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KR101251632B1 - Gerotor oil pump and method for designing the same - Google Patents

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KR101251632B1
KR101251632B1 KR1020110147272A KR20110147272A KR101251632B1 KR 101251632 B1 KR101251632 B1 KR 101251632B1 KR 1020110147272 A KR1020110147272 A KR 1020110147272A KR 20110147272 A KR20110147272 A KR 20110147272A KR 101251632 B1 KR101251632 B1 KR 101251632B1
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KR
South Korea
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rotor
equation
curve
point
inner rotor
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KR1020110147272A
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Korean (ko)
Inventor
김철
정성윤
Original Assignee
부산대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 발명은 내부로터의 형상을 하이포 사이클로이드-폴리서클(polycircle)-에피 사이클로이드를 조합한 형태로 구성하고, 이 내부로터 형상으로부터 외부로터의 형상을 도출하여 동작 중 소음 및 내마모성을 더욱 저감시킬 수 있는 지로터 오일 펌프 및 그 설계 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 지로터 오일 펌프는 내주면에 복수의 로버(lobe)가 형성되어 있는 외부로터(outer rotor)와, 상기 외부로터의 내측 공간에서 편심 회전하는 내부로터(inner rotor)를 구비한 지로터 오일 펌프에 있어서, 편심량이 e인 내부로터 중심점 O1=(e,0)을 기준으로 내부로터 반 피치 구간에 대해 P0에서 P1까지(β1)는 하이포사이클로이드 곡선으로, P1 에서 P2까지(β2)는 중심점이 다른 연속된 복수의 원의 조합으로 이루어진 폴리서클 곡선으로, P2 이상(β3/2)에서는 에피사이클로이드 곡선으로 이루어진 것을 특징으로 한다. The present invention is configured in the form of the combination of the hypocycloid-polycircle-epi cycloid of the inner rotor, and the shape of the outer rotor from the inner rotor shape can further reduce the noise and wear resistance during operation The present invention relates to a rotor rotor pump and a method of designing the same, wherein the rotor rotor pump according to the present invention includes an outer rotor having a plurality of robes formed on an inner circumferential surface thereof, and an eccentric rotation in an inner space of the outer rotor. In a GROTOR oil pump having an inner rotor, from P 0 to P 1 for the inner rotor half pitch section based on the inner rotor center point O 1 = (e, 0) where the eccentricity is e 1) is in the hypo-cycloid curve, from P 1 as poly circle curve which is a combination of the circle center point of the plurality of different continuous to P 2 (β 2), P 2 or more (β 3/2) four epi It is characterized by being a large Lloyd curve.

Description

지로터 오일 펌프 및 그 설계 방법{Gerotor Oil Pump and Method for Designing the Same}Gerotor Oil Pump and Method for Designing the Same}

본 발명은 지로터 오일 펌프(gerotor oil pump) 및 그 설계 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부로터가 하이포 사이클로이드-중심점이 다른 연속된 복수의 원의 조합으로 이루어진 폴리서클(polycircle)-에피 사이클로이드를 조합한 형태로 이루어진 지로터 오일 펌프 및 그 설계 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a gerotor oil pump and a method of designing the same, and more particularly to a polycircle-epi cycloid in which the inner rotor is a combination of a plurality of consecutive circles having different hypocycloid-center points. It relates to a gyro oil pump and a method of designing the combination consisting of.

자동차 엔진의 윤활장치는 엔진작동을 원활히 하고 수명을 오래 유지하기 위한 필수장치이며 이러한 윤활장치의 구성품 중 하나인 오일펌프는 유량, 내구성, 소음 및 소형화 측면에서 유리한 내접형 기어펌프가 주로 사용된다.Automotive engine lubrication is essential for smooth engine operation and long life. One of the components of the lubrication system is an internal gear pump which is advantageous in terms of flow rate, durability, noise and miniaturization.

이러한 오일펌프(oil pump)는 자동차의 엔진 등에 장착되어 구동되는 엔진의 필수 기능 부품으로 엔진으로부터 공급받는 기계적인 에너지를 엔진 오일의 압력 에너지 및 속도 에너지로 변환시켜 엔진 내부의 각 습동부에 윤활 오일을 공급하여 부품의 이상 마모, 소착 등이 발생하지 않도록 하는 부품이다. 상기 오일펌프를 구성하는 부품은 전기적인 모터(electric motor), 키이(key), 내부로터(inner rotor), 로터 케이스(rotor case), 오링(O-ring), 스크류(screw) 등으로 구성된다. 상기 오일펌프에서 기타 표준 제품 이외에 로터 케이스는 오일펌프의 사양에 따라 다이캐스팅으로 생산되고 있으며, 상기 외부로터 및 내부로터는 분말 단조로 생산되고 있다.The oil pump is an essential functional part of an engine that is mounted and driven in an automobile engine, and converts mechanical energy supplied from the engine into pressure energy and speed energy of the engine oil to lubricate each sliding part of the engine. This part is to prevent abnormal wear and sintering of parts. Components constituting the oil pump is composed of an electric motor, a key, an inner rotor, a rotor case, an O-ring, a screw, and the like. . In addition to the other standard products in the oil pump, the rotor case is produced by die casting according to the specifications of the oil pump, and the outer rotor and the inner rotor are produced by powder forging.

한편, 임의적으로 생성한 로터를 가지는 지로터(gerotor) 오일 펌프 및 모터는 내부로터와 외부로터로 구성되어 있어 구조가 간단하고 소결 제품의 제작 기술 발달로 가공의 정밀도가 높아짐에 따라 형상이 복잡하더라도 가공이 용이하며, 조립이 쉽고 두 치형 사이에 상대 운동이 적으므로 장기간 사용하여도 효율의 변화가 적으며, 흡입 성능이 우수하다. 또한 피스톤 펌프와 결합된 2연 펌프(tandeum pump)의 흡입 및 저항을 주는 펌프로 널리 사용되고 있으며, 특히 다른 펌프에 비하여 소음이 적어 엔진 윤활을 위한 윤활유의 공급원이나 자동 변속기의 유압원으로 널리 사용되고 있다. 그리고 전체 체적에 비하여 베인이나 기어펌프보다 1회전당의 토출량이 많은 것을 장점으로 가지고 있다. 이러한 이유로 유압 시스템에 널리 사용되고 있으며 최근 가공 기술의 발달과 함께 급격하게 응용성이 점차 확대되어 가고 있는 실정이다.Meanwhile, a gerotor oil pump and a motor having an arbitrarily generated rotor are composed of an inner rotor and an outer rotor, so the structure is simple and the shape is complicated as the precision of processing increases due to the development of manufacturing technology of sintered products. It is easy to process, easy to assemble, and there is little relative movement between two teeth, so there is little change of efficiency even in long-term use, and it has excellent suction performance. In addition, it is widely used as a pump that gives suction and resistance to a tandem pump combined with a piston pump, and is especially used as a source of lubricating oil for engine lubrication or an hydraulic source of an automatic transmission due to less noise than other pumps. . In addition, it has an advantage that the discharge amount per one revolution is larger than the vane or the gear pump compared to the total volume. For this reason, it is widely used in hydraulic systems, and recently, with the development of processing technology, the applicability is gradually expanding.

따라서, 지로터형 오일 펌프/모터의 로터 치형 설계와 관련하여 많은 기술들이 수행되어 왔다. Colbourne("Gear Shape and Theoretical Flow Rate in Internal Gear Pumps," Trans. of the CSME, Vol. 3, No. 4 pp. 215-223, 1975)은 내부로터와 외부로터의 접촉을 시뮬레이션하여 내부로터 치형의 좌표를 구하고 내부로터와 외부로터의 치형 곡선으로 폐쇄되는 챔버에서의 면적을 계산하였다. Sae-gusa("Development of Oil-Pump Rotor with a Trochoidal Tooth Shape," Tran. SAE, 840454. pp. 359-364, 1984) 등은 내부로터를 고정시키고 외부로터를 회전시켜 외부로터의 치형인 원호의 중심에 대한 궤적을 구하고, 내부로터와 외부로터의 물림 특성으로부터 내부로터의 치형을 구하는 식을 유도하여 내부로터의 치형을 구하는 식을 유도하였다. 또한, Beard("Hypotrochoidal versus Epitrochoidal Gerotor Type Pumps with Special Attention to Volume Change Ratio and Size," ASME Proceedings, Design Automation conferance, Boston, Mass,. Sep. 1987) 등은 하이포트로코이드(Hypotrochoidal)와 에피트로코이드(Epitrochoidal) 사이의 유량 변화를 비교하고 수학적인 관계를 나타냈다. Tsay("Gerotor Pumps-Design Simulation And Contact Analysis," pp. 349-356. 1992)는 절삭과정을 시뮬레이션 하여 내부로터의 치형을 구하는 방법을 발표하였다. 한편, 이성철("Journal of KSTLE, Vol. 11, No 2, pp 63-70. 1995) 등은 곡선족(family of curves)을 이용하여 내부로터의 치형에 대한 식을 유도하고 유압 모터를 대상으로 유량 및 토크 계산 등의 특성 해석을 실시하였다.Therefore, many techniques have been performed in connection with the rotor tooth design of the girder type oil pump / motor. Colbourne ("Gear Shape and Theoretical Flow Rate in Internal Gear Pumps," Trans. Of the CSME, Vol. 3, No. 4 pp. 215-223, 1975) simulates the contact of the internal and external rotors to simulate internal rotor teeth. We calculated the coordinates of and calculated the area in the chamber that is closed by the tooth curves of the inner and outer rotors. Sae-gusa ("Development of Oil-Pump Rotor with a Trochoidal Tooth Shape," Tran. SAE, 840454. pp. 359-364, 1984), etc., secured the inner rotor and rotated the outer rotor to form a circular arc. The trajectory of the center of the rotor is calculated, and the equation of the inner rotor teeth is derived from the bite characteristics of the inner and outer rotors. Beard ("Hypotrochoidal versus Epitrochoidal Gerotor Type Pumps with Special Attention to Volume Change Ratio and Size," ASME Proceedings, Design Automation conferance, Boston, Mass. The flow rate change between) is compared and the mathematical relationship is shown. Tsay ("Gerotor Pumps-Design Simulation And Contact Analysis," pp. 349-356. 1992) presented a method to simulate the cutting process and obtain the teeth of an internal rotor. On the other hand, Lee Sung-cheol ("Journal of KSTLE, Vol. 11, No 2, pp 63-70. 1995), uses the family of curves to induce the equation of the teeth of the internal rotor and target the hydraulic motor. Characteristic analysis, such as flow rate and torque calculation, was performed.

