KR20150114511A - 연속 가변 변수를 가진 유압 기어 모터, 기어 펌프 및 트랜스미션 - Google Patents

연속 가변 변수를 가진 유압 기어 모터, 기어 펌프 및 트랜스미션 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속 조절 출구 변수를 가진 트랜스미션(1)에 관한 것으로서, 상기 트랜스미션은 하나 이상의 기어 펌프(2)와 하나 이상의 유압 기어 모터(3)로 구성되는데, 여기서 하나 이상의 펌프(2), 또는 유압 모터(3)는 연속 조절 변수를 가진다. 상기 트랜스미션은 동일하거나 또는 비례적인 연속 가변 조절 회전을 가진 하나 또는 그 이상의 출력 샤프트(5, 6)와 입력 샤프트(4)를 포함한다. 본 발명에 따른 트랜스미션은 집중화된 일체형 구조로 구성될 수 있거나 또는 비집중화된 구조로 구성될 수 있으며, 기어 펌프(2)는 유압 기어 모터(3)로부터 떨어져 위치되고 액체 매질이 유압 덕트(19 및 20)를 통해 흐른다. 펌프(2) 및 유압 모터(3)는 동일하거나 상이하게 구성될 수 있으며 상기 펌프 및 유압 모터에는 홀더(13), 변속 휠(14) 및　리테이닝 링(15)으로 구성된 변속 메커니즘이 제공된다. 연속 가변 흐름율을 가진 기어 펌프(2)는 외부 로터(7) 내로 삽입되는 내부 로터(8)를 고정하는 하나 이상의 샤프트(4)를 포함한다. 로터(7, 8)는 서로 축방향으로 이동될 수 있다. 내부 로터(8)에는 측면들로부터 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부(10)와 내부 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부(9)가 제공되며 상기 상쇄 실린더는 리테이닝 링(15)으로 고정된다. 상기 부분들은 바이패스 조절 부분에 의해 연결된 출구 개구(22)와 입구 개구(21)를 가진 측면 밀봉부(11) 및 측면 밀봉부(12)와 중앙 본체(18)에 끼워맞춤된다. 평면 상쇄 시스템의 상쇄 피스톤(23)은 측면 밀봉부(11)에 견고하게 결부된다. 연속 가변 흐름율을 가진 펌프(2)는 하나 이상의 평면 상쇄 시스템을 포함한다.

Description

연속 가변 변수를 가진 유압 기어 모터, 기어 펌프 및 트랜스미션 {HYDRAULIC GEAR MOTOR, GEAR PUMP AND GEARBOX WITH CONTINUOUSLY VARIABLE PARAMETERS}
본 발명에 따른 기술적 해결책은 유압 기어 모터, 기어 펌프 및 연속 가변 트랜스미션, 유압 컨버터 없이 또는 커플링(coupling) 없이 제로(zero) 출력 속도로부터 작동되며 전체 공정에서 가변 토크(variable torque)를 이용하는 자동 연속 가변 트랜스미션, 제로 속도로부터 펌프에 연속 가변 출구 성능을 가진 펌프, 연속 가변 속도를 가진 유압 모터, 유압 브레이크 뿐만 아니라 유압, 공압 및 회전 축적 시스템에 관한 것이다.
현재, 수송 분야에서 사용되며, 산업 및 경제의 그 외의 다른 부분에 사용되는 다수의 트랜스미션이 있다.
이 트랜스미션들은 다음과 같이 나뉠 수 있다:
균일 기어를 가진 트랜스미션(예컨대, 2개의 로터, 펌프 및 유압 모터, 레버 모터 등에 의해 형성됨).
가변 트랜스미션(예컨대, 승용차, 화물차, 자전거, 머신 툴(machine tool) 등 내의 통상적인 수동 트랜스미션).
특히, 연속 트랜스미션(예컨대, 연속 가변 트랜스미션, 유압 컨버터 등).
제로(zero) 회전 속도로부터 연속적으로 작동되는 것과 유사하게 작동되는 트랜스미션(이 트랜스미션들은 주로 로터, 베리에이터, 하나 또는 그 이상의 커플링, 유압 컨버터 등을 포함하는 자동 트랜스미션이다).
이론적인 변속비가 1:0 내지 최대 1:무한대이며 가변 토크를 가진 절대적인 연속 트랜스미션이다. 국제특허출원번호 WO/2011/129776호 이름으로 공개된 특허출원 PCT/SK2011/000009호에 따라 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 모터와 연속 가변 출력 흐름율(continuously variable output flow rate)을 가진 펌프로 구성된 오직 하나의 공지된 기능적 트랜스미션(functional transmission)이 있다. 공보 WO/2011/129776호 하에서, 상기 트랜스미션은 상부에서 슬라이딩 되는 흐름 통로(flow passage)를 가진 세그먼트(segment) 또는 링(ring)을 가진 상대적으로 축방향으로 슬라이딩 가능한 로터로 구성되며, 상기 세그먼트는 로터를 작동 부분(operative part)과 비작동 부분(inoperative part)으로 나눈다. 상기 로터는 외부 및 내부 기어링(gearing)을 가질 수 있다. 이 기어링들은 서로에 대해 위에서 롤링할 수 있지만(roll upon) 궤도 운동(orbital movement)을 생성하는 데에는 실패한다. 상기 로터는 하나 또는 그 이상의 (롤링) 지점에서 접촉되지만, 가장 작은 수 중 치형(teeth) 개수에 상응하는 개수의 지점은 아니다. 슬라이딩 밀봉부 하우징을 포함한다. 치형 공간(tooth space)은 치형 외주(circumference) 상에서 떨어져 있으며(isolated) 액체는 상기 치형 공간 사이에서는 순환되지 않는다.
회전 피스톤을 가진 유압 모터 및 펌프, 또는 상이한 치형 형태를 가진 유압 모터 또는 기어 펌프는 광범위하게 사용되는데, 특히 유압 구동 시스템, 유압 트랜스미션 뿐만 그 외의 다른 다양한 유압 기계 및 장치에서 윤활 기술, 압력 생성 기술에 사용된다. 이들 중 몇몇은 특정 조건을 위해 구성되며 일정한 변수를 가지는데, 이들 중 몇몇은 가변 변수를 가지며 심지어 몇몇은 정적 모드(static mode)에서 작동될 뿐만 아니라 동적 모드(dynamic mode)로도 작동될 수 있는 연속 가변 변수(continuously variable parameter)를 가진다. 최근에, 연속 가변 흐름을 가진 펌프, 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 모터 및 절대적인 연속 조절 회전 속도를 가진 트랜스미션이 작동될 수 있는데, 상기 연속 가변 회전 속도는 유압 컨버터 없이 또는 커플링을 사용하지 않고도 제로 출력 회전 속도로부터 일정하다. 트랜스미션은 매우 광범위한 사용 범위를 가지는데, 자전거로부터 탱크(tank)에 이르기까지 무엇이든지 간에, 가령, 모터사이클, 승용차 뿐만 아니라 화물차 등에도 사용될 수 있다.
또한, 종래 기술은 이러한 유압 기기의 필수적인 작동 상태에 따르지 않는 로터의 상대적인 축방향 슬라이딩(relatively axial sliding)을 가진 그 외의 다른 타입의 펌프 및 유압 모터도 포함하거나 또는 적용 용도를 제한하는 결점을 가진다. 따라서, 이들은 산업용 또는 상업용에는 적절하지 않는데, 가령, 회전 또는 평면 상쇄 시스템을 포함하지 않으며, 이들을 조절할 때 내부 체적 변화(inner volume change)가 상기 펌프에서 발생한다 할지라도, 로터의 동기화 시스템(synchronizing system)을 포함하지 않는 "제로터(gerotor)" 타입의 펌프에는 적절하지 않다. 따라서, 이들은 제로 흐름율로부터 액체의 흐름율의 연속 가변이 불가능하며, 이들은 치형 사이의 밀폐 간격(closed gap)에서 그리고 내부 체적 변화에서 연속적으로 소위 제로 출력 흐름율 또는 전달(이제부터는, 오직 출력 흐름율로만 지칭함) 치형 표면을 생성할 수 없다. 연속 가변 흐름율을 가진 펌프의 출력 흐름 체적(output flow volume)은 출구 흐름 표면, 내부 체적 변화 및 치형 사이의 밀폐 간격의 체적 변화에 대해 비례적이다.
