KR20020020737A - 기어 및 그 한쌍의 기어를 갖는 유압장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 짧은 톱니, 전이 톱니 및 적어도 하나의 긴 톱니를 구비하는 종류의 기어를 개시한다. 긴 톱니의 단면은 호크 비크 형상이며, 긴 톱니의 형상은 볼록부, 팁부, 오목부, 및 안내부에 의해 연속으로 부드럽게 연결된다. 긴 톱니의 2개의 측면은 긴 톱니의 양면 상의 짧은 톱니와 이웃하는 전이톱니를 각기 구비한다. 본 발명에 따르는 치합기어 쌍은 유체 누출의 감소, 로터의 내부 힘의 상쇄, 진동 및 소음의 최소화의 이점을 갖는다. 또 본 발명은 하우징, 상부 엔드커버 및 하부 엔드커버를 갖는 케이싱을 구비하고, 액상 또는 기상의 유체를 전달, 압축 또는 팽창시키기 위한 유압장치를 개시한다. 본 발명에 따르는 하나의 구동로터 및 본 발명에 따르는 하나의 종동로터를 갖는 적어도 한쌍의 치합기어는 하우징 내에 수용된다. 그 결과, 로터 간의 누출이 감소될 수 있으며, 그로 인해 압축률이 향상될 수 있다. 그 밖에도, 작동 중에 과압축 및 저압축을 피할 수 있다.

Description

기어 및 그 한쌍의 기어를 갖는 유압장치{A GEAR AND FLUID MACHINE WITH A PAIR OF GEARS}
종래에 구동력 전달을 위해 폭넓게 사용되는 기어는 많은 다른 분야에서도 사용이 가능하다. 예를 들면, 한쌍의 기어형상 로터는 액상의 유체를 전달하기 위한 기어펌프로서 사용할 수 있다. 그러나, 기어펌프의 로터에 의해 유체를 전달하기 위해 사용되는 유효면적이 비교적 작기 때문에, 압송효율은 낮게 유지된다. 미국특허 제 3,574,491호는 액상의 유체를 전달하고 기상의 유체를 압축 또는 팽창하기 위한 것으로서, 하우징 및 이 하우징에 내장되는 2개의 치합 기어형상 로터로 구성되는 기어식 로터리 장치를 개시한다. 각 기어는 하나 또는 그 이상의 긴 톱니대신에 2세트의 짧은 톱니를 구비한다. 2개의 치합 기어형상 로터는 긴 톱니를 구비하기 때문에, 기어 펌프의 로터에 의해서 유체를 전달하기 위해 사용되는 유효면적은 상당히 증대된다. 불행히도, 2개의 로터의 긴 톱니가 "8"형상 하우징의 변곡점 근처로 이동할 때에, 긴 톱니의 형상이 완전하게 설계되어 있지 않기 때문에, 밀봉이 2개의 긴 톱니 사이에서 효과적으로 유지되지 않으므로, 다량의 유체 역류를 초래하여, 거의 압축 또는 팽창가스의 기능을 수행하지 못하는 낮은 레벨로 유체전달의 효율이 유지되는 원인이 된다. 사실상, 2개의 로터가 서로 치합된 상태를 유지하더라도, 그들은 실제로 서로 금속 접촉을 벗어나게 되고; 로터의 축을 구동하는 부가적인 토오크 전달 기어가 외부에 장착되어 있으므로, 로터 장치의 크기는 증대하게 된다.
미국특허 제 5,682,793호는 치합로터를 개시한다. 이것이 가스 압축용으로 사용되면, 로터(1)의 톱니홈(3)내의 가스는 흡입구로부터 배출구로 이동될 뿐 압축될 수 없다. 이 홈이 압축챔버나 배출구와 연통되면, 가스는 일정체적으로 압축됨으로써, 동력 소비의 증대 및 노이즈의 생성을 초래한다. 가스 압축용으로 사용하면, 이것은 부분 조립 압축력을 갖는 로터 압축기가 된다. 만일, 모든 로터가 긴 톱니와 긴 톱니홈으로 형성되면, 긴 톱니가 "8"형상 하우징의 변환점 근처로 이동할 때, 완전한 밀봉효과는 달성될 수 없으며, 일부 액체는 역류되어 외부로 누출됨으로써, 이들 특허의 치합로터는 압축기에서 사용하기에는 부적합하다.
한편, 종래기술에 따르는 로터리 압축기에 있어서, 로터 압축기, 미끄럼판 압축기, 및 로터리 베인 압축기는 모두 쉽게 손상되는 미끄럼판, 스프링, 밸브 등을 구비한다. 스크류-로드 압축기나 스크롤 압축기는 간단한 구조를 갖지만, 그들의 곡면은 형상이 복잡하여, 제조 및 체크가 복잡하다. 특히, 그들 압축기가 소형화되는 조건에 있어서, 상술한 결점은 보다 악화된다. 단일 톱니 로터 압축기에 있어서, 2개의 로터가 서로 실제 금속접촉을 벗어나므로, 2개의 로터의 대응하는 치합점 사이에 틈새(공차)가 유지된다. 그 같은 종류의 압축기에 있어서, 2개의 로터 사이의 커다란 누출을 막을 수 없으며, 압축률을 충분히 증대시키기가 어렵다. 사실상, 단일-단 압축기는 공기 송풍기로서만 사용이 가능하다. 로터가 그들의 형상으로 인해 서로 힘을 전달할 수 없기 때문에, 다른 것에 대한 하나의 로터의 각도 위치 및 회전은 상기 하나의 로터에 의해 동시에 회전될 수 있는 개별 기어에 의해 제어된다. 이 동기식 기어 및 그 조립체는 압축기의 구조를 복잡하게 만들기 부피를 증가시킨다.
본 발명의 목적은 유체를 보다 효율적으로 전달할 수 있는 유체압축 또는 팽창장치의 구성요서로서의 기어를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 톱니들이 서로 다른 크기를 갖고 있으면서도, 로터로서 사용시에 내부력이 완전히 상쇄될 수 있는 기어를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 로터로서 2개의 치합기어 사이의 누출을 줄이기 위한 한쌍의 치합기어를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 완전한 조립식 압축공정을 가짐으로써, 그의 압축률이 명확히 증대될 수 있어, 단일-단 압축기가 압축가스를 생성하기 위한 압축기로서 사용할 수 있고, 이 압축기는 과압축 및 저압축이 없는 냉장고용 압축기로서 사용할 수 있는 압축 또는 팽창장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 완전한 밀봉효과를 갖는 유압장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 기어에 관한 것으로, 특히, 적어도 하나의 긴 톱니, 짧은 톱니 및 전이 톱니를 갖는 기어에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 유압장치에 관한 것으로, 특히, 본 발명에 따르는 기어 쌍을 지니며, 액체 또는 기체를 전달, 압축 또는 팽창시키는 유압장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 로터 구조체를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명의 구동로터의 톱니형상의 일실시예를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명에 따르는 구동로터의 톱니형상의 일실시예를 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명에 따르는 내부 치합기어식 압축기의 구조를 나타내는 개략도.
도 5는 상부 엔드커버가 미끄럼 밸브 조절수단 및 액체 분사구멍을 구비하는, 본 발명의 일실시예의 전체 구조를 나타내는 개략도.
도 6은 하부 엔드커버가 미끄럼 밸브 조절수단 및 액체 분사구멍을 구비하는, 본 발명의 일실시예의 전체 구조를 나타내는 개략도.
도 7은 엔드커버가 가스 흡입구를 구비한, 본 발명의 일실시예의 전체 구조를 나타내는 개략도.
도 8은 본 발명에 따르는 내부 치합기어의 로터구조의 일실시예를 나타내는 개략도.
도 9는 본 발명에 따르는 외접기어의 형상의 일실시예를 나타내는 개략도.
도 10은 본 발명에 따르는 내접기어의 형상의 일실시예를 나타내는 개략도.
도 11은 본 발명에 따르는 내접기어식 가스 압축기의 전체 구조의 일실시예를 나타내는 개략도.
도 12는 본 발명에 따르는 내접기어식 가스 압축기의 전체 구조의 일실시예를 나타내는 개략도.
본 발명에 따른 기어 쌍은 서로 치합하는 적어도 2개의 기어형상 로터로 형성됨으로써, 구동력을 전달할 수 있다. 구동기어 및 종동기어는 그들의 피치원 상에 짧은 톱니, 전달톱니 및 적어도 하나의 긴 톱니를 각각 구비한다. 긴 톱니의 단면은 호크 비크(hawk beak)형상이며, 긴 톱니의 형상은 긴 톱니의 볼록부, 긴 톱니의 팁부(tip section), 긴 톱니의 오목부 및 긴 톱니의 안내부(leading section)에 의해 차례대로 부드럽게 연결된다. 전이 톱니(transition tooth)는 긴 톱니의 양면의 각각에 구비된다. 각 전이 톱니는 그의 양면 상의 긴 톱니 및 그의 양면 상의 짧은 톱니와 이웃하는 관계로 구비된다.
