KR20080016861A - 기어드 오버드라이브를 가진 오비탈 트랜스미션 - Google Patents

기어드 오버드라이브를 가진 오비탈 트랜스미션 Download PDF

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KR20080016861A
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orbiter
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제임스 와이. 글리스만
케이트 이. 글리스만
매튜 알. 로나
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토르벡 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 트랜스미션은, 가변 유압 펌프 및 모터와 함께 오비탈 기어 복합체를 포함한다. 트랜스미션에 대한 입력은, 펌프와 모터가 동작하지 않는 경우, 오비터가 정지한 경우, 오비탈 기어링이 오버드라이브 상태를 만드는 경우에, 오비탈 기어링에 의해 속도를 증가시킨다. 기어 감속은 웨브-회전 디바이스로 웨브를 회전시킴으로써 달성되며, 높은 기어 감속이 가능하다. 펌프와 모터는 무한 가변 사판을 가진 긴 피스톤의 유압 머신인 것이 바람직하다. 유압 머신은, 풀 짐벌에 의해 고정된 요동체와, 긴 피스톤을 위한 길게 연장된 홀을 가진 홀드다운 플레이트를 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 구성에 의하면, 사판이 최대 경사각인 경우 또는 그 부근의 값을 갖는 경우에, 홀드다운 플레이트와 긴 피스톤의 헤드 단부 사이에서 생길 수 있는 충격을 제거할 수 있다.

Description

기어드 오버드라이브를 가진 오비탈 트랜스미션{ORBITAL TRANSMISSION WITH GEARED OVERDRIVE}
본 발명의 자동차 트랜스미션(automotive transmission)의 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로 말하면, 본 발명은 오비탈 기어링(orbital gearing) 및 가변 웨브-회전 디바이스(variable web-rotating device)를 구비하는 자동차 트랜스미션에 관한 것이다.
관련 출원
본 출원은, 2005년 6월 15일에 제출된 "ORBITAL TRANSMISSION WITH GEARED OVERDRIVE"란 명칭의 미국 동시계속 출원 일련번호 11/153,112호의 우선권을 주장한다. 상기 출원은 본 명세서에 인용에 의해 포함되는 것으로 한다.
본 출원은, 2005년 6월 15일에 제출된 "DUAL HYDRAULIC MACHINE TRANSMISSON"이란 명칭의 미국 동시계속 출원 일련번호 11/153,111호의 우선권을 주장한다. 출원 일련번호 11/153,111호는, "LONG-PISTON HYDRAULIC MACHINES"란 명칭으로 글리어스만(Gleasman) 등에게 2006년 1월 10일자로 허여된 미국 특허 번호 제6,983,680호의 일부계속 특허 출원이다. 미국 특허 번호 제6,983,680호는, "LONG-PISTON HYDRAULIC MACHINES"란 명칭으로 2003년 8월 25일자로 제출된 일부계속 출원 번호 10/647,557호의 일부계속 출원으로서, 현재는 포기되었다. 출원 번 호 10/647,557호는, 현재는 포기된, "LONG-PISTON HYDRAULIC MACHINES"란 명칭으로 2002년 8월 28일자로 제출된 특허 출원 10/229,407호의 일부계속 출원이다. 상기 특허 및 출원 문헌은 본 명세서에 인용에 의해 포함되는 것으로 한다.
최근 10년간 조정가능한 사판(adjustable swash plates)을 가진 유압 펌프 및 유압 모터를 자동차 트랜스미션에 사용하는 것에 대하여 논의되어 왔지만, 자동차에 사용하는데 필요한 속도와 압력에서 충분히 경량이며 강력한 유압 펌프 및 유압 모터를 구축하는 데에는 어려움이 있어 왔다. 통상적으로, 조정가능한 사판을 가진 유압 펌프/모터는 고정된 사판(fixed swash) 및 회전 실린더 블록(rotating cylinder block)을 포함한다. 이러한 구성은, 골프 카트 및 기계 장치 등의 애플리케이션에 대해서는 펌프/모터용으로 효과적으로 작동하지만, 자동차에서와 같이 고압 및 고속의 사용에서는, 회전 실린더 블록이 너무 크고, 너무 무거우며, 또한 너무 비효율적이다. 유압 머신(hydraulic machines)에 관한 종래 기술은, 거의 100년 동안, 고정 실린더 블록과 분할 사판(split swash plates)에 대해 개시하고 있지만, 자동차의 구동에 요구되는 고속 및 고압의 연소에 사용하기 위해, 상업적으로 성공한 것으로 밝혀진 것은 없었다. 문제점은, 기본적으로 충분히 고정된(stable) 피스톤/사판 인터페이스를 제공하는 것에 어려움이 있다는 것이다.
글리스만(Gleasman) 등에게 1995년 8월 15일자로 허여된 "VARIABLE HYDRAULIC MACHINE"이란 명칭의 미국 특허 제5,440,878호에서는, 피스톤-사판 인터페이스(piston-swash interface) 문제의 해결을 목적으로 한다. 긴 독본(long dog bones)이 피스톤과 사판을 서로 연결하고, 회전 응력(rotational stresses)하에서의 독본의 붕괴(collapse)를 방지하기 위해, 사판의 요동체(wobbler)가 짐벌(gimbal) 구조에 의해 지지된다. 풀 짐벌(full gimbal) 구조는, 모터에 사용된 고정 각(fixed angle) 사판과 함께 사용될 수 있지만, 가변 각(variable angle) 펌프에는 하프-짐벌(half-gimbal)이 사용된다. 이러한 유압 머신의 프로토타입은 바람직하지 않은 진동(vibrations)과 떨림(pulsations)을 나타내었으며, 유압 머신이 개선될 수 있다는 것을 보여준다.
글리스만 등에게 1996년 5월 7일자로 허여된 "HYDRAULIC MACHINE WITH GEAR-MOUNTED SWASH-PLATE"란 명칭의 미국 특허 제5,513,553호에는, 짐벌 구조에 대한 대안을 개시하고 있다. 하프-짐벌과 비교해 볼 때, 접촉의 지점을 추가함으로써, 구형 기어 이(spherical gear teeth)를 가진 구형 기어가 요동체 상의 기어 이와 맞물려서, 독본(dong bones)과 요동체(wobbler)를 고정시키고 있다. 그러나, 이러한 구성은, 제조하는 것이 복잡한 것으로 밝혀졌다.
글리스만 등의, 2004년 9월 2일에 공개된, "LONG-PISTON HYDRAULIC MACHINES"란 명칭의 미국 공개 출원 제2004/0168567호에서, 독본(dog bones)은, 긴 피스톤(long pistons)로 대체하고, 구형 기어링(spherical gearing)이 배제되었다. 긴 피스톤의 슈(shoes)를 요동체와 계속해서 접촉되도록 하기 위해, 스프링 압력의 "홀드다운"(hold down)이 사용된다. 붕괴를 방지하기 위한 억제 수단은 필요하지 않다. 왜냐하면, 긴 피스톤은 회전 응력하에서 또는 유압 압력(hydraulic pressure)이 없을 때에 붕괴되지 않기 때문이다. 그러나, 로터의 고속 회전에 의 해 요동체에 회전 응력이 생기게 되고, 이러한 응력의 영향에 의해 요동체에 바람직하지 않은 관성 회전(inertial rotation)이 생기게 된다.
본 기술 분야에서는, 자동차 트랜스미션용으로 적합한, 강력하고, 효율적이며, 경량이고, 소형의 가변 유압 펌프 및 모터가 필요하다.
글리스만 등에게 2004년 6월 15일자로 허여된 "TRANSMISSION WITH MINIMAL ORBITER"란 명칭의 미국 특허 제6,748,817호에서는, 무한 가변 트랜스미션(infinitely variable transmission)을 형성하기 위해, 가변 펌프 및 모터를 기어 오비터(gear orbiter)와 조합했다. 이러한 트랜스미션에서는, 유압 모터의 속도가 증가함에 따라, 출력 샤프트 속도가 증가하고, 차량의 속도도 증가한다.
미국에서는 내연 기관(internal combustion engine)이 자동차용의 산업 표준이지만, 몇몇 주요 자동차 제조업자는 균질 예혼합 압축 착화(HCCI: homogeneous-charge-compression-ignition) 엔진을 연구하고 있다. 통상적인 가솔린 엔진의 경우, 스파크 플러그에 의해 공기-연료 혼합체(air-fuel mixture)가 점화되어 동력을 얻는다. HCCI 엔진의 경우는, 디젤 엔진의 경우와 유사하게, 피스톤이 공기-연료 혼합체를 압축해서, 점화될 때까지 온도를 증가시키게 된다. HCCI 엔진은, 표준 가솔린 내연 기관에 비해 연비(fuel economy)를 30% 증가시킬 수 있는 것으로 평가되고 있다. 그러나, 자동차에 HCCI 기술을 구현하는데 있어서의 주요 문제점은, 엔진이 저속인 경우와 고속인 경우 모두 연소를 제어하는 것이 어렵다는 것이다.
본 기술분야에서는, HCCI 엔진에서의 연소가 보다 용이하게 제어되는 비교적 좁은 중하(low-to-moderate) 범위 내에서 엔진의 속력을 유지하면서, 자동차를 구 동시키는데 필요한 동력을 제공하는 트랜스미션이 필요하다. 이러한 트랜스미션에 의하면, 연비가 효율적인 HCCI 엔진을, 가솔린 동력 차량(gasoline-powered vehicles)에 구현할 수 있다.
본 발명의 트랜스미션은, 주지된 자동차 트랜스미션과 다르게 동작하는 가변 유압 펌프 및 가변 유압 모터와 함께 오비탈 기어 복합체(orbital gear complex)를 포함한다. 종래의 트랜스미션과 달리, 웨브-회전 디바이스가 엔진과 동일한 방향에서 가장 높은 속도로 웨브를 회전시킬 때, 트랜스미션은 자신의 가장 높은 속도에서 역전 출력(reverse output)을 생성하며, 웨브가 약간 더 느린 속도로 운동하는 경우, 트랜스미션의 출력은 중립(출력 없음)을 생성하고, 이후, 엔진의 방향에서의 웨브의 회전이 더 느려지면, 트랜스미션은 연속해서 감소하는 기어 감속(gear reduction)을 생성한다. 웨브가 정지되면, 트랜스미션은 오버드라이브(overdrive) 상태를 만든다. 웨브가 엔진과 반대 방향으로 회전하면, 트랜스미션은 연속적으로 더 높은 오버드라이브 비(overdrive ratio)를 제공한다. 펌프 및 모터는, 무한 가변 사판(infinitely variable swash plates)을 가진 긴 피스톤 유압 머신이 바람직하다. 유압 머신은, 풀 짐벌(full gimbal)에 의해 고정된 요동체와, 긴 피스톤을 위한 길게 연장된 홀이 형성되어 있는 홀드다운 플레이트(hold-down plates)를 포함하는 것이 바람직하다.
도 1은, 가변 사판 각도를 가진 유압 머신의 일부를 개략적으로 나타낸 횡단 면도이며, 이러한 유압 머신은 본 발명의 바람직한 모터와 바람직한 펌프 모두에 사용된다.
도 2는, 명확히 나타내기 위해 일부 요소를 배제했으며, 평면 2-2를 따라 절취한, 도 1의 유압 머신의 일부를 개략적으로 나타낸 횡단면도이다.
도 3A는, 도 1의 평면 3A-3A로부터 보았을 때, 사판이 +25°로 경사진 경우, 홀드다운 플레이트를 부분적으로 나타낸 개략 도면이다.
도 3B는, 도 3A의 평면 3B-3B를 따라 절취한, 사판 및 피스톤 홀드다운 어셈블리를 부분적으로 나타낸 횡단면도이다.
도 4는 긴 스프링을 가진 단일 실린더의 횡단면도이다.
도 5는 분할 사판을 가진 유압 머신의 일부를 개략적으로 나타낸 횡단면도이다.
도 6은 종래 기술에서 알려진 2개의 유압 머신의 "폐루프" 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 풀 짐벌(full-gimbal)을 가진 본 발명의 유압 머신을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 평면 7-7을 따라 절취한, 길게 연장된 홀을 가진 본 발명의 홀드다운 플레이트를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 오비탈 트랜스미션을 나타내는 도면이다.
도 10A는 표준 자동 엔진의 뒤쪽 적당한 위치에 본 발명의 모듈형 기계 유압식 트랜스미션(modular hydro-mechanical transmission)을 대략 비례적으로 나타낸 개략 도면이다.
