KR890000867B1 - 회전형 유체 에너지 변환기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

회전형 유체 에너지 변환기

제1도는 본 발명의 일 실시예를 도시한 단면도.

제2도는 제1도에 있어서의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도.

제3도는 제1도에 있어서의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도.

제4도는 종래의 압력보상기능을 갖춘 에너지 변환기의 동작특성을설명하기 위한 도면.

제5도는 본 발명에 관한 변환기의 동작특성을 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

(1)…제1의 부재(하우징) (2)…제2부재(토오크링)

(13)…공간 (14)…지지요소(핀틀)

(52)…스프링부재 (56)…밸런스 피스톤

(64)…구제수단(나사레버) (66)…유체식 작동기

(24)…관통포오트 (81) (83) (85) (95)…유체통로

(93)…압력보상밸브

본 발명의 용량 가변형의 유체펌프 또는 유체모우터로서 사용되는 회전용 유체 에너지 변환기에 관한 것이다. 이러한 종류의 회전형 에너지 변환기, 다시 말하면 정압형식의 회전형 유체 펌프/모우터에는 제1의 부재와 제2의 부재와의 상대회전에 따라서 유체 유출입용 공간의 용적을 증감시키으로서 펌프기능 또는 모우터 기능을 할 수 있도록 구성함과 동시에, 상기 부재의 한쪽을 지지하는 지지요소를 회전축심과 직교하는 방향으로 왕복동작시켜서 상기 양 부재 상호간의 편심량을 조절함으로서 그 용량을 변화시킬 수 있도록 구성한 소위 가변 용량형의 것이 있다. 그런데, 최근 동력 회수 형식의 액압구동 시스템에 있어서는 액체의 토출 및 흡입에 관계없이 그 압력을 일정하게 유지하는 시스템이 요망되어 왔다. 이에 대하여 상기와 같은 가변 용량형의 에너지 변환기는, 압력보상기구를 구비하여 부하 압력이 일정한 설정치에 달하면 이 펌프의 토출압에 따라서 토출량을 조절하기 위하여 그 용량을 변화할 수 있도록 구성은 되어 있으나, 제4도에 도시한 바와 같은 압력 제어를 행할 수 있는 것이다. 즉, 소정의 유량 a로 작동하고 있을때 그 토출압이 증대해서 미리 설정되어 있는 압력까지 도달하면, 압력보상밸브가 열려서, b와 같이 점차적으로 그 토출유량이 작아지게 되어 자동적으로 무축력 상태가 되도록 용량변화를 행하는 것 뿐인 것이다.

따라서, 현재로서는 이러한 종류의 변환기로 펌프와 모우터로 자유롭게 절환되면서 효율좋게 에너지를 회수할 수 있는 것은 발견되지 못한 실정이다.

본 발명은 이와같은 사정을 착안해서 이루어진 것으로서, 종래의 압력 보상기구를 갖춘 것으로는 달성할 수 없는 매우 높은 에너지 회수기능을 갖게 하는 것을 가능 케 하는 회전형 유체 에너지 변환기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 이상의 목적을 달성하기 위하여, 첫째로 상술한 바와 같은 가변 용량형의 유체 에너지 변환기에 있어서 상기 지지요소를 회전축심으로부터 한쪽으로 변위시킬 수 있도록 부세하기 위한 스프링 부재와, 상기 지지요소를 상기 스프링 부재의 부세방향에 대향하여 상기 한쪽의 변위로부터 회전축심을 통과해서 다른 쪽까지 변위시키기 위한 유체식 작동긱을 갖춤과 동시에 고압쪽 유체를 압력 보상밸브를 개재해서 상기 유체식 작동기에 도입하도록 하고, 이 고압쪽 유체 압력을 압력보상압으로 유지되도록 한 것이다. 또 본 발명은, 둘째로, 상기 유체 에너지 변환기에 있어서, 상기 지지요소에 작용하는 언밸런스한 힘을 제거하기 위하여 에너지 변환기의 고압쪽 유체를 도입해서 상기 언밸런스한 힘을 제거하는 압력을 발생시키는 밸런스 피스톤을 착설한 것이다.

이러한 구성에 의하면 제1, 2의 발명에 관한 회전형 유체 에너지 변환기에 공통되는 작용으로서, 이 변환기를 펌프로서 사용하고 있을 때 에는 그 지지요소를 부세하고 있는 스프링 부재가 이 지지요소를 회전축심으로부터 한쪽으로 변위한 위치에 위치 결정해서 일정한 펌프 용량을 부여하게 되는 한편, 이 펌프의 고압쪽 유체의 압력이 설정압을 초과하면 스프링 부재와는 반대쪽으로 지지요소를 변위시키는 변위용 유체식 작동기가 작동해서 이 지지요소를 다른쪽으로 변위시켜서, 상기 펌프일 때의 회전축과 그 회전방향을 같게 하여 이번에는 그 회전축으로부터 출력하는 모우터로서 작동하는 것이다. 그리고, 이 모우터로서의 사용상태에서 이 모우터의 고압쪽 유체의 압력이 설정압 이하가 되면, 본래의 상태로 복귀하여 펌프로서 작동하는 것이다. 이때, 펌프 기능시나 모우터 기능시에도 고압쪽 유체압력은 압력보상 밸브의 설정 압력이 유지되게 된다. 또, 특히 제2의 발명에 관련되는 것에서는, 스프링 부재의 부세력을 백업하도록 해서 그 지지요소를 변환기의 고압쪽 유체의 압력을 이용하는 밸런스 피스톤으로 지지하도록 하고 있으므로, 스프링 부재에 걸리는 부하를 경감하고 그 성계상의 제약 등을 유효하게 해결할 수 있게 하고 있다.