본 발명에 따르는 적어도 한쌍의 내부 치합기어는 서로 치합하는 2개의 기어형상 로터로 형성된다. 2개의 로터중 하나는 내접기어이고 다른 하나는 외접기어이다. 2개의 로터는 그들의 피치원 상에 짧은 톱니, 전이 톱니 및 적어도 하나의 긴 톱니를 구비한다. 구동로터의 축 및 종동로터의 축은 서로 평행하게 배열된다. 구동로터로부터 종동로터까지의 중심 거리에 대한 중심은 2개의 로터의 피치원의 반경방향 차이와 동일하다. 긴 톱니의 단면은 호크 비크 형상이며, 긴 톱니의 형상은 긴 톱니의 볼록부, 긴 톱니의 팁부, 긴 톱니의 오목부 및 긴 톱니의 안내부로 이루어져 있다.
긴 톱니의 상기 4개 부분은 연속으로 차례대로 부드럽게 연결되어 긴 톱니의형상을 형성한다. 외접기어의 안내부가 피치원의 내부에 놓여지는 동안에 내접기어의 긴 톱니의 볼록부는 내접기어의 피치원 내부로 돌출된다. 2개의 전이 톱니는 긴 톱니 사이의 긴 톱니의 양면에 각각 제공된다. 각 전이 톱니는 그의 일측면 상의 긴 톱니 및 그의 타측면 상의 짧은 톱니와 이웃하는 관계를 갖는다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 외부 치합기어식 압축기는 "8"형상 하우징, 상부 엔드커버 하부 엔드커버로 이루어진 케이싱을 구비한다. 적어도 한쌍의 치합 기어형상 로터는 케이싱 내에 수용되고, 각쌍의 치합 기어형상 로터는 하나의 구동로터 및 하나의 종동로터를 구비한다. 가스 흡입구는 케이싱에 제공되고, 적어도 하나의 가스 배출구는 엔드 커버에 제공된다. 구동로터 및 종동로터는 그들의 피치원 상의 짧은 톱니, 전이 톱니 및 적어도 하나의 긴 톱니를 각각 구비한다. 긴 톱니의 단면은 호크 비크 형상이며, 긴 톱니의 형상은 볼록부, 팁부, 오목부, 및 안내부로 이루어져 있다. 이들 4개의 부분은 차례대로 부드럽게 결합되어, 긴 톱니 형상을 형성한다. 긴 톱니의 2측면은 모두 차례로 짧은 톱니와 인접하는 전이 톱니를 인접하게 구비한다. 단위체적은 로터의 긴 톱니, 치합점, 하우징의 벽면, 상부 엔드커버 및 하부 엔드커버에 의해 밀폐된다. 기어식 압축기가 작동되면, 단위체적은 주기적으로 변화된다. 단위체적이 감소되면 단위체적이 가스배출구와 연통되는 반면, 단위체적이 증대되면, 단위체적인 가스 흡입구와 연통됨으로써, 흡입, 압축 및 배출의 전체 작업공정을 수행한다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 내부 치합기어식 압축기는 실린더, 상부 엔드커버, 하부 엔드커버를 포함한다. 초승달 모양의 쐐기(shim)는 케이싱에 수용된다. 이 쐐기는 구동로터 및 종동로터의 회전 공간의 잉여부를 차지한다. 하나의구동로터와 하나의 종동로터를 구비하는 적어도 한쌍의 내부 치합기어는 케이싱 내에 제공된다. 가스 흡입구 및 가스 배출구는 엔드 커버에 제공된다. 구동로터와 종동로터는 그들의 피치원 상에 짧은 톱니, 전이 톱니 및 적어도 하나의 긴 톱니를 구비한다. 긴 톱니의 단면은 호크 비크 형상이며, 긴 톱니의 형상은 볼록부, 팁보, 오목부 및 안내부로 구성된다. 긴 톱니의 상기 4개의 부분은 서로 부드럽게 연결됨으로써, 긴 톱니의 형상을 형성한다. 외접기어의 볼록부는 외접기어의 피치원의 외부로 돌출된다. 안내부가 그의 피치원의 내부에 놓여지는 동안에 내접기어의 보록부는 내접기어의 피치원의 내부로 돌출된다. 긴 톱니의 2개의 측면은 모두 차례로 짧은 톱니와 인접하는 전이 톱니를 구비한다. 단위체적은 2개의 로터의 긴 톱니, 치합점, 상부 및 하부 엔드커버와 쐐기에 의해서 밀폐된다. 기어식 압축기가 작동되면, 단위체적은 주기적으로 변화된다. 단위체적이 증가되면, 단위체적은 가스흡입구와 연통되는 반면, 단위체적이 감소되면 압축이 개시되어 단위체적인 가스 배출구와 연통됨으로써, 흡입, 압축 및 배출의 전체 작업공정이 달성된다.
본 발명의 이점으로는 다음과 같은 것을 들 수 있다.
1. 2개의 로터가 서로 치합을 유지함으로써, 작업매체가 완전하게 밀봉되는 동안에 구동력은 구동모터로부터 종동모터로 직접 전달된다. 이러한 방식으로, 압축기는 구조를 단순화할 수 있고, 압축기의 구성요소가 최소화된다.
2. 2개의 로터는 모두 짧은 톱니, 전이 톱니 및 긴 톱니를 구비한다. 긴 톱니는 짧은 톱니보다 몇 배 더 길기 때문에, 로터와 주변 하우징 간의 공간은 더 커짐으로써, 기어 펌프의 로터에 의해 유체를 전달하기 위해 사용된 보다 유효면적은로터의 일 회전 작업공정 동안에 전달, 압축 또는 팽창 작업 매체에 대해 사용이 가능하다. 기어 펌프의 로터에 의해 유체를 전달하기 위해 사용된 유효면적이 증대됨에 따라서, 기어펌프의 작업효율 역시 향상된다.
3. 외부 치합 기어식 압축기에 있어서, 2개의 로터의 긴 톱니의 팁부가 가스 흡입구의 에지를 통과할 때, 단위체적은 2개의 로터의 긴 톱니, 치합점, "8"형상 하우징의 벽면, 상부 및 하부 엔드커버에 의해서 밀폐된다. 압축기에 있어서, 작업매체는 고압으로 압축된다. 2개의 로터의 긴 톱니의 팁부와 하우징 간의 틈새는 작업매체를 밀봉하도록 사용된다. 구동로터의 긴 톱니의 팁부가 "8"형상 하우징의 변곡점에 도달하면, 구동로터의 긴 톱니의 팁부 역시 "8"형상 하우징의 변곡점에 도달한다. 2개의 로터의 긴 톱니의 팁부가 일단 "8"형상 하우징의 벽면과 분리되기 시작하면, 구동로터의 긴 톱니의 팁부는 종동로터의 긴 톱니의 오목부의 개시점과 결합하기 시작한다. 이 때, 구동로터의 긴 톱니의 팁부가 구동로터의 긴 톱니의 오목부와 결합함으로써, 작업매체는 밀봉상태로 유지된다. 2개의 로터의 긴 톱니가 하우징의 변곡점과 분리될 때 2개의 로터 간의 치합점에 아무런 틈새도 생기지 않으므로, 작업매체의 누출이 방지됨으로써, 전체 작업공정 동안에 밀봉효과가 유지될 수 있다. 그러나, 통상의 긴 톱니 형상을 갖는 로터가 사용되면, 하나의 기어의 긴 톱니가 다른 기어의 더 긴 톱니 틈과 결합됨으로써, 긴 톱니가 "8"형상 하우징의 변곡점을 떠날 때, 고압 및 저압 챔버 사이에 갭이 생기므로, 많은 양의 작업매체의 역류를 초래한다.
4. 내부 치합 기어식 압축기에 있어서, 구동로터 또는 내접기어의 긴 톱니의팁부가 초승달 모양의 쐐기의 하부팁을 통과할 때, 단위체적은 2개의 로터의 긴 톱니, 2개의 로터의 치합점, 초승달 모양의 쐐기에 의해서 밀폐된다. 작업챔버는 2개의 로터의 긴 톱니와 초승달 모양의 쐐기 사이에 제공된 틈새에 의해서 밀봉된다. 구동 및 종동로터의 긴 톱니의 팁부가 일단 초승달 모양의 쐐기의 상부팁에 도달하면, 2개의 로터의 긴 톱니의 팁부는 초승달 모양의 쐐기의 상부팁과 동시에 분리되기 시작한다. 이와 동시에, 구동로터의 긴 톱니의 팁부가 종동로터의 긴 톱니의 안내부의 개시점과 치합됨으로써, 단위체적은 2개의 로터 간의 치합점, 구동로터의 긴 톱니의 팁부와 종동로터의 긴 톱니의 오목부 사이의 치합점, 및 상부 엔드커버와 하부 엔드커버에 의해서 밀폐된다. 이러한 방식으로, 2개의 로터의 긴 톱니가 초승달 모양의 쐐기의 상부팁을 통과할 때 2개의 톱니 사이에는 아무런 갭도 생기지 않으므로, 압축 및 배출의 전체 작업공정 동안에 완전한 밀봉효과가 유지된다.
