플런저가이드부(500)로 구성될 수 있다.

먼저, 모터(100), 구동축(120) 및 하우징부(200)에 대해 설명한다.

상기 모터(100)는 상기 하우징부(200)의 일측에 결합되고, 모터축(110)에 상기 구동축(120)이 축결합되어 회전 구동된다.

이때, 상기 구동축(120)은 상기 하우징부(200) 내부에 수용된 상태로 회전한다.

그리고 상기 하우징부(200)는 개폐할 수 있도록 본체(210)와, 상기 본체(210)를 덮는 커버(220)로 구성될 수 있다.

또 상기 본체(210)의 측면에 펌핑된 유체가 배출될 수 있는 하나 이상의 배출구(211)가 형성된다. 상기 배출구(211)는 2방향 또는 4방향에 형성될 수 있다.

상기 하우징부(200)의 하단에는 저압펌프(700)가 부착되어 상기 하우징부(200) 내부에 저압으로 유체(오일)를 공급하여 저압펌프로 일을 하거나, 오일을 공급해줄 수 있다.

다음으로 도 3 내지 5을 함께 참조하여 상기 캠부에 대해 설명한다. 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 주요부의 구조를 나타내는 상세도이고, 도 4는 도 3에 도시된 주요부의 분해도이고, 도 5는 도 2에 도시된 주요부의 단면도를 나타낸다.

상기 캠부(300)는 상기 구동축(120)에 경사지게 결합되어 상기 플런저부(400)가 펌핑하도록 작동시키되, 상기 플런저부(400)의 위치에 따라 다른 행정거리(stroke)로 작동시키도록 유도하는 편심축이다.

상기 캠부(300)는 캠축(310), 캠링(320) 및 롤러베어링(330)으로 구현할 수 있다.

상기 캠축(310)은 원형단면을 가지는 원형축 형상이고 일단이 상기 구동축(120)에 소정의 편심각(E)을 두고 경사지게 결합되고, 타단은 상기 하우징부(200)의 커버(220) 내측에 구비된 베어링(B)에 결합된 아이들축(340)에 회전 가능하게 결합된다.

구체적으로 상기 구동축(120)은 상기 캠축(310)보다 직경이 더 크고 단부에 경사면(121)이 형성된다. 그리고 상기 경사면(121)에 상기 캠축(310)의 일단이 결합된다.

또 상기 아이들축(340)의 단부에도 상기 캠축(310)이 경사지게 결합되도록 쐐기 형상의 경사블럭(341)이 결합될 수 있다.

여기서, 중요한 것은 상기 구동축(120)과 아이들축(340)의 축심은 일치해야 한다.

따라서, 상기 구동축(120)과 아이들축(340)의 축심을 잇는 직선과 상기 캠축(310)의 축심을 지나는 직선이 이루는 각이 편심각(E)이 되며 상기 편심각(E)은 대략 5 ~ 10°정도가 될 수 있다. 본 발명에서는 상기 편심각(E)을 6.5°로 설계한 실시 예를 나타낸다. (도 10 참조)

상기 캠축(310)의 외주면에는 원통형상의 캠링(320)이 둘러싸도록 구비된다.

상기 캠링(320)은 상기 플런저부(400)의 피스톤(420)이 직접 접촉하는 구성으로서 슬라이딩이 용이하도록 매끄러운 가지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 캠링(320)과 캠축(310) 사이에는 롤러베어링(330)이 삽입된다. 즉, 상기 롤러베어링(330)의 내륜은 상기 캠축(310)에 결합되고, 외륜은 상기 캠링(320)에 결합된다.

따라서, 상기 롤러베어링(330)에 의해 상기 캠축(310)이 회전하더라도 상기 캠링(320)은 아이들(idle) 상태가 되어 회전하지 않는다.

중요한 것은 상기 편심각(E) 때문에 상기 캠부(300)의 전방으로 갈수록 편심반경(R)이 작아지게 된다.

다음으로 도 6을 함께 참조하여 상기 플런저부에 대해 설명한다. 도 6은 도 4에 도시된 플런저부와 플런저가이드부의 분해사시도를 나타낸다.

상기 플런저부(400)는 상기 캠부(300)의 캠링(320)에 접촉한 상태로 상기 하우징부(200) 내부의 유체를 펌핑하여 상기 하우징부(200)의 배출구(211)를 통해 배출시킨다.