도 10B는 도 10A에 도시된 모듈형 트랜스미션의 끝 부분을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 트랜스미션은, 기어 비(gear ratio)를 변경하기 위한 웨브-회전 디바이스(web-rotating device)와 함께 오비탈 웨브(orbital web)를 가진 기어 복합체(gear complex)를 포함한다. 웨브-회전 디바이스는 가변 유압 펌프 및 모터인 것이 바람직하다. 트랜스미션에 대한 입력은, 오비탈 기어링(orbital gearing)에 의해 속도가 증가되는데, 펌프 및 모터가 동작하지 않는 경우, 오비터(orbiter)가 정지한 경우, 그리고 오비탈 기어링(orbital gearing)이 오버드라이브(overdrive) 상태를 만드는 경우에 그렇다. 기어 감속(gear reduction)은 웨브-회전 디바이스를 가진 웨브(web)를 회전시킴으로써 달성되며, 높은 기어 감속이 가능하다.
본 발명의 트랜스미션은 자동차용으로 적합하다. 본 발명의 오비탈 기어 복합체는, 미국 특허 제6,748,817호에 개시된 복합체와 유사하게 보일 수 있지만, 실질적으로 상이한 결과가 나오는 차이가 있다. 입력 기어 및 이와 짝을 이루는 클러스터 기어의 상대적인 크기는 반대이다. 통상적인 입력 속도 감소 대신에, 입력 속도는 오비탈 기어링에 의해 증가된다. 입력 속도의 감소는 유압 구성(hydraulics)에 의해 제어되며, 오버드라이브는 순수하게 오비탈 기어링에 의해 달성된다. 이에 의하면, 추가의 기어 감속에 대한 필요가 없게 되며, 오버드라이브 구조를 단순하게 할 수 있다. 다시 말해서, 유압 펌프(hydraulic pump)가 "제 로"(0) 사판 각도를 가짐으로써, 유압 모터(hydraulic motor)가 정지해 있는 경우, 트랜스미션의 출력 샤프트(output shaft)는 입력 샤프트보다 더 빠르게 회전한다.
본 발명의 트랜스미션의 연속적이며 무한적으로 증가하는(infinite-progression) 기어 비 변화(gear ratio change)는, 차량 엔진의 속도를 크게 변화시키지 않고도 가능하며, 미리 정해진 낮은 기어 비(예컨대, 22:1)부터 확장된 오버드라이브(예컨대, 0.62:1 정도로 높은 값)까지의 매우 넓은 범위를 통해 이러한 연속적이며 무한적인 증가가 계속 이어진다. 엔진은, 정지 상태에서부터 오버드라이브까지의 전체 가속을 통해 비교적 낮으며 효율적인 동작 레벨(예컨대, 500 RPM)에서 유지될 수 있다. 이러한 특징에 의하면, 연료를 절약할 뿐만 아니라 더 중요하게는 불순물을 크게 감소시킬 수 있다. 이것은 디젤 엔진 차량의 경우에 특히 적합하게 되는데, 엔진의 선택된 동작 속도가 성능을 최적화하는 "스위트 스폿"(sweet spot)에 미리 정해질 수 있기 때문이다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 디젤 엔진이 일정한 속도로 동작하는 경우, 불순물을 거의 배출하지 않는다.
이러한 특징은, 종래의 트랜스미션에 대해 설계된 "스위트 스폿" 이하에서 엔진이 잘 구동된다는 사실에도 불구하고, 연료를 크게 절약할 수 있다. 엔진의 스위트 스폿은, 연료를 기계적인 동력으로 변환할 때 엔진이 가장 효율적인 효율성 지도(efficiency map)의 영역에 해당하는, 통상적인 최적 효율의 엔진 속도이다. 대부분의 자동차 엔진의 경우, 스위트 스폿은 1500 RPM의 영역(대부분의 통상적인 자동 트랜스미션의 토크 컨버터의 최대 효율 영역)에서 발견된다. 본 발명의 트랜스미션은, 엔진이 최적의 효율에서 구동하지 않는 속도로 엔진을 유지할 수 있다는 사실에도 불구하고, 연비를 향상시킨다. 이러한 효율의 손실은, 낮은 속도(예컨대, 1500 RPM 보다는 500 RPM에서)에서 구동하는 감소된 연료 요구에 의해 보상된다. 이러한 낮은 엔진 속도에서 구동되는 다른 장점으로는, 유압 펌프 및 모터에 대한 압력 요구가 감소됨으로써, 유압 구성에 대한 듀티 사이클을 줄일 수 있으며, 이들의 내구성도 향상시킬 수 있다는 것이다.
연비와 관련하여, 본 발명의 오비탈 트랜스미션은 시내 주행 효율을 고속도로 주행 효율까지 올린다. 시내 주행은 전체 주행에서 대략 60%를 고려하기 때문에, 본 발명의 트랜스미션을 자동차에 사용하는 것은 중요한 연료 절약을 제공할 것이다. 물론, 오늘날의 엔진은 1500 RPM의 범위에서 가장 효율이 좋게 구동되도록 설계되지만, 본 발명의 트랜스미션을, 대략 500 RPM에서 가장 효율 좋게 구동시키도록 설계된 자동차 엔진에 조합시킴으로써 추가의 연료 절약이 달성될 수 있다.
본 발명의 트랜스미션은 엔진 속도를 최소로 변화시켜서 구동 샤프트(drive shaft)의 속도를 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 엔진 속도를, 최근에 제안된 HCCI 엔진에서의 연소가 더욱 용이하게 제어되는 비교적 좁은 중하 범위(low-to-moderate range) 내에서 유지할 수 있다. 본 발명의 트랜스미션은 연료 효율이 좋은 HCCI 엔진을 가솔린 동력 차량에 용이하게 구현할 수 있다.
본 발명의 펌프 및 모터는 무한 가변 사판을 가진 긴 피스톤의 유압 머신인 것이 바람직하다. 펌프 및 모터 유압 머신은, 입력 축에 의해 구동되는 회전 운동 및 뉴테이션 운동(nutating)을 행하는 "로터"(rotor)와, 베어링의 로터의 표면상에서 이동하며 뉴테이션 운동만을 행하는(nutating-only) "요동체"(wobbler)를 포함 하는 분할 사판(split swash-plates)을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일실시예에서, 베어링은 니들 베어링(needle bearing)이다. 긴 피스톤 헤드 상의 슬라이딩 슈(sliding shoe)는, 뉴테이션 운동을 행하는 요동체의 표면 위에서 "8자 매듭"(figure eight) 경로로 이동한다. 그러나, 요동체 상에서의 슬라이딩 슈의 상대적인 이동 동안, 이러한 "8자 매듭"은 사판의 각도가 증가함에 따라 감소하는 직경을 갖는 가상 구체(imaginary sphere)의 표면상에서의 3차원 렘니스케이트(lemniscate)이다.
본 발명의 긴 피스톤 유압 머신에서, 요동체는 풀 짐벌(full gimbal)에 의해 고정된다. 요동체가 뉴테이션 운동을 행함에 따라, 요동체 상에서의 피스톤 슈 압력의 분포는, 각각의 피스톤이 방향을 변경할 때의 각각의 사이클 동안 변한다. 이러한 가변의 압력은, 뉴테이션 운동을 행하는 요동체의 움직임에 바람직하지 않은 진동을 제공하는 경향이 있다. 풀 짐벌은, 요동체의 뉴테이션 운동만을 행하는 움직임을 유지하며, 바람직하지 않은 진동을 감소시키는데 도움을 준다. 슈의 활주(slippage)의 속도는 짐벌이 설치된 요동체에 의해 제한된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 홀드다운 플레이트(hold-down plate)는 짐벌이 설치된 사판의 요동체에 대항해서 피스톤 슈를 유지하는데 도움을 얻기 위해 사용된다. 홀드다운 플레이트에 있는 홀(hole)은 원형이라기보다는 길게 연장된 형태이다. 컴퓨터로 모델링해 보면, 홀드다운 플레이트에 있는 피스톤 홀, 특히 2개의 짐벌 앵커 포인트(gimbal anchor point)로부터 가장 멀리 있는 홀의 긴 부분을 늘리면, 홀드다운 플레이트의 홀의 에지 부분과 피스톤 슈 사이의 충격이 제거된다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 유압 펌프 및 모터가 단독의 트랜스미션과 함께 사용될 수 있지만, 오비탈 기어 복합체를 구비함으로써, 펌프와 모터의 크기를 크게 감소시킬 수 있다. 본 발명의 오비탈 트랜스미션의 경우, 유압 펌프 및 모터는 100%의 작업률을 갖지 않는다. 기어링의 결과로서의 유압 구성에서의 부하의 감소도 또한 펌프 및 모터의 내구성을 증가시킨다.
오비탈 기어 복합체는 가변 웨브-회전 디바이스와 함께 최소 오비터(minimal orbiter)를 형성한다. 가변 웨브-회전 디바이스는 가변 출력을 생성할 수 있는 것이면 어떠한 디바이스도 가능하다. 전기 모터와 결합시킨 발전기가 웨브-회전 디바이스로서 사용될 수 있다. 또한, 가변 브레이크를 웨브-회전 디바이스로서 사용할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 가변 유압 모터를 가진 가변 유압 펌프는 웨브-회전 디바이스로서 작용한다. 오비탈 기어링은, 웨브가 정지해 있는 경우, 오버드라이드 상태를 만든다. 기어 감속은, 웨브-회전 디바이스로 웨브를 회전시킴으로써 달성되며, 이에 의해 높은 기어 감속이 가능하다. 바람직한 실시예에서, 펌프 및 모터는, 홀드다운 플레이트 상의 길게 연장된 홀과, 풀 짐벌을 가진 무한 가변 사판을 구비하는 긴 피스톤 유압 머신인 것이 더욱 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 최소 오비터를 가진 트랜스미션을 형성하기 위해, 오비탈 기어링 시스템과 함께 한 쌍의 유압 머신이 사용된다. 유압 구성은 기어 감속에 영향을 미치며, 오버드라이버는 순수하게 오비탈 기어링에 의해 달성될 수 있다.
긴 피스톤 유압 머신(Long-Piston Hydraulic Machine)
도 1을 참조하면, 가변 유압 머신(110)은 모듈형의 고정 실린더 블록(112)을 포함한다. 실린더 블록(112)은, 복수 개의 실린더(114)(하나만 도시)를 포함하며, 이들 실린더는 각각 짝을 이루는 복수 개의 피스톤(116)을 포함한다. 피스톤(116)은, 자신의 후퇴 위치와 가변 연장 위치[최대 연장은 피스톤(116')의 위치로 도시되어 있음] 사이에서 왕복 운동을 행한다. 각각의 피스톤은, 네크부(neck)(120) 상의, 각 실린더(114)의 길이와 실질적으로 동일한 길이를 가지는, 길게 연장된 축 방향의 원통형 본체(elongated axial cylindrical body portion)(122)의 하나의 단부에 설치된 구형 헤드(spherical head)(118)를 포함한다. 각각의 구형 피스톤 헤드(118)는 각각의 슈(shoe)(124) 내에 체결되며, 슈(124)는 로터(128)의 표면상에 형성된 평평한 면(126)의 위로 활주하도록 되어 있으며, 로터(128)는 구동 소자, 즉 실린더 블록(112)의 중심의 구멍(bore) 내에 있는 베어링에 접해서 지지되는 구동 샤프트(130)에 피벗식으로 부착되어 있다.
일실시예에서, 유압 머신(110)에는, 모듈형의 고정 실린더 블록(112)의 좌측 단부 상에 캡(cap)으로 볼트체결되어 있으며, 실린더(114)의 내부로 그리고 실린더의 밖으로 유체의 전달을 조절하는 복수 개의 스풀 밸브(spool valve)(134)(하나만 도시하고 있음)를 포함하는 모듈형 밸브 어셈블리(modular valve assembly)(133)가 제공된다. 다른 실시예에서는, 대신에 복수 개의 체크 밸브(check valve)가 사용된다.
유압 머신(110)은, 펌프 또는 모터로서 동작할 수 있다. 유압 머신이 모터로서 동작하는 경우에는, 구동 샤프트(130)가 선회(revolution)할 때의 처음 절 반(first half) 구간에서, 고압 유체가 입구(136)로부터 포트(137)를 통해 각 실린더(114)의 밸브 단부로 들어가서, 각 피스톤을 후퇴된 위치에서 완전히 연장된 위치까지 구동시키게 된다. 구동 샤프트가 선회할 때의 다음 절반 구간에서는, 각 피스톤이 자신의 완전히 후퇴한 위치까지 복귀함에 따라, 저압의 유체가 포트(137) 및 유체 출구(139)를 통해 각 실린더로부터 회수된다.
