KR20060032634A

KR20060032634A - 내접 기어식 펌프 및 그 펌프의 내측 회전자

Info

Publication number: KR20060032634A
Application number: KR1020067000803A
Authority: KR
Inventors: 다이스께 오가따; 나오끼 이누이; 신야 아리나가
Original assignee: 스미또모 덴꼬 쇼오께쯔 고오낑 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2006-04-17
Also published as: US7407373B2; JP2005036735A; CN1816694A; CN100447418C; EP1662144B1; KR101029624B1; WO2005005835A1; JP4557514B2; US20060171834A1; EP1662144A1; EP1662144A4; WO2005005835B1

Abstract

본 발명의 과제는 내접 기어식 펌프의 내측 회전자와 외측 회전자의 편심량(e)의 설정에 자유도를 부여하여 펌프의 토출량을 크게 할 수 있도록 하는 것이다. 내측 회전자(1)의 치저부(4)를 하이포사이클로이드 곡선으로, 외측 회전자와의 맞물림부(3)를 인벌류트 곡선으로, 치선부(1)를 원호나 타원의 일부나 에피사이클로이드 곡선 등의 임의의 곡선으로 각각 형성하였다.

내측 회전자, 치저부, 맞물림부, 치선부, 편심량,

Description

내접 기어식 펌프 및 그 펌프의 내측 회전자 {INTERNAL GEAR PUMP AND INNER ROTOR OF THE PUMP}

본 발명은 치형으로 고안한 내접 기어식 펌프의 내측 회전자와, 그 내측 회전자를 외측 회전자와 조합하여 구성되는 내접 기어식 펌프에 관한 것이다.

내접 기어식 펌프의 종래예로서, 예를 들어 하기 특허 문헌 1 및 2에 개시된 바와 같은 것이 있다.

[특허 문헌 1] 일본 실용신안 공고 평6-39109호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평11-811935호 공보

특허 문헌 1의 내접 기어식 펌프는 기초원 직경(A), 구름원 직경(B), 궤적 원 직경(C), 편심량(e)의 수치를 기초로 하여 창성되는 트로코이드형(trocoidal) 내접 기어 회전자를 채용하고 있다.

또한, 특허 문헌 2의 내접 기어식 펌프는 치선(tooth top)이 에피사이클로이드 곡선, 치홈이 하이포사이클로이드 곡선인 내측 회전자와, 치선이 하이포사이클로이드 곡선, 치홈이 에피사이클로이드 곡선인 외측 회전자를 조합하고 있다.

상기 특허 문헌 1의 내접 기어식 펌프는 내측 회전자 치선 직경이 내측 회전자의 잇수와, 설계상의 편심량(내측 회전자 중심과 외측 회전자 중심의 편심량)(e), 기초원 직경(A), 구름원형(B), 궤적 원형(C)에 의해 결정되기 때문에, 반대로 내측 회전자 치선 직경을 고정하여 편심량을 결정하고자 하면, 편심량(e)의 설정에 자유도가 없어 토출량을 크게 할 수 없었다. 이론 토출량은 편심량(e)이 커짐에 따라 크게 할 수 있기 때문에 토출량을 늘리는 데에는 편심량의 설정에 자유도를 부여할 필요가 있다.

상기 특허 문헌 2의 내접 기어식 펌프도 기초원에 외접하여 기초원 상을 미끄러지지 않고 구르는 구름원과, 기초원에 내접하여 기초원 상을 미끄러지지 않고 구르는 구름원으로 치선과 치저(tooth bottom)를 창성하고 있으므로 전자와 마찬가지로 편심량(e)의 설정에 자유도가 없어, 토출량을 크게 할 수 없다는 문제를 갖고 있다.

본 발명은 내접 기어식 펌프의 회전자의 편심량(e)의 설정에 자유도를 부여하여 토출량을 크게 할 수 있도록 하는 것을 과제로 하고 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 있어서는 치저부가 하이포사이클로이드 곡선으로, 외측 회전자와의 맞물림부가 인벌류트 곡선으로, 치선부가 임의의 곡선으로 각각 형성된 치를 갖는 내접 기어식 펌프의 내측 회전자를 제공한다.

여기서, 맞물림부라 함은, 외측 회전자와 내측 회전자를 설계상의 편심 위치에서 회전시켰을 때에 외측 회전자와 내측 회전자가 맞물리는 범위의 것을 말한다.