즉, 상기 플런저부(400)는 상기 배출구(211)의 수와 대응되어 하나 이상이 구비될 수 있다. 상기 배출구(211)가 상기 본체(210)의 12, 3, 6, 9시 방향에 각각 설치되는 경우 상기 플런저부(400)도 동일한 위치에 각각 1개씩 총 4개가 구비될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 플런저부는 3 ~ 8개 정도 구비될 수 있다.

구체적으로 상기 플런저부(400)는 실린더몸체(410), 피스톤(420), 피스톤스프링(430), 흡입체크밸브(440), 토출체크밸브(450)로 구현될 수 있다.

상기 실린더몸체(410)는 유체의 흡입 및 토출이 발생하는 공간을 제공하는 것으로, 중앙 내부에 일정 깊이의 실린더공(411)이 형성되고 일단에 유체가 흡입될 수 있는 흡입공(412)이 형성되어 상기 실린더공(411)과 연통된다.

그리고 상기 실린더몸체(410)의 측면에 유체가 토출되는 토출공(413)이 형성되어 상기 실린더공(411)과 연통된다.

상기 실린더공(411)에는 코일스프링 형상의 피스톤스프링(430)이 삽입되어 일단이 상기 실린더공(411)의 바닥에 의해 지지된다.

또 상기 실린더공(411)에는 피스톤(420)이 삽입되어 왕복 슬라이딩 이동할 수 있는데, 상기 피스톤(420)은 상기 피스톤스프링(430)에 의해 탄성 지지된다. 이때, 상기 피스톤(420)에 스프링홀(421)이 형성되어 상기 피스톤스프링(430)이 상기 스프링홀(421)에 삽입된 상태로 탄성 지지할 수 있다.

그리고 상기 피스톤(420)의 외측 단부에는 반구형상의 접촉구(422)가 형성되어 상기 캠링(320)의 외주면에 점접촉하여 상기 캠부(300)의 편심회전에 연동될 수 있다.

상기 흡입공(412)에는 흡입체크밸브(440)가 내설되고, 상기 토출공(413)에는 토출체크밸브(450)가 내설될 수 있다.

상기 흡입체크밸브(440)는 흡입볼(441)과 흡입스프링(442)로 구성되고, 상기 토출체크밸브(450)는 토출볼(451)과 토출스프링(452)으로 구성될 수 있다.

다시 말해서, 상기 흡입체크밸브(440)는 상기 흡입공(412)의 내측부터 상기 흡입스프링(442)과 흡입볼(441)이 차례로 내설되어 유체가 상기 흡입될 때만 개방되도록 작동한다.

그리고 상기 토출체크밸브(450)는 상기 토출공(413)을 상기 토출볼(451)이 막도록 구비되고 상기 플런저가이드부(500)에 내설되는 상기 토출스프링(452)이 상기 토출볼(451)을 탄성 지지하여 유체가 상기 토출공(413)을 통해 토출될 때만 개방되도록 작동한다.

따라서, 상기 캠부(300)가 편심회전하면 상기 캠링(320)에 접촉하고 있는 상기 피스톤(420)이 승강하게 되면서 상기 흡입공(412)을 통해 상기 실린더공(411) 내부에 유체가 흡입된 후 상기 토출공(413)을 통해 토출되는 과정이 반복된다.

다음으로 상기 플런저가이드부(500)에 대해 설명한다.

상기 플런저가이드부(500)는 상기 플런저부(400)를 수평으로 왕복 이동시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 플런저가이드부(500)는 가이드링(510), 가이드스프링(520)을 포함해서 구성될 수 있다.

상기 가이드링(510)은 도넛 또는 원형링 형상으로 이루어지고 상기 하우징부(200)의 내부에 수용되고 외주면이 상기 하우징부(200)의 내주면에 밀착된 상태로 길이방향을 따라 이동할 수 있다. 이때, 상기 가이드링(510)의 중앙을 상기 구동축(120)과 캠부(300)가 통과하게 된다.

그리고 상기 가이드링(510)의 전면에 상기 플런저부(400)가 결합된다. 이때, 상기 플런저부(400)의 토출공(413)이 상기 가이드링(510)의 전면과 마주하도록 결합된다.