문헌 GB 1　539　515 A호에서, 서로에 대해 축방향으로 슬라이딩되는 오직 외부 치형만을 가진 로터에 의해 펌프가 형성된다. 흐름 개구(flow opening)가 없는 링(ring)이 상기 로터 위에서 슬라이딩된다. 이러한 링들에는 흐름 개구가 없기 때문에, 액체는 치형 사이의 간격 중 대부분의 간격에서 완전히 밀폐되는데(closed), 이는 링들은 펌프의 본체(body) 내에 장착되어 밀폐되기 때문이다. 또한, 밀봉 플레이트(sealing plate) 내에서 슬라이딩 가능하게 장착되는 흐름 개구가 없을 때에는, 링을 이동시키는 것이 불가능하다. 스프링의 반대작용(counteraction)으로 유압장치에 의해 축방향 이동이 제공된다. 액체가 비압축성이기 때문에, 상기 로터와의 상대적인 축방향 이동 또는 밀봉 플레이트에 의한 링의 이동도 가능하지 않다. 이 순간(moment)까지, 상기 펌프는 기능적인 것으로 고려될 수 없으며 연속 가변 흐름율의 기능을 위해 적용될 수 없다. 상기 공보는 상기 펌프가 제로 흐름율로 작동될 수 없으며, 이는 설령 펌프가 기능적일 수 있다 하더라도 상기 펌프가 오직 제한된 흐름율의 기능만을 가질 것이라는 명백한 증거라는 것을 보여준다. 또한, 상기 공보는, 치형 사이의 밀폐 간격에서 액체 체적이 변할 수 있어서 이에 따라 예컨대, 치형의 측면(side) 상에 절단부(cut-out)가 생성되거나 또는 링 내에서 또는 로터 내에서 적절한 덕트(duct)를 통해 잔여 액체가 출구 흐름과 견고하게 연결되는 것을 기술한다. 이는 펌프의 유용성을 제한하는 또 다른 문제이다.
공보 DE 101 56　977 A1호는 연속 가변 속도를 가진 유압 모터를 기술한다. 도면들에 따르면, 상기 유압 기어 모터는 핵심 조건인 로터들의 협력(cooperation)을 충족하는데 실패한 2개의 로터에 의해 형성되는데, 이는 펌프의 횡단면 도면으로부터 명백하며 로터 하우징의 도면으로부터 보다 더 명확하다. 이런 이유로, 로터는 접촉 지점에서 일부 조임이 느슨해 질 것이며(untightness) 누출(leakage)은 회전 속도, 치형의 크기 그리고 상기 로터의 축의 거리에 좌우될 것이고, 상기 치형이 회전 동안 서로 충돌(collide)할 것이기 때문에 상기 유압 모터는 펄스 모드(pulse mode)에서 작동될 것이다. 이 사실은 상기 유압 모터가 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 모터의 카테고리로부터 즉시 불충족시킨다. 이 모드에서, 상기 유압 모터는 최소 수명을 가지며 따라서 활용성이 별로 없다.
상기 로터가 서로 위에서 롤링할 수 있으면, 흐름 개구를 포함하는 하나의 로터의 하우징은 또 다른 로터 내로 슬라이딩될 것이다. 상기 개구는 하나의 구성요소(component)에 의해 몇몇 위치에서 중첩될 것이며(overlapped) 그에 따라 로터의 몇몇 치형 공간은 완전히 밀폐될 것이다. 도면에서는 얼마나 많이 밀폐될 것인지 명확하지 않지만, 확실히 최소가 될 것이다. 유압액이 비압축성이며 따라서 로터 하우징이 로터 내로 슬라이딩 되는 것은 가능하지 않을 것이다. 제2 로터는 전달 개구(delivery opening)를 포함하는 치형 림(toothed rim)을 포함한다. 상기 치형 림과 함께 엔클로저 벽(enclosure wall)은 제2 로터 상의 치형 사이의 몇몇(1개보다 더 많은) 간격을 완전히 밀폐하며, 유압 모터의 내부 부분 내의 변화를 차단하고 따라서 유압 모터는 회전 속도를 연속적으로 변화시킬 수 없게 될 것이다. 유압 모터는 기능적이 아니며 따라서 사용할 수 없다.
공보 US 2008/0166251 A1호는 오직 하나의 구동 샤프트를 가진 2개의 제로터 타입의 로터로 구성된 펌프를 기술하는데, 여기서 축방향으로 슬라이딩 하는 외부 로터가 제공되고 펌프는 출구 압력(outlet pressure)에 의해 변경된다. 상기 공보는 연속 가변 흐름 체적, 오직 가변 흐름 체적의 해결책을 제공하지 않으며, 제로 흐름 모드(zero flow mode)를 제공하지도 않고, 임의의 상쇄(compensation)를 제공하지 않는다. 이는 오직 제로 흐름 모드에 근사할 수 있는데(approximate), 그것은 공보 내에 확실하게 표시된다. 펌프는 정적 모드에 재설정될(reset) 수 없다. 펌프는 오직 가변 흐름(variable flow)의 부분 기능(partial function)을 가진다. 펌프의 재설정 시스템의 적절한 기능을 가지기 위하여, 펌프의 출구 위에 최소 흐름 체적이 제공되어야 하며 즉 제로 모드(zero mode)에서는 작동이 가능하지 않다. 상기 펌프는 로터의 동기화 시스템(synchronizing system)을 포함하지 않거나, 또는 그 외의 다른 임의의 시스템은 제로 흐름 모드 및 로터의 동기 회전 속도를 제공할 것이다. 또한, 제로 흐름 모드로부터 상기 펌프를 재설정할 수 있는 그 외의 다른 임의의 시스템을 포함하지 않는다. 상기 펌프의 재설정은 펌프 출구의 압력과 흐름 체적의 직접 좌우되는데 이런 이유로 출구 흐름 체적도 재설정 시스템 내로 흐르는 액체 매질의 흡입(intake)에 좌우된다. 펌프는 정확한 주입 펌프 기능에서 작동할 수 없으며 이런 이유로 출구에서 펌프는 연속 흐름 기능(continuous flow function)을 방해하는 점프(jump)에서 흐름 모드의 조절의 끝부분과 재설정의 시작 부분에서 작동된다. 펌프는 가변 회전 속도를 가진 유압 모터로서 작동될 수 없는데, 그 이유는 입구 압력이 출구 압력을 초과하여 따라서 재조절(readjustment)이 불가능하기 때문이다. 펌프는 연속 가변 흐름이 불가능한데, 그 이유는 펌프가 한 흐름 체적으로부터 또 다른 흐름 체적으로 재조절될 때 펌프의 내부 체적이 변경되는 현상이 발생하기 때문이다. 이 현상은 일정하지 못한 직경으로 인해 내부 밀봉부(inner sealing)의 상이한 영역들에 의해 야기된다. 체적에 있어서의 변화는 상당하며 상기 현상은 매우 심각하여 펌프는 상쇄 또는 그 외의 다른 시스템 없이 체적 변화로 처리될 수 없고 펌프는 연속 가변 흐름 체적을 위해 제대로 기능하지 않는다(dysfunctional). 펌프의 출력 부분 상에서 내부 체적 변화(증가될 때)가 현재 흐름(current flow)과 같이 매우 상당하다 하더라도, 펌프의 출력 상에는 어떠한 흐름이 없을 것이며 따라서 가변 흐름 기능은 손상되고(impaired) 재설정 자체도 손상될 것이다. 그에 따른 가장 심각한 단점은, 상기 공보 하에서의 실시예에 따라, 펌프 내에 한 특정 순간(certain moment)에 항상 완전히 밀폐되는 최소한 하나의 치형 공간이 존재한다는 점일 것이다. 치형 사이의 이러한 밀폐 간격은 하나 또는 그 이상이며, 한 순간에서, 펌프의 구조에 좌우될 뿐만 아니라 내부 로터의 짝수 또는 홀수 개수의 치형에 좌우된다. 상기 순간에서, 상쇄 없이는 어떠한 재조절도 가능하지 않는데, 이는 유압액이 비압축성이기 때문이다. 이것은 매번 상기 순간에서 소위 최대 체적 모드(maximal volume mode)에 있는 매 치형 공간에서 발생한다. 몇몇 경우에서, 또한 매 반대 치형 공간 내에서 발생한다.
