KR102003107B1

KR102003107B1 - 가변 용량 펌프

Info

Publication number: KR102003107B1
Application number: KR1020160009861A
Authority: KR
Inventors: 장순길
Original assignee: 장순길
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2019-07-24
Also published as: US11047382B2; US20180223839A1; US20200141405A1; US20200141406A1; KR20170020197A

Abstract

본 발명은 가변 용량 펌프에 관한 것이다.
본 발명에 의한 가변 용량 기어 펌프는 종래의 기어 펌프에서 케이싱 내부에 맞물려 있는 두 기어 중 하나를 축 방향으로 이동하여 두 기어가 맞물리는 폭을 변경하여 토출량을 조정한다. 기어의 이동에 따라 케이싱 밖으로 나오는 기어와 케이싱 커버 사이 또는 기어와 기어 블록 사이에 유체의 누출을 막는 기어 링과, 기어와 케이싱의 사이 또는 기어의 측면과 기어의 사이에 유체의 누출을 막는 기어 블록을 설치하고 필요한 경우 기어 블록이 관통하는 기어 블록 구멍을 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 가변 용량 펌프의 구조는 그대로 가변 용량 모터로서 사용 가능하여, 기어 펌프와 기어 모터의 특성을 살리면서 가변 용량형을 구현하여 각각 단독으로 사용할 수 있을 뿐 아니라, 무단 변속기와 동력 분배 장치 등에 활용될 수 있다.

Description

가변 용량 펌프 {VARIABLE DISPLACEMENT PUMP}

유압 펌프 또는 유압 모터는 베인, 피스톤, 기어 등을 사용하여 만들 수가 있으며 서로 다른 특성을 가지고 있다. 기어를 사용하는 유압 펌프와 유압 모터는 베인 또는 피스톤을 사용하는 경우보다 가변 용량형을 만드는데 어려움이 많았다.

유압 기어 펌프와 유압 기어 모터는 기본적인 구조가 같으며, 외접형, 내접형, 트로코이드형 등으로 나누어 볼 수 있다. 본 발명의 관점에서 스크류 펌프와 로브 펌프의 구조는 외접형 기어 펌프와 같다. 유압 기어 펌프는 기어와 기어가 맞물림과 분리를 반복하면서 유체의 흐름을 만들고, 그 유량은 기어와 기어가 맞물리는 폭에 비례하기 때문에 기어와 기어가 맞물리는 폭을 변경할 수 있으면 토출량도 변경할 수 있게 된다. 기어와 기어가 맞물리는 폭을 변경하는 것은 두 기어를 축 방향으로 서로 반대 방향으로 이동하여 쉽게 달성할 수 있다. 반면, 이렇게 상대적으로 이동한 두 기어로 인해 유체가 원하지 않는 곳으로 새지 않도록 하는 것이 해결해야 할 문제이다. 종래에 기어가 축 방향으로 이동하여 양쪽으로 기어끼리 맞물리지 않고 나온 부분에 대해, 링을 한 개 사용하여 그렇게 나온 부분 중 하나의 겉이나 속에 끼워서 그 기어의 톱니와 톱니 사이에서 유체가 누출되지 않도록 하거나, 링을 두 개 사용하여 양쪽으로 나온 두 부분에 대해 각각 겉이나 속에 끼워서 각 기어의 톱니와 톱니 사이에서 유체가 누출되지 않도록 하거나, 기어의 이끝, 슬리브, 홈 등에 접하여 유체가 누출되지 않도록 하는 블록을 하나 또는 다수 사용하거나, 기어, 축, 블록 등을 둘러싸는 슬리브를 하나 또는 다수 사용하는 등의 방법으로 유체가 새지 않도록 하는 시도가 오래전부터 수없이 있어 왔다. 사용된 링에도 구멍이 뚫려 유체가 통과할 수 있도록 한 것도 있는 등 여러 종류가 있었다. 그러나, 개시된 종래의 방법들을 살펴보면 구조가 매우 복잡해서 가변 용량 기어 펌프를 만들기가 몹시 어렵거나, 숨어 있는 문제를 놓치고 해결되지 못했거나, 제조 비용과 유지 비용이 많이 드는 경향이 있었고, 그렇기 때문에 베인형과 피스톤형으로 만든 가변 용량형 펌프에 비해 경쟁력이 없어서 관심조차 끌지 못하는 경우가 많았다. 본 발명은 대한민국 공개번호1020140140011과 WO 2014178483의 후속 발명으로 그동안 발견된 문제를 해결하였다.

