KR20120010610A - 유압발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유압발생장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유압발생장치는 하우징과, 하우징의 일단에 고정되는 밸브플레이트와, 밸브플레이트의 내측에 일부가 수용되어 밸브플레이트에 대해 회전가능하게 배치되고, 원주방향을 따른 복수개의 실린더보어를 구비하는 실린더블록과, 복수개의 실린더보어에 장착되는 복수개의 피스톤 유닛과, 피스톤 유닛의 일단과 접촉하도록 하우징에 고정되고, 경사진 캠면을 가지는 캠요소와, 일단이 실린더블록에 결합되는 구동샤프트와, 하우징의 타단에 고정되고, 회전축이 구동샤프트의 타단에 결합되는 모터를 포함한다. 밸브플레이트는 외측과 연통하는 흡입포트 및 토출포트와, 흡입포트 및 토출포트와 연통하도록 내주면에 원주방향을 따라 형성된 슬롯을 구비한다. 실린더블록은 외주면에서 복수개의 실린더보어와 연통하는 복수개의 통공을 구비한다.

Description

유압발생장치{HYDRAULIC COMPRESSOR CONVERTER}
본 발명은 유압발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터의 구동력을 피스톤의 왕복운동으로 전환하여 유압을 발생시키는 유압발생장치에 관한 것이다.
유압발생장치 중 구동축의 회전력을 피스톤의 왕복운동으로 전환하는 방식에 따라 사축식 유압발생장치 및 사판식 유압발생장치로 구분된다. 사축식 유압발생장치는 피스톤의 중심축이 구동축의 중심과 경사지게 배치되어 구동축의 회전에 의해 구동축의 단부에 결합된 피스톤이 왕복운동을 한다. 그리고, 사판식 유압발생장치는 피스톤의 중심축이 구동축의 중심과 동축으로 배치되어 구동축의 회전에 의해 피스톤이 경사판에 접촉함으로써 왕복운동을 한다. 사축식 유압발생장치는 피스톤의 경사각도를 크게 함으로써 용량을 용이하게 증대시킬 수 있는 장점 가지지만, 피스톤을 경사진 구동축의 실린더블록에 설치해야 하므로 크기가 커지는 단점을 가지고 있다. 반면, 사판식 유압발생장치는 장치를 소형화할 수 있는 장점을 가진다.
일반적으로, 유압발생장치 내의 작동유체의 압력이 높아질수록 유압발생장치 내에서 상대운동하는 부품들 간의 작동조건이 점점 가혹해진다. 그 대표적인 예로서 축방향을 따른 힘의 불균형, 폐입구간(trapping region)에서의 급격한 압력변화, 및 실린더블록과 피스톤의 마모를 들 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 밸브플레이트와 실린더블록에 작용하는 압력을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1을 참조하면, 사축식 유압발생장치는 밸브플레이트(10)와, 밸브플레이트(10)와 일렬로 배치되는 실린더블록(20)과, 밸브플레이트(10)의 실린더보어(21)에 장착된 피스톤(30)을 구비한다. 실린더블록(20)은 밸브플레이트(10)와 상대회전하도록 구성된다. 밸브플레이트(10)는 상사점과 하사점을 기준으로 좌우측에 배치되는 토출포트(11) 및 흡입포트(12)와, 토출포트(11) 및 흡입포트(12)의 내측에 위치하는 내측 씨일 랜드(15, inner seal land)와 그 외측에 위치하는 외측 씨일 랜드(16, outer seal land)를 구비한다. 밸브플레이트(10)의 상사점과 하사점에는 흡입과 토출의 전환을 위한 폐입구간이 존재한다. 밸브플레이트(10)와 실린더블록(20)에는 크게 2가지의 축방향 힘이 존재한다. 축방향 힘 중 한가지는 하사점에서 상사점으로 이동하는 피스톤(30)에 의해 실린더블록(20)을 밸브플레이트(10) 쪽으로 압착하는 힘(즉, 압착력(Fp))이고, 다른 한가지는 밸브플레이트(10)와 실린더블록(20)의 슬라이딩 면인 내측 및 외측 씨일 랜드(15, 16)에서 발생하는 유막에 의한 힘(즉, 분리력(Fse))이다. 유압발생장치의 작동시, 압착력(Fp)이 분리력(Fse) 보다 큰 경우에, 밸브플레이트(10)는 실린더블록(20)과 접촉하여 마모될 수 있다. 그 결과, 유압발생장치의 토크 손실이 발생한다. 또한, 분리력(Fse)이 압착력(Fp) 보다 큰 경우에, 밸브플레이트(10)는 실린더블록(20)과 분리되어 작동유체가 누설될 수 있다. 따라서, 유압발생장치의 효율이 저하된다. 토크 손실 및 작동유체의 누설을 감소시키기 위한 여러 연구가 활발하게 이루어지고 있는 가운데, 밸브플레이트와 실린더블록의 새로운 조합의 개발이 요구된다.
피스톤(30)이 토출포트(11)로부터 흡입포트(12)로 이동하다가 폐입구간에 위치할 때, 피스톤(30)이 계속해서 압축하면 실린더보어(21) 내측의 압력이 급격히 증가하게 된다. 또한, 피스톤(30)이 흡입포트(12)로부터 토출포트(11)로 이동하다가 폐입구간에 위치할 때, 피스톤(30)이 계속해서 팽창하면 실린더보어(21) 내측의 압력이 급격히 감소하게 된다. 즉, 폐입구간 전후에서 급격한 압력변동이 발생하게 된다. 이러한 압력변동을 방지하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이, 토출포트(11)는 상사점 부근에 노치(13)를 구비하고, 흡입포트(12)는 하사점 부근에 노치(14)를 구비한다. 하지만, 초소형의 유압발생장치에서 노치(13, 14)를 밸브플레이트(10)에 가공하는 것이 용이하지 않고, 가공비용이 증가하는 문제점을 갖는다.
