KR20090020549A - 축방향 플런저 펌프 또는 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 제공하는 일종 축방향 플런저 펌프 또는 모터는 케이스(1), 주축(2), 회전자 실린더(14), 회전 사판(9)과 복수의 플런저 모듈(10)을 포함한다. 그중에서 회전 사판과 주축 사이는 등속 유니버설조인트(11)을 통해 토크를 전달하여 주축(14)과 회전 사판(9)으로 하여금 각각 협각을 이루며 설치한 주축 축선(41)과 사판 축선(91)을 중심으로 회전함으로써 유압 에너지와 회전 기계 에너지의 전환을 진행한다.

Description

축방향 플런저 펌프 또는 모터{AN AXIAL PLUNGER PUMP OR MOTOR}

본 발명은 일종 유압기계에서의 유압펌프 또는 모터장치, 특히 일종의 축방향 플런저 펌프(plunger pump) 또는 모터(motor)와 관련된다.

유압기계에 있어서 유압펌프 또는 모터는 유압장치의 심장이다.유압펌프와 모터는 이론상 서로 전환할수 있으며, 다만 일부분 점에서의 차이가 있을뿐이다. 그러므로 본 발명 명세서에서 펌프의 설계만 언급하며, 모터의 구조는 펌프와 거의 동일하다. 플런저 펌프는 고효율, 고압, 변량 조절이 쉬운 등 특징으로 공정기계에서 날로 많이 응용되고 있다.

플런저 펌프는 플런저 행정의 방향에 따라 축방향 플런저 펌프와 반경방향 플런저 펌프로 구분되는 바, 축방향 플런저 펌프에 있어서 또한 운동전환의 메커니즘에 따라 사판식 플런저 펌프와 사축식 플런저 펌프로 나누며, 그 구조 특징은 각각 도1-도3을 참조한바와 같다.

사판식 축방향 플런저 펌프는 일종 고압, 고속, 내충격, 집적화가 비교적 높은 가변용량 펌프이며, 도1,도2와 같이 동력은 주축을 통해 인벌류트 스플라인(involute spline)에 전달되여 회전자를 회전시키며, 회전자에 균일하게 분포된 복수의 플런저는 볼힌지트(ball-hinge), 압력판(pressure plate)을 통해 플런저 모 듈의 슬리퍼 피스톤(slipper piston)을 사판의 마찰판(friction plate) 의 평면에 압축하는데, 사판 평면이 회전축과 경각을 이루므로 플런저 본체는 회전자와 같이 회전운동을 할 뿐만 아니라 회전자의 플런저 홀을 따라 왕복운동을 하여 플런저 펌프의 오일 흡수와 오일 공급을 진행한다. 사판 평면의 경각 크기를 조절하면 플런저의 행정을 변화시킬수 있고 변량 조절을 진행할 수 있다. 사판의 경사 방향을 변화시키면, 또한 고압 오일의 흐름 방향 또는 유압 모터의 회전자 회전방향을 변화시킬 수도 있다.

사판식 축방향 플런저 펌프의 변량 조절이 쉬우므로 편이하게 고압 오일 방향, 회전자 회전방향 및 펌프와 모터상태의 전환을 실현할 수 있다. 구조가 상대적으로 간단하고 체적이 작으며 원가가 비교적 낮다. 그러나 사판식 축방향 플런저 펌프에 있어서, 회전자와 오일분배판, 플런저와 플런저 홀, 플런저 슬리퍼 피스톤과 사판사이의 3가지 메인 마찰운동이 존재한다. 그중에서 플런저와 플런저 홀 사이에 있어서, 플런저 슬리퍼 피스톤이 사판에서 받는 법선력으로 하여 플런저가 축방향 압력을 받게 되는 동시에 접선력과 모멘트를 받게 되며 이 힘과 모멘트는 회전자의 플런저 홀을 통해 플런저의 압력을 평형시키고, 그 힘과 모멘트의 작용으로 인한 슬라이딩 마찰은 기계 효율의 하락과 부품의 마손을 초래하게 된다. 이로인하여 회전자도 회전 모멘트(turning moment)의 작용을 받으므로 중심축의 지원 또는 추가 베어링을 통한 평형이 필요하게 된다. 그러므로 이 펌프에 있어서 3가지 난제가 존재하게 된다. 첫째, 전체 효율이 상대적으로 낮은바, 오일 펌프의 용적 효율은 약 0.92∼0.98이고, 기계 효율은 0.90∼0.95이며, 전체 효율<= 0.95이다. 둘째, 오일에 대한 오염이 비교적 민감하며, 펌프의 수명이 비교적 짧다. 셋째, 허용하는 회전속도가 높지 않다.

도 3과 같이, 사축식 플런저 펌프와 사판식 펌프의 작동원리는 비슷하지만 구조는 비교적 큰 차이가 있다. 그 외에 힘을 받는 상황도 다소 다르다. 사축식 펌프는 플런저 볼 헤드를 힌지식으로 연결하는 방법으로 사판식 펌프의 슬리퍼 피스톤와 사판을 대체함으로써 구조의 강도와 내충격성을 제고하게 되였다. 펌프가 작동할 때에 커넥팅 로드축선과 플런저 축선 사이의 협각이 크지 않기 때문에 플런저와 실린더 내벽 사이의 측면 압력도 사판식 펌프보다 많이 작다. 그러므로 작동할 때에 마손이 비교적 작을 뿐만 아니라 경각 β 25∼30 (사판식 펌프는 20이하)로 높일 수 있어 유량 변동의 범위를 확대하게 되였다. 또한 사축식 펌프 구동축의 치수가 작거나 또는 오일분배판을 관통하지 않아 실린더의 회전자 직경도 그만큼 작아지고 누출과 마찰의 손실이 이로 인하여 줄어든다. 그러므로 사축식 펌프의 전체 효율은 사판식 펌프보다 높으며, 동일한 기술수준에서 사판식 펌프보다 2%∼3% 높다. 펌프의 오일 흡수성능도 오일 실린더의 원주 방향 속도가 낮아짐으로 하여 다소 개선되며, 펌프의 극한 회전속도가 그만큼 높아질 수 있다. 사축식 펌프의 오일 여과 정밀도에 대한 요구가 낮아 일반적으로 25m이지만, 사판식 펌프는 10m∼15m이다.