그러나, 현재까지 발표된 내용들은 이론적 해석에 치중하였고, 더구나 이것을 전산화하여 쉽게 활용한 예는 없어서 실제 설계시 많은 문제점이 있었다. 또한 오일펌프 설계 기술에서 가장 중요한 로터 형상의 설계에 대한 기술이 필요하며, 고성능, 고효율, 저소음, 저진동의 새로운 치형에 대한 기술이 절실한 실정이었다. 특히, 오일펌프의 성능, 진동, 효율에 관련된 인자를 분석하여 치형의 기하학적(geometry), 유체역학적(CFD: computational fluid dynamics), 시스템적(system sumulation) 접근이 요구되었다.However, the contents published so far have focused on theoretical analysis, and there are many problems in actual design because there is no computerized example. In addition, there is a need for the technology of designing the rotor shape, which is the most important in the oil pump design technology, and the technology for the new teeth of high performance, high efficiency, low noise and low vibration is urgently needed. In particular, by analyzing the factors related to the performance, vibration, and efficiency of the oil pump, geometric geometry, computational fluid dynamics (CFD), and system sumulation approaches were required.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로서 본 출원인이 제안한 공개특허공보 제10-2011-0113541호(2011년 10월 17일 등록)의 지로터 오일 펌프가 개되어 있다. 이 공개특허의 지로터 오일 펌프는 하이포 사이클로이드 곡선과 에피 사이클로이드 곡선의 사이에 원호 곡선을 삽입하여 내부로터를 구성하고, 상기 내부로터에서 외부로터의 궤적을 창출하여 외부로터를 구성하는 것을 특징으로 하고 있다. As a conventional technology for solving such a problem, the Gerotor oil pump disclosed in Korean Patent Application Publication No. 10-2011-0113541 (registered on October 17, 2011) proposed by the present applicant is disclosed. The GROTOR oil pump of this patent discloses an inner rotor by inserting an arc curve between a hypocycloid curve and an epi cycloid curve, and creates an outer rotor trajectory from the inner rotor to form an outer rotor. have.

하지만, 상기한 공개특허공보의 지로터 오일 펌프는 기존의 지로터 오일 펌프에 비하여 유량과 내마모성, 소음 측면에서 획기적인 장점을 갖는 것이 사실이지만, 상기 내부로터의 하이포 사이클로이드와 에피 사이클로이드 사이의 원 궤적으로 인하여 소음을 저감시키는데 한계가 있었다.
However, the GROTOR oil pump of the above-mentioned patent publication has a significant advantage in terms of flow rate, abrasion resistance, and noise compared to the conventional GROTOR oil pump, but the circular path between the hypocycloid and the epicycloid of the inner rotor There was a limit to reduce the noise.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 내부로터의 형상을 하이포 사이클로이드-중심점이 다른 연속된 복수의 원의 조합으로 이루어진 폴리서클(polycircle)-에피 사이클로이드를 조합한 형태로 구성하고, 이 내부로터 형상으로부터 외부로터의 형상을 도출하여 동작 중 소음 및 내마모성을 더욱 저감시킬 수 있는 지로터 오일 펌프 및 그 설계 방법을 제공함에 있다.
The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is a combination of a polycircle-epi cycloid consisting of a combination of a plurality of consecutive circles different from the hypocycloid-center point of the inner rotor shape The present invention provides a GROTOR oil pump and its design method which can further reduce noise and wear resistance during operation by deriving the shape of the external rotor from the internal rotor shape.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지로터 오일 펌프는 내주면에 복수의 로버(lobe)가 형성되어 있는 외부로터(outer rotor)와, 상기 외부로터의 내측 공간에서 편심 회전하는 내부로터(inner rotor)를 구비한 지로터 오일 펌프에 있어서, 편심량이 e인 내부로터 중심점 O1=(e,0)을 기준으로 내부로터 반 피치 구간에 대해 P0에서 P1까지(β1)는 하이포사이클로이드 곡선으로, P1 에서 P2까지(β2)는 중심점이 다른 연속된 복수의 원의 조합으로 이루어진 폴리서클 곡선으로, P2 이상(β3/2)에서는 에피사이클로이드 곡선으로 이루어진 것을 특징으로 한다. The rotor rotor pump according to the present invention for achieving the above object is an outer rotor in which a plurality of rovers (lobe) is formed on the inner peripheral surface, and the inner rotor eccentrically rotating in the inner space of the outer rotor ( In a rotor rotor pump with an inner rotor, P 0 to P 11 ) for a half pitch section of the inner rotor, based on the inner rotor center point O 1 = (e, 0) with eccentricity e in the cycloid curve, from P 1 as poly circle curve which is a combination of up to P 2 2) is a source of a plurality of center points of different continuous, P 2 or more (β 3/2) is characterized by being a epi-cycloid curve do.

본 발명의 다른 한 형태에 따르면, 상기한 지로터 오일펌프의 설계방법으로서, 하이포사이클로이드 곡선과 폴리서클 곡선 및 에피사이클로이드 곡선을 조합하여 내부로터를 설계하는 단계와; 상기 내부로터의 형상으로부터 외부로터의 궤적을 산출하여 외부로터를 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지로터 오일 펌프의 설계방법이 제공된다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of designing a gerotor oil pump, comprising: designing an inner rotor by combining a hypocycloid curve, a polycircle curve, and an epicycloid curve; The design method of the rotor rotor pump is provided, comprising the step of calculating the trajectory of the outer rotor from the shape of the inner rotor to design the outer rotor.

본 발명에 따르면, 내부로터와 외부로터 간의 미끄럼율에 유리한 폴리서클과 사이클로이드 형상을 적용하여 소음 및 내마모성을 향상시킬 수 있게 된다.
According to the present invention, it is possible to improve the noise and wear resistance by applying a poly circle and a cycloid shape which is advantageous for the sliding rate between the inner rotor and the outer rotor.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지로터 오일 펌프의 내부로터의 한 피치 각도 구간의 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이포 사이클로이드 곡선의 구성방정식 유도를 위한 하이포 사이클로이드 곡선 구간을 보여주고 있는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 폴리서클의 구성방정식 유도를 위한 폴리서클 곡선의 좌표를 보여주고 있는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 에피 사이클로이드 곡선의 구성방정식 유도를 위한 에피 사이클로이드 곡선 구간을 보여주고 있는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 곡선 경계식 유도를 위한 내부로터의 한 피치 구간의 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 6은 내부로터의 P1지점에서 곡선 경계식 유도를 위한 폴리서클의 곡선 구간의 좌표를 나타내는 도면이다.
도 7은 내부로터의 P2지점에서 곡선 경계식 유도를 위한 폴리서클의 곡선 구간의 좌표를 나타내는 도면이다.
도 8은 내부로터의 설계를 위한 비용함수 수렴 효과(Effect of cost function convergence)를 나타낸 도면이다.
도 9는 내부로터 형상(profile)을 나타낸 도면이다.
도 10은 내부로터의 중심을 달리하여 회전시킨 회전 시뮬레이션을 나타내는 도면이다.
도 11은 내부로터를 외부로터 고정 방식의 회전시뮬레이션으로 얻은 내부로터 회전 자취의 곡선군을 나타낸 도면이다.
도 12는 내부로터와 외부로터의 간섭 현상의 일례를 나타낸 도면이다.
도 13은 간섭회피 수학식에 의해 외부로터 곡선이 수정되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 내부로터와 외부로터의 간섭 현상을 설명하는 도면이다.
도 15는 회전각도에 따른 간섭 현상을 설명하는 도면이다.
도 16은 폴리서클 곡선의 좌표를 나타내는 도면이다.
도 17은 내부로터와 외부로터의 최대 간섭 구간을 나타낸 도면이다.
도 18은 폴리서클 곡선 상의 점의 오프셋 이동을 나타내는 도면이다.
도 19는 점

Figure 112011105511289-pat00001
에서 접선기울기(Tangential gradient)를 나타내는 도면이다.
도 20은 외부로터의 변형(modification) 방법을 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명에 의해 설계된 내부로터와 외부로터의 형상(profile)을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a profile of one pitch angle section of the inner rotor of the rotor rotor pump according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a hypocycloid curve section for deriving the constitutive equation of the hypocycloidic curve according to the present invention.
3 is a view showing the coordinates of the poly circle curve for deriving the constitutive equation of the poly circle according to the present invention.
4 is a diagram showing an epicycloid curve section for deriving the constitutive equation of the epicycloid curve according to the present invention.
5 is a view showing a profile of one pitch section of the inner rotor for the curve boundary guidance according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating coordinates of a curved section of a polycircle for deriving a curve boundary at a point P 1 of the inner rotor.
FIG. 7 is a diagram illustrating coordinates of a curved section of a polycircle for deriving a curve boundary at a point P 2 of the inner rotor.
FIG. 8 is a diagram illustrating an effect of cost function convergence for the design of an internal rotor.
9 is a view showing an internal rotor profile.
10 is a view showing a rotation simulation rotated by changing the center of the inner rotor.
11 is a view showing a group of curves of the inner rotor rotation traces obtained by the rotational simulation of the inner rotor fixing method.
12 is a diagram illustrating an example of an interference phenomenon between an internal rotor and an external rotor.
FIG. 13 is a diagram illustrating a state in which an external rotor curve is modified by an interference avoiding equation.
14 is a diagram illustrating an interference phenomenon between the inner rotor and the outer rotor.
15 is a diagram illustrating an interference phenomenon according to a rotation angle.
16 is a diagram illustrating coordinates of a polycircle curve.
17 is a view showing the maximum interference interval of the inner rotor and the outer rotor.
18 is a diagram illustrating an offset movement of a point on a polycircle curve.
19 is the point
Figure 112011105511289-pat00001
It is a diagram showing a tangential gradient in.
20 is a diagram illustrating a modification method of an external rotor.
Figure 21 is a view showing the profile (profile) of the inner rotor and the outer rotor designed by the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 지로터 오일 펌프 및 그 설계 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the gyrotor oil pump and its design method according to the present invention.

도 1 내지 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이포 사이클로이드-폴리서클- 에피 사이클로이드 곡선으로 이루어진 치형곡선을 이용하여 지로터 오일펌프의 로터를 설계하는 방법을 보여주고 있는 도면이다. 본 발명의 지로터 오일펌프의 설계방법은 위에서 언급한 바와 같이 하이포 사이클로이드 곡선과 에피 사이클로이드 곡선의 사이에 중심점이 다른 연속된 복수의 원의 조합으로 이루어진 폴리서클(polycircle)을 삽입하여 먼저 내부로터를 구성한 다음 상기 내부로터에서 외부로터의 궤적을 창출하는 방법이다. 1 to 21 illustrate a method of designing a rotor of a gerotor oil pump using a tooth curve formed of a hypocycloidic-polycircle-epicycloidic curve according to an embodiment of the present invention. As described above, the method of designing the gerotor oil pump includes inserting a polycircle composed of a combination of a plurality of consecutive circles having different center points between the hypocycloid curve and the epicycloid curve, so as to first insert the inner rotor. After the configuration is a method for creating a trajectory of the outer rotor in the inner rotor.

