KR19980083416A - 베인 펌프 - Google Patents

Abstract

본 고안은 베인 펌프에 관한 것으로, 외부로 부터의 회전력을 전달받는 중앙의 축수부의 공간부에는 링기어를 형성하고, 상기의 링기어에 일측의 선기어가 치합된 등속 커플링의 타측의 선기어에는 로우터의 공간부에 형성된 링기어가 치합되어 등속으로 회전하도록 하고, 상기 로우터의 작동공간에는 작동공이 구비된 작동편을 삽입하여 상기 로우터보다 큰 직경의 원형공이 형성된 내부 하우징의 베인이 끼워져 이의 내주면과 일부가 접하면서 편심되게 회전하는 중에 압축실 및 공급실의 체적이 변화되는 상태에 따라 압축실에 공급된 공기를 압축시키도록 함으로써 간단한 구성의 작은 체적에서 고압의 압축 공기를 얻을 수 있도록 한 것이다.

Description

베인 펌프

본 발명은 베인 펌프에 관한 것으로, 특히 중앙의 편심된 축에 등속 회전 전달부를 통하여 전달되는 회전력에 의해 캠회전하는 로우터가 내부 하우징의 내부에서 요동하면서 로우터의 작동편의 작동공과 내부 하우징의 베인 사이의 압축실에서 공기를 압축시키도록 한 베인 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 베인 펌프라 하면 원통형의 실린더에서 편심된 축을 중심으로 회전하는 로우터에 적어도 하나 이상의 베인이 스프링에 의한 탄성을 받으면서 왕복 이동하도록 설치하여 로우터의 회전에 따라 바깥쪽으로 탄성력을 받는 베인들이 실린더의 내주연과 접하면서 흡입구를 통해 유입되는 오일이나 공기와 같은 유체를 압축시켜 토출구를 통하여 배출시키도록 하였음은 이미 잘 알려진 사실이다.

상기와 같은 종래의 베인 펌프는 실린더의 내부에서 편심 회전축을 중심으로 회전하는 로우터와 실린더 사이의 거리가 가까와졌다 멀어졌다 하면서 가변되고, 그 거리가 가변되는 만큼 베인이 스프링의 탄성력에 의해 외부로 돌출되거나, 실린더의 내벽과 접하면서 내측으로 밀리도록 구성하였으므로 로우터의 회전 속도가 빨라지게 되면 외부로 돌출되었던 베인이 실린더의 내벽과 접하면서 밀리는 중에 손상을 입게 되는 단점으로 인해 회전 속도가 빨라질 수 없게 됨은 물론, 실린더와 스프링에 의해 왕복 이동하는 베인이 마모되거나 손상을 입는 경우가 많으므로 재질과 크기가 제한되는 단점이 있었다.

그러므로 본 출원인은 1995년 특허출원 제 42007호에서 밀폐형 베인 펌프를 제안하였는 바, 이는 중앙에 나선형 축공(2)이 형성되어 도면에 도시하지 않은 모터에 의해 회전하는 축수부(1)의 외주면에는 원주상으로 상,하부 공기순환홀(4),(5)과 측면으로 관통된 유입공(6),(7)이 양측에 형성된 내부 로우터(3)를 일체로 형성하고, 상기 내부 로우터(3)의 유입공(6),(7)에 길이 방향으로 돌출 형성한 베인이 원통형 작동공에 끼워지며 축수부(1)에 대해 편심되게 위치하는 외부 로우터(11)의 큰 축공(12)을 통하여 상기 공기의 순환홀(4),(5)에 공기를 공급하도록 하고, 상기 내부 로우터(3)의 외면과 외부 로우터(11)의 내면에 의해 형성되는 밀폐된 공간은 베인의 우측과 좌측의 압축실 및 공급실로 구분되며 이들 압축실과 공급실의 체적이 변화하는 상태에 의해 압축실에서 압축된 공기를 외부 로우터(11)의 토출구를 통하여 외부로 토출되도록 하고, 상기 외부 로우터(11)와의 사이에 밀폐형의 압축공기 저장실이 형성된 하우징(21)에는 외부와 연결된 공기 공급 경로(22),(23)를 통하여 상기 외부 로우터(11)의 큰 축공(12)으로 공기를 공급하는 동시에 압축공기 저장실의 압축 공기를 외부의 압축 탱크로 공급하도록 하고, 상기 축수부(1)의 오일 공급공(8),(9)과 각각 접하는 위치의 작은 축공(25)에 원주상으로 오일 적심부(26),(27)가 형성된 하우징(21)의 외부 로우터(11)와 접하는 부위에는 오일 순환홈(28)을 형성하면서 상기 축수부(1)와 접하는 외부 로우터(11)의 큰 축공(12)에는 오일 순환공(15)을 형성하고, 상기의 오일 순환홈(28) 및 오일 순환공(15)을 오일 순환 경로(16)로 상호연결시킴으로써 밀폐된 상태의 적은 공간에서 고압의 압축 공기를 생성할 수 있으며 소형 경량화하여 에어콘 등의 내부에 내장시킬 수 있도록 구성하였다.

