KR101698914B1 - 이중 배출 펌프 - Google Patents

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KR101698914B1
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야로슬로 루토슬라브스키
매튜 윌리엄슨
안드르제이 코왈스키
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마그나 파워트레인 인크.
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Abstract

이중 배출 압력 펌프(dual outlet pressure pump)는 제 1 및 제 2 유입구 및 제 1 및 제 2 배출구를 가지는 하우징(housing)을 포함한다. 복수의 베인(vanes)은 로터(rotor)에 의해 구동된다. 비대칭의 로터 공동(asymmetric rotor cavity)은 적어도 부분적으로 정의된 복수의 저압, 고용적 챔버로 형성된 베인에 의해 연결된 제 1 표면을 포함한다. 또한 공동은 적어도 부분적으로 정의된 복수의 고압, 저용적 챔버로 형성된 베인에 의해 연결된 제 2 표면을 포함한다. 로터 및 베인의 회전은 제 1 유입구 및 제 1 배출구 사이의 고용적의 저압 유체 및 제 2 유입구 및 제 2 배출구 사이의 저용적의 고압 유체를 실질적으로 동시에 펌프로 끌어올린다.

Description

이중 배출 펌프{DUAL OUTLET PUMP}
본 개시는 일반적으로 유체 펌프(fluid pump)에 관한 것이다. 특히, 저압(low pressure)에서 높은 유량을 제공하는 제 1 배출구(outlet) 및 고압에서 낮은 유량을 제공하는 제 2 배출구를 가지는 펌프를 서술한다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2010년 10월 5일에 출원된, 미국 가출원 번호 61/389,776의 우선권을 주장한다. 상기 출원의 전체 공개내용은 여기에서 참조로 통합된다.
본 부분은 반드시 이전 기술이 아닌 본 개시에 관련된 배경 정보를 제공한다.
현대의 전형적인 자동차의 이용에서, 제조업자는 자동 변속기(automatic transmission)와 관련된 두개의 분리된 유체 펌프를 이용할 수 있다. 제 1 유체 펌프는 자동 변속기의 구성요소를 냉각 및 윤활을 위해 상대적으로 저압에서 높은 유량을 제공한다. 제 2 변속 유체 펌프(transmission fluid pump)는 변속 기능을 제어하기 위해 상대적으로 낮은 유량에서 높은 배출 압력을 제공하기 위해 구성된다.
특히, 고압 유체(high pressurized fluid)는 힘이 변속 기능을 제거하기 위해 다양한 클러치(clutches), 브레이크(brakes) 또는 다른 장치에 적용될 수 있도록 하나 이상의 챔버(chamber)와 연결하여 선택적으로 설치된다. 분리된 펌프가 이전에 만족스럽게 작용된 동안, 펌프는 이전의 시스템과 비교하여 작아진 크기, 비용 및 중량을 가지는 단일 유닛에서 두개의 펌프의 기능을 제공하는 이중 배출구를 포함하는 펌프를 제공하는데 바람직할 수 있다.
본 부분은 개시의 전체적인 요약을 제공하고, 전체 범위 또는 모든 기능을 광범위하게 개시하지 않는다.
이중 배출 압력 펌프(dual outlet pressure pump)는 제 1 및 제 2 유입구(inlets)와 제 1 및 제 2 배출구(outlets)를 가지는 하우징(housing)을 포함한다. 복수의 베인(vanes)은 로터(rotor)에 의해 구동된다. 비대칭의 로터 공동(asymmetric rotor cavity)은 복수의 고압, 고용적 챔버를 적어도 부분적으로 정의하기 위해 형성된 베인에 의해 연결되는 제 1 표면을 포함한다. 또한 공동은 복수의 고압, 저용적 챔버를 적어도 부분적으로 정의하기 위해 형성된 베인에 의해 연결된 제 2 표면을 포함한다. 로터 및 베인의 회전은 실질적으로 동시에 제 1 유입구 및 제 1 배출구 사이의 고용적의 저압 유체 및 제 2 유입구 및 제 2 배출구 사이의 저용적의 고압 유체를 공급한다.