또 상기 가이드링(510)의 내부에는 전면과 외주면을 연통시키는 유압로(511)가 'ㄴ'형상으로 형성되고, 상기 유압로(511)의 입구는 상기 토출공(413)과 연통된다. 이때, 상기 유압로(511)의 입구에 상기 토출스프링(452)이 삽입되어 상기 토출공(413)을 막는 토출볼(451)을 탄성 지지할 수 있다.

상기 유압로(511)를 통과한 유체는 상기 배출구(211)로 안내되어 배출될 수 있다.

바람직한 것은 상기 유압로(511)는 상기 플런저부(400)의 수와 대응되는 수만큼 형성되고, 상술한 바와 같이 12, 3, 6, 9시 방향에 형성될 수 있으나 이에 ㅎ한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 유압로(511)의 사이 사이에는 상기 가이드스프링(520)이 삽입될 수 있는 스프링홈(512)이 형성된다.

한편, 상기 가이드스프링(520)의 일단은 상기 스프링홈(512)에 삽입되고, 타단은 상기 하우징부(200)의 커버(220) 내측에 삽입된다. 상기 가이드스프링(520)은 압축코일스프링을 사용할 수 있다.

따라서, 상기 가이드링(510)은 전진했다가 상기 가이드스프링(520)의 탄성력에 의해 후진하여 복귀될 수 있다.

다시 말해서, 상기 가이드링(510)은 상기 가이드스프링(520)에 의해 후진하여 상기 모터 측에 근접하게 위치했다가, 내부압력이 높아져 상기 가이드링(510)이 전진하게 되고 이로 인해, 상기 피스톤(420)이 상기 캠부(300)의 전방으로 이동하게 된다.

이때, 상술한 바와 같이 상기 캠부(300)의 전방으로 갈수록 편심반경(R)이 작아지므로 상기 캠부(300)에 접촉하는 상기 피스톤(420)의 행정거리도 줄어들게 되어 펌핑 유량(이하, '토출유량')이 작아진다.

본 발명에서 상기 유압로(511)를 통해 토출되는 유압에 의해 상기 가이드링(510)이 전진할 수 있도록 상기 하우징부(200) 내주면과 상기 가이드링(510)의 외주면 사이에 밀폐된 가변유격(C)이 형성되게 하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 하우징부와 가이드링의 접촉면을 확대한 확대단면도를 나타낸다.

본 발명에서 상기 가이드링(510)의 외주면 일측에 단이진 제1단턱(513)이 형성되고, 상기 하우징부(200)의 내주면 타측에 단이진 제2단턱(212)이 형성된다. 이때, 상기 제1단턱(513)과 제2단턱(212)의 높이는 동일하게 형성될 수 있다.

다시 말해서, 상기 제1단턱(513)을 기준으로 상기 가이드링(510)의 외경이 서로 다르게 형성되어 외경이 상대적으로 더 큰 대외경부와 더 작은 소외경부로 구성되고, 상기 제2단턱(212)을 기준으로 상기 하우징부의 내경이 서로 다르게 형성되어 상대적으로 내경이 더 큰 대내경부와 더 작은 소내경부로 구성된다.

그리고 상기 가이드링(510)의 대외경부와 상기 하우징부(200)의 대내경부가 밀착되고, 상기 가이드링(510)의 소외경부와 상기 하우징부(200)의 소내경부가 밀착됨으로써 상기 제1단턱(513)과 제2단턱(212) 사이에 가변유격(C)이 형성된다.

상기 가변유격(C)은 상기 가이드링(510)의 전후진에 따라 그 부피가 증감할 수 있다.

그리고 상기 가변유격(C)은 일측으로 상기 유압로(511)와 연통되고, 타측으로 상기 배출구(211)와 연통될 수 있다.

따라서, 상기 유압로(511)를 통해 상기 가변유격(C)에 유체가 유입되어 충진되고, 외부와 연통되는 상기 배출구(211)의 압력이 높다면 충진된 유체의 압력에 의해 상기 가이드링(510)이 밀려 전진하게 된다.

이하에서 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기로 한다. 도 8은 본 발명의 다른 실시 예를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 다른 실시 예는 상술한 구조에 감압수단(600)이 더 포함된 구조를 구현할 수 있다.