상기 장점으로 인해 사축식 펌프가 유압기계에서의 응용이 날로 많아지고 있다. 그러나 이러한 펌프는 실린더를 흔들어 변량조절을 진행하며, 외형 치수가 비교적 크다. 회전자와 동력축 사이의 편향은 외형을 비툴어져 있는 모양으로 되게 하여 공간이 협소하고 동축 조립의 요구가 있는 장소에 적합하지 않다. 구조와 기술이 상대적으로 비교적 복잡하여 제조원가도 높다.

본 발명의 목적은 일종의 축방향 플런저 펌프 또는 모터를 제공하여 플런저 펌프 또는 모터의 효율을 높이고 구조를 간단하게 하며, 체적을 줄이고 원가를 낮추며, 플런저 펌프 또는 모터의 응용범위를 확대하고 특히 특별한 설치요구가 있는 장소(예를 들면, 자동차 변속기)에서 응용할 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은 아래와 같은 기술방안, 즉 일종의 축방향 플런저 펌프 또는 모터를 채택하여 달성할 수 있다. 일종의 축방향 플런저 펌프 또는 모터는 아래와 같은 부분을 포함한다.

케이스(case)와；

케이스에 지탱되어 회전하는 주축과;

주축과 결합하여 주축에 의해 주축 축선을 중심으로 회전하며,오일분배 단면을 가지는 복수의 플런저 홀을 가진 회전자 실린더와;

회전자 실린더의 오일분배단면과 배합되는 오일분배판과;

단면이 회전자 실린더의 복수의 플런저 홀과 축방향으로 마주 설치되며, 주축 축선과 협각을 이루는 사판 축선을 중심으로 회전할 수 있는 회전 사판과;

한끝은 상기 회전 사판 단면과 힌지식으로 연결되며, 다른 끝은 슬라이딩식으로 회전자 실린더의 플런저 홀 내에 설치되는 복수의 플런저 모듈과;

회전 사판과 주축 사이에 설치되며, 주축과 회전 사판 사이에서 모멘트를 전달하여 주축과 회전 사판으로 하여금 각각 협각을 이루면서 설치된 주축 축선과 사판 축선을 중심으로 회전하게 하는 등속 유니버설조인트(constant velocity universal joint).

본 발명에서 상기 등속 유니버설조인트는 젯파식 등속 유니버설조인트(Rzeppa constant velocity universal joint), 반각 젯파식 등속 유니버설조인트, 볼힌지식 등속 유니버설조인트 또는 와이스식 등속 유니버설조인트(Weiss constant velocity universal joint)일 수 있다.

본 발명에서의 젯파식 등속 유니버설조인트는 아우터 볼 그루브(outer ball groove)를 가진 내부 링, 짝수의 스틸 볼(steal ball), 홀더 및 이너 볼 그루브(inner ball groove)를 가진 외부 링을 포함한다. 상기 스틸 볼은 홀더에 설치되되, 이너 볼 그루브와 아우터 볼 그루브 내에 위치하며 상기 내부 링은 주축과 결합되고 상기 외부 링은 회전 사판과 결합함으로써 젯파식 등속 유니버설조인트를 통해 주축과 회전 사판으로 하여금 각각 협각을 이루는 주축 축선과 사판 축선을 중심으로 회전하도록 한다.

본 발명에서 하나의 구체적 사례로서 상기 외부 링을 일체적으로 회전 사판에 고정할 수 있다.

본 발명에서 하나의 옵션 사례로서 상기 회전 사판은 사판 베어링을 통해 케이스에 지탱될 수 있다.

본 발명에서 다른 하나의 옵션 사례로서 상기 회전 사판은 사판 베어링을 통해 요동판에 지탱될 수 있다. 요동판은 요동판 베어링을 통해 케이스에 지탱되며, 요동판 베어링의 회전축선은 주축 축선과 수직되며 또한 등속 유니버설조인트의 중심을 지난다.

상기 사례에서 상기 요동판에 요동판의 편향 각도를 조절하는 변량 조절기구를 연결할 수 있으며, 이로써 요동판의 편향 각도의 변화를 통해 그 위에 지탱된 회전 사판의 사판 축선과 주축 축선의 협각이 변화되게 하면서 플런저 모듈의 행정을 변화시켜 변량 조절을 진행한다.

하나의 옵션 사례로서 본 발명에서의 변량 조절기구는 가변 오일 실린더일 수 있으며, 가변 오일 실린더의 피스톤은 요동판에 연결됨으로써 피스톤의 신축을 통해 요동판의 편향을 구동한다.

다른 하나의 옵션 사례로서 상기 변량 조절기구는 트러니언식 변량기구이며 요동판에 연결된 트러니언과 트러니언의 회전을 구동하는 구동기구를 포함한다. 트러니언의 회전축선과 요동판의 회전축선은 겹쳐짐으로써 트러니언을 회전시켜 요동판의 편향을 구동한다.

본 발명에서 상기 회전자 실린더는 원뿔꼴로 되여있으며 회전자 실린더가 회전 사판에 접근한 끝의 직경은 다른 끝의 직경보다 크다.

상기 사례에서 상기 회전자 실린더의 복수의 플런저 홀도 원뿔 꼴로 분포되며, 그중에서 플런저 모듈과 배합되는 끝의 플런저 홀 중심이 위치한 원의 직경은 다른 끝의 플런저 홀 중심이 위치한 원의 직경보다 크다.