유압 머신이 펌프로서 동작하는 경우에는, 구동 샤프트(130)가 선회할 때의 처음 절반 구간에서, 저압의 유체가, 각 피스톤(116)이 연장 위치로 이동함에 따라, 입구(136)를 통해 순환하는 유압 유체의 "페루프"로부터 포트(137)로 들어가서 각 실린더(114) 안으로 유입된다. 구동 샤프트(130)가 선회할 때의 다음 절반 구간에서는, 각 피스톤(116)의 자신의 완전히 후퇴된 위치로의 이동에 의해, 고압 유체가 포트(137)로부터 출구(139)를 통해 폐쇄된 유압 루프로 향하게 된다. 이어서, 고압 유체는 적절한 폐쇄 루프 배관(도시 안 됨)을 통해 짝을 이루는 유압 머신, 즉 앞서 설명한 유압 머신(110)으로 전달되어, 그 짝을 이루는 머신의 피스톤이 본 기술분야에 공지된 방식으로 전달되는 고압 유체의 체적(분당 갤런)에 따라 변하는 속도로 이동하게 된다.
모듈형 실린더 블록(112) 내의 각 실린더(114)의 원통형 벽부(cylindrical wall)는, 그 내부에 원주 방향으로 형성된 각각의 윤활 채널(lubricating channel)(140)에 의해 방사 방향으로 횡단되어 있다. 복수 개의 통로(142)는 실린더 블록(112) 내의 연속하는 윤활 통로를 형성하기 위해 모든 윤활 채널(140)을 서로 연결한다.
각각의 윤활 채널(140)은 각 피스톤의 전체 스트로크 동안 각각의 피스톤(116)의 축 방향의 원통형 본체(122)에 의해 실질적으로 폐쇄되어 있다. 즉, 각 원통형 본체(122)의 외주(outer circumference)는 항상 각 윤활 채널(140)을 둘러싸는 벽부(wall)로서 작용한다. 따라서, 피스톤(116)이 최대 스트로크를 통해 왕복 운동하는 경우라도, 모든 윤활 채널(140)을 서로 연결하는 연속하는 윤활 통로는 실질적으로 폐쇄된(closed off) 상태를 유지한다. 연속하는 윤활 통로(140, 142)는, 실린더 블록(112) 내에 단순하고 경제적으로 형성된다.
유압 머신(110)의 동작 동안, 모든 상호 연결된 윤활 채널(140)은, 입구(136)로부터 포트(137)를 통해 각각의 실린더(114)로, 실린더의 벽부와 각 피스톤(116)의 외주 사이에서 강제로 들어가는 최소 흐름의 고압 유체에 의해 거의 일시적으로 채워진다. 각 윤활 채널(140)로부터의 윤활 유체(lubricating fluid)의 손실은, 각 실린더(114)의 개방 단부(open end)의 부근에 위치한 주변 밀봉(surrounding seal)(144)에 의해 제한된다. 그럼에도, 윤활 채널(140)의 이러한 폐쇄되고 연속하는 윤활 통로 내의 윤활 유체는, 피스톤 운동에 따라 그리고 피스톤이 왕복 운동할 때 구동 샤프트(130)의 회전의 각각의 절반 사이클에서의 변화하는 압력에 따라, 각 실린더의 각 원통형 벽부와 각 피스톤의 축 방향의 원통형 본체 사이에서의 유체의 연속하는 최소 흐름의 결과로서 적당하게 그러나 연속해서 흐른다. 각 실린더(114) 내의 압력이 각 피스톤(116)의 복귀 스트로크(return stroke)의 낮은 압력으로 감소되면, 폐쇄된 윤활 통로(140, 142)에서의 더 높은 압력의 유체가, 각 실린더(114)의 벽부와 각 피스톤(116)의 본체(122)의 외주 사이에 서, 이러한 압력 감소를 경험하는 각 실린더(114)의 밸브 단부(valve end) 안으로 다시 밀려 들어가게 된다.
폐쇄되고 연속하는 윤활 통로(140, 142) 내의 윤활 유체의 흐름은, 피스톤 운동에 따라 그리고 피스톤이 왕복 운동할 때의 구동 샤프트의 회전의 각각의 절반 사이클에서의 변화하는 압력에 따라, 유체의 2차적인 최소 흐름의 결과로서, 적당하지만 연속하게 된다.
펌프(110)의 로터(128)는, 축(132)에 수직인 축(129)을 중심으로 해서 구동 샤프트(130)에 피벗식으로 설치된다. 따라서, 로터(128)가 구동 샤프트(130)와 함께 회전하는 동안, 축(130)에 대한 경사 각도는 0°(즉, 수직)에서 ±25°의 범위에서 변화하는 것이 바람직하다. 도 1에서, 로터(128)는 ±25°로 경사져 있다. 이러한 가변 경사는 다음과 같이 제어된다: 로터(128)의 축(129)을 중심으로 한 피벗(pivoting)은 구동 샤프트(130) 둘레의 슬라이딩 칼라(sliding collar)(180)의 위치에 의해 결정되며, 슬라이딩 칼라에 대해 축 방향에서 이동가능하게 되어 있다. 제어 링크(182)는, 슬라이딩 칼라(180)를 로터(128)에 연결해서, 구동 샤프트(130)의 표면 위에서의 축 방향에서의 슬라이딩 칼라(180)의 이동에 의해, 축(129)을 중심으로 회전(pivot)하도록 되어 있다. 예컨대, 슬라이딩 칼라(180)가 도 1의 오른쪽으로 이동하면, 로터(128)의 경사는, 도시된 +25°의 경사로부터 연속해서 0°(즉, 수직)로, 다시 -25°로 변화한다.
슬라이딩 칼라(180)의 축 방향에서의 이동은, 요크(186)가 요크 제어 아암(yoke control arm)(188)의 분절(articulation)에 의해 요크 샤프트(190)의 축을 중심으로 회전함에 따라 요크(186)의 핑거부(finger)(184)에 의해 제어된다. 요크(186)는, 요크 제어 아암(188)의 바닥에 연결된 통상적인 선형 서브 메커니즘(도시 안 됨)에 의해 작동된다. 요크(186)의 나머지 구성 요소가 모듈형 사판 하우징(192) 내에 모두 포함되어 있는 동안, 요크 샤프트(190)는 모듈형 사판 하우징(192)에 고정된 베어링 내에 지지되고, 요크 제어 아암(188)은 모듈형 사판 하우징(192)의 외부에 위치한다. 사판 로터(swash plate rotor)(128)는, 제어 링크(182)와 실질적으로 동일한 새도우 링크(shadow link)(194)에 의해 균형을 잡고, 슬라이딩 칼라(180)에 마찬가지로 연결되지만, 슬라이딩 칼라(180)의 정확히 반대편 상의 위치에 연결된다.
도 1과 도 2를 참조하면, 각 실린더(114)의 원통형 벽부는 내부가 원주형으로 형성된 각각의 윤활 채널(140)에 의해 방사 방향으로 횡단되어 있다. 복수 개의 통로(142)는 실린더 블록(112) 내의 연속하는 윤활 통로를 형성하기 위해 모든 윤활 채널(140)을 서로 연결한다. 각각의 윤활 채널(140)은, 각 피스톤의 전체 스트로크 동안, 각 피스톤(116)의 축 방향의 원통형 본체(122)에 의해 실질적으로 폐쇄되어 있다. 즉, 각 원통형 본체(122)의 외주는 항상 각 윤활 채널(140)을 둘러싸는 벽부로서 작용한다. 따라서, 피스톤(116)이 최대 스트로크를 통해 왕복 운동하는 경우에도, 모든 윤활 채널(140)을 서로 연결하는 연속하는 윤활 통로는 실질적으로 폐쇄된 상태를 유지한다. 연속하는 윤활 통로(140, 142)는, 실린더 블록(112) 내에서 단순하며 경제적으로 형성된다. 이에 대해서는 도 2의 개략 도면으로부터 가장 잘 이해할 수 있으며, 이 도면에서, 유체 채널과 연결 통로의 상대 적인 크기는 명확히 나타내기 위해 과장되어 있다.
유압 머신(110)의 동작 동안, 모든 상호 연결된 윤활 채널(140)은 입구(136)로부터 포트(137)를 통해 각각의 실린더(114)로, 실린더의 벽부와 각 피스톤(116)의 외주 사이에서 강제로 들어가는 최소 흐름의 고압 유체에 의해 거의 일시적으로 채워진다. 각 윤활 채널(140)로부터의 윤활 유체(lubricating fluid)의 손실은, 각 실린더(114)의 개방 단부(open end)의 부근에 위치한 주변 밀봉(surrounding seal)(144)에 의해 제한된다. 그럼에도, 윤활 채널(140)의 이러한 폐쇄되고 연속하는 윤활 통로 내의 윤활 유체는, 피스톤 운동에 따라 그리고 피스톤이 왕복 운동할 때 구동 샤프트(130)의 회전의 각각의 절반 사이클에서의 변화하는 압력에 따라, 각 실린더의 각 원통형 벽부와 각 피스톤의 축 방향의 원통형 본체 사이에서의 유체의 연속하는 최소 흐름의 결과로서 적당하게 그러나 연속해서 흐른다. 각 실린더(114) 내의 압력이 각 피스톤(116)의 복귀 스트로크(return stroke)의 낮은 압력으로 감소되면, 폐쇄된 윤활 통로(140, 142)에서의 더 높은 압력의 유체가, 각 실린더(114)의 벽부와 각 피스톤(116)의 본체(122)의 외주 사이에서, 이러한 압력 감소를 경험하는 각 실린더(114)의 밸브 단부(valve end) 안으로 다시 밀려 들어가게 된다.
도 3A 및 도 3B를 참조하면, 유압 머신을 위한 홀드다운 어셈블리(hold-down assembly)가, 복수 개의 원형 개구(circular opening)(160)를 가진 홀드다운 요소(hold-down element)(154)를 포함하는데, 이러한 원형 개구의 각각은 각 피스톤(116)의 네크부(120)를 둘러싸고 있다. 사판은 도 3A 및 도 3B에서 +25°의 각 도로 되어 있다. 도 3A는 로터(128)의 샤프트를 밑에서 본 또는 도 1의 평면 3A-3A에 따라 절단한 면을 나타내는 홀드다운 플레이트(hold-down plate)(154)를 나타낸다. 홀드다운 요소(154)와 각각의 피스톤 슈(piston shoe)(124) 사이에는 복수 개의 전용 워셔(washer)(156)가 위치한다. 각각의 워셔(156)는, 각각의 피스톤 슈(shoe)(124)의 외주와 접해서, 이러한 피스톤 슈(piston shoe)가 로터(128)의 평평한 면(126)과 항상 접촉하도록 하는 연장부(158)를 포함한다. 각각의 슈 캐비티(shoe cavity)는, 슈와 로터의 경계(interface)에 존재하는 유체 압력이 각 피스톤(116)의 헤드에서의 유체 압력과 항상 동일할 것을 보장하기 위해, 적절한 슈 채널(shoe channel)(162)과 피스톤 채널(164)을 통해 연결되어 있다.
유체 압력은 로터(128)의 방향에서 피스톤(116)을 일정하게 편향시키고, 그 부하를 유지하도록 스러스트 플레이트(thrust plate) 어셈블리가 제공된다. 그러나, 자동차에 필요한 동작의 속도(예컨대, 4000 rpm)에서, 피스톤 슈(piston shoes)(124)와 로터(128)의 평평한 면(126) 사이의 일정한 접촉을 보장하기 위해 추가의 바이어스 로딩(bias loading)이 필요하다. 가변 유압 머신은 3개의 단순한 스프링 바이어스(spring-biased) 홀드다운 어셈블리 중 하나를 사용해서 이러한 추가의 바이어스를 제공한다.