도 2는 종래기술에 따른 피스톤을 보인 단면도이다. 도 2를 참조하면, 유압발생장치는 실린더블록(40)에 장착되는 피스톤(50)과 경사판(60)을 포함한다. 피스톤(50)은 바디(51)와 슈(52)를 구비한다. 바디(51)와 슈(52)는 구면 조인트로 구성된다. 바디(51)는 길다란 원통형이며 실린더블록(40)의 실린더보어(41) 내에서 왕복운동을 한다. 슈(52)는 바디(51)에 대해 원활하게 회동가능하고 실린더블록(40)이 회전하면 경사판(60)을 따라 이동한다. 유압발생장치의 흡입 및 토출 유량을 증가시키기 위해서는 피스톤(50)의 왕복이동 거리(즉, 스트로크)를 증가시켜야 한다. 피스톤(50)의 스트로크는 경사판(60)의 경사각을 증가시킴으로써 커지게 된다. 하지만, 이 경우에 슈(52)와 바디(51)가 이루는 각도가 커진다. 따라서, 피스톤(50)은 도 2에 도시된 a 부분과 b 부분에서 실린더보어(41)와 접촉하여 측력(lateral force)이 발생한다. 그 결과, 실린더블록(40) 및 피스톤(50)이 마모되는 문제점이 있다. 다시 말하자면, 유압발생장치의 성능 및 용량을 유지하면서 소형화 하는 것이 난해하다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 축방향을 따른 힘의 불균형, 폐입구간에서의 급격한 압력변화, 및 실린더블록과 피스톤의 마모를 방지하는 유압발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유압발생장치는 하우징과, 하우징의 일단에 고정되는 밸브플레이트와, 밸브플레이트의 내측에 일부가 수용되어 밸브플레이트에 대해 회전가능하게 배치되고, 원주방향을 따른 복수개의 실린더보어를 구비하는 실린더블록과, 복수개의 실린더보어에 장착되는 복수개의 피스톤 유닛과, 피스톤 유닛의 일단과 접촉하도록 하우징에 고정되고, 경사진 캠면을 가지는 캠요소와, 일단이 실린더블록에 결합되는 구동샤프트와, 하우징의 타단에 고정되고, 회전축이 구동샤프트의 타단에 결합되는 모터를 포함한다. 밸브플레이트는 외측과 연통하는 흡입포트 및 토출포트와, 흡입포트 및 토출포트와 연통하도록 내주면에 원주방향을 따라 형성된 슬롯을 구비한다. 실린더블록은 외주면에서 복수개의 실린더보어와 연통하는 복수개의 통공을 구비한다.
이 실시예에서, 슬롯은 흡입행정과 토출행정의 전환점인 폐입구간(trapping region)을 포함할 수 있다. 또한, 슬롯은 폐입구간으로부터 밸브플레이트의 외측을 향해 깊이가 변하는 키드니 슬롯(kidney slot)이다. 게다가, 슬롯은 폐입구간을 중심으로 대칭으로 형성될 수 있다.
이 실시예에서, 캠요소는 캠면의 상사점 및 하사점에 형성된 정지구간을 더 포함할 수 있다.
이 실시예에서, 피스톤 유닛은 일단에 형성된 소켓과, 소켓 내에 장착되는 볼을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유압발생장치는 하우징과, 하우징의 일단에 고정되는 밸브플레이트와, 밸브플레이트의 내측에 일부가 수용되어 밸브플레이트에 대해 회전가능하게 배치되고, 원주방향을 따른 복수개의 실린더보어를 구비하는 실린더블록과, 복수개의 실린더보어에 장착되는 복수개의 피스톤 유닛과, 피스톤 유닛의 일단과 접촉하도록 하우징에 고정되고, 경사진 캠면을 가지는 캠요소와, 일단이 실린더블록에 결합되는 구동샤프트와, 하우징의 타단에 고정되고, 회전축이 구동샤프트의 타단에 결합되는 모터를 포함한다. 밸브플레이트는 외측과 연통하는 흡입포트 및 토출포트와, 흡입포트 및 토출포트에 각각 연통하도록 내주면에 길이방향을 따라 형성된 복수개의 통공을 구비한다. 실린더블록은 외주면에서 복수개의 실린더보어와 연통하는 복수열의 슬롯을 구비한다.
이 실시예에서, 슬롯의 열 개수는 통공의 개수와 동일할 수 있다. 또한, 슬롯의 열 개수는 실린더보어의 개수의 1/2이다.
이 실시예에서, 슬롯은 흡입행정과 토출행정의 전환점인 폐입구간(trapping region)을 포함할 수 있다. 또한, 복수열의 슬롯은 폐입구간이 각각 상이한 위상차를 가지도록 형성될 수 있다. 게다가, 슬롯은 폐입구간을 중심으로 대칭으로 형성될 수 있다.
이 실시예에서, 캠요소는 캠면의 상사점 및 하사점에 형성된 정지구간을 더 포함할 수 있다.