본 발명에서 상기 플런저 모듈은 구체적으로 볼힌지식 플런저 모듈일 수 있으며, 양단에 볼 헤드가 있는 볼 헤드 커넥팅 로드와 플런저를 포함한다. 상기 회전 사판의 단면에 볼 소켓을 설치하며, 볼 헤드 커넥팅 로드의 한끝의 볼 헤드를 볼 소켓에 설치하여 회전 사판과 볼힌지식 연결되며, 다른 끝의 볼 헤드를 플런저 내에 설치하여 플런저와 볼힌지식 연결된다. 상기 플런저는 슬라이딩식으로 플런저 홀 내에 설치되며, 상기 볼 헤드 커넥팅 로드와 플런저의 중간에 플런저 홀을 관통한 오일 홀을 설치함으로써 압력 오일을 공급하여 양단의 볼 헤드를 윤활 시킨다.

본 발명에서 상기 복수의 플런저 모듈이 회전 사판에 있어서의 힌지식 연결의 중심은 동일한 평면에 있으며 또한 그 평면과 주축 축선의 교차점은 등속 유니버설조인트의 중심과 겹쳐진다.

본 발명에서 상기 회전자 실린더의 후단에는 오일분배판이 설치되여 있고 상기 회전자 실린더는 주축에서 프레스 스프링(pressure spring)과 프레스 스프링 칼라를 통해 축방향으로 고정된다. 주축의 끝 부분에 오일 홀과 반경방향의 오일 통로를 설치하여 반경방향의 오일 통로에 압력 오일을 공급함으로써 회전자 실린더와 오일분배판 사이의 압력을 조절한다.

본 발명에서 일종의 선택할 수 있는 실시방식으로서 상기 회전자 실린더의 오일분배단면은 구면일 수 있으며, 상기 오일분배판과 상기 오일분배단면은 구면 배합을 이룬다.

본 발명에서 상기 사판 베어링은 니들 베어링과 원주 또는 원뿔 롤러 트러스트 베어링(tapered roller thrust bearing)의 조합 베어링일 수 있다. 본 발명의 요동판 베어링은 초승달꼴 니들 베어링일 수 있다.

본 발명의 상기 구조를 채택한 본 발명의 축방향 플런저 펌프 또는 모터는 주축이 회전자 실린더를 회전시키는 동시에 등속 유니버설조인트를 통해 회전 사판을 구동하여 주축 축선과 협각을 이루는 사판 축선을 중심으로 회전하게 한다. 이로써 플런저 모듈은 회전자 실린더의 플런저 홀에서 왕복운동을 하면서 실린더의 용적 변화가 발생하게 된다. 또한 회전자 실린더 후단의 오일분배판의 배합으로 선후로 오일출입구과 연통되면서 오일 흡입과 오일 배출의 과정을 실현한다. 즉, 회전기계 에너지와 유압 에너지의 전환을 진행한다. 그중에서 등속 유니버설조인트는 주축의 회전운동과 모멘트를 주축에 관하여 사축 회전을 진행하는 회전 사판에 전달한다. 이로써 변량기구를 통해 요동판을 구동하여 흔들리게 함으로써 회전 사판의 경각을 변화시켜 매우 편리하게 변량 조절을 진행할 수 있다.

본 발명의 축방향 플런저 펌프 또는 모터는 기존의 사판식 축방향 플런저 펌프 또는 모터 및 사축식 축방향 플런저 펌프 또는 모터에 비하여 아래와 같은 효과를 가져온다.

A) 변량 사판식 펌프와 비하여, 볼힌지 플런저 모듈과 회전 사판으로 사판식 펌프의 슬리퍼 피스톤과 사판을 교체함으로써 사판식 펌프의 3쌍 메인 마찰 페어에 대응하여 모두 매우 큰 변화가 발생하게 되였다. 1. 플런저 슬리퍼 피스톤과 사판 사이의 슬라이딩 마찰은 구름마찰로 전환되며, 마찰과 누출이 줄어든다. 또한 볼힌지식 연결의 볼 헤드 표면면적은 동일한 직경의 슬리퍼 피스톤 원판 면적보다 크게 되며 사판의 반경방향 치수가 줄어든다. 2. 플런저와 회전자 실린더의 플런저 홀 벽 사이의 마찰 페어는 측면 압력이 사판식 펌프보다 많이 작기 때문에 마찰력이 자연적으로 낮아지며 오일 여과 정밀도의 요구도 대폭 줄어들고 마손이 줄어든다. 3. 회전자 실린더와 오일분배판 사이의 마찰 페어는 주축이 굴곡 모멘트를 받지 않으므로 회전자 끝 부분에서 받침역할만 하여 치수가 줄어들 수 있으며 이로써 회전자 실린더의 오일 분배 포트의 직경이 그만큼 줄어들고, 오일 포트의 둘레와 상대적 운동 선속도가 줄어들며, 마찰 공률의 손실과 누출이 줄어든다. 그 외에 펌프의 회전 사판경각 β 25°∼ 30°(사판식 펌프는 20°이하)로 확대할 수 있기 때문에 유량 변동의 범위를 확대하고 펌프의 치수를 줄이며, 펌프의 오일 흡수 성능도 오일 실린더의 원주 방향 속도가 줄어들면서 다소 개선된다. 동시에 플런저가 받는 유압 추진력은 볼 헤드, 회전 사판, 베어링과 요동판 받침을 통해 직접 케이스로 전환하여 주축과 회전자 실린더 등 운동부품이 기타 추가되는 힘 또는 토크의 작용을 받지 않게 함으로써 운동부품의 힘을 받는 구조를 개선하고 마찰과 누출을 줄인다. 상기 여러 요소의 효과는 아래와 같다.

1) 전체 효율이 사판식 펌프보다 높다.

2) 구조 강도, 내충격성, 오일 오염 방지성을 높이고 마손을 낮추며 수명을 늘인다.

3) 상기 펌프 또는 모터의 극한 회전속도가 높아진다.

4) 상기 펌프 또는 모터의 치수가 더 줄어든다.

B) 변량 사축식 펌프와 비하여, 구조상에서 동기식 등속 유니버설조인트를 추가하여 일정한 효율 손실(일반적으로 1% - 3%)을 발생시키지만 아래와 같은 4개 효과가 있다.