이하 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조해서 설명한다.

제1의 부재인 하우징(1)의 내주에, 제2의 부재인 토오크링(2)이 복수개의 제1이 정압 베어링(3)…을 개재해서 회전가능하게 끼워져 있다. 하우징(1)은 일단부에 개구부(1a)를 가진 바닥이 있는 원통체 형상의 것으로서, 그 내주의 상기 토오크링(2)이 끼워지는 부위에는 상기 개구부(1a) 방향으로 점차적으로 직경이 작아지는 테이퍼면 (4)이 형성되어 있다. 또, 토오크링(2)은 상기 테이퍼면(4)과 동일한 원추각의 주벽 (2a)을 가진 컵 형상의 것으로서, 그 일단부의 축심부에는 회전추(6)이 일체적으로 돌설되어 있으며, 이 회전축(6)의 선단부는 상기 개구부(1a)를 통해서 하우징(1)밖으로 향하게 하고 있다. 또 제1의 정압 베어링(3)은 상기 토오크링(2) 외 주의 필요한 개소에 상기 하우징(1)의 테이퍼면(4)에 맞닿는 슈우(5)를 고착함과 동시에, 이 슈우(5)에 3개의 압력포켓(7a) (7b) (7c)을 축방향으로 인접시켜서 형성하고, 이들 각 압력포켓 (7a) (7b) (7c) 내에 유체압을 도입하도록 한 것이다. 그리고, 홀수 개의 상기 제1의 정압베어링(3)…이 원주방향으로 같은 각도의 간격을 두고 배설되어 있다. 또 상기 토오크링(2)의 내주의 상기 각 제1의 정압 베어링(3)…에 대응하는 부위에 내평면(2c)을 형성하고 있다. 그리고, 이 토오크링(2)의 내주의 상기 각 내평면(2c)에 대응하는 부위에 각각 피스톤(8)…을 배설하고, 이들 각 피스톤(8)…의 선단면(8a)…을 제2의 정압베어링(9)…을 개재해서 대응하는 내평면(2c)…에 맞닿게 하고 있다. 제2의 정압베어링(9)은 상기 피스톤(8)의 선단면(8a)을 상기 내평면(2c)…에 밀착하도록 평면 형상으로 형성함과 동시에, 이 선단면(8a)에 압력포켓(11)을 형성하여, 이 압력포켓(11)내에 유체압을 도입한 것이다. 또, 상기 각 피스톤(8)…의 베이스단면을 피스톤 지지구체 (12)에 의해서 지지되고, 이 피스톤 지지구체(12)와 상기 각 피스톤(8)…과의 사이에 유체를 도입하기 위한 공간(13)을 형성하고 있다.

즉, 피스톤 지지구체(12)는 상기 하우징(1) 및 토오크링(2)의 축심, 다시 말하면, 회전축심(m)과 평행한 축심 (실시예에서는 펌프 사용 상태에서 +n, 모우터 사용상태에서(-n의 위치)을 가지고 접동부(14a)를 상기 하우징(1)에 지지시킨 핀틀(14)과, 이 핀틀(14)의 외주에 회전 가능하게 끼운 링형상의 실린더동체(15)로 이루어지며, 이 실린더동체(15)에는 상기 핀틀(14)의 외주면과 대체로 직교하는 축심을 가진 복수 개의 실린더(16)…가 원주 방향으로 같은 각도의 간격을 두고 방사형상으로 형성 되어 있다. 그리고, 이들 각 실린더(16)…에 상기 각 피스톤(8)…이 슬라이드 자재하게 끼워져 있으며, 이들 각 피스톤(8)…의 베이스 단면(8b)…상기 각 실린더(16)…의 내면에 의해서 공간(13)…이 형성되어 있다. 또한, 상기 실린더동체(15)는 오울덤즈 커플링 (20 )등을 게재해서 상기 토오크링(2)에 접속되어서, 이 토오크링(2)과 동일한 각 속도로 회전하도록 되어 있다. 또, 상기 핀틀(14)은 그 외주면을 상기 토오크링(2)의 주벽( 2a)의 원추각과 대체로 같은 원추면으로 이루어진 꼭지 부분을 절단한 원추형이고, 상기 각 피스톤(8)…은 상기 토오크링(2)의 주벽(2a)과 직교하는 방향으로 전진 및 후퇴 할 수 있도롤 지지되어 있다. 그리고, 이 핀틀(14)의 접동부(14a)는 횡단면이 사다리꼴 세로로 길다란 블록형상으로 성형되어 있으며 상기 하우징(1)의 내부에 형성된 사다리꼴 형상의 홈(19)내에 접동 가능하게 끼워져 있다.

