KR20160065425A - 2중 노치가 형성된 베인 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2중 노치를 갖는 베인 펌프에 관한 것으로, 펌프 하우징과; 상기 펌프 하우징 내에서 회전하고 복수의 베인을 구비한 로터와; 상기 로터와 상기 펌프 하우징 사이에 배치되며, 상기 로터와 복수의 상기 베인에 의해 구획되는 펌핑실을 형성하는 캠링과; 상기 로터에 회전력을 전달하도록 회전하는 중심인 회전축선을 따라 회전 가능하게 상기 로터를 관통하는 구동축과; 유체의 팽창 행정을 행하는 상기 펌프실에 대응하여 유체를 흡입하는 흡입 포트와; 유체의 압축 행정을 행하는 상기 펌프실에 대응하여 유체를 배출하는 하는 토출 포트와; 상기 토출 포트가 형성되고 상기 베인 및 상기 로터가 습동되는 습동면을 가지며 상기 하우징에 결합된 사이드 플레이트와; 상기 토출 포트의 회전방향 단부의 수직면에서 V자 형상으로 함몰 형성된 제1 노치와; 상기 제1 노치의 시작점에서 상기 제1 노치의 상측에 형성된 제2 노치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명에 따르면 소음을 감소시킬 수 있으며, 급격한 압력 변화를 예방할 수 있고, 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

2중 노치가 형성된 베인 펌프{Vane Pump with Dual overlapped Notch}
본 발명은 베인 펌프에 관한 것으로, 보다 구체적으로 토출 포트와 연통되는 노치의 구조를 개선한 2중 노치가 형성된 베인 펌프에 관한 것이다.
본 발명은 차량용 파워 스티어링 장치, 엔진 등에 작동 유체를 공급하는 베인 펌프를 포함한다.
종래 이러한 베인 펌프로 예를 들면, 일본 특개평10-89266호 공보, 일본 등록특허공보 특허 제3813783호 등에 개시되어 있다. 이 종래의 예의 베인 펌프는 토출 포트와 연통된 노치가 토출 포트의 수직측벽과 만나는 부분이 연속적으로 형성되어 있어 급격한 압력 변화를 피할 수 없거나, 이를 피하기 위하여 노치가 토출 포트의 수직 측벽과 만나는 부분이 불연속적이면서 노치 폭의 변화율이 거지고 노치 깊이의 변화율도 커지는 구성으로 이루어져 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인의 등록특허 제1337836호도 개시되어 있다.
그러나, 이러한 종래기술은 회전수에 비례하여 소음이 증가하여 특히 고속에서 소음 등이 다소 높아 바람직하지 않다.
본 발명의 목적은, 특히 고속회전시 소음을 감소시킬 수 있는 2중 노치가 형성된 베인 펌프를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 압력의 급격한 변화를 예방할 수 있는 2중 노치가 형성된 베인 펌프를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 베인 펌프의 내구성을 향상시킬 수 있는 2중 노치가 형성된 베인 펌프를 제공하는 것이다.
과제의 해결 수단
본 발명의 목적은, 유체가 출입 가능하게 마련된 펌프 하우징과; 상기 펌프 하우징 내에서 회전하고 복수의 베인을 구비한 로터와; 상기 로터와 상기 펌프 하우징 사이에 배치되며, 상기 로터와 복수의 상기 베인에 의해 구획되는 펌핑실을 형성하는 캠링과; 상기 로터에 회전력을 전달하도록 회전하는 중심인 회전축선을 따라 회전 가능하게 상기 로터를 관통하는 구동축과; 유체의 팽창 행정을 행하는 상기 펌프실에 대응하여 유체를 흡입하는 흡입 포트와; 유체의 압축 행정을 행하는 상기 펌프실에 대응하여 유체를 배출하는 하는 토출 포트와; 상기 토출 포트가 형성되고 상기 베인 및 상기 로터가 습동되는 습동면을 가지며 상기 하우징에 결합된 사이드 플레이트와; 상기 토출 포트의 회전방향 단부의 수직면에서 V자 형상으로 함몰 형성된 제1 노치와; 상기 제1 노치의 시작점에서 상기 제1 노치의 상측에 형성된 제2 노치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2중 노치를 갖는 베인 펌프에 의하여 달성된다.