이 실시예에서, 피스톤 유닛은 일단에 형성된 소켓과, 소켓 내에 장착되는 볼을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유압발생장치에 따르면, 작동유체가 밸브플레이트와 실린더블록 사이에서 구동샤프트의 원주방향으로 흐르도록 밸브플레이트와 실린더블록에 홀 및 슬롯을 형성함으로써, 밸브플레이트와 실린더블록 사이에서 축방향을 따라 발생하는 힘의 불균형을 해소할 수 있다. 따라서, 밸브플레이트와 실린더블록 사이에서 발생하는 토크 손실 및 작동유체의 누설이 감소하므로, 유압발생장치의 성능 및 효율이 증대될 수 있다.
캠요소의 상사점 및 하사점에 정지구간을 형성함으로써, 피스톤 유닛이 흡입포트와 토출포트 사이의 폐입구간에서 계속해서 압축하거나 팽창하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 흡입포트와 토출포트 사이의 폐입구간에서 급격한 압력변화를 감소시킬 수 있다. 즉, 흡입포트와 토출포트에 노치를 형성하지 않아도 되므로 유압발생장치의 소형화를 달성하면서도 밸브플레이트를 가공하는 것이 보다 용이하고, 이로 인해 유압발생장치의 제조비용도 절감할 수 있다.
피스톤 유닛이 일단에 형성된 볼 앤드 소켓으로 구성되므로 캠요소와의 접촉시 마찰을 감소시켜 원활한 상대운동을 달성할 수 있다. 따라서, 캠요소의 스트로크를 증가시킴으로써 유압발생장치의 소형화를 달성하면서 그 용량을 용이하게 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 밸브플레이트와 실린더블록에 작용하는 압력을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 종래기술에 따른 피스톤을 보인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압발생장치의 분해사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A 선을 따른 유압발생장치의 결합단면도이다.
도 5는 도 3의 밸브플레이트의 사시도 및 단면사시도이다.
도 6은 도 4의 B-B 선을 따른 밸브플레이트의 횡단면도이다.
도 7은 도 3의 실린더블록의 사시도 및 단면사시도이다.
도 8은 도 3의 피스톤 유닛의 분해사시도이다.
도 9는 도 3의 캠요소의 사시도이다.
도 10은 도 9의 C-C 선을 따른 캠요소의 횡단면도이다.
도 11은 도 3의 캠요소의 변위선도를 보인 그래프이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유압발생장치의 분해사시도이다.
도 13은 도 12의 D-D 선을 따른 유압발생장치의 결합단면도이다.
도 14는 도 12의 E-E 선을 따른 유압발생장치의 결합단면도이다.
도 15는 도 12의 밸브플레이트의 사시도 및 단면사시도이다.
도 16은 도 12의 실린더블록의 사시도 및 단면사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 유압발생장치의 실시예들을 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압발생장치의 분해사시도이다. 도 4는 도 3의 A-A 선을 따른 유압발생장치의 결합단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압발생장치(100)는 하우징(110)과, 밸브플레이트(120)와, 실린더블록(130)과, 피스톤 유닛(140)과, 캠요소(150)와, 구동샤프트(160)와, 모터(170)를 포함한다.
하우징(110)은 유압발생장치(100)의 외관을 이루는 것으로 중공의 실린더 형상이다. 하우징(110)의 일단에는 밸브플레이트(120)가 고정되고 타단에는 모터(170)가 결합된다. 또한, 하우징(110)의 길이방향의 중간 정도에는 캠요소(150)가 고정된다. 밸브플레이트(120), 캠요소(150) 및 모터(170) 등은 나사 또는 리벳과 같은 체결수단에 의해 하우징(110)에 체결된다.
도 5는 밸브플레이트의 사시도 및 단면사시도이다. 도 6은 도 4의 B-B선을 따른 밸브플레이트의 횡단면도이다.
도 5를 참조하면, 밸브플레이트(120)는 일단이 폐쇄되고 타단이 개방된 중공의 실린더 형상이다. 구체적으로는, 밸브플레이트(120)의 폐쇄된 일단에는 외측과 연통하는 흡입포트(121) 및 토출포트(122)가 형성되어 있다(도 3 참조). 흡입포트(121)와 토출포트(122)는 도 3의 A-A 선을 따라 배치된다. 흡입포트(121)는 작동유체가 흡입되는 통로이고, 토출포트(122)는 작동유체가 압축된 상태로 토출되는 통로이다. 흡입포트(121) 및 토출포트(122)에는 작동유체가 흐르는 관을 연결하기 위한 커플러(121a, 122a)가 장착된다. 이 실시예에서, 흡입포트(121)와 토출포트(122)는 구동샤프트(160)가 반시계방향으로 회전하는 경우를 가정한 것으로, 구동샤프트(160)가 시계방향으로 회전하는 경우에는 흡입포트와 토출포트는 반대로 이해되어야 할 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 밸브플레이트(120)에는 흡입포트(121) 및 토출포트(122)와 연통하도록 내주면에 원주방향을 따라 슬롯이 형성되어 있다. 슬롯은 흡입포트(121) 측에서 형성되는 제1 슬롯(123)과, 토출포트(122) 측에 형성되는 제2 슬롯(124)과, 흡입포트(121)와 토출포트(122)의 사이를 수직으로 이등분하는 상하에는 제1 폐입구간(125) 및 제2 폐입구간(126)을 포함한다. 제1 슬롯(123)에는 제1 연통로(121b)를 통해 흡입포트(121)와 연통하는 제1 통공(123a)이 형성되고, 제2 슬롯(124)에는 제2 연통로(122b)를 통해 토출포트(122)와 연통하는 제2 통공(124a)이 형성된다. 제1 폐입구간(125)은 토출포트(122)를 통한 토출행정을 마치고 흡입포트(121)를 통한 흡입행정으로 전환되는 전환점이다. 반대로, 제2 폐입구간(126)은 흡입포트(121)를 통한 흡입행정을 마치고 토출포트(122)를 통한 토출행정으로 전환되는 전환점이다. 이 실시예에서, 제1 및 제2 폐입구간(125, 126)은 구동샤프트(160)가 반시계방향으로 회전하는 경우를 가정한 것으로 구동샤프트(160)가 시계방향으로 회전하는 경우에는 제1 및 제2 폐입구간은 반대로 이해되어야 할 것이다.
