KR20230159416A - 유체 전달 장치 - Google Patents

Abstract

적어도 제1 로터 치형을 구비하는 제1 로터 및 제2 로터 치형을 구비하는 제2 로터를 갖는 용적형 기어 펌프 또는 기어 유압 모터로서, 제1 로터 치형은 제2 로터 치형과 맞물린다. 제1 로터 챔버는 제1 로터 치형 사이에서 정의되며 제2 로터 챔버는 제2 로터 치형 사이에서 정의된다. 로터가 맞물림에 따라, 제1 로터 챔버, 제2 로터 챔버 또는 둘 모두는 여기서 2차 챔버로 지칭되는 것을 형성하기 위해 둘러싸이게 되거나 실질적으로 둘러싸이게 된다. 2차 챔버의 압력 변동은 제1 로터, 제2 로터 또는 둘 다의 내부 흐름 채널에 의해 완화되어 제1 로터 챔버와 제2 로터 챔버 사이에 유체 연결을 생성한다. 제1 로터는 내부 기어 로터일 수 있거나 두 로터 모두 외부 기어 로터일 수 있다.

Description

유체 전달 장치

기어 펌프 및 기어 유압 모터

기어 펌프 및 기어 유압 모터는 회전 부분에서 실질적으로 밀폐된 챔버를 형성할 수 있으며, 이는 워터 해머(water hammer) 및 난류를 야기하는 부피 변화를 가져올 수 있다.

입구 유동 채널과 출구 유동 채널을 정의하는 하우징, 제1 로터 및 제2 로터를 포함하는 용적형 유체 전달 장치(positive displacement fluid transfer device)가 제공된다. 제1 로터는 제1 로터 축을 중심으로 하우징 내에서 회전하도록 장착되며 제1 로터 치형(first rotor teeth)을 가지며, 제1 로터 치형 사이에 적어도 부분적으로 제1 로터 챔버를 형성하며, 각각의 제1 로터 챔버는 적어도 부분적으로 제1 로터 치형의 2 개의 제1 로터 치형에 의해 형성된다. 제2 로터는 제1 로터 축에 평행한 제2 로터 축을 중심으로 하우징 내에서 회전하도록 장착되며 제2 로터 치형을 가지며, 제2 로터 치형 사이에 적어도 부분적으로 제2 로터 챔버를 형성하며, 각각의 제2 로터 챔버는 적어도 부분적으로 제2 로터 치형의 2 개의 제2 치형에 의해 형성된다. 제1 로터 치형 및 제2 로터 치형은 유체 전달 장치의 맞물림 부분(meshing portion)에서 함께 맞물리도록 구성된다. 제1 로터 치형 및 제2 로터 치형은 장치의 출구 부분에서 맞물림부로 들어가고 제1 로터 치형 및 제2 로터 치형의 맞물림부는 장치의 출구 부분에서 제1 로터 챔버 및 제2 로터 챔버의 총 체적을 감소시키며, 적어도 제1 로터 챔버는 장치의 출구 부분에서 출구 흐름 채널로 개방된다. 제1 로터 치형 및 제2 로터 치형은 장치의 입구 부분에서 비맞물림되며, 제1 로터 치형 및 제2 로터 치형의 비맞물림부는 장치의 입구 부분에서 제1 로터 챔버 및 제2 로터 챔버의 총 부피를 증가시키며, 적어도 제1 로터 챔버 또는 적어도 제2 로터 챔버는 장치의 입구 부분에서 입구 흐름 채널로 개방된다. 제1 로터 및 제2 로터 중 적어도 하나는 장치의 입구 부분, 맞물림 부분 또는 출구 부분의 적어도 일부에서 제1 로터 챔버를 제2 로터 챔버와 연결하도록 배열된 내부 흐름 채널을 형성한다.

다양한 실시예에서, 다음 특징 중 하나 이상이 포함될 수 있다: 제1 로터 및 제2 로터 중 하나는 외부 로터일 수 있으며 제1 로터 및 제2 로터 중 다른 하나는 내부 로터일 수 있다. 외부 로터의 치형(외부 로터 치형)은 내부 기어 치형으로서 내부 로터의 치형(내부 로터 치형)과 맞물린다. 내부 로터와 외부 로터 사이에 초승달 시일(seal)이 있을 수 있다. 초승달 시일은 제1 로터 챔버의 초승달 시일 주위의 유체의 양의 변위를 위해 외부 로터 치형에 대해 밀봉할 수 있고, 제2 로터 챔버의 초승달 시일 주위의 유체의 양의 변위를 위해 내부 로터 치형에 대해 밀봉할 수 있으며, 또는 둘 다에 대해 밀봉할 수 있다. 외부 로터 축에 수직인 평면의 단면에서, 외부 로터 치형은 일반적으로 직선형 리딩 핀 표면과 일반적으로 직선형 트레일링 핀 표면을 포함하는 핀으로 형상화될 수 있으며, 내부 로터 치형은 둥근 리딩 로브 표면 및 둥근 트레일링 로브 표면을 포함하는 로브로서 형상화되며, 리딩 로브 표면은 트레일링 핀 표면과 접촉하도록 배열되며 트레일링 로브 표면은 리딩 핀 표면과 접촉하도록 배열된다. 외부 로터 축에 수직인 다른 평면은 동일하거나 상이한 단면을 가질 수 있다. 여기서, 리딩 및 트레일링 방향은 로터의 회전에 의해 정의되며, 로터가 내부 기어 배열로 맞물리므로 외부 로터의 회전 방향은 내부 로터의 회전 방향이기도 하다. 외부 로터 핀은 내부 로터 로브의 2배의 수일 수 있다. 평면의 단면에서, 리딩 및 트레일링 핀 표면은 직선일 수 있으며 리딩 및 트레일링 로브 표면은 원형 호일 수 있다. 외부 로터 핀의 제1 핀은 제1 변위량만큼 외부 로터 축을 통해 제1 방사형 라인으로부터 트레일링 방향으로 변위되고 이와 평행한 리딩 핀 표면의 리딩 제1 핀 표면을 가질 수 있으며, 외부 로터 핀의 대향 핀은 외부 로터 핀의 제1 핀과 회전 대칭이며, 내부 로터 로브의 제1 로브는 트레일링 호 형상으로 형성된 트레일링 로브 표면의 트레일링 제1 로브 표면을 가질 수 있으며, 트레일링 호 형상은 제1 클리어런스 값, 제1 변위량과 실질적으로 같거나 그보다 작은 트레일링 호 반경을 갖는다. 외부 로터 핀의 제2 핀은 제2 변위량에 의해 외부 로터 축을 통해 제2 반경 라인으로부터 리딩 방향으로 변위되고 이에 평행한 트레일링 핀 표면의 트레일링 제2 핀 표면을 가질 수 있으며, 외부 로터 핀의 제2 대향 핀은 외부 로터 핀의 제2 핀과 회전 대칭이며, 내부 로터 로브의 제2 로브는 리딩 호 형상으로 형성된 리딩 로브 표면의 리딩 제2 로브 표면을 가질 수 있으며, 리딩 호 형상은 제2 클리어런스 값, 제2 변위량과 실질적으로 같거나 그보다 작은 리딩 호 반경을 갖는다. 제1 변위량은 제2 변위량과 같다. 예를 들어, 위 사항이 로브인 제1 로브에 적용되는 경우, 트레일링 호 형상은 리딩 호 형상과 동심일 수 있으며, 리딩 제1 핀 표면은 트레일링 제2 핀 표면에 평행할 수 있다. 외부 로터 핀은 외부 로터를 중심으로 회전 대칭일 수 있으며 내부 로터 로브는 내부 로터를 중심으로 회전 대칭일 수 있다.

다른 실시예에서, 제1 로터 치형 및 제2 로터 치형은 외부 기어 치형으로서 맞물릴 수 있다.

이들 실시예 중 임의의 것에서, 내부 유동 채널은 제1 로터 치형 내에, 제2 로터 치형 내제 또는 둘 다 내에 있을 수 있다. 예에서, 제1 로터의 내부 흐름 채널은 모든 제2 제1 로터 돌출부 내에 있을 수 있고 제2 로터의 내부 흐름 채널은 모든 제2 제2 로터 돌출부 내에 있을 수 있다. 용적형 유체 전달 장치는 장치 전체에 걸쳐 제1 로터 축에 실질적으로 수직인 유체 흐름을 지향하도록 배열될 수 있다. 용적형 유체 전달 장치는 펌프로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 내부 로터, 외부 로터 또는 둘 모두는 기계적 에너지원에 연결되어 펌프를 구동한다. 용적형 유체 전달 장치는 유압 모터로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 유체 압력은 내부 ㄹx터를 구동하며, 내부 로터는 기계적 에너지 수용기에 연결되거나, 또는 유체 압력은 외부 로터를 구동하며, 외부 로터는 기계적 에너지 수용기에 연결되거나, 둘 다이다.