5. 2개의 로터가 실제로 서로 금속결합을 이룸으로써, 2개의 로터 간의 유체 누출은 최소화될 수 있다. 또한, 오일 분사기술의 사용으로, 긴 톱니의 팁부와 하우징 간의 틈새 및 다른 누출 통로를 통한 유체의 누출이 크게 감소될 수 있으므로, 체적효율이 향상되고, 압축률 역시 높아진다.
6. 밀폐된 단위체적 내의 모든 작업매체가 가스 배출구를 통해 배출되어, 흡입 단계에서의 밀폐체적 및/또는 배출단계에서의 밀폐체적이 압축기 내에는 아무 것도 남아있지 않으므로, 체적효율이 향상된다.
7. 로터가 2개 이상의 긴 톱니를 구비하면, 이 긴 톱니가 로터의 축에 대해 대칭으로 배열되므로, 내부 힘은 완전히 상쇄될 수 있다. 로터가 단지 하나의 긴톱니를 구비하면, 로터의 내부 힘은 균형추에 의해서 완전히 생쇄될 수 있다. 결과적으로, 압축기는 항상 최소의 진동 및 소음이 유지될 수 있다.
8. 종래에는 압축기의 구성요소인 슬립 시트, 스프링 및 밸브가 항상 주기적으로 변하는 힘을 받으므로, 그들은 피로에 대해 손상받을 우려가 있다. 본 발명에서는 그러나, 슬립 시티, 스프링 및 밸브와 같이 쉽게 손상되는 아무런 구성요소도 배열되지 않으므로, 압축기는 쉽게 손상되는 구성요소의 손상으로 인해 좀처럼 작업을 중단하지 않게 되어, 본 발명에 따르는 압축기는 높은 신뢰성을 갖는다.
9. 다양한 작업조건 및 다양한 용량의 요구를 슬라이드 밸브의 조절에 의해서 적절히 충족할 수 있으므로, 에너지 절감에 도움이 된다.
10. 로터가 그의 측면에 대해 수직인 톱니를 갖도록 설계되어 있으므로, 로터의 제조가 보다 용이해진다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따르는 로터는 구동로터(214) 및 종동로터(224)를 구비한다. 구동로터(214)의 샤프트(211)와 종동로터(224)의 샤프트(21)는 서로 평행하게 배열된다. 구동로터(214)로부터 종동로터(224)의 중심길이에 대한 중심은 2개의 로터의 피치원(212, 222)의 반경의 합과 동일하다. 구동로터(214)는 짧은 톱니(210), 볼록 전이 톱니(217), 오목 전이톱니(28) 및 긴 톱니(27)로 형성된다. 구동 및 종동로터(214, 224)의 긴 톱니(27, 219)의 단면은 각각 호크 비크 형상이다. 구동로터(214)의 긴 톱니(27)의 형상은 볼록부(26), 팁부(22), 오목부(29) 및 안내부(216)를 구비한다. 4개의 부분(26, 22, 29, 216)은 연속으로 부드럽게 연결되어 긴 톱니(27)의 형상을 형성한다. 마찬가지로, 종동로터(224)의 긴 톱니(219)의 형상은 차례대로 볼록부(218), 팁부(215), 오목부(221) 및 안내부(23)에 의해서 부드럽게 연결된다. 볼록부(26, 218)는 피치원에서 팁부까지 긴 톱니의 에지 곡선을 말한다. 팁부(22, 215)는, 팁부에서 안내부까지 연장되는 곡선의 작은 단면으로서 긴 톱니의 에지라 부른다. 오목부(29, 221)는 팁부(22, 215)로부터 긴 톱니의 이뿌리부까지 연장되는 곡선이라 부르며, 긴 톱니의 오목부 쪽으로 돌출된다. 안내부(216, 23)는 이뿌리부에서 피치원(212, 222)까지 각기 연장되는 곡선을 말한다. 볼록부, 팁부, 오목부 및 안내부는 사이클로이드(cycloid), 선(line), 아크(arc), 인벌류트(involute) 및/또는 그들의 엔벌로프 곡선(envelope curve)의 복수의 단면에 의해 부드럽게 연결될 수 있다. 구동로터(214) 및 종동로터(224)의 볼록부(26, 218)는 피치원(212, 222)의 외부로 돌출된다. 구동로터(214)의 긴 톱니(27)의 2개의 측면은 각각, 차례대로 짧은 톱니(210)와 인접하는 전이 톱니(217, 28)를 구비한다. 종동로터(224)의 긴 톱니(218)의 2개의 측면은 각각, 차례대로 짧은 톱니(225)과 인접하는 전이 톱니(24, 220)를 구비한다. 구동로터(214)가 시계방향으로 회전하면, 구동로터의 긴 톱니(27)이 종동로터의 긴 톱니(219)와 치합되는 동안에, 치합점이 구동로터(214)의 긴 톱니의 볼록부(26)로부터 구동로터의 긴 톱니의 볼록부(216)까지 변화할 때까지, 구동로터의 긴 톱니의 팁부(22)는 분리상태로 되기 시작함으로써, 이 결합점 변화과정 동안에, 적합한 다중 치합점 형태(소위,접촉률이라 부름)가 사용되며, 그로 인해 로터의 부드럽고 일정한 운전이 실현된다. 전이 톱니는 볼록 전이 톱니(217, 24)와 오목 전이톱니(28, 220)를 포함한다. 구동로터(214)의 볼록 전이 톱니(217)는 긴 톱니의 오목부(216)의 종결점과 연결된다. 오목 전이톱니(28)는 긴 톱니의 볼록부(26)의 개시점과 연결된다. 서로에 대해서 결합곡선을 갖는 구동로터(214)의 볼록 전이톱니(217)와 종동로터의 오목 전이톱니(220)는 서로 치합될 수 있다. 서로에 대해 결합곡선을 갖는 구동로터의 오목 전이톱니(28)와 종동로터의 볼록 전이톱니(24)는 서로 치합될 수 있다. 다른 짧은 톱니는 종래와 같이 통상적인 톱니이다.
작동에 있어서, 구동로터(214)가 시계방향으로 회전하여, 종동로터(224)를 반시계방향으로 회전시킨다. 이 경우에, 구동로터(214)의 오목 전이톱니(28)는 종동로터(224)의 볼록 전이 톱니(24)과 치합된다. 다음에, 구동로터(214)의 볼록부(26)는 종동로터(224)의 안내부(23)와 치합된다. 그 후, 구동로터(214)의 안내부(216)는 종동로터(224)의 볼록부(218)와 치합된다. 다음에, 구동로터(214)의 볼록 전이 톱니(217)은 종동로터(224)의 오목 전이톱니(220)과 치합된다. 다음에, 하나의 로터의 원래 짧은 톱니는 다른 로터의 원래 짧은 톱니와 치합하기 시작한다. 이 과정에서, 밀봉효과는 완벽해지며, 그로 인해 효과적인 구동이 실행된다. 한편, 종동로터(224)가 시계방향으로 회전함으로써, 구동로터(214)를 반시계방향으로 회전시켜, 완벽한 밀봉효과 및 그로 인한 효과적인 구동을 실현할 수 있다.
도 2는 구동로터(214)의 톱니형상의 일실시예를 나타낸다.
구동로터(214)의 볼록부(26), 즉, 곡선(A1F1)은 사이클로이드, 선, 아크 및 다른 복수의 선의 엔벌로프 곡선에 의해서 부드럽게 연결되는데, E1F1의 단면은 사이클로이드, D1E1은 선, C1D1은 아크, 및 A1C1은 선의 엔벌로프 곡선이다. 팁부(22), 즉 곡선(A1B1)은 3차원 스플라인 곡선 또는 아크이다. 오목부(29), 즉 곡선(B1L1)은 사이클로이드 또는 아크의 엔벌로프 곡선으로, 이 사이클로이드는 구동로터 상의 고정점과의 치합을 유지하는 하나가 된다. 안내부(216), 즉 곡선(L1Q1)은 3개의 곡선에 의해 부드럽게 연결되는데, L1M1의 단면은 선, M1P1는 선의 엔벌로프 곡선, P1Q1는 사이클로이드이다. 오목 전이톱니(28)의 형상에 있어서, 곡선 F1G1은 사이클로이드, G1H1은 이뿌리원 부분, H1I1는 인벌류트이다. 볼록 전이 톱니(217)의 형상에 있어서, 곡선R1Q1은 사이클로이드, R1S1는 이끝원 부분, S1T1는 인벌류트이다. 짧은 톱니는 원래의 인벌류트 톱니이다.
