KR20150036437A - 액압 회전 장치 - Google Patents

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KR20150036437A
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cylinder
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히데키 타마시마
료 노무라
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가와사키 쥬코교 가부시키가이샤
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Abstract

실린더 블록(4)의 외주면(4a)과 하우징(1)의 내주면(1a) 사이의 간극(e)은 작동유의 교반 저항을 저감하는 설정량이다. 이에 의해 간단한 구성으로 교반 손실을 저감할 수 있다. 따라서, 교반 손실을 저감해서 변환 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

액압 회전 장치{HYDRAULIC ROTARY DEVICE}
이 발명은, 예를 들면 건설 기계나 산업 기계 등에 사용되는 유압 펌프나 유압 모터 등의 액압 회전 장치에 관한 것이다.
종래, 액압 회전 장치의 일례의 유압 펌프로서는 일본 특허 공개 평 10-9119호 공보(특허문헌 1)에 기재된 것이 있다. 이 유압 펌프는 하우징과, 구동축과, 이 구동축에 고정된 실린더 블록과, 이 실린더 블록에 끼워진 복수의 실린더 피스톤과, 이 복수의 실린더 피스톤을 지지하는 사판을 구비하고 있다.
상기 하우징의 내주면에는 실린더 블록의 축 방향의 대략 전체 길이에 걸쳐서 돌기부가 형성되고, 이 돌기부는 실린더 블록의 입구 포트를 향해서 연장되어 있다. 그리고, 실린더 블록이 회전할 때, 하우징 내의 작동유는 이 돌기부에 의해 실린더 블록의 입구 포트로 원활하게 유도된다.
일본 특허 공개 평 10-9119호 공보
그런데, 상기 종래의 유압 펌프에서 발생하는 손실에는 작동유가 새는 것에 의한 용적 손실과, 힘의 전달상의 손실인 기계 손실이 있다. 이들 손실에 의해 펌프에 의한 유압 에너지와 회전 에너지의 상호 변환 효율이 저하되고 있었다.
용적 손실은 펌프로의 부하(압력)에 의존해서 압력이 증가함에 따라서 손실이 증가한다. 한편, 기계 손실은 도 5에 나타내는 바와 같이 부하에 의하지 않고 대략 일정 손실을 나타낸다. 이와 같이 기계 손실은 아이들(idle) 운전에 있어서 특히 문제가 되는 손실이다. 이 기계 손실 중 교반 손실이 약 절반을 차지하는 것은 그다지 알려져 있지 않았다.
종래, 변환 효율을 개선하는 기술은 용적 손실의 저감이나 기계 손실 중 마찰 손실을 저감하는 것이 주체적이며, 교반 손실을 적극적으로 저감하는 기술은 없었다. 구체적으로는 상기 종래의 유압 펌프에서는 실린더 블록이 회전하면 하우징 내의 작동유는 실린더 블록의 회전 방향을 따라서 흐르도록 교반되지만, 이 작동유는 실린더 블록의 축 방향으로 연장되는 돌기부에 충돌해서 작동유의 교반 저항은 큰 것이 되어 있었다.
이와 같이 교반 손실을 저감할 수 없기 때문에 액압 에너지와 회전 에너지의 상호 변환 효율을 향상시킬 수 없었다. 특히, 셔블 등의 건설 기계에서 사용 빈도가 높은 저압 영역(아이들)에 있어서 효율을 향상시킬 수 없었다.
또한, 용적 손실을 저감해서 효율을 향상시킨 종래의 펌프에서는 그 효율은 95% 정도에 달하고, 종래 기술의 연장에서는 이 이상의 개선은 곤란해져 있었다.