1) 체적과 중량이 줄어든다. 요동판의 편향과 조절로 회전자 본체의 흔들림을 대체함으로써 편향 각도가 필요한 반경방향의 치수도 줄어든다. 힘을 받는 방식이 변화되며 기존의 동력축은 토크를 받는 동시에 매우 큰 굴곡 모멘트의 작용을 받기 때문에 반드시 일정한 축방향 길이로 평형시켜야 하였으므로 동력축이 비교적 길었다. 또한 꼬리 부분의 오일분배판, 요도판과 변량 조절기구도 비교적 큰 공간을 차지한다. 새로운 변량 플런저 펌프는 동일한 파라미터의 조건에서 일반적인 사축식 펌프에 비하면, 축방향 길이와 반경방향 치수가 1/3 이상 줄어든다.

2) 동축 또는 관통축(Through shaft )전동을 실현한다. 일부 공간의 설치 치수가 제한되고 동축 전동 또는 관통축 전동이 필요한 경우에 적합하다. 예를 들면, 멀티 펌프 직렬은 일부 응용 환경에서 기계 시스템을 간단하게 하거나 최적화한다.

3) 조절과 전환이 간단하고 편리하다. 요동판의 경각을 변화시켜 유량 출력 크기를 조절하며, 경각 방향을 변화시켜 유량 방향을 변화시키거나 펌프와 모터의 전환을 진행한다. 그러나 기존의 사축식 플런저 펌프는 매우 큰 행정 공간과 구동력이 있어야 달성할 수 있었다.

4) 효율을 더 높인다. 추가한 등속 유니버설조인트는 효율을 조금 낮추지만 동력축이 굴곡 모멘트의 작용을 받지 않고 단면 베어링은 위치 고정의 역할만 하며 기존 구조는 3개 중하중 베어링(heavy-duty bearing)으로 주축이 받는 반경방향의 힘, 축방향 힘과 굴곡 모멘트를 받아야 하지만 현재 1개 중하중 베어링으로 줄였기 때문에 마찰 공률의 손실이 줄어든다. 새로운 구조는 기존의 회전자 흔들림 속도 조절기구보다 1개 오일분배판과 속도 조절 디스크 사이의 슬라이딩 배합면을 줄였으며 대응되게 누출이 줄고 용적 효율이 높아진다. 이로써 전체 효율은 일반적 변량 사축식 펌프보다 높다.

도1은 기존의 사판식 펌프의 구조 설명도이다.

도2는 도1의 A - A 단면도이다.

도3은 기존 사축식 펌프의 구조 설명도이다.

도4는 본 발명의 구조 원리도이다.

도5는 본 발명의 실시예 1의 정면구조 설명도이다.

도6은 도5의 A - A 단면도이다.

도7은 도6의 B - B 단면도이다.

도8은 본 발명의 실시예 2의 정면구조 설명도이다.

도9은 젯파식 등속 유니버설조인트의 조립구조 설명도이다.

도10은 젯파식 등속 유니버설조인트의 입체분해도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명:

1 - 케이스, 2 - 요동판 베어링, 3 - 주축 앞부분 받침 베어링 칼라, 4 - 주축, 5 - 주축 밀봉 엔드 캡, 6 - 주축 앞부분 받침 베어링, 7 - 요동판, 8 - 조합 베어링, 9 - 회전 사판 및 젯파식 등속 유니버설조인트 외부 링, 10 - 볼힌지식 플런저 모듈의 볼 헤드 커넥팅 로드와 플런저, 11 - 젯파식 등속 유니버설조인트의 스틸 볼, 젯파 및 내부 링, 12 - 유니버설조인트의 내부 링 칼라, 13 - 오일출입구, 14 - 회전자 실린더, 15 - 오일분배판, 16 - 주축 뒷부분 받침 베어링, 17 - 압축력 제어 오일 통로, 18 - 후단 캡, 19 - 프레스 스프링, 20 - 오일출입구, 21 - 프레스 스프링 스토퍼 및 칼라, 22 - 오일 누출 홀, 23 - 형판(retainer plate), 24 - 변량 트러니언, 25 - 변량 트러니언 밀봉 엔드 캡, 26 - 변량 트러니언 고정 시트, 27 - 나사, 28 - 가변 오일 실린더, 90 - 사판 축선, 41 - 주축 축선, 111 - 내부 링, 112 - 스틸 볼, 113 - 홀더, 114 - 외부 링

도 4와 같이, 본 발명의 축방향 플런저 펌프 또는 모터는 주로 케이스 1과,케이스 1에 지탱되어 회전하는 주축 4와, 주축 4에 지탱되어, 주축 4에 의해 주축 축선 41을 중심으로 회전하는 오일분배단면을 가지는 복수의 플런저 홀을 가진 회전자 실린더 14와, 회전자 실린더 14의 오일분배단면과 서로 배합되는 오일분배판 15와, 단면이 회전자 실린더 14의 복수의 플런저 홀과 축방향으로 마주 설치되며, 또한 주축 축선 41과 협각을 이루는 사판 축선 91을 중심으로 회전하는 회전 사판 9와,한끝은 상기 회전 사판 9의 단면에 힌지식으로 연결되며, 다른 끝은 슬라이딩식으로 회전자 실린더 14의 플런저 홀 내에 설치되는 복수의 플런저 모듈 10과, 회전 사판 9와 주축 4 사이에 설치되며, 주축 4와 회전 사판 9 사이에 토크를 전달하여, 주축 4와 회전 사판 9가 각각 협각을 이루면서 설치된 주축 축선 41과 사판 축선 91을 중심으로 회전하게 하는 등속 유니버설조인트 11을 포함한다. 이로써 본 발명에 있어서, 축방향 플런저 펌프로 사용될 경우, 주축 4를 주축 축선 41을 중심으로 회전하도록 구동하며, 등속 유니버설조인트 11을 통해 회전 사판 9를 그 주축 축선 41과 협각을 이루는 사판 축선 91을 중심으로 회전하게 하며, 플런저 모듈 10이 회전자 실린더 14의 플런저 홀 내에서 축방향으로 왕복운동을 하게 함으로써 회 전자 실린더 14의 용적 변화를 발생시켜 오일 흡수와 오일 배출의 과정을 실현하며, 회전 기계 에너지와 유압 에너지의 전환을 실현한다. 본 발명에 있어서,축방향 플런저 모터로 사용될 경우, 플런저 홀 내의 유압 오일 작용으로 회전 사판 9는 사판 축선 91을 중심으로 회전하며, 등속 유니버설조인트 11을 통해 주축 4가 주축 축선 41을 중심으로 회전하게 함과 동시에 주축 4와 결합한 회전자 실린더 14가 회전하게 하여 플런저 모듈 10이 플런저 홀내에서 왕복운동을 함으로써 유압 에너지는 주축의 회전 기계 에너지로 전환한다. 본 발명의 축방향 플런저 펌프 또는 모터가 펌프로 사용되거나 유압 모터로 사용될 때의 기본구조는 동일함으로 본 발명은 주로 펌프로 사용될 때의 상황을 상세히 설명한다.