먼저, 본 발명에 따른 지로터 오일펌프를 설계함에 있어서, 내부로터의 기하학적 분석을 구체적으로 설명하고자 한다. First, in designing the rotor rotor pump according to the present invention, it will be described in detail the geometric analysis of the inner rotor.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 구름원이 피치원 둘레를 미끄럼 없이 굴러갈 때 구름원 위의 한 점이 그리는 곡선을 사이클로이드 곡선이라 하는데, 구름원이 피치원 둘레 안에서 접촉하여 구를 때 생기는 곡선을 하이포 사이클로이드(Hypocycloid)라 하고, 피치원 둘레 밖에서 접촉하여 구를 때 생기는 곡선을 에피사이클로이드(Epicycloid)라 한다. 이와 같은 방식으로 내부로터의 반 피치 구간(β1, β2, β3/2)을 도 1과 같이 순차적으로 하이포 사이클로이드, 폴리서클 및 에피 사이클로이드 곡선의 조합으로 구성할 수 있다. 1 to 4, when a rolling circle rolls around a pitch circle without sliding, a curve drawn by a point on the rolling circle is called a cycloid curve, which is a curve generated when the rolling circle touches and rolls around the pitch circle. Hypocycloids are called, and the curves that occur when rolling out of contact around the pitch circle are called epicycloids. In this way it may be composed of a combination of a half pitch intervals (β 1, β 2, β 3/2) to sequentially Hypocycloid, poly as shown in Fig circles and epi-cycloidal curve of the inner rotor.

이러한 하이포 사이클로이드, 폴리서클 및 에피 사이클로이드 곡선의 구성방정식을 이용하여 내부로터의 치형을 설계하는 과정을 상세히 설명하면, 먼저 도 1에 도시된 것과 같이 하이포 사이클로이드 및 에피 사이클로이드 곡선의 기초원 중심은 내부로터의 중점

Figure 112011105511289-pat00002
과 일치하며 각각의 반경 rbh, rbe는 아래의 수학식 1과 같이 구할 수 있다.Referring to the process of designing the teeth of the inner rotor using the configuration equation of the hypocycloidoid, polycircle and epicycloid curve, first, as shown in FIG. 1, the base circle center of the hypocycloid and epicycloid curve is the inner rotor. Focus
Figure 112011105511289-pat00002
And each radius r bh , r be can be obtained as in Equation 1 below.

Figure 112011105511289-pat00003
Figure 112011105511289-pat00003

한편, 사이클로이드 곡선의 특성상 도 1의 점 P1에서 하이포 사이클로이드 및 에피 사이클로이드 곡선의 접선 기울기는

Figure 112011105511289-pat00004
의 기울기와 같다. 따라서 도 1에서와 같이 하이포 사이클로이드 및 에피 사이클로이드 곡선 사이에 폴리서클 곡선을 삽입하기 위해 곡선 연결점 P1, P2는 사이클로이드 곡선의 기초원 위에 있지 않다. 그러므로
Figure 112011105511289-pat00005
,
Figure 112011105511289-pat00006
라 하면 수학식 2의 관계식이 성립한다.On the other hand, due to the nature of the cycloid curve, the tangent slope of the hypocycloid and epi cycloid curves at point P 1 of FIG.
Figure 112011105511289-pat00004
Is equal to the slope of. Thus, in order to insert the polycircle curve between the hypocycloid and epi cycloid curves as in FIG. 1, the curve connection points P 1 , P 2 are not on the base circle of the cycloid curve. therefore
Figure 112011105511289-pat00005
,
Figure 112011105511289-pat00006
Then, the relation of Equation 2 is established.

Figure 112011105511289-pat00007
Figure 112011105511289-pat00007

도 1에서 Op(Opx, Opy)는 폴리서클의 중점이다. 내부로터 반 피치각도 구간에서 β1은 하이포 사이클로이드 곡선의 구간, β2는 폴리서클 곡선의 구간이며, 0.5β3는 에피 사이클로이드 곡선의 구간이다. 또한 하이포 사이클로이드 곡선 구름원 위의 점이 P1에 위치할 때 구름원의 중점을 Oh1라 하면, φ1은 ∠P1O1Oh1과 같다. 마찬가지로 에피 사이클로이드 곡선 구름원 위의 점이 P2에 위치할 때 구름원의 중점을 Oe2라 하면, φ2는 ∠P2O1Oe2와 같다. θp1, θp2 는 각각 폴리서클 곡선에서 점 P1, P2에서의 범위각이다.In FIG. 1 O p (O px , O py ) is the midpoint of the polycircle. In the inner rotor half pitch angle section, β 1 is the section of the hypocycloid curve, β 2 is the section of the polycircle curve, 0.5β 3 is the section of the epicycloid curve. Further, when the point on the hypocycloid curve cloud circle is located at P 1 , if the midpoint of the cloud circle is O h1 , φ 1 is equal to ∠P 1 O 1 O h1 . Likewise, when the point on the epicycloid curve cloud circle is located at P 2 , the midpoint of the cloud source is O e2 , φ 2 is equal to ∠P 2 O 1 O e2 . θ p1 and θ p2 are the range angles at points P 1 and P 2 in the polycircle curve, respectively.

하이포 사이클로이드 곡선의 구성방정식은 다음과 같이 구해진다. 도 2에 도시된 것과 같이, 하이포 사이클로이드 곡선 상의 점 P에서 구름원의 중점을 Oh라 하고 이 때의 구름원 이동각을 β, 회전각을 θh라 한다. 점 P가 P1에 위치할 때 구름원의 이동각은

Figure 112011105511289-pat00008
이고, 회전각은 θh1이다. 이를 이용하여 하이포 사이클로이드 곡선의 궤적을 구하면 수학식 3과 같다.The constitutive equation of the hypocycloid curve is obtained as follows. As shown in Fig. 2, the midpoint of the rolling circle at the point P on the hypocycloid curve is O h , and the rolling circle moving angle at this time is β and the rotation angle is θ h . When the point P is located at P 1 , the rolling angle of the rolling circle is
Figure 112011105511289-pat00008
And the rotation angle is θ h1 . Using this, the trajectory of the hypocycloid curve can be obtained from Equation 3.

Figure 112011105511289-pat00009
Figure 112011105511289-pat00009

도 2에서 구름원 상의 점이 P0에서 P까지, P0에서 P1까지 이동할 때, 구름원이 미끄럼없이 구른 거리와 구름원 이동각에 해당하는 기초원의 원호 길이가 서로 같으므로 수학식 4가 성립한다.Fig up at point P 0 on the 2 In the generating circle P, when moving from P 0 to P 1, since the arcuate length of the base circle of the rolled without generating circle slide corresponds to the distance and the original moving each cloud same each other, Equation (4) Hold.

Figure 112011105511289-pat00010
Figure 112011105511289-pat00010

도 2의 △P1O1Oh1 에서

Figure 112011105511289-pat00011
Figure 112011105511289-pat00012
에 대해 제2코사인 법칙을 적용하면 θh1 및 φ1은 아래의 수학식 5와 6과 같이 구할 수 있다.ΔP 1 O 1 O h1 in FIG. 2
Figure 112011105511289-pat00011
And
Figure 112011105511289-pat00012
When the second cosine law is applied to θ h1 and φ 1 can be obtained as Equations 5 and 6 below.

Figure 112011105511289-pat00013
Figure 112011105511289-pat00013

Figure 112011105511289-pat00014
Figure 112011105511289-pat00014

상기 수학식 4, 5를 이용하면

Figure 112011105511289-pat00015
는 수학식 7과 같고, 수학식 6과 7을 이용하면 β1은 수학식 8과 같이 구할 수 있다.Using Equations 4 and 5
Figure 112011105511289-pat00015
Is equal to Equation 7, and using Equations 6 and 7, β 1 can be obtained as Equation 8.

Figure 112011105511289-pat00016
Figure 112011105511289-pat00016

Figure 112011105511289-pat00017
Figure 112011105511289-pat00017

따라서 수학식 4를 이용하여 수학식 3을 정리하면 하이포 사이클로이드 곡선의 구성방정식은 수학식 9와 같이 구할 수 있다.Therefore, when Equation 3 is arranged using Equation 4, the configuration equation of the hypocycloid curve may be obtained as Equation 9.

다음으로 도 3을 참조하여 폴리서클 곡선의 구성방정식을 구한다. Next, the configuration equation of the polycircle curve is obtained with reference to FIG. 3.

폴리서클 곡선은 도 3에서와 같이 수학식 10의 점

Figure 112011105511289-pat00018
의 궤적으로 표현할 수 있다.The polycircle curve is a point of Equation 10 as shown in FIG.
Figure 112011105511289-pat00018
It can be expressed as the trajectory of.

Figure 112011105511289-pat00019
Figure 112011105511289-pat00019

수학식 10에서 φ가 증가함에 따라 감소하는 곡률반경은

Figure 112011105511289-pat00020
이므로 수학식 11이 성립하며,
Figure 112011105511289-pat00021
Figure 112011105511289-pat00022
를 φ에 대해 미분하면 수학식 12와 같다.The radius of curvature that decreases as φ increases in Equation 10 is
Figure 112011105511289-pat00020
Since Equation 11 holds,
Figure 112011105511289-pat00021
And
Figure 112011105511289-pat00022
Differentiating with respect to φ is as follows.

Figure 112011105511289-pat00023
Figure 112011105511289-pat00023

Figure 112011105511289-pat00024
Figure 112011105511289-pat00024

수학식 12를 이용하면 도 3의 점 P(1)에서의 접선 기울기는 수학식 13과 같이 구할 수 있다.Using Equation 12, the tangent slope at point P (1) of FIG. 3 can be obtained as shown in Equation 13.

Figure 112011105511289-pat00025
Figure 112011105511289-pat00025

도 3의 좌표계가 시계방향으로 θ만큼 회전하고 점

Figure 112011105511289-pat00026
Figure 112011105511289-pat00027
으로 옮겨진다면 점 P(1)는 도 4의
Figure 112011105511289-pat00028
에 위치한다. 수학식 10을 이용하여 점 P(2)의 좌표를 구하면 다음과 같다.The coordinate system of FIG. 3 rotates clockwise by θ and the point
Figure 112011105511289-pat00026
end
Figure 112011105511289-pat00027
Is moved to the point P (1) of FIG.
Figure 112011105511289-pat00028
Located in By using Equation 10, the coordinates of the point P (2) are obtained as follows.

Figure 112011105511289-pat00029
Figure 112011105511289-pat00029

도 1에서 점 P1 및 P2일 때의 φ값을 각각 θp1, θp2라고 하면 폴리서클 곡선의 구성방정식은 수학식 15와 같이 구할 수 있다.In FIG. 1, when φ values at the points P 1 and P 2 are θ p1 and θ p2 , the constitutive equation of the polycircle curve can be obtained as shown in Equation 15.