도 6은 도 4의 B-B 선을 따른 밸브플레이트의 횡단면도이다. 도 6을 참조하면, 제1 및 제2 슬롯(123, 124)은 제1 및 제2 폐입구간(125, 126)으로부터 밸브플레이트(120)의 외측을 향해 깊이가 점진적으로 변하는 키드니 슬롯(kidney slot)을 포함한다. 키드니 슬롯이란 용어는 슬롯의 단면형상이 콩팥 모양을 닮았다고 하여 정해진 것이다. 제1 및 제2 슬롯(123, 124)의 깊이는 제1 및 제2 폐입구간(125, 126)으로부터 점차로 깊어진다. 따라서, 제1 및 제2 폐입구간(125, 126)의 전후에서 흡입행정 및 토출행정이 급격하게 시작하거나 종료하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 키드니 슬롯으로 인해, 폐입구간에서 급격한 압력변동이 감소될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 밸브플레이트(120)의 외측에는 시일링(120a)이 장착되어 작동유체의 누설을 방지한다. 밸브플레이트(120)의 내측에는 베어링(120b)이 장착되어 실린더블록(130)을 회전가능하게 지지한다. 베어링(120b)의 외륜이 밸브플레이트(120)의 내측에 끼움장착된다. 이 실시예에서, 베어링(120b)으로서 볼베어링 또는 롤러베어링 등이 사용될 수 있으며, 베어링의 종류에는 제한받지 않는다.
도 7은 실린더블록의 사시도 및 단면사시도이다. 실린더블록(130)은 밸브플레이트(120)의 내측에 일부가 수용되어 밸브플레이트(120)에 대해 회전가능하게 배치된다. 도 7을 참조하면, 실린더블록(130)은 원통형이며 다른 크기의 외경을 가지는 3부분으로 구성된다. 실린더블록(130)의 제1 부분(130a)은 베어링(120b)의 내륜에 끼움장착된다. 실린더블록(130)의 제2 부분(130b)은 밸브플레이트(120)의 내측에 수용되는 부분으로, 그 외경은 밸브플레이트(120)의 내경에 대응하도록 형성된다. 또한, 제2 부분(130b)에는 후술할 실린더보어에 대응하는 통공이 형성되어 있다. 실린더블록(130)에서 제3 부분(130c)의 중앙에는 구동샤프트(160)가 결합되는 축공(131)이 형성되고, 축공(131)의 둘레에는 피스톤 유닛(140)이 수용되는 원주방향을 따른 복수개의 실린더보어(132, 133, 134, 135)가 형성되어 있다. 축공(131)의 단면형상은 구동샤프트(160)의 일단(161)의 단면형상에 대응하고, 구체적으로는 축공(131) 및 구동샤프트(160)의 일단(161)은 일부가 각진 형상을 갖는다. 도시된 실시예에서, 실린더블록(130)은 4개의 실린더보어(132 내지 135)를 가지는 것으로 도시되어 있지만 하나 이상의 실린더보어를 구비하면 된다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 실린더블록(130)은 짝수개 또는 홀수개의 실린더보어를 가질 수도 있다. 실린더블록(130)의 제2 부분(130b)에는 각 연통로(132a, 133a, 134a, 135a)를 통해 각 실린더보어(132 내지 135)와 연통하는 통공(132b, 133b, 134b, 135b)이 형성된다. 통공(132b, 133b, 134b, 135b)은 실린더블록(130)의 제2 부분(130b)의 외주면에서 원주방향으로 배치된다. 실린더블록(130)의 제2 부분(130b)에서 통공(132b, 133b, 134b, 135b)의 길이방향을 따른 위치는 밸브플레이트(120)의 제1 및 제2 슬롯(123, 124)에 대응하도록 배치된다.
도 8은 피스톤 유닛의 분해사시도이다. 피스톤 유닛(140)은 실린더보어(132 내지 135)의 내측에 삽입되어 왕복이동한다. 따라서, 피스톤 유닛의 개수는 실린더보어의 개수와 동일하다. 도 8을 참조하면, 피스톤 유닛(140)은 바디(141)와, 바디(141)의 일단에 구비된 소켓(142)과, 소켓(142)의 내측에 끼움장착되는 볼(143)과, 바디(141)의 둘레를 감싸도록 배치되는 스프링부재(144)를 포함한다. 바디(141)는 길다란 원통형이다. 유압발생장치(100)의 중량을 감소시키기 위해서 바디(141)는 일부가 중공으로 형성될 수 있다. 소켓(142)은 내측에 볼(143)을 보유하기 위한 공간을 구비하고 외경은 바디(141) 보다 크게 형성된다. 볼(143)은 소켓(142) 내에서 구름운동을 한다. 피스톤 유닛(140)이 실린더블록(130)에 장착된 상태에서 스프링부재(144)는 실린더블록(130)의 제3 부분(130c)과 소켓(142) 사이에 배치된다. 따라서, 스프링부재(144)는 피스톤 유닛(140)이 캠요소(150)의 하사점으로부터 상사점으로 이동함에 따라 압축되어 바이어스 힘이 축적된다. 또한, 스프링부재(144)는 피스톤 유닛(140)이 캠요소(150)의 상사점으로부터 하사점으로 이동할 때 피스톤 유닛(140)이 자동으로 복귀하도록 바이어스 힘을 제공한다.