유체 펌프는 유입구, 제 1 배출구 및 제 2 배출구를 가지는 하우징을 포함한다. 복수의 베인은 하우징에 회전 가능하게 지지된 로터에 의해 구동된다. 베인은 다른 용적을 가지는 압력 챔버를 정의한다. 제 1 및 제 2 배출구는 유입구로부터 유체를 받으며, 감소하는 용적을 가지는 챔버와 연관이 있다. 제 2 배출구는 제 1 유입구 보다 높은 압력 및 낮은 유량에서 유체를 공급한다.
본 발명의 적용의 추가 영역은 상세한 설명, 청구항 및 도면에서 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 구체예는 설명을 목적으로 하며 공개 범위를 제한하지 않는다.
여기에 설명된 도면은 선택된 실시예의 설명을 목적으로만 하여 모든 가능한 구현에 있으며 본 공개 범위를 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명의 티칭(teaching)에 따라 형성된 이중 배출 펌프의 사시도(perspective view)이다;
도 2는 도 1에 나타낸 펌프의 부분 분해 사시도이다;
도 3은 이중 배출 펌프 일부의 단편도(fragmentary view)이다;
도 4는 이중 배출 펌프의 전면판의 사시도이다;
도 5는 이중 배출 펌프의 배면도(rear view)이다;
도 6~9는 다른 플레인(planes)의 횡단 측면도(cross-sectional side view)이다;
도 10은 대안의 이중 배출 펌프(alternate dual outlet pump)의 횡단 측면도이다;
도 11은 도 10에 나타낸 펌프를 통해 이루어진 횡단 측면도이다;
도 12는 다른 플레인에서 취해진 이중 배출 펌프의 다른 횡단 측면도이다;
도 13은 다른 플레인에서 취해진 이중 배출 펌프의 다른 횡단 측면도이다;
도 14는 다른 플레인에서 취해진 이중 배출 펌프의 다른 횡단 측면도이다;
도 15는 후면판(rear plate)의 사시도이다;
도 16은 후면판의 다른 사시도이다;
도 17은 전면판(front plate)의 사시도이다;
도 18은 전면판의 다른 사시도이다;
도 19는 중간판(mid-plate)의 사시도이다;
도 20은 다른 대안의 이중 배출 펌프의 단편으로된 사시도이며;
도 21은 이중 배출 펌프 및 모터 조립체(motor assembly)의 횡단 측면도이다.
대응하는 도면 부호는 도면의 여러 면을 통해 해당 부분을 나타낸다.
첨부된 도면에서 설명하는 예를 참조하여 본 발명의 다양한 구체예를 상세히 기술할 것이다.
도 1~6은 복수의 나사 파스너(threaded fastener, 26)에 의해 서로 고정된 전면판(front plate, 20), 중간판(mid-plate, 22) 및 후면판(rear plate, 24)을 포함하는 이중 배출 펌프(10)에 관한 것이다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 파스너(fastener, 26)는 전면판(20) 및 후면판(24) 사이의 미리결정된 간격을 위해 소켓 헤드 숄더 볼트(socket head shoulder bolt)로 형성된다. 구동축(driveshaft, 14)은 전면판(20), 중간판(22) 및 후면판(24)에 대하여 회전하는 로터(rotor, 28)와 회전을 위해 고정된다. 전면판(20), 중간판(22) 및 후면판(24)는 원통형의 공동을 가지는 하우징 내에 위치하도록 조정된다. 구동축(14)의 회전은 제 1 배출 포트(outlet port, 16) 및 제 2 배출 포트(18)로 유입 포트(15)에서 유체의 펌핑(pumping)을 야기한다. 제 1 배출 포트(16)은 고유동, 저압 배출을 제공한다. 제 2 배출 포트(18)는 저유동, 고압 배출을 제공한다.