Figure 112011105511289-pat00030
Figure 112011105511289-pat00030

그리고,

Figure 112011105511289-pat00031
이다. And,
Figure 112011105511289-pat00031
to be.

다음으로 도 4를 참조하여 에피 사이클로이드 곡선의 구성방정식을 구한다. Next, the configuration equation of the epicycloid curve is obtained with reference to FIG. 4.

도 4에서와 같이 에피사이클로이드 곡선 상의 점 P에서 구름원의 중점을 Oe라 하고,

Figure 112011105511289-pat00032
,
Figure 112011105511289-pat00033
라 하면, 이 때의 구름원 이동각은
Figure 112011105511289-pat00034
, 회전각은 (θee2)으로 정의하였다. 이를 이용하여 에피 사이클로이드 곡선의 궤적을 구하면 수학식 16과 같다.As shown in FIG. 4, the midpoint of the cloud circle at point P on the epicycloid curve is denoted by O e ,
Figure 112011105511289-pat00032
,
Figure 112011105511289-pat00033
In this case, the cloud circle moving angle is
Figure 112011105511289-pat00034
, The rotation angle was defined as (θ ee2 ). Using this, the trajectory of the epicycloid curve can be obtained from Equation 16.

Figure 112011105511289-pat00035
Figure 112011105511289-pat00035

도 4에서 구름원 상의 점이 P2 및 P에서 내부로터 반 피치각도 지점까지 이동할 때, 구름원이 미끄럼없이 구른 거리와 이에 해당하는 기초원의 원호 길이는 서로 같으므로 수학식 17이 성립한다.In FIG. 4, when the point on the cloud circle moves from P 2 and P to the inner rotor half pitch angle point, the distance that the cloud circle rolls without slip and the arc length of the base circle corresponding thereto are equal to each other.

Figure 112011105511289-pat00036
Figure 112011105511289-pat00036

도 4의

Figure 112011105511289-pat00037
에서
Figure 112011105511289-pat00038
Figure 112011105511289-pat00039
에 대해 제2코사인 법칙을 적용하면 θe2 및 φ2는 수학식 18 및 19와 같이 구할 수 있다.4
Figure 112011105511289-pat00037
in
Figure 112011105511289-pat00038
And
Figure 112011105511289-pat00039
When the second cosine law is applied to, θ e2 and φ 2 can be obtained as Equations 18 and 19.

Figure 112011105511289-pat00040
Figure 112011105511289-pat00040

Figure 112011105511289-pat00041
Figure 112011105511289-pat00041

그리고, β3 는 수학식 20과 같이 구할 수 있으며, β1 , β2 및 β3에 대해서는 수학식 21의 관계식이 성립한다.Β 3 can be obtained as in Equation 20, and the relation of Equation 21 holds for β 1 , β 2, and β 3 .

Figure 112011105511289-pat00042
Figure 112011105511289-pat00042

Figure 112011105511289-pat00043
Figure 112011105511289-pat00043

수학식 19 및 21을 이용하면 (β122)는 수학식 22와 같이 구할 수 있다.By using Equations 19 and 21, (β 1 + β 2 + φ 2 ) can be obtained as shown in Equation 22.

Figure 112011105511289-pat00044
Figure 112011105511289-pat00044

따라서 수학식 17을 이용하여 수학식 16을 정리하면 에피사이클로이드 곡선의 구성방정식은 아래의 수학식 23과 같이 구할 수 있다.Therefore, by arranging Equation 16 using Equation 17, the constitutive equation of the epicycloid curve can be obtained as Equation 23 below.

Figure 112011105511289-pat00045
Figure 112011105511289-pat00045

다음으로 곡선 경계조건식을 유도한다.Next, the curve boundary condition is derived.

상기 수학식 9, 15 및 23의 각각 다른 구성방정식을 갖는 곡선이 도 1에서와 같이 연결점 P1 및 P2에서 좌표값 및 순간 접선기울기가 같은 상태로 원활하게 연결되어야 한다.Curves having different configuration equations of Equations 9, 15, and 23, respectively, should be smoothly connected with the same coordinate values and instantaneous tangent slopes at connection points P 1 and P 2 as shown in FIG.

첫째, 점 P1에서 좌표값이 서로 같아야 한다. 수학식 9에서

Figure 112011105511289-pat00046
일 때, 하이포 사이클로이드 곡선 상의 점 P1에서 O1까지의 거리는 수학식 24와 같이 구할 수 있다. 또한 도 1에서 ∠P1O1P0= β1이므로 하이포 사이클로이드 곡선 상의 점 P1의 좌표는 수학식 25와 같이 구할 수 있다.First, the coordinates at point P 1 must be the same. In Equation (9)
Figure 112011105511289-pat00046
When the distance from the point P 1 to the O 1 on the hypocycloid curve can be obtained as shown in Equation 24. In addition, it coordinates of the point P 1 on the hypo-cycloid curve, so ∠P 1 O 1 P 0 = β 1 in Figure 1 can be obtained as shown in equation (25).

Figure 112011105511289-pat00047
Figure 112011105511289-pat00047

Figure 112011105511289-pat00048
Figure 112011105511289-pat00048

수학식 15에서

Figure 112011105511289-pat00049
일 때, 폴리서클 곡선 상의 점 P1의 좌표가 수학식 25의 좌표값과 같아야 하므로 수학식 26 및 27이 성립한다.In equation (15)
Figure 112011105511289-pat00049
When the coordinates of the point P 1 on the polycircle curve should be equal to the coordinate value of the equation (25) equations (26) and (27) hold.

Figure 112011105511289-pat00050
Figure 112011105511289-pat00050

Figure 112011105511289-pat00051
Figure 112011105511289-pat00051

둘째, 점 P1에서 순간 접선기울기가 같아야 한다. 수학식 9에서 β=θ1일 때 하이포 사이클로이드 곡선의 순간 접선기울기는 수학식 28과 같다. Second, the instantaneous tangential slope at point P 1 must be the same. In Equation 9, when β = θ 1 , the instantaneous tangential slope of the hypocycloid curve is shown in Equation 28.

Figure 112011105511289-pat00052
Figure 112011105511289-pat00052

수학식 25를 이용하면 하이포 사이클로이드 곡선 상의 점 의 좌표는 수학식 29와 같이 표현할 수 있다.Using Equation 25, the coordinates of the point on the hypocycloid curve can be expressed as Equation 29.

Figure 112011105511289-pat00053
Figure 112011105511289-pat00053

수학식 29를 이용하여 수학식 28을 정리하면 다음의 수학식 30과 같이 표현된다.When Equation 28 is arranged using Equation 29, Equation 30 is expressed as follows.

Figure 112011105511289-pat00054
Figure 112011105511289-pat00054

한편, 도 5에서와 같이 중점이 O1이고 반경이 rp1인 원에서 점 P1에서의 접선과 하이포 사이클로이드 곡선에서 점 P1에서의 접선이 서로 이루는 예각을

Figure 112011105511289-pat00055
라고 정의하였다. 따라서 수학식 31과 같이 내부로터 곡선에서 점 P1에서의 순간 접선기울기를 구할 수 있다.On the other hand, and also the focus O 1, as shown in 5 the tangent point and hypo acute angle to each other forming a tangent at P 1 in the cycloid curve at the point P 1 in the radius r p1 circle
Figure 112011105511289-pat00055
It is defined as. Therefore, as shown in Equation 31, the instantaneous tangent slope at the point P 1 can be obtained from the internal rotor curve.

Figure 112011105511289-pat00056
Figure 112011105511289-pat00056

수학식 30과 31의 값이 서로 같아야 하므로 수학식 32가 성립해야 한다.Equation 32 must be established because the values of Equations 30 and 31 must be the same.

Figure 112011105511289-pat00057
Figure 112011105511289-pat00057

도 6에서 폴리서클 곡선 상의 점 P1에서의 곡률반경 연장선과 기준축이 만나는 점을 F1이라고 했을 때, P1에서의 접선과

Figure 112011105511289-pat00058
은 직교한다. 따라서 P1에서의 접선의 기울기각도를 θt1라 하고 수학식 31을 이용하면 수학식 33의 관계식이 성립한다.When the curvature radius of the extension and the reference axis that meets at the point P 1 on the poly-circle curve in Figure 6 have been called F 1, P 1 and the tangent line at the
Figure 112011105511289-pat00058
Is orthogonal. Therefore, when the inclination angle of the tangent line in P 1 is θ t1 and Equation 31 is used, the relation of Equation 33 is established.

Figure 112011105511289-pat00059
Figure 112011105511289-pat00059

셋째, 점 P2에서 좌표값이 서로 같아야 한다. 수학식 23의 구성방정식에서 β=β1222일 때, 에피 사이클로이드 곡선 상의 점 P2에서 O1까지의 거리는 수학식 34와 같이 구할 수 있다. 또한 도 1에서 ∠P2O1P0 = β12이므로 에피 사이클로이드 곡선 상의 점 P2의 좌표는 수학식 35와 같다.Third, the coordinate values at the point P 2 must be the same. When β = β 1 + β 2 + φ 2 = θ 2 in the constitutive equation of Equation 23, the distance from the point P 2 on the epicycloid curve to O 1 can be obtained as shown in Equation 34. In addition, in FIG. 1, since ∠P 2 O 1 P 0 = β 1 + β 2 , the coordinate of the point P 2 on the epicycloid curve is expressed by Equation 35.

Figure 112011105511289-pat00060
Figure 112011105511289-pat00060

Figure 112011105511289-pat00061
Figure 112011105511289-pat00061

수학식 15에서 φ=θp2일 때, 폴리서클 곡선 상의 점 P2의 좌표가 수학식 35의 좌표값과 같아야 하므로 수학식 36 및 37이 성립한다.When φ = θ p2 in Equation 15, Equations 36 and 37 hold since the coordinates of the point P 2 on the polycircle curve must be the same as the coordinate values of Equation 35.

Figure 112011105511289-pat00062
Figure 112011105511289-pat00062

Figure 112011105511289-pat00063
Figure 112011105511289-pat00063

마지막으로 점 P2에서 순간 접선기울기가 서로 같아야 한다. 수학식 23에서 β=θ2일 때, 에피 사이클로이드 곡선의 순간 접선기울기는 수학식 38과 같다.Finally, the instantaneous tangent slopes at point P 2 must be equal to each other. When β = θ 2 in Equation 23, the instantaneous tangential slope of the epicycloid curve is shown in Equation 38.

Figure 112011105511289-pat00064
Figure 112011105511289-pat00064

수학식 35를 이용하면 에피 사이클로이드 곡선 상의 점 P2의 좌표는 수학식 39와 같이 표현할 수 있다.Using Equation 35, the coordinates of the point P 2 on the epicycloid curve can be expressed as Equation 39.