유압 머신(110)의 경우, 제1 홀드다운 어셈블리는, 구동 샤프트(130)를 중심으로 해서 둘레에 배치되고, 실린더 블록(112) 내에 축(132) 둘레에 형성된 적절한 간극(crevice)(152) 내에 수용된 코일 스프링(150)을 포함한다. 코일 스프링(150)은, 구동 샤프트(130)와 축(132)의 둘레에 위치한 홀드다운 요소를 편향시킨다. 홀드다운 요소(154)에는 복수 개의 원형 개구(160)가 제공되는데, 이러한 각각의 원형 개구는 각 피스톤(116)의 네크부(120)를 둘러싸고 있다. 홀드다운 요소(154)와 각각의 피스톤 슈(124) 사이에는 복수 개의 전용 워셔(156)가 각각 위치한다. 각각의 워셔(156)는 각각의 피스톤 슈(shoe)(124)의 외주와 접해서, 이러한 피스톤 슈가 로터(128)의 평평한 면(126)과 항상 접촉하도록 하는 연장부(158)를 포함한다.
사판과 피스톤 슈 홀드다운 어셈블리의 위치는, 로터(128)의 경사가 머신 동작 동안 변경됨에 따라, 서로에 대해 상대적으로 변화한다. 이러한 부품들의 상대적인 위치가 0°의 경사를 가진다면, 각각의 피스톤 채널(164)은, 홀드다운 요소(154) 내의 각각의 원형 개구(160)에 대해 동일한 반경 위치를 갖는다. 0°이외의 다른 경사를 가진다면, 각 피스톤 채널(164)의 상대적인 반경 위치는, 각각의 개구(160)에 대해 다르게 되고, 각 전용 워셔(156)의 상대적인 위치도 또한 다르게 된다. 9개의 원형 개구(160)들 각각에서의 상이한 상대적인 위치는, 로터(128)가 각각의 경사도에서 하나의 완전한 선회(complete revolution)를 통해 회전 운동 및 뉴테이션 운동을 행함에 따라, 자체적으로 일정하게 변화한다. 예컨대, 도 3A에 도시된 25°의 경사에서, 로터(128)의 각각의 선회 동안, 홀드다운 요소(154)의 상단(즉, 12시 위치)에서 개구(160)만을 통해 일어나는 이동을 지켜본다면, 상단에 있는 개구(160)에서 보이는 부품의 상대적인 위치는, 다른 8개의 개구(160)의 각각에서 보이는 상대적인 위치와 매칭되도록 연속적으로 변화할 것이다.
0°이외의 다른 경사에서, 로터(128)의 각각의 선회 동안, 각각의 전용 워 셔(156)는, 각각의 피스톤 슈(124)가 로터(128)의 평평한 면 위를 미끄러져 가는 것과 동시에, 홀드다운 요소(154)의 표면 위로 미끄러져 간다. 이들 부품들은 각각 다른 8개의 개구(160)의 각각에서 보일 수 있는 다양한 각각의 위치를 통해 자신의 개구(160)에 대해 변화한다. 각각은 고정된 실린더 블록(112) 내의 각각의 피스톤(116)의 수평 위치와 사판 로터(128)의 경사에 의해 사이즈가 변화하는 순환 경로[렘니스케이트(lemniscate), 즉 "8자 매듭"(figure-eight) 모양을 따르는 것처럼 보인다]를 따른다. 각각의 피스톤 슈(124)와 로터(128)의 평평한 면(126) 사이의 적절한 접촉을 보장하기 위하여, 개구(160)의 경계가 로터(128)의 모든 경사에 대한 각각의 선회 동안 항상 각각의 전용 워셔(156)의 표면의 절반 이상과 접촉을 유지하도록, 각각의 개구(160)의 경계에 대해 크기가 선택되는 것이 바람직하다.
제2 홀드다운 어셈블리가, 도 4에 유압 머신(210)의 단일 피스톤의 확대된 부분 횡단면도로서 개략적으로 도시되어 있다. 각각의 피스톤(216)은, 실린더(214) 내의 모듈형 고정 실린더 블록(212) 내에 위치하며, 실린더는 내부가 원주 방향으로 형성된 각각의 윤활 채널(240)에 의해 방사 방향으로 횡단되어 있다. 앞서 설명한 다른 유압 머신과 관련하여 설명한 것과 동일한 방식으로, 각각의 윤활 채널(240)은, 실린더 블록(212) 내에 연속하는 윤활 통로를 형성하기 위해 유압 머신의 다른 실린더 내의 유사한 채널과 서로 연결되어 있다. 각각의 윤활 채널(240)로부터 윤활 유체의 손실을 더 최소화하기 위하여, 각 실린더(214)의 개방 단부 부근에는 선택적인 주변 밀봉(244)이 위치될 수 있다.
모듈형 고정 실린더 블록(212)은, 축 방향의 대형 원주형 코일 스프링과, 이 코일 스프링을 유지하기 위한 축 방향의 원주형 간극(circumferential crevice)을 모두 포함하지 않는다. 유압 머신(210)의 모듈형 고정 실린더 블록(212)은, 모듈형의 고정각(fixed-angle) 사판 어셈블리 또는 모듈형의 가변각(variable-angle) 사판 어셈블리 중 하나에 연결될 수 있으며, 어느 것에 연결되어 있든, 유압 머신(210)은 훨씬 단순한 홀드다운 어셈블리(hold-down assembly)를 제공한다. 즉, 본 실시예의 홀드다운 어셈블리는 각각의 코일 스프링(250)하고만 조합하여 각각의 피스톤(216)에 대한 각각의 통상적인 피스톤 슈(224)만을 포함한다. 이러한 코일 스프링도 또한 각각의 피스톤(216)과 관련되어 있다.
각각의 피스톤 슈(224)는, 제1 홀드다운 어셈블리에 도시된 통상적인 슈와 유사하며, 피스톤(216)의 구형 헤드(218) 상에 설치되어, 유압 머신의 사판 로터(228)의 표면상에 형성된 평평한 면(226)의 위로 미끄러질 수 있다. 각각의 코일 스프링(250)은, 각 실린더(214)의 밸브 단부에서 유압 밸브 포트(237)의 둘레에 위치하며, 각 피스톤(216)의 본체 내부에 배치된다.
각각의 피스톤 슈(224)는, 각 피스톤(216)의 수평 위치에 따라 그리고 축(232)에 대한 로터(228)의 기울기에 따라 크기가 변하는 렘니스케이트 움직임(lemniscate motion)으로 로터(228)의 평평한 면(226)의 위로 미끄러진다. 유압 머신(210)의 정상적인 동작이 이루어지는 동안, 피스톤 슈(224)는, 유압 압력(hydraulic pressure)에 의해 사판의 평평한 면(226)과의 접촉이 유지된다. 따라서, 코일 스프링(250)에 의해 제공되는 스프링 바이어스(spring bias)는 최소로 되지만, 각 실린더(214)의 밸브 단부에 유압 압력이 없는 경우에 각각의 피스톤 슈(224)와 평평한 면(226) 사이의 효과적인 슬라이딩 접촉을 유지하기에는 충분하다. 스프링(250)의 최소 바이어스는, 조립을 용이하게 해줄 뿐만 아니라, 조립 동안 마모에 의해 작은 먼지와 금속 파편이 생기는 것을 방지한다.
도 5를 참조하면, 유압 머신(310)의 제3 홀드다운 어셈블리는, 개선된 통상적인 분할(split) 사판 구성을 포함한다. 복수 개의 피스톤(316)은 각각 슬라이딩 슈(sliding shoe)(324)를 포함하고, 각각의 실린더(314) 내에서 왕복 운동한다. 실린더(314)는 실린더 블록(312) 내에 형성되어 있으며, 실린더 블록(312)은 실린더 블록(112)과 동일한 구성을 가진다. 각각의 실린더 슈(324)는, 요동체(327) 상에 형성된 평평한 면(326)의 위를 미끄러지며, 요동체(327)는 적절한 베어링(372, 374)에 의해 짝을 이루는 로터(328) 상에 설치된다. 이러한 베어링에 의하면, 요동체(327)가 회전 없이 뉴테이션 운동을 행하게 되며, 로터(328)는 본 기술분야에서 공지된 방식으로 회전 운동 및 뉴테이션 운동을 모두 행한다. 축(329)을 중심으로 한 로터(328)와 요동체(327)의 기울기는 슬라이딩 칼라(sliding collar)(380), 제어 링크(382), 및 밸런스 새도우 링크(balancing shadow link)(394)의 위치에 의해 제어된다.
슬라이딩 슈(324)는 제1 홀드다운 어셈블리와 실질적으로 동일한 홀드다운 어셈블리에 의해 고정되지만, 대형의 단일 코일 스프링(150)은, 복수 개의 더 작은 개별의 코일 스프링으로 대체된다.
홀드다운 플레이트(354)는 요동체(327)에 고정되어 있다. 각각의 슬라이딩 슈(324)는 각각의 전용 워셔(356)의 원주형 연장부(circumferential extension)를 수용하며, 각 피스톤(316)의 네크부는 대응하는 복수 개의 개구(360) 중 하나의 내부에 위치한다. 이러한 개구(360)는 홀드다운 플레이트(354)를 통해 형성되어 있다. 요동체(327)는 로터(328)와 함께 회전하지 않지만, 요동체(327)의 뉴테이션 운동은, 로터(328)의 뉴테이션 운동과 동일하기 때문에, 슬라이딩 슈(324)와 요동체(327)의 평평한 면(326) 사이의 상대적인 이동도 또한 제1 홀드다운 어셈블리에서의 상대적인 이동과 동일하게 된다.
복수 개의 개별 코일 스프링(350)은, 각 실린더(314)의 밸브 단부에 유압 압력이 없는 경우, 각각의 슬라이딩 슈(324)와 요동체(327)의 평평한 면(326) 사이의 효과적인 슬라이딩 접촉을 유지하도록, 최소 스프링 바이어스(minimal spring bias)를 제공한다. 각각의 코일 스프링(350)은, 각각의 슬라이딩 슈(324)의 둘레에 배치되며, 각각의 슬라이딩 슈(324)의 바로 위에 형성된 칼라(collar)와 각각의 전용 워셔(356) 사이에 끼어 있다.
도 6을 참조하면, 각각의 유압 머신은, 모터로 동작하는 것이든 펌프로 동작하는 것이든, 공지된 "폐루프" 구조 내에서, 다른 유압 머신, 즉 짝을 이루는 펌프 또는 모터로 쌍을 이루는 것이 바람직하다. 예를 들어, 유압 머신(110)의 출구(139)로부터 나오는 고압의 유체는 짝을 이루는 유압 머신(110')의 입력(136')으로 직접 제공되며, 유압 머신(110')의 출구(139')로부터 나오는 저압의 유체는 짝을 이루는 유압 머신(110)의 입력(136)에 직접 제공된다. 유압 머신(110)과 유압 머신(110')은, 구조상 동일할 수 있는데, 예외적으로 유압 머신(110)이 펌프로서 사용되고 유압 머신(110')이 모터로서 사용되고 있는 점이 다르다. 이러한 폐루프 시스템에서는, 유체의 일부가 "블로바이"(blow-by)에 의해 연속해서 유실되어 섬프(sump)에 모아지고, 유체는 섬프로부터 다시 폐루프로 자동으로 전달되어, 폐루프 시스템에서의 유체의 미리 정해진 용량이 항상 유지될 수 있도록 한다.
풀 짐벌(full gimbal)을 갖는 유압 머신
긴 피스톤을 갖는 유압 머신에서의 최근의 개발 작업 동안, 더 높은 속도와 압력에서의 진동에 주목하게 되었다. 긴 피스톤의 헤드와 홀드다운 플레이트 사이의 어느 정도의 간섭(interference)에 의해, 피스톤 상의 브론즈 슈(bronze shoe)가 느슨하게 된다. 브론즈 슈와 홀드다운 플레이트 사이의 반복적인 충격이, 이러한 유압 머신의 동작 잡음을 증가시킨다. 이러한 유압 머신은, 종래의 유압 펌프 및 모터에 비해 윤활 유압 유체의 블로바이(blow-by)가 매우 낮지만, 상당한 양의 이러한 블로바이에 의해, 브론즈 슈가 시간의 경과에 따라 느슨하게 된다. 반복적인 충격을 제거하면, 이러한 유압 머신의 성능을 크게 증가시키게 된다. 이러한 바람직하지 않은 간섭은, 피스톤 슈가 분할 사판의 요동체 부분의 표면 위로 미끄러질 때, 피스톤 슈가 공유하는 상대적인 렘니스케이트 움직임(relative lemniscate motion) 동안 발생한다.
미국 특허 출원 제2004/0168567호의 유압 머신의 성능을 향상시키기 위하여, 요동체를 더욱 고정시키는데, 이것은 풀 짐벌에 의해 달성된다. 요동체에 대한 각 피스톤의 슬라이딩 슈에 의해 가해지는 힘은 축 방향 성분과 반경 방향 성분을 모두 포함한다. 사판의 각도가 증가함에 따라, 반경 방향의 힘 성분이 증가하고, 풀 짐벌은 이러한 힘에 대항하기 위한 구조적 지지를 제공하고, 요동체의 뉴테이션 운 동을 유지한다.