또한, 그 내측 회전자와, 이 내측 회전자의 중심을 외측 회전자의 중심 주위에 직경(2e ＋ t)의 원을 그려 공전시키고, 내측 회전자 중심이 그 원을 1주 공전하는 동안에 내측 회전자를 1/n회 자전시키고, 이렇게 하여 만들어지는 내측 회전자의 치형 곡선군의 포물선을 치형으로 한 외측 회전자를 조합하여 구성되는 내접 기어식 펌프를 제공한다. e : 내측 회전자의 중심과 외측 회전자의 중심의 편심량, t : 외측 회전자와 그것에 압박한 내측 회전자 사이의 최대 간극, n : 내측 회전자의 잇수이다.

상기한 내측 회전자는 치저부를 형성하는 하이포사이클로이드 곡선의 기초원의 직경이 맞물림부를 형성하는 인벌류트 곡선의 기초원의 직경보다도 크고, 치저부의 상기 하이포사이클로이드 곡선과 맞물림부의 상기 인벌류트 곡선이 상기 하이포사이클로이드 곡선의 기초원의 내측에서 서로 연결되고, 또한 내측 회전자 중심을 중심으로 하는 연결점을 통과하는 원의 연결점에 있어서의 접선과 연결점에 있어서의 인벌류트 곡선의 접선과의 경사각이 85°보다도 작은 것이 바람직하다.

또한, 치선부의 곡선은 원호 곡선이나 타원의 일부의 곡선 등이라도 좋지만, 에피사이클로이드 곡선을 이용하면 바람직하다.

도1은 본 발명의 내측 회전자의 치형의 일부를 확대하여 도시하는 도면.

도2는 본 발명의 펌프의 내접 기어 회전자의 일예를 나타내는 도면.

도3은 본 발명의 펌프의 내접 기어 회전자의 다른 예를 나타내는 도면.

도4는 내측 회전자를 자전시키면서 공전시켰을 때의 치형 변위를 도시하는 도면.

도5는 종래 펌프의 내접 기어 회전자의 일예를 나타내는 도면.

도6은 회전자 회전수와 토출량의 관계의 비교 시험 결과를 나타내는 도면.

<부호의 설명>

1 : 내측 회전자

2 : 치선

3 : 맞물림부

4 : 치저

5 : 구름원

6 : 하이포사이클로이드 곡선의 기초원

7 : 인벌류트 곡선의 기초원

8 : 외측 회전자

도1에 본 발명의 내측 회전자의 실시 형태의 주요부를 확대하여 도시한다. 도면 중 부호 1은 내측 회전자, 2는 이 내측 회전자의 치선, 3은 외측 회전자와의 맞물림부, 4는 치저이다.

치저(4)는 하이포사이클로이드 곡선으로, 맞물림부(3)는 인벌류트 곡선으로 각각 형성되어 있다. 또한, 치선(2)은 원호 곡선이지만, 타원의 일부의 곡선이나 도1에 일점쇄선으로 나타내는 에피사이클로이드 곡선을 이용해도 좋다.

치저(4)의 하이포사이클로이드 곡선은 직경 d의 구름원(5)이 직경 D1의 기초원(6)에 내접하여 미끄러지지 않고 구르고, 그때의 구름원(5)의 원주 상의 일점의 궤적으로 형성되어 있다. 맞물림부(3)의 인벌류트 곡선의 기초원(피치 원)(7)의 직경 d는 하이포사이클로이드 곡선의 기초원(6)의 직경 D1보다도 작다. 기초원(6, 7)은 동일 위치에 중심을 갖는 원이다.

도시한 치형은 치선(2)의 높이 및 치저(4)의 깊이를 각각 치 길이의 약 1/3 미만으로 하고, 남은 1/3 초과의 영역을 맞물림부(3)로 이루고 있지만, 맞물림부(3)의 형성 영역(치 길이 방향의 치수)은 필요에 따라서 증감시킬 수 있다.

이 치형은 맞물림부(3)의 면의 위치(인벌류트 곡선의 위치)를 우선 설정하고, 그 인벌류트 곡선에 대해 치저(4)의 하이포사이클로이드 곡선이 바람직한 경사각(α)을 갖고 연결되도록(그 연결점을 Q로 함) 하이포사이클로이드 곡선의 기초원(6)의 직경 D1과 구름원(5)의 직경 d를 결정하여 창성한다.