장치 및 방법의 이러한 양태와 다른 양태는 청구범위에 기재된다.

이제 도면을 참조하여 실시예가 설명될 것이며, 도면에서 유사한 참조 문자는 예를 들어 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예의 축방향 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 내부 로터의 화도(pictorial view)이다.
도 3은 도 2의 내부 로터의 축방향 단면도이다.
도 4는 외부 장치에 연결될 수 있는 외부 로터 샤프트를 포함하는 개시된 유체 전달된 장치의 비제한적인 실시예의 측단면도이다.
도 5는 입구 및 출구 사이의 등거리 지점 및 상사점(TDC, Top Dead Center) 사이의 각도를 도시하는 도 1의 실시예의 단면도이다.
도 6은 전기 기계에 의해 구동되거나 전기 기계를 구동하도록 구성되는 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예의 화도이다.
도 7은 도 6에 도시된 유체 전달 장치의 측단면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 유체 전달 장치의 절개 등각도이다.
도 9는 내부 로터의 로브 내에 유체 흐름 채널을 갖는 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예의 축방향 단면도이다.
도 10은 외부 로터의 핀 내에 유체 흐름 채널을 갖는 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예의 축방향 단면도이다.
도 11은 내부 로터의 로브 및 외부 로터의 핀 내에 유체 흐름 채널을 갖는 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예의 축방향 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 실시예의 단면 등축도이다.
도 13은 도 11에 도시된 외부 로터의 화도이다.
도 14는 내부 로터의 축방향 단부에 위치된 유체 채널을 갖는 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예의 축방향 단면도이다.
도 15는 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예를 구성하는데 사용되는 형상의 개략도이다.
도 16은 3 개의 내부 로터 로브와 외부 로터의 핀 내의 유체 흐름 채널을 갖는 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예의 축방향 단면도이다.
도 17은 도 16에 도시된 실시예의 내부 로터, 외부 로터 및 초승달 시일의 화도이다.
도 18은 내부 로터의 축방향 단부 모두에 유체 흐름 채널을 갖는 개시된 유체 전달 장치의 실시예에 사용될 수 있는 바와 같은 내부 로터의 화도이다.
도 19는 상이한 직경의 호에 의해 형성되는 리딩 및 트레일링 표면을 갖는 내부 로터를 갖는 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예의 축방향 개략도이다.
도 20은 리딩 및 트레일링 표면이 호에 의해 형성되지 않고 내부 로터의 치형 내에 유체 흐름 채널을 갖는 내부 로터 치형을 갖는 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예의 축방향 단면도이다.
도 21은 리딩 및 트레일링 표면이 호에 의해 형성되지 않고 외부 로터의 내부 돌출부 내에 유체 흐름 채널을 갖는 내부 로터 치형을 갖는 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예의 축방향 단면도이다.
도 22는 각 로터의 각 치형 내에 유체 흐름 채널을 갖는 2 개의 외부 기어 로터를 갖는 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예의 축방향 단면도이다.
도 23은 하나의 로터만의 각 치형 내의 유체 흐름 채널을 갖는 2 개의 외부 기어 로터를 갖는 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예의 축방향 단면도이다.
도 24는 각 로터의 다른 하나의 치형 내에 유체 흐름 채널을 갖는 2 개의 외부 기어 로터를 갖는 유체 전달 장치의 비제한적인 실시예의 축방향 단면도이다.

청구범위에 포함되는 것으로부터 벗어나지 않고 본 명세서에 설명된 실시예에 대해 중요하지 않은 수정이 이루어질 수 있다.

적어도 복수의 로터 및 하우징을 포함하는 유체 전달 장치를 설계하고 구성하는 설계 및 방법이 개시된다. 장치는 기존의 용적형 펌프와 구성이 유사할 수 있지만 이러한 장치에서 바람직하지 않을 수 있는 유체 해머(fluid hammer) 또는 공동 현상의 가능성을 줄이도록 설계된 추가 특징을 포함한다.

밀봉 접점은 본 개시에서 2 개의 로터 사이 또는 로터와 하우징 사이의 접촉 영역 또는 밀봉 근접성으로 정의된다. 본 개시에서 밀봉 근접성은 과도한 누출을 방지하기에 충분한 흐름 저항의 갭으로 정의된다.

용적형 장치는 하우징 및 장치의 일부에서 함께 맞물리는 기어 치형을 갖는 적어도 제1 로터 및 제2 로터를 포함할 수 있다. 용적형 장치는 추가 로터로 구성될 수도 있으며 이러한 추가 로터는 본 명세서에 개시된 것 내에 있다. 맞물리는 한 쌍의 로터에 있는 2 개의 로터중 하나는 제1 로터 및 제2 로터로 간주될 수 있다. 제1 로터는 제1 로터 축을 중심으로 하우징 내에서 회전하도록 장착되고 제2 로터는 제1 로터 축에 거의 평행한 제2 로터 축을 중심으로 하우징 내에서 회전하도록 장착된다. 용어 “치형”은 기어 치형으로 맞물리는 것을 나타내는데 사용되며, 반드시 방사상으로 배향된 구조를 의미하지는 않는다. 이들 장치는 하나의 로터가 외부 로터인 다른 로터 내에 위치되는 내부 로터인 장치를 포함할 수 있으며, 외부 로터는 내부 기어로서 내부 로터와 맞물린다. 도 1-21은 내부 로터 및 외부 로터를 갖는 본 개시에 따른 실시예를 개시한다. 용적형 장치는 나란히 맞물리는 2 개의 외부 기어 로터를 또한 포함할 수 있다. 도 22는 2 개의 외부 기어가 나란히 배열되고 외부 기어 치형으로 맞물리는 치형을 갖는 본 개시에 따른 실시예를 개시한다. 외부 기어는 동일한 크기로 도시되지만 크기가 다를 수 있다.

맞물림에서 떨어진 장치의 일부에서, 로터는 유체의 양의 변위를 위해 하우징과 실링 접촉을 가질 수 있다. 여기서 “하우징”은 하우징 내에 고정된 임의의 요소, 예를 들어 초승달 형상의 시일(초승달 시일이라고도 함)과 같은 로터 사이에 장착된 인서트를 포함할 수 있다. 유체는 제1 로터 치형 사이에 정의된 제1 로터 챔버 및 제2 로터 치형 사이에 정의된 제2 로터 챔버에서 장치를 통해 이동할 수 있다. 이들 챔버는 장치의 이 부분에서 실질적으로 폐쇄되고 일정한 부피를 가질 수 있다.

장치의 맞물림 부분에서, 제1 로터 치형 및 제2 로터 치형은 함께 맞물린다. 이 맞물림은 먼저 치형이 맞물림에 들어가고 맞물림으로부터 나가는 방법과 관련하여 논의된다.

제1 로터의 치형은 장치의 출구 부분에서 제2 챔버의 치형과 맞물리게 된다. 하우징은 출구 흐름 채널을 정의할 수 있으며, 적어도 제1 로터 챔버는 장치의 출구 부분에 있는 출구 흐름 채널에 개방된다. 여기서, 우리는 하나의 로터만이 출구에 직접적으로 개방된 챔버를 갖는 실시예에서 챔버가 출구로 직접 개방된(즉, 다른 로터의 챔버를 통하지 않고) 로터로서 제1 로터를 정의한다. 예를 들어, 아래에 설명된 특정 내부 기어 예에서는, 외부 로터 챔버만 출구로 직접 개방될 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는 내부 로터 챔버만이 출구로 직접 개방될 수 있다. 또한, 도 22에서와 같이 둘 다 출구로 직접 개방될 수 있다. 치형이 맞물림에 들어가면서, 이는 장치의 출구 부분을 통해 이동할 때 제1 로터 챔버 및 제2 로터의 총 부피가 감소한다. 장치의 출구 부분의 적어도 일부에서, 제1 로터 챔버는 후술하는 추가 특징 없이도 제2 로터 챔버에 개방될 수 있다.