즉, 이 핀틀(14)은 상기 회전축심(m)과 직교하는 방향으로 접동 가능하게 지지되어 있고, 이렇게 함으로써 이 핀틀(14)의 축심(±n)과의 상기 축심(m)과 이간거리(±D)를 0을 포함하는 소망의 값으로 조절할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 제2도에 도시한 바와 같이 상기 하우징(1)내를 상기 핀틀(14)의 접동방향과 일치하는 가상 분할선 (p)을 경계로 해서 제1영역(A)과 제2영역(B)으로 2분할하여, 상기 제1영역(A) 내의 유체압이 통과중일 경우는 상기 공간(13)…을 제1의 유체 유통로(21)에 연통시킴과 동시에, 제2영역(B) 내를 유체압이 통과중인 경우는 상기 공간(13)ㆍ을 제2의 유체 유통로(22)에 연통시키고 있다.

제1의 유체유통로(21)는 상기 각 공간(13)…을 실린더동체(15)의 내주면에 개구시킨 유체통로(23)…와, 일단부를 핀틀(14)의 외주면의 제1영역(A)쪽의 부위에 개구시키고, 타단부를 핀틀(14)의 접동부(14a)에 있어서의 제2영역(B)쪽의 경사면 (14b)에 개구시킨 핀틀 관통포오트(24)와, 이 핀틀 관통포오트(24)이 타단부에 대응시켜서 상기 하우징(1)에 천설한 유체 유출입구(25)를 구비해서 이루어진다. 그리고, 상기 핀틀 관통포오트(24)의 일단부에, 상기 핀틀(14)의 외주면과 상기 실린더 동체( 15)의 내주면과의 사이에 제3의 정압베어링(26)을 형성하기 위한 압력포켓(27)을 형성함과 동시에, 타단부에 상기 핀틀(14)의 경사면(14b)과 상기 하우징(1)의 내주면과의사이에 제4의 정압베어링(28)을 형성하기 위한 압포켓(29)을 형성하고 있다. 상기 압력포켓(27) 원주 방향으로 길쭉한 것으로서, 제1영역(A)에 존재하는 모든 공간(13)…을 상기 핀틀 관통포오트(24)에 연통시키는 역할까지도 담당하고 있다. 또, 상기 압력포켓(29)은 상기 핀틀(14)의 접동방향으로 길쭉한 것으로서, 핀틀(14)을 접동시켰을 경우에 상기 핀틀 관통포오트(24)와 상기 유체 유출입구(25)와의 연통이 차단되는 것을 방지하는 역할을 담당하고 있다.

한편 제2의 유체유통로(21)는 상기 유체통로(23)…와, 일단부를 핀틀(14)의 외주면의 제2영역(B)쪽의 부위에 개구시키고 타단부를 핀틀(14)의 접동부(14a)에 있어서의 제1영역(A)쪽의 경사면(14C)에 개구시킨 핀틀 관통포오트(34)와, 이 핀틀 관통포오트(34)의 타단부에 대응시켜서 상기 하우징(1)에 천설한 유체 유출입구(35)를 구비해서 이루어진다. 그리고, 상기 핀틀 관통포오트(34)의 일단부에 상기 핀틀(14)과 상기 실린더동체(15)와의 사이에 제3의 정압베어링(36)을 형성하기 위한 압력포켓 ( 37)을 형성함과 동시에, 타단부에 상기 핀틀(14)의 경사면(14C)과 상기 하우징(1)의 내주면과의 사이에 제4의 정압베어링(38)을 형성하기 위한 압력포켓(39)을 형성하고있다. 또한 이들 압력포켓 (37) (39)은 상기 압력포켓(27) (29)과 같은 구성의 것이다. 또 이와 같은 것에 있어서, 상기 각 피스톤(8)에 대응하는 공간(13)내의 유체압을 이 피스톤(8)의 축심부에 형성한 압력도입로(41)를 개재해서 대응하는 제2의 정압베어링(9)의 압력포켓(11)내로 도입함과 동시에이 압력포켓(11)내의 유체압을 상기 토오크링(2)에 천설한 유체통로(42b) (42c)를 개재하여 대응하는 제1의 정압 베어링 (3)의 압력포켓(7a) (7b) (7c)에 도입하도록 하고 있다.