도 9는 캠요소의 사시도이고, 도 10은 도 9의 C-C 선을 따른 캠요소의 횡단면도이다. 도 11은 캠요소의 변위선도를 보인 그래프이다.
캠요소(150)는 피스톤 유닛(140)의 일단과 접촉하도록 하우징(110)에 고정되고, 경사진 캠면을 가진다. 도 9를 참조하면, 캠요소(150)는 경사진 캠면의 가장 낮은 지점인 하사점(151)과, 캠면의 가장 높은 지점인 상사점(152)과, 하사점(151)으로부터 상사점(152)을 향하는 상승부(153)와, 상사점(152)으로부터 하사점(151)을 향하는 하강부(154)를 포함한다. 도 10을 참조하면, 하사점(151)으로부터 상사점(152)까지의 거리(d)(스트로크)는 피스톤 유닛(140)이 왕복이동하는 거리에 해당한다. 상승부(153) 및 하강부(154)는 동일한 기울기를 가질 수 있다. 이 실시예에서, 상승부(153) 및 하강부(154)는 구동샤프트(160)가 반시계방향으로 회전하는 경우를 가정한 것으로, 구동샤프트(160)가 시계방향으로 회전하는 경우에는 상승부와 하강부는 서로 반대로 이해되어야 할 것이다. 이 실시예에서, 캠요소(150)는 하사점(151) 및 상사점(152)에 형성된 정지구간(151a, 152a)을 더 포함할 수 있다. 통공(132 내지 135)이 제1 폐입구간(125) 또는 제2 폐입구간(126)에 도달했을 때, 피스톤 유닛(140)은 하사점(151) 또는 상사점(152)의 정지구간(151a, 152a)에 위치한다. 따라서, 피스톤 유닛(140)이 압축행정 또는 팽창행정을 계속 실행하는 것이 방지된다. 그 결과, 제1 및 제2 폐입구간(125, 126) 전후에서 발생하는 급격한 압력변화가 감소될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 캠요소(150)의 외측에는 시일링(150a)이 장착되어 작동유체의 누설을 방지한다. 캠요소(150)의 평면형상은 도넛형이고, 캠요소(150)의 내측에는 베어링(150b)이 장착되어 구동샤프트(160)를 회전가능하게 지지한다. 베어링(150b)의 외륜이 캠요소(150)의 내측에 끼움장착되고, 내륜에 구동샤프트(160)이 끼움장착된다. 이 실시예에서 베어링(150b)으로서 볼베어링 또는 롤러베어링 등이 사용될 수 있으며, 베어링의 종류에는 제한받지 않는다.
도 11에 도시된 바와 같이, 피스톤 유닛(140)은 캠요소(150)를 따라 1회전하는 동안 정지-상승-정지-하강-정지 동작을 수행한다. 제1 및 제5 구간(I 및 V)은 피스톤 유닛(140)이 하사점(151)의 정지구간(151a)에 위치할 때 피스톤 유닛(140)의 변위를 나타낸다. 그리고, 제2 구간(II)은 피스톤 유닛(140)이 하사점(151)로부터 상사점(152)을 향해 상승하는 구간인 상승부(153)를 따라 이동할 때의 변위를 나타낸다. 제3 구간(III)은 피스톤 유닛(140)이 상사점(152)에 위치할 때의 변위를 나타낸다. 또한, 제4 구간(IV)은 피스톤 유닛(140)이 상사점(152)으로부터 하사점(151)을 향해 하강하는 하강부(154)를 따라 이동할 때의 변위를 나타낸다. 캠요소(150)는 도 9 내지 도 11에서 정지구간(151a, 152a)을 명확히 도시하기 위해 구분되어 있다. 하지만, 피스톤 유닛(140)과 캠요소(150)의 원활한 운동을 위해서는, 정지구간(151a)과 상승부(153)의 사이, 상승부(153)와 정지구간(152a)의 사이, 정지구간(152a)과 하강부(154)의 사이, 및 하강부(154)와 정지구간(152a)의 사이는 매끄러운 곡선형태를 가져야 하는 것은 당업자에게 있어서 자명한 사실이다.
구동샤프트(160)는 일단(161)이 실린더블록(130)의 축공(131)에 결합되고, 타단(162)이 모터(170)의 회전축(171)에 결합된다. 구동샤프트(160)는 캠요소(150)를 관통하여 설치되고, 베어링(150b)을 통해 캠요소(150)에 대해 상대회전한다. 모터(170)는 하우징(110)의 타단에 고정된다. 다른 실시예로서, 모터(170)는 하우징(110)으로부터 탈착이 가능하도록 연결부재(182)를 통해 하우징(110)의 타단에 장착될 수도 있다. 이 경우에, 구동샤프트(160)의 타단(162)은 커플링(181)을 통해 모터(170)의 회전축(171)에 결합된다. 구동샤프트(160)의 일단(161) 및 타단(162)과 모터(170)의 회전축(171)은 모터(170)의 회전구동력을 확실하게 전달하기 위해 단면형상의 일부가 각진 형상을 갖는다. 이 경우에, 실린더블록(130)의 축공(130)과 커플링(181)의 축공(181a)은 구동샤프트(160)의 일단(161) 및 타단(162)과 모터(170)의 회전축(171)의 단면형상에 대응하도록 형성된다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압발생장치(100)의 작동을 설명한다. 여기서, 유압발생장치(100)의 작동 설명시 구동샤프트(160)가 반시계방향으로 회전하는 경우를 가정하고, 구동샤프트(160)가 시계방향으로 회전하는 경우에는 반대로 이해되어야 할 것이다.