제1 로터의 치형은 장치의 입구 부분에서 제2 로터의 치형과의 맞물림을 떠난다(맞물리지 않은 상태). 하우징은 입구 흐름 채널을 정의할 수 있으며, 적어도 제1 로터 챔버 또는 적어도 제2 로터 챔버는 장치의 입구 부분에서 입구 흐름 채널에 개방된다. 제1 로터 챔버만이 출구 부분에서 출구로 직접 개방된 경우, 제1 로터 챔버 또는 제2 로터 챔버 중 하나 또는 둘 모두는 예를 들어 반경방향으로 내측 입구 및 반경방향으로 외측 출구를 갖는 내부 기어 펌프에서 입구 부분에서 입구로 개방될 수 있다. 아래에 도시된 특정 예에서, 제1 로터 챔버는 출구로 개방된다. 치형이 맞물리지 않으면, 이는 장치의 입구 부분을 통해 이동할 때 제1 로터 챔버 및 제2 로터의 총 부피를 감소시킨다. 장치의 입구 부분의 적어도 일부에서, 제1 로터 챔버는 후술하는 추가적인 특징 없이도 제2 로터 챔버에 개방될 수 있다.

치형이 맞물림 부분을 통해 출구 부분에서 입구 부분으로 이동함에 따라, 추가적인 특징이 없으면 제1 로터 챔버는 제2 로터의 치형에 의해 밀봉될 수 있으며, 제2 로터 챔버는 제1 로터의 치형 또는 둘 모드에 의해 밀봉될 수 있다. 이는 워터 해머 또는 난류에 이를 수 있다. 따라서, 제1 로터, 제2 로터 또는 둘 모두에 의해 정의되는 내부 흐름 채널을 사용하여 제1 로터 챔버 및 제2 로터 챔버를 연결하는 것이 제안된다. 여기서 내부라는 단어는 다른 로터와 인터페이스하는 비축 베어링 표면에 대해 내부를 나타낸다. 도 18에 도시된 바와 같은 실시예는 축방향 표면에 유동 채널을 가질 수 있다. 이 축방향 표면은 일부 실시예에서 다른 로터의 단부 플레이트와 접촉할 수 있다. 일부 경우에, 내부 흐름 채널은 밀봉된 챔버를 입구 또는 출구에 직접 연결하고, 입구 또는 출구를 통해 간접적으로만 외부 로터의 챔버에 연결할 수 있다. 이러한 경우, 단어 “연결”은 이 간접 연결을 포함하기 위해 이 문서에서 사용된다. 내부 흐름 채널을 사용하면 치형 표면이 넓은 표면적으로 서로 지탱할 수 있으므로 유체 필름을 형성 및 유지하고 접촉 응력을 줄일 가능성이 향상된다. 특정 실시예와 관련하여 추가 세부 사항이 아래에서 논의된다. 일부 실시예에서, 제1 로터 및 제2 로터 중 하나는 외부 로터이고 제1 로터 및 제2 로터 중 다른 하나는 내부 로터이다. 외부 로터의 치형(외부 로터 치형)은 예를 들어 일반적으로 직선형인 리딩 핀 표면 및 일반적으로 직선형인 트레일링 핀 표면을 갖는 핀으로서 형상화될 수 있다. 편의를 위해, 외부 로터 치형은 설명에서 핀으로 지칭되지만 핀이 아닌 형태의 실시예도 고려된다. 내부 로터의 치형(내부 로터 치형)은 예를 들어 둥근 리딩 로브 표면 및 둥근 트레일링 로브 표면을 포함하는 로브로 형상화될 수 있다. 편의를 위해, 내부 로터 치형은 이 설명에서 로브로 지칭되지만 로브가 아닌 형태의 실시예도 고려된다. 용어 “리딩” 및 “트레일링”은 외부 로터의 회전에 의해 정의되며, 이는 또한 내부 기어 실시예에서 내부 로터의 회전 방향에 대응한다. 리딩 로브 표면은 트레일링 핀 표면과 접촉하도록 배열되며 트레일링 로브 표면은 리딩 핀 표면과 접촉하도록 배열된다. 내부 로터와 외부 로터 사이에 초승달 시일이 배열될 수 있다. 내부 로터 로브가 외부 로터와의 맞물림 영역을 벗어나면, 이들은 하우징에서 입구로부터 유체를 허용할 수 있으며, 이는 초승달 시일 주위의 외부 로터 핀 사이 및 내부 로터 로브 사이를 흐르며, 로브가 핀과의 맞물림 영역으로 다시 들어가면서 하우징에서 출구로 제거된다. 장치는 내부 로터 또는 외부 로터가 유동 흐름을 유도하도록 구동되도록 펌프로 작동할 수 있거나, 또는 외부 로터는 샤프트를 회전시키기 위해 유체 흐름에 의해 구동되거나 펌프 또는 유압 모터로 작동할 수 있다.

핀 및 로브 형상

본 문서 전체에 걸쳐, 특정 형상, 예를 들어 평평하거나 둥근 형상이 설명되는 경우, 형상은 외부 로터 축에 수직인 평면의 단면에서 발생할 수 있다. 외부 로터 축에 수직인 다른 평면의 단면에는 동일한 형상이 존재할 수 있거나(예를 들어, 원통형 단면 표면에 대응하는 호), 또는 존재하지만 회전될 수도 있거나(예를 들어, 나선형 형상, 미도시), 또는 원하는 맞물림에 대한 임의의 요구 사항에 대해 추가 변형이 있을 수 있다. 핀 형상의 외부 로터 치형 및 로브 형상의 내부 로터 치형을 갖는 일부 실시예에서, 특히 외부 로터 핀의 수가 내부 로터 로브의 2배인 경우(2:1 실시예), 핀 및 로브는 리딩 및 트레일링 핀 표면이 직선형이고 리딩 및 트레일링 로브 표면이 원형 호이도록 더 구체적으로 형상화될 수 있다. 핀의 수가 로브의 2 배인 경우, 이 반경에서 내부 로터의 일부가 외부 로터 축에 대한 직선 방사형 라인으로 이동하는 경우 내부 로터 상에 특정 반경이 있다. 이 반경에 원호의 중심을 위치시킴으로써 내부 로터 로브는 로터 회전의 일부에 대해 외부 로터 핀의 직선형 표면과 연속적으로 실링 접촉을 유지할 수 있다. 2:1 실시예에서, 각 로브는 일 측에 있는 2 개의 인접한 핀과 다른 측에 있는 2 개의 인접한 핀과 접촉할 수 있으며 다른 핀과는 절대 접촉할 수 없는 반면 핀은 2 개의 인접한 로브와 접촉할 수 있을 것이며 다른 로브와는 절대 접촉하지 않을 것이다. 따라서, 원칙적으로 로브를 서로 회전 대칭으로 만들거나 핀을 서로 회전 대칭으로 만드는 것이 필요하지 않다(각 핀이 그 대향 핀과 일반적으로 대칭이어야 하는 것을 제외함). 편의를 위해, 일반적으로 회전 대칭을 사용할 것으로 예상된다. 도면에 도시된 실시예에서, 외부 로터 핀은 외부 로터를 중심으로 회전 대칭이고 내부 로터 로브는 내부 로터를 중심으로 회전 대칭이다. 핀의 리딩 표면 및 대응하는 로브의 트레일링 표면은 다음과 같이 그리고 도 15에 도시된 바와 같이 관련될 수 있다. 외부 로터 핀의 제1 핀(15040)은 제1 변위량(15055)에 의해 외부 로터 축을 통해 제1 방사상 라인(15050)으로부터의 트레일링 방향에 평행하고 이로 변위되는 리딩 핀 표면의 리딩 제1 핀 표면(15045)을 가질 수 있다. 제1 로브(15070)의 로브 중심(15060)에 대한 호 중심(15000)의 위치 차이가 과장되어 방사상 라인(15055)이 리딩 에지(15045)에 평행하게 나타나지 않는다는 점에 유의한다. 또한, 일부 실시예에서 연속적인 핀의 핀 표면은 호 중심이 동심이 아니더라도 평행하게 만들어질 수 있다. 이러한 경우, 방사상 라인(15050)은 대신 로브 중심(15060)의 외부 로터에 대한 이동 경로에 대응하도록 이동될 수 있다. 따라서, 장치의 회전의 일부에 걸쳐 리딩 제1 핀 표면과 트레일링 제1 로브 표면 사이의 연속적인 실링 접촉을 유지하기 위해, 트레일링 호 형상은 클리어런스 값(15065)과 같은 클리어런스 값, 제1 변위량과 실질적으로 같거나 그보다 작은 트레일링 호 반경을 가질 수 있다. 대안적으로 로브(15070)를 가로지르는 거리는 클리어런스 값, 제1 변위량의 합과 실질적으로 동일하거나 그보다 작도록 구성될 수 있다.