본 발명에서 하나의 구체적 사례는 도 4 - 7과 같이, 케이스 1과 후단 캡 18은 나사로 서로 연결되어 하나의 밀폐된 박스를 형성한다. 주축 9는 앞부분 베어링 6, 뒷부분 베어링 16을 통해 박스에 지탱된다. 상기 오일분배판 15의 오일 공급 홈, 오일 배출 홈은 각각 오일 출입구 13, 20과 연결된다. 주축 9는 차례로 오일분배판 15, 회전자 실린더 14, 프레스 스프링 19, 등속 유니버설조인트 11, 회전 사판 9를 관통하되, 박스의 한쪽 끝에서 밀봉 엔드 캡 5를 거쳐 밖으로 내뻗는다. 그중에서 회전자 실린더 14는 스플라인 원주 방향을 따라 주축 4에 고정되되, 주축 4에 설치된 프레스 스프링 19에 의해 오일분배판 15에 압축되여 회전자 실린더 14와 오일분배판 15 사이의 초기 밀봉을 실현한다. 주축 4가 회전하여 스플라인을 통해 회전자 실린더 14를 회전시킴과 동시에 등속 유니버설조인트 11을 통해 회전 사판 9가 사판 축선 91을 중심으로 회전하게 된다. 이로써 플런저 모듈 10이 회전자 실린더 4의 플런저 홀내에서 왕복운동을 하게 하면서 플런저 홀의 용적 변화가 발생하며, 또한 오일분배판 15의 배합으로 오일출입구 13, 20과 연통되어 오일 흡수와 오일 배출의 과정을 실현하며, 회전 기계 에너지와 유압 에너지의 전환을 실현한다.

본 발명에서 등속 유니버설조인트 11은 젯파식, 반각 젯파식, 볼힌지식, 와이스식 등 등속 유니버설조인트를 채택할 수 있다. 본 발명에서 주로 젯파식 등속 유니버설조인트를 사례로 상세히 설명하는바 반각 젯파식, 볼힌지식, 와이스식 등 기타 등속 유니버설조인트는 젯파식 유니버설조인트에 비해 구조가 상대적으로 복잡하며, 공간 치수만 허용되면 모두 사용가능함으로 일일이 설명하지 않기로 되여있다. 도 5 - 10과 같이, 등속 유니버설조인트 11이 젯파식 등속 유니버설조인트인 사례에서 젯파식 등속 유니버설조인트 11은 아우터 볼 그루브가 설치된 내부 링 111과, 짝수 스틸 볼 112와, 홀더 113 및 이너 볼 그루브가 설치된 외부 링 114로 구성된다. 그중에서 외부 링 114는 회전 사판 9와 서로 결합되고, 내부 링 111은 주축 4에 결합됨으로써 주축 4가 내부 링 111으로 하여금 주축 축선 41을 중심으로 회전하게 할 때, 외부 링 114와 결합되는 회전 사판 9를 주축 축선 41과 협각을 이루는 사판 축선 91(즉, 외부 링 114의 회전축선)을 중심으로 회전하게 할 수 있다. 하나의 구체적 사례로서 외부 링과 회전 사판 9의 내부 홀을 하나로 합쳐 외부 링 114를 회전 사판 9과 일체형으로 형성하게 함으로써 반경방향의 공간 치수를 줄일 수 있다. 또한 내부 링 111도 주축 4와 하나로 합쳐 주축 4에 일체형으로 형성할 수 있으나,가공의 기술성과 설치의 가능성을 고려하여 본 실시예에서 별도로 설치 하여, 스플라인을 통해 주축 4와 원주 방향으로 고정하여 연결되되, 축의 칼라 21을 통해 축방향으로 고정한다. 도 9와 같이, 젯파식 등속 유니버설조인트의 원리에 따라 내부 링 구심과 외부 링 구심은 모두 주축 축선 41에 위치하며, 또한 같은 간격으로 각각 등속 유니버설조인트 11의 중심의 양쪽에 분포된다. 홀더 113은 짝수 스틸 볼 112로 하여금 같은 평면에 제한되게 하며 또한 그 평면도 유니버설조인트의 중심을 통과한다.

하나의 구체적 옵션 사례로서 본 발명에서의 복수의 플런저 모듈 10은 볼힌지식 플런저 모듈일 수 있는바, 그 양단은 볼 헤드가 설치된 볼 헤드 커넥팅 로드와 플런저로 구성되며 중간에 오일 홀을 뚫어 압력 오일을 공급하여 양단의 볼 헤드를 윤활 시킨다. 그 구조는 사축식 펌프의 플런저 모듈와 동일하다. 회전 사판 9의 오른쪽 끝에는 중심이 동일한 평면에 위치된 복수의 볼-소켓이 균일하게 분포되어 있으며, 플런저 모듈 10의 볼 헤드 쪽은 형판 23에 삽입함과 동시에 통과하여 회전 사판 9의 볼-소켓에 고정되며, 플런저 모듈 10의 플런저 쪽은 회전자 실린더 14의 플런저 홀내로 뻗어지고, 플런저 모듈 10의 개수, 회전 사판 9의 볼-소켓의 개수 및 회전자의 플런저 홀의 개수는 같다. 등속 유니버설조인트 11의 중심은 회전 사판 9의 복수의 볼-소켓의 중심 평면과 주축 축선의 교차점과 겹쳐진다.