도 3은 종동로터(224)의 톱니 형상의 일실시예이다.
종동로터(224)의 볼록부(218), 즉 곡선(Q2L2)은 사이클로이드, 선, 복수의 선들의 엔벌로프 곡선에 의해 부드럽게 연결되는데, Q2P2의 단면은 사이클로이드, P2M2은 선, L2M2은 선의 엔벌로프 곡선이다. 팁부(215), 즉 곡선(L2K2)은 아크의 작은 단면이다. 오목부(221), 즉 곡선(A2K2)은 사이클로이드 또는 아크의 엔벌로프 곡선으로, 이 사이클로이드는 구동로터 상의 고정점과의 치합을 유지하는 하나가 된다. 안내부(23), 즉 곡선(A2F2)은 4개의 단면에 의해 부드럽게 연결되는데, A2C2의 단면은 선, C2D2는 아크, D2E2는 선의 엔벌로프 곡선, E2F2는 사이클로이드이다. 오목 전이톱니(220)의 형상에 대해서, R2Q2는 사이클로이드, R2S2는 이뿌리원 부분, S2T2는 인벌류트이다. 볼록 전이 톱니(24)의 형상에 대해서, F2G2의 단면은 사이클로이드, G2H2는 이끝원 부분, H2I2는 인벌류트이다. 짧은 톱니는 원래의 인벌류트 톱니이다.
도 2에 있어서, 구동로터(214)의 볼록부, 즉, A1F1의 단면은 다름의 다양한 분리를 가질 수 있다: C1D1는 생략되고, 선 D1E1는 복수의 선의 엔벌로프 곡선(A1C1)과 사이클로이드(E1F1)모두에 접하도록 설계되어, 연속으로 사이클로이드, 선 및 복수의 선들의 엔벌로프 곡선으로 구성되는 다른 형태의 볼록부를 형성한다. 사이클로이드(E1F1)역시, 인벌류트로 대체될 수 있는데, 이 경우에 볼록부는 인벌류트, 선, 아크, 및 복수의 선들의 엔벌로프 곡선에 의해 연속으로 부드럽게 연결된다. 또한, 사이클로이드(E1F1)는 포물선으로 대체될 수 있는데, 이 경우에 긴 톱니의 볼록부는 포물선, 선, 아크 및 다른 선들의 엔벌로프 곡선에 의해 연속으로 부드럽게 연결된다. 사이클로이드(E1F1)는 타원 단면으로 대체될 수 있는데, 이 경우에 긴 톱니의 볼록부는 타원 단면, 선, 아크, 및 복수의 선들의 엔벌로프 곡선에 의해 연속으로 부드럽게 연결된다. 또, 복수의 선들의 엔벌로프 곡선(A1C1)은 사이클로이드로 대체될 수 있는데, 이 경우에 긴 톱니의 볼록부는 사이클로이드, 선, 아크, 및 사이클로이드에 의해 연속으로 부드럽게 연결된다. 복수의 선들의 엔벌로프 곡선(A1C1)은 포물선으로 대체될 수 있는데, 이 경우에 긴 톱니의 볼록부는 사이클로이드, 선, 아크, 및 포물선에 의해서 연속으로 부드럽게 연결된다. 또한, 복수의 선들의 엔벌로프 곡선(A1C1) 역시, 타원 단면으로 대체될 수 있는데, 이 경우에 긴 톱니의 볼록부는 사이클로이드, 선, 아크, 및 타원의 단면과 연속으로 부드럽게 연결된다. 그리고, 복수의 선들의 엔벌로프 곡선(A1C1)은 아크로 대체될 수 있고, 이 아크(C1D1)는 생략된 다음, 긴 톱니의 볼록부는 사이클로이드, 선, 아크에 의해 연속으로 부드럽게 연결된다. 이 경우에, 볼록부의 복수의 형상의 변형은 생략할 수 있다. 마찬가지로, 종동로터의 볼록부(218)의 형상은 구동로터의 볼록부(26)의 형상에 대해 행해진 바와 같은 방법으로 변형이 가능하다.
한쌍의 내부 치합기어의 치합영역은 "8"형성 하우징의 중앙영역, 즉 서로에 대해 내접된 한쌍의 이중 실린더의 모습으로 배열된다. 하우징의 2개의 단부는 각기 상부 엔드커버와 하부 엔드커버를 구비한다. 이들 엔드 커버 또는 하우징의 측벽은 가스(공기)나 액체를 흡입 및 배출하기 위한 관통구멍을 구비하여, 완전한 기어식 장치를 형성한다. 이것은 가스를 압축하고, 가스를 팽창시키고, 로터의 긴 톱니, 치합점, 가스(공기)나 액체의 흡입 및 배출을 위한 관통구멍과 함께 하우징의측벽에 의해 밀폐된 챔버에 의해서 유체나 콜로이드를 전달함으로써 실행된다.
다음에, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따르는 압축기의 바람직한 실시예를 설명한다.
본 발명에 따르는 압축기는 서로 치합되는 기어형상 로터(214, 224), "8"형성 하우징(213), 상부 및 하부 엔드커버로 주로 이루어져 있다. 구동로터(214)의 샤프트(211)와 종동로터(224)의 샤프트(21)는 서로 평행하게 배열된다. 2개의 샤프트의 축은 각각 "8"형상 하우징의 2개의 실린더의 중심에 위치된다. 구동로터(214)와 종동로터(224)의 중심 간의 거리는 2개의 로터의 2개의 피치원(212, 222)의 반경의 합과 동일하다. 구동 및 종동 로터는 그들의 피치원(212, 222) 상에 각각, 짧은 톱니(210, 225), 볼록 전이 톱니(217, 24), 오목 전이톱니(28, 220) 및 긴 톱니(27, 219)를 구비한다. 구동 및 종동로터의 긴 톱니의 형상은 각각, 볼록부(26, 218), 팁부(22, 215), 오목부(29), 및 안내부(216, 23)에 의해 연속으로 부드럽게 연결됨으로써 형성된다. 볼록부(26, 218)는 각각, 피치원에서 긴 톱니의 볼록부의 팁부까지 돌출되는 곡선을 말한다. 팁부(22, 215)는 각각, 팁부에서 긴 톱니의 안내부까지 연장되는 곡선의 작은 단면을 말한다. 오목부(29, 221)는 팁부(22, 215)로부터 긴 톱니의 이뿌리부까지 연장되는 긴 톱니의 볼록부에 대해 돌출되는 곡선을 말한다. 안내부(216, 23)는 각각, 이뿌리부에서 피치원(212, 222)까지 연장되는 곡선을 말한다. 볼록부, 팁부, 오목부 및 안내부는 사이클로이드, 선, 아크, 인벌류트 및 그들의 합성 엔벌로프 곡선에 의해 부드럽게 연결된다. 볼록부(26)는 피치원(212, 222)의 외부로 돌출된다. 구동 및 종동로터의 긴톱니(27, 219)의 2개의 측면은 각각, 볼록 전이 톱니(217, 24) 및 오목 전이톱니(28, 220), 및 각기 짧은 톱니(210, 225)와 인접하는 전이 톱니를 구비한다. 상부 및 하부 엔드커버는 판형상이며, 그들은 각각 하우징(213)의 2개의 엔드부에 배열된다. 단면이 링(ring)형상인 가스 배출포트, 즉 가스(공기)배출구(223)는 종동로터(224)의 하나 또는 2개의 엔드 커버에 제공된다. 보다 상세하게, 공기 배출구의 외부 아크의 반경은 종동 로터의 짧은 톱니의 이뿌리원의 반경보다 약간 짧은 반면에, 공기 배출구의 내부 아크의 반경은 종동로터의 긴 톱니의 오목부로부터 그들의 축까지의 최소 길이보다 길거나 동일하다. 공기 배출구(213)의 개시점은 소정의 압력에 의해 설정된다. 공기 배출구의 종결점은 그의 중심이 구동로터의 축상에 있으며, 그의 반경이 이 축으로부터 구동로터의 긴 톱니의 팁부까지의 길이인 아크이다. 공기 흡입구(25)는 하우징의 측벽에 배치된다. 공기 흡입구(25)의 축은 "8"형상 하우징(213)의 2개의 실린더의 2개의 변곡점을 연결하는 가상선 상에 존재한다. 구동로터(214)는 시계방향으로 회전한다. 구동로터(214)의 긴 톱니의 팁부가 공기 흡입구(25)영역으로 회전하면, 작업챔버(226)는 하우징 및 2개의 로터의 긴 톱니(27, 219) 및 2개의 로터의 치합점에 의해 2개의 밀폐 단위체적으로 구획된 상부 및 하부 엔드커버에 의해서 밀폐된다. 단위체적 중 하나는 점점더 커지면서 공기 흡입구(25)와 연통되어 흡입과정이 진행되는 동안, 다른 단위체적은 점점더 작아지면서 공기 밸출구(223)와 연통되어 압축 및 가스배출 과정이 진행된다. 구동로터(214)가 회전함에 따라, 각 단위체적은 전체 작업공정, 즉 흡입, 압축 및 배출과정을 끝마친다. 하나의 단위체적이 전체 작업공정, 즉 흡입, 압축 및 배출과정으로끝마치면, 로터는 4π의 각도로 회전할 필요가 있다. 작동중에, 아무런 밀폐 흡입체적 및 밀폐 배출체적이 형성되지 않으며, 충분한 흡입이 유지된다.