그리고, 상기 양 정압베어링(3) (9)의 방향 및 면적은 제1의 정아베어링(3)에 도입된 유체의 정압에 의해서 상기 토오크링(2)에 작용하는 힘과 제2의 정압베어링(9)에 도입된 유체의 정압에 의해서 상기 토오크링(2)에 작용하는 힘이, 크기가 같고 방향이 반대가 되도록 하는 값으로 설정되어 있다. 또, 상기 제2의 정압베어링(9)의 면적은, 이 정압베어링(9)에 도입된 유체의 정압에 의해서 상기 피스톤(8)에 작용하는 힘과 상기 공간(13)내의 유체의 정압에 의해서 상기 피스톤(8)에 작용하는 힘이 서로 상쇄하도록 하는 값으로 설정되어 있다. 또 상기 제3의 정압베어링(26)〔또는 (36)〕의 면적은 이 제3의 정압베어링(26)〔또는 (36)〕에 도입된 정압에 의해서 상기 실린더 동체 (15)에 작용하는 힘과 대응하는 제1영역〔또는 (36)〕에 도입된 정압에 의해서 상기 실린더 동체(15)에 작용하는 힘과 대응하는 제1영역〔또는 (B)〕에 존재하는 공간 (13)내의 유체의 정압에 의해서 상기 실린더 동체(15)에 작용하는 힘이 서로 상쇄하도록 하는 값으로 설정되어 있다.

또한, (43)은 시일부재, (44)는 상기 회전축을 보조적으로 지지하는 베어링이다. 또, (45)는 실린더 동체(15)를 핀틀(14)에 고정하기 위한 고정 부재이며, (46)은 핀틀(14)을, 하우징(1)의 일부를 구성하는 뒷면 커버(1b) 내면쪽으로 잡아당기기위한 영구자석이다. 그리고, 이와같은 정압형식의 유체 에너지 변환기에 있어서, 상기 토오크링(2) (제2의 부재)의 지지요소인 핀틀(14)을, 회전축심과 직교하는 방향으로 변위동작 시키기 위한 수단으로서, 아래와 같은 구성을 구비하고 있다. 먼저, 하우징(1)의 홈(19)에 끼우고 있는 핀틀(14)의 접동부 (14a)에 그 길이 방향에 해당하는 일단면으로부터 회전축심과 직교하는 방향의 오목부(51)를 형성하고, 이 오목부(51)의 내부 바닥면(51a)쪽과 하우징 내면쪽과의 사이에 스프링 부재(52)를 개제해서 착설하고, 이 스프링 부재(52)의 부세력으로 핀틀(14)을 상기 편심위치(+n)로 변위시키도록 하고있다. 또 이 스프링 부재(52)의 부세력과 협동하는 작용력을 부여하는 유체식 수단(53 )을 착설하고 있다. 이 유체식 수단(53)은 내부에 작동유체의 도입부(54)를 형성하는 실린더 부재(55)와 이 실린더 부재(55)에 슬라이브 자재하게 끼워진 밸런스 피스톤( 56)으로 이루어지며, 그 실린더 부재(55)를 상기 오목부(51)로 향하도록 하우징 (1)에 형성되어 있는 부착구정(57)에 시일(56)을 개재해서 끼우고, 또한, 그 외면을 시일부재(59)로 지지시켜서 하우징(1)에, 고정하고 있는 한편, 그 밸런스 피스톤(56)의 선단면(56a)을 상기 오목부(51)의 내부 바닥면(51a)에 맞닿게 하고 있다.

그리고, 상기 스프링 부재(52)는, 상기 유체식 수단(53)의 밸런스 피스톤(56)의 선단면(56a)의 뒷면쪽과 실린더 부재(55)의 베이스 단면쪽과의 사이에 개재해서 착설하여, 밸런스 피스톤(56)을 개재해서 부세력을 핀튼(14)에 부여하도록 하고 있다. 또, 이 유체식 수단(53)은 이 변환기가 토출 또는 유입하고 있는 고압족 유체를 그 도입부(54)로 항상 도입되도록 하고, 상기 스프링 부재(52)의 부세력을 백업하는 지지력을 핀틀(14)에 부여할 수 있도록 하고 있다.

즉, 실시예에 있어서 미리 그쪽이 변환기의 고압족 유체의 유출입구가 되도록 설정되는 상기 유체 유출입구(25)와 연통하는 상기 핀틀 관통포오트(24)와, 이 핀틀관통포오트(24)으로부터 분기하고, 또한 상기 밸런스 피스톤(56)의 선단면(56a)이 기밀하게 맞닿고 있는 핀틀(14)의 상기 오목부의 내부 바닥면(51a)에 개구한 유체통로(61)와, 상기 밸런스 피스톤(56)의 축심을 관통하여 그 일단부에서 상기 유체통로(61)위 개구단부와 맞닿아서 연통하고, 타단부에서 상기 도입부(54)에 개구되어서 연통하는 유체통로(62)로 이루어진 유체압 회로를 구비하고, 이것에 의해 항상 고압쪽유체의 압력을 그 도입부(54)에 전달하도록 하고 있다. 다시 말하면, 이 유체식 수단(53)은 그 실린더 단면적에 도입되는 고압쪽 유체의 압력에 의한 힘으로 항상 핀틀(14)를 지지하는 것이다. 또한, 상기 유체통로(61) (62)가 맞닿는 연통부에 해당하는 밸런스 피스톤(56)의 선단면(56a)에는, 시일부재(63)에 의해서 접촉면에서의 작동유체의 누설을 방지하고 있다. 또 한편, 상기 실린더부재(55)의 내부 베이스 단면쪽 누설을 방지하고 있다. 또 한편 상기 실린더 부재(55)의 내부 베이스 단면쪽에는 끼워진 밸런스 피스톤(56)이 실린더 내로 후퇴하였을 때, 즉 핀틀(14)이 스프링 부재(52)의 부세력 등에 대항해서 타단부쪽으로 변위되었을 때, 밸런스 피스톤(56)의 하단면과 맞닿아서 핀틀(14)이 그 이상 변위하는 것을 방지하는 나사레버(64)가 전진 및 후퇴 조정 가능하게 나사결합 되어 있다. 즉, 이 나사레버(64)는 핀틀(14)의 변위를 일정한 양으로 규제하는 규제수단으로서 작용하는 것으로서, 구체적으로는 이 경우 핀틀(14)을 하우징(1)의 축심(m)으로부터 -D만큼 변위시킨 편심위치(-n)에서 정지하도록 하고있다.