마찬가지로, 핀의 트레일링 표면 및 대응하는 로브의 리딩 표면은 아래와 같이 그리고 도 15에 도시된 바와 같이 관련될 수 있다. 외부 로터 핀의 제2 핀(15046)은 제2 변위량에 의해 외부 로터 축(15044)을 통해 제2 방사상 라인(미도시지만 호 중심(15015)을 통과함)으로부터 리딩 방향에 평행하거나 이로 변위되는 트레일링 핀 표면의 트레일링 제2 핀 표면(15048)을 가질 수 있다. 제2 방사상 라인은 제1 로브(15070)의 리딩 호 중심(15015)의 외부 로터에 대한 이동 경로에 대응할 수 있다. 다시, 제1 로브(15070)의 로브 중심(15060)에 대한 호 중심(15015)의 위치의 차이가 과장되어 호 중심(15015)을 통한 방사상 라인이 이 도면에서 리딩 에지(15045)에 평행하게 나타나지 않을 것이다. 또한, 일부 실시예에서 연속적인 핀의 핀 표면은 호 중심이 동심이 아니더라도 평행하게 만들어질 수 있다. 이 경우, 방사상 라인(15050)은 대신 제1 로브(15070)의 로브 중심(15060)의 외부 로터에 대한 이동 경로에 대응하도록 이동될 수 있다. 따라서, 장치의 회전의 일부에 걸쳐 트레일링 제1 핀 표면과 리딩 제1 로브 표면 사이의 연속적인 실링 접촉을 유지하기 위해, 트레일링 호 형상은 제1 클리어런스 값, 제2 변위량과 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 리딩 호 반경을 가질 수 있다.

제2 변위량은 제1 변위량과 같거나 다를 수 있다. 동일한 로브에 있더라도 리딩 및 트레일링 표면은 서로 다른 호 반경을 가질 수 있다. 도면에 도시된 대부분의 특정 실시예에서, 변위량 및 이에 따른 호 반경은 동일하다. 도 19는 변위량이 동일하지 않은 실시예를 도시한다.

내부 로터의 리딩 및 트레일링 원통형 단면 표면의 호 중심이 일치하는 실시예에서, 내부 로터 로브의 리딩 표면과 외부 로터 상의 대응하는 핀의 트레일링 표면 사이의 접촉 경로는 내부 로터 상의 로브의 트레일링 표면과 외부 로터 상의 대응하는 핀의 리딩 표면 사이의 접촉 경로에 평행할 수 있다. 따라서, 하나의 로브를 위에서 설명된 “제1 로브” 및 “제2 로브” 모두로 간주하면, 트레일링 호 형상이 리딩 호 형상과 동심인 경우, 리딩 제1 핀 표면은 일정한(가능하면 0을 포함) 클리어런스를 유지하기 위해 트레일링 제2 핀 표면에 평행하다. 다른 실시예에서, 내부 로터의 리딩 및 트레일링 원통형 표면의 호 중심은 도 15에 도시된 바와 같이 일치하지 않을 수 있거나, 리딩 및 트레일링 원통형 표면이 상이한 반경을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 호 중심은 위에서 언급된 내부 로터의 축으로부터 특정 반경에 있을 수 있어서 해당 반경의 해당 지점은 외부 로터에 대해 직선 방사상 라인으로 이동한다. 따라서, 원통형 표면은 원통형 표면의 반경에 의해 원통형 표면의 호 중심이 이동하는 직선 방사상 라인에 평행하고 이로부터 오프셋되는 외부 로터 표면과 내부 로터의 회전의 일부에 걸쳐 연속적인 접촉을 가질 수 있다. 내부 로터 피트의 리딩 및 트레일링 표면이 일치하지 않는 호 중심을 갖는 경우, 내부 로터 피트와 접촉하는 외부 로터 핀은 평행하지 않은 직선형 표면을 가질 수 있으며, 내부 로터 피트의 리딩 및 트레일링 표면이 상이한 호 ㅎ반경을 갖는 경우, 외부 로터 핀 표면은 외부 로터의 반경으로부터 대응하는 상이한 오프셋을 가질 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이 외부 로터 핀의 실링 표면은 평행할 필요가 없다. 변형은 허용될 수 있으며, 예를 들어 내부 로터 실링 표면은 완벽하게 원통형일 필요는 없다.

도 15는 내부 로터(15020)의 기하학적 구조가 어떻게 도출될 수 있는지에 대한 비제한적인 예를 도시한다. 화살표(15095)는 내부 로터(15020)의 원하는 회전 방향을 도시한다. 내부 로터(15020)는 리딩 에지(15030) 및 트레일링 에지(15035)를 갖는다. 리딩 에지(15030)는 제1 원(및 호) 중심(15015)을 갖는 제1 원(15010)에 대응하는 원형 호를 정의할 수 있다. 트레일링 에지(15035)는 제2 원(및 호) 중심(15000)을 갖는 제2 원(15025)에 대응하는 원형 호를 정의할 수 있다. 이러한 실시예에서, 임의의 주어진 내부 로터 피트와 접촉하는 외부 로터 핀 표면(미도시)은 평행하지 않아 표면이 외부 로터의 축으로부터의 더 큰 거리를 정의하는 반역에서 더 이격되며, 반대로 트레일링 호 표면의 호 중심이 리딩 호 표면의 호 중심 앞에 있는 실시예에서, 임의의 주어진 내부 로터 피트와 접촉하는 외부 로터 핀 표면의 쌍은 평행할 수 있다.

이와 같은 수정은 내부 로터에 대해 유체 압력으로 인해 발생하는 외부 로터의 회전력을 편향시키거나, 내부 로터 로브와 외부 로터 핀 사이의 롤링 vs 슬라이딩 접촉의 비율을 증가시키거나, 또는 다른 바람직한 효과를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 로브(19005)는 각각 리딩 에지(19010)의 반경이 트레일링 에지(19015)에 동일하지 않은 리딩 표면(19010) 및 트레일링 표면(19015)을 갖는다. 이러한 전술한 비제한적인 실시예에서, 트레일링 에지(19015)의 반경은 리딩 에지(19010)의 반경보다 크지만 리딩 에지(19010)의 반경은 트레일링 에지(19015)보다 크도록 구성될 수 있다. 참고로 초승달(19020) 및 방사상 핀(19025)을 갖는 외부 로터(19030)는 도 19에 도시된다. 유체 경로(19035)의 어레이는 내부 로터(19000)의 로브(19005) 내에 위치되며 인접한 로브 사이의 루트로부터 전술한 로브(19005)의 외부 직경에 걸쳐 있다. 참조로 화살표(19040)는 회전 방향을 도시한다.

로브의 동심 호 리딩 및 트레일링 면, 및 동일한 방사상 범위를 갖는 핀 표면을 갖는 적어도 실시예에서, 내부 로터의 트레일링 표면이 외부 로터의 리딩 표면과 접촉하거나 근접하게 밀봉될 때, 외부 로터의 트레일링 표면은 내부 로터의 리딩 표면과 접촉하거나 근접하게 밀봉되어 챔버 사이의 누출 경로를 방지한다.

2차 챔버

전술한 것과 같은 유체 전달 장치 및 종래의 기어 펌프는 일반적으로 워터 해머를 일으킬 수 있는 2차 챔버를 형성한다. 여기서 2차 챔버는 즉 장치의 회전 위치에서 다른 로터의 치형에 의해 실질적으로 둘러싸이고 입구, 출구와 접촉되지 않는 내부 로터 챔버 또는 외부 로터 챔버의 챔버 또는 특히 이들 챔버의 릴리프를 위해 본 문서에 설명된 바와 같은 흐름 채널을 통한 것을 제외하는 외부 로터의 챔버를 의미한다. 예를 들어, 도 20의 기어 펌프는 외부 로터(20005) 및 내부 로터(20010)를 가지며 화살표(20040)에 표시된 방향으로 회전한다. 내부 로터 챔버의 2차 챔버(20015)는 내부 로터 치형(20025) 및 외부 로터 치형(20030)의 리딩 에지 사이의 밀봉 접촉 및 내부 로터 치형(20035) 및 외부 로터 치형의 트레일링 에지 사이의 밀봉 접촉에 의해 정의되는 영역에 형성된다.