도 5는 상부 엔드커버의 공기 흡입구와 공기 배출구가 미끄럼 밸브 조절수단을 구비하고 하우징이 액체 분사구멍을 구비한 기어식 압축기의 전체 구조를 나타내는 개략도이다.
도 6은 하부 엔드커버가 공기 흡입구, 공기 배출구 및 미끄럼 밸브 조절수단을 구비하고, 하우징이 액체 분사구멍을 구비하는 기어식 압축기의 전체 구조를 나타내는 개략도이다.
기어식 압축기가 완전 조립식 압축장치이므로, 일단 공기 흡입구(231)가 설계되며, 배출압력은 단지 공기 배출구(223)의 개시 및 종결위치에 의해 결정된다. 배출압력이 작업조건에 따라 변화될 필요성이 있다면, 미끄럼 밸브(229)는 공기 배출구의 개시 및 종결위치를 조절하도록 작동될 수 있으며, 그로 인해 조립식 압축기의 최종 압력을 조절함으로써, 과압축을 피할 수 있으며, 동력 손실을 줄일 수 있다. 기어식 압축기는 서로 다른 작업조건 하에서 폭넓게 사용될 수 있으며, 항상 에너지를 저장할 수 있다. 링단면 형상의 오목 미끄럼 밸브홈(230)이 하우징의 내부면과 인접하게, 기어식 압축기의 상부 엔드커버에 제공된다. 미끄럼 밸브홈(230)의 일단은 공기 배출구(223)와 연통된다. 미끄럼 밸브홈(230)의 내부 아크와 외부 아크의 반경은 각각, 공기 배출구(223)의 내부 아크 및 외부 아크의 반경과 동일하다. 미끄럼 밸브홈(230)은 링단면 형상의 미끄럼 밸브(229)를 구비한다. 미끄럼 밸브(229)의 내부 아크와 외부 아크의 반경은 각각, 공기 배출구(223)의 내부 아크와외부 아크의 반경과 동일하다. 만일 2측면 배출 방법을 채용하면, 가스 방출저항의 손실을 줄이면서도 가스를 배출하기 위한 영역을 2배로 할 수 있다. 이 경우에, 미끄럼 밸브는 2개의 엔드 커버에 제공되어 다양한 작업조건에 적절히 대응할 수 있다. 링단면 형상의 오목 미끄럼 밸브홈(230, 237)은 각각, 하우징의 내부면에 인접하게 상부 및 하부 엔드커버에 제공된다. 미끄럼 밸브홈(230, 237)의 일단이 각각, 공기 배출구(223, 235)와 연통된다. 미끄럼 밸브홈(230, 237)의 내부 아크와 외부 아크의 반경은 각각, 공기 배출구(223, 235)의 내부 아크 및 외부 아크의 반경과 동일하다. 미끄럼 밸브홈(230, 237)은 각각, 링단면 형상의 미끄럼 밸브(229, 236)를 구비한다. 미끄럼 밸브(229, 236)의 내부 아크와 외부 아크의 반경은 각각, 공기 배출구(223, 235)의 내부 아크와 외부 아크의 반경과 동일하다. 배출압력의 감소를 필요로 하면, 미끄럼 밸브(229, 236)는 미끄럼 밸브홈(230, 237)을 따라서 반시계방향으로 회전될 수 있으므로, 공기 배출구(223, 235)의 면적은 점점더 작아지게 되어, 조립식 압축기의 최종 압력은 증대된다. 한편, 만일 미끄럼 밸브(229, 236)가 시계방향으로 회전되면, 조립식 압축기의 최종압력은 감소될 것이다. 공기 흡입구, 즉 가스 흡입포트는 다양한 형태로 배열될 수 있다. 하나의 형태에 따르면, 공기 흡입구(25)는 하우징(213)의 측벽에 배열된다. 이 형태에 있어서, 공기 흡입구(25)의 축은 "8"형상 하우징(213)의 2개의 변곡점 간의 가상선에 일치하도록 배치된다. 많은 경우에 있어서, 가스 전달량은 조절될 수 있는 것, 가변 체적조절이 요구된다. 특히, 가변 체적조절의 능력은 자동차용 에어컨디셔너의 압축기용으로는 매우 중요하다. 미끄럼 밸브가 공기 흡입구에 놓여짐으로써, 기어식 압축기는거의 에너지 손실이 없는 가변 체적조절을 적절히 실현할 수 있으며, 무단 조절의 실현이 가능하다. 이 경우에, 공기 흡입구(231)는 상부 엔드커버라 불리는 엔드 커버 상에 제공된다. 공기 흡입구(231)의 반경방향 내부 아크의 반경은 구동로터의 짧은 톱니의 이뿌리원보다 약간 작거나 동일하다. 공기 흡입구(231)의 반경방향 외부 아크의 반경은 구동로터(214)의 미끄럼 이동상의 실린더의 일단의 내경보다 약간 작다. 링단면 형상의 오목 미끄럼 밸브홈(233)은 하우징의 내면과 거의 인접하게, 상구 엔드커버에 제공된다. 미끄럼 밸브홈(233)의 일단은 공기 흡입구(231)와 연통된다. 미끄럼 밸브홈(233)의 내부 아크와 외부 아크의 반경은 각각, 공기 흡입구(231)의 내부 아크 및 외부 아크의 반경과 동일하다. 링단면 형상의 미끄럼 밸브는 미끄럼 밸브홈에 제공된다. 미끄럼 밸브(232)의 내부 아크와 외부 아크의 반경은 각각, 공기 흡입구(231)의 내부 아크와 외부 아크의 반경과 동일하다. 가스 전달체적의 감소를 필요로 하는 경우, 공기 흡입구의 미끄럼 밸브(232)는 시계방향으로 회전되어, 공기 흡입구(231)의 영역이 점점더 크게 되도록 만들 수 있으며, 그로 인해 2개의 긴 톱니(27, 219)의 팁부가 "8"형상 하우징의 변곡점을 지날 때 형성되는 단위 압축 및 배출체적은 여전히 공기 흡입구(231)와 연통된다. 결과적으로, 단위 압축 및 배출체적으로 유입되는 작업매체는 부분적으로 공기 흡입구(231)로부터 역류되어, 작업 일 작업사이클 중에 압축된 작업유체는 감소되고, 그로 인해 가변 체적조절이 실현 가능하다. 상부 및 하부 엔드커버 모두가 미끄럼 밸브 조절수단을 구비한다면, 체적조절의 범위는 보다 넓을 것이다. 일 실시예에 있어서, 상부 엔드 커버의 조절수단은 변화되지 않는 반면에, 링단면 형상의 공기흡입구(238)와 링단면 형상의 미끄럼 밸브홈(240)은 하부 엔드커버에 제공된다. 공기 흡입구(238)의 내부아크와 외부 아크의 반경은 상부 엔 커버에 있는 공기 흡입구의 내부 아크와 외부 아크의 반경과 동일하다. 하부 엔드커버의 공기 흡입구의 개시위치(241)는 상부 엔드커버의 공기 흡입구의 종결위치(234)이전에 약간 위치된다. 미끄럼 밸브홈(240)은 링단면 형상의 미끄럼 밸브(239)를 구비한다. 가스 전달체적은 미끄럼 밸브(239)의 위치 조절에 의해서 추가로 조절 가능하다. 상부 및 하부 엔드커버 캡 내에서 미끄럼 밸브는 서로 협동할 수 있으므로, 기어식 압축기는 광범위한 체적조절폭을 가질 수 있어, 여러 다른 조건에서 사용하는 것이 가능하다.