또한 펌프(Pump, 10)는 로터(28)에 형성된, 방사상으로 연장된 복수의 슬롯(34) 내에 배치된 방사상으로 움직일 수 있는 베인(32)를 포함한다. 각각의 베인(32)의 원위면(distal surface, 36)은 중간판(22)의 내부 표면(inner surface, 38)과 접촉하고 있다. 내부 표면(38)은 로터 회전축(42)에 대한 편심 위치(eccentric location)에 배치된 중심을 가지는, 실질적으로 원통형의 형상이다. 또한 축(Shaft, 14)은 회전축(42)를 따라 회전한다. 내부 표면(38) 및 회전축(42) 사이의 편심 관계는 인접한 베인(32) 사이의 연속적으로 증가되고 감소되는 복수의 챔버(46)를 정의한다. 제 1 배출 포트(16)는 상대적으로 큰 용적을 가지나 크기가 감소하는 챔버(46)와 유체적으로 연결되도록 형성되고, 배치되어서, 상대적으로 높은 유량의 가압 유체가 제 1 배출 포트(16)를 떠난다. 감소하는 크기의 챔버 방향으로 원주를 따라서, 고압의 제 2 배출 포트(18)는 매우 작은 간극(very minimal)이 중간판(22)의 내부 표면(38) 및 로터(28)의 외부 표면(50) 사이에서 떠나는 챔버(46)와 연결하여 배치된다. 원주 방향 위치에서 압력 챔버(46)의 크기는 상대적으로 작아서 배출 포트(18)을 통해 상대적으로 높은 압력, 낮은 유동을 생성한다. 원주형으로 간격을 두고 떨어져있는 복수의 통로(passageways, 52)는 각각의 베인(32)의 근위면(proximal face, 54)와 유체적으로 연결하여 제공된다. 통로(52)는 저압 배출 포트(16) 또는 고압 배출 포트(18) 중 하나에서 가압 유체로 제공된다. 후면판(24)은 통로(52)의 일부 및 저압 배출 포트(16)와 연결하는 제 1 그루브(58)를 포함한다. 통로(59)는 그루브(58) 및 제 1 배출 포트(16)을 연결한다. 원주형으로 연장된 제 2 그루브(60)는 나머지 통로(52) 및 고압 배출 포트와 유체적으로 연결된다. 통로(61)는 그루브(60) 및 고압 배출 포트(18)을 연결한다. 또한 전면판(20)은 유사한 제 1 및 제 2 그루브(64, 66)를 포함한다. 전형적인 베인 펌프(vane pumps)와 달리 본 발명의 이중 배출 펌프(10)는 고압 및 저압 배출 포트의 제공 때문에 불균형적이다. 펌프(10)을 통한 부하(loads)의 균형을 위하여, 원주 방향으로 연장된 그루브(58, 64)는 실질적으로 원주방향으로 연장된 그루브(60, 66)보다 크다.
전면판(20)은 연속적으로 증가하는 용적을 가지는 유입 포트(15) 및 여러 챔버(46)과 유체적으로 연결된 유입 포트 그루브(inlet port groove, 68)를 포함한다. 유사한 유입 포트 그루브(69)는 후면판(24)에 제공된다. 저압 배출 그루브(70)은 이후에 감소되는 용적을 가지는 여러 챔버(46)와 연결되는 결합면(mating face, 72)을 따라 원주 방향으로 연장된다. 또한 후면판(24)은 대응하는 저압 배출 그루브(73)를 포함한다. 통로(76)는 제 1 오링(o-ring, 80) 및 제 2 오링(82) 사이에 저압 유체를 제공하도록 기판(plate)의 측면을 떠나는 전면판(20)을 통해 연장된다. 제 3 오링(84)은 후면판(24)에 배치된다. 오링(80, 82, 84)은 도면에 나타내지 않은 하우징의 원통 내면을 밀봉적으로 연결한다. 저압의 유체는 실링 특성을 향상시키기 위해 씰(seals, 80, 82) 사이에 제공된다.
또한 전면판(20)은 제 2 그루브(66)과 유체적으로 연결하는 고압 배출 틈(outlet aperture, 85)을 포함한다. 중간판(22)는 제 2 배출 포트(18)와 유체적으로 연결하는 고압 유체를 제공하기 위해 노치(notch, 90)를 포함한다.