본 발명에서 도 4 - 8과 같이, 케이스 1의 중간 케이스는 앞단 캡과 일체형 구조일 수 있으며, 주철로 주조하거나 알루미늄 합금으로 다이 캐스팅(die casting)을 하여 형성되며, 후단 캡 18은 나사를 통해 중간 케이스와 연결된다. 물론 기타 구조로 형성할 수 있는바, 예를 들면, 중간 케이스는 앞단 캡과 별도로 설 치하며, 그 앞단 캡과 중간 케이스는 나사로 연결할 수도 있다. 일체형의 강도가 높고 또한 가공 난이도가 높으나 상술한 방식은 반대로 각자의 장점을 가지고 있다.

도 4 - 7과 같이, 본 발명의 하나의 가능한 실시예로서 실시예 1에서, 본 발명의 축방향 플런저 펌프 또는 모터는 변량 조절을 진행할 수 있다. 상기 회전 사판 9는 동시에 반경방향 힘, 축방향 힘과 굴곡 모멘트를 받는 사판 베어링 8을 통해 요동판 7에 끼워 너어, 요동판 7은 요동판 베어링 2를 통해 케이스 1에 지탱되며, 요동판 베어링 2의 회전축선은 주축 축선 41과 수직되며 등속 유니버설조인트 11의 중심을 통하는바, 즉 요동판 7은 주축 축선 41과 평행되는 평면 내에서 등속 유니버설조인트 11의 중심을 기준으로 요동한다. 이로써 요동판 7의 편향을 통해 회전 사판 9의 경사각(즉, 사판 축선 91과 주축 축선 41과의 경사각)을 조절함으로써 변량 조절을 진행할 수 있다. 실시예 1에서 도 4 - 7과 같이, 상기 요동판 7에 요동판 7의 편향 각도를 조절하는 변량 조절기구를 연결할 수 있다. 등속 유니버설조인트 11은 주축 4의 회전운동과 모멘트를 사판 축선 91을 중심으로 회전하는 회전 사판 9에 전달한다. 이로써 변량기구를 통해 요동판 7을 구동하여 회전 사판 9의 경각을 변화시킴으로써 매우 편리하게 펌프 또는 모터의 변량 조절을 진행할 수 있다.

도 4 - 6과 같이, 실시예 1에서 요동판 7은 상하로 불완전한 원주면을 이루며 요동판 베어링 2를 통해 케이스 1에 지탱되며 오른쪽 끝에 계단형의 내원주면이 있어 사판 베어링 8을 끼워 넣을수 있다. 변량 조절기구의 한 사례로서 도 6 - 도 7과 같이 변량 조절기구는 트러니언식 외부 변량 조절일 수도 있는바, 요동판 7에 연결된 트러니언 24와 트러니언 24의 회전을 구동하는 구동기구를 포함하고, 변량 트러니언 24의 회전축선과 요동판 7의 요동 축선은 겹쳐져 외부에 설치된 구동기구를 통해 트러니언 24를 회전하도록 함으로써 변량 조절을 진행한다. 본 사례에서 요동판 7의 한쪽에 나사 27을 통해 변량 트러니언 시트26을 설치하며, 변량 트러니언 24는 스플라인 또는 납작 키를 통해 트러니언 시트 26과 원주 방향으로 고정하여 연결함으로써 변량 트러니언 24를 요동판 7에 설치한다. 이로써 트러니언 24를 회전하면 요동판 7을 요동 하게끔 구동하게 되어 구조가 간단할 뿐만 아니라 비교적 직관적이다. 변량 조절기구의 다른 하나 사례로서 도 4와 같이, 변량 조절기구도 가변 오일 실린더 28일 수도 있다. 가변 오일 실린더 28의 피스톤은 요동판 7에 연결되어 피스톤의 신축을 통해 요동판 7의 편향을 구동함으로써 변량 조절을 진행한다. 물론 상기 변량 조절기구는 매우 많은 기타 방식을 채용할 수 있으며 각종 사판식 펌프의 변량기구를 이용할 수 있는바, 상기 변량 조절기구를 통해 요동판 7의 편향 각도를 조절할수만 있으면 실현됨으로 일일이 상세히 설명하지 않는다.

도 5 - 6과 같이, 실시예 1의 요동판 베어링 2는 상하로 대칭되는 2개 초승달 꼴 니들 베어링일 수 있으며, 그 회전축선은 주축 4의 축선과 수직되며 또한 등속 유니버설조인트 11의 중심을 통과한다. 상기 베어링의 외부 링은 케이스 1의 베어링 시트에 고정되며, 내부 링은 요동판 7의 왼쪽 끝의 원주면에 고정되거나 그 원주면과 하나로 합쳐진다. 상기 베어링의 역할은 요동판 7이 받는 추진력을 케이스 1에 전달하며 요동판 7의 흔들림 저항력을 낮추는 것이다. 상기 베어링도 기타 유형의 베어링, 예를 들면 슬라이딩 베어링 등일 수도 있다.

본 실시예 1에서 회전 사판 9의 왼쪽 끝에 나팔 모양의 내부 홀을 설치하여 주축 4가 통과하게 할 수 있으며, 또한 요동판 7의 흔들림 운동에 따라 주축 4와 간섭되지 않게 하며 회전 사판 9의 왼쪽 끝에 외원주면을 이루어 사판 베어링 8을 설치하도록 하며, 회전 사판 9의 오른쪽 끝 평면에 복수의 중심이 동일한 평면에 위치한 볼-소켓이 설치되어 있다. 볼-소켓의 수량은 일반적으로 홀수, 예를 들면 5 - 11개이다. 회전 사판 9의 오른쪽 끝 중간에 구형 홀이 있으며, 주축 4의 방향을 따라 이너 볼 그루브를 새겨 젯파식 등속 유니버설조인트 11의 외부 링으로 사용된다.