그래서, 이 발명의 과제는 교반 손실을 저감해서 변환 효율을 향상시킬 수 있는 액압 회전 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 이 발명의 액압 회전 장치는
하우징과,
상기 하우징에 회전 가능하게 부착된 구동축과,
상기 구동축에 고정됨과 아울러 둘레 방향으로 배열된 복수의 실린더 보어를 갖는 실린더 블록과,
상기 복수의 실린더 보어에 진퇴 가능하게 끼워진 복수의 실린더 피스톤과,
상기 구동축에 대하여 경동 가능한 면에 의해 상기 복수의 실린더 피스톤을 지지하는 사판과,
상기 실린더 블록의 회전에 의한 상기 하우징과 상기 실린더 블록 사이의 액체의 교반의 저항을 저감하는 교반 저항 저감 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 발명의 액압 회전 장치에 의하면 상기 교반 저항 저감 수단은 상기 실린더 블록의 회전에 의한 상기 하우징과 상기 실린더 블록 사이의 액체의 교반의 저항을 저감한다. 이에 의해 교반 손실을 저감해서 액압 에너지와 회전 에너지의 상호 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 셔블 등의 건설 기계에서 사용 빈도가 높은 저압 영역(아이들)에 있어서 효율의 개선에 유효해진다.
또한, 일실시형태의 액압 회전 장치에서는
상기 교반 저항 저감 수단은
상기 실린더 블록의 외주면과,
상기 실린더 블록의 외주면과의 사이의 간극이 액체의 교반 저항을 저감하도록 미리 정해진 설정량인 상기 하우징의 내주면을 포함한다.
이 실시형태의 액압 회전 장치에 의하면 상기 실린더 블록의 외주면과 상기 하우징의 내주면 사이의 간극은 액체의 교반 저항을 저감하는 설정량이므로 간단한 구성으로 교반 손실을 저감할 수 있다.
또한, 일실시형태의 액압 회전 장치에서는
상기 교반 저항 저감 수단은
상기 실린더 블록의 횡단면 대략 진원(眞圓) 형상의 외주면과,
상기 하우징의 횡단면 대략 진원 형상의 내주면을 포함한다.
여기서, 대략 진원이란 진원의 반경을 1로 했을 때, 0.95~1.05의 반경을 갖는 원을 포함하는 것으로 한다.
이 실시형태의 액압 회전 장치에 의하면 상기 실린더 블록의 외주면과 상기 하우징의 내주면은 횡단면 대략 진원 형상이므로 실린더 블록의 회전에 의한 액체의 흐름을 원활하게 할 수 있고, 간단한 구성으로 교반 손실을 저감할 수 있다.
또한, 일실시형태의 액압 회전 장치에서는
상기 교반 저항 저감 수단은
상기 실린더 블록의 외주면과 상기 하우징의 내주면 사이에 배치된 원통 슬리브를 포함한다.
이 실시형태의 액압 회전 장치에 의하면 상기 실린더 블록의 외주면과 상기 하우징의 내주면 사이에 상기 원통 슬리브가 배치되어 있으므로, 예를 들면 하우징의 내주면에 사판의 경전 각도를 제어하는 경전 제어 기구에 연통하는 공간이 형성되어 있을 경우, 원통 슬리브는 이 공간과 실린더 블록의 외주면을 구획할 수 있다. 이에 의해 실린더 블록의 회전에 의한 액체의 흐름은 이 공간의 액체의 영향을 받기 어려워져서 교반 손실을 저감할 수 있다. 또한, 하우징의 내주면의 형상은 제약을 받는 일 없이 원통 슬리브에 의해 교반 손실을 저감할 수 있다.
또한, 일실시형태의 액압 회전 장치에서는
상기 교반 저항 저감 수단은
상기 실린더 블록의 외주면 또는 상기 하우징의 내주면 중 적어도 한쪽에 설치됨과 아울러 상기 실린더 블록의 둘레 방향을 따라서 연장되는 정류부를 포함한다.