Figure 112011105511289-pat00065
Figure 112011105511289-pat00065

수학식 39를 이용하여 수학식 38을 정리하면 다음의 수학식 40과 같이 표현된다.When Equation 38 is arranged using Equation 39, Equation 40 is expressed as follows.

Figure 112011105511289-pat00066
Figure 112011105511289-pat00066

도 7에서 폴리서클 곡선 상의 점 P2에서의 곡률반경 연장선과 기준축이 만나는 점을 F2라고 했을 때, P2에서의 접선과

Figure 112011105511289-pat00067
는 직교한다. 따라서 P2에서의 접선의 기울기각도를 θt2라 하고 수학식 33을 이용하면 수학식 41의 관계식이 성립한다. 따라서, 폴리서클 곡선 상의 점 P2에서의 순간 접선기울기는 수학식 42와 같이 구할 수 있다.When the curvature radius of the extension and the reference axis that meets at the point P 2 on poly-circle curve in Figure 7 that have F 2, tangent at P 2 and
Figure 112011105511289-pat00067
Is orthogonal. Therefore, when the inclination angle of the tangent line in P 2 is θ t2 and Equation 33 is used, the relation of Equation 41 is established. Therefore, the instantaneous tangent slope at the point P 2 on the polycircle curve can be obtained as shown in Equation 42.

Figure 112011105511289-pat00068
Figure 112011105511289-pat00068

Figure 112011105511289-pat00069
Figure 112011105511289-pat00069

수학식 40과 42의 값이 서로 같아야 하므로 수학식 43이 성립해야 한다.Equation 43 must be established because the values of Equations 40 and 42 must be the same.

Figure 112011105511289-pat00070
Figure 112011105511289-pat00070

한편, 수학식 26과 36을 연립하면 수학식 44가 성립한다.On the other hand, when Equations 26 and 36 are combined, Equation 44 is established.

Figure 112011105511289-pat00071
Figure 112011105511289-pat00071

Figure 112011105511289-pat00072
Figure 112011105511289-pat00072

마찬가지로 수학식 27과 37을 연립하면 수학식 45가 성립한다.Similarly, when Equations 27 and 37 are combined, Equation 45 is established.

Figure 112011105511289-pat00073
Figure 112011105511289-pat00073

Figure 112011105511289-pat00074
Figure 112011105511289-pat00074

수학식 44 및 45를 r과 μr에 대해 정리하면 각각 수학식 46 및 47로 표현할 수 있다.Equations 44 and 45 can be expressed by Equations 46 and 47, respectively, for r and μr.

Figure 112011105511289-pat00075
Figure 112011105511289-pat00075

Figure 112011105511289-pat00076
Figure 112011105511289-pat00076

수학식 46을

Figure 112011105511289-pat00077
로, 수학식 47을
Figure 112011105511289-pat00078
로 정의하면, r와 μr는 수학식 48과 같이 구할 수 있다.Equation 46
Figure 112011105511289-pat00077
Equation 47
Figure 112011105511289-pat00078
R and μr can be obtained as in Equation 48.

Figure 112011105511289-pat00079
Figure 112011105511289-pat00079

수학식 48에서 P=CE-BF, Q=AF-CD 및 R=AE-BD는 수학식 33, 46 및 47을 이용하면 각각 수학식 49, 50 및 51과 같이 정리할 수 있다.In Equation 48, P = CE-BF, Q = AF-CD, and R = AE-BD can be arranged as Equations 49, 50, and 51 using Equations 33, 46, and 47, respectively.

Figure 112011105511289-pat00080
Figure 112011105511289-pat00080

Figure 112011105511289-pat00081
Figure 112011105511289-pat00081

Figure 112011105511289-pat00082
Figure 112011105511289-pat00082

Figure 112011105511289-pat00083
Figure 112011105511289-pat00083

따라서 수학식 49~51을 이용하면 r, μ 는 수학식 52와 같이 구할 수 있다.Therefore, using Equations 49-51, r, μ can be obtained as Equation 52.

Figure 112011105511289-pat00084
Figure 112011105511289-pat00084

또한 수학식 52를 이용하면 수학식 26, 27에서 Opx, Opy 를 각각 수학식 53, 54와 같이 구할 수 있다.In addition, using Equation 52, O px and O py in Equations 26 and 27 can be obtained as Equations 53 and 54, respectively.

Figure 112011105511289-pat00085
Figure 112011105511289-pat00085

Figure 112011105511289-pat00086
Figure 112011105511289-pat00086

따라서 수학식 9, 15 및 23의 구성방정식에서 미지수는 rh, re, rp1, rp2, θp1 및 θp2와 같다. 만약 θ'p1 = θp1 및 θ'p2 = θp2 에서 ρ2max, e, rh, re, rp1 및 rp2 가 수학식 55와 같이 모두 k(≠0)배 된다면 상기 관계식들을 이용하여 수학식 56이 성립함을 알 수 있다.Therefore, in the constitutive equations of Equations 9, 15 and 23, the unknowns are equal to r h , r e , r p1 , r p2 , θ p1 and θ p2 . If p 2max , e, r h , r e , r p1 and r p2 are all k (≠ 0) times as in Eq. 55 at θ ' p1 = θ p1 and θ' p2 = θ p2 , It can be seen that Equation 56 holds.

Figure 112011105511289-pat00087
Figure 112011105511289-pat00087

Figure 112011105511289-pat00088
Figure 112011105511289-pat00088

수학식 56을 수학식 32 및 43의 경계조건식에 대입하여 정리하면 각각 수학식 57 및 58과 같다.Substituting Equation 56 into the boundary condition equations of Equations 32 and 43 is the same as Equations 57 and 58, respectively.

Figure 112011105511289-pat00089
Figure 112011105511289-pat00089

Figure 112011105511289-pat00090
Figure 112011105511289-pat00090

Figure 112011105511289-pat00091
Figure 112011105511289-pat00091

Figure 112011105511289-pat00092
Figure 112011105511289-pat00092

수학식 57, 58에서와 같이 ρ2max, e, rh, re, rp1 및 rp2 가 모두 k(≠0)배 되어도 곡선 경계조건식을 만족하므로, ρ2max= 12 인 경우 상기 경계조건식을 만족하는 미지수 rh, re, rp1, rp2, θp1 및 θp2의 데이터베이스(Data Base)를 구축하고,

Figure 112011105511289-pat00093
인 경우
Figure 112011105511289-pat00094
를 계산하여 6개의 미지수를 도출할 수 있다. 한편, 수학식 2를 6개의 부등식으로 분리하고 수학식 11을 이용하면 수학식 59의 설계 제약조건을 얻을 수 있다.Since equation 57, as in 58 ρ 2max, e, r h, r e, r p1 and r p2 are both k (≠ 0) times may be satisfied with a curved boundary condition equation, in the case of ρ 2max = 12 the boundary condition Construct a database of satisfactory unknowns r h , r e , r p1 , r p2 , θ p1, and θ p2 ,
Figure 112011105511289-pat00093
If
Figure 112011105511289-pat00094
We can derive six unknowns by calculating. Meanwhile, if Equation 2 is divided into six inequalities and Equation 11 is used, a design constraint of Equation 59 may be obtained.

Figure 112011105511289-pat00095
Figure 112011105511289-pat00095

Figure 112011105511289-pat00096

Figure 112011105511289-pat00096

상기와 같은 구성방정식과 곡선경계식을 이용하여 실제 내부로터를 설계하고 내부로터의 이끝폭 계산하면 다음과 같다. By designing the actual inner rotor using the configuration equation and the curve boundary equation as described above, and calculating the tip width of the inner rotor is as follows.

수학식 32 및 43의 경계조건식을 각각 f1 = 0, f2 = 0 이라고 정의한다. 여기에서 Z1=9, ρ2max= 12, e=1.31, γ=71°인 경우, 미지수 rh, re, rp1, rp2, θp1 및 θp2 를 아래의 수학식 60 또는 62의 값으로 가정하면 각각의

Figure 112011105511289-pat00097
Figure 112011105511289-pat00098
값은 수학식 61 및 63과 같다.The boundary condition equations of Equations 32 and 43 are defined as f 1 = 0 and f 2 = 0, respectively. Here, when Z 1 = 9, ρ 2max = 12, e = 1.31, and γ = 71 °, the unknown r h , r e , r p1 , r p2 , θ p1 and θ p2 are represented by Equations 60 or 62 Assuming a value for each
Figure 112011105511289-pat00097
And
Figure 112011105511289-pat00098
The values are as shown in Equations 61 and 63.

Figure 112011105511289-pat00099
Figure 112011105511289-pat00099

Figure 112011105511289-pat00100
Figure 112011105511289-pat00100

Figure 112011105511289-pat00101
Figure 112011105511289-pat00101

Figure 112011105511289-pat00102
Figure 112011105511289-pat00102

수학식 60 및 62의 경우 모두

Figure 112011105511289-pat00103
이며, 내부로터를 설계하면 도 8과 같이 곡선 연결점에서 원활하게 연결되지 못한다. 따라서 수학식 32, 43의 경계조건식에 대한 수렴조건을
Figure 112011105511289-pat00104
로 설정하여 수학식 64와 같이 미지수에 대한 해를 구하였다.For both Equations 60 and 62
Figure 112011105511289-pat00103
If the inner rotor is designed, it may not be smoothly connected at the curved connection point as shown in FIG. Therefore, the convergence condition for the boundary condition equations
Figure 112011105511289-pat00104
The solution to the unknown was obtained as shown in Equation 64.

Figure 112011105511289-pat00105
Figure 112011105511289-pat00105

Figure 112011105511289-pat00106
Figure 112011105511289-pat00106

Z1=9, ρ2max= 12 일때, e는 1.26≤e≤1.41에서 0.01씩 증가시키고, γ는 65° ≤ γ≤ 79°에서 1°씩 증가시키면서,

Figure 112011105511289-pat00107
의 수렴조건 및 설계 제약조건 수학식 59를 만족하면서
Figure 112011105511289-pat00108
을 최소화하는 미지수 rh, re, rp1, rp2, θp1 및 θp2 의 값을 도출하였다.When Z 1 = 9 and ρ 2max = 12, e increases by 0.01 at 1.26 ≦ e ≦ 1.41, and γ increases by 1 ° at 65 ° ≦ γγ 79 °,
Figure 112011105511289-pat00107
While satisfying the convergence and design constraints of
Figure 112011105511289-pat00108
The values of unknown values r h , r e , r p1 , r p2 , θ p1 and θ p2 are minimized.