그러나 상기와 같은 종래의 밀폐형 베인 펌프에 의하여서는 내부 로우터(3)의 작동공에 외부 로우터(11)의 베인이 끼워진 채 회전하면서 압축시킨 공기를 하우징(21)과의 사이인 압축공기 저장실에 일시 저장한 후 외부로 토출시키도록 하였으므로 외부 로우터(11)의 베인이 작동공에 끼워진 내부 로우터(3)가 편심되게 회전하면서 베인과 충돌하는 현상이 계속 발생됨은 물론, 내부 로우터(3)와 외부 로우터(11)가 같이 회전하면서 회전에 따른 회전력이 소모되는 단점이 있었다.

이에 따라 본 발명은 중앙의 편심된 축에 등속 회전 전달부를 통하여 전달되는 회전력에 의해 캠회전하는 로우터가 내부 하우징의 내부에서 요동하면서 로우터의 작동편의 작동공과 내부 하우징의 베인 사이의 압축실에서 공기를 압축시키도록 하여 간단한 구성의 작은 체적에서 고압의 압축 공기를 얻을 수 있도록 한 베인 펌프를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 외부로 부터의 회전력을 전달받는 중앙의 축수부의 공간부에는 링기어를 형성하고, 상기의 링기어에 일측의 선기어가 치합된 등속 커플링의 타측의 선기어에는 로우터의 공간부에 형성된 링기어가 치합되어 등속으로 회전하도록 하고, 상기 로우터의 작동공간에는 작동공이 구비된 작동편을 삽입하여 상기 로우터보다 큰 직경의 원형공이 형성된 내부 하우징의 베인이 끼워져 이의 내주면과 일부가 접하면서 편심되게 회전하는 중에 압축실 및 공급실의 체적이 변화되는 상태에 따라 압축실에 공급된 공기를 압축시키도록 함으로써 간단한 구성의 작은 체적에서 고압의 압축공기를 얻을 수 있도록 한 것이다.

도 1은 종래 베인 펌프의 전체적인 구성을 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 내부 로우터와 외부 로우터의 구성을 나타낸 횡단면도.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 동작과정을 나타낸 평단면도.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성과 동작과정을 나타낸 평단면도.

도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구성을 각각 나타낸 평단면도.

이하 본 발명을 첨부 도면에 의거 상세히 기술하여 보면 다음과 같다.

외부로 부터 도면에 도시않은 모터를 통해 회전력을 전달받는 중앙의 축수부(31)의 일측 공간부(32)에는 링기어(33)를 일체로 형성하고, 상기 공간부(32)의 링기어(33)에 일측의 선기어(35)가 치합된 등속 커플링(34)의 타측에는 선기어(36)를 일체로 형성하여 편심된 상태에서도 등속 회전이 가능하도록 하고, 상기 등속 커플링(34)의 타측 선기어(36)에 공간부(38)의 링기어(39)가 치합되어 등속 회전력을 전달받는 로우터(37)의 외주면에는 작동공간(40)을 일체로 형성하여 작동공(42)이 구비된 작동편(41)이 왕복이동하도록 하고, 상기 로우터(37)는 이의 원주보다 다소 큰 직경의 원형공(44)이 형성된 내부 하우징(43)의 내주면과 일부가 접하도록 하고, 상기 로우터(37)의 작동편(41)의 작동공(42)에 베인(45)이 끼워진 내부 하우징(43)은 회전을 하지 않는 상태에서 로우터(37)가 내주면과 일부가 접하면서 편심되게 회전하는 중에 압축실(A) 및 공급실(B)의 체적이 변화되는 상태에 따라 축수부 커버(46)의 공기 공급공(47)을 통해 압축실(A)에 공급된 공기를 압축시키도록 하고, 상기 내부 하우징(43)의 베인(45)과 작동편(41)의 작동공(42)이 접하는 위치는 물론 상기 작동편(41)과 로우터(38)의 작동공간(40)이 접하는 위치에는 각각 에이펙스 시일(Apex Seal)(48)(49)을 형성하여 기밀이 유지되도록 하고, 상기 내부 하우징(43)의 외면과 외부 하우징(50)의 사이에는 압축 공기 저장실(51)을 형성하여 내부 하우징(43)의 역류 방지용 첵밸브(53)가 구비된 토출공(52)을 통하여 토출된 일정압 이상의 압축 공기가 일시 저장된 후 외부의 탱크로 토출되도록 구성한 것이다.