이 실시형태의 액압 회전 장치에 의하면 상기 실린더 블록의 외주면 또는 상기 하우징의 내주면 중 적어도 한쪽에 상기 실린더 블록의 둘레 방향을 따라서 연장되는 정류부가 형성되어 있으므로 실린더 블록의 회전에 의한 액체의 흐름을 실린더 블록의 둘레 방향을 따른 흐름으로 강제할 수 있어서 액체의 난류를 억제할 수 있다.
(발명의 효과)
이 발명의 액압 회전 장치에 의하면 상기 교반 저항 저감 수단은 상기 실린더 블록의 회전에 의한 상기 하우징과 상기 실린더 블록 사이의 액체의 교반의 저항을 저감하므로 교반 손실을 저감해서 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 액압 회전 장치로서의 유압 모터를 나타내는 단면도이다.
도 2는 하우징 및 실린더 블록의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태의 액압 회전 장치로서의 유압 모터를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태의 액압 회전 장치로서의 유압 모터를 나타내는 단면도이다.
도 5는 기계 손실을 설명하는 그래프이다.
이하, 이 발명을 도시한 실시형태에 의해 상세하게 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1은 이 발명의 액압 회전 장치로서의 유압 모터를 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 이 유압 모터는 하우징(1)과, 이 하우징(1)에 베어링(2)을 통해서 회전 가능하게 부착된 구동축(3)과, 이 구동축(3)에 고정된 실린더 블록(4)을 구비한다.
상기 실린더 블록(4)은 둘레 방향으로 배열된 복수의 실린더 보어(40)를 갖는다. 이 복수의 실린더 보어(40)에는 복수의 실린더 피스톤(5)이 진퇴 가능하게 끼워져 있다.
상기 실린더 피스톤(5)의 선단부는 구형으로 형성되어 슈(6)에 연결되어 있다. 이 슈(6)는 하우징(1)에 상대적으로 위치 결정된 사판(7)에 지지되어 있다. 이 사판(7)은 상기 구동축(3)에 대하여 경동 가능한 면을 갖고, 이 면에 의해 상기 복수의 실린더 피스톤(5)을 지지한다.
상기 사판(7)은 경전 제어 기구(8)에 의해 경동하고, 상기 구동축(3)에 대한 경전 각도가 제어된다. 이 경전 제어 기구(8)는 제 1 경전 피스톤(81)과 제 2 경전 피스톤(82)을 갖고, 제 1 경전 피스톤(81)과 제 2 경전 피스톤(82)은 사판(7)을 협지한다.
상기 하우징(1)에는 상기 실린더 보어(40)에 접속되어서 상기 실린더 보어(40)에 대하여 작동유의 급배를 행하는 제 1 메인 통로(11) 및 제 2 메인 통로(12)가 형성되어 있다.
상기 하우징(1)의 내면에는 실린더 블록(4)의 끝면에 대향해서 밸브 플레이트(9)가 부착되어 있다. 이 밸브 플레이트(9)는 원호상의 제 1 포트(91) 및 제 2 포트(92)를 갖고, 제 1 포트(91) 및 제 2 포트(92)는 대칭적으로 형성되어 있다.
상기 각 실린더 보어(40)의 저부에는 실린더 보어(40)의 내부에 작동유를 급배하기 위한 포트(40a)가 형성되어 있다. 상기 실린더 블록(4)의 끝면은 상기 밸브 플레이트(9)에 접촉하고 있다.
상기 하우징(1)의 상기 제 1 메인 통로(11)와, 상기 밸브 플레이트(9)의 상기 제 1 포트(91)와, 소정의 상기 실린더 보어(40)의 포트(40a)는 연통 가능해진다. 상기 하우징(1)의 상기 제 2 메인 통로(12)와, 상기 밸브 플레이트(9)의 상기 제 2 포트(92)와, 소정의 상기 실린더 보어(40)의 포트(40a)는 연통 가능해진다.