공보 US 4,740,142호는 2개 타입의 펌프를 포함한다:
1. 외부 및 내부 기어를 가진 기어 펌프.
이들은 내부 치형을 가진 하나의 로터와 외부 치형을 가진 하나의 로터를 포함하는 펌프 및 외부 치형을 가진 2개의 로터를 포함하는 기어 펌프로서, 더 높은 압력으로부터 더 낮은 압력으로 액체의 로터 흐름의 축방향 슬라이딩이 치형의 에지에서 발생되며 이에 따라 이러한 펌프의 정상적인 작동이 완전히 사라진다(eliminate). 이러한 펌프는 최대 흐름율에서만 작동할 수 있으며 두 로터가 동일하게 기다란 상태 하에서만 작동할 수 있다. 이 문제는 위에서 언급한 공보 WO/2011/129776호에서 해결되었다.
2. 제로터(gerotor) 타입의 기어 펌프.
상기 공보 하에서 제로터 타입의 기어 펌프는 정상적으로 작동할 수 없으며 공보 US 2008/0166251 A1호에 대한 설명에 기재된 모든 핵심사항들은 상기 문헌에서도 해당된다.
본 발명에 따른 연속 트랜스미션은, 공보 WO/2011/129776호가 부인할 수 없는 이점들을 가짐에도 불구하고, 상기 공보 WO/2011/129776호 하에서의 기능적인 연속 유압 트랜스미션을 대체할 수 있다. 기본적으로, 본 발명에 따른 연속 트랜스미션은 상이한 구성을 가지며, 특정 펌프들과 상기 펌프와 협력할(cooperate) 수 있는 유압 모터 및 위에서 언급한 공보에 따라 제작된 유압 모터들을 포함하고, 이들은 가변 토크를 가진 제로 출력 회전 속도로부터 작동하는 절대적인 연속 트랜스미션을 형성할 수 있다. 상기 연속 트랜스미션 및 트랜스미션의 개별 구성요소(component)들은 새로운 타입의 펌프, 유압 모터, 유압 트랜스미션, 자동 연속 트랜스미션 뿐만 아니라 다양한 조절식 유압 드라이브, 유압 브레이크 및 축적 시스템을 제작하는 데 영향을 끼칠 수 있다.
본 발명의 주제는 연속 가변 회전 속도를 가진 최소 하나의 유압 기어 모터 또는 연속 가변 흐름 체적(continuously variable flow volume)을 가진 최소 하나의 기어 펌프를 포함하는 유압 트랜스미션에 관한 것으로서, 로터는 축방향으로(X-축 또는 Y-축 방향으로) 하나 이상의 간격 정도(degree of clearance)를 가지며 하나 이상의 평면 상쇄 시스템을 포함한다. 본 발명 하에서 펌프 입구를 가진 유압 모터의 출구 및 유압 모터의 입구를 가진 펌프 출구를 결합함으로써, 이론적인 변속비가 1:0 내지 최대 1:무한대인 절대적인 연속 트랜스미션이 생성된다. 실제로는, 변속비가 1:0 내지 최대 1:A(경험에 따르면, A값은 100보다 더 크다)일 것이다. 이러한 트랜스미션은 집중화된 트랜스미션(centralized transmission)(하나의 카르카스(carcass)에서)으로서 작동할 수 있거나 또는 비집중화된 형태(decentralized form)(펌프가 유압 모터로부터 떨어져 배열되고 예컨대 유압 덕트에 의해 결합됨)로서 작동될 수 있다. 또한, 트랜스미션은 2개보다 더 많은 협력 부재(cooperating member)를 포함할 수 있다. 물론, 이러한 트랜스미션은 연속 자동 트랜스미션 등으로서도 작동할 수 있다.
본 발명의 제1 주제는 회전축(Y)을 가지며 내부 치형을 가진 하나 이상의 외부 로터 내로 슬라이딩되고, 상부에 외부 치형을 가진 하나 이상의 내부 로터가 위치되는 회전축(X)을 가진 샤프트로 구성된 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터로서, 내부 치형을 가진 외부 로터의 치형 개수는 외부 치형을 가진 내부 로터의 치형 개수보다 하나 더 많고, 중앙 본체(central body), 또는 궁극적으로는 측면 밀봉부(side sealing)를 가진 중앙 본체, 및 입구 개구(inlet opening)와 출구 개구(outlet opening)를 포함하는 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터가 본 발명의 제1 주제이다. 상기 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터의 특징에 따르면, 내부 치형을 가진 외부 로터와 외부 치형을 가진 내부 로터가 축방향으로 간격 정도를 가지며, 측면으로부터, 상이한 직경의 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부(sliding sealing)와 내부 스레드(inner thread)를 가진 슬라이딩 밀봉부가 제공되고, 내부 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부는 내부 치형을 가진 외부 로터의 기어 정점(gear apex)의 내측 직경에 상응하는 직경을 가지며 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부는 외부 치형을 가진 내부 로터의 기어 정점의 외측 직경에 상응하는 직경을 가지고, 로터의 상대적인 축방향 이동(relatively axial movement)이 발생되는 내부 체적 변화의 상쇄를 위해 하나 이상의 평면 상쇄 시스템을 포함한다.
연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터의 출력 샤프트(output shaft)가 동일하거나 또는 비례적인 회전을 가질 수 있으며 또한 또 다른 출력 샤프트에 대해 반대 회전 속도(reverse rotational speed)를 가질 수도 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터는 바이패스 조절 시스템(bypass regulated system), 예컨대, 조절 볼트(adjusting bolt) 또는 또 다른 조절 요소를 포함한다.
본 발명의 제2 주제는 회전축(Y)과 내부 치형을 가진 외부 로터 내에 삽입될 수 있으며 외부 치형을 가진 하나 이상의 내부 로터가 상부에 장착되는, 회전축(X)을 가진 샤프트를 포함하는 연속 가변 출구 흐름 체적을 가진 기어 펌프로서, 내부 치형을 가진 외부 로터의 치형 개수는 외부 치형을 가진 내부 로터의 치형 개수보다 하나 더 많고 중앙 본체, 가능하다면 측면 밀봉부를 가진 중앙 본체, 및 출구 개구와 입구 개구를 포함하는 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프가 본 발명의 제2 주제이다. 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프의 특징에 따르면, 내부 치형을 가진 외부 로터와 외부 치형을 가진 내부 로터는 축방향으로 하나 이상의 간격 정도(degree of clearance)를 가지며, 측면으로부터, 상이한 직경의 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부와 내부 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부가 제공되고, 내부 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부는 내부 치형을 가진 외부 로터의 기어 정점(gear apex)의 내측 직경에 상응하는 직경을 가지며 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부는 외부 치형을 가진 내부 로터의 기어 정점의 외측 직경에 상응하는 직경을 가지고, 하나 이상의 평면 상쇄 시스템 및 바이패스 조절 시스템, 가령, 로터의 동기화 시스템(synchronizing system) 또는 조절 볼트 또는 그 외의 다른 조절 요소를 포함한다.
본 발명의 제3 주제는 연속 조절 출력 변수(continuously adjustable parameter)를 가진 트랜스미션에 관한 것으로서, 최소 하나의 유압 모터와 본 발명에 따른 연속 가변 출력 흐름 체적을 가진 최소 하나의 기어 펌프; 또는 최소 하나의 펌프와 연속 가변 회전 속도를 가진 최소 하나의 유압 기어 모터; 또는 연속 가변 회전 속도를 가진 최소 하나의 유압 기어 모터 및 연속 가변 출력 흐름 체적을 가진 최소 하나의 기어 펌프로 구성된, 연속 조절 출력 변수를 가진 트랜스미션이 본 발명의 제3 주제이다. 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프 또는 펌프의 출력이 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터 또는 유압 모터의 입구와 연결되고, 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터 또는 유압 모터의 출구는 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프 또는 펌프의 입구와 연결된다. 연속 가변 변수가 없는 펌프와 연속 가변 변수가 없는 유압 모터를 결합시키는 것은 본 발명의 범위 내에 있지 않다. 연속 가변 출력 변수를 가진 트랜스미션은 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부와 내부 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부의 상이한 직경으로 인해 로터의 상대적인 축방향 이동 동안에 나타나는 내부 체적 변화의 상쇄를 위해 하나 이상의 평면 상쇄 시스템을 포함해야 한다.