내부로터는 e 및 γ를 입력받아 계산된 rh, re, rp1, rp2, θp1 및 θp2 의 값을 바탕으로 수학식 9에서의 β를 △βh만큼, 수학식 15에서의 φ를 △φn만큼, 수학식 23에서의 β를 △βe 만큼 증분시키면서 생성되는 구성점을 연결하여 설계한다. 여기에서 폴리서클 곡선에서의 점간거리를 D.B.P(Distance between points)라고 정의한다. 한편, 수학식 9 및 23을 이용하면 도 9에서와 같이 하이포 사이클로이드 곡선의 점간거리 fh(β)는 β=0일 때 최대이며, 에피 사이클로이드 곡선의 점간거리 fe(β)는 β=π/Z1 일 때 최대이다. 따라서 각 곡선의 최대 점간거리가 D.B.P와 같다고 설정하였다.The internal rotor receives β in Equation 9 by Δβ h based on the values of r h , r e , r p1 , r p2 , θ p1 and θ p2 calculated by receiving e and γ, It is designed by connecting the construction points generated while increasing φ by Δφ n and β in Equation 23 by Δβ e . Here, the point-to-point distance in the polycircle curve is defined as distance between points (DBP). On the other hand, using equations (9) and (23), as shown in Fig. 9, the distance f h (β) of the hypocycloid curve is maximum when β = 0, and the distance f e (β) of the epicycloid curve is β = π. Maximum when / Z 1 Therefore, the maximum point-to-point distance of each curve is set equal to DBP.

먼저 수학식 9에서 β=△βh일 때의 점을 Ph라 하고 y 좌표값을 yh,β=△βh라 한다. 또한 도 1에서 P0의 좌표는

Figure 112011105511289-pat00109
이므로 수학식 65의 초기값에서 수학식 66의 방정식을 풀이하여 △βh를 구할 수 있다.First, a point when the △ β = β h in Equation 9 P h la and la the y-coordinate value y h, △ β = βh. In addition, the coordinate of P 0 in FIG.
Figure 112011105511289-pat00109
Δβ h can be obtained by solving the equation of Equation 66 from the initial value of Equation 65.

Figure 112011105511289-pat00110
Figure 112011105511289-pat00110

Figure 112011105511289-pat00111
Figure 112011105511289-pat00111

다음으로 수학식 15의

Figure 112011105511289-pat00112
범위에서 φ는
Figure 112011105511289-pat00113
으로 증분된다고 하면, 증분각
Figure 112011105511289-pat00114
는 수학식 67과 같이 구할 수 있다.Next, the expression (15)
Figure 112011105511289-pat00112
Φ in the range
Figure 112011105511289-pat00113
If we increment by, the incremental angle
Figure 112011105511289-pat00114
Can be obtained as shown in Equation 67.

Figure 112011105511289-pat00115
Figure 112011105511289-pat00115

Figure 112011105511289-pat00116
Figure 112011105511289-pat00116

마지막으로 수학식 23에서 구름원 이동각 β가 수학식 68의 βe1, βe2일 때의 점 Pe1 및 Pe2의 좌표는 수학식 69, 70과 같다.Finally, in Equation 23, the coordinates of the points P e1 and P e2 when the cloud circle moving angle β is β e1 and β e2 in Equation 68 are as shown in Equations 69 and 70.

Figure 112011105511289-pat00117
Figure 112011105511289-pat00117

Figure 112011105511289-pat00118
Figure 112011105511289-pat00118

Figure 112011105511289-pat00119
Figure 112011105511289-pat00119

따라서 수학식 69, 70을 이용하면 △βe는 수학식 71의 초기값에서 수학식 72의 방정식을 풀이하여 구할 수 있다. Therefore, by using Equations 69 and 70, Δβ e can be obtained by solving the equation of Equation 72 from the initial value of Equation 71.

Figure 112011105511289-pat00120
Figure 112011105511289-pat00120

Figure 112011105511289-pat00121
Figure 112011105511289-pat00121

Z1=9, e=1.31, γ=71°, D.B.P=0.005, ρ2max = 12 인 경우 하이포 및 에피 사이클로이드 곡선의 증분각은 △βh= 0.01693°, △βe = 0.01412°와 같이 계산된다. 이 경우 반 피치각도 구간까지 내부로터를 설계한 후, 내부로터 반 피치각도 직선에 의해 대칭시켜 점 O1을 기준으로 Z1만큼 배열하면 도 9와 같이 내부로터를 설계할 수 있다. 여기에서 중심이 O1이고 반경이 rp1, rp2 인 두 개의 동심원은 하이포 및 에피 사이클로이드 곡선 사이에 삽입된 폴리서클 곡선 범위를 나타낸다.For Z 1 = 9, e = 1.31, γ = 71 °, DBP = 0.005, ρ 2max = 12, the incremental angles of the hypo and epicycloid curves are calculated as Δβ h = 0.01693 °, Δβ e = 0.01412 ° . In this case, after the inner rotor is designed to the half pitch angle section, the inner rotor may be symmetrical by the straight line of the half pitch angle and arranged by Z 1 based on the point O 1 to design the inner rotor as shown in FIG. 9. Here the two concentric circles with the center O 1 and the radius r p1 , r p2 represent the polycircle curve range inserted between the hypo and epi cycloid curves.

도 9에서 내부로터 이끝폭 wi는 변곡점 P2, P3를 이은 선분

Figure 112011105511289-pat00122
의 길이와 같으며, 수학식 20을 이용하면 수학식 73과 같이 구할 수 있다.In FIG. 9, the inner rotor tooth width w i is a line segment connecting the inflection points P 2 and P 3 .
Figure 112011105511289-pat00122
Equation 20 is the same as, and using Equation 20 can be obtained as Equation 73.

Figure 112011105511289-pat00123
Figure 112011105511289-pat00123

Figure 112011105511289-pat00124
Figure 112011105511289-pat00124

다음으로 외부로터 구성방정식을 유도하고 외부로터를 설계하는 과정을 설명한다. Next, the process of deriving the external rotor configuration equation and designing the external rotor will be explained.

먼저 회전시뮬레이션을 통한 외부로터 근사관계식을 유도한다. First, we derive an external rotor approximation through rotation simulation.

내부로터 및 외부로터는 각각의 중점 O1(e,0), O2(0,0)을 중심으로 Z2:Z1의 각속도 비를 가지고 동일 방향으로 회전한다. 이는 다음의 외부로터 고정 방식의 회전시뮬레이션과 동일하다. 도 10의 (a) 도면과 같이 내부로터 및 내부로터의 x, y 기준축을 O2를 중심으로 시계반대방향으로 α만큼 회전시킨 결과를 각각

Figure 112011105511289-pat00125
,
Figure 112011105511289-pat00126
라 하고, 도 10의 (b)와 같이 O2가 중점이고 반경 e인 원과
Figure 112011105511289-pat00127
축의 교점을 중심으로
Figure 112011105511289-pat00128
를 시계방향으로 α(Z1/Z2)만큼 회전시킨 결과를 각각
Figure 112011105511289-pat00129
,
Figure 112011105511289-pat00130
라 한다. The inner rotor and the outer rotor rotate in the same direction with the angular velocity ratio of Z 2 : Z 1 around the center of gravity O 1 (e, 0) and O 2 (0,0), respectively. This is the same as the following external rotor fixed rotation simulation. As shown in (a) of FIG. 10, the results of rotating the x and y reference axes of the internal rotor and the internal rotor counterclockwise with respect to O 2 , respectively, are shown.
Figure 112011105511289-pat00125
,
Figure 112011105511289-pat00126
La, and the O 2 source is focused and the radius e as shown in FIG. 10 (b) and
Figure 112011105511289-pat00127
Around the intersection of the axes
Figure 112011105511289-pat00128
Are rotated clockwise by α (Z 1 / Z 2 )
Figure 112011105511289-pat00129
,
Figure 112011105511289-pat00130
It is called.

도 11은 내부로터를 이와 같은 외부로터 고정방식의 회전시뮬레이션으로 얻은 내부로터 회전자취의 곡선군과 내부로터를 표시한 것이다.Figure 11 shows a group of curves and the inner rotor of the inner rotor rotor trace obtained by the rotational simulation of the outer rotor fixing method of the inner rotor.

도 11에서 내부로터 회전자취 곡선군의 최외곽 구성점을 연결하여 외부로터를 설계할 수 있으나(Sumitomo, 2006), 이의 구성방정식 도출은 매우 난해하므로 다음과 같은 방법으로 외부로터를 설계한다.In FIG. 11, the outer rotor can be designed by connecting the outermost component points of the inner rotor rotation curve group (Sumitomo, 2006), but the derivation of the configuration equation is very difficult, so the outer rotor is designed in the following manner.

도 10의 회전시뮬레이션에서

Figure 112011105511289-pat00131
Figure 112011105511289-pat00132
의 교점의 집합이 외부로터를 형성하고 있음이 관찰되었다. 내부로터 및 외부로터 곡선 상의 점을 각각 (x, y), (X,Y)라고 하면 이의 관찰결과는 수학식 74와 같이 표현할 수 있으며, (X, Y)를 소거하면 수학식 75를 얻을 수 있다.In the rotation simulation of Figure 10
Figure 112011105511289-pat00131
and
Figure 112011105511289-pat00132
It was observed that the set of intersections forms the outer rotor. If the points on the inner rotor and outer rotor curves are (x, y) and (X, Y), respectively, the observation result can be expressed as Equation 74. If (X, Y) is eliminated, Equation 75 can be obtained. have.

Figure 112011105511289-pat00133
Figure 112011105511289-pat00133

Figure 112011105511289-pat00134
Figure 112011105511289-pat00134

따라서 내부로터 구성방정식 및 수학식 74, 75의 관계식을 이용하면 수학식 76, 77 및 78과 같이 외부로터 반 피치각도까지의 외부로터 근사관계식을 구할 수 있다.Therefore, by using the internal rotor configuration equation and the equations of Equations 74 and 75, an external rotor approximation equation up to the external rotor half pitch angle can be obtained as shown in Equations 76, 77 and 78.

Figure 112011105511289-pat00135
Figure 112011105511289-pat00135

Figure 112011105511289-pat00136
Figure 112011105511289-pat00136

Figure 112011105511289-pat00137
Figure 112011105511289-pat00137

Figure 112011105511289-pat00138
Figure 112011105511289-pat00138

Figure 112011105511289-pat00139
Figure 112011105511289-pat00139

Figure 112011105511289-pat00140
Figure 112011105511289-pat00140

다음으로, 내부로터 및 외부로터의 간섭회피 방안을 설계한다. 즉, 상기 수학식 76~78의 외부로터 근사관계식은 로터 회전시뮬레이션 관찰결과로부터 유도된 근사식이므로 이를 이용하여 로터를 설계하면 도 12와 같이 간섭이 발생하게 된다. 따라서 내부로터 및 외부로터의 간섭회피를 위해 수학식 79와 같이 수정폭 계수

Figure 112011105511289-pat00141
을 사용하여 외부로터 구성점의 좌표값을 감소시켰다.Next, design an interference avoidance method of the inner rotor and the outer rotor. That is, since the external rotor approximation equations of Equations 76 to 78 are approximations derived from the results of the rotor rotation simulation observation, interference is generated as shown in FIG. Therefore, in order to avoid interference of the inner and outer rotors, the correction width factor is expressed as in Equation 79.
Figure 112011105511289-pat00141
The coordinate values of the external rotor configuration point are reduced by using.