도 7은 공기 흡입배열 형태를 나타낸다. 링단면 형상의 공기 흡입구(242)는 하나의 엔드커버에 제공된다. 공기 흡입구는 구동로터(214)의 측면 상의 엔드 커버에 제공된다. 공기 흡입구의 내부 아크의 반경은 구동로터(214)의 짧은 톱니의 이뿌리원의 반경보다 약간 짧다. 공기 흡입구의 내부 아크의 반경은 구동로터의 긴 톱니의 안내부로부터 구동로터의 축까지의 최소 길이와 동일하다. 기어식 압축기에 있어서, 측면과 엔드 커버 간에 및 긴 톱니의 팁부와 하우징의 내면 간에 틈새(허용오차)가 제공되므로, 이 틈새들을 통한 유체의 누출을 막을 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 액체 분사구멍(227, 228)은 하우징의 측벽에 제공된다. 액체 분사기술의 사용에 의해서, 노이즈 발생의 저감 및 우수한 윤활효과를 얻으면서도 틈새들을 통한 액체의 누출은 크게 줄어들 수 있다. 액체분사가 압축기의 온도 및 압축기의 동력손실을 저감시킴에 따라서, 단일-단 압축률은 크게 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따르는 한쌍의 내부 치합기어인 로터의 구조체를 나타내는 개략도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유압장치는 내접기어(31)와 외접기어(34)를 구비한다. 내접기어(31)는 종동모터로서 기능하고, 외접기어(34)는 구동로터로서 기능한다. 구동로터(34)의 샤프트(35)와 종동로터의 샤프트는 서로 평행하게 배열된다. 구동로터(34)의 축과 종동로터(31)의 축 간의 거리는 2개의 로터의 피치원(32, 313)의 반경차와 동일하다. 구동로터(34)는 짧은 톱니(314), 볼록 전이 톱니(36), 오목 전이톱니(312) 및 긴 톱니(310)를 구비한다. 구동로터(34)의 긴 톱니(310)의 단면은 호크 비크 형상이고, 그의 형상은 볼록부(311), 팁부(39), 오목부(38), 및 안내부(37)에 의해서 연속으로 부드럽게 연결된다. 볼록부(311)는 긴 톱니(310)의 피치원(313)으로부터 그의 팁부까지 연장되는 볼록부(38)라 부른다. 오목부(38)는 긴 톱니의 팁부(39)로부터 이뿌리부까지 연장되는 오목 곡선을 말한다. 안내부(37)는 긴 톱니의 이뿌리부로부터 그의 피치원(313)까지 연장되는 곡선을 말한다. 외접기어, 즉 구동로터(34)의 볼록부(311)는 피치원(313)의 외부로 돌출된다. 긴 톱니(310)의 2개의 측면은 각각 볼록 전이 톱니(36)와 오목 전이톱니(312)를 구비한다. 볼록 전이 톱니(36)와 오목 전이톱니(312)는 차례대로 짧은 톱니(314)와 인접된다. 구동로터, 즉 내접기어(31)는 짧은 톱니(33), 볼록 전이 톱니(321), 오목 전이톱니(315), 및 긴 톱니(317)를 구비한다. 내접기어(31)의 긴 톱니(317)의 단면은 호크 비크 형상이고, 긴 톱니의 형상(317)은, 볼록부(316), 팁부(318), 오목부(319), 및 안내부(320)에 의해서 연속으로 부드럽게 연결된다. 외접기어(34)의 볼록부(316)는 긴 톱니(310)의 피치원으로부터 그의 팁부(318)까지연장되는 볼록곡선을 말한다. 오목부(319)는 팁부(318)로부터 긴 톱니의 이뿌리부까지 연장되는 오목 곡선을 말한다. 안내부(320)는 긴 톱니의 이뿌리부로부터 피치원(32)까지 연장되는 곡선을 말한다. 내접기어(31)의 볼록부(316)는 피치원(32)의 내부로 돌출되는 반면, 안내부(320)는 피치원(32)의 외부에 놓여진다. 긴 톱니의 2개의 측면은 각각, 볼록 전이 톱니(321)와 오목 전이톱니(315)를 구비한다. 볼록 전이 톱니(321)와 오목 전이톱니(315)는 차례대로 짧은 톱니(33)와 인접한다. 볼록부, 팁부, 오목부, 및 안내부는 모두 사이클로이드, 선, 아크, 인벌류트 및 그들의 엔벌로프 곡선에 의해서 연속으로 부드럽게 연결된다.
내접기어(31)의 긴 톱니(310)의 볼록부(311)와 외접기어(34)의 긴 톱니(317)의 안내부(320)는 공통곡선으로서 서로 치합된다. 내접기어(31)의 긴 톱니(310)의 안내부(37)와, 외접기어(34)의 긴 톱니(317)의 볼록부(316)는 공통곡선으로서 서로 치합된다. 전이 톱니의 2개의 측면의 형상은 서로 다르다. 짧은 톱니는 통상적인 기어의 원래 톱니이다.
로터들이 서로 치합되면서 회전하는 동안, 밀봉효과는 하나의 로터의 짧은 톱니와 다른 로터의 전이 톱니 사이의 치합선을 따라서 실행된다. 로터가 회전하면, 작업챔버 내의 작업매체에 대한 밀봉효과 역시, 호크 비크 형상의 이익으로 외접기어(34)의 긴 톱니(317)와 내접기어(31)의 긴 톱니(310)사이에서 실행된다. 특히, 이것은 유체를 압축, 팽창, 전달하기 위한 한쌍의 로터용으로 실현 가능하다.
도 9는 외접기어의 톱니 형상의 일 실시예를 나타낸다.
구동로터(34)의 긴 톱니(310)의 볼록부(311), 즉 곡선(I2M2)은 사이클로이드, 선, 아크, 및 복수의 선들의 엔벌로프 곡선에 의해서 연속으로 부드럽게 연결되며, M2L2의 단면은 사이클로이드, L2K2는 선, K2J2는 아크, 및 I2J2는 선들의 엔벌로프 곡선이다. 팁부(39), 즉 곡선(A2I2)은 아크이다. 볼록부(38), 즉 곡선(B2A2)은 사이클로이드 및 아크로서, 이 사이클로이드는 구동로터 상의 고정점과의 치합을 유지하는 것이다. 안내부(37), 즉 곡선(B2E2)은 선, 아크, 및 다른 복수의 선들의 엔벌로프 곡선에 의해서 연속으로 부드럽게 연결되며, B2C2의 단면은 선, C2D2는 아크, D2E2는 다른 복수의 선들의 엔벌로프 곡선이다. 볼록 전이 톱니(36)의 형상에 관하여, E2F2의 단면은 사이클로이드, F2G2는 이끝원 부분, H2G2는 인벌류트이다. 오목 전이톱니(312)에 있어서, M2N2의 단면은 사이클로이드, O2N2은 이뿌리원 부분, 및 O2P2는 인벌류트이다. 짧은 톱니는 원래 인벌류트 톱니이다.
도 10은 외접기어(34)의 톱니의 형상에 대한 일실시예이다. 외접기어(34)의 긴 톱니(317)의 볼록부(316), 즉 곡선(B1E1)은 선, 아크, 및 다른 복수의 선들의 엔벌로프 곡선에 의해 연속으로 부드럽게 연결되며, B1C1의 단면은 복수의 선들의 엔벌로프 곡선, C1D1는 아크, D1E1는 다른 복수의 선들의 엔벌로프 곡선이다. 긴 톱니(317)의 팁부(318), 즉 곡선(A1I1)은 점-치합 형성 사이클로이드이다.안내부(320), 즉 곡선(IM)은 선, 아크, 다른 복수의 선들의 엔벌로프 곡선, 및 사이클로이드에 의해서 연속으로 부드럽게 연결되며, I1J1의 단면은 선, J1K1는 아크, K1L1,은 선들의 엔벌로프 곡선, L1M1은 사이클로이드이다. 오목 전이톱니(321)의 형상에 관하여, M1N1의 단면은 사이클로이드, O1N1은 아크, O1P1는 인벌류트이다. 오목 전이톱니(315)에 있어서, E1F1의 단면은 사이클로이드, F1G1는 아크, 및 H1G1는 인벌류트이다. 짧은 톱니는 원래 인벌류트 톱니이다.
한쌍의 내부 치합기어는 원통형 바디 내에 배열된다. 초승달 형상 내의 쐐기는 2개의 로터의 회전에 대한 공간에 제공된다. 상부 엔드커버와 하부 엔드커버는 각각 실린더의 2개의 단부에 설치된다. 엔드 커버들은 유체를 흡입 및 배출하기 위한 관통구멍을 구비한다. 이 방식에 있어서, 압축 내부치합 기어식 유압장치가 형성됨으로써, 유체의 압축, 팽창 및 전달이 가능하다.