이와 같이 구성한 본 발명의 베인 펌프는 도면에 도시 않은 모터를 동작시켜 축수부(31)가 회전하도록 하면 이의 공간부(32)에 형성된 링기어(33)에 일측의 선기어(35)가 치합된 등속 커플링(34)가 같이 회전하고, 상기 등속 커플링(34)이 회전함에 따라 이의 타측의 선기어(36)에 공간부(38)의 링기어(39)가 치합된 로우터(37)가 축수부(31)와 편심된 상태에서도 등속으로 회전하는 중에 공기의 압축이 행하여지는 것으로 이하 그 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.

축수부 커버(46)의 공기 공급공(47)을 통해 유입되는 공기는 로우터(37)의 외면 및 작동편(41)과 내부 하우징(43)의 베인(45)에 의해 구획된 공급실(B)로 공급된 후 로우터(37)와 내부 하우징(43)이 접하는 접촉부와 베인(45) 및 작동편(41)의 작동공(42)에 의해 체적이 변화되는 압축실(A)에서 압축되도록 한다.

즉, 도 3에 도시한 것과 같이 공기가 공급실(B)로 유입된 상태가 되고, 축수부(31)가 회전함에 따라 등속 커플링(34)을 통해 회전력을 전달받는 로우터(37)가 내부 하우징(43)의 베인(40)에 작동편(41)의 작동공(42)이 끼워진 상태에서 반시계 방향으로 요동하게 된다.

도 4에 도시한 것과 같이 축수부(31)에 의해 로우터(37)가 내부 하우징(43)의 내면과 일부가 차례로 접하는 상태에서 반시계 방향으로 90°만큼 요동하게 되면, 공급실(B)이었던 압축실(A)이 내부 하우징(43)과 베인(45)과 로우터(37) 및 작동공(42)에 의해 밀폐된 체적이 줄어들면서 공급실(B)이 새로 확보되어 외부로 부터의 공기가 유입된다.

이 때에는 내부 하우징(43)과 베인(45)이 작동공(42)에 끼워진 작동편(41)은 로우터(37)의 작동공간(40)에서 우측으로 이동하는 상태가 되지만 두 에이펙스 시일(48)(49)에 의해 압축실(A)의 기밀이 유지된다.

도 5에 도시한 것과 같이 로우터(37)가 180°만큼 요동하게 되면, 압축실(A)과 공급실(B)의 체적이 거의 같아지게 되고 압축실(A) 내의 공기는 더 압축된다.

이 때에는 내부 하우징(43)과 베인(45)이 작동공(42)에 끼워진 작동편(41)은 로우터(37)의 작동공간(40)의 중앙에 위치하는 상태가 된다.

도 6에 도시한 것과 같이 로우터(37)가 270°만큼 요동하게 되면, 압축실(A)에서 압축된 압축 공기의 일부가 첵밸브(53)를 밀면서 토출공(52)을 통하여 압축공기 저장실(51)에 일시 저장된 후 외부의 압축 탱크로 토출된다.

이 때에는 내부 하우징(43)과 베인(45)이 작동공(42)에 끼워진 작동편(41)은 로우터(37)의 작동공간(40)에서 좌측으로 이동하는 상태가 되지만 두 에이펙스 시일(48)(49)에 의해 압축실(A)의 기밀이 유지된다.

그리고 로우터(37)가 도 2에 도시한 것과 같이 요동하는 중에 360°회전하게 되면 압축 공기의 토출이 완전히 행하여지는 동시에 새로운 공기가 공급실(B)로 유입된 상태가 된다.

한편 도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작과정을 도시한 것으로, 등속 커플링(61)의 선기어(62)에 치차 결합된 링기어(64)를 통하여 등속 회전력을 전달받는 로우터(63)의 외주면에는 작동공(65)을 형성하고, 상기 로우터(63)의 작동공(65)에 일측의 돌출부(67)가 에이펙스 시일(69)(70)에 의해 기밀이 유지되도록 끼워지는 베인(66)의 타측 원형부(68)는 내부 하우징(71)의 원형공(72)에 에이펙스 시일(73)에 의해 기밀이 유지되면서 끼워지도록 구성한 도 7에서는 공기가 공급실(B)로 유입되고, 등속 커플링(61)을 통해 회전력을 전달받는 로우터(63)의 작동공(65)에 내부 하우징(71)의 베인(66)이 끼워진 상태에서 반시계 방향으로 요동하게 된다.