다음에, 이 에너지 변환기에서는 핀틀(14)을 다른쪽, 즉 상기 스프링 부재(52) 및 상기 유체식 수단(53)이 부세지지하는 방향과 180도 반대쪽에 핀틀(14)을 변위시키기 위한 수단으로서, 이 변환기에 구비되어 잇는 압력 보상기구를 이용해서 작동하도록 구성한 유체식 작동기(66)을 갖추고 있다. 즉, 하우징(1)의 홈(19)에 끼워져 있는 접동부(14a)의 상기 오목부(51)와 반대쪽의 단면에 회전축심과 직교하여 상기 오목부 (51)와 대향하는 오목부(67)를 형성하고, 이 오목부(67)내에, 내부에 작동 유체의 도입부(68)을 형성함과 동시에 그 내부 베이스 단면(69a)과 그 오목부(67)의 내부 바닥면(67a)과의 사이에 스프링 지지용단부(70)에 지지되어 스프링 부재(71)를 개재해서 착설하고, 그 베이스 단면을 하우징(1)의 내면에 기밀하게 맞닿게 하면서 이 오목부 (67)의 내주면과 상대적으로 슬라이드 가능하게 원통 형상의 실린더부재(69)를 끼우고 있다. 또한 하우징(1) 내면과의 맞닿는 면에 해당하는 실린더 내부 베이스 단면 (69a)에는 시일부재(72)에 의해서 접촉면에서의 작동 유체의 누설을 방지하고 있다. 또 이 핀들(14)의 오목부(67)에 끼워진 실린더부재(69)의 중공부에는, 하우징(1)의 외면쪽으로부터 그 구멍(13)을 통해서 핀틀지지레버(74)를 관통시키고 있으며, 그 선단면(74a)을 오목부(67)의 내부 바닥면(67a)에 당접시키고 있다. 이 핀틀 지지레버 (74)는 하우징(1)으로부터 돌출한 헤드부(74b)의 내면과 하우징(1)의 외면과의 사이에 적절한 스프링 부재(75)를 개재해서 착설한 상태이며, 이 헤드부(74b)를 하우징 (1)에 고착한 지지캡(76)에 끼우고 또한 그 상단부에서 끼운 고정볼트(77)의 조임으로 그 선단면(74a)이 상기 실린더 부재(69)로부터의 돌출길이를 조정가능하게 해서 고정하고 있다.

다시말하면, 이 핀틀 지지레버(74)는 상기 스프링 부재(52)등에 의해서 부세되어 있는 핀틀(14)의 한쪽 방향의 변위를 규제하는 규제수단으로서 작용하는 것으로서, 구체적으로는, 이 경우 핀틀(14)을 하우징(1)의 축심(m)으로부터 D만큼 변위시킨 편심위치(+n)에서 정지하도록 하고 있다. 그리고, 이 변위용의 유체식 작동기(66)는 이 에너지 변환기의 고압쪽 유체를 압력보상밸브를 개재해서 그 실린더 부재(69)내의 상기 도입부(68)에 도입하기 위한 유체압회로를 구비하고 있다. 즉, 이 유체압회로는 상술한 바와 같이 미리 그쪽이 이 변환기의 고압쪽 유체의 유출 유입구가 되도록 설정되는 상기 유체유출입구(25) (제3도 참조)와 연통하는 상기 핀틀 관통포오트(24)와, 이 핀틀 관통포오트(24)로부터 분기하여 하우징(1)의 윗면커버(1b)쪽에 형성된 포오트 (82)에 작동유체를 도입하는 유체통로(81) (제1도에서, 점선으로 간략하게 도시함)와, 이 포오트(82)를 하우징(1)뒷면 커버(1b)에 맞닿게 접합한 압력 보상기구가 내부에 착설되어 있는 블록(91)내에 형성된 유체통로(92)에 연통시키는 유체통로(83)와, 이 블록내의 유체통로(92)로부터 압력 보상밸브(93)을 개재해서 작동유체를 하우징 (1)쪽으로 도입하는 유체통로(85)로 이루어지며, 이 유체통로(85)의 일단부는 유체통로(92)와 연통하고, 타단부는 상기 실린더 부재(69)내의 도입부(68)와 상기 핀틀지지레버(74)가 관통하고 있는 하우징(1)에 형성한 구멍(73)에 연통되게 되어 있다.