마찬가지로, 도 22에 도시된 기어 펌프는 화살표(22040)로 표시된 방향으로 회전하는 제1 로터(22005) 및 화살표(22045)로 표시된 방향으로 회전하는 제2 로터(22010)를 갖는다. 제1 로터 챔버의 2차 챔버(22015)는 제1 로터 외향 돌출부(22020) 및 제2 로터 외향 돌출부(22025)의 리딩 에지 및 제1 로터 외향 돌출부(22030) 및 제2 로터 외향 돌출부(22025)의 트레일링 에지 사이의 밀봉 접촉에 의해 형성된다. 내부 로터와 외부 로터 모두에 제공된 유동 경로(22030)에 의해 릴리프가 제공된다. 도 23에 도시된 바와 같은 다른 실시예에서, 유동 경로(220030)는 단지 1 개의 로터에만 존재할 수 있다. 도 24에 도시된 것과 같은 다른 실시예에서, 유동 경로(220030)는 두 로터의 매 제2 치형마다 존재할 수 있다.

2차 챔버를 갖는 다른 용적형 유체 장치가 아래에 설명될 것이다.

이러한 2차 챔버 밖으로 유동 경로가 없다면, 특정 작동 조건 동안 유체 해머 또는 진공 스파이크가 발생할 것이다. 도 20에 도시된 비제한적인 예에서, 2차 챔버로부터의 흐름 경로는 2 개의 인접한 내부 로터 외향 돌출부 사이의 영역으로부터 트레일링 내부 로터 외향 돌출부의 팁으로 이어지는 내부 로터 외향 돌출부 내에 위치된다. 도 21에 도시된 다른 비제한적인 예에서, 21010과 같은 2차 챔버로부터의 흐름 경로(21005)는 예를 들어 접촉 표면의 방사상으로 외부에서 방사상으로 내부 사이에서 내부 로터 외향 돌출부와 접촉하는 내향 돌출부의 리딩 및 트레일링 표면 사이를 안내하는 21015와 같은 외부 로터 내향 돌출부 내에 위치된다. 장치는 이러한 흐름 경로 중 하나 또는 이들의 조합과 함께 사용될 수 있다.

도 9에 도시된 비제한적인 예에서, 10035와 같은 2차 챔버로부터의 흐름 경로는 내부 로터 로브 내에 위치되며, 2 개의 인접한 내부 로터 로부 사이의 접합부 영역으로부터 트레일링 로브의 팁으로 이어진다. 도 10에 도시된 다른 비제한적인 예에서, 12035와 같이 2차 챔버로부터의 흐름 경로는 예를 들어 접촉 표면의 방사상으로 외부에서 방사상으로 내부 사이에서 내부 로터 로브와 접촉하는 핀의 리딩 및 트레일링 표면 사이를 안내하는 외부 로터 핀 내에 위치된다. 장치는 이들 흐름 경로 중 하나 또는 이들의 조합과 함께 사용될 수 있다.

도 1에 도시된 비제한적인 실시예에서, 회전 변위 장치는 펌프의 배출 구역에서 내부 로터 및 외부 로터가 함께 맞물리기 때문에 부피가 집합적으로 감소하고 펌프의 흡입 구역에서 부피가 집합적으로 증가하는 챔버(라벨 필요)를 형성하기 위해 함께 회전하고 상호 작용하는 외부 로터(110) 및 내부 로터(105)를 포함한다. 전체 부피에서, 챔버는 초승달 시일(170)에 의해 내부 및 외부 부분으로 분할될 수 있다. 도 1-14에 도시된 비제한적인 예에서, 내부 로터는 4 개의 방사상 돌출부를 가지며 외부 로터는 8 개의 방사상 돌출부를 갖는다. 다른 많은 로브 및 핀의 수는 2:1 비율로 사용될 수 있다. 발명자는 2:1 이외의 비율이 다른 수의 내부 로터 및 외부 로터 돌출부에서도 실행 가능하다고 예상한다.

도 1-8에 도시된 비제한적인 실시예에서, 내부 로터(105)는 외부 로터(110)의 절반 속도로 회전한다. 외부 로터(110)는 외부 로터(110) 원통형 밀봉 표면의 반경의 중심의 경로에 평행하고 이와 오프셋되는 트레일링 면(140) 및 리딩 면(120, 145)을 갖는 방사상 돌출부(115)(본 문서에서 외부 로터 핀(115)이라고 함)를 갖는다. 반경 중심 지점으로부터의 이들 오프셋은 각각의 내부 로터 피트(135)의 토(125) 및 힐(130)의 접촉 호 사이에서 연장하는 로터 피트의 원주 직경을 수용하도록 선택될 수 있다. 반경으로부터의 리딩 및 트레일링 오프셋은 예를 들어 동일할 수 있다. 반경으로부터의 오프셋이 동일하지 않은 다른 실시예에서, 리딩 및 트레일링 에지의 직경은 동일하지 않을 것이다. 즉, 이들 리딩 및 트레일링 호가 동심인 경우, 예를 들어 도 1-8에 도시된 비제한적인 실시예에서와 같이, 대향 외부 로터 면(120) 사이의 오프셋은 전술한 면 외부 로터 면(120)과 접촉하는 로터 피트의 대향 부분의 2 개의 반경의 합에 의해 정의된다. 이 오프셋 외에도, 내부 로터 및 외부 로터 사이의 원하는 갭과 동일한 오프셋이 또한 추가된다. 이 오프셋은 .001 인치보다 작거나 .001 인치 이상일 수 있다. .002 인치는 저점도 유체에서 고접도 유체의 저압 내지 중압 펌핑에 허용되는 클리어런스인 것으로 밝혀졌다. 이러한 비제한적인 실시예에서, 내부 로터(105)는 외부 로터(110)의 절반 속도로 회전한다. 내부 로터(105)는 외부 로터(110) 상의 핀(115)의 수의 절반에 해당하는 로브를 갖는다. 내부 로터(105)로부터의 회전 방향은 화살표(160)로 도시된다. 외부 로터(110)의 회전 방향은 화살표(165)로 도시된다. 입구 유체 흐름의 방향은 화살표(150)로 도시된다. 출력 유체 흐름의 방향은 화살표(155)로 도시된다. 도 1에 도시된 비제한적인 실시예에서, 맞물림 구성요소(170)는 내부 로터(105)의 실링 에지 및 외부 로터(110)의 방사상 돌출부(115) 사이에서 인터페이스하도록 배열된다.

이 실시예에서, 내부 로터 토(125)의 호는 내부 로터 피트(135)의 내부 로터 힐(130)의 호와 동심이며 토우(125) 및 힐(130) 표면 모두 외부 로터(110)의 대응 표면에 대해 밀봉된다. 명확하게 하기 위해, 내부 로터 피트(135)의 리딩 표면(125)은 외부 로터 핀(115)의 트레일링 표면(140)에 대해 밀봉되며 내부 로터 피트(135)의 트레일링 표면(130)은 대향하는 외부 로터 핀의 리딩 표면(145)에 대해 밀봉된다. 내부 로터(105)는 두 부분 각각이 제조 용이성을 위해 서로 크게 거울 상인 두 부분 구조를 가질 수 있다. 이러한 내부 로터(105)의 하프 로터(200)의 비제한적인 예는 도 3에 도시된다. 일체형 내부 로터는 중앙 평면을 따르기보다는 한쪽 또는 양쪽 단부에 이러한 유동 경로를 가질 수도 있다.

이러한 기하학적 구조의 이점은 외부 로터(110)의 OD 주위의 외부 로터 핀(115)의 원주 길이가 비교적 길다는 점이다. 이는 외부 로터(110)에 강성을 추가하고 이러한 링(515)이 실시예에서 사용된다면 예를 들어 도 4에 도시된 외부 로터 링(515)을 부착하기 위해 외부 로터 핀(115)의 축방향 단부에 있는 볼트 홀(180) 및 도웰 홀(175) 모두에 충분한 면적을 제공하는 구조적 이유로 유리하다.