긴 피스톤을 갖는 유압 머신의 분할 사판은, 입력 축에 의해 구동되는, 회전 운동 및 뉴테이션 운동을 행하는 "로터"와, 베어링 상의 로터의 표면 위로 이동하는, 뉴테이션 운동만을 행하는 "요동체"를 포함한다. 긴 피스톤 헤드 상의 슬라이딩 슈는, 뉴테이션 운동을 행하는 요동체의 표면 위로 "8자 매듭" 경로로 이동한다. 그러나, 요동체 상에서의 슬라이딩 슈가 상대적으로 이동하는 동안, 이러한 "8자 매듭"은 실제로, 사판의 각도가 증가함에 따라 감소하는 직경을 갖는 가상 구형의 표면상의 3차원 렘니스케이트이다.
본 발명의 일실시예에서, 요동체는 풀 짐벌에 의해 고정된다. 요동체가 뉴테이션 운동을 행함에 따라, 요동체에 미치는 피스톤 슈 압력의 분포가, 각각의 피스톤이 방향을 바꿈에 따른 각각의 사이클 동안 변화한다. 이러한 가변 압력은, 뉴테이션 운동을 행하는 요동체의 움직임에 바람직하지 않은 진동을 생기게 하는 경향이 있다. 풀 짐벌은, 요동체의 뉴테이션 운동만을 행하는 움직임을 유지하고, 바람직하지 않은 진동을 감소시키는데 도움을 준다. 슈의 활주(slippage)의 속도는 짐벌이 설치된 요동체에 의해 제한된다.
도 7을 참조하면, 짐벌을 포함하는 긴 피스톤 유압 머신(330)이 도시되어 있다. 슬라이딩 슈를 각각 포함하는 복수 개의 피스톤(316)이 실린더 블록(312) 내에 형성된 각각의 실린더(314) 내에서 왕복 운동한다. 각각의 실린더 슈(324)는, 요동체(327) 상에 형성된 평평한 면(326)의 위를 미끄러지며, 요동체(327)는 적절한 베어링에 의해 짝을 이루는 로터(328) 상에 설치된다. 이러한 베어링에 의하 면, 요동체(327)가 회전 없이 뉴테이션 운동을 행하게 되며, 로터(328)는 본 기술분야에서 공지된 방식으로 회전 운동 및 뉴테이션 운동을 모두 행한다. 축(329)을 중심으로 한 로터(328)와 요동체(327)의 기울기는 슬라이딩 칼라(sliding collar)(380), 제어 링크(382), 및 밸런스 새도우 링크(balancing shadow link)(394)의 위치에 의해 제어된다. 슬라이딩 슈는 제1 홀드다운 어셈블리와 실질적으로 동일한 홀드다운 어셈블리에 의해 고정(held-down)되지만, 대형의 단일 코일 스프링은, 복수 개의 더 작은 개별의 코일 스프링으로 대체된다.
짐벌은, 요크(332), 요크(332)를 사판 하우징(392)에 연결하는 제1의 짐벌 핀 쌍(334), 및 요크(332)를 요동체(327)에 연결하는 제2의 짐벌 핀 쌍(336)을 포함한다. 요크(332)는, 요동체의 둘레에 완전한 고리띠(annulus)를 형성한다. 짐벌 핀(334)은, 서로 180°의 각도로 위치한다. 짐벌 핀(336)은, 서로 180°의 각도로 위치하며, 짐벌 핀(334)에 대해서는 90°의 각도로 위치한다. 이러한 짐벌 구조에 의하면, 요동체(327)의 뉴테이션 운동이 가능하고, 요동체(327)의 회전 운동을 저지한다.
홀드다운 플레이트(338)는 요동체(327)에 고정된다. 각각의 슬라이딩 슈는 각각의 전용 워셔의 원주형 연장부(circumferential extension)를 수용하며, 각 피스톤(316)의 네크부는 대응하는 복수 개의 개구 중 하나의 내부에 위치한다. 이러한 개구는 홀드다운 플레이트(338)를 통해 형성되어 있다. 요동체(327)는 로터(328)와 함께 회전하지 않지만, 요동체(327)의 뉴테이션 운동은, 로터(328)의 뉴테이션 운동과 동일하기 때문에, 슬라이딩 슈와 요동체(327)의 평평한 면 사이의 상대적인 이동도 또한 제1 홀드다운 어셈블리에서의 상대적인 이동과 동일하게 된다.
복수 개의 개별 코일 스프링은, 각 실린더(314)의 밸브 단부에 유압 압력이 없는 경우, 각각의 슬라이딩 슈와 요동체(327)의 평평한 면 사이의 효과적인 슬라이딩 접촉을 유지하도록, 최소 스프링 바이어스(minimal spring bias)를 제공한다. 각각의 코일 스프링은, 각각의 슬라이딩 슈의 둘레에 배치되며, 각각의 슬라이딩 슈의 바닥의 바로 위에 형성된 칼라(collar)와 각각의 전용 워셔 사이에 끼어 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 홀드다운 플레이트에 있는 홀(hole)은 원형이 아닌 길게 연장된 형태이다. 풀 짐벌은 요동체 주위의 2군데 지점에 고정된다. 컴퓨터로 모델링해 보면, 홀드다운 플레이트에 있는 피스톤 홀, 특히 2개의 짐벌 앵커 포인트(gimbal anchor point)로부터 가장 멀리 있는 홀의 긴 부분을 늘리면, 홀드다운 플레이트의 홀의 에지 부분과 피스톤 슈 사이의 충격이 제거된다는 것을 알 수 있다.
도 8을 참조하면, 홀드다운 플레이트(338)는, 요크(332)를 요동체(327)에 연결하는 2개의 짐벌 핀(336) 중 하나와 직접 정렬된 하나의 개구(340)를 포함하는 것이 바람직하다. 홀드다운 플레이트(338)와 관련해서 짐벌 핀(334, 336)의 상대 위치가 도 8에 개략적으로 도시되어 있다. 개구(340)는 거의 원형이다. 개구(340, 342, 344, 346, 348)의 형태는 더 길게 연장된 형태이며, 개구는 짐벌 핀(336)으로부터 더 멀리 있다.
이러한 새로운 구성을 컴퓨터로 모델링하면, 오늘날 차량의 많은 모델의 무한 가변 트랜스미션으로서 유압 폐루프 내에서 2개의 유압 머신을, 하나는 펌프로 하나는 모터로 조합하는 것만을 이용하는 것이 가능하다는 것을 보여준다. 그러나, 본 발명의 발명자들은, 상기 언급한 오비탈 기어 복합체를 추가하면, 이러한 유압 머신을 단독으로 작동시키는 것보다 더 효율적인 트랜스미션을 제공한다고 믿고 있다. 이러한 유압/오비탈 기어 트랜스미션은, 중량 및 크기 요구의 넓은 연속 범위에 부합하도록 크기를 늘리거나 줄일 수 있는 개선된 자동 트랜스미션을 제공한다.
오비탈 트랜스미션(Orbital Transmission)
유압 펌프 및 모터가 단독의 트랜스미션으로서 조합하여 사용될 수 있지만, 오비터를 추가함으로써, 펌프 및 모터의 크기를 크게 감소시킬 수 있다. 본 발명의 오비탈 트랜스미션에서, 유압 펌프 및 모터는 100%의 작업률을 갖지 않는다. 기어링의 결과로서의 유압 구성에서의 부하의 감소도 또한 펌프 및 모터의 내구성을 증가시킨다.
트랜스미션(400)은 도 9에 본 발명의 실시예로서 도시되어 있다. 엔진(402)은, 최소 오비터(404)와 가변 웨브-회전 디바이스(403)만을 포함하는 본 발명의 트랜스미션에 연결된 것으로 도시되어 있다. 일실시예에서, 가변 웨브-회전 디바이스(403)는, 전기 연결부(440)에 의해 발전기(408)와 연결된 전기 모터(406)를 포함한다. 다른 실시예에서, 가변 웨브-회전 디바이스(403)는 유압 연결부(440)에 의해 가변 유압 펌프(408)에 연결된 가변 유압 펌프(406)를 포함한다. 바람직한 웨 브-회전 디바이스로서 유압 펌프와 유압 모터를 포함하는 트랜스미션에 대해 이하 개시한다.
오비터(404)는, 제1 축(414)을 중심으로 회전시키기 위해 설치된 입력 기어(410) 및 출력 기어(412)와, 제1 축(414)에 평행한 제2 축(418)을 중심으로 하는 회전을 위해 설치된 클러스터 기어(416)만을 포함한다. 입력 기어(410)는, 엔진(402)의 구동 샤프트(420)와의 회전을 위해 고정되어 있으며, 출력 기어(412)는 출력 샤프트(422)와의 회전을 위해 고정되어 있다. 클러스터 기어(416)는, 웨브(426) 내의 회전을 위해 지지된 선회 샤프트(orbit shaft)(424)에 고정되어 있으며, 웨브(426)는 제1 축(414)을 중심으로 회전하도록 자체적으로 설치되어 있어서, 선회 샤프트(424)와 클러스터 기어(416)가 제1 축(414)을 중심으로 그리고 입력 기어(410)와 출력 기어(412)의 둘레로 각각 선회(orbit)할 수 있다. 클러스터 기어(416)는 입력 기어(410) 및 출력 기어(412)의 기어 이(teeth)와 맞물리는 2개 세트의 기어 이(428, 430)를 포함한다.
입력 기어(410)와 클러스터 기어(428) 사이, 그리고 클러스터 기어(430)와 출력 기어(412) 사이의 기어 이 비율(gear tooth ratio)은, 웨브(426)의 회전이 저지되었을 때, 출력 기어(412)가 입력 기어(410)의 회전의 미리 정해진 오버드라이버로 입력 기어를 회전시키도록, 선택된다. 이것은, 앞서 인용한 미국 특허 제6,748,817호의 오비탈 기어링에서의 기어 감속이 있는 종래 기술과는 대비되는 것이다. 예컨대, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 기어 이 비율은 표 1에 나타낸 것과 같이 선택된다.
기어 이(teeth)의 수
입력 기어(410) 36
클러스터 기어(428) 27
클러스터 기어(430) 36
출력 기어(412) 27
이러한 기어링 예에 의하면, 웨브(426)의 회전이 저지되는 경우, 출력 기어(412)는, 입력 기어(410)의 회전의 대략 0.6:1의 오버드라이브로 입력 기어를 회전시킨다.
웨브(426)의 외부에 고정된 것은, 모터 샤프트(436)에 연결된 모터 기어(motor gear)(434)와 맞물리는 기어(432)이다. 모터 샤프트(436)는, 임의 선택적인 제1 클러치(438)에 의해 모터 기어(434)에 대한 연결을 분리시킬 수 있도록 만들어질 수 있다. 이러한 제1 클러치는 바람직하게는 단순한 조오 클러치(jaw clutch)가 되지만, 임의의 종류의 클러치도 가능하다. 클러치(438)는, 가변 웨브-회전 디바이스(403)의 출력에 관계없이, 차량이, 특히 시동할 때에 중요한 중립 상태에 있는 것을 보장함으로써 완전 중립(true-neutral) 안전 특징을 제공한다. 예시를 위한 것으로서, 모터 샤프트(436)는, 유압 제어 모터(406)에 의해 구동되며, 모터 기어(434)와 웨브 기어(432)를 1:1의 관계로 회전시킨다. 모터 기어(434)와 웨브 기어(432) 사이의 비율은 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않는 범위 내에 포함될 것이다. 이러한 비율은, 기어 이 비율과 함께, 가변 웨브-회전 디바이스(403)의 특정한 설정을 위한 특정한 입력 대 출력(input-to-output) 트랜스미션 기어 비율을 생성하도록 변경될 수 있다. 결과적으로, 제어 모터(406)는, "폐루프" 유압 회로(440)를 통해 유압 펌프(408)로부터 전달된 유압 유체에 의해 동작된다. 엔진 구동 샤프트(420)에 고정된 보조 구동 기어(auxiliary drive gear)(442)에 의해, 짝을 이루는 제1 기어(444)와 펌프 샤프트(446)의 회전이 1:1의 관계를 갖게 된다.