본 발명에 따른 트랜스미션의 평면 상쇄 시스템은 상쇄 피스톤이 제공된 슬라이딩 밀봉부 내에 배열된 상쇄 실린더에 의해 형성된다.
한 실시예에서, 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터 및/또는 연속 가변 출력 흐름 체적을 가진 기어 펌프는 중앙 본체를 포함하며 또 다른 실시예에서는 중앙 본체와 측면 밀봉부를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 유압 기어 모터 및/또는 기어 펌프에는 하나 이상의 변속 메커니즘(shifting mechanism)이 제공되는데, 상기 변속 메커니즘은 슬라이딩 밀봉부의 변속 스레드(shifting thread) 내에 위치된 구동 나사(drive screw)를 가진 변속 휠(shifting wheel), 측면 밀봉부 중 하나에 고정된 홀더(holder), 및 리테이닝 링(retaining ring)으로 구성된다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 축방향으로 슬라이딩 부분(sliding part) 및/또는 변속 메커니즘에는 하나 이상의 고정 메커니즘(locking mechanism)이 제공된다.
본 발명에 따른 유압 기어 모터 및/또는 기어 펌프는 치형(teeth) 사이의 밀폐 간격(closed gap) 또는 밀폐 체적(closed volume)의 상쇄를 위해 하나 이상의 회전 상쇄 시스템(rotational compensation system)을 포함할 수 있는데, 이는 오직 로터가 회전축(X 및 Y) 주위로 회전되는 경우에만 적용된다(apply).
또 다른 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 유압 기어 모터 및/또는 기어 펌프는 하나 이상의 자동 평가 및 컨트롤 시스템(automatic evaluation and control system)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 연속 조절 출력 변수를 가진 트랜스미션은 유압, 공압 또는 회전 축적 시스템(accumulation system)에 사용하기에 적절하다.
회전 상쇄 시스템은, 장치의 고압 및 저압 부분들의 직접적인 상호연결(interconnection)이 상기 덕트를 통해서는 발생되지 않는 조건 하에서, 밀폐된 치형 공간(closed tooth space)으로부터 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 모터 및/또는 연속 가변 출구 흐름 체적을 가진 펌프의 저압 또는 고압 부분 내로의 흐름 덕트(flow duct)로 구성된다.
본 발명에 따른 연속 가변 출력 변수를 가진 트랜스미션 및/또는 본 발명에 따른 유압 기어 모터 및/또는 본 발명에 따른 기어 펌프의 로터는 회전 운동 또는 궤도 운동(orbital movement)을 위해 적절하다.
펌프는 서로의 내부로 슬라이딩되는 최소 2개의 로터 또는 회전 피스톤에 의해 형성되는데, 하나 이상의 로터는 외부 기어링(outer gearing)을 가질 것이며 하나 이상의 로터는 내부 기어링(inner gearing)을 가질 것이다. 한 로터와 다른 로터의 회전축은 동일하지 않다. 본 발명에서 로터는 동일하거나 또는 상이한 길이를 가질 수 있다. 상기 로터들은 외부 기어링을 가진 내부 로터의 기어 정점 또는 치형이 있기 때문에 다수의 지점에서 최소로 서로에 대해 접한다(abut)(또는 이 지점들은 최소 거리의 치형을 가진다). 내부 기어링을 가진 외부 로터의 기어 정점 또는 치형(이제부터는 오직 치형으로만 기재됨) 개수는 외부 기어링을 가진 내부 로터의 치형 개수보다 하나 더 많다.
상기 로터들은 축에 대해 4개 타입의 상대 운동을 가질 수 있다:
1. 두 로터 모두 오직 자신의 축 주위로만 회전한다.
2. 외부 로터는 회전하지 않으며 내부 로터는 궤도 운동을 수행한다.
3. 내부 로터는 회전하지 않으며 외부 로터는 궤도 운동을 수행한다.
4. 외부 로터와 내부 로터는 제한된 궤도 운동을 수행한다.
모든 로터들은 구동 로터(driving rotor) 뿐만 아니라 피동 로터(driven rotor)로서 작동될 수 있다. 두 로터 모두 구동되면(예컨대, 액체에 의해), 상기 로터들은 유압 모터 기능(hydraulic motor function)에서 작동되는데, 두 로터가 로터의 동기화 시스템을 포함하는 경우, 소위 제로 흐름 모드(zero flow mode) 동안에는 적용되지 않으며, 그 이유는 유압 모터가 제로 흐름 모드를 포함하지 않기 때문이다.
이러한 타입의 연속 펌프는 제로 속도로부터 연속적으로 로터의 상대적인 축방향 슬라이딩에 의해 치형의 흡입 및 배출 흐름 표면을 변경시키며, 비-출구 치형 공간(non-outlet tooth space) 형태의 펌프 내에 있는 초과 액체(excess liquid)는 출구로부터 입구로 궤적을 형성하고(orbit) 입구로부터 출구로 궤적을 형성한다. 유압 모터는 출구 상의 자유 표면(free surface)와 입구 상의 압축 표면(compression surface)을 가진다. 본 발명에 따른 펌프는 펌프의 입구 부분과 출구 부분 뿐만 아니라 로터 축의 방향에서 둘 모두 밀봉될 수 있는데, 이는 로터가 회전 운동으로만 작동되든지, 회전 운동과 궤도 운동을 모두 작동되든지, 또는 움직임이 없든지(motionless) 간에 몇몇 밀봉부가 축방향으로 이동될 수 있기 때문이다. 측면들로부터, 상기 로터들은 밀봉부(일부는 베어링(bearing)을 가진)로 밀봉되는데, 상기 밀봉부는 내부에 홈(groove) 또는 액체 매질(liquid medium)의 입구 및 출구 개구, 내부 로터의 샤프트를 위한 개구 또는 그 외의 다른 보조 개구(accessory opening) 및 홈(예컨대, 궤도 운동 기능을 위한 개구, 연결 개구 등)을 포함한다. 몇몇 밀봉부는 축방향으로 이동 로터들과 결합되어 이동되지만(move jointly), 이와 동시에 그들은 회전될 수 있으며, 또한 몇몇은 궤도 운동을 수행하고, 몇몇은 펌프의 일부 부분과 견고하게 고정되거나 그들은 몇몇 공통 운동(common movement)을 가진다. 모든 밀봉부들은 몇몇 부분들로 구성될 수 있다. 이 부분들은 연결되고 고정되며 이에 따라 상기 부분들은 내부 압력의 영향 하에서 또는 그 외의 다른 내부 또는 외부 힘들 하에서 분리되지 않고 액체 물질(liquid substance)의 누출(leakage)을 방지하기 위해서도 분리되지 않을 것이다. 모든 부분들은 몇몇 부분(중앙 본체, 본체 측면 밀봉부 등)들로 구성될 수 있는 펌프 본체에 장착된다. 몇몇 구성요소들은 본체와 견고하게 고정되며, 몇몇은 밀봉 시스템을 통해 또는 베어링을 통해 이동 가능하게 결부된다(attached movably). 샤프트 또는 그 외의 다른 메커니즘, 예컨대, 조절 또는 변속 메커니즘(이제부터는 오직 변속 메커니즘으로 지칭됨)을 통과하는 펌프의 입력 및 출력 개구는 상기 본체를 통해 제공된다. 상기 로터들과 몇몇 밀봉부들은 변속 메커니즘에 의해 서로에 대해 상대적으로 축방향으로 슬라이딩 가능하다. 이들의 상대적인 최대 축방향 슬라이딩은 로터들 중 가장 짧은 길이를 가진 로터에 의해 제공될 수 있다. 따라서, 로터들은 동일한 길이를 가질 수 있거나 또는 가질 수 없다. 변속 메커니즘은 최신형 파워 메커니즘(power mechanism)에 의해 형성될 수도 있다. 이는, 예를 들어, 유압, 공압, 전기, 전자, 기계적 원리 등에 따를 수 있거나 또는 이들의 조합을 따를 수도 있다. 상기 메커니즘은 축방향으로 슬라이딩 되는 연속 가변 변수를 가진 유압 모터 또는 펌프의 임의의 이동식 부분(movable part)에 결부되거나 연결될 수 있으며 이에 따라 로터의 상대적인 축방향 슬라이딩이 제공되는데, 이는 당업자에게 자명할 것이다.