모터(170)의 회전축(171)이 회전하면, 회전축(171)과 결합된 구동샤프트(160)가 회전축(171)과 동일한 방향으로 회전한다. 그리고, 구동샤프트(160)는 베어링(150b)을 통해 캠요소(150)에 대해 상대회전하고 실린더블록(130)과 함께 회전한다. 전술한 바와 같이, 실린더블록(130)은 베어링(120b)에 의해 회전지지되고, 밸브플레이트(120)에 대해 상대회전한다. 실린더블록(130)이 회전함에 따라, 실린더보어(132 내지 135)에 장착된 복수개의 피스톤 유닛(140)은 캠요소(150)의 캠면을 따라 회전한다.
피스톤 유닛(140)이 하사점(151)의 정지구간(151a)로부터 상승부(153)를 따라 이동하면, 피스톤 유닛(140)은 캠요소(150)로부터 멀어지는 방향으로 이동(예컨대, 전진)하여 압축행정을 수행한다. 피스톤 유닛(140)이 전진하면, 실린더보어(132 내지 135) 내의 작동유체가 압축되고, 압축된 작동유체는 통공(132b, 133b, 134b, 135b)이 제2 슬롯(124)에 위치할 때 통공(124a)과 연통로(122b)를 통해 토출포트(122)로 토출된다. 또한, 이 과정에서, 스프링부재(144)는 압축되어 바이어스 힘을 축적된다. 피스톤 유닛(140)이 상사점(152)의 정지구간(152a)에 도달하면, 피스톤 유닛(140)은 압축행정을 정지한다.
이와 반대로, 피스톤 유닛(140)이 상사점(152)의 정지구간(152a)으로부터 하강부(154)를 따라 이동하면, 피스톤 유닛(140)은 캠요소(150)를 향하는 방향으로 이동(예컨대, 후퇴)하여 흡입행정을 수행한다. 피스톤 유닛(140)이 후퇴하면, 작동유체는 통공(132b, 133b, 134b, 135b)이 제1 슬롯(123)에 위치할 때 연통로(121b)와 제1 통공(123a)을 통해 흡입포트(121)로부터 실린더보어(132 내지 135)로 흡입된다. 이 과정에서, 스프링부재(144)는 압축행정에서 축적된 바이어스 힘을 피스톤 유닛(140)에 제공하여 피스톤 유닛(140)의 후퇴이동을 돕는다. 피스톤 유닛(140)이 하사점(151)의 정지구간(151a)에 도달하면, 피스톤 유닛(140)은 흡입행정을 정지한다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유압발생장치의 분해사시도이다. 도 13은 도 12의 D-D 선을 따른 유압발생장치의 결합단면도이고, 도 14는 도 12의 E-E 선을 따른 유압발생장치의 결합단면도이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유압발생장치(200)는 하우징(210)과, 밸브플레이트(220)와, 실린더블록(230)과, 피스톤 유닛(240)과, 캠요소(250)와, 구동샤프트(260)와, 모터(270)를 포함한다.
제2 실시예에 따른 유압발생장치(200)는 제1 실시예에 따른 유압발생장치(100)와 동일 또는 유사한 구성요소를 가지므로 이에 대한 상세한 설명을 생략하고, 다른 점을 중심으로 설명한다. 예컨대, 제2 실시예의 하우징(210), 피스톤 유닛(240), 캠요소(250), 구동샤프트(260) 및 모터(270)는 제1 실시예의 하우징(110), 피스톤 유닛(140), 캠요소(150), 구동샤프트(160) 및 모터(170)에 각각 대응된다. 하지만, 이들 구성요소는 동일 또는 유사한 기능을 하는 것으로 상술한 형상 및 구조에 한정되지 않으며, 동일한 범위 내에서 변형되어 사용될 수 있다.
도 15는 밸브플레이트의 사시도 및 단면사시도이다. 도 12 및 도 15를 참조하면, 밸브플레이트(220)는 외측과 연통하는 흡입포트(221) 및 토출포트(222)를 구비한다. 밸브플레이트(220)의 흡입포트(221) 및 토출포트(222)에 각각 연통하도록 내주면에 밸브플레이트(220)의 길이방향을 따라 형성된 복수개의 통공(221a 및 221b, 222a 및 222b)을 구비한다. 도시된 실시예에서, 통공은 흡입포트(221) 측의 2개(221a 및 221b)와 토출포트(222) 측의 2개(222a 및 222b)로 형성되어 있으나, 본 발명에 따른 통공은 피스톤 유닛(240)의 개수에 의해 결정된다.
도 16은 실린더블록의 사시도 및 단면사시도이다. 제2 실시예에 따른 실린더블록(230)은 전술한 제1 실시예에 따른 실린더블록(130)과 마찬가지로 원통형이며 다른 크기를 가지는 3부분으로 구성된다. 실린더블록(230)의 제1 부분(230a)은 베어링(220a)의 내륜에 끼움장착된다. 실린더블록(230)의 제2 부분(230b)은 밸브플레이트(220)의 내측에 수용되는 부분으로, 그 외경은 밸브플레이트(220)의 내경에 대응하도록 형성된다. 또한, 제2 부분(230b)에는 외주면에서 복수개의 실린더보어(232)와 연통하는 복수열의 슬롯을 구비한다. 실린더블록(230)에서 제3 부분(230c)의 중앙에는 구동샤프트(260)가 결합되는 축공(231)이 형성되고, 축공(231)의 둘레에는 피스톤 유닛(240)이 수용되는 원주방향을 따른 복수개의 실린더보어(232)가 형성되어 있다. 축공(231)의 단면형상은 구동샤프트(260)의 단면형상에 대응하고, 구체적으로는 축공(231) 및 구동샤프트(260)의 일단은 일부가 각진 형상을 갖는다. 도시된 실시예에서, 실린더블록(240)은 4개의 실린더보어(232)를 가지는 것으로 도시되어 있지만 2개 이상의 짝수개의 실린더보어를 가질 수도 있다.