Figure 112011105511289-pat00142
Figure 112011105511289-pat00142

도 13은 수학식 79의 수정법을 표현한 것이다. 도 12에서 Pi(x,y)는 내부로터 곡선 상의 점이고, P0(X,Y)는 수학식 74, 75를 이용하여 내부로터 구성방정식에서 변환된 수정 전의 외부로터 근사관계식으로 표현된 곡선 상의 점이다. Po,m(Xm,Ym)는 수학식 79를 이용하여 수정된 외부로터 곡선 상의 점이다.FIG. 13 expresses a modification of Equation 79. FIG. In FIG. 12, P i (x, y) is a point on the inner rotor curve, and P 0 (X, Y) is a curve expressed as an external rotor approximation equation before modification in the internal rotor configuration equation using Equations 74 and 75. It's a point. P o, m (X m , Y m ) is the point on the outer rotor curve modified using Equation 79.

수정폭 계수 및 구성방정식은 다음과 같이 도출된다. The correction width coefficient and the construction equation are derived as follows.

도 14에서와 같이 로터 회전각도마다 점선 사각영역으로 표시된 구역을 관찰하면 외부로터 근사관계식으로 도출된 수정 전의 외부로터 곡선 상의 점에서 내부로터 폴리서클 곡선방향으로 간섭이 발생하며, 도 15와 같이 간섭량의 크기는 외부로터 회전각에 따라 점점 증가하다가 감소하는 경향을 보인다.As shown in FIG. 14, when the area indicated by the dotted rectangular area for each rotor rotation angle is observed, interference occurs in the direction of the inner rotor polycircle curve at the point on the outer rotor curve before correction, which is derived from the outer rotor approximation equation, and the interference amount as shown in FIG. 15. The size of is gradually increased and decreased with the rotation angle of the external rotor.

따라서 도 15에서와 같이 내,외부로터 간섭회피를 위해 수학식 79를 이용하여 최대 간섭량이 발생하는 회전각에서 내부로터 및 외부로터가 팁간극만큼 떨어질 수 있도록 외부로터를 다음과 같이 수정한다.Therefore, as shown in FIG. 15, the external rotor is modified as follows so that the inner rotor and the outer rotor fall by the tip gap at the rotation angle at which the maximum amount of interference occurs for avoiding the internal and external rotor interference.

먼저 도 14에서 점선 원으로 표시된 영역을 고려하면, 최대 간섭량은 수학식 76의 외부로터 근사관계식으로 도출된 수정 전의 외부로터 곡선 상의 점에서 내부로터의 폴리서클 곡선의 곡률반경 방향으로 발생한다. 도 1의 내부로터 하이포 사이클로이드 곡선 상의 점을

Figure 112011105511289-pat00143
,
Figure 112011105511289-pat00144
이 수학식 76을 이용하여 변환된 수정 전의 외부로터 곡선 상의 점
Figure 112011105511289-pat00145
가 도 15에서와 같이 외부로터 회전각 α에 따라 회전된 점을
Figure 112011105511289-pat00146
라 하면 점
Figure 112011105511289-pat00147
,
Figure 112011105511289-pat00148
,
Figure 112011105511289-pat00149
의 좌표는 수학식 80~82와 같이 구할 수 있다.First, considering the area indicated by the dotted line circle in FIG. 14, the maximum interference amount occurs in the radius of curvature of the polycircle curve of the inner rotor at a point on the outer rotor curve before modification derived by the outer rotor approximation equation (Equation 76). Point on the inner rotor hypocycloid curve of Figure 1
Figure 112011105511289-pat00143
,
Figure 112011105511289-pat00144
Point on the external rotor curve before modification modified using this equation (76)
Figure 112011105511289-pat00145
Is rotated according to the rotation angle α of the outer rotor as shown in FIG.
Figure 112011105511289-pat00146
Point
Figure 112011105511289-pat00147
,
Figure 112011105511289-pat00148
,
Figure 112011105511289-pat00149
The coordinate of can be obtained as Equation 80 ~ 82.

Figure 112011105511289-pat00150
Figure 112011105511289-pat00150

Figure 112011105511289-pat00151
Figure 112011105511289-pat00151

Figure 112011105511289-pat00152
Figure 112011105511289-pat00152

Figure 112011105511289-pat00153
Figure 112011105511289-pat00153

한편 도 3의 내부로터 폴리서클 곡선의 곡률중심점을 도 16에서와 같이

Figure 112011105511289-pat00154
, 점
Figure 112011105511289-pat00155
을 내부로터 반 피치각도 직선에 의해 대칭시킨 점
Figure 112011105511289-pat00156
가 도 15에서와 같이 회전된 점을
Figure 112011105511289-pat00157
라 하면, 점
Figure 112011105511289-pat00158
,
Figure 112011105511289-pat00159
,
Figure 112011105511289-pat00160
의 좌표는 수학식 83, 84, 85와 같이 구할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 16, the center of curvature of the inner rotor polycircle curve of FIG.
Figure 112011105511289-pat00154
, Point
Figure 112011105511289-pat00155
Of the inner rotor half pitch angle
Figure 112011105511289-pat00156
Is rotated as shown in FIG.
Figure 112011105511289-pat00157
Speaking of points
Figure 112011105511289-pat00158
,
Figure 112011105511289-pat00159
,
Figure 112011105511289-pat00160
The coordinate of can be obtained as Equation 83, 84, 85.

Figure 112011105511289-pat00161
Figure 112011105511289-pat00161

Figure 112011105511289-pat00162
Figure 112011105511289-pat00162

Figure 112011105511289-pat00163
Figure 112011105511289-pat00163

도 16에서 곡률반경 ρ는

Figure 112011105511289-pat00164
와 같다. 따라서 도 17과 같이 내부로터 및 외부로터의 간섭량
Figure 112011105511289-pat00165
을 곡률반경 ρ에서
Figure 112011105511289-pat00166
의 길이를 뺀 값으로 정의하였다. 최대 간섭량은 α, β 및 φ에 대한 수학식 86의 초기값 및 범위에서 수학식 87의
Figure 112011105511289-pat00167
을 최대로 하는 α, β 및 φ 값을 수학식 88에서와 같이 도출함으로써 계산한다.In Fig. 16, the radius of curvature ρ is
Figure 112011105511289-pat00164
Same as Therefore, the interference amount of the inner rotor and the outer rotor as shown in FIG.
Figure 112011105511289-pat00165
At the radius of curvature ρ
Figure 112011105511289-pat00166
Defined as minus the length of. The maximum amount of interference is expressed by Equation 87 at the initial value and range of Equation 86 for α, β and φ.
Figure 112011105511289-pat00167
It is calculated by deriving the values of α, β and φ that maximizes as shown in Equation 88.

Figure 112011105511289-pat00168
Figure 112011105511289-pat00168

Figure 112011105511289-pat00169
Figure 112011105511289-pat00169

Figure 112011105511289-pat00170
Figure 112011105511289-pat00170

Z1=9, ρ2max=12, e=1.31, γ=71°, D.B.P=0.005 인 경우 수학식 88에서의 값은 각각 αInf = 20.2711°, βInf = 5.93420°, φInf = 0.620999°로 계산된다.For Z 1 = 9, ρ 2max = 12, e = 1.31, γ = 71 °, DBP = 0.005, the values in Eq. 88 are α Inf = 20.2711 °, β Inf = 5.93420 °, and φ Inf = 0.620999 °, respectively. Is calculated.

다음으로 팁간극 tp가 고려된 내부로터 폴리서클 곡선 상의 점과 곡률중심점을 구한다. 도 3의 폴리서클 곡선 상의 점

Figure 112011105511289-pat00171
을 tp만큼 옵셋시킨 점을
Figure 112011105511289-pat00172
라 한다. 수학식 15에서
Figure 112011105511289-pat00173
의 좌표는 수학식 89와 같다.Next, find the point on the inner rotor polycircle curve and the center of curvature considering the tip gap t p . Point on the polycircle curve of FIG. 3
Figure 112011105511289-pat00171
The point offset by t p
Figure 112011105511289-pat00172
It is called. In equation (15)
Figure 112011105511289-pat00173
Is the same as (89).

Figure 112011105511289-pat00174
Figure 112011105511289-pat00174

도 18에서와 같이

Figure 112011105511289-pat00175
Figure 112011105511289-pat00176
는 동일 직선 상에 놓여있으며, 두 점 사이의 거리는 tp이므로 수학식 90의 관계식이 성립한다. 수학식 90을 연립하면 수학식 91과 같이
Figure 112011105511289-pat00177
에 관한 2차방정식으로 정리할 수 있다.As in Figure 18
Figure 112011105511289-pat00175
Wow
Figure 112011105511289-pat00176
Lie on the same straight line, and the distance between two points is t p, so the relation of Equation 90 is established. If you combine Equation 90,
Figure 112011105511289-pat00177
Can be summed up as a quadratic equation for.

Figure 112011105511289-pat00178
Figure 112011105511289-pat00178

Figure 112011105511289-pat00179
Figure 112011105511289-pat00179

따라서

Figure 112011105511289-pat00180
의 좌표는 수학식 90 및 수학식 92의
Figure 112011105511289-pat00181
에 관한 초기값을 바탕으로 수학식 93의 목적함수의 제곱을 최소화하여 구한다.therefore
Figure 112011105511289-pat00180
The coordinates of Equation 90 and Equation 92 are
Figure 112011105511289-pat00181
The square of the objective function of Equation 93 is obtained based on the initial value of

Figure 112011105511289-pat00182
Figure 112011105511289-pat00182

Figure 112011105511289-pat00183
Figure 112011105511289-pat00183

마찬가지로 도 3의 폴리서클 곡선에서 곡률중심점

Figure 112011105511289-pat00184
을 tp만큼 옵셋시킨 점을
Figure 112011105511289-pat00185
라 하고, 점
Figure 112011105511289-pat00186
를 내부로터 반 피치각도 직선에 의해 대칭시킨 점
Figure 112011105511289-pat00187
이 도 15에서 수학식 88의
Figure 112011105511289-pat00188
만큼 회전된 점을
Figure 112011105511289-pat00189
이라 한다. 먼저, 수학식 83을 이용하면
Figure 112011105511289-pat00190
의 좌표는 수학식 94와 같이 구할 수 있다.Similarly, the center of curvature in the polycircle curve of FIG.
Figure 112011105511289-pat00184
The point offset by t p
Figure 112011105511289-pat00185
Let's point
Figure 112011105511289-pat00186
Of the internal rotor half pitch angle
Figure 112011105511289-pat00187
In FIG. 15, Equation 88
Figure 112011105511289-pat00188
Rotated by
Figure 112011105511289-pat00189
Quot; First, using Equation 83
Figure 112011105511289-pat00190
The coordinate of can be obtained as in Equation 94.