도 11은 내부치합 기어식 압축기의 일실시예를 나타내는 개략도이다. 초승달 모양의 쐐기(324), 외접기어, 및 내접기어(31)는 모두 원통형 바디(323)내에 배열된다. 공기 흡입구(326)는 내접기어의 짧은 톱니의 이끝원, 외접기어의 짧은 톱니의 이끝원, 쐐기의 하부 팁부(327)를 통과하는 선에 의해 제공된다. 공기 배출구(325)는 엔드커버에 배열되어, 내접기어(31)의 짧은 톱니(33)의 이뿌리원과 긴 톱니(317)의 이뿌리원 사이에 위치된다. 단위 체적은 2개의 로터의 긴 톱니(317, 310), 초승달 모양의 쐐기(324), 및 2개의 로터의 치합점에 의해 밀폐된다. 외접기어(34)의 긴 톱니(310)가 회전하여 초승달 모양의 쐐기(324)의 하부 팁부(327)에 도달함으로써 밀폐된 단위체적이 형성되어 가스를 압축할 수 있다. 2개의 로터의 긴 톱니(317, 310)가 회전하여 초승달 모양의 쐐기(324)의 상부 팁부(328)에 도달함으로써, 2개의 긴 톱니와 쐐기(324)의 상부 팁부(328)는 동시에 서로 치합되기 시작하며, 그로 인해 쐐기(324)의 상부 팁부(328)에서의 완전한 밀봉이 실행된다. 내접기어(31)의 긴 톱니의 안내부가 회전하여 공기 배출구(325)를 통과하면, 가스는 단위체적으로부터 배출되기 시작한다. 이 방법에 있어서, 전체 작업사이클, 즉 흡입, 압축 및 배출이 실행된다.
가스 배출포트(공기 배출구) 및 가스 흡입포트(공기 흡입구)에 제공된 미끄럼 밸브에 의해서, 가변 작업조건 및 가변 가스 전달체적은 용이하게 조절될 수 있다.
도 12는 미끄럼 밸브가 제공된 내부치합 기어식 압축기의 개략도이다. 미끄럼 밸브(329)가 미끄럼 밸브홈(330)을 따라서 이동함으로써, 공기 배출구(325)는 넓게 또는 좁게 개방될 수 있고, 그로 인해 가변 작업조건에 적합한 무단 조절이 실현된다.
본 발명에 따르는 유압장치는 팽창장치로서도 사용이 가능하다.
본 발명은 로터리 유압장치의 밀봉효과 및 전달 신뢰성의 문제를 해결하고, 유체를 효과적으로 압축, 팽창 및 전달하기 위해 최소 구성품의 사용을 개시하였다.
본 발명에 따르면, 호크 비크 형상의 긴 톱니의 모든 곡선부 중에서, 볼록부와 안내부가 유체의 동력전달 및 밀봉을 위해서 사용되는 한편, 팁부와 오목부는소망의 작업챔버 내에서 유체를 밀봉하는데 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면과 함께 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명은 바람직한 실시예로 한정되는 것은 아니다. 당업자에게는 본 발명의 범위와 정신으로부터 벗어남이 없이 다양한 변경, 치환 및 개량이 가능하다는 것이 명백할 것이다.
가령, 본 발명에 따르는 기어는 단지 하나의 긴 톱니를 구비하였으나, 이것은 2개 또는 그 이상의 톱니를 구비할 수도 있다.
특히, 긴 톱니는 원주방향을 따라 배치될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따르면 적어도 하나의 긴 톱니를 갖는 2개 이상의 기어가 팽창장치나 압축기 내에 배열될 수 있다. 그같은 기어의 반경은 서로 동일하거나 다를 수 있다.
상술한 실시예는 비록 모두 톱니이지만, 이것들은 헬리컬이나 헤링본(herringbone)톱니로 만들 수 있다.
또, 본 발명에 따르는 기어는 원주기어뿐만 아니라 베벨기어에도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 기어는 원형기어뿐만 아니라 비원형 기어에도 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르는 기어는 외접기어뿐만 아니라 내접기어에도 사용할 수 있다.
또, 본 발명에 따르는 유압장치에 있어서, 한쌍의 치합기어는 모두 외접기어일 수 있지만, 하나는 외접기어이고 하나는 내접기어일 수도 있다.
다른 주파수의 사용을 통해서 로터의 회전속도를 조절함으로써, 본 발명에 따르는 유압장치는 가변 가스 전달체적을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 유압장치에 있어서, 틈새는 한쌍의 치합기어의 치합점 사이에 형성됨으로써, 유압장치는 그의 생산품이 윤활유와 연통될 수 없는 음식 및 직물과 같은 산업분야에서 사용할 수 있다. 이 경우에, 이 한쌍의 치합기어는 다른 별개의 동기 기어에 의해 구동된다.
본 발명은 압축기, 펌프, 유체 측정기, 유압모터, 및 콤팩트 장치와 같은 산업분야에서 폭넓게 적용할 수 있다.

Claims (33)

  1. 그 피치원 상에 짧은 톱니, 전이 톱니 및 적어도 하나의 긴 톱니를 포함하는 기어에 있어서,
    상기 긴 톱니의 단면은 호크 비크(hawk beak)형상이고, 상기 긴 톱니의 형상은 볼록부, 팁부, 오목부 및 안내부에 의해 연속으로 부드럽게 연결되고, 상기 긴 톱니의 2개의 측면은 각각 전이 톱니를 구비하고, 전이 톱니의 각각은 상기 긴 톱니의 양면 상의 짧은 톱니와 이웃하는 기어.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 긴 톱니의 볼록부의 형상은 사이클로이드, 선 및 다른 복수의 선의 엔벌로프 곡선에 의해 연속으로 부드럽게 연결되는 기어.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 긴 톱니의 볼록부의 형상은 사이클로이드, 선, 아크 및 다른 복수의 선의 엔벌로프 곡선에 의해 연속으로 부드럽게 연결되는 기어.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 긴 톱니의 볼록부의 형상은 인벌류트, 선, 아크 및 다른 복수의 선의 엔벌로프 곡선에 의해 연속으로 부드럽게 연결되는 기어.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 긴 톱니의 볼록부의 형상은 포물선, 선, 아크 및 다른 복수의 선의 엔벌로프 곡선에 의해 연속으로 부드럽게 연결되는 기어.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 긴 톱니의 볼록부의 형상은 타원, 선, 아크 및 다른 복수의 선의 엔벌로프 곡선의 단면에 의해 연속으로 부드럽게 연결되는 기어.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 긴 톱니의 볼록부의 형상은 사이클로이드, 선, 아크 및 다른 사이클로이드에 의해 연속으로 부드럽게 연결되는 기어.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 긴 톱니의 볼록부의 형상은 사이클로이드, 선, 아크 및 포물선에 의해 연속으로 부드럽게 연결되는 기어.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 긴 톱니의 볼록부의 형상은 사이클로이드, 선, 아크 및 타원의 단면에 의해 연속으로 부드럽게 연결되는 기어.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 구동로터의 긴 톱니의 팁부의 형상은 아크 또는 3차원 스플라인 곡선인 기어.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 구동로터의 긴 톱니의 볼록부의 형상은 다른 아크의 엔벌로프 곡선 또는 구동로터 상의 고정점과의 치합을 유지하는 사이클로이드인 기어.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 종동로터의 긴 톱니의 팁부의 형상은 아크인 기어.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 종동로터의 긴 톱니의 안내부는 구동로터의 긴 톱니의 볼록부와 치합되는 기어.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 구동로터의 긴 톱니의 안내부는 종동로터의 긴 톱니의 볼록부와 치합되는 기어.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 구동로터의 긴 톱니의 팁부는 종동로터의 긴 톱니의 오목부와 치합되는 기어.