그리고, 상기 제 1 메인 통로(11)로부터 작동유를 공급하면 이 작동유는 상기 제 1 포트(91)를 경유해서 소정의 상기 실린더 보어(40)에 유입되어 상기 실린더 피스톤(5)을 왕복 운동시키면서 상기 실린더 블록(4) 및 상기 구동축(3)을 한 방향으로 회전시킨다. 그 후, 실린더 보어(40) 내의 작동유는 상기 제 2 포트(92)를 경유해서 상기 제 2 메인 통로(12)로부터 배출된다. 공급측의 제 1 메인 통로(11) 내의 압력은 배출측의 제 2 메인 통로(12) 내의 압력보다 높다.
한편, 상기 제 2 메인 통로(12)로부터 작동유를 공급하면 상기 실린더 블록(4) 및 상기 구동축(3)은 다른 방향으로 회전한다. 그 후, 실린더 보어(40) 내의 작동유는 상기 제 1 메인 통로(11)로부터 배출된다.
도 2는 하우징(1) 및 실린더 블록(4)의 실린더 블록(4)의 축(L)에 직교하는 간략 횡단면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록(4)의 외주면(4a)과 하우징(1)의 내주면(1a) 사이의 간극(e)은 미리 정해진 설정량이다.
상기 하우징(1) 내에는 작동유가 충만하고, 실린더 블록(4)이 회전하면 하우징(1) 내의 작동유는 실린더 블록(4)의 회전 방향을 따라서 흐르도록 교반된다. 상기 설정량은 이 작동유의 교반의 저항을 저감하도록 미리 정해져 있다. 다시 말하면, 실린더 블록(4)의 외주면(4a)과, 이 외주면(4a) 사이의 간극(e)이 설정량인 하우징(1)의 내주면(1a)은 실린더 블록(4)의 회전에 의한 하우징(1)과 실린더 블록(4) 사이의 작동유의 교반의 저항을 저감하는 교반 저항 저감 수단의 일례이다.
상기 설정량은, 예를 들면 실린더 블록(4)의 반경의 5%~25%이다. 이 설정량에서는 하우징(1)을 대형으로 하는 일 없이 작동유의 교반 저항을 작게 할 수 있다. 이에 대하여 설정량이 5%보다 작으면 간극(e)이 작아져서 작동유의 교반 저항은 커진다. 한편, 설정량이 25%보다 크면 하우징(1)의 내주면(1a)의 지름이 커져서 하우징(1)이 대형이 된다.
상기 하우징(1)의 내주면(1a)은 상기 실린더 블록(4)의 외주면(4a)을 따른 형상이다. 실린더 블록(4)의 외주면(4a)과 하우징(1)의 내주면(1a)은 횡단면 대략 진원 형상이다. 여기서, 대략 진원이란 진원의 반경을 1로 했을 때, 0.95~1.05의 반경을 갖는 원을 포함한다. 이 횡단면 대략 진원 형상의 외주면(4a) 및 내주면(1a)은 상기 교반 저항 저감 수단의 일례이다.
상기 구성의 유압 모터에 의하면 상기 교반 저항 저감 수단을 구비하므로 교반 손실을 저감해서 유압 에너지와 회전 에너지의 상호 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 셔블 등의 건설 기계에서 사용 빈도가 높은 저압 영역(아이들)에 있어서 효율의 개선에 유효해진다.
또한, 상기 실린더 블록(4)의 외주면(4a)과 상기 하우징(1)의 내주면(1a) 사이의 간극(e)은 작동유의 교반 저항을 저감하는 설정량이므로 간단한 구성으로 교반 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 실린더 블록(4)의 외주면(4a)과 상기 하우징(1)의 내주면(1a)은 횡단면 대략 진원 형상이므로 실린더 블록(4)의 회전에 의한 작동유의 흐름을 원활하게 할 수 있고, 간단한 구성으로 교반 손실을 저감할 수 있다.