상기 감압수단(600)은 상기 가변유격(C) 내의 유압이 너무 높아 상기 가이드링(510)의 전진속도가 너무 클때 상기 가변유격(C) 내의 압력을 감소시켜 상기 가이드링(510)의 전진속도를 낮춤으로써 완만하게 전진하도록 제어할 수 있다.

상기 감압수단(600)은 감압부스터(610)를 사용할 수 있다.

다만, 이때는 상기 가변유격(C)이 없는 구조이다. 즉, 상기 제1단턱(513)과 제2단턱(212)이 없이 상기 가이드링(510)의 외주면이 상기 하우징부(200)의 내주면에 완전히 밀착되어 슬라이딩 하는 구조이다.

도 8에 도시된 것을 참조하면, 상기 감압부스터(610)는 상기 배출구(211)와 가이드링(510) 사이에 구비되어 상기 배출구(211)에서 배출되는 유체의 일부를 감압한 후 상기 가이드링(510)의 후면으로 전달하여 상기 가이드링(510)을 밀어 천천히 전진시킬 수 있다.

구체적으로 상기 감압부스터(610)는 감압실린더(611)와 감압노즐(612)을 포함해서 구현될 수 있다.

상기 감압실린더(611)는 상기 배출구(211)에서 배출되는 유체의 고압력에 의해 감압피스톤(611a)이 전진하되, 상기 감압피스톤(611a)의 단면적을 다르게 하여 압력을 하강시킨다.

즉, 상기 감압실린더(611)의 몸체 내부에 소경부(611b)와 대경부(611c)가 형성되게 하고, 상기 감압피스톤(611a)의 일측은 상기 소경부(611b) 내에서 왕복하고, 타측은 상기 대경부(611c) 내에서 왕복하도록 구비된다.

따라서, 상기 배출구(211)에서 배출된 유체가 상기 소경부(611b)로 유입되어 상기 감압피스톤(611a)을 밀면 전진하게 되고 상기 대경부(611c) 내에 있는 유체도 밀려 배출되어 상기 감압실린더(611)와 감압노즐(612)을 연결하는 감압유로(613)를 통해 상기 감압노즐(612)로 공급된다.

이때, 상기 감압실린더(611)의 몸체의 내경이 증가하면서 압력이 낮아진다.

즉, F(힘) = P(압력) × A(대경부 또는 소경부 단면적)의 관계에서, F가 일정할 경우 단면적이 커지면 압력이 감소하게 되기 때문이다.

그리고 상기 감압노즐(612)은 상기 가이드링(510)의 후면에 형성된 감압홀(514)에 삽입되어 상기 감압홀(514) 내부에 유체를 주입, 공급하여 상기 가이드링(510)이 전진하도록 푸싱한다.

상기 감압실린더(611) 대신 감압밸브(미도시)를 달아 같은 기능을 구현할 수 있다. 즉, 상기 감압밸브의 입구와 상기 배출구(211)가 연결되고, 상기 감압밸브의 출구와 상기 감압노즐(612)이 연결되어 같은 기능을 수행할 수 있다. 상기 감압밸브는 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

이하에서 도 9, 10, 11을 함께 참조하여 본 발명의 작동과정을 상세하게 설명하기로 한다. 도 9는 본 발명의 작동상태도를 나타내고, 도 10은 본 발명의 캠부가 180°회전하고 플런저부가 이동하는 상태를 나타내는 작동개념도를 나타내며, 도 11은 유압펌프의 압력과 유량의 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서, 도 11(a)는 종래 유압펌프를 나타내고, 도 11(b)는 본 발명을 나타낸다.

먼저, 상술한 도 3은 저압펌프가 작동하는 상태를 나타낸다. 즉, 최소의 출력힘만 필요한 작업시 상기 저압펌프만 작동하여 빠른 속도로 작업을 수행할 수 있다.

예를 들어, 도 11(b)에 도시된 바를 참조하면, 저압펌프 작동시 압력은 100㎏/㎠ 이하이고, 유량은 최대인 10L/m가 된다. 이때, 속도는 유량에 비례하므로 작동속도도 최대가 된다.