  16. "8"형상 하우징, 상부 엔드커버 및 하부 엔드커버를 포함하는 케이싱을 구비하고, 적어도 한쌍의 치합 기어형상 로터는 하나의 구동로터로서 작동하고 하나의 종동로터는 상기 케이싱 내에 수용되고, 적어도 하나의 가스 배출구나 공기 흡입구가 상기 케이싱에 제공되고, 적어도 하나의 배출포트나 공기 배출구가 상기 엔드 커버들에 제공되며, 상기 구동로터 및 종동로터는 그들의 피치원 상에 각각 짧은 톱니, 전이 톱니 및 적어도 하나의 긴 톱니를 구비하는 유체 압축 또는 팽창용 유압장치에 있어서,
    상기 긴 톱니의 단면은 호크 비크(hawk beak)형상이고, 상기 긴 톱니의 형상은 볼록부, 팁부, 오목부 및 안내부에 의해 연속으로 부드럽게 연결되고, 상기 긴 톱니의 볼록부는 피치원의 외부로 돌출되고, 상기 긴 톱니의 2개의 측면은 각각 상기 긴 톱니의 양면 상의 짧은 톱니와 인접하는 전이 톱니를 구비하는 유압장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 엔드커버들은 판형상이고, 엔드커버들 중 하나는 링 단면형상의 가스 배출구를 구비하고, 이 가스 배출구는 종동로터가 제공되는 측면에 위치되고, 공기 배출구의 외부 아크의 반경은 종동기어의 짧은 톱니의 이뿌리원의 반경보다 약간짧고, 공기 배출구의 내부 아크의 반경은 종동로터의 긴 톱니의 안내부로부터 종동로터 샤프트의 축까지의 최소 길이와 동일한 유압장치.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 엔드커버는 링 단면형상의 공기 배출구를 구비하는 판형상이며, 공기 배출구는 종동로터가 제공되는 측면에 배치되고, 공기 배출구의 외부 아크의 반경은 종동기어의 짧은 톱니의 이뿌리원의 반경보다 약간 짧고, 공기 배출구의 내부 아크의 반경은 종동로터의 긴 톱니의 안내부로부터 종동로터 샤프트의 축까지의 최소 길이와 동일한 유압장치.
  19. 제 16항에 있어서,
    케이싱의 내부면에 인접하는 부분에서, 상기 엔드커버들은 적어도 하나의 링 단면형상의 볼록 미끄럼 밸브홈을 구비하고, 이 미끄럼 밸브홈의 일단은 공기 배출구와 연통되고, 미끄럼 밸브홈의 내부 아크 및 외부 아크의 반경은 각각 공기 배출구의 내부 아크 및 외부 아크의 반경과 동일하고, 링 단면형상의 미끄럼 밸브는 미끄럼 밸브홈에 제공되고, 미끄럼 밸브의 내부 아크와 외부 아크의 반경은 각각 공기 배출구의 내부 아크 및 외부 아크의 반경과 동일한 유압장치.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 엔드커버들은 판형상이며, 이 엔드커버들 중 하나는 링 단면형상의 공기 흡입구를 구비하고, 이 공기 흡입구는 구동로터가 제공되는 측면에 배치되고, 공기 흡입구의 외부 아크의 반경은 실린더의 내경보다 약간 짧고, 공기 흡입구의 내부 아크의 반경은 구동로터의 짧은 톱니의 이뿌리원과 동일한 유압장치.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 엔드커버는 공기 흡입구를 구비하고, 공기 흡입구의 외부 아크의 반경은 구동로터의 측면 상의 실린더의 내경보다 약간 짧고, 공기 흡입구의 내부 아크의 반경은 구동로터의 짧은 톱니의 이뿌리원과 동일하고, 케이싱의 내부면과 인접하는 위치에서, 상부 엔드커버는 링 단면형상의 오목 미끄럼 밸브홈을 구비하고, 이 미끄럼 밸브홈의 일단은 공기 흡입구와 연통되고, 미끄럼 밸브홈의 내부 아크 및 외부 아크의 반경은 각각 공기 흡입구의 내부 아크 및 외부 아크의 반경과 동일하고, 링 단면형상의 미끄럼 밸브는 미끄럼 밸브홈에 제공되고, 미끄럼 밸브의 내부 아크와 외부 아크의 반경은 각각 공기 흡입구의 내부 아크 및 외부 아크의 반경과 동일한 유압장치.
  22. 제 16항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 엔드커버는 공기 흡입구를 구비하고, 상부 엔드커버의 공기 흡입구의 외부 아크 반경은 구동로터의 측면 상의 실린더의 내경보다 약간 짧고, 공기 흡입구의 내부 아크의 반경은 구동로터의 짧은 톱니의 이뿌리원과 동일하고, 케이싱의 내부면과 인접하는 위치에서, 상부 엔드커버는 링 단면형상의 볼록미끄럼 밸브홈을 구비하고, 이 미끄럼 밸브홈의 일단은 공기 흡입구와 연통되고, 미끄럼 밸브홈의 내부 아크 및 외부 아크의 반경은 각각 공기 흡입구의 내부 아크 및 외부 아크의 반경과 동일하고, 링 단면형상의 미끄럼 밸브는 미끄럼 밸브홈에 제공되고, 미끄럼 밸브의 내부 아크와 외부 아크의 반경은 각각 공기 흡입구의 내부 아크 및 외부 아크의 반경과 동일하며, 케이싱의 내부면과 인접하는 위치에서, 하부 엔드커버 역시 모두 링 단면형상인 공기 흡입구와 오목 미끄럼 밸브홈을 구비하고, 하부 엔드커버의 공기 흡입구의 내부 아크와 외부 아크의 반경은 각각 상부 엔드커버의 공기 흡입구의 내부 아크와 외부 아크의 반경과 동일하고, 미끄럼 밸브 홈의 내부 아크와 외부 아크의 반경은 각각 공기 흡입구의 내부 아크와 외부 아크의 반경과 동일하며, 하부 엔드커버의 공기 흡입구의 개시점은 상부 엔드커버의 공기 흡입구의 종결 위치 전에 약간 위치되고, 링 단면형상의 미끄럼 밸브는 미끄럼 밸브 홈 상의 브리지에 제공되는 유압장치.
  23. 제 16항에 있어서,
    상기 엔드커버들은 링 단면형상의 공기 흡입구를 구비하고, 이 공기 흡입구는 구동로터가 제공되는 측면에 위치되고, 공기 흡입구의 외부 아크의 반경은 구동기어의 짧은 톱니의 이뿌리원의 반경보다 약간 짧고, 공기 흡입구의 내부 아크의 반경은 구동로터의 긴 톱니의 안내부로부터 구동로터 샤프트의 축까지의 최소 길이와 동일한 유압장치.
  24. 제 16항에 있어서,
    "8"형상 하우징의 상기 측벽은 공기 흡입구를 구비하고, 이 공기 흡입구의 축은 2개의 "8"형상 하우징 실린더의 변곡점을 통과하는 가상선과 일치하도록 배열되는 유압장치.
  25. 제 16항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압장치는 기어식 유압 컨베이어인 유압장치.
  26. 제 16항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압장치는 기어식 압축기인 유압장치.
  27. 제 16항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압장치는 기어식 팽창장치인 유압장치.
  28. 초승달 형상 쐐기와, 실린더 바디, 구동로터 및 상부 엔드커버 및 하부 엔드커버를 포함하는 케이싱을 구비하고, 상기 케이싱 내에는 하나의 구동로터와 하나의 종동로터로 각각 작용하는 적어도 한쌍의 내부 치합기어가 수용되고, 상기 엔드커버들은 기체 또는 액체의 흡입 및 배출용 관통구멍을 구비하고, 상기 구동로터와 종동로터는 그들의 피치원 상에 짧은 톱니, 전이 톱니 및 적어도 하나의 긴 톱니를 각각 구비하는 유체 전달, 압축 또는 팽창용 유압장치에 있어서,
    상기 긴 톱니의 단면은 호크 비크 형상이고, 상기 긴 톱니의 형상은 볼록부, 팁부, 오목부 및 안내부에 의해 연속으로 부드럽게 연결되고, 외접기어의 긴 톱니의 볼록부는 피치원의 외부로 돌출되고, 내접기어의 긴 톱니의 볼록부는 피치원의 내부로 돌출되고, 상기 긴 톱니의 2개의 측면은 각각 상기 긴 톱니의 양면 상의 짧은 톱니와 인접하는 전이 톱니를 구비하는 유압장치.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 엔드커버들은 링 단면형상이고, 2개의 엔드커버들 중 하나는 링 단면형상의 공기 배출구를 구비하고, 이 공기 배출구는 종동로터가 제공되는 측면에 배치되고, 공기 배출구의 내부 아크의 반경은 종동기어의 짧은 톱니의 이뿌리원의 반경보다 길거나 동일하고, 공기 배출구의 외부 아크의 반경은 종동로터의 긴 톱니의 이뿌리원의 반경보다 짧거나 동일한 유압장치.
  30. 제 28항에 있어서,
    상기 엔드커버들은 판형상이고, 엔드커버들 중 하나는 공기 흡입구를 구비하고, 이 공기 흡입구는 구동로터의 짧은 톱니의 이끝원, 종동기어의 짧은 톱니의 이끝원 및 초승달 모양의 쐐기의 팁부를 통과하는 선에 의해 제공되는 유압장치.
  31. 제 28항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압장치는 기어식 유압 컨베이어인 유압장치.
  32. 제 28항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압장치는 기어식 유압 압축기인 유압장치.
  33. 제 28항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압장치는 기어식 팽창장치인 유압장치.
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