여기서 말하는 경사각(α)은 기초원(6, 7)의 중심(도시하지 않음)과 연결점(Q)을 통과하는 반경 방향의 선(L)과 직각인 선[이는 연결점(Q)을 통과하는 내측 회전자 중심을 중심으로 하는 원의 연결점(Q)에 있어서의 접선]을 기준(0°)으로 한 경사각이다. 일반적으로 내접 기어식 펌프의 내측 회전자의 치는 4개 내지 15개의 것이 사용되고 있고, 이 경사각(α)은 85°보다도 작게 하는 것이 좋다. 또한, 이 경사각(α)의 하한은 65°정도가 바람직하다. 토출량을 크게 하기 위해서는, 내측 회전자의 잇수는 4개 내지 12개 정도가 바람직하고, 이때의 경사각(α)은 80°이하, 70°이상이 바람직하다.

또한, 내측 회전자(1)의 직경, 잇수, 치 길이, 치 피치, 맞물림부(3)의 인벌류트 곡선의 위치 및 Q점에 있어서의 곡선의 경사각(α)이 결정되면, 치저(4)를 형성하는 하이포사이클로이드 곡선의 기초원(6)의 직경 D1과 구름원(5)의 직경 d의 적절한 크기를 구할 수 있다.

치선(2)의 곡선은 도1에 일점쇄선으로 나타내는 에피사이클로이드 곡선이 맞물림부(3)의 인벌류트 곡선과의 연결이 원활하게 되어 바람직하다. 치선(2)의 곡선이 맞물림부(3)의 인벌류트 곡선에 원활하게 연결되면 치면의 가공이 쉬워진다. 또한, 외측 회전자의 치 사이에 형성되는 펌프의 폐입부의 간극도 작아져 펌프의 용적 효율도 향상된다.

도2 및 도3에 본 발명의 내측 회전자(1)를 채용한 내접 기어 회전자의 일예를 나타낸다. 도면 중 부호 8은 외측 회전자이다. 도2는 회전자 간극[내측 회전자(1)와 외측 회전자(8) 사이의 간극]이 0이 되는 위치를 내측 회전자(1)의 치저와 외측 회전자(8)의 치선 사이에 설정하는 예를, 또한 도3은 회전자 간극이 0이 되는 위치를 내측 회전자(1)의 치선과 외측 회전자(8)의 치저 사이에 설정하는 예를 각각 나타내고 있다.

외측 회전자(8)는 이하의 방법으로 형성한 치형을 갖는다.

도4에 도시한 바와 같이, 내측 회전자(1)의 중심(Oi)을 외측 회전자(8)의 중심(Oo) 주위에 직경(2e ＋ t)의 원(S)을 그려 공전시킨다. 부호 t는 외측 회전자(8)와 그 외측 회전자(8)로 압박한 내측 회전자(1) 사이에 생기는 최대 간극으로 한다.

또한, 내측 회전자(1)의 중심(Oi)이 원(S)을 1주하는 동안에 내측 회전자(1)를 1/n회 자전시킨다. 도4의 일점쇄선은 내측 회전자(1)의 중심(Oi)이 외측 회전자(8)의 중심(Oo) 주위에 각도(θ) 공전하여 Oi'점으로 이동하고, 이 사이에 내측 회전자(1)가 θ/n 자전한 위치에서의 내측 회전자의 치형 곡선을 나타내고 있다. 이 치형 곡선은 내측 회전자의 자전을 수반하는 공전의 각 위치에 나타내고, 이 치형 곡선군의 포물선을 외측 회전자(8)의 치형으로 이루고 있다.

또한, 시뮬레이션에 의한 맞물림 회전 시험에서 내측 회전자와 외측 회전자의 간섭이 일어나지 않는지를 확인하고, 필요가 있으면 외측 회전자(8)의 치형에 수정을 가하여 수정 후의 치형을 갖는 외측 회전자를 양산한다.

상술한 외측 회전자(8)와 치형이 3종류의 곡선으로 구성되는 내측 회전자(1)를 조합하고, 이를 흡입구와 토출구를 갖는 펌프 케이스(도시하지 않음)에 수납하여 본 발명의 내접 기어식 펌프로 이룬다.

도2 및 도3의 치형을 갖는 내접 기어식 펌프(발명품)와, 전술한 특허 문헌 1의 치형을 갖는 종래의 내접 기어식 펌프(비교품)의 성능 비교 시험 결과를 이하에 기록한다.

발명품과 비교품의 수치는 이하와 같다.

ㆍ발명품

잇수 : 내측 회전자(9)/외측 회전자(10)

치수 : 외경 Φ94.0 ㎜ × 두께 10.8 ㎜

편심량(e) : 4.2 ㎜

ㆍ비교품

잇수 : 내측 회전자(9) / 외측 회전자(10)

치수 : 외경 Φ94.0 ㎜ × 두께 10.8 ㎜

편심량(e) : 3.735 ㎜

오일 온도 : 80 ℃, 토출 압력 : 0.50 ㎫의 시험 조건에서의 회전자 회전수와 토출량의 관계를 도6에 나타낸다.