또한, 상기 제1 노치 시작점에서의 깊이는 상기 제2 노치 시작점에서의 깊이보다 깊고, 상기 제1 노치 시작점에서의 폭은 상기 제2 노치 시작점에서의 폭보다 좁은 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 노치의 끝점은 상기 제2 노치의 끝점보다 상기 토출 포트에서 더 이격된 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2노치가 상기 사이드 플레이트와 만나서 형성되는 외곽선을 이은 선은 둥근 형상을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은, 유체가 출입 가능하게 마련된 펌프 하우징과; 상기 펌프 하우징 내에서 회전하고 복수의 베인을 구비한 로터와; 상기 로터와 상기 펌프 하우징 사이에 배치되며, 상기 로터와 복수의 상기 베인에 의해 구획되는 펌핑실을 형성하는 캠링과; 상기 로터에 회전력을 전달하도록 회전하는 중심인 회전축선을 따라 회전 가능하게 상기 로터를 관통하는 구동축과; 유체의 팽창 행정을 행하는 상기 펌프실에 대응하여 유체를 흡입하는 흡입 포트와; 유체의 압축 행정을 행하는 상기 펌프실에 대응하여 유체를 배출하는 하는 토출 포트와; 상기 토출 포트가 형성되고 상기 베인 및 상기 로터가 습동되는 습동면을 가지며 상기 하우징에 결합된 사이드 플레이트와; 상기 토출 포트의 회전방향 단부의 수직면에서 V자 형상으로 함몰 형성된 제1 노치와; 상기 제1 노치의 시작점에서 상기 제1 노치의 상측에 형성된 제2 노치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2중 노치를 갖는 베인 펌프에 의하여 달성된다.
또한, 상기 제1 노치 시작점에서의 깊이는 상기 제2 노치 시작점에서의 깊이보다 깊고, 상기 제1 노치 시작점에서의 폭은 상기 제2 노치 시작점에서의 폭보다 좁은 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 노치의 끝점은 상기 제2 노치의 끝점보다 상기 토출 포트에서 더 이격된 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2노치가 상기 사이드 플레이트와 만나서 형성되는 외곽선을 이은 선은 둥근 형상을 포함하는 것이 바람직하다.
이에, 본 발명에 따르면, 특히 고속회전시 소음을 감소시킬 수 있고, 압력의 급격한 변화를 예방할 수 있으며, 내구성을 향상시킬 수 있는 2중 노치가 형성된 베인 펌프를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 베인 펌프의 분해 사시도,
도 2는 도 1의 종단면도,
도 3은 도 2의 측단면도,
도 4는 사이드 플레이트의 평면도,
도 5는 제1 노치 및 제2 노치를 설명하기 위한 개략도,
도 6은 본 발명에 따른 제품을 속도에 따라 테스트한 결과 그래프,
도 7은 내구성 시험을 한 이후의 본 발명과 비교예의 사진이다.
본 발명의 일실시예에 따른 이중 노치를 갖는 베인 펌프(이하에서 '베인 펌프'로 약칭한다)에 대하여 도 1 내지 도 7을 참고하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 베인 펌프의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 종단면도이며, 도 3은 도 2의 측단면도이고, 도 4는 사이드 플레이트의 평면도이며, 도 5는 제1 노치 및 제2 노치를 설명하기 위한 개략도이고, 도 6은 본 발명에 따른 제품을 속도에 따라 테스트한 결과 그래프이며, 도 7은 내구성 시험을 한 이후의 본 발명과 비교예의 사진이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 베인 펌프(100)는, 유체가 출입 가능하게 마련된 펌프 하우징(110)과, 로터(123)와, 캠링(121)과, 구동축(127)과, 흡입 포트(161)와, 토출 포트(163)와, 사이드 플레이트(131)와, 노치(170)를 포함한다.
베인 펌프(100)는, 상기 토출 포트(163)의 회전방향 단부의 수직면에서 V자 형상으로 함몰 형성된 제1 노치(170)와; 상기 제1 노치(170)의 시작점(171a)에서 상기 제1 노치(170)의 상측에 형성된 제2 노치(190);를 구비한다.
그리고, 본 출원인의 전술한 등록특허 제3813783호의 구성과 대부분 유사하기 때문에 이하에서 설명을 하지 않은 부분은 본 출원인의 등록특허를 참조하는 것이 바람직하다.