또, 상기 블록(91)내에 내장한 압력보상밸브(93)는, 상기 유체통로(92)에 스푸울(94)을 소정의 동작 설정압에 대응시켜서 부세지지 하면서 접동 가능하게 결합해서 이루어진 구조의 것이다. 상세히 설명하면, 상기 유체통로(92)내에 스푸울(94)을 그 접동면이 상기 유체통로(85)의 개구 위치에 완전히 걸치도록 해서 배치함과 동시에 이 스우플(94)의 이동쪽 선단부를 이 유체통로(92)가 개통하는 큰 직경의 구멍(95)을 향하도록 하고, 또한 그 선단부에 씌어진 압압판(96)과 구멍(95)의 타단쪽으로부터 끼워서 착설되어 있는 고정볼트(97) 내면과의 사이에 스프링 부재(98)를 개재해서 착설하고 있다.

이 스프링 부재(98)의 부세력은, 고정볼트(97)의 조임에 의하여 스트로우으의 조정을 가변할 수 있다. 그리고, 상기 유체통로(83)로부터 전달되는 이 변환기의 고압족 유체의 압력이 스프링 부재(98)의 부세력, 즉 이 압력 보상밸브(93)의 설정압을 견디면, 스푸울(94)가 약간 선단부쪽으로 접동해서 변위하며, 이때 상기 유체통로(85)가 스프울(94)에 의한 봉쇄가 해제되어서 이 유체통로(85)와 유체통로(92)가 도통하며, 이것에 의해서 상기 변위용의 유체식 작동기(66)의 고압쪽 유체가 도입된게 된다. 더 말할 것도 없이 고압쪽 유체의 압력이 설정압 이하가 되면, 스푸울(94)이 복귀하여 유체식 작동기(66)에의 고압쪽 유체의 공급이 차단되게 된다. 또한 (86), (87), (88)은 작동기(66)로부터 되돌아 오는 작동유체를 하우징 내면을 향하여 케이스트 레인에 도입하기 위한 각 유체통로이다. 또, (99)는, 스프울(94)의 복귀 위치를 유지하기 위한 스토퍼이다. 그리고, 이러한 압력 보상밸브(93)를 개재해서 이 변환기의 고압쪽으로부터 작동 유체가 상기 유체식 작동기(66)에 도입되면, 그 작동시에 상기 스프링 부재(52)의 부세력과 상기 밸런스 피스톤(56)으로부터의 작용력에 대항해서 핀틀 (14)이 다른 쪽으로 변위된다.

여기에서, 유체식 작동기(66)가 핀틀(14)에 부여하는 작동력은, 그 작동유체의 도입부가 되는 상기 오목부(67)의 내부 바닥면(67a)의 면적에 도입되어 고압쪽 유체의 압력이 인가되는 것이며, 이 힘이 핀틀(14)을 상기 편심 위치(-n)로 변위시켜지게 된다. 이 때문에 이 유체식 작동기(66)는 대향하는 부세력 등에 견디는 작동력을 가진 상기 벨런스 피스톤(56)으로부터의 작용력과 비교해서 출력이 크게 설정되어 있다. 환언하면, 상기 스프링 부재(52)는, 이 유체식 작동기(66) 및 상기 밸런스 피스톤(56)의 작용력에 의거해서, 이 변환기의 고압쪽 유체압이 상기 압력보상밸브(93)의 설정압으로부터 증대하는 쪽으로 변화할 때에 핀틀(14)이 원활하게 변위 동작하도록, 그 스프링 특성을 소정의 것으로 설정하고 있는 것이다.

그리고, 또, 상기 스프링 부재(52)의 스프링 특성은 이 변환기의 고압쪽 유체의 유체압이 상기 압력보상밸브(93)의 설정압에 도달해서 유체식 작동기(66)가 작동할려고 하는 단계에서는 아직도 그 작동력 보다도 이 스프링 부재(52) 및 상기 밸런스 피스톤(56)의 작용력쪽이 약간 상회하고 있어, 그것이 설정압을 극히 약간 증가하면 즉시 핀틀(14)이 다른쪽으로 변위하도록 설정되어 있다. 또한 이미 설명한 바와 같이, 이 변위시에는 유체식 수단(53)내의 상기 나사레버(64)가 핀틀(14)의 변위를 규제하는 규제수단으로서 작용하게 된다.

이어서, 도시한 실시예의 작용에 대해서 설명한다.