도 8과 같이, 본 발명의 다른 하나 실시예로서 실시예 2에서, 본 발명의 축방향 플런저 펌프 또는 모터는 정량 토출 펌프(constant delivery pump)에 응용될 수도 있다. 변량 조절이 필요하지 않기 때문에 실시예 1에서 요동판 7, 요동판 베어링 2 및 변량기구를 모두 생략할 수 있으며, 회전 사판 7을 사판 베어링 8을 통해 직접 케이스 1의 경사면에 지탱할 수 있어 전체 구조가 매우 간단하고 치밀하다.

본 발명에서의 중요한 마찰면은 도금 또는 코팅 처리를 할 수 있다. 예를 들면, MoS2를 도금하여 마찰 손실을 줄이며 효율을 높이고 수명을 연장한다.

본 발명에서의 사판 베어링 8은 사판의 축방향 힘, 반경방향 힘과 회전 모멘트를 받아야 하기 때문에 니들/원주(원추) 롤러 추진력 베어링의 조합 베어링일 수도 있으며 같은 기능이 있는 기타 유형의 베어링 또는 조합 베어링을 사용할 수도 있다.

본 발명에서 도 4 - 6 및 도 8과 같이, 주축 4의 앞쪽 끝에 스플라인 또는 납작 키가 있어 기타 원동기 또는 작동기와 연결한다. 주축 4의 중간에 있는 스플라인은 각각 등속 유니버설조인트 11과 회전자 실린더 14와 원주 방향으로 고정하여 연결되어 회전 사판 9와 회전자 실린더 14가 회전하도록 하면서 토크를 전달한다. 주축 4의 중간은 프레스 스프링 칼라 21과 프레스 스프링 시트를 통해 디스크 프레스 스프링(disk pressure spring) 19를 지탱하며, 프레스 스프링 19는 원통형 코일 스프링(cylinder-shaped coil spring)일 수도 있다. 스프링의 사전 압력은 일반적으로 여유압력법으로 계산함으로써 회전자 실린더 14와 오일분배판 15 사이의 확실한 밀폐를 원칙으로 하는 것을 보증한다. 더 편리하게 회전자 실린더 14와 오일분배판 15 사이의 압력을 조절하기 위해, 주축 4의 오른쪽 끝에 오일 홀과 반경방향의 오일 통로를 설치하여 펌프 외부로부터 압력 오일을 주입하여 회전자 실린더 14의 오른쪽 면에 작용함으로써 외부 압력 오일의 압력을 조절하며, 회전자 실린더 14와 오일분배판 15 사이의 압력을 조절할 수 있으며 상기 펌프가 여러가지 작동상태에서 더 높은 전체 효율을 만족시킨다.

도 4 - 6 및 도 8과 같이, 본 발명에서의 회전자 실린더 14는 원주체일 수 있으며, 원주 방향을 따라 균일하게 복수의 플런저 홀을 설치하여 플런저 모듈 10의 플런저와 치밀한 동적 배합을 실현한다. 도 5, 도 8과 같이, 회전자 실린더 14의 오일분배단면은 구면이며 구면 오일분배판 15와 밀접히 배합함으로써 구면 배합을 형성하여 양호한 셀프 센터링(self-centering) 역할을 한다. 회전자 실린더 14 는 동, 연성 주철, 주강, 단조강 등 재료로 제작할 수 있으며, 플런저 홀의 내표면과 오일 분배 구면을 마찰을 낮추고 마모성을 높이는 처리(네스팅(nesting) 또는 도금)를 한다. 회전 사판 9의 중심에 등속 유니버설조인트 11을 설치해야 하기 때문에 작은 배기량의 펌프일 경우에 그 반경방향 치수도 늘여야 한다. 이때에 회전자 실린더 14를 원뿔형으로 제작할 수 있다. 즉, 왼쪽 끝의 직경이 오른쪽 끝의 직경보다 크며 복수의 플런저 홀도 원뿔 모양으로 분포된다. 그중에서 플런저 모듈 10과 배합하는 끝(즉, 도에서의 왼쪽 끝)의 플런저 홀 중심이 위치한 원의 직경은 다른쪽 끝(도에서의 오른쪽 끝)의 플런저 홀 중심이 위치한 원의 직경보다 크다. 이로써 회전자 실린더 14의 지름을 늘일 필요가 없으며 동시에 오일 공급 포트의 직경도 줄일 수 있다. 도 4와 같이, 회전자 실린더 14의 오일분배단면도 평면일 수 있어 가공하기 쉽다.

아래에 배기량이 16 l/r, 정격 압력이 35Mpa인 본 발명 실시예 1에서 서술한 가변 펌프의 구체적 파라미터의 계산으로 본 발명의 구조 치수 특징을 구체적으로 설명한다.

상기 펌프의 플런저 수량은 7개이며, 매개 플런저의 유효 용적은 2.3ml, 피스톤의 최대 행정은 1.8 cm - 2.0cm, 플런저의 직경은 12 mm - 13mm이다. 플런저의 중심이 위치한 원주의 직경은 요동판 7의 요동 각도에 의해 결정된다. 경험에 의해 요동 각도를 20도로 선택하여 플런저의 중심이 위치한 원주의 직경은 56 mm이어야 한다는 것을 계산할 수 있다. 회전자 실린더 14의 외경은 75mm x 40mm이다. 상기 펌프의 출력 정격 토크는 89Nm이며, 일반 강재로 제작한 동력축(주축 4)의 직경은 15mm - 20mm이면 된다. 등속 유니버설조인트 11의 자체의 강도, 치수와 각도의 제한 및 동력축의 강도(strength)와 강도(stiffness)를 고려하여 회전자 실린더 14를 원뿔 모양으로 제작하며, 회전자의 큰 끝 직경은 82mm, 작은 끝의 직경은 72mm, 회전 사판 9의 직경은 85mm, 요동판 7의 직경은 100mm로 하면, 전체 펌프의 치수는 120mm x 150mm(축 단면의 신장 길이를 포함하지 않는다)이다. 상기 펌프의 치수와 중량은 같은 배기량의 사판식 펌프보다 적으며, 사축식 펌프보다 많이 적다.