유압 펌프/모터 조합의 동작이 본 기술 분야에 잘 알려져 있더라도, 본 발명의 트랜스미션에 특히 적합한 펌프/모터의 동작을 본 명세서에 설명한다. 엔진 구동 샤프트(420)에 의한 펌프 샤프트(446)의 보조 회전에 의하면, 유압 펌프(408)가 펌프(408)의 사판(도시 안 됨)의 조정된 각도에 따라 제어 모터(406)에 대한 유압 유체의 흐름을 생성할 수 있다.
무한 가변 트랜스미션(Infinite Variable Transmission: IVT)의 전진 동작(forward operation)
본 발명에 따른 트랜스미션의 동작에 대한 예시로서, 앞서 설명한 오비탈 기어 이 비율이, 표 2에 주어진 값을 산출하는데 사용된다. 표 2는, 후진(reverse)에서부터 중립(neutral)을 거처 오버드라이브까지의 별개의 단계에서, 펌프 및 모터 사판의 상태, 결과적인 웨브-회전 비율, 출력 샤프트 회전 비율, 및 트랜스미션 비율을 나타낸다. 그러나, 무한 가변 트랜스미션은 이러한 전체 범위에서 트랜스미션의 비율의 연속 범위를 거쳐간다는 것을 이해하여야 한다. 샘플 연산을 위해 500 RPM의 아이들링 속도(idling speed)가 사용된다.
차량 속도 엔진 RPM 펌프 사판 모터 사판 웨브 RPM 출력 RPM 트랜스미션 비율
후진 500 25° 10° 1250 -83 -6:1
중립 500 25° 10.9° 1143 -0- 1:0
로우 1 500 25° 13.5° 929 167 3:1
로우 2 500 25° 15.2° 821 250 2:1
드라이브 500 25° 25° 500 500 1:1
오버드라이브 1 500 12.5° 25° 250 694 0.7:1
오버드라이브 2 500 0° 25° -0- 889 0.6:1
오버 드라이브 3 500 -7.1° 25° -143 1000 0.5:1
표 2를 보면, 처음에 주목한 바와 같이, 모터(406)의 사판의 각도가 양의 방향으로 연속해서 증가함에 따라, 모터 샤프트(436)의 회전 속도가 점진적으로 느려지게 되어, 웨브(426)의 회전이 느려지고, 출력 샤프트(422)의 회전 속도가 천천히 증가하게 된다.
웨브(426)에 연결된 제어 모터(406)와, 자신의 최대 경사(즉, 25°)로 설정된 펌프(408)의 사판에 의해, 모터(406)의 사판 각도를 10.9°로 설정함으로써, 웨브(426)는, 출력 샤프트(422)를 정지, 즉 사실상 "기어 중립"(geared neutral) 상태로 하는 속도로 회전할 수 있다.
"중립"(Neutral) 상태에서 "드라이브"(Drive) 상태로 전환하기 위해, 펌프(408)의 사판 각도는 25°로 유지되고, 모터(406)의 사판 각도는 25°까지 연속해서 증가하며, 트랜스미션 비율은 1:1로 된다. "드라이브"(Drive) 상태에서 "오버드라이브 2"(Overdrive 2) 상태로, 모터(406)의 사판 각도는 25°로 유지되고, 펌프(408)의 사판 각도는 0°까지 연속적으로 감소된다. 펌프(408)의 사판이 0°가 되면, 웨브(426)는 정지되고, 출력 기어(412)와 출력 구동 샤프트(422)의 회전 속도는, 앞서 언급한 기본적인 기어 복합체에 의해 미리 정해진 오버드라이브에 의해, 엔진 구동 샤프트(420)와 입력 기어(410)의 속도보다 더 커지게 된다.
본 발명의 중요한 다른 특징으로서, 펌프(408)의 사판 각도는 약간 마이너스의 각도까지 감소될 수 있어서, "오버드라이브 2"(Overdrive 2)를 넘는 범위 전체에서 본 발명의 "무한 오버드라이브"(infinite overdrive)를 연장하기 위한 모터 샤프트(436)의 방향을 반대로 할 수 있게 된다.
따라서, 모터(406)와 웨브(426)의 속도가 연속해서 감소하면, 출력 샤프트(422)의 전진 회전(forward rotation)은 높은 기어 감속(3:1보다 매우 크다)으로부터 1:1까지, 그리고 임의의 기어 변속, 클러치 변속, 또는 임의의 중요한 엔진 속도 변동 없이, 연장된 연속 오버드라이브를 통해, 기어 비율의 무한 범위를 통해 속도가 연속해서 감소한다.
브레이크 작용과 같은 임의의 필요한 속도 감속 동안, 사판 각도는, 적절한 기어 감속을 달성하기 위해 기어 중립 위치(geared neutral position)를 향해 반대 방향으로 조정된다. 마찬가지로, 언덕을 오르거나 지나가는 경우 등과 같이, 차량이 완전 오버드라이브 상태에 있는 경우 추가의 동력이 요구되면, 펌프 사판 각도가 증가되어, 적절한 기어 감속을 제공하거나, 엔진 속도가 증가될 수 있다.
이러한 바로 앞서 언급한, 연속하며 무한적으로 증가하는 기어 비율 변화(시동에서부터 오버드라이브까지)가 엔진(402)에서의 속도의 임의의 중요한 변화 없이도 발생한다는 사실에 특별한 주의가 요구된다. 엔진은 정지 상태에서 오버드라이브까지의 전체 가속 동안 비교적 낮고 효율적인 동작 레벨로 유지될 수 있다. 이러한 중요한 특징에 의하면, 연료의 절약은 물론, 더 중요하게는, 불순물을 크게 감소시킬 수 있다. 이것은 디젤 엔진 차량의 경우에 특히 부합되는데, 엔진의 선택된 동작 속도가 성능을 최적화하는 "스위트 스폿"(sweet spot)에 미리 정해질 수 있기 때문이다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 디젤 엔진이 일정한 속도로 동작하는 경우, 불순물을 거의 방출하지 않는다.
본 발명의 다른 특징은, 차량이 무거운 짐을 운반하고 있을 때, 트레일러를 끄는 경우, 또는 고속도로 주행 속도로 경사진 지역을 이동하는 경우에, 더 높은 연료 효율을 달성하고 유압 구성에서의 듀티 사이클을 감소시키기 위한 견인 모드(tow/haul mode)를 제공한다는 것이다. 이러한 특징은, 유압 시스템을 바이패스하는 것이며, 차량 엔진의 기어 비가 1:1에서 드라이브를 잠그게 된다. 이것은, 추가의 기어(435)를 펌프 샤프트(446)에 체결하는데 사용되는 다른 클러치(439)를 추가함으로써 달성된다. 기어(435)는, 보조 드라이브 기어(442), 제1 메이팅 기어(mating gear)(444), 및 웨브 기어(432)와, 그리고 이들과 동일한 크기를 갖는 기어 트레인(gear train) 내에서 서로 연결된다. 따라서, 제1 클러치(438)에 의해 모터(406)가 모터 기어(434)로부터 맞물림이 해제되고, 제2 클러치(439)에 의해 기어(435)가 펌프 샤프트(446)에 맞물리게 되면, 엔진에서 기어(442, 444, 435, 432)를 통한 직접 기어 트레인(direct gear train)이 엔진(402)이 입력 기어(410)를 회전시키는 것과 동일한 속도로 웨브(426)를 회전시킨다. 결과적으로, 출력 기어(412)와 출력 구동 샤프트(422) 양자의 직접 기어 드라이브(direct geared drive)가 엔진(402)과 1:1의 관계를 갖게 된다.
무한 가변 트랜스미션(IVT)의 "정지" 및 후진
제어 모터(406)가 웨브(426)에 연결되고, 펌프(408)의 사판이 최대 경사(즉, 25°)로 설정되면, 모터(406)의 사판은 "중립"(Neutral)을 달성하도록 설정된다(즉, 앞서 주어진 기어 비에 대해 10.9°로). 이러한 조건하에서, 출력 샤프트(422)는 고정적이다. 앞서 설명한 바와 같이, 이것은 사실상 웨브(426)가 시동을 위한 정지된 위치에서 그리고 주행을 위한 개시에서 일정한 토크로 유지되는 "기어드 중립"(geared neutral)을 제공한다. 그러나, 이러한 조건하에서는 언제나, 클러치(438)가 맞물림을 해제시킬 수 있으며, 드라이브를 차량 휠로부터 완전히 분리시키기 위해 "완전 중립"이 달성될 수 있다는 것에 주의하여야 한다.
모터(406)의 사판의 각도가 기어드 중립 설정 값으로부터 약간 마이너스 방향으로 이동하면(예컨대, 1-3°), 제어 모터(406)는 "기어드 중립"을 달성하는 동일한 방향으로 웨브(426)를 계속해서 회전시키지만, 웨브(426)는, 약간 더 빠른 속도로 회전한다. 최종적인 효과는 출력 샤프트(422)가 후진 방향, 즉 "후진"(Reverse) 방향으로 비교적 높은 기어 감속으로 회전한다는 것이다.
모터(406)의 사판의 설정이 네거티브 방향으로 계속해서 증가하면[즉, 출력 기어(412)를 정지시키는데 사용되는 설정을 넘어서], 웨브(426), 출력 기어(412) 및 출력 샤프트(422)의 회전은 모두 전진 방향으로 연속해서 증가한다. 제어 모터(406)가 "중립"으로 되어 있으면[예컨대, 클러치(438)의 맞물림 해제에 의해], 입력 기어(410)의 아이들링-속도 회전(idling-speed rotation)에 의해, 클러치 기어(416)가, 출력 기어(412)를 완전한 정지 상태로 하는 정확한 속도에서 후진 방향으로, 웨브(426)를 자동으로 회전시킨다. 즉, 웨브의 회전 제어가 중립으로 되면, 본 발명의 최소 오비탈은 최소 토크의 위치를 자동으로 찾는다.
따라서, 트랜스미션을 차량이 정지할 때의 제로 속도로 하기 위한 웨브의 요구되는 미리 정해진 속도 반전을 만들기 위해 모터(406)의 사판의 조정을 정확하게 프로그램하는 것을 필요로 하지 않을 수 있다. 본 발명자들은, 제1 클러치(438)를 배제하고, 입력 기어(410)의 속도가 아이들링 엔진 속도까지 감소될 때마다, 제어 모터(406)가, 차량으로 하여금 완전히 정지할 수 있도록 정확하게 조정하는 것을 계속해서 허용하는 본 발명의 바람직한 유압 펌프/모터 실시예를 개발했다.
동력 인출 구성(power takeoff)
본 기술분야에 잘 알려져 있는 바와 같이, 동력 인출 샤프트는 보조 장비가 차량 엔진으로부터 동작할 수 있도록 허용하기 위해 트랙터와 트럭에 제공되는 경우가 있다. 따라서, 본 발명의 트랜스미션의 한가지 다른 특징은, 클러치(456)에 연결된 파워 인출 기어(454)와 파워 인출 샤프트(452)를 포함하는 파워 인출 어셈블리(450)이다.
파워 인출 기어(454)는 보조 구동 기어(442)에 의해 구동된다. 파워 인출 기어(454)는, 정상적으로 맞물림이 해제된 클러치(456)에 의해 파워 인출 샤프트(452)로부터 단절된 일반적으로 "프리 휠"(free-wheels)이 된다. 그러나, 클러치(456)이 맞물리면, 파워 인출 샤프트(452)도 보조 장비를 동작시키도록 회전한다.
유압 바이패스 회로(Hydraulic By-Pass Circuit)
밸브 조절식 "바이패스" 어셈블리는, 유압 펌프(408) 및 모터(406)에 의해 공유되는 폐루프 유압 회로(440) 내에 설치되는 것이 바람직하다(이러한 바이패스 구조는 앞서 언급한 미국 특허 6,748,817에 개시되어 있다). 한 쌍의 "바이패스" 통로는 폐루프의 대향 면을 연결하고, 실린더를 통과하며, 스풀 밸브의 피스톤 부분에 의해 차단된다. 스풀 밸브의 위에는 한 쌍의 스템(stem)이 위치하며, 스풀 밸브가 한 방향으로 이동할 때, 스템은 유압 유체가 바이패스 통로를 통해 흐르도록 한다. 센서는 차량 동작의 선택된 파라미터(예컨대, 폐루프에서의 차량 속도 및/또는 유압 압력)에서 상위 레벨 및 하위 레벨에 응답한다. 이러한 선택된 파라미터 중 제1 레벨을 감지함으로써, 스풀 밸브는, 한 방향으로 이동해서, 통로를 개방시키며(예컨대, 차량 속도가 감소되고 정지 상태로 될 때마다), 제2 레벨을 감지하면 밸브를 반대 위치로 복원시키고, 폐루프 유체 회로(440)를 정상 상태로 되돌린다.