이에 대하여 종래에는 도 2의 가상선으로 나타내는 바와 같이, 하우징의 내주면(100a)은 요철 형상이다. 이는 하우징의 강도를 확보하기 위해서 내주면(100a)에 리브를 설치하거나 하우징의 경량화를 도모하기 위해서 내주면(100a)의 두께를 부분적으로 얇게 하고 있기 때문이다. 이와 같이, 종래에는 하우징의 내주면을 실린더 블록의 외주면과의 사이의 간극이 설정량이 되도록 하거나 하우징의 내주면을 실린더 블록의 외주면과 마찬가지로 횡단면 대략 진원 형상으로 하는 것은 도저히 생각할 수 없다.
(제 2 실시형태)
도 3은 이 발명의 제 2 실시형태의 유압 모터를 나타내는 단면도이다. 이 제 2 실시형태는 상기 제 1 실시형태와는 교반 저항 저감 수단의 구성이 상위하다. 이 상위하는 구성만을 이하에 설명한다. 또한, 이 제 2 실시형태에 있어서 상기 제 1 실시형태와 동일한 부호는 상기 제 1 실시형태와 동일한 구성이기 때문에 그 설명을 생략한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록(4)의 외주면(4a)과 하우징(1)의 내주면(1a) 사이에 원통 슬리브(20)가 배치되어 있다. 이 원통 슬리브(20)는 교반 저항 저감 수단의 일례이다.
상기 원통 슬리브(20)는 하우징(1)에 고정되어 있다. 원통 슬리브(20)는 실린더 블록(4)의 외주면(4a)을 따른 형상이다. 원통 슬리브(20)는 횡단면 대략 진원 형상이다. 여기서, 대략 진원이란 진원의 반경을 1로 했을 때, 0.95~1.05의 반경을 갖는 원을 포함한다.
따라서, 상기 하우징(1)의 내주면(1a)에 경전 제어 기구(8)에 연통하는 공간(1b)이 형성되어 있지만, 원통 슬리브(20)는 이 공간(1b)과, 실린더 블록(4)의 외주면(4a)을 구획할 수 있다. 이에 의해 실린더 블록(4)의 회전에 의한 작동유의 흐름은 이 공간(1b)의 작동유의 영향을 받기 어려워져서 교반 손실을 저감할 수 있다. 또한, 하우징(1)의 내주면(1a)의 형상은 요철 형상이어도 좋고, 아무런 제약을 받는 일 없이 원통 슬리브(20)에 의해 교반 손실을 저감할 수 있다.
(제 3 실시형태)
도 4는 이 발명의 제 3 실시형태의 유압 모터를 나타내는 단면도이다. 이 제 3 실시형태는 상기 제 1 실시형태와는 교반 저항 저감 수단의 구성이 상위한다. 이 상위하는 구성만을 이하에 설명한다. 또한, 이 제 3 실시형태에 있어서 상기 제 1 실시형태와 동일한 부호는 상기 제 1 실시형태와 동일한 구성이기 때문에 그 설명을 생략한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록(4)의 외주면(4a)에는 복수(이 실시형태에서는 3개)의 정류부(30)가 형성되어 있다. 이 정류부(30)는 교반 저항 저감 수단의 일례이다.
상기 정류부(30)는 실린더 블록(4)의 둘레 방향을 따라서 연장되어 있고, 환상으로 형성되어 있다. 복수의 정류부(30)는 실린더 블록(4)의 축 방향으로 소정의 간격을 두고 배열되어 있다.
따라서, 상기 정류부(30)에 의해 실린더 블록(4)의 회전에 의한 작동유의 흐름을 실린더 블록(4)의 둘레 방향을 따른 흐름으로 강제할 수 있어서 작동유의 난류를 억제할 수 있다.
또한, 이 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 제 1~상기 제 3 실시형태의 각각의 특징점을 다양하게 조합해도 좋다. 즉, 제 1~제 3 실시형태의 각각의 교반 저항 저감 수단을 2개 이상 다양하게 조합해도 좋다.