이 변환기의 본체부분의 기본적인 동작에 대해서는 일본 특허공개공보 소화58 -771779호에 기재되어 있는 바와 같다. 즉, 핀틀(14)의 축심을 +n의 위치로 설정하고 상기 토오크링(2)을 외력에 의해서 화살표(R)의 방향으로 회전시키면, 고압의 유체가 제1의 유체 유통로(21)로부터 토출되어, 펌프로서의 기능을 하게 된다. 또, 반대로 핀틀(14)의 축심을 -n의 위치에 설정해서 고압의 유체를, 상기 제1의 유체 유통로( 21)를 통해서 그 제1영역(A)에 존재하는 공간(13)내에 공급하면 상기 토오크링 (2)을 화살표(S) 방향으로 회전시키려고 하는 우력이 발생하여, 모우터로서의 기능을 하게 된다. 그리고, 이 각 조정의 축심위치에서 펌프/모우터로서의 사용 상태에서는, 이 변환기의 회전축(6)은 일정한 방향으로 회전하게 된다.

다음에, 이 변환기를 그 용량을 변경하면서 사용할 때에 대해서 작동을 설명한다.

지금 이 변환기를 액압원으로서 사용하여 유체 압구동식의 액압기란에 제공하는 경우에 가정해서 작동을 설명하면, 도면과 같은 핀틀(14)의 축심이 +n에 위치하는 편심상태에서 펌프로서 운전되고 있을 경우에 있어서는, 이 펌프는 그 편심량에 의해서 정해지는 유량을 그 고압쪽에 해당하는 제1의 유체유통로(21)로부터 토출한다. 그리고, 이 고압쪽의 부하압력 즉 토출압이 소정의 설정압에 도달하면, 이 고압쪽의 유체를 도입하는 상기 유체압회로에 개재해서 착설되어 있는 압력 보상밸브(93)가 열려서, 유체식 작동기(66)가 그 도입부(68)에 이 고압쪽 유체를 도입하고, 또 그 유체압이 약간이라도 증대하는 경향을 나타내면 과도적으로 그 토출압력에 따른 토출량을 설정하기 위하여 유체식 작동기(66)가 핀틀(14)을 변위하며, 그리고 더욱 압력이 상승할때에는 유체식 작동기(66)가 대향하는 스프링 부재(52) 및 밸런스 피스톤(56)의 작동력과 부세력 등을 견디어 내서, 핀틀(14)의 축심을 상기 규제수단에 의해 정해진 편심 위치-n, 즉 회전축심으로부터 다른 쪽까지 변위시키게 된다. 그리고 이 핀틀(14)이 변위를 완료한 시점에서 이 변환기는 그 제1의 유체유통로(21)로부터 부(負)의 유량을 토출하는 펌프, 다시말하면 고압 유체를 유입해서 동일한 방향으로 회전하는 모우터로 자동적으로 절환해서 운전되게 된다. 이러한 용량 변화를 하는 이 변환기의 토출량과 부하압력과의 관계를 제5도에 도시한다. 동도면에 도시한 바와 같이, 이러한 것에 있어서는 종래의 압력보상 기능을 갖춘 펌프와 비교하면 제5도의 a, b와 같이 단지 토출압력에 따라서 토출량을 제어하는 것과는 다르며, 그 설정압을 초과하면 이번에는 제5도의 c와 같이 대체로 압력이 일정(이 압력이 압력 보상밸브의 설정압에 상당함)하게 유지되어 점차적으로 그 고압쪽으로부터의 유입량이 증가하고, 그 소정의 유입 용량에 도달하여 고압 유체를 가진 유체 에너지 변환 모우터로서 작동한다.

따라서 예를 들면, 이 변환기의 회전축(6)에 한쪽방향으로 회전하는 회전형의 발전기를 연결해 놓으며, 상기 제5도의 c, d에 있어서의 모우터로서 사용될 때에 그 유체 에너지를 회수할 수 있어, 이 에너지 회수 기능에 의해서 에너지 절약형의 변환기로서 가동시킬 수 있는 것이다. 또한 이상에 설명한 실시예의 것은 핀틀(14)을 스프링 부재(52)의 부세력과 함께 밸런스 피스톤(56)의 작동력으로 변위 지지시키는 특히, 본 발명의 제2의 발명에 과한 것이었으나, 본 발명은 원리적으로, 이 밸런스 피스톤(56)을 병용하지 않아도, 즉, 스프링 부재(52)의 부세력만으로 핀틀(14)을 변위 지지시키며, 또한 이것과 변위용의 유체식 작동기(66)의 작동력에 소요로 하는 밸런스를 부여하도록 해도 되며, 따라서 본 발명은 이러한 구성으로 이루어진 것을 제1의 발명으로서 포함하고 있는 것이다. 또한, 본 발명의 실시예 있어서는, 상기 실시예와 같이, 밸런스 피스톤 (56)을 설치하는 것이 유리하다.