도시된 실시예에서 복수열의 슬롯은 제1열 슬롯(233)과 제2열 슬롯(234)을 포함한다. 제1열 슬롯(233)은 제1 슬롯(233a)과, 제2 슬롯(233b)과, 제1 슬롯(233a)과 제2 슬롯(233b) 사이에 위치하는 제1 및 제2 폐입구간(233c, 233d)을 포함한다. 제1 슬롯(233a) 및 제2 슬롯(233b)에는 각각 실린더보어(232)와 연통하는 통공(233e, 233f)이 형성되어 있다. 통공(233e, 233f)은 각각 제1 슬롯(233a) 및 제2 슬롯(233b)의 대략 중앙에 형성된다. 제1 슬롯(233a)과 제2 슬롯(233b)은 제1 및 제2 폐입구간(233c, 233d)을 중심으로 대칭이고 실린더블록(230)의 제2 부분(230b)의 외주면으로부터 내측으로 함몰된 형상이다. 제1 및 제2 폐입구간(233c, 233d)은 흡입행정과 토출행정의 전환점에 해당한다.
제2열 슬롯(234)은 제1 슬롯(234a)과, 제2 슬롯(234b)과, 제1 슬롯(234a)과 제2 슬롯(234b) 사이에 위치하는 제1 및 제2 폐입구간(234c, 234d)을 포함한다. 제1 슬롯(234a) 및 제2 슬롯(234b)에는 각각 실린더보어(232)와 연통하는 통공(234e, 234f)이 형성되어 있다. 통공(234e, 234f)은 각각 제1 슬롯(234a) 및 제2 슬롯(234b)의 대략 중앙에 형성된다. 제1 슬롯(234a)과 제2 슬롯(234b)은 제1 및 제2 폐입구간(234c, 234d)을 중심으로 대칭이고 실린더블록(230)의 제2 부분(230b)의 외주면으로부터 내측으로 함몰된 형상이다. 제1 및 제2 폐입구간(234c, 234d)은 흡입행정과 토출행정의 전환점에 해당한다.
제1열 슬롯(233) 및 제2 열 슬롯(234)은 제1열 슬롯(233)의 제1 및 제2 폐입구간(233c, 233d)이 제2열 슬롯(234)의 제1 및 제2 폐입구간(234c, 234d)과 위상차를 가지도록 배치된다. 도시된 실시예에서, 상기 위상차는 90도이다. 예를 들어, 실린더블록이 6개의 피스톤 유닛을 수용하는 실린더보어를 구비한다면 3열의 슬롯이 형성될 수 있다. 이 경우에, 제1열 슬롯은 제2열 슬롯과 90°의 위상차를 가지고, 제2열 슬롯은 제3열 슬롯과 90°의 위상차를 가질 수 있다. 제1열 슬롯은 제3열 슬롯과 동일한 위상차를 가지더라도 상관없다. 다른 예로서, 제1열 슬롯, 제2열 슬롯, 및 제3열 슬롯이 각각 60°씩 위상차를 가지도록 형성될 수도 있다.
슬롯의 열 개수는 통공의 개수와 동일하게 형성된다. 즉, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 제1열 슬롯(233)은 통공(221a, 222a)에 대응하도록 형성되고, 제2열 슬롯(234)은 통공(221b, 222b)에 대응하도록 형성된다. 또한, 슬롯의 열 개수는 또는 통공의 개수는 실린더보어의 개수의 1/2이다. 예를 들어 실린더보어의 개수가 6개인 경우에, 3열의 슬롯으로 구성되고, 흡입포트 측의 3개의 통공 및 토출포트 측의 3개의 통공으로 구성될 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유압발생장치(200)의 작동을 설명한다. 여기서, 유압발생장치(200)의 작동 설명시 구동샤프트(260)가 반시계방향으로 회전하는 경우를 가정하고, 구동샤프트(260)가 시계방향으로 회전하는 경우에는 반대로 이해되어야 한다.
모터(270)의 회전축(271)이 회전하면, 회전축(271)과 결합된 구동샤프트(260)가 회전축(271)과 동일한 방향으로 회전한다. 그리고, 구동샤프트(260)는 캠요소(250)에 대해 상대회전하고 실린더블록(230)과 함께 회전한다. 실린더블록(230)은 베어링(220a)에 의해 회전지지되고, 밸브플레이트(220)에 대해 상대회전한다. 실린더블록(230)이 회전함에 따라, 실린더보어(232)에 장착된 복수개의 피스톤 유닛(240)은 캠요소(250)의 캠면을 따라 회전한다.
피스톤 유닛(240)이 하사점(251)의 정지구간(251a)로부터 상승부(253)를 따라 이동하면, 피스톤 유닛(240)은 캠요소(250)로부터 멀어지는 방향으로 이동(예컨대, 전진)하여 압축행정을 수행한다. 피스톤 유닛(240)이 전진하면, 실린더보어(232) 내의 작동유체가 압축된다. 압축된 작동유체는 제1열 슬롯(233)의 통공(233e, 233f)이 토출포트(222)의 통공(222a)에 위치하거나 제2열 슬롯(234)의 통공(234e, 234f)이 토출포트(222)의 통공(222b)에 위치할 때 토출포트(222)로 토출된다. 피스톤 유닛(240)이 상사점(252)의 정지구간(252a)에 도달하면, 피스톤 유닛(240)은 압축행정을 정지한다.