도 8에 도시한 것과 같이 등속 커플링(61)에 의해 로우터(63)가 내부 하우징(71)의 내면과 일부가 차례로 접하는 상태에서 반시계 방향으로 90°만큼 요동하게 되면, 공급실(B)이었던 압축실(A)이 내부 하우징(71)과 베인(66) 및 로우터(63)에 의해 밀폐된 체적이 줄어들면서 공급실(B)이 새로 확보되어 외부로 부터의 공기가 유입된다.

이 때에는 내부 하우징(71)의 원형공(72)에 원형부(68)가 삽입된 베인(66)이 돌출부(67)가 로우터(63)의 작동공(65)에 의해 얼마간 더 회전한 것과 같은 상태가 되지만 베인(66)의 원형부(68)가 내부 하우징(71)의 원형공(72)에서 얼마간 회전하므로 베인(66)의 돌출부(67)가 로우터(63)의 작동공(65)에 끼워진 상태를 계속 유지하며, 이 때에는 작동공(65)의 에이펙스 시일(69)(70)와 원형공(72)의 에이펙스 시일(73)에 의해 압축실(A)의 기밀이 유지된다.

도 9에 도시한 것과 같이 로우터(63)가 180°만큼 반시계 방향으로 요동하게 되면, 압축실(A)과 공급실(B)의 체적이 거의 같아지게 되고 압축실(A) 내의 공기는 더 압축된다.

이 때에는 내부 하우징(71)과 베인(66)이 로우터(63)의 작동공(65)의 중앙에 위치하는 상태가 된다.

도 10에 도시한 것과 같이 로우터(63)가 270°만큼 요동하게 되면, 압축실(A)에서 압축된 압축 공기가 외부로 토출되기 시작한다.

이 때에는 원형공(72)에 원형부(68)가 삽입된 베인(66)이 내부 로우터(71) 보다 얼마간 덜 회전한 것과 같은 상태가 되지만 베인(66)의 원형부(68)가 내부하우징(71)의 원형공(72)에서 얼마간 역회전하므로 안정된 작동이 가능하고, 이때에도 에이펙스 시일(69)(70)(73)에 의해 압축실(A)의 기밀이 계속 유지된다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성을 나타낸 것으로, 등속 커플링(81)의 선기어(82)에 치차 결합된 링기어(84)를 통하여 등속 회전력을 전달받는 로우터(83)의 외주면에는 원형공(85)을 형성하고, 상기 로우터(83)의 원형공(85)에 일측의 원형부(87)가 에이펙스 시일(89)에 의해 기밀이 유지되도록 끼워지는 베인(86)의 타측 돌출부(88)는 내부 하우징(90)의 작동공(91)에 에이펙스 시일(92)(93)에 의해 기밀이 유지되면서 끼워지도록 하고, 상기 로우터(83)의 원형공(85)에 베인(86)이 끼워진 상태에서 내부 하우징(90)의 내부에서 로우터(83)가 요동하는 중에 압축실(A)의 체적이 변화되는 상태에 따라 외부로 부터 유입된 공기를 압축시키도록 함으로써 압축 공기를 생성하는 중에 소음이 발생되지 않도록 한 것이다.

또한 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구성을 도시한 것으로, 등속 커플링(101)의 선기어(102)에 치차 결합된 링기어(104)를 통하여 등속 회전력을 전달받는 로우터(103)의 외주면에는 작동공간(105)을 일체로 형성하고, 상기 로우터(103)의 작동공간(105)에 작동공(108)이 구비된 돌출부(107)가 스프링(109)의 탄성을 받으면서 끼워진 원통형의 이중 로우터(106)는 상기 로우터(103)의 외부에서 같이 요동하도록 하고, 상기 이중 로우터(106)의 원주 보다 다소 큰 직경의 원형공(111)이 형성된 내부 하우징(110)의 베인(112)이 상기 이중 모우터(106)의 작동공(108)에 끼워진 상태에서 요동하는 중에 압축실(A)의 체적이 변화되는 상태에 따라 외부로 부터 유입된 공기를 압축시키도록 구성함으로써 로우터와 하우징 사이의 기밀을 유지시키기 위한 복잡한 구성을 없앨 수 있도록 한 것이다.