펌프 하우징(110)은 베인 펌프(100)의 구성을 지지하고 외관을 형성한다. 펌프 하우징(110)은 엔진 등과 벨트, 체인 등의 동력 전달 수단과 결합되는 풀리(미도시) 등과 결합되어 베인 펌프(100)에 구동력을 제공하는 구동축(127) 측에 마련되어 로터(123), 캠링(121) 등을 수용하여 결합 가능한 프런트 하우징(113)과, 프런트 하우징(113)과 결합되어 압력실(153)을 형성하는 리어 하우징(115)으로 나누어진다.
프런트 하우징(113)과 리어 하우징(115)은 내측에 베인 펌프의 회전하는 구성을 지지하며, 볼트를 포함하는 체결 수단(BT11a)에 의하여 견고하게 결합된다.
설명하지 않은 참조번호 'o-ring'은 각 구성 사이에 결합 되어 누설을 차단하는 실링 수단을 나타내고, BRG은 구동축의 축 하중을 지지하는 베어링을 나타내며, PIN11은 캠링(121) 및 사이드 플레이트(131)의 위치를 결정하는 위치 결정링을 각각 나타낸다.
프런트 하우징(113)에는 사이드 플레이트(131)가 수용되고, 사이드 플레이트(131) 상측으로 캠링(121)이 배치되어 결합된다. 캠링(121)의 내주에는 캠 프로파일의 주기가 180도가 되는 캠면(미도시)이 형성되어 있다.
로터(123)는 캠링(121) 내에 구동축(127)의 외주에 스플라인 등에 의해 결합되고, 로터(123)의 외주면에 방사 방향으로 마련된 복수의 안내 슬릿(125a) 내에 베인(125)이 슬라이딩 가능하게 수용되어 있다. 이 베인(125)의 선단면은 캠링(121)의 내주인 캠면(121a)에 항시 접하여 슬라이딩 되는 상태이다.
로터(123) 및 각 베인(125)의 한쪽 측면은 리어 하우징(115)의 단면과 슬라이딩되고 또한 다른쪽 측면은 사이드 플레이트(131)의 단면과 슬라이딩되는 상태이기 때문에 캠링(121)의 캠면(121a)와 로터(123)의 외주면과의 사이에 복수의 베인(125)에 의해 구획된 압력실(153)이 형성되고, 각 압력실(153)은 로터(123)의 회전에 의해 용적이 변화하도록 되어 있다.
사이드 플레이트(131)의 습동면에는 팽창 행정을 하는 펌프실(미도시)과, 이에 대응하여 흡입 포트(161)가 형성되고, 또한, 압축 행정을 하는 펌프실(미도시)와 이에 대응하는 토출 포트(163)가 형성되며, 각 안내 슬릿(125a)의 축심측에 형성된 베인 배압실(125b)에 연통하는 배압 그루브(125c)가 형성되어 있다. 여기서, 각 배압 그루브(125c)는 토출 포트(163)와 배압 유로(125d)에 의해 연통되어 있다.
흡입 포트(161)와 토출 포트(163)는 각각 한 쌍으로 마련되어 회전 축선(RCL)을 중심으로 대칭되는 위치에 각각 마련되어 있다.
흡입 포트(161)는 리어 하우징(115) 또는 프런트 하우징(113) 내에 형성된 바이패스 유로(미도시)를 경유하고 미도시된 리저버와 연결된 흡입구(미도시)와 연통되어 있다. 또한 토출 포트(163)는 프런트 하우징(113)에 형성되어 작동 유체가 토출되는 미도시된 토출구와 연통된다.
토출 포트(163)는 가압된 유체가 토출되는 영역으로 회전 축선(RCL)에서 원주 방향을 따라 길게 형성되어 있으며, 베인(125)의 회전 방향을 따라 후방측에 제1 노치(170) 및 제2 노치(190)과 연통되어 있다.
각 노치(170, 190)은 사이드 플레이트(131)의 습동면이 판면의 일측이고, 토출 포트의 후방 수직 단부인 수직벽(163a)인 각 노치의 시작점(171a, 191a)이 마련된다.
여기서 제1 노치(170) 시작점(171a)에서의 깊이(도 4의 'H2' 참조)는 제2 노치(190) 시작점(191a)에서의 깊이(도 4의 'H1' 참조)보다 깊고, 제1 노치(170) 시작점(171a)에서의 폭(도 5b의 'W1b' 참조)은 상기 제2 노치(190) 시작점(191a)에서의 폭(도 5b의 'W2' 참조)보다 좁은 것이 바람직하다.