본 발명에 따른 로터는 임의의 링(ring) 또는 세그먼트(segment)를 포함하지 않는다. 치형 사이의 간격(gap)에 있어서 입력 및 출력 압력은 측면(입구 또는 출력) 위에서의 치형 간격에 따라 항상 동일하다. (한 순간에서는, 소위 최대 체적 모드(maximal volume mode)에 있는 순간에서 하나의 치형 공간의 예외가 있는데, 종종 서로 반대인 둘 중 입력 뿐만 아니라 출력에도 연결되지 않으며 최소 체적 모드에서 결합된다). 이는 로터가 자신의 축 주위로 회전될 때 적용된다. 본 발명에 따른 로터는 활성(active) 및 비활성 부분(non-active part)으로 나뉘지 않지만, 펌프에서 치형은 소위 흡입 표면(입구 상에서)을 형성하고 전달 표면(출구 상에서)을 형성하며 유압 모터에서는 압력 표면(입구 상에서)을 형성하고 자유 표면(출구 상에서)을 형성한다. 한 장치에서 출력 상의 표면과 입력 상의 표면은 항상 똑같은데, 제로 속도로부터 연속적으로 변화되며 상쇄 및 동기화 시스템으로 인해 흐름율 양에 대해 비례적이 된다. 이에 따라 전달된 토크도 변경된다. 로터의 궤도 운동에서, 입구 또는 출구는 내부 기어링을 가진 로터의 각각의 치형 공간으로 독립적으로 설계되며(designed separately) 따라서 상기 개별 입구 및 출구는 두 모드에서 작동되며 본체 내에서 중앙 입구 또는 출구로 전환되어야 한다.
상쇄 시스템은 회전 시스템 및 평면 시스템으로 나뉘어질 수 있다:
회전 상쇄 시스템은 모두 치형 사이의 모든 밀폐 간격에 관한 것으로서 즉각적인 흐름 체적 및 펌프 회전 속도, 펌프 내의 위치에 좌우된다. 펌프의 입력 부분 상에 진공 영역(vacuum zone)이 있으며, 출력 부분 상에서는 압력 영역(pressure zone)이 있다. 반드시 대칭일 필요가 없으며, 그것은 디자인(design)의 문제이다. 궤도 펌프(유압 모터)에 있어서 상쇄가 필수 요건이 아니다. 회전 상쇄 시스템은 예컨대, 제로 흐름 모드를 포함하는 WO/2011/129776호에 따른 연속 가변 출력 흐름 체적을 가지며, 펌프의 부분들 내 또는 밀봉부 내의 덕트 또는 전달 개구를 통해 각각의 밀폐 치형 공간으로의 연결부를 가진 펌프에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 가스 쿠션(gas cushion)을 가진 유압 용기 또는 펌프의 저압의 입력 부분에 연결된 덕트는 치형 사이의 밀폐 간격들 내의 초과 압력의 상쇄를 위해 사용될 수 있다. 이에 따라, 종래 기술로부터 다양한 타입의 유압 상쇄기(hydraulic compensator)가 사용될 수 있다. 이들은 회전 운동으로 체적을 변화시키는 치형 사이의 밀폐 간격 내에 연결된다.
평면 상쇄 시스템은 로터의 측면 상에서 2개의 밀의 표면 차이, 변속 메커니즘 및 펌프 내의 상쇄된 공간(단면(section)으로 지칭됨)의 설정(setting) 및 위치에 좌우된다. 몇몇 단면들이 외주를 따라 이동되면, 표면 상쇄는 예컨대, 연속 가변 흐름 체적을 가진 펌프를 결부시킴으로써 체적 변화에 의해 보완될 수 있다(supplemented). 외부 로터의 외주를 따라 치형 사이의 간격의 체적 변화는 똑같은 특징 또는 크기를 가지지 않으며, 이에 따라 로터의 코그 정점(cog apex) 직경 뿐만 아니라 두 로터의 축의 상대적 위치도 차이가 나게 된다. 상기 상쇄는 단면에서 외주 주위에 적용되며, 이들은 예컨대, 입력 단면(input section), 출력 단면(output section)으로 나뉠 수 있고, 각각의 밀폐 치형 공간(closed tooth space)은 개별 단면이다. 물론, 이 단면들은 3개 보다 더 많을 수 있다. 하지만 그들 모두가 다 사용되어야 하는 것은 아니다. 외부 로터 내의 치형 사이에 간격이 있기 때문에 상당히 많은 궤도 펌프(유압 모터)가 있을 것이다. 거기서, 평면 상쇄 시스템은 외주 상의 위치에 좌우되지 않을 것이다. 평면 상쇄 시스템은 다양한 펌프, 피스톤을 가진 실린더 등에 의해 형성될 수 있으며, 이들은 적절한 양의 액체 매질을 예컨대, 측면 밀봉부 등 내에 위치되거나 연결된 치형 사이의 간격의 각각의 단면으로부터 제거하거나 상기 단면에 추가할 수 있을 것이다. 이것은 종래 기술로부터 공지된 사실이며 당업자에게는 평면 상쇄 시스템을 각각의 단면에 연결하는 것이 명백하고 문제가 전혀 없는 일이다.
궤도 펌프(유압 모터)를 제외하고는, 두 상쇄 시스템은 치형 사이의 밀폐 간격에 모두 적용되며, 몇몇 경우에서는 두 상쇄 시스템은 하나로 조합될 수도 있다.
일반적으로, 연속 가변 흐름을 가진 펌프의 정상적인 작동을 제공하기 위하여, 각각의 밀폐 치형 공간의 상쇄를 보장하는 것이 필요하다고 말할 수 있는데, 이는 하나의 회전(제로 표면을 가진 제로 모드를 제외하고는) 동안 치형 공간이 밀폐될 때, 각각의 치형 공간의 최대 체적량의 위치 전에 오직 1도(degree) 만큼, 체적이 계속 변화하기 때문이며, 또는 다른 위치 동안, 치형 공간이 밀폐될 때, 액체가 비압축성이기 때문이다. 이와 마찬가지로, 임의의 이유로부터, 체적이 변경되는 모든 흐름 모드(flow mode)에서 제로 흐름으로부터 최대한 최대 구성 흐름 체적(maximal constructional flow volume)까지 연속 가변 흐름을 가진 펌프의 정확한 기능을 제공하기 위하여, 모든 치형 공간, 심지어 밀폐되지 않는 치형 공간도 상쇄해야 한다. 연속 가변 흐름을 가진 펌프의 출구 체적(outlet volume)은 로터에 의해 형성된 출구 표면에 대해 비례적이며 제로로부터 연속적으로 로터의 상대적인 축방향 슬라이딩에 의해 변화되고, 치형 사이의 생성된 비-출구 간격(non-outlet gap)에서 펌프 내에 발생하는 초과 액체는 연속 가변 흐름을 가진 펌프의 출구로부터 입구로 회전되고 입구로부터 출구로도 회전된다.