이와 반대로, 피스톤 유닛(240)이 상사점(252)의 정지구간(252)으로부터 하강부(254)를 따라 이동하면, 피스톤 유닛(240)은 캠요소(250)를 향하는 방향으로 이동(예컨대, 후퇴)하여 흡입행정을 수행한다. 피스톤 유닛(240)이 후퇴하면, 작동유체는 제1열 슬롯(233)의 통공(233e, 233f)이 흡입포트(221)의 통공(221a)에 위치하거나 제2열 슬롯(234)의 통공(234e, 234f)이 흡입포트(221)의 통공(221b)에 위치할 때 흡입포트(221)로부터 실린더보어(232)로 흡입된다. 피스톤 유닛(240)이 하사점(251)의 정지구간(251a)에 도달하면, 피스톤 유닛(240)은 흡입행정을 정지한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
100: 제1 실시예에 따른 유압발생장치
110: 하우징
120: 밸브플레이트
130: 실린더블록
140: 피스톤 유닛
150: 캠요소
160: 구동샤프트
170: 모터
200: 제2 실시예에 따른 유압발생장치
210: 하우징
220: 밸브플레이트
230: 실린더블록
240: 피스톤 유닛
250: 캠요소
260: 구동샤프트
270: 모터

Claims (14)

  1. 하우징과,
    상기 하우징의 일단에 고정되는 밸브플레이트와,
    상기 밸브플레이트의 내측에 일부가 수용되어 상기 밸브플레이트에 대해 회전가능하게 배치되고, 원주방향을 따른 복수개의 실린더보어를 구비하는 실린더블록과,
    상기 복수개의 실린더보어에 장착되는 복수개의 피스톤 유닛과,
    상기 피스톤 유닛의 일단과 접촉하도록 상기 하우징에 고정되고, 경사진 캠면을 가지는 캠요소와,
    일단이 상기 실린더블록에 결합되는 구동샤프트와,
    상기 하우징의 타단에 고정되고, 회전축이 상기 구동샤프트의 타단에 결합되는 모터를 포함하고,
    상기 밸브플레이트는 외측과 연통하는 흡입포트 및 토출포트와, 상기 흡입포트 및 상기 토출포트와 연통하도록 내주면에 원주방향을 따라 형성된 슬롯을 구비하고,
    상기 실린더블록은 외주면에서 상기 복수개의 실린더보어와 연통하는 복수개의 통공을 구비하는
    유압발생장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬롯은 흡입행정과 토출행정의 전환점인 폐입구간(trapping region)을 포함하는
    유압발생장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 슬롯은 상기 폐입구간으로부터 상기 밸브플레이트의 외측을 향해 깊이가 변하는 키드니 슬롯(kidney slot)인
    유압발생장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 슬롯은 상기 폐입구간을 중심으로 대칭으로 형성되는
    유압발생장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 캠요소는 상기 캠면의 상사점 및 하사점에 형성된 정지구간을 더 포함하는
    유압발생장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 피스톤 유닛은,
    일단에 형성된 소켓과,
    상기 소켓 내에 장착되는 볼
    을 포함하는 유압발생장치.
  7. 하우징과,
    상기 하우징의 일단에 고정되는 밸브플레이트와,
    상기 밸브플레이트의 내측에 일부가 수용되어 상기 밸브플레이트에 대해 회전가능하게 배치되고, 원주방향을 따른 복수개의 실린더보어를 구비하는 실린더블록과,
    상기 복수개의 실린더보어에 장착되는 복수개의 피스톤 유닛과,
    상기 피스톤 유닛의 일단과 접촉하도록 상기 하우징에 고정되고, 경사진 캠면을 가지는 캠요소와,
    일단이 상기 실린더블록에 결합되는 구동샤프트와,
    상기 하우징의 타단에 고정되고, 회전축이 상기 구동샤프트의 타단에 결합되는 모터를 포함하고,
    상기 밸브플레이트는 외측과 연통하는 흡입포트 및 토출포트와, 상기 흡입포트 및 상기 토출포트에 각각 연통하도록 내주면에 길이방향을 따라 형성된 복수개의 통공을 구비하고,
    상기 실린더블록은 외주면에서 상기 복수개의 실린더보어와 연통하는 복수열의 슬롯을 구비하는
    유압발생장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 슬롯의 열 개수는 상기 통공의 개수와 동일한
    유압발생장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 슬롯의 열 개수는 상기 실린더보어의 개수의 1/2인
    유압발생장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 슬롯은 흡입행정과 토출행정의 전환점인 폐입구간(trapping region)을 포함하는
    유압발생장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수열의 슬롯은 상기 폐입구간이 각각 상이한 위상차를 가지도록 형성되는
    유압발생장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 슬롯은 상기 폐입구간을 중심으로 대칭으로 형성되는
    유압발생장치.
  13. 제7항에 있어서, 상기 캠요소는 상기 캠면의 상사점 및 하사점에 형성된 정지구간을 더 포함하는
    유압발생장치.
  14. 제7항에 있어서, 상기 피스톤 유닛은,
    일단에 형성된 소켓과,
    상기 소켓 내에 장착되는 볼
    을 포함하는 유압발생장치.
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