Claims (18)

1. 케이스와,

   케이스에 지탱되어 회전하는 주축과,

   주축과 결합하여 주축에 의해 주축 축선을 중심으로 회전하며,오일분배단면을 가지는 복수의 플런저 홀을 가진 회전자 실린더와,

   회전자 실린더의 오일분배단면과 배합되는 오일분배판과,

   단면이 회전자 실린더의 복수의 플런저 홀과 축방향으로 마주 설치되며, 주축 축선과 협각을 이루는 사판 축선을 중심으로 회전할 수 있는 회전 사판과,

   한끝은 상기 회전 사판 단면과 힌지식으로 연결되며, 다른 끝은 슬라이딩식으로 회전자 실린더의 플런저 홀 내에 설치되는 복수의 플런저 모듈과,

   회전 사판과 주축 사이에 설치되며, 주축과 회전 사판 사이에서 모멘트를 전달하여 주축과 회전 사판으로 하여금 각각 협각을 이루면서 설치된 주축 축선과 사판 축선을 중심으로 회전하게 하는 등속 유니버설조인트를 포함하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 등속 유니버설조인트는 젯파식 등속 유니버설조인트, 반각 젯파식 등속 유니버설조인트, 볼힌지식 등속 유니버설조인트 또는 와이스식 등속 유니버설조인트인 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 젯파식 등속 유니버설조인트는 아우터 볼 그루브를 가진 내부 링, 짝수의 스틸 볼, 홀더 및 이너 볼 그루브를 가진 외부 링을 포함하며, 상기 스틸 볼은 홀더에 설치되되, 이너 볼 그루브와 아우터 볼 그루브 내에 위치하며 상기 내부 링은 주축과 결합되고 상기 외부 링은 회전 사판과 결합 함으로써 젯파식 등속 유니버설조인트를 통해 주축과 회전 사판으로 하여금 각각 협각을 이루는 주축 축선과 사판 축선을 중심으로 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 외부 링을 일체적으로 회전 사판에 고정한 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 회전 사판은 사판 베어링을 통해 케이스에 지탱된 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 회전 사판은 사판 베어링을 통해 요동판에 지탱되어 있고 요동판은 요 동판 베어링을 통해 케이스에 지탱되며, 요동판 베어링의 회전축선은 주축 축선과 수직되되 등속 유니버설조인트의 중심을 지나는 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 요동판에 요동판의 편향 각도를 조절하는 변량 조절기구를 연결하여 있고, 이로써 요동판의 편향 각도의 변화를 통해 그 위에 지탱된 회전 사판의 사판 축선과 주축 축선의 협각이 변화되게 하는 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 변량 조절기구는 가변 오일 실린더이며, 가변 오일 실린더의 피스톤은 요동판에 연결됨으로써 피스톤의 신축을 통해 요동판의 편향을 구동하는 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
9. 청구항 7에 있어서,

   상기 변량 조절기구는 트러니언식 변량기구이며 요동판에 연결된 트러니언과 트러니언의 회전을 구동하는 구동기구를 포함하며 트러니언의 회전축선과 요동판의 회전축선은 겹쳐짐으로써 트러니언을 회전시켜 요동판의 편향을 구동하는 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 회전자 실린더는 원뿔꼴로 되여 있으며 회전자 실린더가 회전 사판에 접근한 끝의 직경은 다른 끝의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 회전자 실린더의 복수의 플런저 홀도 원뿔 꼴로 분포된 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
12. 청구항 1에 있어서,

    상기 플런저 모듈은 볼힌지식 플런저 모듈인바, 양단에 볼 헤드가 있는 볼 헤드 커넥팅 로드와 플런저를 포함하며 상기 회전 사판의 단면에 볼 소켓을 설치하며, 볼 헤드 커넥팅 로드의 한끝의 볼 헤드를 볼 소켓에 설치하여 회전 사판과 볼힌지식연결되며, 다른 끝의 볼 헤드를 플런저 내에 설치하여 플런저와 볼힌지식연결되고, 상기 플런저는 슬라이딩식으로 플런저 홀 내에 설치된 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 볼 헤드 커넥팅 로드와 플런저의 중간에 플런저 홀을 뚫은 오일 홀을 설치함으로써 압력 오일을 공급하여 양단의 볼 헤드를 윤활 시키는 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
14. 청구항 1에 있어서,

    상기 복수의 플런저 모듈이 회전 사판에 있어서의 힌지식연결의 중심은 동일한 평면에 있으며 또한 그 평면과 주축 축선의 교차점은 등속 유니버설조인트의 중심과 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
15. 청구항 1에 있어서,

    상기 회전자 실린더는 주축에서 프레스 스프링과 프레스 스프링 칼라를 통해 축방향으로 고정되고 주축의 끝 부분에 오일 홀과 반경방향의 오일 통로를 설치하여 반경방향의 오일 통로에 압력 오일을 공급 함으로써 회전자 실린더와 오일분배판 사이의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
16. 청구항 1에 있어서,

    상기 회전자 실린더의 오일분배단면은 구면이며 상기 오일분배판과 상기 오일분배단면은 구면 배합을 이루는 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
17. 청구항 5 또는 6에 있어서,

    상기 사판 베어링은 니들 베어링과 원주 또는 원뿔 롤러 트러스트 베어링의 조합 베어링인 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.
18. 청구항 6에 있어서,

    상기 요동판 베어링은 초승달꼴 니들 베어링인 것을 특징으로 하는 축방향 플런저 펌프 또는 모터.

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