대한민국 공개번호 1020140140011과 WO 2014178483의 가변 용량 외접 기어 펌프, 가변 용량 트로코이드 기어 펌프 및 가변 용량 내접 기어 펌프는 본 발명의 도면과 명세서에 설명한 문제를 가지고 있어서 그 명세서와 청구항에 기술한 역할을 다할 수 없다. 본 발명의 도 29와 명세서에는 유체가 펌프 내부의 고압인 지역에서 저압인 지역으로 누출되는 문제가 개시되어 있다. 대한민국 등록번호 1014492240000과 US 9,091,265 B2의 가변 용량 외접 기어 펌프는 도면 2, 도면 8 및 도면 15에서 보이는 링(first ring 5, second ring 6)이 많은 유로(flow passagges 50)를 포함하고 있어서 링(first ring 5, second ring 6)의 좌우로 유체가 쉽게 흐를 수 있다. 반면, 본 발명의 모든 기어 링에는 유로가 없고 유체도 좌우로 흐를 수 없기 때문에 기어 링의 구조, 역할 및 작용은 링(first ring 5, second ring 6)과 다르다. 도면 10, 도면 11, 도면 12, 도면 14 및 도면 17에서 보이는 하우징(housing 17)의 내부에서 링(first ring 5)을 축 방향으로 이동시키면서 유체의 누출을 막는 밀봉슬리브(sealing sleeve 18)와 같은 매우 복잡한 장치도 본 발명에서는 사용하지 않는다. 더욱이, 밀봉슬리브(sealing sleeve 18) 내부의 연장된 그루브(groove 181)에 제1 링(first ring 5)을 넣는 방법에 대해 설명이 없는데, 제1 링(first ring 5)의 지름이 연장된 그루브(groove 181)의 입구보다 커서 제자리에 넣을 수 없다. 마찬가지로, 도 16에 보인 하우징(housing 17) 내의 연장된 그루브(groove 171)에 제2 링(second ring 6)을 넣을 수도 없다. 링(first ring 5, second ring 6)이 움직이려면 유체가 유로(flow passages 50)를 통해 쉽게 링(first ring 5, second ring 6)을 관통하여 흘러야 되고, 유체는 링(first ring 5, second ring 6)을 넘어 밀봉들(first sealing 7, second sealing 8, second sealing 9, first sealing 10)에 의해 새지 않도록 차단되고 있다. 본 발명에서는 기어 링 단독으로 유체가 새지 않도록 차단하는 역할을 다 하기 때문에 유체를 차단하는 방법이 서로 다르다. US 2001/0024618의 가변 용량 외접 기어 펌프는 두 개의 기어 링(complement 17, gear complement 30)과 슬리브(sleeve 22)와 슬리브 센터(sleeve center 20)를 사용하고 있으나, 본 발명에서는 슬리브(sleeve 22)와 슬리브 센터(sleeve center 20)을 사용하지 않기 때문에 서로 다르다. 슬리브(sleeve 22)는 회전하며 움직이는 기어 링(gear complement 30)에 접하고, 기어(gear 16)와 슬리브 센터(sleeve center 20)에 접하여 유체의 누출이 없어야 하므로 정밀하게 개시한 도면대로 만들어야 한다. 도 6에는 케이싱(receiver housing 36)에 슬리브(sleeve 22)와 슬리브 센터(sleeve center 20)를 위한 구멍을 어떻게 뚫어야 하는지 나와 있다. 제작과 유지 보수가 매우 힘들고 비용도 많이 들어 상업적인 경쟁력이 없다. 발명자도 등록을 포기(Status: Abandoned -- Failure to Pay Issue Fee.)하였다. US 7,588,431 B2의 가변 용량 내접 기어 펌프는 흡입실(inlet chamber)과 토출실(discharge chamber)을 나누기 위해 초승달 판(inner flange 120, extending flange 144)이 필요한데, 초승달 판(inner flange 120, extending flange 144)의 구조나 작동에 대한 구체적인 설명이 없어, 통상의 기술을 가진 사람은 초승달 판(inner flange 120, extending flange 144)이 두 기어(external gear 124, internal gear 128)의 사이에서 어떻게 유체를 새지 않게 할 수 있는지 도저히 알 수 없다. 더구나, 두 기어(external gear 124, internal gear 128)가 맞물린 폭을 변경하면, 맞물린 두 기어(external gear 124, internal gear 128) 사이에 있는 초승달 판(inner flange 120, extending flange 144)의 길이도 함께 변경되어야 하는데, 여기에 대해 아무런 대책이나 설명이 없다. 또, 두 기어(external gear 124, internal gear 128)가 맞물린 폭을 변경하려면 한 기어(external gear 124)가 적절하게 움직여야 하는데, 그 움직임을 어떻게 조정하는지 구체적인 설명이 없고, 그 기어(external gear 124)가 케이싱(end cap 106 and base portion 104 of hollow housing 102) 속에 있기 때문에 외부에서 접근이 가능하지 않다. 함께 개시된 가변 용량 외접 기어 펌프는 한 기어(second gear 218)와 케이싱(body portion 208 of hollow housing 202) 사이에는 유체 차단을 위한 장치(flange 232)를 설치하였으나, 다른 기어(first gear 214)는 그렇게 하지 않아 펌프 내부가 흡입실과 토출실로 나누어질 수 없고, 유체 차단 장치(flange 232)의 구조와 작동에 대한 구체적인 설명이 없어 유체 차단 방법을 알 수 없고, 두 기어가 맞물린 폭을 변경하면, 유체 차단 장치(flange 232)의 길이도 따라 변경되어야 하는데 그 방법을 알 수 없고, 두 기어가 맞물린 폭을 변경하려면 한 기어(first gear 214)와 다른 장치(plate fitting 230, second seal sleeve 228)가 적절하게 움직여야 하는데, 그 움직임을 어떻게 조정하는지 구체적인 설명이 없고, 그 기어(first gear 214)와 다른 장치(plate fitting 230, second seal sleeve 228)가 케이싱(second end cap 206 and body portion 208 and first end cap 204 of hollow housing 202) 속에 있기 때문에 외부에서 접근이 불가능하다. 따라서, 펌프나 모터, 가변 용량형 펌프나 가변 용량형 모터로서 구현하기 매우 어렵다. US 7,832,997 B2의 가변 용량 트로코이드 기어 펌프는 기어 링을 사용하지 않고 다른 장치들(passive piston 52, pump cover 28, active piston 36, housing 24)을 사용하는 것이 본 발명과 다르다. 본 발명의 도 29에서 개시한 것과 같이 outer rotor(44) 속에서 inner rotor(48)와 active piston(36)이 접하여 있을 때 고압 지역(high pressure region)과 저압 지역(low pressure region)의 경계선 양쪽에서 outer rotor(44)의 골면과 잇면이 형성하는 공간으로 유체가 통할 수 있는 통로가 형성되는 문제가 있어 펌프로서 제대로 작동할 수 없다. 문제를 일으키는 공간은 Fig. 5b에서도 쉽게 확인할 수 있으며, 그림에서 outer rotor(44)와 inner rotor(48)의 사이에 있는 빈 영역이 바로 문제를 일으키는 공간이다. US 6,244,839 B1의 가변 용량 내접 기어 펌프는 outer gerotor(140)와 inner gerotor(132)의 사이에서 유체가 누출되는 것을 차단하기 위하여 integral flanged piston(122)과 housing(105)을 사용하는데 비해 본 발명에서는 이동 기어의 겉에 고정 기어 링을 사용하는 것이 서로 다르다. Housing(105) 내부에서 inner gerotor(132)가 outer gerotor(140) 속에서 오른쪽으로 일부 빠져나와 있을 때 housing(105) 내부의 고압인 지역에서 저압인 지역으로 유체가 누출되는 문제가 있어서 펌프의 역할을 다할 수 없다. 본 발명의 도 29와 명세서에 개시한 것과 같은 문제를 일으키는 공간이 잘 나타난 곳은 Fig. 20과 Fig. 21의 윗쪽 132가 가리키는 부근이다. US 4,740,142의 가변 용량 외접 기어 펌프, 가변 용량 내접 기어 펌프 및 가변 용량 트로코이드 기어 펌프는 기어 링을 전혀 사용하지 않는 것이 본 발명과 다르다. 본 발명에서는 모든 펌프가 기어 링을 두 개씩 사용한다. 또, US 4,740,142에 개시된 가변 용량 외접 기어 펌프, 가변 용량 내접 기어 펌프 및 가변 용량 트로코이드 기어 펌프는 모두 본 발명의 도 29와 명세서에 개시한 것과 같은 케이싱 내부의 고압인 지역에서 저압인 지역으로 유체가 누출되는 문제가 있어서 펌프의 역할을 다할 수 없다. 도 2, 도 4, 도 6, 도 8, 도 13, 도 18 및 도 22에서 기어의 맞물림이 빠진 자리에 빈 공간이 보이는데 이 공간이 고압 지역과 저압 지역으로 동시에 개방되어 있다. US 2002/0076344 A1의 가변 용량 내접 기어 펌프는 기어 링을 사용하지 않는 것이 본 발명과 다르다. 본 발명에 개시된 가변 용량 내접 기어 펌프는 2개의 기어 링을 사용한다. 또, US 2002/0076344 A1의 가변 용량 내접 기어 펌프는 본 발명의 도 29와 명세서에 개시한 것과 같은 케이싱 내부의 고압인 지역에서 저압인 지역으로 유체가 누출되는 문제가 있어서 펌프의 역할을 다할 수 없다. 도 3의 우측에는 second gear(42)와 first gear(40)가 맞물려 있는 것을 볼 수 있는데, 그림처럼 넓은 지역에 걸쳐 빈틈 없이 맞물리는 것은 아니고, 한 시점에 한 지점에서만 밀착한다. 도 4의 우측에 second gear(42)의 이끝에 sliding seal(34)이 접하고 있는 것을 볼 수 있는데, second gear(42)의 톱니들 사이에 빈 공간을 형성하는 것을 볼 수 있고, 이 빈 공간은 도 1의 우측 중앙 부근에서도 볼 수 있다. 이 공간은 도 3의 first region(58)과 second region(60)에 대해 모두 열려 있어 유체의 누출 통로가 된다.

없음

본 발명의 목적은 가변 용량 기어 펌프에 있어서 기어와 기어가 맞물리는 폭을 변경하기 위해 기어를 축 방향으로 이동할 때 기어 링과 기어 블록을 사용하여 유체가 원하지 않는 곳으로 새지 않도록 막는 간단한 방법을 제공함에 있다. 그것은 기어 펌프의 단순한 구조와 경제성 등 주요 특성을 가변 용량 기어 펌프에서도 유지하도록 하는 것이다. 그렇게 되면 베인형이나 피스톤형보다 더 경쟁력이 있는 가변 용량 기어 펌프와 가변 용량 기어 모터를 상용으로 쉽게 만들 수 있게 될 것이다. 이하 유압 기어 펌프와 유압 기어 모터를 반복해서 따로 언급하지 않고 유압 기어 펌프로서 유압 기어 펌프와 유압 기어 모터 모두에 대하기로 하겠다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 수단을 사용한다.

가변 용량 외접 기어 펌프의 경우에는 케이싱에서 한 기어는 고정된 자리에서 회전하도록 두고, 맞물려 회전하는 다른 기어는 축 방향으로 이동하여 두 기어가 맞물리는 폭을 변경하여 토출량을 조정하되, 기어와 케이싱 사이에는 기어 블록과 기어 블록 구멍, 기어와 케이싱 커버 사이에는 기어 링을 설치하여 유체의 누출을 막고,

가변 용량 트로코이드 기어 펌프의 경우에는 케이싱 내부에서 한 기어는 고정된 자리에서 회전하도록 두고, 맞물려 회전하는 다른 기어는 축 방향으로 이동하여 두 기어가 맞물리는 폭을 변경하여 토출량을 조정하되, 이동하는 기어와 케이싱 커버의 사이에는 기어 링, 고정된 자리에서 회전하는 기어의 속에서 이동하는 기어의 측면에는 기어 링과 기어 블록을 설치하여 유체의 누출을 막고,

가변 용량 내접 기어 펌프의 경우에는 케이싱 내부에서 한 기어는 고정된 자리에서 회전하도록 두고, 맞물려 회전하는 다른 기어는 축 방향으로 이동하여 두 기어가 맞물리는 폭을 변경하여 토출량을 조정하되, 이동하는 기어와 케이싱 커버의 사이에는 기어 링, 고정된 기어의 속에서 이동하는 기어의 측면에는 기어 링과 기어 블록을 설치하여 유체의 누출을 막고, 초승달 판은 고정된 기어 쪽과 이동하는 기어 쪽으로 나누고 각각 대응하는 초승달 판 구멍을 관통하여 움직인다.

유압 기어 펌프 또는 유압 기어 모터의 단순한 구조에 최소의 변경을 더하기 때문에 제작과 유지가 쉽고 비용이 적게 드는 경쟁력 있는 가변 용량 기어 펌프 또는 가변 용량 기어 모터를 만들 수 있게 된다. 가변 용량 기어 펌프와 가변 용량 기어 모터로서 단독으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 둘을 연결하여 무단 변속기, 무단 동력 분배 장치 등에 다양하게 사용될 수 있다.