이것은 다음과 같은 사항을 들 수 있다. 상기 실시예의 정압형식의 변환기에서는, 그 핀틀중심 +n의 편심 위치로 변위시켜서 펌프로서 사용하고 있을 때는, 원리상 지지요소인 핀틀(14)에 작용하는 힘이 균형을 이루어 변위력이 작용하지 않으나, 실제에는 작동 유체의 압축성에 기인해서 각 공간(13)에 있어서의 압력변화에 지연을 초래하여 핀틀(14)을 중립위치로 되돌리려고 하는 언밸런스한 힘이 작용한다. 이 때문에, 상기 스프링 부재(52)만으로 지지하도록 하면, 이 스프링 부재(52)에는 상당히 큰 부세력을 발생할 수 있는 것이 필요하게 되며, 또한 상술한 바와 같은 변위를 위한 긴 스트로우크를 필요로 하므로 이 스프링 부재(52)의 설계가 매우 곤란하게 되어 (예를 들면, 코일 스프링의 허용전 단응력을 초과하게 되거나, 코일이 감은 수를 증가하면 용이하게 좌귤 (buckling)을 일으키거나 하는 등) 조립시나 분해시의 작업이 곤란하고 또한 위험하게 되는 불편이 있다. 그리고 밸런스 피스톤(56)을 사용해서 핀틀(14)을 지지하도록 하면, 이러한 불편을 해소할 수 있고, 그 스프링 부재(52)에 이상적인 특성을 가진 것을 부여할 수 있으며 나아가서는 이런 종류의 변환기에 안정한 용량변화 기능을 구비시킬 수 있다.

또한 발명의 변환기에 있어서 펌프 기능 혹은 모우터 기능을 가진 본체 부분의 구성은 물론 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 통상의 레이디얼 피스톤형의 펌프/모우터 등에도 적용 가능하다. 또 본 발명의 특허청구의 범위 제2항에 있어서 말하는 「밸런스 피스톤」에는 플래져 형상의 것도 포함되는 것은 물론이다. 본 발명의 변환기는 이상과 같은 구성이므로, 회전축의 회전방향을 일정하게 유지하면서 그 고압쪽의 압력에 따라서 자동적으로 운전상태가 절환되어서 펌프나 모우터로서도 동작하므로 통상의 압력 보상기능을 갖춘 에너지 변환기에서는 달성할 수 없는 높은 에너지 회수 기능을 발휘할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 제1의 부재와 제2의 부재와의 상대회전에 따라서 유체 유출입용의 공간용적을 증감시킴으로서 펌프기능 또는 모우터기능을 할 수 있도록 구성함과 동시에 상기 부재의 한쪽을 지지하는 지지요소를 회전축심과 직교하는 방향으로 변위동작 시켜서 상기 양부재 상호간의 편심량을 조절하는 것에 의해서 그 용량을 변화시킬 수 있도록 구성한 회전형 유체에너지 변환기에 있어서, 상기 지지요소를 회전축심으로부터 한쪽으로 변위시키도록 부세하기 위한 스프링 부재와, 상기 지지요소를 상기 스프링 부재의 부세방향에 대항하여 상기 한쪽의 변위로부터 회전축심을 통과해서 다른쪽까지 변위시키기 위한 유체식 작동기를 갖추고, 이 에너지 변환기의 고압쪽 유체를 압력 보상밸브를 개재해서 상기 유체식 작동기에 도입함으로서, 펌프기능시 뿐만 아니라, 모우터 기능시에도 고압쪽 유체압력을 압력 보상밸브의 설정압으로 유지하는 것을 특징으로 하는 회전형 유체 에너지 변환기.
2. 제1의 부재와 제2의 부재와의 상대회전에 따라서 유체 유출입용의 공간 용적을 증감시키으로서 펌프 기능 또는 모우터 기능을 할 수 있도록 구성함과 동시에 상기 부재의 한쪽을 지지하는 지지요소를 회전축심과 직교하는 방향으로 변위동작시켜서 상기 양부재 상호간의 편심량을 조절함으로서 그 용량을 변화시킬 수 있도록 구성한 회전형 유체 에너지 변환기에 있어서, 상기 지지요소를 회전축심으로부터 한쪽으로 변위시키도록 부세하기 위한 스프링 부재와, 상기 지지요소의 변위방향의 언밸런스한 힘을 제거하는 작용력을 발생시키기 위한 밸런스 피스톤과 상기 지지요소를 상기 스프링부재의 부세력 방향에 대향하여 상기 한쪽의 일정량의 변위로부터 회전축심을 통과해서 다른쪽까지 변위시키기 위한 유체식 작동기와, 이 에너지 변환기의 고압쪽 유체를 압력보상 밸브를 개재해서 상기 밸런스 피스톤의 단면에 도입하여 상기 작용력을 발생시키기 위한 유체압 회로를 갖추고 이 에너지 변환기의 고압쪽 유체를 상기 압력보상밸브를 개재해서 유체압 작동기에 도입함으로서 펌프기능시 뿐만 아니라 모우터 기능시에 있어서도 고압쪽 유체압력을 압력보상밸브의 설정압으로 유지하는 것을 특징으로 하는 회전형 유체 에너지 변환기

Images