따라서 본 발명의 베인 펌프에 의하여서는, 외부로 부터의 회전력을 전달받는 중앙의 축수부의 공간부에는 링기어를 형성하고, 상기의 링기어에 일측의 선기어가 치합된 등속 커플링의 타측의 선기어에는 로우터의 공간부에 형성된 링기어가 치합되어 등속으로 회전하도록 하고, 상기 로우터의 작동공간에는 작동공이 구비된 작동편을 삽입하여 상기 로우터보다 큰 직경의 원형공이 형성된 내부 하우징의 베인이 끼워져 이의 내주면과 일부가 접하면서 편심되게 회전하는 중에 압축실 및 공급실의 체적이 변화되는 상태에 따라 압축실에 공급된 공기를 압축시키도록 함으로써 간단한 구성의 작은 체적에서 고압의 압축 공기를 얻을 수 있도록 한 것이다.

Claims (5)

1. 외부로 부터 회전력을 전달받는 중앙의 축수부(31)의 일측 공간부(32)에는 링기어(33)를 일체로 형성하고,

   상기 공간부(32)의 링기어(33)에 일측의 선기어(35)가 치합된 등속 커플링(34)의 타측에는 선기어(36)에는 로우터(37)의 공간부(38)에 형성한 링기어(39)가 치합되어 등속 회전력을 전달받도록 하고,

   상기 로우터(37)의 외주면에 형성한 작동공간(40)에는 작동공(42)이 구비된 작동편(41)이 삽입되어 상기 로우터(37)보다 큰 직경의 내부 하우징(43)의 베인(45)이 끼워지도록 하여 회전을 하지 않는 내부 하우징(43)의 내부에서 로우터(37)가 편심되게 요동하는 중에 압축실(A) 및 공급실(B)의 체적이 변화되면서 공기를 압축시키도록 구성하여서 됨을 특징으로 하는 베인 펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 로우터(37)의 작동공간(40)에서 왕복이동하는 작동편(41)의 작동공(42)과 내부 하우징(43)의 베인(45)이 접하는 위치 및 상기 작동편(41)과 로우터(37)의 작동공간(40)이 접하는 위치에는 각각 에이펙스 시일(48)(49)을 형성하여 기밀이 유지되도록 한 베인 펌프.
3. 베인 펌프에 있어서,

   등속 커플링(61)의 선기어(62)에 치차 결합된 링기어(64)를 통하여 등속 회전력을 전달받는 로우터(63)의 외주면에는 작동공(65)을 형성하고,

   상기 로우터(63)의 작동공(65)에 일측의 돌출부(67)가 에이펙스 시일(69)(70)에 의해 기밀이 유지되도록 끼워지는 베인(66)의 타측 원형부(68)는 내부 하우징(71)의 원형공(72)에 에이펙스 시일(73)에 의해 기밀이 유지되면서 끼워지도록 하고,

   상기 로우터(63)의 작동공(65)에 베인(66)이 끼워진 상태에서 내부 하우징(71)의 내부에서 로우터(63)가 요동하는 중에 압축실(A)의 체적이 변화되는 상태에 따라 내부로 유입된 공기를 압축시키도록 한 베인 펌프.
4. 제3항에 있어서, 로우터(83)의 외주면에는 원형공(65)을 형성하고, 상기 로우터(83)의 원형공(85)에 일측의 원형부(87)가 에이펙스 시일(89)에 의해 기밀이 유지되도록 끼워지는 베인(86)의 타측 돌출부(88)는 내부 하우징(90)의 작동공(91)에 에이펙스 시일(92)(93)에 의해 기밀이 유지되면서 끼워지도록 한 베인 펌프.
5. 베인 펌프에 있어서,

   등속 커플링(101)의 선기어(102)에 치차 결합된 링기어(104)를 통하여 등속 회전력을 전달받는 로우터(103)의 외주면에는 작동공간(105)을 일체로 형성하고,

   상기 로우터(103)의 작동공간(105)에 작동공(108)이 구비된 돌출부(107)가 스프링(109)의 탄성을 받으면서 끼워진 원통형의 이중 로우터(106)는 상기 로우터(103)의 외부에서 같이 요동하도록 하고,

   상기 이중 로우터(106)의 원주 보다 다소 큰 직경의 원형공(111)이 형성된 내부 하우징(110)의 베인(112)이 상기 이중 로우터(106)의 작동공(108)에 끼워진 상태에서 요동하는 중에 유입된 공기를 압축시키도록 한 베인 펌프.