이것은 보통 유압장치에서 큰 힘이 필요없이 빠른 작동속도가 요구되는 경우에 사용될 수 있다. 예를 들어, 유압실린더로 고중량체를 상승시키는 작업을 할 경우에서 유압실린더를 설치하고 로드를 신속하게 전진시켜 중량체까지 도달시킬 때 사용할 수 있다.

참고로 저압펌프만 작동하는 경우 상기 플런저부(400)는 상기 구동축(120) 측에 최근접한 상태이다.

다음으로 실제 큰 힘이 필요한 작업이 수행될 때는 도 9, 10에 도시된 바와 같이 상기 플런저부(400)가 왼쪽에서 오른쪽(구동축에서 멀어지는 방향)으로 이동하게 된다.

예를 들어, 도 11(b)에서 본 발명의 최대출력힘(100%)을 내기 위한 압력이 1000㎏/㎠일 때, 실제 20% 정도의 출력힘만 필요한 경우를 살펴보면, 그래프에서 필요한 압력은 200㎏/㎠이고, 이때의 유량은 5L/m 이다.

이를 위해, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 플런저부(400)의 피스톤(420)이 상사점에 위치한다. 이 상태에서 상기 캠부(300)가 180°회전하면, 상기 피스톤(420)은 하사점에 위치한다.

이때 토출되는 유량은 상사점과 하사점의 간격에 해당되는 행정거리(S1)만큼 토출된다.

즉, 하나의 플런저부(400)에서 1회에 토출되는 양은, A(실린더공의 단면적) × S1(행정거리)에 해당하고, 1회 토출유량(Q1) = A × V1(유속)에 의해 도출된다.

참고로 4개의 플런저부(400)가 있다면 4배하여 총유량(Q1)이 산출될 수 있다. 여기서, 유속은 상기 캠부(300)의 회전속도(RPM)에 의해 구해질 수 있다.

그런데 모터(100)의 HP(마력) = P1(압력)×Q1/450η으로부터 산출되므로, 마력이 일정할 때 압력과 유량은 서로 반비례하는 관계를 가진다.

정리하면, 20% 정도의 출력힘만 필요한 작업의 경우, 압력은 가장 작은 반면 토출유량과 속도는 최대가 될 수 있다.

즉, 도 11에서 (a)와 (b)를 비교하면, 종래에는 20%의 출력힘이 필요한 경우에 1L/m 밖에 토출되지 못했으나, 본 발명의 경우 5L/m가 토출되므로 5배의 토출유량을 공급할 수 있는 동시에 속도도 5배나 빠르게 작동할 수 있는 것이다.

이렇게 토출된 유체는 상기 배출구(211)로 배출되어 유압장치를 종래에 비해 더 빠르게 작동시킨다.

뿐만 아니라 종래에는 유량이 작기 때문에 수행할 수 있는 일의 양(마력)도 줄어들 수 밖에 없지만, 본 발명의 경우 최대 마력을 발휘하게 되므로 모터가 100% 가동되어 최대의 효율을 낼 수 있는 장점이 있다.

다음으로 도 9a에 도시된 바를 참조하여 최대출력힘의 50% 정도가 필요한 작업을 설명한다.

예를 들어, 도 11에서 50% 정도의 출력힘만 필요한 경우를 살펴보면, 그래프에서 필요한 압력은 500㎏/㎠이고, 이때의 유량은 2L/m 이다.

만일, 최대출력힘의 50% 정도 되는 힘이 필요한 경우 상기 배출구(211)에 큰 압력이 걸리게 되므로 유체는 상기 배출구(211)로 배출되지 못하게 되며, 이로 인해 상기 가변유격(C) 내부에 압력이 증가한다.

그래서 상술한 바와 같이 상기 가변유격(C) 내 압력이 증가하면 상기 가이드링(510)은 전진하게 된다. 또는 상기 가변유격(C)이 없는 경우 상기 감압수단(600)을 통해 감압된 유체가 상기 가이드링(510)을 후면에서 밀어 점진적으로 전진시키게 된다.

그런데 상기 가이드링(510)이 전진함에 따라 상기 플런저부(400)가 상기 캠부(300)의 중앙에 도달하게 되면, 이 위치에서 상기 플런저부(400)의 피스톤(420)의 상사점과 하사점의 간격은 S2가 되어 S1보다 작은 행정거리를 가지므로 토출유량도 감소하게 된다.