도 10~19는 참조 번호(200)로 식별되는 제 2 이중 배출 펌프를 나타낸다. 펌프(200)는 하우징(202), 전면판(204), 중간판(206), 후면판(208)을 포함한다. 파스너(fasteners, 210)는 전면판(204), 중간판(206), 후면판(208)을 연결한다. 파스너(207)는 하우징(202)에 전면판(204)의 플랜지(flange, 209)를 고정한다. 축(shaft, 212)은 로터(214)와 회전을 위해 고정된다. 방사상으로 이동가능한 복수의 베인(216)은 로터(214)에 형성된 슬롯(slots, 218) 내부에 배치된다. 압력 챔버(215)는 인접한 베인(216), 로터(214) 및 중간판(206)사이에서 정의된다. 구동축(212)은 회전축(217)에 대하여 회전한다. 베어링(bearings, 219, 220)은 구동축(212)을 회전가능하게 지지한다. 립 씰(lip seal, 221)은 전면판(204) 내부에 배치되고, 밀봉적으로 구동축(212)을 연결한다.
하우징(202)은 저압 유입구(222), 고압 유입구(224), 저압 배출구(226) 및 고압 배출구(228)를 포함한다. 중간판(206)은 이중 배출 압력 특성을 가지는 펌프(200)를 제공하는 비대칭 공동(asymmetrical cavity, 232)를 포함한다. 비대칭 공동(232)의 제 1 부분(236)은 제 1 표면(238)에 의해 정의되고, 로터(214)의 외부 표면(240)에서 최대 거리의 간격을 두고 배치된다. 가령, 인접한 베인(216) 및 제 1 표면(238) 사이에 위치한 가압 챔버에 의해 정의된 용적은 로터(214)의 원주에 대한 다른 가압 챔버에 비하면 상대적으로 크다. 특히, 제 2 표면(246)은 비대칭 공동(232)의 제 2 부분을 정의한다. 제 2 표면(246)은 제 1 표면(238)보다 로터(214)의 외부 표면(240)에 더 가까이 배치된다. 펌핑(pumping)을 제공하기 위해, 로터(214)의 회전 방향이 고려될 때 증가하는 용적 및 감소하는 용적의 연속적인 가압 챔버가 정의되도록 제 1 표면(238) 및 제 2 표면(246)은 곡면(curved surface)인 것을 이해해야 한다.
도면에서 볼 수 있듯이, 고압 유입구(224)는 제 2 표면(246)에 의해 적어도 부분적으로 정의된, 용적이 증가하는 챔버와 관련이 있다. 고압 유입 포트(249)는 전면판(204)에 형성된다. 고압 유입 포트(250)는 후면판(208)에 형성된다. 고압 유입 포트(249, 250)는 중간판(206)을 통해 연장된 고압 유입 틈(inlet aperture, 251)과 정렬된다.
고압 배출구(228)은 제 2 표면(246)에 의해 적어도 부분적으로 정의된, 순차적으로 용적이 감소되는 압력 챔버(215)와 유체적으로 연결된다. 가압 유체는 각각 전면판(204) 및 후면판(208)의 고압 배출 포트(253, 255)를 통해 압력 챔버(215)를 떠난다. 고압 배출 틈(257)은 고압 배출 포트(253, 255)를 연결한다.
저압 유입구(222)는 하우징(202)의 내부표면(254) 및 중간판(206)의 외부 표면(258) 사이에 형성된 공동(cavity, 252)과 유체적으로 연결된다. 도 14 및 19에서 볼 수 있듯이, 챔퍼(chamfer, 260)는 제 1 표면(238)에 의해 적어도 부분적으로 정의된 챔버에 들어가는, 저압 유입구(222)를 통과하는 유체를 위한 저압 유입 통로(261)를 제공하기 위해 중간판(206)에 형성된다. 저압 유입 포트(262, 264)는 각각 전면판(204) 및 후면판(208)에 형성된다. 저압 유입 포트(262, 264)는 제 1 표면(238)과 연관된 순차적으로 용적이 증가하는 챔버에 들어가는 저압 유체를 위한 저장소(reservoir) 및 통로를 제공한다. 로터(214)가 회전하므로, 가압 유체는 저압 유입 포트(262, 264)에 들어간다. 저압 배출 틈(276)은 중간판(206)을 통해 연장되고, 저압 배출 포트(270, 272)를 연결한다. 고압 유체 경로(fluid path)는 저압 유체 경로에서 분리되어 있다.