바이패스 회로를 개방시키기 위한 스풀 밸브의 작동에 의해, 제어 모터(406)의 샤프트(436)는, 펌프(408)의 사판이 구동되거나 0°에서 정지된 상태를 유지하는 경우라도 독립적으로 이동될 수 있다. 따라서, 바이패스 어셈블리는, 엔진의 시동 동안 트랜스미션 부하를 감소시키는데 사용될 수 있으며, 이에 의해 차량의 플라이 휠(fly-wheel)을 교체한다. 이와 관련해서, 센서는 폐루프 유압 회로(440)에서의 유체 압력의 중요한 변화를 감지하는데 사용될 수 있으며, 바이패스 어셈블리는 안전 장치로서의 기능을 행하여, 유압 시스템의 임의의 예외적인 과부하를 방지할 수 있다.
본 발명의 오비탈 트랜스미션의 다른 특징으로서, 엔진 속도가 대략 500 RPM으로 유지되는 동안, 오비탈 기어링과 결합시킨 유압 펌프 및 모터의 효율에 의해, 충분한 동력이 휠로 전달될 수 있다. 종래의 트랜스미션에 대해 설계된 "스위트 스폿" 이하에서 엔진이 잘 구동된다는 사실에도 불구하고, 연료를 크게 절약할 수 있다. 엔진의 스위트 스폿은, 연료를 기계적인 동력으로 변환할 때 엔진이 가장 효율적인 효율성 지도(efficiency map)의 영역이다. 대부분의 자동차 엔진의 경우, 스위트 스폿은 1500 RPM의 범위 내에서 발견된다. 본 발명의 트랜스미션은, 감소된 효율의 속도로 엔진을 유지함에도 불구하고, 연비를 향상시킨다. 효율의 손실은 500 RPM에서 주행하는 감소된 연료 요구에 의해 보상된다. 이러한 낮은 엔진 속도에서 주행하는 다른 장점으로는, 유압 펌프 및 모터에 대한 압력 요구가 감소됨으로써, 유압 구성에 대한 듀티 사이클을 줄일 수 있으며, 이들의 내구성도 향상시킬 수 있다는 것이다.
연비와 관련해서, 본 발명의 오비탈 트랜스미션은 시내 주행 효율을 고속도로 주행 효율까지 올린다. 시내 주행은 전체 주행에서 대략 60%를 고려하기 때문에, 본 발명의 트랜스미션을 자동차에 사용하는 것은 중요한 연료 절약을 제공할 것이다. 오늘날의 엔진은 1500 RPM의 범위에서 가장 효율이 좋게 구동되도록 설계된다. 물론, 본 발명의 트랜스미션을, 대략 500 RPM에서 가장 효율 좋게 구동시키도록 설계된 자동차 엔진에 조합시킴으로써 추가의 연료 절약이 달성될 수 있다.
본 발명의 트랜스미션은 엔진 속도를 최소로 변화시켜서 구동 샤프트(drive shaft)의 속도를 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 엔진 속도를, 최근에 제안된 HCCI 엔진에서의 연소가 더욱 용이하게 제어되는 비교적 좁은 중하 범위(low-to-moderate range) 내에서 유지할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 엔진(402)은 HCCI 엔진이다. 본 발명의 트랜스미션은 연료 효율이 좋은 HCCI 엔진을 가솔린 동력 차량에 용이하게 구현할 수 있다.
본 발명의 마지막 특징을 도 10A 및 도 10B를 참조하여 설명한다. 도 10A 및 10B는, 표준 자동 엔진(402)의 뒤쪽 적당한 위치에 본 발명의 모듈형 기계 유압식 트랜스미션(modular hydro-mechanical transmission)을 개략적으로 나타내고 있다. 앞서 바로 언급한 것과 동일한 전체 구성으로, 본 발명의 단일 오비터(404)의 출력 샤프트(414)의 회전은, 모터(406) 및 펌프(408)의 유압 구성에 의해 조절되며, 결국 엔진(402)에 의해 구동된다. 도시된 바와 같이, 오비터(404)는 엔진(402)의 후방에서 플라이휠 하우징(502)의 볼트체결된 플레이트(404a) 상에 모듈식으로 설치된다. 마찬가지로, 모터(406) 및 펌프(408)는 플레이트(408a) 상에 모듈식으로 설치된다.
몇몇 차량의 경우, 모터(406)와 펌프(408)의 모듈 조합이 차량의 완전한 구동 요구를 만족시킬 수 있다. 이러한 상황에서, 모듈형 오비터(404)는 배제될 수 있으며, 최소의 변경을 행할 수 있고, 모터(406), 펌프(408) 및 플레이트(408a)는 엔진(402)의 후방에서 플라이휠 하우징(502)에 직접 모듈식으로 볼트체결될 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 원리의 용도를 예시적으로 나타내고 있을 뿐이라는 것을 이해하여야 한다. 예시될 실시예에 대한 설명은 특허 청구의 범위를 제한하기 위한 것이 아니며, 본 발명에 필수적인 것으로 간주되는 이러한 특징들을 열거하고 있을 뿐이다.

Claims (35)

  1. 프라이머리 엔진(primary engine)용 트랜스미션(transmission)에 있어서,
    상기 트랜스미션은, 오비터(orbiter) 및 오비터 웨브(orbiter web)를 포함하며,
    상기 오비터는, 제1 축(axis)상에 장착(mount)되며 상기 프라이머리 엔진에 의해 제공되는 구동 입력(input drive)에 응답하는(responsive) 입력 기어(input gear), 상기 제1 축상에 장착되는 출력 기어, 및 오직 상기 입력 기어 및 상기 출력 기어에만 맞물리며(mesh) 상기 제1 축에 평행하게 위치하는(positioned) 선회 샤프트(orbit shaft) 상에서 회전하도록 장착되는 하나 이상의 클러스터 기어(cluster gear)를 포함하고,
    상기 오비터 웨브는, 상기 선회 샤프트를 지지(support)하며, 상기 선회 샤프트와 상기 클러스터 기어가 각각 상기 제1 축 및 상기 입력 기어 및 상기 출력 기어 주위를 선회(orbit)할 수 있도록 상기 제1 축 주위로의 회전이 가능하게 장착되고,
    상기 오비터 웨브가 회전하지 못할 때에(prevented), 상기 입력 기어의 회전에 의해 상기 구동 입력의 미리 결정된 오버드라이브(overdrive)로 상기 출력 기어가 회전하도록, 상기 클러스터 기어 및 상기 입력 기어 및 상기 출력 기어 사이의 기어 치형 비율(gear tooth ratio)이 선택되는,
    프라이머리 엔진용 트랜스미션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오비터 웨브의 회전을 제어하기 위해 상기 오비터 웨브에 작동가능하게 연결 가능한 가변 웨브-회전 디바이스(variable web-rotating device)를 더 포함하고,
    상기 오비터 웨브가 제1 방향으로 회전할 때에, 상기 오비터 웨브의 회전 속도가 증가함에 따라, 상기 구동 입력의 미리 결정된 오버드라이브는 1:1까지 감소하고(diminish), 그 후에는 상기 오비터 웨브의 상기 회전 속도에 대해 증가하는 상기 구동 입력의 기어 감속비(gear reduction)까지 감소하는,
    프라이머리 엔진용 트랜스미션.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오비터 웨브를 미리 결정된 속도로 상기 제1 방향으로 회전시키는 것에 의해 상기 출력 기어의 회전을 정지시키는, 프라이머리 엔진용 트랜스미션.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오비터 웹을 상기 미리 결정된 속도보다 큰 속도로 상기 제1 방향으로 회전시키는 것에 의해 상기 출력 기어의 회전 방향이 역전(reverse)되는, 프라이머리 엔진용 트랜스미션.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 오비터 웨브를 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 회전시키는 것에 의해, 상기 미리 결정된 오버드라이브보다 큰, 무한 변화 오버드라이브(infinitely varying overdrive)가 제공되는, 프라이머리 엔진용 트랜스미션.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 가변 웨브-회전 디바이스 및 상기 오비터 웨브를 선택적으로 연결시키는 제1 클러치(clutch)를 더 포함하는, 프라이머리 엔진용 트랜스미션.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 오비터로부터 분리된 일련의 기어를 형성하도록 서로 연속적으로 연결되는 복수의 기어; 및
    상기 프라이머리 엔진에 의해 상기 오비터 웨브가 제공받는 상기 구동 입력을 선택적으로 연결하는 제2 클러치
    를 더 포함하고,
    상기 제1 클러치가 상기 가변 웨브-회전 디바이스 및 상기 오비터 웨브와 분리(disconnect)되며 상기 제2 클러치가 상기 구동 입력 및 상기 오비터 웨브와 연결될 때에, 상기 출력 기어 및 상기 오비터 웨브는 모두 상기 구동 입력과 1:1로 회전하는,
    프라이머리 엔진용 트랜스미션.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 가변 웨브-회전 디바이스는, 상기 프라이머리 엔진에 의해 구동되는(driven) 전기 발전기(electric generator)에 연결된 전기 모터(electro motor)를 포함하는, 프라이머리 엔진용 트랜스미션.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 가변 웨브-회전 디바이스는, 상기 프라이머리 엔진에 의해 구동되는 가변 유압 펌프(variable hydraulic pump)에 의해 구동되는 가변 유압 모터를 포함하는, 프라이머리 엔진용 트랜스미션.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가변 유압 모터 및 상기 가변 유압 펌프는 각각의 하우징(housing)에 각각 둘러싸이며,
    상기 가변 유압 모터 및 상기 가변 유압 펌프는,
    복수의 실린더를 갖는 실린더 블록(cylinder block);
    상기 실린더 내에 각각 왕복 운동 가능하게(reciprocally mounted) 복수의 피스톤;
    구동 소자(drive element)에 의해 구동되는 분할 사판(split swash plate); 및
    슬라이딩 슈(sliding shoe)
    를 포함하고,
    상기 복수의 실린더는, 상기 실린더 블록 내에 형성되며, 상기 구동 소자의 회전 축 주위의 제1 반경 거리(radial distance)에서 원주상에(circumferentially) 위치되고,
    상기 각각의 피스톤은, 피스톤 본체(piston body) 및 좁은 네크부(narrowed neck)에 의해 상기 피스톤 본체에 연결되는 구형 헤드(spherical head)를 포함하고, 각각의 상기 실린더는 개방 헤드부(open head portion)를 포함하며, 상기 피스톤 헤드는 항상 상기 개방 헤드부를 넘어(beyond) 연장되고,
    상기 분할 사판은 회전 및 뉴테이션 운동(nutate)을 하는 가변-경사 로터(variably-inclined rotor) 및 오직 뉴테이션 운동만을 하는 평면을 갖는 요동체(wobbler)를 포함하고, 상기 각각의 피스톤의 스트로크(stroke)는 미리 결정된 최대값(maximum)을 상한으로 하여 상기 사판의 경사에 따라 변화하며,
    각각의 상기 슬라이딩 슈는 매개 독본(intermediate dog-bone) 없이 각각의 피스톤 헤드에 피벗식으로(pivotally) 직접 부착되고, 각각의 슬라이딩 슈는 상기 피스톤과 상기 평면 사이의 모든 상대적인 회전 동작(relative rotary motions) 동안 상기 평면과 직접적인 활주 접촉(direct sliding contact)을 유지하는,
    프라이머리 엔진용 트랜스미션.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유압 펌프 및 상기 유압 모터는, 각각, 180°간격을 둔 제1 쌍의 짐벌 핀(gimbal pin)에 의해 상기 하우징에 연결되며 180°간격을 둔 제2 쌍의 짐벌 핀에 의해 상기 분할 사판의 상기 요동체에 연결되는 환형 요크(annular yoke)를 포함하는 짐벌을 더 포함하고,
    상기 제1 쌍의 짐벌 핀의 각각의 짐벌 핀은 상기 제2 쌍의 짐벌 핀의 각각의 짐벌 핀과 90° 떨어져 배치되는,
    프라이머리 엔진용 트랜스미션.
  12. 제11항에 있어서,
    (a)상기 단일의 오비터, 및 (b)상기 가변 유압 펌프에 의해 구동되는 상기 가변 유압 모터는, 별개의 모듈로서 구성되는, 프라이머리 엔진용 트랜스미션.