도 1은 가변 용량 외접 기어 펌프에 사용되는 고정 기어 링(11), 이동 기어 링(12), 고정 기어(14) 및 이동 기어(13)를 보이고 있다. 고정 기어 링(11)은 이동 기어(13)에 끼워 좌우로 움직일 수 있으며, 이동 기어 링(12)은 고정 기어(14)에 끼워 좌우로 움직일 수 있으며, 움직일 때 유체가 새지 않는다.
도 2는 가변 용량 외접 기어 펌프에 사용되는 케이싱(22), 고정 커버(21), 이동 커버(23), 이동 기어 블록(24), 이동 기어 블록 구멍(27)을 보이고 있다. 이동 기어 블록(24)은 이동 커버(23)에 붙어 있으며 케이싱(22) 내부에서 천장에 닿은 상태로 이동하며, 이동 기어 블록 구멍(27)을 관통할 것이다.
도 3은 가변 용량 외접 기어 펌프가 조립되어 동작 중인 상태의 한 단면을 보이고 있다.
도 4는 도 3의 화살표 31 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 5는 도 3의 화살표 32 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 6은 도 3의 화살표 33 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 7은 도 3의 화살표 34 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 8은 도 1 내지 도 7에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프의 한 변형을 보인 것이다. 여기에서는 고정 기어 블록(85)이 이동 기어 블록(86)과 함께 사용되고 있다. 두 기어가 유체에 잠기어야 하며, 케이싱은 윗면과 옆면이 없고 바닥뿐이다.
도 9는 도 8에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프를 활용하여 무단 변속 장치를 꾸미는 방법을 두 가지 보이고 있다. 오른쪽 그림에서는 단순하게 보이도록 4개 기어와 4개 기어 링을 생략하고 그리지 않았다.
도 10은 가변 용량 트로코이드 기어 펌프에 사용되는 고정 기어 링(101), 이동 기어(102), 이동 기어 축(103), 이동 기어 보조 축(107), 고정 기어(104), 이동 기어 링(105), 기어 블록(106), 기어 블록 구멍(108) 및 기어 블록 고정 장치(109)를 보이고 있다. 고정 기어 링(101)은 이동 기어(102)의 겉에 끼워 좌우로 움직일 수 있으며, 움직일 때 유체가 새지 않는다. 이동 기어 링(105)은 기어 블록(106)과 조립하여 고정 기어(104)의 속에 끼워 이동 기어(102)의 우측에 접하여 좌우로 움직일 수 있고, 움직일 때 고정 기어(104)와의 사이에서 유체가 새지 않는다.
도 11은 가변 용량 트로코이드 기어 펌프에 사용되는 기어 링 커버(111), 케이싱(112), 기어 블록 커버(113), 흡입구 커버(114) 및 토출구 커버(115)를 보이고 있다.
도 12는 가변 용량 트로코이드 기어 펌프가 조립되어 동작 중인 상태의 한 단면을 보이고 있다. 도 14의 화살표 141 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 13은 도 12의 화살표 121 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 14는 도 12의 화살표 122 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 15는 도 12의 화살표 123 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 16은 도 12의 화살표 124 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 17은 도 12의 화살표 125 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 18은 가변 용량 내접 기어 펌프에 사용되는 고정 기어(181)를 보인 것이다.
도 19는 가변 용량 내접 기어 펌프에 사용되는 기어 블록(191), 이동 초승달 판(192), 이동 기어 링(193) 및 이탈 방지 판(194)을 보인 것이다. 이동 초승달 판(192)은 기어 블록(191)에 붙어 있고, 기어 블록(191)의 이동 초승달 판(192) 바로 위에는 고정 초승달 판(214)이 관통할 고정 초승달 판 구멍(196)이 있다. 이탈 방지 판(194)에도 고정 초승달 판 구멍(197)이 있다.
도 20은 가변 용량 내접 기어 펌프에 사용되는 고정 기어 링(201)과 이동 기어(202)를 보이고 있다. 고정 기어 링(201)은 이동 기어(202)의 겉에 끼워 좌우로 움직일 수 있고, 움직일 때 유체가 새지 않는다. 이동 기어(202)는 필요에 따라 이동 기어 축(203)에 고정하여 함께 회전할 수도 있고, 고정하지 않아 함께 회전하지 않도록 할 수도 있다.
도 21은 가변 용량 내접 기어 펌프에 사용되는 케이싱(211), 케이싱 커버(212), 고정 기어 링 커버(213), 고정 초승달 판(214) 및 이동 초승달 판 구멍(217)을 보이고 있다. 고정 초승달 판(214)은 고정 기어 링 커버(213)에 붙어 있고, 고정 기어 링 커버(213)의 고정 초승달 판(214) 바로 아래에는 이동 초승달 판(192)이 관통할 이동 초승달 판 구멍(217)이 있다. 도 19에서 이미 보인 기어 블록(191)이 이동 기어 링(193)에 조립된 형태로 다시 보이고 있다. 고정 초승달 판(214)과 이동 초승달 판(192)은 서로 닿은 상태로 움직인다.
도 22는 고정 초승달 판(214)과 이동 초승달 판(192)은 닿은 상태로 움직일 때 서로 이탈하지 않도록 이동 초승달 판 오목 줄(221)과 고정 초승달 판 볼록 줄(222)과 같은 요철을 만들어 사용할 수 있다.
도 23은 가변 용량 내접 기어 펌프가 조립되어 동작 중인 상태의 한 단면을 보이고 있다. 도 25의 화살표 251 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 24는 도 23의 화살표 231 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 25는 도 23의 화살표 232 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 26은 도 23의 화살표 233 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 27은 도 23의 화살표 234 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 28은 도 23의 화살표 235 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 29는 종래의 가변 용량 외접 기어 펌프에서 유체가 새는 통로를 보이고 있다.
도 30은 도 8에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프를 활용하여 무단 동력 분배 장치를 꾸미는 방법을 한 가지 보이고 있다.
도 31은 가변 용량 내접 기어 펌프에 사용되는 고정 기어(311)를 보인 것이다. 도 18에 비해 고정 기어 축(182)이 없고, 고정 기어 판(313)의 중앙의 뚫려 있다.
도 32는 가변 용량 내접 기어 펌프에 사용되는 기어 블록(321), 이동 초승달 판(322), 이동 기어 링(193), 이탈 방지 판(324), 기어 블록 지지판(328)과 기어 블록 지지판 구멍(329)을 보인 것이다. 기어 블록 지지판(328)은 기어 블록(321)에 붙어 있고 이탈 방지 판(324)에 있는 기어 블록 지지판 구멍(329)을 관통한다.
도 33은 가변 용량 내접 기어 펌프에 사용되는 고정 기어 링(201)과 이동 기어(332)를 보이고 있다. 도 20에 비해 이동 기어 축(333)이 길다.
도 34는 가변 용량 내접 기어 펌프에 사용되는 케이싱(211), 케이싱 커버(342), 고정 기어 링 커버(213), 고정 초승달 판(214), 기어 블록(321), 이동 초승달 판(322), 이동 기어 링(193) 및 기어 블록(321)에 붙어 있는 기어 블록 지지판(328)과 케이싱 커버(342)에 있는 기어 블록 지지판 구멍(348)을 보이고 있다. 기어 블록 지지판(328)이 케이싱 커버(342)에 있는 기어 블록 지지판 구멍(348)을 관통하여 움직일 것이다.
도 35는 도 22에 보인 것과 같다.
도 36은 가변 용량 내접 기어 펌프가 조립되어 동작 중인 상태의 한 단면을 보이고 있다. 도 38의 화살표 381 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 37은 도 36의 화살표 361 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 38은 도 36의 화살표 362 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 39는 도 36의 화살표 363 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 40은 도 36의 화살표 364 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 41은 도 36의 화살표 365 위치에서 잘라 본 단면을 표시한 것이다.
도 42는 도 1 내지 도 7에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프의 다른 변형을 보인 것이다. 여기에서는 옆면이 서로 닿는 고정 기어 블록(425)과 이동 기어 블록(426)을 사용하고 있다. 두 기어가 유체에 잠기어야 하며, 케이싱을 사용하지 않는다.
도 43은 도 1 내지 도 7에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프의 다른 변형을 보인 것이다. 여기에서는 이동 기어 블록(24)과 이동 기어 블록 구멍(27)을 사용하지 않고 대신 이동 케이싱(434)를 사용한다.
도 44는 도 43에 따른 단면도를 보여 주고 있다.
도 45는 도 1 내지 도 7에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프의 다른 변형 방법을 보인 것이다. 여기에서는 케이싱(22), 이동 기어 블록(24), 이동 기어 블록 구멍(27)을 사용하지 않고 대신 고정 케이싱(455)과 이동 케이싱(456)를 사용한다.