이 장치의 실시예에 의해 충족될 수 있는 목적 중 하나는 특히 펌프가 예를 들어 높은 전력 밀도를 달성하거나, 구동 모터에 대한 더 효율적인 범위를 작동시키거나 또는 다른 유리한 이유를 위해 높은 속도로 작동될 때 펌프를 통과하는 유체의 유동 저항을 감소시키는 것이다. 낮은 유체 흐름 저항은 고속 유체 흐름 스파이크로 인해 발생할 수 있는 유체의 난류를 최소화하는 것 외에도 유체의 방향 변화를 최소화함으로써 달성될 수 있다. 이러한 고속 유체 흐름 스파이크는 유체가 작은 간격을 통해 높은 속도로 흘러야 하는 영역을 줄이거나 제거함으로써 개시된 기하학적 구조에 의해 최소화될 수 있다. 도 1-8의 예시적인 펌프에서, 유동 흐름 경로의 단면적은 일반적으로 사이클의 임의의 부분에서 해당 경로를 통과하는 유량(volume of flow)에 비례한다. 즉, 유체 경로를 통과하는 유체 흐름의 부피가 클수록, 상기 유체 흐름 경로의 단면적도 커진다.

이 장치에서 유동 저항을 최소화할 수 있는 다른 방법은 유체가 펌프의 입구에서 배출구로 통과할 때 유체의 각가속도를 최소화하는 것이다. 이는 여러 방법으로 수행될 수 있다. 첫번째는 장치 전체에 걸쳐 제1 로터 축에 실질적으로 수직인 유체 흐름의 높은 비율을 유지하는 것이다. 이는 로터 챔버에 대해 일반적으로 방사상 방향(또는 하우징에 대해 접선 방향)으로 유체를 로터 안으로 끌어들이고 로터로부터 유체를 배출함으로써 유체의 측면 흐름을 최소화함으로써 수행될 수 있다. 유체의 각가속도를 최소화하는 다른 방법은 유체가 펌프의 동일한 측에서 일반적으로 반대 방향으로 들어오고 나가도록 하는 것이다. 이는 일반적으로 내부 및 외부 로터에서 접선으로 유체를 끌어들이고 외부 로터 및 내부 로터를 따라 점차적으로 180° 구부러지게 한 후 두 유체 경로가 로터 및 펌프를 떠나기 때문에 이 두 유체 경로가 일반적으로 접선에서 다시 결합된다.

낮은 유동 저항을 달성하기 위해, 각각의 2차 챔버(내부 로터의 2 개의 인접한 피트 및 외부 로터의 핀 사이에 형성됨)는 2차 챔버가 부피를 감소시키기 때문에 출력 포트로 유동하는 경로를 가져야 한다. 2차 챔버의 부피가 증가할 때 2차 챔버는 또한 입구 포트로의 경로를 가져야 한다. 이 흐름 경로가 존재하지 않으면 워터 해머 또는 진공 스파이크가 발생할 것이다. 펌프의 기하학적 구조에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 화살표(205)로 도시된 유체 흐름 경로는 두 피트 사이의 정점(210)으로부터 인접한 피트의 OD까지 내부 로터(105)의 각 피트(135) 내부에 제공된다. 각각의 통로(215)는 각각의 정점으로부터 그에 인접한 각 피트 OD까지 동일한 방향으로 유체 흐름을 허용한다. 그런 다음 입구 포트와 출구 포트 사이의 하우징 시일이 이동되어(또는 내부 로터 축의 위치가 이동됨) TDC에서의 부피(TDC에서 피트의 OD에서의 부피 및 근처 정점에서 그와 연통하는 부피를 포함함)는 가능한 최소 부피이다. 도 5 내지 8에 도시된 펌프의 예시적인 실시예에서, 펌프의 주축 주위의 내부 로터 축의 각도 이동은 4.8도이다. 이 오프셋은 도 5에 도시된다. 챔버가 최소 부피일 때 배출 포트에서 흡입 포트로의 유체 흐름을 방지하기 위해 챔버를 밀봉하려는 목적으로 다른 실시예에 대해 다른 각도가 사용될 수 있다. 추가적으로, 다른 하우징 밀봉 형상이 예를 들어 누출 방지가 중요하거나 필수적이지 않거나 유체 해머의 방지가 중요하거나 필수적이지 않은 실시예에서 사용될 수 있다.

도 5-8에 도시된 실시예는 도 6-8에 도시된 통합 모터(705)를 특징으로 한다. 도 7에 도시된 실시예에서 모터(705)는 입력 샤프트(715)를 통해 내부 로터(105)에 동력을 공급하는데 사용된다. 이 비제한적인 실시예에서, 외부 로터(110)는 하부 하우징(505) 내에서 회전하도록 조립되고 내부 로터 피트(135) 및 외부 로터 돌출부(115) 사이의 상호 작용을 통해 동력을 공급받는다. 대안적인 구성(미도시)에서 외부 로터(110)는 모터에 의해 동력을 공급받도록 배열될 수 있으며 내부 로터(105)는 상부 하우징(510)에 대해 그 축을 중심으로 회전하도록 배열될 수 있다. 다른 비제한적인 예에서, 에너지 전달 기계에 공급되는 유체 흐름은 내부 로터 또는 외부 로터의 샤프트를 통해 출력되는 기계적 동력을 생성하는데 사용될 수 있다. 전기 기계가 발전기로 사용되도록 구성되고 동력 생성 샤프트에 결합된 경우, 기계를 통과하는 유체 흐름으로부터 전력이 생성될 수 있다.

눈물 방울 외부 로터 핀

도 9에 도시된 비제한적인 실시예에서, 외부 로터(10005) 방사상 돌출부(10010)는 외부 로터(10005) 방사상 돌출부(10010)의 트레일링 에지(10040) 상의 항력을 감소시키는 눈물방울 형상을 갖는다. 외부 로터(10005) 방사상 돌출부(10010)의 리딩 에지는 또한 방사상 돌출부(10010)의 리딩 에지(10045)를 지나 흐르는 유체의 난류를 감소시키기 위해 눈물방울 형상을 가질 수 있다. 내부 로터(10000) 및 외부 로터(10005)의 회전 방향은 화살표(10075)로 도시된다. 하우징(10065)은 외부 로터(10005)의 외부 직경에 대해 밀봉하는 슬리브(10015)를 가질 수 있다. 슬리브(10015)는 황동과 같은 양호한 마모 및 기계 가공 특성을 갖는 재료로 제조될 수 있다. 초승달(10060)은 황동과 같이 양호한 마모 및 기계 가공 특성을 갖는 재료로 제조될 수 있다. 입구 포트(10025) 및 출구 포트(10030)는 또한 도 9에 도시된다. 입구 포트(10025)는 1차 챔버가 펌프의 입구 측으로 개방되는 지점을 정의하고 배출 포트(10030)는 1차 챔버(10070)가 펌프의 배출 유동 경로로 폐쇄되는 지점을 정의한다. 참조를 위해 2차 챔버(10035), 내부 로터(10000)의 리딩 에지(10055), 내부 로터(10000)의 트레일링 에지(10050)가 도시된다.

도 10에 도시된 비제한적인 실시예에서, 1차 챔버(12065)와 2차 챔버(12035) 사이의 흐름 경로(12020)는 외부 로터(12005)의 방사상 돌출부(12010)를 통해 위치된다. 참조를 위해 내부 로터(12000), 입구 포트(12025), 배기 포트(12030) 및 하우징(12100)이 도시된다.

도 11에 도시된 비제한적인 실시예에서, 1차 챔버(12065)와 2차 챔버(12035) 사이의 흐름 경로(12020)는 외부 로터(12005)의 방사상 돌출부(12010)를 통해 위치된다. 외부 로터 핀을 통한 이 흐름 경로는 내부 로터 토 및 힐 표면과 외부 로터 핀 사이의 밀봉 접촉을 가장 외부의 방사상 밀봉 위치까지 허용하도록 구성된다. 그 외부 영역은 눈물 방울 형상의 가장 넓은 부분에 큰 단면을 남겨 핀 강성을 제공하거나 원하는 경우 볼트가 핀을 통과할 수 있을 만큼 충분히 넓은 단면을 남기는 흐름 경로 입구 및 출구로 사용된다. 또한, 유체 통로(215)는 내부 로터(12000)의 방사상 돌출부(12090)에 위치될 수 있다. 참고를 위해 초승달(12060), 입구 포트(12025) 및 배기 포트(12030)가 도시된다. 도 11에 도시된 전술한 실시예의 등각도는 또한 다른 관점에서 도 12에 도시된다. 참고를 위해 입구 포트(12025), 배출 포트(12030), 2차 챔버(12035), 외부 로터(12005), 하우징 슬리브(12015), 초승달(12060), 외부 로터 방사상 돌출부(12010), 1차 챔버(12065) 및 내부 로터(12000)가 도시된다. 외부 로터(12005)의 등각도가 방사상 돌출부(12010), 흐름 경로(12020) 및 외부 로터 샤프트(12110)를 도시하는 도 13에 도시된다.