즉, 상기 플런저부(400)에서 1회에 토출되는 양은, A(실린더공의 단면적) × S2(행정거리)에 해당하고, 1회 토출유량(Q2) = A × V2(유속)에 의해 도출된다.

역시, 유속은 상기 캠부(300)의 회전속도(RPM)에 의해 구해질 수 있다.

그런데 모터(100)의 HP(마력) = P2(압력)×Q2/450η으로부터 산출되므로, 마력이 일정할 때 압력과 유량은 서로 반비례하는 관계를 가진다.

즉, 50% 정도의 출력힘이 요구될 때 압력은 증가하나 토출유량은 감소한 상태로 상기 배출구로 배출되어 유압장치를 작동시킬 수 있다. 여기서, 토출유량이 감소하므로 유속은 줄어들어 작동속도는 느려지게 된다.

정리하면, 종래에는 50%의 출력힘이 필요한 경우에도 1L/m 밖에 토출되지 못했으나, 본 발명의 경우 2L/m가 토출되므로 2배의 토출유량을 공급할 수 있는 동시에 속도도 2배나 빠르게 작동할 수 있는 것이다.

이때도 종래에는 최대 마력을 발휘하게 되므로 모터가 100% 가동되어 최대의 효율을 낼 수 있다.

다음으로 도 9b에 도시된 바를 참조하여 최대출력힘이 요구되는 상태를 설명한다.

만일, 유압실린더의 최고 용량에 해당되는 힘(최대출력힘)이 필요한 경우 상기 배출구에 더 큰 압력이 걸리게 되므로 유체는 상기 배출구(211)로 배출되지 못하게 되며, 이로 인해 상기 가변유격(C) 내부에 압력이 다시 증가한다.

그래서 상술한 바와 같이 상기 가이드링(510)은 더 전진하게 된다.

마찬가지로 상기 가이드링(510)이 전진함에 따라 상기 플런저부(400)가 상기 캠부(300)의 단부에 도달하게 되면, 이 위치에서 상기 플런저부(400)의 피스톤의 상사점과 하사점의 간격은 S3가 되어 S2보다 더 작은 행정거리(최소거리)를 가지므로 토출량도 최대로 감소하게 된다.

즉, 상기 플런저부(400)에서 1회에 토출되는 양은, A(실린더공의 단면적) × S3(행정거리)에 해당하고, 1회 토출유량(Q3) = A × V3(유속)에 의해 도출된다.

또 모터의 HP(마력) = P2(압력)×Q2/450η으로부터, 압력과 유량은 서로 반비례하므로 압력이 최대일 때 토출유량이 최소로 감소하여 작동한다.

다시 말해서, 상기 배출구(211)로 최고압의 유체가 배출되어 유압장치를 작동시킬 수 있다. 당연히, 토출유량이 최대로 감소하므로 유속도 최대로 줄어들어 작동속도는 가장 느려지게 된다.

정리하면, 100%의 출력힘이 필요한 경우에는 1L/m 가 토출되어 종래와 동일한 유량과 속도로 작동한다.

이것은 유압장치의 최대용량에 해당되는 큰 힘이 필요할 때 사용될 수 있다.

예를 들어, 10ton 용량의 유압장치로 10ton의 중량체를 들어올릴 때 사용할 수 있다.

그리고 모든 작업이 끝나면, 상기 배출구(211)에 걸린 압력이 해제되고 상기 가변유격(C) 내의 압력이 하강하면서 상기 가이드스프링(520)의 탄성에 의해 상기 가이드링(510)은 후진하여 원래의 위치로 복귀하게 된다.