유압 기어 펌프와 유압 기어 모터는 기본적인 구조가 같으므로 유압 기어 펌프에 대한 설명으로 유압 기어 모터에 대한 설명을 갈음한다. 일반적으로 유압 기어 펌프에는 외접형, 내접형 및 트로코이드형이 사용된다. 로브 펌프에 대한 설명은 외접형의 설명으로 갈음한다. 본 발명에서는 이러한 세 가지 형태에 대한 각각의 가변 용량 기어 펌프의 구조와 방법을 제공한다.

도 1에는 가변 용량 외접 기어 펌프를 구성하는 고정 기어 링(11), 이동 기어 링(12), 고정 기어(14), 이동 기어(13)를 보이고 있고, 도 2에는 케이싱(22), 고정 커버(21), 이동 커버(23), 이동 기어 블록 구멍(27)을 보이고 있다. 케이싱(22) 중에서 이동 기어의 이끝이 접하는 부분을 고정 케이싱(28)이라고 부르기로 한다. 고정 기어(14)는 이동 기어 링(12)을 끼우고 고정 커버(21)의 작은 구멍과 이동 커버(23)의 큰 구멍을 이용하여 설치하고, 이동 기어(13)는 고정 기어 링(11)을 끼우고 고정 커버(21)의 큰 구멍과 이동 커버(23)의 작은 구멍을 이용하여 설치한다. 고정 기어 링(11)은 고정 커버(21)의 큰 구멍에서 회전하며, 고정 커버(21)는 케이싱(22)의 앞에 붙여진다. 이동 기어 링(12)은 이동 커버(23)의 큰 구멍에서 회전하며, 이동 커버(23)는 케이싱(22)의 내부에서 좌우로 움직인다. 이동 기어 블록(24)은 이동 커버(23)에 붙어 있으며, 위로는 케이싱(22)의 천장에 닿고, 아래로는 고정 기어(14)의 이끝에 닿으면서, 고정 커버(21)에 있는 이동 기어 블록 구멍(27)을 관통하여 움직인다. 이동 기어(13)는 케이싱(22)의 내부에서 위로는 고정 기어(14)와 맞물려 있으며, 아래로는 이끝이 케이싱(22)에 접해 있다. 이동 기어(13), 이동 기어 링(12), 이동 기어 블록(24) 및 이동 커버(23)가 함께 좌우로 움직임에 따라 두 기어가 맞물리는 폭이 변경되어 토출량이 달라진다. 도 2의 케이싱(22)이 직육면체에 가까운 것은 그리기 쉽고 이해를 돕기 위한 것이다. 이동 기어 블록(24)의 단면의 모양과 여기에 따른 이동 기어 블록 구멍(27)의 모양은 이동 기어 블록(24)이 고정 기어(14)의 이끝에 접하고 케이싱(22)에 접하기 위한 것으로 도 2에 보인 것으로 제한 되는 것은 아니다. 이동 기어(13)의 이끝이 케이싱(22)과 접하는 곳이 케이싱(22)의 바닥으로 한정되지 않고, 이동 기어 블록(24)이 케이싱(22)과 접하는 곳이 케이싱(22)의 천장으로 제한되지 않는다. 이동 기어(13)의 이끝이 케이싱(22)과 접하는 곳과 이동 기어 블록(24)이 케이싱(22)과 접하는 곳을 조정하면 케이싱(22)은 도 2에 보인 것과 같이 상하좌우가 다 있는 것에서 일부를 줄일 수도 있다. 예를 들어, 가변 용량 외접 기어 펌프의 설치 장소가 유체 탱크 내부의 바닥이거나 내연기관의 크랭크실 바닥 같은 곳이면 이동 기어(13)와 고정 기어(14)를 수평으로 배치하고 기어가 유체에 잠겨 있도록 하면 케이싱(22)은 바닥 하나만 있으면 된다. 이것은 도 1 내지 도 7에서 고정 기어(14)와 이동 기어 블록(24)의 위치를 도 8에 보이는 고정 기어(84)와 이동 기어 블록(86)의 위치와 같이 옆으로 옮겨 배치하면 된다. 도 8은 고정 기어 블록(85)과 고정 기어 블록 구멍(73)을 더 사용한 경우이다. 경우에 따라 바닥을 정밀하게 가공하는 것이 어려울 경우도 있다. 이럴 경우를 대비해서 바닥도 필요 없이 만든 펌프가 도 42에 보이고 있다. 또, 기어 블록과 기어 블록 구멍을 사용하지 않기 위한 방법을 도 43과 도 44에 개시한다. 거기에 더해 케이싱을 사용하지 않는 방법을 도 45에 개시한다.

본 발명에 따른 가변 용량 외접 기어 펌프는 두 기어에 각각의 기어 링을 사용한다. 그리고, 종래의 외접 기어 펌프에서 기어의 이끝과 케이싱이 직접 접하는 자리에 기어 블록을 그 둘 사이에 두는 것이다. 기어 블록 구멍은 기어 블록이 관통하기 위한 구멍이다. 기어 블록은 하나의 기어와 케이싱 사이에 둘 수도 있고, 두 기어와 케이싱의 사이에 각각 둘 수도 있고, 사용하지 않을 수도 있다. 도 1 내지 도 7에 설명한 가변 용량 외접 기어 펌프는 한 기어에만 적용한 경우이며, 도 8, 도 9, 도 42에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프는 두 기어에 모두 적용한 경우이며, 도 43 내지 도 45에 보인 것은 적용하지 않은 경우이다.

도 3은 조립된 가변 용량 외접 기어 펌프가 작동 중인 상태의 한 단면을 보이고 있다. 조립과 작동 상태를 더욱 자세히 보이기 위해 부호 31 내지 부호 34의 화살표 위치에서 본 단면을 각각 도 4 내지 도 7에 다시 보이고 있다.

도 4는 도 3의 화살표 31 위치에서 잘라 본 단면으로, 고정 커버(21)의 큰 구멍에 고정 기어 링(11)이 들어 있으며, 거기에 이동 기어(13)가 끼워져 있는 것을 볼 수 있다. 고정 커버(21)의 작은 구멍에는 고정 기어 축(15)이 관통하고 있고, 이동 기어 블록(24)도 고정 커버(21)에 있는 이동 기어 블록 구멍(27)을 관통하고 있다.

도 5는 도 3의 화살표 32 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(22) 내에서 고정 기어(14)와 이동 기어(13)가 맞물려 있으며, 고정 기어(14)의 위로는 이동 기어 블록(24)이 닿아 있는 것을 볼 수 있다.

도 6은 도 3의 화살표 33 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(22) 내에 이동 커버(23)가 있고, 이동 커버(23)의 큰 구멍에 이동 기어 링(12)이 들어 있으며, 거기에 고정 기어(14)가 끼워져 있는 것을 볼 수 있다. 이동 커버(23)의 작은 구멍에는 이동 기어 축(16)이 관통하고 있다.

도 7은 도 3의 화살표 34 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(22) 내에 고정 기어(14)와 이동 기어 축(16)을 볼 수 있다.

도 3 내지 도 6을 통해 유체가 새지 않는 것을 확인할 수 있으며, 도 5를 통해 기어가 회전하면 유체가 흐른다는 것을 알 수 있으며, 케이싱(22) 내에서 이동 기어(13), 이동 기어 링(12), 이동 기어 블록(24) 및 이동 커버(23)의 위치를 조정하여 토출량을 조정할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

도 8은 도 1 내지 도 7에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프의 변형을 하나 보이고 있다. 도 1 내지 도 7에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프와 비교하면 기어 블록과 기어 블록 구멍이 추가되었고 배치 방법도 바뀌었다. 도 8의 가변 용량 외접 기어 펌프는 케이싱의 윗면과 옆면이 없이 오일 탱크의 바닥이나 크랭크실의 바닥 등에 쉽게 설치할 수 있다. 케이싱의 윗면과 옆면이 없을 경우에는 두 기어가 유체에 충분히 잠긴 상태에서 가동해야 하며, 유체 구멍(87)은 파이프를 연결하여 토출구로 사용할 수도 있고 흡입구로 사용할 수도 있다.

도 9에는 도 8에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프를 무단 변속 장치에 활용하는 방법을 두 가지 예로 보이고 있다. 무단 변속 장치는 유압 펌프와 유압 모터를 연결하여 사용하되 하나 또는 둘이 가변 용량형이면 되지만 둘 다 가변 용량형일 때 좀 더 성능이 좋다. 도 9의 좌측 그림에 보인 방법은 도 8의 예를 그대로 적용하여 유체 파이프(91)을 통해 둘을 연결한 것이며, 우측 그림에 보인 방법은 펌프와 모터 사이에 격벽(92)을 설치하되 격벽(92)에 유체 구멍(93)을 뚫어서 좌측 그림의 유체 파이프(91)를 대신하고, 사용 공간도 줄인 것을 보이고 있다. 우측 그림에는 편의를 위해 4개의 기어와 4개의 기어 링을 그리지 않았다. 케이싱의 윗면과 옆면이 없을 경우에는 기어들이 충분히 유체에 잠기도록 해야 한다. 도 9의 좌측 그림과 우측 그림에 있는 방식에 대해 각 가변 용량 외접 기어 펌프는 도 8에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프로 한정되지 않으며, 도 1 내지 도 7에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프나 도 42에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프나 도 43 내지 도 45에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프를 사용할 수도 있다.