또한, 제1 노치(170)의 끝점(171b)은 상기 제2 노치(190)의 끝점(191b)보다 상기 토출 포트(163)에서 더 이격된 것이 바람직하다.
즉, 제1 노치(170)은 시작점(171a)에서의 폭은 제2 노치(190)의 폭보다 좁고 깊으면서, 길이는 길게 형성되어 있고, 제2 노치(190)는 제1 노치(170)보다 시작점(171a)에서의 폭은 제2 노치(190)의 폭보다 넓고 얕으면서, 길이는 보다 작게 형성되어 있다. 즉, 노치(170, 190)이 시작되는 영역인 수직벽(163a)에서의 제1 노치(170)의 폭은 제2 노치(190)의 폭의 약 2.5 ~1.8배 정도인 것이 바람직하고 이러한 넓은 제2 노치(190)의 넓은 폭에 의해 특히 고속에서의 원활한 유체 흐름을 유도하여 소음을 감소시킬 수 있음을 실험 결과 알 수 있었다.
한편, 제1 노치(170)의 각도(도 5a의 'α1' 참조)는 제2 노치(190)의 각도(도 5a의 'α2' 참조)보다 더 크게 형성되어 있다. 일예로 제1 노치(170)의 각도는 66도이고, 제2 노치(190)의 각도는 100도이다.
또한, 제2 노치(190)가 사이드 플레이트(131)의 판면과 만나는 외곽선(193)은 제1 노치(170)의 직선으로 형성된 외곽선(미도시)이 아니고 곡선 형태를 구비한 것이 바람직하다. 이러한 곡선 형태를 구비한 제2 노치(190)의 외곽선(193)으로 인해 제2 노치(190)의 전체적인 체적이 직선의 외곽선의 경우보다 동일한 거리를 기준으로 넓은 체적을 확보할 수 있어 보조 챔버와 같은 기능을 수행할 수 있어 바람직한 형태이다.
또한, 제2 노치(190)의 단면을 이루는 선은 도 5(a)에서와 같이 직선이나 필요에 따라 직선부의 외측으로 다소 둥근 형태의 곡선으로 마련되어 직선의 경우보다 더 넓은 체적을 차지할 수 있도록 변형도 가능함은 물론이다.
이러한 형상에 의해 제1 노치(170) 부분의 깊이에서 안내되는 유체가 제2 노치(190)의 체적과 같이 넓은 보조 챔버 기능을 하는 체적으로 안내될 수 있어 후술하는 바와 같이 특히 높은 소음이 발생되는 고속 회전에서 소음이 감소하는 효과를 얻을 수 있다고 판단된다.
각 노치(170, 190)의 중심선(미도시)는 회전 축선(RCL)을 중심으로 대칭되게 형성되는 것이 바람직하고 각 중심선은 도 4에서와 같이 평행하게 일정한 거리(도 4의 K 참조)로 이격 형성되는 것이 바람직하다.
노치(170, 190)은 로터(123)의 회전과 함께 같은 방향으로 이동하는 압력실(153)과 최초로 연통을 개시하는 토출 포트(163)의 선단부를 구성하고 있기 때문에 로터(123)의 회전 방향과 반대로 노치(170)의 폭 및 깊이를 서서히 축소되는 형상을 갖는다.
본 발명에 따른 실시예들에 따른 노치(170, 190)을 종래 기술과 비교할 실험 결과는 도 6의 그래프와 같다.
이 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 저속인 1130rpm에서는 비교예(적색 그래프)의 소음이 65.4dB(A)이고 본 발명(분홍색)의 소음이 67.4dB(A)이나, 2820rpm에서 비교예의 소음은 73.7dB(A)이고 본 발명의 소음은 71.3dB(A)로 다소 소음이 개선되었고, 특히 6780rpm의 고속영역에서는 비교예의 소음은 93.7dB(A)인 반면 본 발명의 소음은 88.1dB(A)임을 알 수 있어 특히, 고속 회전으로 가면 갈수록 소음이 개선되는 효과가 점점 더 커짐을 알 수 있다.