로터(214)는 슬롯(slots, 218)의 단부에 배치된 복수의 통로(242)를 포함한다. 전면판(204)은 저압 유체와 연통된, 원주형으로 연장된 제 1 슬롯(294) 및 고압 유체를 받는, 원주형으로 연장된 대향 슬롯(296)을 포함한다. 유사한 방식으로 후면판(208)은 저압 유체를 받는 제 1 슬롯(300) 및 고압 유체를 받는 제 2 슬롯(302)을 포함한다. 각 슬롯의 크기 및 형상은 각각의 베인 및 제 1 표면(238) 및 제 2 표면(246) 사이의 연결을 유지하기 위해 베인(216)의 뒷면(back face)에 가압 유체를 적용하도록 통로(242)의 위치에 대응한다.
도 20은 대안의 이중 배출 펌프(320)을 나타낸다. 펌프(320)는 실질적으로 펌프(200)과 유사하다. 가령, 유사 요소는 하단의 "a" 접미사(suffix)를 포함하는, 이전에 도입된 참조 번호를 유지한다. 도 20은 저압 유입구(222a)로서 펌프의 반대 측(opposite side)에 배치된 저압 유입 통로(low pressure inlet passageway, 261a)를 가지는 중간판(206a)의 가능한 위치(orientation)를 나타낸다. 도 20에 나타낸 바와 같이 펌프(320)가 수직으로 장착되는 것을 고려해야한다. 외부 표면(258a) 및 내부 표면(254a) 사이의 공동(252a)은 저장소(reservoir) 내부의 펌프(320) 위치 또는 다른 유체 공급 메카니즘 때문에 유체로 채워질 수 있다. 펌핑되는 유체는 저압 유입 통로(261a)에 도달하여 유입될 때까지 계속해서 공동(252a)을 채운다. 가령, 배관 유입구 및 배출구의 위치에 대한 까다로운 구매자의 포장 요구는 이러한 개념을 사용하여 충족될 수 있다.
도 21은 축(354)를 구동하는 모터(352)를 포함하는 예시적인 모터 및 펌프 조립체(pump assembly, 350)를 나타낸다. 축(354)은 설치판(mounting plate, 356)을 통해 연장된 모놀리식(monolithic), 단일 부재(one-piece member)이다. 축(354)은 펌프(360)의 로터(358)와 함께 회전하기 위해 고정된다. 펌프(360)는 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 펌프(10), 펌프(200) 또는 펌프(320)로 구성될 수 있다.
상기 기술한 구체예는 설명 및 기술의 목적을 위해 제공되었다. 본 발명을 제한하거나 배제하는 것으로 예정되지 않는다. 특정한 구체예의 개별 요소 또는 특징부는 일반적으로 그 특정한 구체예로 제한되지 않으며, 비록 특히 도시되거나 기술되지 않아도, 적용 가능하면, 상호교환할 수 있고 선택된 구체예에서 이용될 수 있다. 많은 방법으로 동일한 것이 변경될 수도 있다. 그런 변형례는 본 발명에서 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 그런 수정안은 전부 본 발명의 범위 내에서 포함되는 것으로 예정된다.