본 시험 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 내측 회전자를 채용하면 내측 회전자(1)와 외측 회전자(8)의 편심량(e)을 종래품보다도 크게 하여 회전자 외경과 회전자 두께를 바꾸지 않고 펌프의 토출량을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 내측 회전자는 치저부와 치선부 사이의 맞물림부를 인벌류트 곡선으로 구성하고 있다. 인벌류트 곡선은 트로코이드형 내접 기어 회전자나 사이클로이드형 내접 기어 회전자와 달라 기초원 상을 구름원을 구르게 하여 그 구름원의 일점의 궤적으로 치형을 창성하는 개념이 없어, 편심량(e)과의 관련이 없다. 그로 인해, 내측 회전자 중심과 외측 회전자 중심의 편심량(e)의 설정에 자유도가 생겨 편심량(e)을 크게 하여 펌프의 토출량을 크게 하는 것이 가능해진다.

이 내측 회전자는 치저부를 형성하는 하이포사이클로이드 곡선의 기초원의 직경이 맞물림부를 형성하는 인벌류트 곡선의 기초원의 직경보다도 크고, 치저부의 상기 하이포사이클로이드 곡선과 맞물림부의 상기 인벌류트 곡선이 상기 하이포사이클로이드 곡선의 기초원의 내측에서 서로 연결되고, 내측 회전자 중심을 중심으로 하는 연결점을 통과하는 원의 연결점에 있어서의 접선과 연결점에 있어서의 인벌류트 곡선의 접선의 경사각이 85°보다도 작은 설계로 하면, 외측 회전자와의 맞물림이 양호하게 이루어져 회전자가 원활하게 회전한다.

또한, 치선부를 에피사이클로이드 곡선으로 형성한 것은 펌프의 폐입부의 간극이 작게 억제되어 펌프의 용적 효율이 향상된다. 에피사이클로이드 곡선의 치선은 맞물림부의 인벌류트 곡선에 원활하게 연결할 수 있어, 치면의 가공의 용이화나 펌프의 소음 저감 등의 면에서도 유리한 곡선이라 할 수 있다.

또한, 이 내측 회전자와 조합하는 본 발명의 펌프의 외측 회전자는 내접 기어 회전자의 원활한 회전을 위해 내측 회전자의 중심을 외측 회전자의 중심 주위에 직경(2e ＋ t)의 원을 그려 공전시키고, 내측 회전자 중심이 그 원을 1주 공전하는 동안에 내측 회전자를 1/n회 자전시킬 수 있는 내측 회전자 치형 곡선군의 포물선으로 형성되는 치형을 채용한다.

Claims

내측 회전자와 그 내측 회전자보다도 잇수가 1개 많은 외측 회전자로 이루어지는 내접 기어식 펌프의 내측 회전자에 있어서, 치저부가 하이포사이클로이드 곡선으로, 외측 회전자와의 맞물림부가 인벌류트 곡선으로, 치선부가 임의의 곡선으로 각각 형성된 치를 갖는 내측 회전자.
제1항에 있어서, 상기 하이포사이클로이드 곡선의 기초원의 직경이 상기 인벌류트 곡선의 기초원의 직경보다도 크고, 치저부의 상기 하이포사이클로이드 곡선과 맞물림부의 상기 인벌류트 곡선이 상기 하이포사이클로이드 곡선의 기초원의 내측에서 서로 연결되고, 또한 내측 회전자 중심을 중심으로 하는 연결점을 통과하는 원의 연결점에 있어서의 접선과 연결점에 있어서의 인벌류트 곡선의 접선의 경사각이 85°보다도 작은 것을 특징으로 하는 내접 기어식 펌프의 내측 회전자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 치선부의 곡선이 에피사이클로이드 곡선인 것을 특징으로 하는 내접 기어식 펌프의 내측 회전자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 내측 회전자와, 이 내측 회전자의 중심을 외측 회전자의 중심 주위에 직경(2e ＋ t)의 원을 그려 공전시키고, 내측 회전자 중심이 그 원을 1주 공전하는 동안에 내측 회전자를 1/n회 자전시키고, 이 렇게 하여 만들어지는 내측 회전자의 치형 곡선군의 포물선을 치형으로 한 외측 회전자를 조합하여 구성되는 내접 기어식 펌프.

여기서, e : 내측 회전자의 중심과 외측 회전자의 중심의 편심량

t : 외측 회전자와 그것에 압박한 내측 회전자 사이의 최대 간극

n : 내측 회전자의 잇수