상쇄 시스템은 독립적으로 조절될 수 있거나 운동 메커니즘(movement mechanism)에 의해 조절될 수 있다. 덜 복잡한 펌프(less demanding pump)에서는, 특정 상쇄 시스템이 반드시 필요하지 않으며, 체적 변화는 무시된다(disregarded). 밀봉을 증가시키기 위하여, 치형 사이의 간격을 더 많이 밀폐할 수 있지만, 재조절(readjustment) 동안 그들로부터 액체 매질을 제거하거나 또는 액체 매질을 추가해야 한다. 이 경우, 상쇄 시스템은 충분한 양의 액체 매질을 포함해야 하며, 이는 재조절된 밀폐 공간의 체적 변화에 따를 뿐만 아니라 치형 사이의 밀폐 간격의 전체 총 체적에 따른다. 또한, 치형 사이의 몇몇 밀폐 간격은 연결될 수 있으며 액체 매질은 그들 사이를 통과할 수 있다. 따라서, 하나보다 더 많은 상쇄 시스템이 있을 수 있으며 이들은 최대 체적 모드에서 고압 또는 저압 측면에 따라 치형 사이의 개별 밀폐 간격에 개별적으로 연결될 수 있거나 또는 이들 중 몇몇은 결합된 압력(united pressure) 상에서 상호 연결될 수 있다(mutually linked). 또한, 상기 운동 메커니즘은 펌프 내의 내부 압력 상황에서 부분적으로 좌우될 뿐 아니라 또한, 위에서 언급한 체적 변화에 좌우되며, 따라서 이 사실은 변속 메커니즘을 디자인할 때 고려되어야 하는 요인이다. 상기 상황은 예컨대, 변속 메커니즘 상의 피드백(feedback)으로 출력 또는 입력 압력에 의해 매우 쉽게 상쇄될 수 있는데, 이는 당업자에게 자명하다. 따라서, 변속 메커니즘에는 고정 시스템(locking system)이 제공될 수 있는데, 상기 고정 시스템은 안정적인 흐름 체적을 제공하거나 또는 수동으로 또는 자동으로 설정될 수 있는 그 외의 다른 작동 모드(예컨대, 제로 흐름 모드)를 제공할 것이다. 상기 고정 시스템은, 종래 기술로부터 공지된 다양한 메커니즘, 가령, 브레이크(brake), 래치(latch), 페그(peg) 또는 핀(pin), 개별적으로 또는 컨트롤 시스템을 이용하여 기계식 또는 전자식 수단에 의해 변속 메커니즘의 차단(blocking) 등에 의해 형성될 수 있으며, 고정 시스템의 작동 동안 정적 및/또는 동적 모드에서 로터의 상대적인 축방향 운동을 불가능하게 만듬으로써 형성될 수도 있다. 상기 고정 시스템은 로터의 축방향 운동과 함께 이동되는 펌프의 임의의 부분(유압 모터)에 연결되거나 결합될 수 있는데, 이는 당업자에게 매우 자명한 사실이다. 이에 따라, 상기 고정 시스템은 운동 메커니즘에 대한 보완책(supplementary)일 뿐만 아니라 펌프, 유압 모터 또는 트랜스미션을 사용하는 기계 또는 장치에 대한 안전 특징(safety feature)으로 간주될 수 있다.
제로 모드(zero mode)는 2가지 방법으로 구현될 수 있다:
1. 제로 모드는, 변속 메커니즘의 재설정 길이(reset length)가 로터들 중 하나의 가장 짧은 길이와 동일하고 이에 따라 전달 표면(delivery surface)는 제로와 똑같도록, 최대 흐름 모드로부터 로터의 상대적인 축방향 슬라이딩에 의해 구현된다. (따라서, 출구 흐름 체적도 제로이다). 이 순간에서, 두 로터의 동기 회전(synchronic rotation)은 동기화 시스템에 의해 제공될 것이다. 동기화 시스템은 현재까지 알려져 있는 임의의 원리, 가령, 동기화 요소(synchronizing element), 로터, 체인 트랜스미션(chain transmission), 레버리지(leverage), 또는 지지 로터 등에 의해 형성될 수 있다. 상기 동기화 시스템은 적어도 두 로터가 제로 출구 흐름 표면을 생성할 때 작동된다. 동기화 시스템은 로터에 직접 연결되거나 또는 로터의 동기화를 제공하고 동일하거나 또는 비례적인 상대 회전을 가진 그 외의 다른 부분들에 연결된다.
2. 또한, 제로 흐름은 (로터의 최소 출구 흐름 표면, 예컨대, 1 mm2에 의해) 최소 흐름 체적을 제공하고, 그것을 바이패스 조절 부분을 통해 출력으로부터 예컨대, 바이패스 덕트 내의 조절 볼트(밸브)에 의해 조절되는 입력으로 돌림으로써(returning), 구현될 수 있다. 바이패스 조절 부분의 작동 동안, 출구 흐름 체적은 출력 유압 저항(output hydraulic resistance)에 좌우될 뿐 아니라 바이패스 조절 부분의 유압 저항에 좌우될 것이다. 상기 조절 부분을 밀폐한 후에, 펌프는 제한 없이 작동될 것이다. 상기 조절된 전달 부분은 몇몇 기능(function)을 가질 수 있으며 또한 펌프의 오버로드(overload)에 대해 사용되는 안전 특징(safety feature)로서, 이러한 펌프를 사용하여 기계 또는 장치의 오사용을 방지하는 요소로서, 또는 유압 모터를 위한 유압 브레이크 조정기로서 작동될 수 있다.
바이패스 조절 부분을 가진 유압 모터는 유압장치로서 작동될 수 있으며, 심지어, 연속 조절식 유압 브레이크로서 작동될 수 있으며 초과 압력은 축적될 수 있다. 상기 압력은 연속적으로 변경될 수 있으며 상이한 출력 압력은 심지어 동일한 제동 파워(brake power)에서도 구현될 수 있는데, 이는 유압 모터의 자유 표면이 연속적으로 변경될 수 있기 때문이다.
축적기(accumulator)가 유압, 공압, 회전 또는 이와 유사한 원리에 따라 좌우될 수 있다. 다양한 타입의 유압 및 공압 축적기가 있다.
이는 예를 들어, 유압 모터의 출력으로부터 압력 액체 매질이 채워진 가스 쿠션(gas cushion)을 가진 압력 용기(pressure container)일 수 있으며 이에 따라 압력 형태(pressure form) 내의 에너지가 축적된다. 플라이휠(flywheel)의 원리에 따라 회전 축적기(rotational accumulator)일 수도 있다.
연속 트랜스미션은 자동 평가 및 컨트롤 시스템과 협력할 수 있어서(cooperate) 이에 따라 자동 연속 트랜스미션이 형성된다. 이로 인해, 소모율은 감소되고, 경제성은 증가되며 기계 및 장치의 사용 성능이 증가될 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다:
도 1은 외부 치형을 가진 내부 로터(회전 피스톤)이고 도 1a는 상기 내부 로터의 세로방향 단면;
도 2는 내부 치형을 가진 외부 로터의 횡단면이고 도 2a는 상기 외부 로터의 세로방향 단면;
도 3은 상쇄 실린더가 있는 슬라이딩 밀봉부의 횡단면이고 도 3a는 슬라이딩 밀봉부의 세로방향 단면;
도 4는 중앙 본체(슬라이딩 베어링이 있는)를 예시하는 도면이고 도 4a는 라인 D-D를 따라 중앙 본체를 절단한 단면;
도 5는 내부 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부를 도시하고 도 5a는 슬라이딩 밀봉부의 세로방향 단면;
도 6은 흐름 조절 볼트;
도 7은 구동 나사가 있는 변속 휠;
도 8은 변속 메커니즘 홀더를 도시한 2개의 도면;
도 9는 펌프의 입력 샤프트, 유압 모터의 출력 샤프트이고, 도 9a 내지 9c는 샤프트의 다양한 세부도면이며 도 9d는 라인 D-D를 따라 절단한 샤프트 횡단면;
도 10은 중앙 본체의 측면 밀봉부이고, 도 10a는 측면 밀봉부의 세로방향 단면;
도 11은 입력 및 출력 개구 및 최소 흐름 스톱이 있는 중앙 본체의 측면 밀봉부이고, 도 11a는 측면 밀봉부의 세로방향 단면이며 도 11b는 라인 B-B를 따라 절단한 단면;
도 12는 연속 가변 출구 흐름 체적을 가진 펌프의 절단도;
도 13은 연속 가변 출구 흐름 체적을 가진 펌프의 분해도;
도 14, 도 14a 및 도 14b는 흐름 체적의 3개 위치(0%, 50%, 100%)에 있는 펌프;
도 15는 연속 조절 출력 변수를 가진 트랜스미션의 실시예들 중 하나의 부분 단면;
도 16은 평면 상쇄 시스템의 개략적인 상쇄 평면;
도 17은 한 예에 따라 평면 상쇄 시스템을 단면들로 나눈 도면;
도 18은 상쇄 피스톤을 예시한 도면이다.