도 30은 도 8에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프를 무단 동력 분배 장치에 활용하는 방법을 한 가지 예로 보이고 있다. 하나의 고정 기어(304)에 두 이동 기어(303, 319)가 맞물려 이동하며, 두 이동 기어(303, 319)와 이동 커버(302)가 이동 커버의 이동 방향(308)을 따라 움직임에 따라 두 유체 구멍(307, 317)의 토출량이 달라지지만 토출량의 합은 일정하게 유지되는데, 두 유체 구멍(307, 317)을 각각의 유압 모터에 연결하면 된다. 고정 기어(304)와 이동 기어(303, 319)는 유체에 잠겨 있어야 하며, 유체는 세 기어(304, 303, 319)의 이끝원과 기어 블록(305, 306, 316)이 접하는 곳에서 기어의 회전에 따라 흡입된다. 또, 여기에 사용할 수 있는 가변 용량 외접 기어 펌프는 도 8에 보인 것으로 한정되지 않고 도 1 내지 도 7에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프나 도 42에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프나 도 43 내지 도 45에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프를 사용할 수도 있다. 이러한 무단 동력 분배 장치를 사용하지 않고 이와 동일한 기능을 수행하도록 하기 위해서는 두 개의 동일한 가변 용량 펌프가 필요하다. 하나의 가변 용량 펌프가 토출량을 늘일 때 다른 가변 용량 펌프는 토출량을 줄이되 두 가변 용량 펌프의 토출량의 합이 일정하도록 토출량을 조정하면 되는 것이다. 그렇지만 이렇게 두 가변 용량 펌프를 사용할 경우에는 고정 기어, 이동 기어 링, 이동 커버, 고정 기어 블록 등 사용 부품이 하나씩 증가하며 두 가변 용량 펌프의 토출량의 합이 일정하도록 토출량을 정밀하게 조정하기 위한 장치며 수고가 더 필요하게 된다. 당연히 부품이 많은 만큼 고장의 가능성이 증가하고 유지보수가 어렵고 비용이 증가하며 두 가변 용량 펌프가 차지하는 공간이 더 크게 된다.

도 10에는 가변 용량 트로코이드 기어 펌프를 구성하는 고정 기어 링(101), 이동 기어(102), 이동 기어 축(103), 고정 기어(104), 이동 기어 링(105), 기어 블록(106), 이동 기어 보조 축(107), 기어 블록 구멍(108) 및 기어 블록 고정 장치(109)를 보이고 있고, 도 11에는 기어 링 커버(111), 케이싱(112), 기어 블록 커버(113), 흡입구 커버(114), 토출구 커버(115), 흡입구(116) 및 토출구(117)를 보이고 있다. 이동 기어(102), 이동 기어 링(105) 및 기어 블록(106)은 고정 기어(104)속에서 접하여 함께 좌우로 움직이고, 이동 기어(102)와 이동 기어 링(105)은 고정 기어(104)와 함께 회전하고, 고정 기어 링(101)은 이동 기어(102)의 겉에 끼워서 기어 링 커버(111)의 구멍에서 회전하고, 기어 블록(106)은 고정 기어(104)의 양쪽 이끝에 접하며 기어 블록 커버(113)의 구멍을 관통하여 움직인다. 이동 기어(102), 이동 기어 링(105) 및 기어 블록(106)이 함께 좌우로 움직임에 따라 두 기어가 맞물리는 폭이 변경되어 토출량이 달라진다. 이동 기어(102)와 고정 기어(104)에 사용되는 치형은 트로코이드로 한정되지 않는다.

도 12는 조립된 가변 용량 트로코이드 기어 펌프가 작동 중인 상태의 한 단면을 보이고 있다. 도 14의 부호 141의 화살표 위치에서 잘라 본 단면이다. 조립과 작동 상태를 더욱 자세히 보이기 위해 부호 121 내지 부호 125의 화살표 위치에서 본 단면을 각각 도 13 내지 도 17에 다시 보이고 있다.

도 13은 도 12의 화살표 121 위치에서 잘라 본 단면으로, 기어 링 커버(111)의 구멍에 고정 기어 링(101)이 들어 있고, 고정 기어 링(101)에 이동 기어(102)가 끼워져 있는 것을 볼 수 있다.

도 14는 도 12의 화살표 122 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(112) 내부에 고정 기어(104)가 들어 있고, 고정 기어(104) 내부에 이동 기어(102)가 맞물려 회전하는 모양을 보이고 있다. 회전하면 펌프 작용을 하는 부분이다. 점선으로 표시한 이동 기어 링(105)은 단지 이동 기어 링(105)의 상대적인 위치를 확인시켜 주기 위해 표시한 것이며 실제로는 이동 기어(102)가 끝나는 위치에 있으며, 거기서의 이동 기어 링(105)과 기어 블록(106)의 모양은 도 15에서 확인할 수 있다. 이동 기어 링(105)은 고정 기어(104)와 이동 기어(102)가 맞물려 닿아 있는 접점의 끝 주변을 막고 있어서 도 29에서 설명하는 유체의 누출 통로가 형성되는 것을 방지하고 있는 것을 확인할 수 있다.

도 15는 도 12의 화살표 123 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(112) 내부에 고정 기어(104)가 들어 있고, 고정 기어(104) 내부에 이동 기어 링(105)이 끼워져 있으며, 이동 기어 링(105)의 중앙에 기어 블록(106)이 조립되어 있고, 기어 블록(106)의 좌우는 유체의 통로로서 비어 있는 것을 볼 수 있다.

도 16은 도 12의 화살표 124 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(112) 내부에 고정 기어(104)가 들어 있고, 고정 기어(104) 내부에 기어 블록(106)이 고정 기어(104)의 양쪽 이끝에 접하여 내부를 흡입구 측과 토출구 측으로 나누고 있는 것을 볼 수 있다.

도 17은 도 12의 화살표 125 위치에서 잘라 본 단면으로, 기어 블록 커버(113) 내부에 기어 블록(106)이 관통을 하고 있으며, 흡입구와 토출구로 유체가 흐르는 두 구멍들을 볼 수 있다.

도 12 내지 도 17을 통해 유체가 새지 않는 것을 확인할 수 있으며, 도 14를 통해 기어가 회전하면 유체가 흐른다는 것을 알 수 있으며, 케이싱(112) 내에서 이동 기어(102), 이동 기어 링(105) 및 기어 블록(106)의 위치를 조정하여 토출량을 조정할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

도 18에는 가변 용량 내접 기어 펌프를 구성하는 고정 기어(181)를 보이고 있고, 도 19에는 기어 블록(191), 이동 초승달 판(192), 고정 초승달 판 구멍(196), 이동 기어 링(193), 이탈 방지 판(194), 축 고정 장치(195)를 보이고 있고, 도 20에는 고정 기어 링(201)과 이동 기어(202)를 보이고 있고, 도 21에는 케이싱(211), 케이싱 커버(212), 고정 기어 링 커버(213), 고정 초승달 판(214), 이동 초승달 판 구멍(217)을 보이고 있다. 이동 초승달 판(192)은 기어 블록(191)에 붙어 있으며, 기어 블록(191)에 이동 기어 링(193)이 조립된 형태를 도 21에서 확인할 수 있다. 이탈 방지 판(194)은 기어 블록(191)에 이동 기어 링(193)을 끼운 후 조립하며, 기어 링(193)이 기어 블록(191)에서 이탈하지 않도록 지름이 기어 블록(191)보다 조금 크다. 축 고정 장치(195)는 기어 블록(191)이 이동 기어(202)의 측면과 접촉을 유지하며 이동 기어 축(203)의 일정한 위치에 있도록 한다. 이동 기어 링(193)은 고정 기어(181)의 속에 끼워 좌우로 움직일 수 있고, 움직일 때 유체가 새지 않는다. 고정 기어 링(201)은 이동 기어(202)의 겉에 끼워 좌우로 움직일 수 있고, 움직일 때 유체가 새지 않는다. 고정 초승달 판(214)은 고정 기어 링 커버(213)에 붙어 있으며, 고정 초승달 판(214)과 이동 초승달 판(192)은 서로 닿은 상태로 좌우로 움직인다. 또, 고정 초승달 판(214)은 위로 이동 기어(202)의 이끝에 닿고 고정 초승달 판 구멍(196)을 관통하여 움직이며, 이동 초승달 판(192)은 아래로 고정 기어(181)의 이끝에 닿고 이동 초승달 판 구멍(217)을 관통하여 움직인다. 이동 기어(202), 기어 블록(191), 이동 기어 링(193) 및 이동 초승달 판(192)이 함께 좌우로 움직임에 따라 두 기어가 맞물리는 폭이 변경되어 토출량이 달라진다.