도 14의 비제한적인 실시예는 내부 로터(16020)에 위치되는 유체 경로(16005)의 단순화된 버전을 도시한다. 유체 경로는 2차 챔버(16025)를 외부 로터(16065)의 외경에 연결하여 워터 해머를 방지하기 위해 2차 챔버(16025)를 1차 챔버(16030)에 연결한다. 도 14에 도시된 위치인 상사점에서, 내부 로터 방사상 돌출부(16015)의 단부는 외부 로터(16065)의 외경까지 연장한다. 이는 기계가 상사점으로 회전하는 순간 밀봉을 유발할 수 있지만, 상사점에 대해 직접 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전 지점에서 2차 챔버(16025)를 1차 챔버(16030)로 연결할 것이다. 외부 로터의 외경으로 연장하는 내부 로터 방사상 돌출부의 다른 결과는 1차 챔버(16030)가 입구 포트(16030)로 개방될 때 1차 챔버(16030)로의 그리고 1차 챔버(16030)가 외부 포트(16035)로 폐쇄될 때 1차 챔버(16030)의 밖으로의 유체 흐름을 위한 단면적이 감소하는 것이다. 외부 로터의 외경으로 연장하는 내부 로터 방사상 돌출부의 다른 결과는 2차 챔버(16025) 부피가 감소될 때 2차 챔버(16025)로부터 1차 챔버(16030)로 그리고 2차 챔버(16025) 부피가 증가할 때 1차 챔버(16030)의 밖으로 2차 챔버(16025)로 유체가 흐를 수 있는 감소된 단면적이다. 예를 들어 도 1-13 및 도 15-17에 도시된 내부 로터는 1차 챔버가 입구 포토로 개방되면 1차 챔버로의 더 큰 단면적을 제공하기 위해 상사점에서 내부 로터 방사상 돌출부의 외경 및 하우징 사이의 갭을 제공하도록 더 작은 직경으로 설계되며 뿐만 아니라 챔버가 배출 포트를 닫을 때에도 흐름 제한이 감소된다. 마찬가지로, 하우징과 내부 로터 로브 사이의 갭은 마찬가지로 1차 챔버와 2차 챔버 사이의 흐름 제한을 감소시킨다. 이 비제한적인 실시예에서, 초승달(16060)은 별도의 부분이 아닌 하우징의 일체형 부분으로 형성된다. 그러나, 초승달(16060)은 대안적으로 하우장과 초승달이 함께 조립된 하우징으로부터 별도의 부분일 수 있다. 조립 여부에 관계없이, 초승달 시일과 같은 고정된 요소는 하우징의 일부로 간주된다.

도 18은 단순화된 내부 로터(18000)가 인접한 내부 로터 방사상 돌출부 로브(18015) 사이의 루트로부터 내부 로터(18005)의 하나의 축방향 측 상의 동일한 내부 로터 방사상 돌출부 로브(18015)의 외경으로 걸쳐 있는 유체 채널(18005)의 제1 어레이 및 유체 채널의 제1 어레이의 거울상인 내부 로터(18000)의 대향하는 축방향 측 상의 유체 채널(18010)의 제2 어레이를 갖는 비제한적인 실시예를 도시한다. 내부 로터(18000)의 회전축(18020)은 도 18에 참조를 위해 도시된다.

3-로브(tri lobe), 더 작은 초승달은 더 높은 변위를 초래함

도 16-17에 도시된 실시예에서, 에너지 전달 기계는 3 개의 로브를 갖는 내부 로터 및 6 개의 핀을 갖는 외부 로터를 포함한다. 이는 3-로브 배열이라고도 한다. 4-로브 설계와 비교하여, 3-로브 설계는 더 작은 초승달 외부 직경을 허용하므로 동일한 외부 로터 직경에 대해 4-로브 장치보다 이론상 최대 변위가 더 높다.

3-로브 vs. 4-로브 접촉비

본 문서에서 접촉비는 그들이 회전함에 따라 내부 로터(10000)의 도 9에 도시된 비제한적인 실시예에서 리딩 표면(10055)와 같은 구동, 리딩 표면 및 도 9에 또한 도시된 외부 로터(10005)의 트레일링 표면(10040)과 같은 구동, 트레일링 표면 사이의 평균 접촉점 수로 정의된다. 개시된 실시예의 장치에서, 1보다 크거나 같은 비율은 내부 로터와 외부 로터 사이의 적어도 하나의 접촉점이 항상 있음을 보장한다. 이는 구동 표면이 피구동 표면과의 접촉을 중지하면 다음 회전까지 피구동 표면과 다시 접촉하지 않는다고 가정한다는 점에 유의한다. 마찬가지로, 접촉비는 내부 로터(10000)의 내부 로터 트레일링 표면(10050)과 같은 트레일링 표면과 외부 로터(10005)의 리딩 표면(10045)과 같은 리딩 표면의 비구동 타이밍 접촉을 지칭하는데 사용될 수 있으며, 이는 예를 들어 내부 로터(10000)가 감속하는 동안 피구동 로터가 구동되는 것보다 더 빨리 회전하는 것을 방지한다. 이 문서에서, 리딩은 회전 방향을 크게 향하는 특징을 설명하는데 사용되고 트레일링은 회전 방향에서 크게 멀어지는 특징을 설명하는데 사용된다. 본 발명자는 외부 타이밍 기어의 필요 없이 장치의 작동을 제공하기 위해 구동 표면 및 타이밍 표면 모두에 대해 1보다 크거나 같은 접촉비가 고려되었다.

4-로브 설계는 3-로브 배열보다 더 큰 접촉비를 제공한다. 더 높은 접촉비는 결합이 부드러워지고 소음이 줄어들 수 있다.

도 16에 도시된 실시예에서, 내부 로터(17070)는 구동 로터이다. 이는 모터의 최적 속도가 외부 로터(17075)의 원하는 작동 속도보다 높은 경우 내부 로터(17075)에 전력을 공급하기 위해 전기 모터가 사용되는 경우 유리할 수 있다. 예를 들어, 주어진 전력 출력에서, 전기 모터는 1,000 RPM에서 최대 효율일 수 있다. 외부 로터의 원하는 작동 속도가 500 RPM인 경우, 내부 로터는 구동 로터가 되어 전기 모터가 1,000 RPM의 최적의 속도로 작동할 수 있다. 반대로, 외부 로터(17075)의 최적 속도가 펌프에 동력을 공급하는 수단의 최적 속도와 유사한 경우, 외부 로터(17075)는 구동 로터일 수 있다. 발명자는 다른 방법이 펌프, 기어를 통해 개시된 장치의 입력으로 연결되거나 직접 결합되는 유압 모터, 내연 기관 또는 방법의 조합과 같지만 이에 제한되지는 않는 개시된 장치를 구동하는 수단으로서 사용될 수 있다고 생각한다.

3 개의 로브에서 2차 챔버

도 15-17에 도시된 비제한적인 3-로브 설계에서, 2차 챔버(17035)는 내부 로터(17000) 상의 방사상 돌출부(17000)의 루트와 외부 로터 방사상 돌출부(17010) 사이의 영역에 형성된다.

도 16-17에 도시된 비제한적인 실시예에서, 외부 로터(17010) 방사상 돌출부는 2차 챔버(17035)로부터 외부 로터의 외경으로 이어지는 흐름 경로(17080)를 특징으로 한다. 이는 워터 해머가 발생하는 것을 방지하지만 두 개의 로터가 회전하는 동안 어느 지점에서든 펌프의 입구 측에서 펌프의 배기 측으로의 누출 경로가 도입되지 않는다. 도 17은 내부 로터(17070), 초승달(17060), 하우징(17015) 및 외부 로터 방사상 돌출부(17010)의 등각도를 도시한다. 참조를 위해 회전 방향은 화살표(17095)로 도시된다.

도 16에 도시된 비제한적인 예에서, 2차 챔버(17035)를 외부 로터의 외경에 연결하는 흐름 경로(17080)는 내부 로터 로브와 접촉하는 2 개의 인접한 외부 로터 표면 사이, 예를 들어 외부 로터 방사상 돌출부 내부 트레일링 에지(17090) 및 외부 로터 방사상 돌출부 내부 리딩 에지(17085) 사이에 위치되며, 외부 로터(17075)의 외경으로 이어진다.

도면은 반개략도이며 단순화를 위해 베어링과 같은 특정 요소가 부족할 수 있다.