도 15에 도시된 연속 조절 출구 변수를 가진 트랜스미션(1)이 기어 펌프(2)와 유압 기어 모터(3)로 구성되는데, 여기서 하나 이상의 펌프(2), 또는 유압 모터(3)는 연속 조절 변수(continuously adjustable parameter)를 가진다. 상기 예에서, 2개의 장치 즉 기어 펌프(2)와 유압 기어 모터(3)는 연속 조절 변수를 가진다. 연속 조절 출구 변수를 가진 트랜스미션(1)은 동일하거나 또는 비례적인 연속 조절 회전(continuous adjustment revolution)을 가진 하나 또는 그 이상의 출력 샤프트(5, 6)와 입력 샤프트(4)를 포함한다. 본 발명에 따른 트랜스미션은 집중화된(centralized) 일체형 구조로 구성될 수 있거나 또는 비집중화된(decentralized) 구조로 구성될 수 있으며, 기어 펌프(2)는 유압 기어 모터(3)로부터 떨어져 위치되고 액체 매질(liquid medium)이 유압 덕트(19)를 통해 흐른다. 펌프(2) 및 유압 모터(3)는 동일하거나 상이하게 구성될 수 있으며 상기 펌프 및 유압 모터에는 홀더(13), 변속 휠(14) 및　리테이닝 링(15)으로 구성된 변속 메커니즘이 제공된다. 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프(2)는 하나 이상의 평면 상쇄 시스템을 포함한다. 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프(2)는 외부 치형을 가진 내부 로터(8)가 상부에서 슬라이딩하는 입력 샤프트(4)를 포함하는데, 상기 외부 치형은 내부 치형을 가진 외부 로터(7) 내로 삽입되고 축(X 및 Y)을 따라 축방향으로 상대적인 슬라이딩 운동을 한다. 로터(8)에는 측면들로부터 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부(10)와 내부 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부(9)가 제공되며 상쇄 실린더는 리테이닝 링(15)으로 고정된다. 상기 부분들은 바이패스 조절 부분(bypass regulated part)에 의해 연결된 출구 개구(22)와 입구 개구(21)를 가진 측면 밀봉부(11) 및 측면 밀봉부(12)와 중앙 본체(18)에 끼워맞춤된다(fitted). 평면 상쇄 시스템의 상쇄 피스톤(23)은 측면 밀봉부(11)에 견고하게 결부된다(attached).
도 1 내지 18은 유압 기어 모터, 유압 펌프 및 연속 가변 변수를 가진 트랜스미션의 상이한 부분들 뿐만 아니라 개별 장치들을 예시한다.
연속 가변 변수를 가진 트랜스미션(1)은 본 발명에 따라 형성된 연속 가변 출구 흐름 체적을 가진 하나의 펌프(2), 및 연속 가변 회전을 가진 하나의 유압 모터(3)로 구성된다. 또한, 연속 가변 출구 흐름 체적을 가진 펌프(2)는 제로 흐름 모드(zero flow mode)를 포함한다. 4개의 단면에 4개의 평면 상쇄 시스템이 있으며 1 mm2의 최소 출구 흐름 표면에서 흐름 체적의 조절 볼트(16)를 가진 바이패스 조절 부분을 포함한다(도 16). 도 13은 연속 가변 회전을 가진 유압 모터(3)를 예시하는데, 이 유압 모터는 연속 가변 흐름 체적을 가진 펌프(2)와 동일하지만 조절 볼트(16)를 가진 바이패스 조절 부분을 포함하지는 않는다. 도 15는 연속 가변 출구 흐름 체적을 가진 펌프(2)와 유압 가변 회전 속도를 가진 유압 모터(3)를 예시하며, 상기 유압 모터는 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 모터(3)의 출구 개구(22)로부터 펌프(2)의 입구 개구(21)로 유압 덕트(19)에 유압 연결되고, 중공 볼트(도시되지 않음)가 펌프(2)의 출구 개구(22)로부터 연속 가변 회전을 가진 유압 모터(3)의 입구 개구(21) 상으로 배열된다.
연속 가변 출구 흐름 체적을 가진 펌프(2)의 제작은 다음과 같다. 외부 치형을 가진 하나의 내부 로터(8)가 입력 샤프트(4) 위에서 슬라이딩되어 내부 치형을 가진 하나의 외부 로터(7) 상으로 슬라이딩된다. 작동 동안, 이러한 로터(7 및 8)는 자체 축 주위로 회전되는데, 이 축들은 동일하지 않다. 상기 예에서, 외부 로터(7)는 축방향으로 슬라이딩 이동할 수 없으며 중앙 본체(18) 내에 슬라이딩 회전 가능하게 장착될 것이다(slidably rotatably mounted). 외부 로터(7) 내에 삽입된 내부 로터(8)를 가진 샤프트(4) 상에서 슬라이딩 이동되면, 변속 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부(9)와 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부(10)가 외부 치형을 가진 내부 로터(8)의 에지(edge)에 대해 슬라이딩 가능하게 접하게 된다(slidingly abut). 내부 스레드를 가진 제1 슬라이딩 밀봉부(9)와 상쇄 실린더를 가진 제2 변속 밀봉부(10)는 상이한 직경을 가진다. 상쇄 실린더를 가진 제2 변속 밀봉부(10)는 내부 로터(8)의 기어 정점(gear apex)의 직경과 똑같은 직경을 가지며 변속 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부(9)는 내부 치형을 가진 외부 로터(7)의 기어 정점의 직경에 상응하는 직경을 가진다. 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부(10)와 변속 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부(9)는 리테이닝 링(15)으로 고정된다. 상쇄 피스톤(23)이 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부(10) 내에서 이동되는데, 상쇄 피스톤(23)은 최소 흐름 스톱 및 출구 개구(22)와 입구 개구(21)를 가진 중앙 본체의 측면 밀봉부(11)로 견고하게 고정된다. 제1 단면에 있는 상쇄 피스톤은 제2, 제3 및 제4 단면에 있는 상쇄 피스톤에 대해 반대 작동 특성(inverse operation character)을 가진다. (제1 단면에 있는 피스톤이 흡입되면(sucking) 제2, 제3 및 제4 단면에 있는 피스톤들은 전달되며, 그 반대도 마찬가지이다). 시스템은 중앙 본체(18) 내에 내장되어(imbedded) 중앙 본체(18) 내의 외부 로터(7)는 축 주위로만 슬라이딩 회전되며 축방향 슬라이딩은 가능하지 않다. 중앙 본체(18)는 볼트(17)에 의해 중앙 본체의 측면 밀봉부(12)와 연결되고 중앙 본체(18)의 측면 밀봉부(11)과 연결된다. 중앙 본체의 측면 밀봉부(12) 상에서, 볼트로, 구동 나사가 있는 변속 휠(14)이 피벗 슬라이딩되며(pivotedly slid) 리테이닝 링(15)으로 고정되는 홀더(13)에 견고하게 장착된다. 중앙 본체(18)의 측면 밀봉부(11) 내에, 흐름 조절 볼트(16)를 사용하여 조절될 수 있는 바이패스 조절 부분, 최소 흐름 스톱, 출구 개구(22)와 입구 개구(21)가 생성된다. 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부(10)는 중앙 본체(18)의 측면 밀봉부(11) 내에서 축방향으로 이동되고, 변속 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부(9)는 측면 밀봉부(12) 내에서 축방향으로 이동된다.
정적 모드(static mode) 뿐만 아니라 동적 모드(dynamic mode)에서의 연속 가변 흐름 체적은 구동 나사를 가진 변속 휠(14)에 의해 수동으로 제공된다.
위에서 언급한 실시예는 기본적으로 연속 가변 출구 흐름 체적을 가진 펌프(2) 뿐만 아니라 연속 트랜스미션(1)을 가장 단순하게 나타내고 해결책(solution)의 성질을 이해하도록 이용된다. 위에 기술한 내용으로부터, 연속 가변 출구 흐름 체적을 가진 펌프(2) 뿐만 아니라 연속 트랜스미션(1)은 그 외의 다른 실시예들에서도 생성될 수 있다는 사실이 자명한데, 이 실시예들은 모두 본 발명의 청구범위 내에 제공될 것이다. 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 모터(3)와 연속 가변 출구 흐름 체적을 가진 펌프(2)는 기본적으로는 동일하다. 인용된 예들은 오직 예시 목적을 위해 제공된 것으로서, 이에 따라 이 예들은 청구항들을 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 모터(3)와 연속 가변 출구 흐름 체적을 가진 펌프(2)는 그 외의 다른 펌프와 유압 모터를 사용하는 연속 트랜스미션(1)을 생성한다.