도 22에 보인 것처럼 고정 초승달 판(214)과 이동 초승달 판(192)이 닿은 상태로 움직일 때 서로 이탈하지 않도록 이동 초승달 판 오목 줄(221)과 고정 초승달 판 볼록 줄(222)과 같은 요철을 만드는 것이 좋다. 이것은 기어 블록(191)이 이동 기어(202)와 이동 기어 링(193)을 따라 회전하지 않도록 하는 데에도 도움이 된다. 기어 블록(191)은 이동 기어 축(203)의 한쪽을 지지하면서 이동 기어 링(193)에 접하고 있어 많은 회전력을 받는다. 이동 초승달 판(192)이 이동 초승달 판 구멍(217)을 관통하고, 고정 초승달 판(214)이 고정 초승달 판 구멍(196)을 관통하는 것과 이동 초승달 판 오목 줄(221)과 고정 초승달 판 볼록 줄(222)과 같은 요철을 통해 기어 블록(191)이 회전하지 않도록 하는데 필요한 충분한 힘을 받을 수 없는 경우에는 이동 기어 축(203)을 외부에서 더 튼튼하게 지지하는 방법을 사용할 수도 있고, 이동 기어 축(203)은 회전을 하지 않고 이동 기어(202)만 회전하며 이동 기어 축(203)에 기어 블록(191)을 단단히 고정시킬 수도 있고, 고정 기어(181)에서 고정 기어 축(182)을 제거하고, 고정 기어 판(183)의 중심에 큰 구멍을 내고, 케이싱 커버(212)를 도 11의 기어 블록 커버(113)처럼 변경하고, 기어 블록(191)이나 이탈 방지 판(194)에 도 10에 보인 기어 블록(106)과 같은 형태의 블록을 붙여서 사용할 수도 있다. 이렇게 변경할 경우에는 이동 기어 축(203)이 회전력의 전달을 담당한다.

도 23은 조립된 가변 용량 내접 기어 펌프가 작동 중인 상태의 한 단면을 보이고 있다. 도 25의 부호 251의 화살표 위치에서 잘라 본 단면이다. 조립과 작동 상태를 더욱 자세히 보이기 위해 부호 231 내지 부호 235의 위치에서 본 단면을 각각 도 24 내지 도 28에 다시 보이고 있다. 기어 블록(191)과 이동 기어 링(193)이 함께 좌우로 움직임에 따라 기어 블록(191)과 고정 기어 판(183) 사이의 공간은 공기압을 일정하게 유지하기 위해 공기의 자유로운 출입이 필요하게 된다. 고정 기어 판(183)에 공기 구멍을 뚫어 주는 것이 좋다.

도 24는 도 23의 화살표 231 위치에서 잘라 본 단면으로, 고정 기어 링 커버(213)의 큰 구멍에 고정 기어 링(201)이 들어 있고, 고정 기어 링(201)에 이동 기어(202)가 끼워져 있고, 고정 기어 링 커버(213)의 이동 초승달 판 구멍(217)을 이동 초승달 판(192)이 관통하고 있는 것을 볼 수 있다.

도 25는 도 23의 화살표 232 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(211) 내부에 고정 기어(181)가 이동 기어(202)와 맞물려 있고, 기어가 맞물린 반대편에는 고정 기어(181), 이동 초승달 판(192), 고정 초승달 판(214), 이동 기어(202)가 차례로 닿아 있는 것을 볼 수 있다. 회전하면 펌프 작용을 하는 부분이다.

도 26은 도 23의 화살표 233 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(211) 내부에서 고정 기어(181)에 이동 기어 링(193)이 끼워져 있고, 이동 기어 링(193)의 안으로 기어 블록(191)이 조립되어 있으며, 기어 블록(191)의 둥근 구멍에는 이동 기어 축(203)이 관통하고 있고, 고정 초승달 판 구멍(196)을 고정 초승달 판(214)이 관통하고 있는 것을 볼 수 있다. 고정 기어(181)와 이동 기어(202)의 맞물림이 끝나는 위치에서 빈틈없이 유체의 누출을 막고 있는 것을 확인할 수 있다.

도 27은 도 23의 화살표 234 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(211) 내부에서 고정 기어 판(183)을 볼 수 있다.

도 28은 도 23의 화살표 235 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱 커버(212)와 고정 기어 축(182)을 볼 수 있다.

도 23 내지 도 26을 통해 유체가 새지 않는 것을 확인할 수 있으며, 도 25를 통해 기어가 회전하면 유체가 흐른다는 것을 알 수 있으며, 케이싱(211) 내에서 이동 기어(202), 기어 블록(191), 이동 기어 링(193) 및 이동 초승달 판(192)의 위치를 조정하여 토출량을 조정할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

도 29는 종래의 가변 용량 외접 기어 펌프에서 잘 알려지지 않았던 유체가 새는 통로를 하나 보이고 있다. 종래의 가변 용량 외접 기어 펌프 중에는 고정 기어와 이동 기어의 맞물림이 끝나는 가장자리에 고정 기어, 이동 기어 및 기어 블록이 한 곳에서 만나는 것이 있는데, 도 29는 그런 가변 용량 외접 기어 펌프의 고정 기어, 이동 기어 및 기어 블록이 만나는 곳 주변을 그린 것이다. 그림에서 고정 기어(291)의 왼쪽은 이동 기어(292)와 맞물려 있으며, 오른쪽은 이끝이 기어 블록(293)에 접하여 있고, 이동 기어(292)와 기어 블록(293)도 서로 접하여 있다. 가상의 선으로 점선으로 그은 고정 기어와 이동 기어의 접선(295)을 경계로 고압 부분과 저압 부분이 나뉘어 지고, 유체는 고정 기어와 이동 기어의 접선(295)을 넘어 갈 수 없다. 점선으로 그은 고정 기어 둘레 선(294)은 고정 기어(291)가 회전할 때 이동 기어(292)의 끝 부분 모서리가 닿는 점을 그린 것이다. 고정 기어(291)의 이끝들과 기어 블록(293)이 접하고 있는 지점의 중심 주위에 고정 기어(291)의 골면과 잇면, 기어 블록(293), 이동 기어(292)의 한 톱니의 오른쪽 측면 및 케이싱 커버로 둘러싸여 폐쇄된 기둥 형태의 공간이 하나 형성되어 있는 것을 볼 수 있는데, 그런데 자세히 보면 이 공간의 좌측에 있는 이동 기어(292)의 톱니는 고정 기어(291)의 두 톱니 사이에 빈틈없이 꼭 들어맞는 것이 아니라 좌우에 빈틈이 있다. 이동 기어(292)의 모서리를 나타내는 실선과 고정 기어의 둘레 선(294)인 점선 사이에 틈이 있는 것을 확인할 수 있다. 이것은 기어의 맞물림에서는 당연히 생기는 것이다. 그러므로 상기 공간은 완전히 폐쇄되지 못하고 좌측으로 두 개의 틈이 열려 있는데, 그것은 펌프의 고압 부분과 저압 부분으로 하나씩 연결되어 있는 것이다. 이것을 달리 보면 펌프의 고압 부분과 저압 부분은 이동 기어(292)의 우측에 있는 공간을 통해 통하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 틈을 막지 않으면 펌프 고압 부분의 압력과 유체가 펌프 저압 부분으로 새는 결과를 가져오게 되어 펌프로서 제대로 작용을 할 수 없는 것이다. 도 29는 가변 용량 외접 기어 펌프에 대하여 그린 것이나 가변 용량 트로코이드 기어 펌프에도 같이 적용할 수 있고, 실제로 가변 용량 트로코이드 기어 펌프 중에도 같은 문제가 있는 것들이 있었다. 도 29를 가변 용량 트로코이드 기어 펌프에 맞게 바꾸어 그리면, 부호 291은 고정 기어 또는 outer rotor, 부호 292는 이동 기어 또는 inner rotor, 부호 293은 기어 블록 또는 active piston이 된다. 마찬가지로, 도 29는 가변 용량 내접 기어 펌프에도 같이 적용할 수 있고, 실제로 가변 용량 내접 기어 펌프 중에도 같은 문제가 있는 것들이 있었다. 도 29를 가변 용량 내접 기어 펌프에 맞게 바꾸어 그리면, 부호 291은 고정 기어, 부호 292는 이동 기어, 부호 293은 기어 블록이 된다.

도 31 내지 도 41에는 도 18 내지 도 28에 보인 것들을 조금씩 변경하여 기어 블록(321)이 회전하지 않도록 더 단단히 지지하는 방법을 보이고 있다.

도 31은 고정 기어(311)와 고정 기어 판(313)을 보여 주고 있다. 도 18과 비교해 볼 때 고정 기어 축(182)이 없고, 고정 기어 판(313)도 중앙에 큰 구멍이 있다.