청구범위에서 “포함하는”아리는 단어는 포괄적인 의미로 사용되며 존재하는 다른 요소를 배제하지 않는다. 청구범위 특징 앞의 부정관사 “a”와 “an”은 존재하는 특징 중 둘 이상을 배제하지 않는다. 여기에 설명된 개별 특징 중 각각은 하나 이상의 실시예에 사용될 수 있으며, 단지 여기에 설명되어 있다는 사실만으로 청구범위에 정의된 모든 실시예에 필수적인 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims (23)

1. 용적형 유체 전달 장치로서,
   입구 흐름 채널 및 출구 흐름 채널을 정의하는 하우징;
   제1 로터 축을 중심으로 하우징 내에서 회전하도록 장착되고, 제1 로터 치형을 가지며, 적어도 부분적으로 제1 로터 치형 사이의 제1 로터 챔버를 정의하는 제1 로터 ― 각각의 제1 로터 챔버는 제1 로터 치형의 2 개의 제1 로터 치형에 의해 적어도 부분적으로 정의됨 ―;
   제1 로터 축에 평행한 제2 로터 축을 중심으로 하우징 내에서 회전하도록 장착되고, 제2 로터 치형을 가지며, 적어도 부분적으로 제2 로터 치형 사이의 제2 로터 챔버를 정의하는 제2 로터 ― 각각의 제2 로터 챔버는 제2 로터 치형의 2 개의 제2 치형에 의해 적어도 부분적으로 정의됨 ―;
   유체 전달 장치의 맞물림 부분에서 함께 맞물리도록 구성되는 제1 로터 치형 및 제2 로터 치형;을 포함하며,
   제1 로터 치형 및 제2 로터 치형이 장치의 출구 부분에서 맞물리에 들어가고, 제1 로터 치형 및 제2 로터 치형의 맞물림은 장치의 출구 부분에서 제1 로터 챔버 및 제2 로터 챔버의 총 부피를 감소시키고, 적어도 제1 로터 챔버는 장치의 출구 부분에서 출구 흐름 채널로 개방되며,
   제1 로터 치형 및 제2 로터 치형은 장치의 입구 부분에서 맞물림 해제되며, 제1 로터 치형 및 제2 로터 치형의 맞물림 해제는 장치의 입구 부분에서 제1 로터 챔버 및 제2 로터 챔버의 총 부피를 증가시키며, 적어도 제1 로터 챔버 또는 적어도 제2 로터 챔버는 장치의 입구 부분에서 입구 흐름 채널로 개방되며,
   제1 로터 및 제2 로터 중 적어도 하나는 장치의 입구 부분, 맞물림 부분 또는 출구 부분의 적어도 일부에서 제2 로터 챔버와 제1 로터 챔버를 연결시키도록 배열되는 내부 흐름 채널을 정의하는,
   용적형 유체 전달 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 로터 및 제2 로터 중 하나는 외부 로터이며 제1 로터 및 제2 로터 중 다른 하나는 내부 로터이며, 외부 로터의 치형(외부 로터 치형)은 내부 기어 치형으로서 내부 로터의 치형(내부 로터 치형)과 맞물리는,
   용적형 유체 전달 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 내부 로터와 외부 로터 사이의 초승달 시일을 더 포함하는,
   용적형 유체 전달 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 초승달 시일은 제1 로터 챔버에서 초승달 시일의 주위의 유체의 양의 변위를 위해 외부 로터 치형에 대해 밀봉하는,
   용적형 유체 전달 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 초승달 시일은 제2 로터 챔버에서 초승달 시일의 주위의 유체의 양의 변위를 위해 내부 로터 치형에 대해 밀봉하는,
   용적형 유체 전달 장치.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 외부 로터의 회전은 리딩 방향 및 트레일링 방향을 정의하며, 적어도 외부 로터 축에 수직인 평면의 단면에서, 외부 로터 치형은 일반적으로 직선형 리딩 핀 표면 및 일반적으로 직선형 트레일링 핀 표면을 포함하는 핀으로 형상화되며, 내부 로터 치형은 둥근 리딩 로브 표면 및 둥근 트레일링 로브 표면을 포함하는 로브로서 형상화되며, 리딩 로브 표면은 트레일링 핀 표면과 접촉하도록 배열되며 트레일링 로브 표면은 리딩 핀 표면과 접촉하도록 배열되는,
   용적형 유체 전달 장치.
7. 제6항에 있어서,
   외부 로터 핀의 수는 내부 로터 로브의 2배인,
   용적형 유체 전달 장치.
8. 제7항에 있어서,
   적어도 평면의 단면에서, 리딩 및 트레일링 핀 표면은 직선형이며 리딩 및 트레일링 로브 표면은 원형 호인,
   용적형 유체 전달 장치.
9. 제8항에 있어서,
   외부 로터 핀의 제1 핀은 제1 변위량에 의해 외부 로터 축을 통한 제1 방사상 라인과 평행하고 이로부터 트레일링 방향으로 변위되는 리딩 핀 표면의 리딩 제1 핀 표면을 가지며, 외부 로터 핀의 대향하는 핀은 외부 로터 핀의 제1 핀과 회전 대칭이며, 내부 로터 로브의 제1 로브는 트레일링 호 형상으로 형성되는 트레일링 로브 표면의 트레일링 제1 로브 표면을 가지며, 트레일링 호 형상은 제1 클리어런스 값, 제1 변위량과 실질적으로 같거나 그 이하인 트레일링 호 반경을 갖는,
   용적형 유체 전달 장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 외부 로터 핀의 제2 핀은 제2 변위량에 의해 외부 로터 축을 통해 제2 방사상 라인에 평행하고 이로부터 리딩 방향으로 변위되는 트레일링 핀 표면의 트레일링 제2 핀 표면을 가지며, 외부 로터 핀의 제2 대향 핀은 외부 로터 핀의 제2 핀과 회전 대칭이며, 내부 로터 로브의 제2 로브는 리딩 호 형상으로 형성되는 리딩 로브 표면의 리딩 제2 로브 표면을 가지며, 리딩 호 형상은 제2 클리어런스 값, 제2 변위량과 동일하거나 그 이하인 리딩 호 반경을 갖는,
    용적형 유체 전달 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 변위량은 제2 변위량과 동일한,
    용적형 유체 전달 장치.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제1 로브는 제2 로브이며, 트레일링 호 형상은 리딩 호 형상과 동심이며, 리딩 제1 핀 표면은 트레일링 제2 핀 표면에 평행한,
    용적형 유체 전달 장치.
13. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 로터 핀은 외부 로터를 중심으로 회전 대칭이며 내부 로터 로브는 내부 로터를 중심으로 회전 대칭인,
    용적형 유체 전달 장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 로터 치형 및 제2 로터 치형은 외부 기어 치형으로 맞물리는,
    용적형 유체 전달 장치.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 흐름 채널은 제1 로터 치형 내에 있는,
    용적형 유체 전달 장치.
16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 흐름 채널은 제2 로터 치형 내에 있는,
    용적형 유체 전달 장치.
17. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 로터 및 제2 로터 모두는 내부 흐름 채널의 내부 흐름 채널을 정의하는,
    용적형 유체 전달 장치.
18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 로터의 내부 흐름 채널은 모든 제2 제1 로터 돌출부 내에 있으며, 제2 로터의 내부 흐름 채널은 모든 제2 제2 로터 돌출부 내에 있는,
    용적형 유체 전달 장치.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용적형 유체 전달 장치는 제1 로터 축에 실질적으로 수직인 장치 전체에 걸친 유동 흐름을 지향하도록 배열되는,
    용적형 유체 전달 장치.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용적형 유체 전달 장치는 펌프로서 작동하도록 구성되며, 내부 로터는 펌프를 구동시키기 위해 기계적 에너지원에 연결되는,
    용적형 유체 전달 장치.
21. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용적형 유체 전달 장치는 펌프로서 작동하도록 구성되며, 외부 로터는 펌프를 구동시키기 위해 기계적 에너지원에 연결되는,
    용적형 유체 전달 장치.
22. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용적형 유체 전달 장치는 유압 모터로서 작동하도록 구성되며, 유체 압력은 내부 로터를 구동하며, 내부 로터는 기계적 에너지 수용기에 연결되는,
    용적형 유체 전달 장치.
23. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용적형 유체 전달 장치는 유압 모터로서 작동하도록 구성되며, 유체 압력은 외부 로터를 구동하며, 외부 로터는 기계적 에너지 수용기에 연결되는,
    용적형 유체 전달 장치.