이러한 소음 발생은 유체의 흐름에 따른 캐비테이션에서 유발되므로 소음의 감소는 캐비테이션을 감소시키고 맥동과 진동도 동시에 감소시켜서 베인 펌프(100)의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 7에서 보는 바와 같이 모터링(변속기) 고속 내구 시험(6000rpm, 50K, 120℃)을 한 결과 본 발명에 따른 제품은 11시간 동안의 시험에도 표면에 이상이 없었으나 비교예의 경우에는 1시간 이후와 4시간 이후의 사진에서와 같이 부분적으로 표면에 이상이 발생됨을 확인할 수 있어 본 발명에 따른 경우 내구성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 베인 펌프(100)의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.
풀리를 통해 입력된 구동력에 의해 구동축(127)이 회전하면 로터(123)가 도 3의 반시계 방향으로 회전한다. 미도시된 리저버에 수용된 유체가 흡입구를 경유하여, 양측의 각 흡입 포트(161)에서 압력실(153)로 흡입되고, 가압된 상태에서 압력실(153)에서 토출 포트(163)로 안내된다.
이 경우, 팽창 행정을 행하는 예비 압축 과정에 있어서, 2개의 베인(125)에 의해 구획된 압력실(153)이 흡입 포트(161)측에 개구된 팽창 행정에서 베인(125)에 의해 흡입 포트(161)를 닫는 상태의 예비 압축 행정을 행한 후 양 각 압력실(153)이 토출 포트(163)측으로 개구되는 팽창 행정의 이행 단계에 있어서 먼저 노치(170)가 그 선단에서 양측의 각 압력실(153)로 개구하고 서서히 그 개구 면적이 커지는 방향으로 변화하기 때문에 토출 포트(163)측의 급격한 압력 변화가 억제될 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 베인 펌프는, 소음을 줄일 수 있으며, 압력의 급격한 변화를 예방할 수 있으며 내수성을 향상시킬 수 있다는 장점을 갖는다.
전술한 실시예들 이외에도 본 발명은 다양한 실시예로 이루어질 수 있음은 물론이다.
여기서, 본 발명의 여러 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
100 : 베인 펌프 110 : 하우징
113 : 프런트 하우징 115 : 리어 하우징
121 : 캠링
123 : 로터 125 : 베인
125a : 안내 슬릿 125b : 베인 배압실
125c : 배압 그루브 125d : 배압 유로
127 : 구동축
131 : 사이드 플레이트 131a : 습동면
153 : 압력실 161 : 흡입 포트
163 : 토출 포트 163a : 수직벽
170 : 제1 노치 171a: 노치1 시작점
171b : 노치1 끝점 190 : 제2 노치
191a : 노치2 시작점 191b : 노치2 끝점
193 : 노치2 외곽선 RCL : 회전 축선

Claims (4)

  1. 유체가 출입 가능하게 마련된 펌프 하우징과;
    상기 펌프 하우징 내에서 회전하고 복수의 베인을 구비한 로터와;
    상기 로터와 상기 펌프 하우징 사이에 배치되며, 상기 로터와 복수의 상기 베인에 의해 구획되는 펌핑실을 형성하는 캠링과;
    상기 로터에 회전력을 전달하도록 회전하는 중심인 회전축선을 따라 회전 가능하게 상기 로터를 관통하는 구동축과;
    유체의 팽창 행정을 행하는 상기 펌프실에 대응하여 유체를 흡입하는 흡입 포트와;
    유체의 압축 행정을 행하는 상기 펌프실에 대응하여 유체를 배출하는 하는 토출 포트와;
    상기 토출 포트가 형성되고 상기 베인 및 상기 로터가 습동되는 습동면을 가지며 상기 하우징에 결합된 사이드 플레이트와;
    상기 토출 포트의 회전방향 단부의 수직면에서 V자 형상으로 함몰 형성된 제1 노치와;
    상기 제1 노치의 시작점에서 상기 제1 노치의 상측에 형성된 제2 노치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2중 노치를 갖는 베인 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노치 시작점에서의 깊이는 상기 제2 노치 시작점에서의 깊이보다 깊고,
    상기 제1 노치 시작점에서의 폭은 상기 제2 노치 시작점에서의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 2중 노치를 갖는 베인 펌프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 노치의 끝점은 상기 제2 노치의 끝점보다 상기 토출 포트에서 더 이격된 것을 특징으로 하는 2중 노치를 갖는 베인 펌프
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2노치가 상기 사이드 플레이트와 만나서 형성되는 외곽선을 이은 선은 둥근 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 2중 노치를 갖는 베인 펌프.
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