도 32는 도 19와 비교해 볼 때 기어 블록 지지판(328)이 기어 블록(321)에 붙어 있는 것을 보이고 있다. 기어 블록(321)에 이탈 방지 판(324)이 단단히 고정되므로 기어 블록 지지판(328)은 이탈 방지 판(324)에 붙어 있어도 된다. 또, 이탈 방지 판(324)에는 기어 블록 지지판 구멍(329)이 있다.

도 33은 도 20과 비교해 볼 때 이동 기어 축(333)이 조금 길다.

도 34는 도 21과 비교해 볼 때 케이싱 커버(342)에 기어 블록 지지판 구멍(348)이 형성된 것과 기어 블록(321)에 기어 블록 지지판(328)이 붙어 있는 것을 보여 주고 있다. 기어 블록 지지판(328)이 기어 블록 지지판 구멍(348)을 관통하여 움직일 것이다.

도 35는 도 22와 다른 것이 없다.

도 36은 조립된 가변 용량 내접 기어 펌프가 작동 중인 상태의 한 단면을 보이고 있다. 도 38의 부호 381의 화살표 위치에서 잘라 본 단면이다. 조립과 작동 상태를 더욱 자세히 보이기 위해 부호 361 내지 부호 365의 위치에서 본 단면을 각각 도 37 내지 도 41에 다시 보이고 있다.

도 37은 도 36의 화살표 361 위치에서 잘라 본 단면으로 도 24와 다르게 설명할 것이 없다.

도 38은 도 36의 화살표 362 위치에서 잘라 본 단면으로 도 25와 다르게 설명할 것이 없다.

도 39는 도 36의 화살표 363 위치에서 잘라 본 단면으로 도 26과 다르게 설명할 것이 없다.

도 40은 도 36의 화살표 364 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱(211) 내부에 고정 기어 판(313), 기어 블록 지지판(328), 이동 기어 축(333)이 있는 것을 볼 수 있다.

도 41은 도 36의 화살표 365 위치에서 잘라 본 단면으로, 케이싱 커버(342)에 기어 블록 지지판(328)이 형성되어 있고, 이동 기어 축(333)이 있는 것을 볼 수 있다.

도 36 내지 도 39를 통해 유체가 새지 않는 것을 확인할 수 있으며, 도 38을 통해 기어가 회전하면 유체가 흐른다는 것을 알 수 있으며, 케이싱(211) 내에서 이동 기어(332), 기어 블록(321), 이동 기어 링(193) 및 이동 초승달 판(322)의 위치를 조정하여 토출량을 조정할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

도 42는 도 8에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프의 변형을 보이고 있다. 도 8에 보인 기어 블록(85, 86)의 모양을 고정 기어 블록(425), 이동 기어 블록(426)과 같이 변경하여 둘이 직접 닿도록 하고, 도 8에 보인 기어 블록 구멍(73, 74)의 모양을 고정 기어 블록 구멍(423), 이동 기어 블록 구멍(424)과 같이 변경한다. 이렇게 하면 도 2에 보인 케이싱(22)이 필요 없게 된다. 도 8에 보인 가변 용량 외접 기어 펌프는 바닥의 정밀한 가공이 필요하였다면 도 42의 가변 용량 외접 기어 펌프는 바닥으로부터 자유로워져서 오일 탱크의 바닥이나 크랭크실의 바닥 등에 더 쉽게 설치할 수 있다. 케이싱이 없는 경우에는 두 기어가 유체에 충분히 잠긴 상태에서 가동해야 하며, 유체 구멍(427)은 파이프를 연결하여 토출구로 사용할 수도 있고 흡입구로 사용할 수도 있다.

도 43는 도 2에 보인 고정 커버(21), 케이싱(22), 이동 커버(23), 이동 기어 블록(24)를 각각 고정 커버(431), 케이싱(432), 이동 커버(433), 이동 케이싱(434)과 같이 변경하여 기어 블록과 기어 블록 구멍을 사용하지 않도록 한 것을 보이고 있다. 케이싱(432) 중에서 이동 기어의 이끝이 접하는 부분을 고정 케이싱(438)이라고 부르기로 한다. 고정 기어, 이동 기어, 고정 기어 링, 이동 기어 링은 도 1에 보인 것들을 그대로 사용하여 가변 용량 외접 기어 펌프를 만들 수 있다. 기어 블록과 기어 블록 구멍을 가공하는 것보다 이동 케이싱을 가공하는 것이 용이한 환경에서 사용할 수 있다.

도 44는 도 1에 보인 것들과 도 43에 보인 것들로 가변 용량 외접 기어 펌프를 구성하였을 경우의 단면도를 보이고 있다.

도 45는 도 43에 보인 방법이 케이싱(432)를 사용하고 있는 것에 비해 케이싱을 사용하지 않는 구조를 보인 것이다. 고정 기어, 이동 기어, 고정 기어 링, 이동 기어 링은 도 1에 보인 것들을 그대로 사용하여 가변 용량 외접 기어 펌프를 만들 수 있다. 고정 케이싱(455)과 이동 케이싱(456)은 옆으로 서로 닿아 있어서 유체가 둘 사이에서 새지 않는다. 유체에 잠겨 있는 상태에서 가동하는 것이 좋다.
스크류 펌프와 로브 펌프 등은 본 발명의 관점에서 외접형 기어 펌프에서 기어의 형태에 변경이 있는 것으로 볼 수 있으며 기어의 형태에 따른 기어 링을 적용하여 같은 방식으로 구현이 가능하므로 본 발명의 외접형 기어 펌프에 포함된 것으로 하여 함께 설명하고 별도의 자세한 설명은 생략한다.

스크류 펌프와 로브 펌프 등은 본 발명의 관점에서 외접형 기어 펌프에서 기어의 형태에 변경이 있는 것으로 볼 수 있으며 기어의 형태에 따른 기어 링을 적용하여 같은 방식으로 구현이 가능하므로 본 발명의 외접형 기어 펌프에 포함된 것으로 하여 함께 설명하고 별도의 자세한 설명은 생략한다.
가변 용량 기어 펌프의 토출구가 유체 파이프를 통해 다른 유압 장치 이를테면 유압 모터 같은 것에 연결되어 있는 경우 가변 용량 기어 펌프의 구동축이 회전 중인 동안에는 가변 용량 기어 펌프의 이동 기어를 이동시키는 것이 쉽게 가능하다. 그러나 가변 용량 기어 펌프의 구동축이 회전하지 않는 동안에는 이동 기어를 이동시키는 것은 상당히 어렵다. 유체 파이프 내부의 압력을 변화시키지 않으면서 이동 기어의 이동 방향에 따라 유체가 케이싱 밖으로 나가거나 안으로 들어가야 하기 때문이다. 이것을 쉽게 가능하게 하려면 이동 기어의 이동 방향에 따라 케이싱 밖으로 나와야 하는 유체나 안으로 들어가야 하는 유체를 일정하게 받아주기도 하고 공급하기도 하는 실린더와 피스톤이 필요하다. 그러한 실린더와 피스톤 장치를 유체 파이프에 연결하고 이동 기어를 움직일 때 피스톤을 같이 움직이게 조정하면 문제를 해결할 수 있다. 또 연결된 유압 모터가 가변 용량형인 경우 가변 용량 기어 펌프의 단위 회전당 토출량의 변화를 거꾸로 수용할 수 있는 방향으로 가변 용량 모터의 토출량을 조정하면 구동축이 회전하지 않는 동안에도 상기 조정이 가능하게 된다.