이상에서 도면을 참조하여 본 발명의 대표적인 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 모터 110 : 모터축
120 : 구동축 121 : 경사면
200 : 하우징부
210 : 본체 211 : 배출구
212 : 제2단턱 220 : 커버
300 : 캠부 310 : 캠축
320 : 캠링 330 : 롤러베어링
340 : 아이들축 341 : 경사블럭
400 : 플런저부
410 : 실린더몸체 411 : 실린더공
412 : 흡입공 413 : 토출공
420 : 피스톤 421 : 스프링홀
422 : 접촉구 430 : 피스톤스프링
440 : 흡입체크밸브 441 : 흡입볼
442 : 흡입스프링 450 : 토출체크밸브
451 : 토출볼 452 : 토출스프링
500 : 플런저가이드부
510 : 가이드링 511 : 유압로
512 : 스프링홈 513 : 제1단턱
514 : 감압홀 520 : 가이드스프링
600 : 감압수단 610 : 감압부스터
611 : 감압실린더 611a : 감압피스톤
611b : 소경부 611c : 대경부
612 : 감압노즐 613 : 감압유로
700 : 저압펌프
E : 편심각 B : 베어링
R : 편심반경 C : 가변유격

Claims

모터와, 상기 모터의 축에 연동되어 회전 구동되는 구동축과, 상기 구동축을 수용하는 하우징부와, 상기 구동축에 결합되어 회전하는 캠부와, 상기 캠부에 연접하여 펌핑을 수행하는 하나 이상의 플런저부를 포함하는 유압펌프에 있어서,
상기 캠부는 상기 구동축에 소정의 편심각만큼 경사지게 결합되고,
링형상을 이루고 상기 플런저부가 장착되는 플런저가이드부가 상기 하우징부 내에서 상기 구동축의 길이방향을 따라 왕복 이동하면, 상기 플런저부의 피스톤이 상기 캠부의 경사면에 접촉한 상태로 이동하면서 변하는 행정거리에 비례하여 유체의 토출량이 가변되며,
상기 플런저가이드부는,
중앙에 상기 구동축과 캠부를 둘러싸도록 원형링 형상으로 이루어지고 상기 하우징부 내에서 왕복 이동하며 전면에 상기 플런저부가 결합되는 가이드링과, 상기 가이드링과 하우징의 단부 사이에 구비되어 상기 가이드링을 탄성지지하는 가이드스프링을 포함하여 이루어지되, 상기 가이드링에는 상기 플런저부에서 토출되는 유체를 상기 하우징부의 외주면에 형성된 배출구로 안내하는 유압로가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 유압펌프.
제 1 항에 있어서,
상기 캠부는,
상기 구동축에 소정의 편심각만큰 경사지게 결합되는 캠축과, 원통형상을 이루고 상기 캠축의 외주면을 둘러싸면서 상기 플런저의 피스톤 단부가 접촉하는 캠링과, 상기 캠링과 캠축 사이에 구비되는 롤러베어링을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 유압펌프.
제 1 항에 있어서,
상기 플런저부는,
내부에 실린더공이 형성되고 일단에 상기 실린더공과 연통되면서 유체가 흡입되는 흡입공 형성되며 측면에 상기 실린더공과 연통되면서 유체가 토출되는 토출공이 형성되는 실린더몸체와, 상기 실린더공에 삽입되는 피스톤스프링과, 상기 실린더공에 삽입되어 왕복 이동하고 상기 피스톤스프링에 의해 탄성 지지되는 피스톤과, 상기 흡입공을 개폐하는 흡입체크밸브와, 상기 토출공을 개폐하는 토출체크밸브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 유압펌프.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 가이드링의 외주면 일측에 단이진 제1단턱이 형성되고,
상기 하우징부의 내주면 타측에 단이진 제2단턱이 형성되며,
상기 제1단턱과 제2단턱에 의해 형성되는 가변유격이 상기 유압로 및 배출구와 연통되어,
상기 유압로를 통해 유입되는 유체가 상기 가변유격에 채워지면서 상기 가이드링을 전진시키는 것을 특징으로 하는 가변 유압펌프.
제 1 항에 있어서,
상기 배출구과 상기 가이드링의 후면 사이에는 상기 배출구에서 배출되는 유체의 압력을 감소시켜 상기 가이드링에 공급하여 전진시키는 감압수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 가변 유압펌프.
제 6 항에 있어서,
상기 감압수단은,
상기 배출구와 연결되어 압력을 감소시키는 감압실린더와, 상기 가이드링의 후면에 삽입되고 상기 감압실린더의 출구와 연결되어 감압된 유체를 공급하여 상기 가이드링을 전진시키는 감압노즐을 포함하는 감압부스터인 것을 특징으로 하는 가변 유압펌프.
제 7 항에 있어서,
상기 감압실린더 대신 감압밸브를 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 가변 유압펌프.