  13. 프라이머리 엔진의 구동 샤프트로부터 출력 샤프트까지 차량의 트랜스미션의 속도와 토크를 무한 변화시키는 방법으로서,
    a) 상기 구동 샤프트에 대해 상기 출력 샤프트의 미리 정해진 오버드라이브를 생성하기 위한 기어링(gearing)을 제공하는 단계;
    b) 상기 출력 샤프트를 회전시키지 않도록 미리 정해진 속도로 제1 방향에서 오비터 웨브를 회전시키는 단계; 및
    c) 상기 웨브의 회전 속도를 감소시킴으로써 상기 구동 샤프트에 대한 상기 출력 샤프트의 속도를 증가시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 입력 샤프트에 대한 상기 출력 샤프트의 회전 속도를, 상기 미리 정해진 오버드라이브를 넘어 증가시키기 위해, 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 상기 웨브를 회전시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 출력 샤프트의 회전 방향을 반대로 바꾸기 위해 상기 미리 정해진 속도보다 더 빠르게 상기 웨브를 회전시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 프라이머리 엔진을 위한 기계 유압식 트랜스미션(hydromechanical transmission)으로서,
    상기 프라이머리 엔진의 구동 샤프트에 의해 구동되며, 유압 출력을 생성하는 가변 유압 구성요소; 및
    상기 구동 샤프트에 의해 구동되며, 기계적 출력(mechanical output)을 생성하는 기계적 구성요소
    를 포함하며,
    상기 유압 출력과 상기 기계적 출력은, 차량을 구동시키기 위한 출력 샤프트에 결합되어, 상기 유압 구성요소의 속도를 증가시킴으로써, 상기 구동 샤프트의 속도 대한 상기 출력 샤프트의 속도 비율을 감소시키는, 기계 유압식 트랜스미션.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 트랜스미션은, 통상적인 최적 효율을 갖는 엔진 속도 이하에서 유효하게 구동하는 엔진에 의해 상기 출력 샤프트에 동력을 제공하는, 기계 유압식 트랜스미션.
  18. 메인 구동 샤프트 및 보조 구동 샤프트를 갖는 프라이머리 엔진을 위한 기계 유압식 트랜스미션으로서,
    상기 보조 구동 샤프트에 의해 구동되며, 유압 출력을 생성하는 가변 유압 구성요소; 및
    상기 메인 구동 샤프트에 의해 구동되며, 기계적 출력을 생성하는 기계적 구성요소
    를 포함하며,
    상기 유압 출력과 상기 기계적 출력은 차량을 구동시키기 위한 출력 샤프트를 구동시키도록 결합되고,
    상기 트랜스미션은, 통상적인 최적 효율의 엔진 속도 이하의 속도로 구동하는 엔진으로 상기 구동 샤프트에 동력을 제공하는, 기계 유압식 트랜스미션.
  19. 하우징;
    상기 하우징 내에 형성되며, 구동 요소의 회전 축을 중심으로 제1 반경 방향에서의 거리를 두고 원주 방향으로 위치한 복수 개의 실린더를 갖는 실린더 블록;
    상기 실린더 내에 왕복 운동 가능하게 설치되며, 피스톤 본체와, 좁은 네크부에 의해 상기 피스톤 본체에 연결된 구형 헤드를 각각 포함하는 복수 개의 피스톤;
    상기 구동 요소에 의해 구동되며, 회전 운동과 뉴테이션 운동을 행하는 가변적으로 경사진 로터, 및 뉴테이션 운동만을 행하는 평평한 면을 갖는 요동체를 포함하는 분할 사판; 및
    환형의 요크를 갖는 짐벌
    을 포함하며,
    상기 실린더는 각각 개방 헤드부를 가지며, 상기 각각의 피스톤 헤드는 상기 개방 헤드부를 항상 넘어 연장하고,
    상기 환형의 요크는, 180°간격을 둔 제1 쌍의 짐벌 핀(gimbal pin)에 의해 상기 하우징에 연결되며, 180°간격을 둔 제2 쌍의 짐벌 핀에 의해 상기 분할 사판의 상기 요동체에 연결되고, 상기 제1 쌍의 짐벌 핀의 각각의 짐벌 핀은 상기 제2 쌍의 짐벌 핀의 각각의 짐벌 핀과 90° 떨어져 배치되는, 유압 머신.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 각각의 피스톤 헤드에 피벗식으로 직접 부착된 슬라이딩 슈를 더 포함하며,
    상기 슬라이딩 슈는 상기 피스톤과 상기 평평한 면 사이에서 모든 상대적인 이동이 이루어지는 동안 상기 평평한 면과 직접 활주 접촉으로 유지되는, 유압 머신.
  21. 제20항에 있어서,
    각각의 슬라이딩 슈를 상기 평평한 면 쪽으로 바이어스(bias)하기 위한 홀드다운 어셈블리(hold-down assembly)를 더 포함하는, 유압 머신.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 슈(shoe)가 피스톤 스트로크(piston stroke) 동안 언제나 상기 평면과 상대적인 활주 접촉(relative sliding contact)을 할 때에 상기 피스톤 헤드의 최소 측면 변위(minimal lateral displacement)를 보장하기 위해, 각각의 상기 피스톤 본체가 각각의 실린더 내에서 지지되기에 충분한 연장 축 실린더 길이(elongated axial cylindrical length)를 갖는, 유압 머신.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 분할 사판은 상기 로터 상의 상기 요동체를 지지하기 위한 베어링을 더 포함하는, 유압 머신.
  24. 제19항에 있어서,
    압축 유체(pressurized fluid)를 유지(retain)하기 위한 상기 실린더 블록 내의 각각의 실린더의 실린더 벽(cylindrical wall) 내에 형성되는 윤활 채널(lubricating channel)을 포함하고,
    상기 윤활 채널 모두는 서로 연결되어 상기 실린더 블록 내에 연속적인 윤활 통로(lubricating passageway)를 형성하고,
    각각의 피스톤의 전체 스트로크(entire stroke) 동안, 각각의 피스톤의 축 방향의 원통형 본체(axially cylindrical body)의 외면(outer surface)에 의해 각각의 윤활 채널이 실질적으로 폐쇄(closure)되어, 상기 압축 유체가 상기 연속적인 윤활 통로 내에 유지되고,
    상기 연속적인 윤활 통로에 의해 수용되는(received) 압축 유체의 유일한 소스(source)는, 각각의 원통형 벽(cylindrical wall)과 각각의 피스톤의 상기 축 방향의 원통형 본체 사이의 극히 작은 흐름(minimal flow)이며,
    상기 연속적인 윤활 통로는 모두 상기 실린더 블록 내에 형성되고 각각의 실린더를 횡단하며(transect),
    상기 실린더가 상기 구동 유닛의 상기 회전 축에 중심을 두고 있는 것과 같이, 상기 연속적인 윤활 통로는 원주 방향으로 동일한 반경으로 상기 회전 축에 중심을 두고 있는,
    유압 머신.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 홀드다운 어셈블리는, 복수의 개구부를 갖는 홀드다운 소자(hold-down element), 및 홀드다운 플레이트(hole-down plate)와 슬라이딩 슈 사이의 각각의 피스톤의 상기 좁은 네크부에 들어맞는(fitted) 워셔(washer)를 포함하고,
    각각의 상기 개구부의 경계는 각각의 피스톤의 상기 좁은 네크부 근처에 위치되고,
    각각의 상기 워셔는, 상기 각각의 슬라이딩 슈에 원주 방향으로 접촉하기 위한, 원통형으로 정렬된 연장부(extension)를 갖고,
    상기 워셔는, 상기 평면이 상기 구동 소자의 상기 회전축에 대해 기울어질 때에 상기 슬라이딩 슈의 상대적인 위치를 변화하는 것에 응답하여, 상기 홀드다운 플레이트에 대한 움직임을 위해 상기 홀드다운 플레이트과 활주 접촉(sliding contact)하는,
    유압 머신.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 홀드다운 플레이트 내의 각각의 개구부의 경계는, 상기 홀드다운 플레이트에 대해 움직이는 동안 항상 각각의 워셔의 외주(outer circumference)의 절반 이상과 접속(contact)한 상태로 되는, 유압 머신.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 홀드다운 플레이트 내의 상기 각각의 개구부는 연장되고,
    각각의 홀이 상기 짐벌을 지지하는 상기 제1 쌍의 짐벌 핀으로부터 더 멀리 위치할수록, 상기 연장에 의한 연장량(elongation)은 상대적으로 더 커지는,
    유압 머신.
  28. 제25항에 있어서,
    각 실린더의 밸브 단부(valve end)에서 윤활 압력이 없을 때에 각각의 슈와 상기 평면 사이의 효과적인 활주 접촉을 유지하기에 충분한 최소 스프링 바이어스(minimal spring bias)를 더 포함하는, 유압 머신.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 최소 스프링 바이어스에는 복수의 스프링이 제공되고, 각각의 상기 스프링은 각각 상기 각각의 워셔 중 하나와 상기 홀드다운 플레이트 사이에 위치하는, 유압 머신.
  30. 내부에 복수 개의 실린더를 가지며, 구동 요소의 회전 축을 중심으로 제1 반경 거리에서 원주 방향으로 위치한 실린더 블록;
    상기 실린더 내에 왕복 운동가능하게 설치되며, 피스톤 본체와 상기 피스톤 본체에 좁은 네크부에 의해 연결된 구형 헤드를 포함하는 복수 개의 피스톤;
    상기 구동 요소의 회전 축에 대해 경사진 평평한 면을 갖는 사판;
    피스톤 헤드에 피벗식으로 부착되며 상기 평평한 면을 넘어 활주하는 슬라이 딩 슈;
    상기 슬라이딩 슈 쪽으로 편향되어 있으며, 복수 개의 개구부를 갖는 홀드다운 구성요소; 및
    상기 홀드다운 플레이트와 각각의 슬라이딩 슈 사이의 좁은 네크부의 둘레에 체결되며, 각각의 슬라이딩 슈를 접촉하기 위해 정렬된 연장부를 각각 갖는 워셔
    를 포함하고,
    상기 각각의 실린더는 개방 헤드부를 가지며, 상기 피스톤 헤드는 항상 상기 개방 헤드부를 넘어 연장하며,
    상기 각각의 피스톤은, 상기 피스톤과 상기 사판 사이의 모든 상대적인 움직임 동안 상기 평평한 면과 유효하게 활주 접촉으로 유지되고, 피스톤 스트로크는 상기 사판의 경사도에 따라 정해지고, 변경되며,
    상기 각각의 개구부 중 하나는 각각의 피스톤의 좁은 네크부의 부근에 위치하고,
    상기 각각의 워셔는 각각의 슬라이딩 슈를 접촉시키기 위해 정렬된 연장부를 포함하며,
    상기 로터의 평평한 면이 상기 구동 요소의 회전 축에 대해 경사져 있는 경우 슬라이딩 슈의 상대적 위치 변경에 응답하여 이동을 위한 홀드다운 플레이트를 활주 접촉하는, 유압 머신.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 원형이 아닌 형태는 상기 사판의 최대 경사에서 각각의 좁은 네크부의 움직임의 형태보다 약간 더 큰, 유압 머신.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 각각의 슬라이딩 슈를 원주 방향으로 접촉시키기 위해 원통형으로 정렬된, 유압 머신.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 홀드다운 플레이트에 있는 각각의 개구부의 경계는, 상대적인 이동 동안 항상 상기 각각의 워셔의 외주의 절반 이상과 접촉하도록 설계된, 유압 머신.
  34. 제30항에 있어서,
    상기 구동 소자의 상기 회전 축을 중심으로, 상기 홀드다운 플레이트를 상기 워셔에 대항하여 바이어스하기 위한 제1 반경 거리보다 작은 거리에서 원주 방향으로 위치한 코일 스프링을 더 포함하는, 유압 머신.
  35. 제30항에 있어서,
    상기 사판은, 사판 하우징 내에 포함되며, 회전 운동 및 뉴테이션 운동을 행하는 가변적으로 경사진 로터와, 뉴테이션 운동만을 행하는 평평한 면을 갖는 요동체를 포함하며,
    상기 유압 머신은, 180°간격을 둔 제1 쌍의 짐벌 핀(gimbal pin)에 의해 상기 하우징에 연결되며 180°간격을 둔 제2 쌍의 짐벌 핀에 의해 상기 분할 사판의 상기 요동체에 연결되는 환형 요크(annular yoke)를 포함하는 짐벌을 더 포함하는,
    유압 머신.
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