11: 고정 기어 링, 12: 이동 기어 링, 13: 이동 기어, 14: 고정 기어, 15: 고정 기어 축, 16: 이동 기어 축, 21: 고정 커버, 22: 케이싱, 23: 이동 커버, 24: 이동 기어 블록, 25: 흡입구, 26: 토출구, 27: 이동 기어 블록 구멍, 28: 고정 케이싱, 31-34: 단면도 위치, 71: 고정 기어 링, 72: 이동 기어 링, 73: 고정 기어 블록 구멍, 74: 이동 기어 블록 구멍, 81: 고정 커버, 82: 이동 커버, 83: 이동 기어, 84: 고정 기어, 85: 고정 기어 블록, 86: 이동 기어 블록, 87: 유체 구멍, 88: 이동 커버의 이동 방향, 91: 유체 파이프, 92: 격벽, 93: 유체 구멍, 94: 유체 구멍, 101: 고정 기어 링, 102: 이동 기어, 103: 이동 기어 축, 104: 고정 기어, 105: 이동 기어 링, 106: 기어 블록, 107: 이동 기어 보조 축, 108: 기어 블록 구멍, 109: 기어 블록 고정 장치, 111: 기어 링 커버, 112: 케이싱, 113: 기어 블록 커버, 114: 흡입구 커버, 115: 토출구 커버, 116: 흡입구, 117: 토출구, 121-125, 141: 단면도 위치, 181: 고정 기어, 182: 고정 기어 축, 183: 고정 기어 판, 191: 기어 블록, 192: 이동 초승달 판, 193: 이동 기어 링, 194: 이탈 방지 판, 195: 축 고정 장치, 196: 고정 초승달 판 구멍, 197 고정 초승달 판 구멍, 201: 고정 기어 링, 202: 이동 기어, 203: 이동 기어 축, 211: 케이싱, 212: 케이싱 커버, 213: 고정 기어 링 커버, 214: 고정 초승달 판, 215: 토출구, 216: 흡입구, 217: 이동 초승달 판 구멍, 221: 이동 초승달 판 오목 줄, 222: 고정 초승달 판 볼록 줄, 231-235, 251: 단면도 위치, 291: 고정 기어, 292: 이동 기어, 293: 기어 블록, 294: 고정 기어 둘레 선, 295: 고정 기어와 이동 기어의 접선, 296: 유체 누출 통로, 301: 고정 커버, 302: 이동 커버, 303: 이동 기어, 304: 고정 기어, 305: 고정 기어 블록, 306: 이동 기어 블록, 307: 유체 구멍, 308: 이동 커버의 이동 방향, 311: 고정 기어, 313: 고정 기어 판, 316: 이동 기어 블록, 317: 유체 구멍, 318: 고정 커버, 319: 이동 기어, 321: 기어 블록, 322: 이동 초승달 판, 324: 이탈 방지 판, 326: 고정 초승달 판 구멍, 327 고정 초승달 판 구멍, 328: 기어 블록 지지판, 329: 기어 블록 지지판 구멍, 332: 이동 기어, 333: 이동 기어 축, 342: 케이싱 커버, 348: 기어 블록 지지판 구멍, 351: 이동 초승달 판 오목 줄, 361-365, 381: 단면도 위치, 421: 고정 커버, 422: 이동 커버, 423: 고정 기어 블록 구멍, 424: 이동 기어 블록 구멍, 425: 고정 기어 블록, 426: 이동 기어 블록, 427: 유체 구멍, 428: 이동 커버의 이동 방향, 431: 고정 커버, 432: 케이싱, 433: 이동 커버, 434: 이동 케이싱, 435: 흡입구, 436: 토출구, 438: 고정 케이싱, 451: 고정 커버, 452: 이동 커버, 455: 고정 케이싱, 456: 이동 케이싱, 457: 유체 구멍

Claims

가변 용량 펌프에 있어서,
고정된 자리에서 회전하는 고정 기어;
축 방향으로 이동 가능한 이동 기어;
이동 기어의 겉에 끼워서 축 방향으로 이동 가능한 고정 기어 링;
고정 기어의 겉에 끼워서 축 방향으로 이동 가능한 이동 기어 링;
고정 기어 링이 회전하는 구멍과 이동 기어 블록 구멍이 있는 고정 커버;
이동 기어 링이 회전하는 구멍과 고정 기어 블록 구멍이 있는 이동 커버;
고정 커버에 붙어 있는 고정 기어 블록; 및
이동 커버에 붙어 있는 이동 기어 블록;을 포함하되,
고정 기어와 이동 기어가 맞물리고, 고정 기어의 이끝은 이동 기어 블록에 접하고, 고정 기어의 겉에 끼운 이동 기어 링이 이동 커버의 구멍에서 회전하고, 이동 기어의 이끝은 고정 기어 블록에 접하고, 이동 기어의 겉에 끼운 고정 기어 링이 고정 커버의 구멍에서 회전하고, 이동 기어가 이동 커버, 이동 기어 링, 이동 기어 블록과 함께 기어의 축 방향으로 이동하여 고정 기어와 이동 기어가 맞물리는 폭을 변경하여 기어의 일 회전에 따른 토출량을 조정하는 것을 특징으로 하는 가변 용량 펌프.
청구항 1에 있어서,
축 방향으로 이동 가능한 이동 기어;
이동 기어의 겉에 끼워서 축 방향으로 이동 가능한 고정 기어 링;
고정 기어 링이 회전하는 구멍과 이동 기어 블록 구멍이 있는 고정 커버; 및
이동 커버에 붙어 있는 이동 기어 블록;을 더 포함하되,
두 고정 커버 쪽에 각각 유체 구멍이 형성되고, 이동 커버를 사이에 두고 양쪽에서 두 이동 기어가 일직선으로 연결되고, 각 이동 기어의 이끝은 고정 기어 블록에 접하고, 각 이동 기어의 겉에 끼운 고정 기어 링은 각각의 고정 커버의 구멍에서 회전하고, 고정 기어의 이끝은 두 이동 기어 블록에 접하고, 고정 기어의 겉에 끼운 이동 기어 링은 이동 커버의 구멍에서 회전하고, 고정 기어와 두 이동 기어가 맞물리고, 두 이동 기어가 이동 커버, 이동 기어 링, 두 이동 기어 블록과 함께 기어의 축 방향으로 이동하여 고정 기어와 각 이동 기어가 맞물리는 폭을 변경하여 기어의 일 회전에 따른 각 토출구의 토출량이 조정되고 동력이 분배되는 것을 특징으로 하는 가변 용량 펌프.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
고정 기어 블록을 고정 케이싱으로 대체하거나, 이동 기어 블록을 이동 케이싱으로 대체하거나, 고정 기어 블록과 이동 기어 블록을 각각 고정 케이싱과 이동 케이싱으로 대체하는 것을 특징으로 하는 가변 용량 펌프.
가변 용량 펌프에 있어서,
고정된 자리에서 회전하는 고정 기어;
고정 기어보다 톱니가 하나 적고 축 방향으로 이동 가능한 이동 기어;
이동 기어의 겉에 끼워서 축 방향으로 이동 가능한 고정 기어 링;
고정 기어의 속에 끼워서 축 방향으로 이동 가능한 이동 기어 링;
이동 기어 링을 겉에 끼우고 고정 기어의 속에 끼워서 축 방향으로 이동 가능한 기어 블록;
고정 기어, 이동 기어, 이동 기어 링 및 기어 블록을 담는 케이싱;
고정 기어 링이 회전하는 구멍이 있는 기어 링 커버; 및
기어 블록이 드나드는 구멍과 유체 흡입 구멍 및 유체 토출 구멍이 있는 기어 블록 커버;를 포함하되,
고정 기어와 이동 기어가 맞물리고, 이동 기어의 겉에 끼운 고정 기어 링이 기어 링 커버의 구멍에서 회전하고, 이동 기어 링과 기어 블록이 고정 기어의 속에 끼워져 이동 기어의 측면에 접하여 이동 기어 링은 고정 기어와 함께 회전하고, 기어 블록은 고정 기어의 이끝에 접하면서 기어 블록 커버의 구멍을 관통하여 움직이고, 이동 기어, 이동 기어 링 및 기어 블록이 함께 기어의 축 방향으로 이동하여 고정 기어와 이동 기어가 맞물리는 폭을 변경하여 기어의 일 회전에 따른 토출량을 조정하는 것을 특징으로 하는 가변 용량 펌프.
가변 용량 펌프에 있어서,
고정된 자리에서 회전하는 고정 기어;
축 방향으로 이동 가능한 이동 기어;
이동 기어의 겉에 끼워서 축 방향으로 이동 가능한 고정 기어 링;
고정 기어의 속에 끼워서 축 방향으로 이동 가능한 이동 기어 링;
고정 초승달 판 구멍이 있으며 이동 기어 링에 속에 끼우는 기어 블록;
고정 기어 링이 회전하는 구멍과 이동 초승달 판 구멍이 있는 고정 기어 링 커버;
기어 블록에 붙어 있는 이동 초승달 판;
고정 기어 링 커버에 붙어 있는 고정 초승달 판; 및
고정 기어, 이동 기어, 이동 기어 링, 기어 블록, 고정 초승달 판, 이동 초승달 판을 담는 케이싱;을 포함하되,
고정 기어와 이동 기어가 맞물리고, 이동 기어의 겉에 끼운 고정 기어 링이 고정 기어 링 커버의 구멍에서 회전하고, 고정 초승달 판은 이동 기어와 접하고, 이동 초승달 판은 고정 초승달 판과 고정 기어에 접하고, 이동 기어 링과 기어 블록이 이동 기어의 측면에 접하여 이동 기어 링은 고정 기어와 함께 회전하고, 이동 기어, 이동 기어 링, 기어 블록 및 이동 초승달 판이 함께 기어의 축 방향으로 이동하여 고정 기어와 이동 기어가 맞물리는 폭을 변경하여 기어의 일 회전에 따른 토출량을 조정하는 것을 특징으로 하는 가변 용량 펌프.
청구항 5에 있어서,
고정 기어 축이 없고 고정 기어 판에 구멍이 있는 고정 기어;
기어 블록 지지판; 및
기어 블록 지지판 구멍이 있는 케이싱 커버;를 구비하여,
기어 블록에 기어 블록 지지판을 달고 기어 블록 지지판을 케이싱 커버에 있는 기어 블록 지지판 구멍을 관통하도록 한는 것을 특징으로 하는 가변 용량 펌프.
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