Claims (18)

  1. 이중 배출 압력 펌프로서,
    제 1 유입구(inlets) 및 제 2 유입구 및 제 1 배출구(outlets) 및 제 2 배출구를 포함하는 하우징(housing);
    로터(rotor);
    상기 로터에 의해 구동되는 복수의 베인(vanes);
    상기 베인에 의해 연결된 제 1 표면을 가지며, 적어도 부분적으로 복수의 제 1 챔버를 한정하도록 형성되는 비대칭의 로터 공동(asymmetric rotor cavity);을 포함하며,
    상기 공동은 상기 베인들에 의해 연결된 제 2 표면을 포함하며, 적어도 부분적으로 복수의 제 2 챔버를 한정하도록 형성되며,
    상기 로터 및 베인들이 회전하여 상기 제 1 유입구와 상기 제 1 배출구 사이에서 상기 제 1 챔버들로부터의 제 1 압력 및 제 1 용적의 유체를, 그리고 상기 제 2 유입구와 상기 제 2 배출구 사이에서 상기 제 2 챔버들로부터의 제 2 압력 및 제 2 용적의 유체를 동시에 펌핑하며,
    상기 제 1 용적은 상기 제 2 용적보다 더 크고, 상기 제 2 압력은 상기 제 1 압력보다 더 큰, 이중 배출 압력 펌프.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 표면은 상기 제 2 표면보다 상기 로터에서 더 떨어져 있는, 이중 배출 압력 펌프.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 펌프는 고정 용량 펌프(fixed capacity pump)인, 이중 배출 압력 펌프.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 펌프는 서로 고정된 제 1, 제 2 및 제 3판을 포함하고, 제 2 판은 로터 및 베인을 수용하는 비대칭 공동을 포함하는, 이중 배출 압력 펌프.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 판(plate)은 상기 제 1 챔버 및 상기 제 1 배출구 중 적어도 하나와 연결되는 제 1 배출 포트를 포함하고,
    상기 제 1 판은 또한 상기 제 1 배출 포트에서 간격을 두고 떨어져 있고, 상기 제 2 챔버 및 상기 제 2 배출구 중 적어도 하나와 연결되는 제 2 배출 포트를 포함하는, 이중 배출 압력 펌프.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 판은 상기 제 1 챔버들로부터의 유체를 수용하는 제 1 슬롯 및 간격을 두고 떨어져 있고 상기 제 2 챔버들로부터의 유체를 수용하는 제 2 슬롯을 포함하며,
    상기 슬롯들은 상기 공동의 제 1 및 제 2 표면 쪽으로 상기 베인들을 가압하기 위해 상기 베인들의 면들에 가압 유체를 제공하는, 이중 배출 압력 펌프.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2 판은 제 1 유입구와 연결되는 유로(flow path)를 제공하는 챔퍼 에지(chamfered edge)를 포함하는, 이중 배출 압력 펌프.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 3 판은 상기 제 1 챔버들 및 상기 제 1 배출구 중 적어도 하나와 연결되는 제 1 배출 포트를 포함하고,
    상기 제 3 판은 또한 상기 제 1 배출 포트에서 간격을 두고 떨어져 있고, 상기 제 2 챔버들 및 상기 제 2 배출구 중 적어도 하나와 연결되는 제 2 배출 포트를 포함하는, 이중 배출 압력 펌프.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 판은 상기 제 1 판의 제 2 배출 포트 및 상기 제 3 판의 제 2 배출 포트를 연결하는 통로를 포함하는, 이중 배출 압력 펌프.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 3 판은 상기 제 1 챔버들과 연결되는 제 1 유입 포트 및 상기 제 2 챔버들과 연결되는 제 2 유입 포트를 포함하는, 이중 배출 압력 펌프.
  12. 제 11항에 있어서,
    저장 공동(storage cavity)이 유체를 저장하기 위해 상기 제 2 판과 상기 하우징 사이에 형성되고,
    상기 제 2 판은 상기 저장 공동에서 로터 공동까지 유체가 흐르도록 하는 유입 통로를 포함하는, 이중 배출 압력 펌프.
  13. 제 1항에 있어서,
    하우징 내부에 장착된 전기 모터(electric motor) 및 로터를 구동하는 모터에 의해 구동되는 모놀리식 축(monolithic shaft)을 더 포함하는, 이중 배출 압력 펌프.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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