상기 제 1 실시형태에서는 실린더 블록의 외주면과 하우징의 내주면 사이의 간극을 설정량으로 하고, 실린더 블록의 외주면과 하우징의 내주면을 횡단면 대략 진원 형상으로 했지만, 어느 한쪽의 구성으로 해도 좋다. 또한, 이 어느 한쪽의 구성에 제 2 실시형태의 원통 슬리브 또는 제 3 실시형태의 정류부 중 적어도 한쪽의 구성을 추가해도 좋다.
상기 제 3 실시형태에서는 정류부를 실린더 블록의 외주면에 형성했지만, 정류부를 실린더 블록의 외주면 또는 하우징의 내주면 중 적어도 한쪽에 형성하도록 해도 좋다.
상기 제 2 실시형태에서는 실린더 블록의 외주면과 하우징의 내주면 사이의 간극을 설정량으로 하는 구성(제 1 실시형태의 구성)과, 실린더 블록의 외주면과 하우징의 내주면을 횡단면 대략 진원 형상으로 하는 구성(제 1 실시형태의 구성)과, 정류부를 설치하는 구성(제 3 실시형태의 구성) 중 적어도 하나의 구성을 추가하도록 해도 좋다.
상기 제 3 실시형태에서는 실린더 블록의 외주면과 하우징의 내주면 사이의 간극을 설정량으로 하는 구성(제 1 실시형태의 구성)과, 실린더 블록의 외주면과 하우징의 내주면을 횡단면 대략 진원 형상으로 하는 구성(제 1 실시형태의 구성)과, 원통 슬리브를 설치하는 구성(제 2 실시형태의 구성) 중 적어도 하나의 구성을 추가하도록 해도 좋다.
상기 제 1~상기 제 3 실시형태에서는 본 발명의 액압 회전 장치를 유압 모터로 해서 설명했지만, 유압 펌프로 해도 좋다.
1 : 하우징 1a : 내주면
1b : 공간 3 : 구동축
4 : 실린더 블록 4a : 외주면
5 : 실린더 피스톤 7 : 사판
8 : 경전 제어 기구 9 : 밸브 플레이트
20 : 원통 슬리브 30 : 정류부
40 : 실린더 보어 e : 간극

Claims (5)

  1. 하우징과,
    상기 하우징에 회전 가능하게 부착된 구동축과,
    상기 구동축에 고정됨과 아울러 둘레 방향으로 배열된 복수의 실린더 보어를 갖는 실린더 블록과,
    상기 복수의 실린더 보어에 진퇴 가능하게 끼워진 복수의 실린더 피스톤과,
    상기 구동축에 대하여 경동 가능한 면에 의해 상기 복수의 실린더 피스톤을 지지하는 사판과,
    상기 실린더 블록의 회전에 의한 상기 하우징과 상기 실린더 블록 사이의 액체의 교반의 저항을 저감하는 교반 저항 저감 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액압 회전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반 저항 저감 수단은,
    상기 실린더 블록의 외주면과,
    상기 실린더 블록의 외주면과의 사이의 간극이 액체의 교반 저항을 저감하도록 미리 정해진 설정량인 상기 하우징의 내주면을 포함하는 것을 특징으로 하는 액압 회전 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 교반 저항 저감 수단은,
    상기 실린더 블록의 횡단면 대략 진원 형상의 외주면과,
    상기 하우징의 횡단면 대략 진원 형상의 내주면을 포함하는 것을 특징으로 하는 액압 회전 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교반 저항 저감 수단은,
    상기 실린더 블록의 외주면과 상기 하우징의 내주면 사이에 배치된 원통 슬리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 액압 회전 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교반 저항 저감 수단은,
    상기 실린더 블록의 외주면 또는 상기 하우징의 내주면 중 적어도 한쪽에 설치됨과 아울러 상기 실린더 블록의 둘레 방향을 따라서 연장되는 정류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액압 회전 장치.
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