산업상 이용가능성
본 발명의 기술적인 해결책에 따른 연속 트랜스미션은 광범위한 사용 용도를 가진다. 수송, 농업, 임업, 기계적 엔지니어링 등에 적용가능하다. 연속 트랜스미션의 개별 구성요소(component)는 개별적으로 사용될 수 있는데, 가령, 예컨대, 헬스케어, 식품산업, 화학 산업에서의 주입 펌프(dosing pump)로서 사용될 수 있으며; 그 밖의 유압 구성요소와 협력적으로 광범위하게 사용할 수도 있다. 이 구성요소들은 최근까지 제작된 유압 모터와 펌프들을 교체할 수 있으며 그로 인한 기계 및 장치 작동의 경제성(economy)을 증가시킬 수 있다. 본 발명은, 수송에 있어서, 연속 가변 토크(continuous variable torque)로 사용되며, 유압 컨버터 없이 또는 커플링(coupling) 없이 제로(zero) 속도로부터 작동될 수 있는 자동 연속 트랜스미션 또는 연속 트랜스미션으로서 가장 많이 사용된다. 이러한 활용성은 자전거로부터 모터사이클, 승용차 및 화물차, 트랙터, 콤바인(combine harvester), 선박, 항공기 뿐만 아니라 불도저, 로딩 머신(loading machine), 굴삭기(excavator), 크레인, 엘리베이터 또는 국방 기술 등에도 적용될 것이다.

Claims (17)

  1. 회전축(Y)과 내부 치형을 가진 하나 이상의 외부 로터(7) 내에 삽입될 수 있으며 외부 치형을 가진 하나 이상의 내부 로터(8)가 상부에 장착되는, 회전축(X)을 가진 샤프트(5)로 구성된 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터로서, 내부 치형을 가진 외부 로터(7)의 치형 개수는 외부 치형을 가진 내부 로터(8)의 치형 개수보다 하나 더 많고 출구 개구(22)와 입구 개구(21)를 포함하는, 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터에 있어서,
    내부 치형을 가진 외부 로터(7)와 외부 치형을 가진 내부 로터(8)는 축방향으로 하나 이상의 간격 정도(degree of clearance)를 가지며, 측면으로부터, 균일하지 않은 직경의 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부(10)와 내부 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부(9)가 제공되고, 내부 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부(9)는 내부 치형을 가진 외부 로터(7)의 기어 정점(gear apex)의 내측 직경에 상응하는 직경을 가지며 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부(10)는 외부 치형을 가진 내부 로터(8)의 기어 정점의 외측 직경에 상응하는 직경을 가지고, 슬라이딩 밀봉부(9 및 10)의 균일하지 않은 직경 때문에 로터(7 및 8)의 상대적인 축방향 이동이 발생되는 내부 체적 변화의 상쇄를 위해 하나 이상의 평면 상쇄 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터.
  2. 제1항에 있어서, 샤프트(5)로서, 동일하거나 또는 비례적인 회전을 가지는 출력 샤프트(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 바이패스 조절 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중앙 본체(18)가 외부 로터(7) 상에서 슬라이딩되거나, 또는 중앙 본체(18)와 측면 밀봉부(11) 및 측면 밀봉부(12)는 측면들로부터 배열되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 변속 메커니즘이 제공되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 축방향에서 이동가능한 부분 및/또는 변속 메커니즘에는 하나 이상의 고정 메커니즘이 제공되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 치형 사이의 밀폐 간격(closed gap) 또는 밀폐 체적(closed volume)의 상쇄를 위한 하나 이상의 회전 상쇄 시스템을 포함하며 로터(7 및 8)가 축(X 및 Y) 주위로 회전하는 경우에만 적용되는(apply) 것을 특징으로 하는 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 유압, 공압 또는 회전 축적 시스템(accumulation system)에 사용하기 위한 것을 특징으로 하는 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터.
  9. 회전축(Y)과 내부 치형을 가진 외부 로터(7) 내에 삽입될 수 있으며 외부 치형을 가진 하나 이상의 내부 로터(8)가 상부에 장착되는, 회전축(X)을 가진 샤프트(4)를 포함하는 연속 가변 출구 흐름 체적을 가진 기어 펌프로서, 내부 치형을 가진 외부 로터(7)의 치형 개수는 외부 치형을 가진 내부 로터(8)의 치형 개수보다 하나 더 많고 출구 개구(22)와 입구 개구(21)를 포함하는, 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프에 있어서,
    내부 치형을 가진 외부 로터(7)와 외부 치형을 가진 내부 로터(8)는 축방향으로 하나 이상의 간격 정도(degree of clearance)를 가지며, 측면으로부터, 균일하지 않은 직경의 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부(10)와 내부 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부(9)가 제공되고, 내부 스레드를 가진 슬라이딩 밀봉부(9)는 내부 치형을 가진 외부 로터(7)의 기어 정점(gear apex)의 내측 직경에 상응하는 직경을 가지며 상쇄 실린더를 가진 슬라이딩 밀봉부(10)는 외부 치형을 가진 내부 로터(8)의 기어 정점의 외측 직경에 상응하는 직경을 가지고, 슬라이딩 밀봉부(9 및 10)의 균일하지 않은 직경 때문에 로터(7 및 8)의 상대적인 축방향 이동이 발생되는 내부 체적 변화의 상쇄를 위해 하나 이상의 평면 상쇄 시스템을 포함하고 로터(7 및 8)의 동기화 시스템 또는 바이패스 조절 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프.
  10. 제9항에 있어서, 중앙 본체(18)가 외부 로터(7) 상에서 슬라이딩되거나, 또는 중앙 본체(18)와 측면 밀봉부(11) 및 측면 밀봉부(12)는 측면들로부터 배열되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 하나 이상의 변속 메커니즘이 제공되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 축방향에서 이동가능한 부분 및/또는 변속 메커니즘에는 하나 이상의 고정 메커니즘이 제공되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 치형 사이의 밀폐 간격(closed gap) 또는 밀폐 체적(closed volume)의 상쇄를 위한 하나 이상의 회전 상쇄 시스템을 포함하며 로터(7 및 8)가 축(X 및 Y) 주위로 회전하는 경우에만 적용되는(apply) 것을 특징으로 하는 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 유압, 공압 또는 회전 축적 시스템(accumulation system)에 사용하기 위한 것을 특징으로 하는 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 연속 가변 출력 흐름 체적을 가진 기어 펌프(2)의 로터(7 및 8)는 구동할(driving) 수 있을 뿐만 아니라 구동될(driven) 수 있는 것을 특징으로 하는 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프.
  16. 연속 조절 출력 변수를 가진 트랜스미션에 있어서,
    상기 트랜스미션은 최소 하나의 유압 모터와 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 연속 가변 출력 흐름 체적을 가진 최소 하나의 기어 펌프(2); 또는 최소 하나의 펌프와 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 연속 가변 회전 속도를 가진 최소 하나의 유압 기어 모터(3); 또는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 연속 가변 회전 속도를 가진 최소 하나의 유압 기어 모터(3) 및 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 연속 가변 출력 흐름 체적을 가진 최소 하나의 기어 펌프(2)로 구성되며, 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프(2) 또는 펌프의 출력이 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터(3) 또는 유압 모터의 입구와 연결되고, 연속 가변 회전 속도를 가진 유압 기어 모터(3) 또는 유압 모터의 출구는 연속 가변 흐름 체적을 가진 기어 펌프(2) 또는 펌프의 입구와 연결되는 것을 특징으로 하는 연속 조절 출력 변수를 가진 트랜스미션.
  17. 제16항에 있어서, 하나 이상의 자동 평가 및 컨트롤 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 조절 출력 변수를 가진 트랜스미션.
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