Figure 112011105511289-pat00191
Figure 112011105511289-pat00191

Figure 112011105511289-pat00192
의 좌표는 수학식 92, 93을 이용하면 수학식 95 및 96의
Figure 112011105511289-pat00193
에 관한 초기값을 바탕으로 수학식 97의 목적함수의 제곱을 최소화하여 구한다.
Figure 112011105511289-pat00192
For the coordinates of Equations 92 and 93,
Figure 112011105511289-pat00193
The square of the objective function of Equation 97 is minimized based on the initial value of.

Figure 112011105511289-pat00194
Figure 112011105511289-pat00194

Figure 112011105511289-pat00195
Figure 112011105511289-pat00195

Figure 112011105511289-pat00196
Figure 112011105511289-pat00196

Figure 112011105511289-pat00197
Figure 112011105511289-pat00198
의 좌표는 수학식 98, 99와 같이 구할 수 있다.point
Figure 112011105511289-pat00197
And
Figure 112011105511289-pat00198
The coordinate of can be obtained as shown in Equations 98 and 99.

Figure 112011105511289-pat00199
Figure 112011105511289-pat00199

Figure 112011105511289-pat00200
Figure 112011105511289-pat00200

또한 팁간극 tp가 고려된 내부로터 폴리서클 곡선에서의 곡률반경

Figure 112011105511289-pat00201
는 수학식 (100)과 같이 구할 수 있다. Also, the radius of curvature in the inner rotor polycircle curve considering the tip gap t p
Figure 112011105511289-pat00201
Can be obtained as in Equation (100).

Figure 112011105511289-pat00202
Figure 112011105511289-pat00202

한편, 내부로터 하이포 사이클로이드 곡선 상의 점을

Figure 112011105511289-pat00203
라 하고,
Figure 112011105511289-pat00204
가 수학식 76을 이용하여 변환된 외부로터 곡선 상의 점
Figure 112011105511289-pat00205
가 수학식 79를 이용하여 수정된 점을
Figure 112011105511289-pat00206
라 한다. 점
Figure 112011105511289-pat00207
,
Figure 112011105511289-pat00208
,
Figure 112011105511289-pat00209
의 좌표는 수학식 101~103과 같이 구할 수 있다.Meanwhile, the points on the inner rotor hypocycloid curve
Figure 112011105511289-pat00203
,
Figure 112011105511289-pat00204
Points on the outer rotor curve converted using Equation 76
Figure 112011105511289-pat00205
Is modified using Equation 79
Figure 112011105511289-pat00206
It is called. point
Figure 112011105511289-pat00207
,
Figure 112011105511289-pat00208
,
Figure 112011105511289-pat00209
The coordinate of can be calculated as Equation 101 ~ 103.

Figure 112011105511289-pat00210
Figure 112011105511289-pat00210

Figure 112011105511289-pat00211
Figure 112011105511289-pat00211

Figure 112011105511289-pat00212
Figure 112011105511289-pat00212

Figure 112011105511289-pat00213
Figure 112011105511289-pat00213

Figure 112011105511289-pat00214
가 도 15에서 수학식 88의
Figure 112011105511289-pat00215
만큼 회전된 점을
Figure 112011105511289-pat00216
라 하면 점
Figure 112011105511289-pat00217
의 좌표는 수학식 104와 같이 구할 수 있다.point
Figure 112011105511289-pat00214
15 in Equation 88
Figure 112011105511289-pat00215
Rotated by
Figure 112011105511289-pat00216
Point
Figure 112011105511289-pat00217
Can be obtained as shown in Equation 104.

Figure 112011105511289-pat00218
Figure 112011105511289-pat00218

한편, 도 19에서 점

Figure 112011105511289-pat00219
에서의 접선기울기는 수학식 105와 같다. Meanwhile, in FIG. 19
Figure 112011105511289-pat00219
The tangential slope at is equal to (105).

Figure 112011105511289-pat00220
Figure 112011105511289-pat00220

수학식 102에서의

Figure 112011105511289-pat00221
,
Figure 112011105511289-pat00222
를 β에 관해 미분하면 수학식 106과 같다.In Equation 102
Figure 112011105511289-pat00221
,
Figure 112011105511289-pat00222
Differentiating with respect to β is as in Equation 106.

Figure 112011105511289-pat00223
Figure 112011105511289-pat00223

Figure 112011105511289-pat00224
Figure 112011105511289-pat00224

또한 수학식 101에서의

Figure 112011105511289-pat00225
,
Figure 112011105511289-pat00226
및 수학식 102에서의 α*를 β에 관해 미분하면 수학식 107, 108과 같다.Also in Equation 101
Figure 112011105511289-pat00225
,
Figure 112011105511289-pat00226
And differentiating [alpha] * in Equation 102 with respect to [beta].

Figure 112011105511289-pat00227
Figure 112011105511289-pat00227

Figure 112011105511289-pat00228
Figure 112011105511289-pat00228

따라서 수학식 105~108을 이용하면 수학식 105에서의

Figure 112011105511289-pat00229
는 수학식 109와 같이 구할 수 있다.Therefore, using Equations 105 to 108,
Figure 112011105511289-pat00229
Can be obtained as shown in Equation 109.

Figure 112011105511289-pat00230
Figure 112011105511289-pat00230

내부로터 및 외부로터의 간섭회피는 도 20에서와 같이 최대간섭량이 발생하는 회전각도에서

Figure 112011105511289-pat00231
가 점
Figure 112011105511289-pat00232
에서의 접선과 수직이며,
Figure 112011105511289-pat00233
의 길이를 갖도록 설정함으로써 수정폭 계수 n을 결정하였다. 따라서 β 및 φ에 대한 수학식 110의 초기값 및 범위에서 수학식 93, 97, 111의 목적함수 제곱을 최소화하는 β 및 φ을 수학식 113과 같이 도출할 수 있다.Interference avoidance of the inner rotor and the outer rotor is at the rotation angle of the maximum interference amount as shown in FIG.
Figure 112011105511289-pat00231
Point
Figure 112011105511289-pat00232
Perpendicular to the tangent to
Figure 112011105511289-pat00233
The correction width coefficient n was determined by setting to have a length of. Accordingly, β and φ that minimize the square of the objective function of Equations 93, 97, and 111 in the initial value and range of Equation 110 for β and φ can be derived as shown in Equation 113.

Figure 112011105511289-pat00234
Figure 112011105511289-pat00234

Figure 112011105511289-pat00235
Figure 112011105511289-pat00235

Figure 112011105511289-pat00236
Figure 112011105511289-pat00236

Figure 112011105511289-pat00237
Figure 112011105511289-pat00237

이 때, 수학식 99, 104를 수학식 112에 대입하면 수정폭 계수 n은 수학식 114과 같이 구할 수 있다.At this time, by substituting Equations 99 and 104 into Equation 112, the correction width coefficient n can be obtained as in Equation 114.

Figure 112011105511289-pat00238
Figure 112011105511289-pat00238

Z1=9, ρ2max = 12, e=1.31, γ=71°, D.B.P = 0.005 인 경우 수학식 113에서의 값은 각각

Figure 112011105511289-pat00239
,
Figure 112011105511289-pat00240
,
Figure 112011105511289-pat00241
,
Figure 112011105511289-pat00242
으로 계산되며 이때, 수정폭 계수는 n=2.38003이다.For Z 1 = 9, ρ 2max = 12, e = 1.31, γ = 71 °, DBP = 0.005, the values in
Figure 112011105511289-pat00239
,
Figure 112011105511289-pat00240
,
Figure 112011105511289-pat00241
,
Figure 112011105511289-pat00242
Where the correction width factor is n = 2.38003.

한편, 외부로터 반 피치각도 지점에서 점 O2까지의 거리가 ρ2max와 일치하기 위해서는 수정폭 계수가 n=0이 되어야한다. 따라서 수학식 76, 77과 같이 내부로터의 하이포 사이클로이드 및 폴리서클 곡선에서 변환하여 외부로터 수정 시에는 수학식 79와 같이 수정폭 계수 n을 이용하여 수정하고, 수학식 78과 같이 에피 사이클로이드 곡선에서 변환하여 수정 시에는 수학식 115와 같이 에피 사이클로이드 곡선의 구름원 이동각 β에 따라 수정폭 계수가 3차다항식의 형태로 변하는 가변 수정폭 계수 n'을 이용하여 수정하였다. 아래의 수학식 115에서 기호 []는 가우스 기호이다.On the other hand, in order for the distance from the outer rotor half pitch angle point to the point O 2 to be equal to ρ 2max , the correction width factor must be n = 0. Therefore, when the external rotor is modified by converting it from the hypocycloid and polycircle curves of the inner rotor as shown in Equations 76 and 77, the correction is performed by using the correction width coefficient n as shown in Equation 79. In this case, the modified width coefficient n 'is changed by changing the modified width coefficient in the form of a cubic polynomial according to the rolling circle β of the epicycloid curve as shown in Equation 115. In Equation 115 below, the symbol [] is a Gaussian symbol.

Figure 112011105511289-pat00243
Figure 112011105511289-pat00243

따라서 외부로터 반 피치각도까지의 구성방정식은 수학식 116~118과 같이 구할 수 있다.Therefore, the constitutive equation up to half the pitch angle of the outer rotor can be obtained as Equations 116 to 118.

Figure 112011105511289-pat00244
Figure 112011105511289-pat00244

Figure 112011105511289-pat00245
Figure 112011105511289-pat00245

Figure 112011105511289-pat00246
Figure 112011105511289-pat00246

Figure 112011105511289-pat00247
Figure 112011105511289-pat00247

Figure 112011105511289-pat00248
Figure 112011105511289-pat00248

Figure 112011105511289-pat00249

Figure 112011105511289-pat00249

다음으로 외부로터를 설계하고 이끝폭 계산한다. Next, design the external rotor and calculate the tip width.

수학식 116~118의 외부로터 구성방정식을 이용하여 외부로터를 설계하고, 반 피치각도 직선에 의해 대칭시킨 후 점 O2를 기준으로 Z2만큼 배열하면 Z1=9, e=1.31, γ=71°, D.B.P = 0.005, ρ2max = 12, tp=0.025인 경우 도 21과 같이 내부로터 및 외부로터를 설계할 수 있다. 이 때, 로터 최외경의 크기는 수학식 29와 같다. Design the external rotor using the external rotor configuration equations of Eqs. 116-118, symmetrically by a half-pitch angle line, and arrange by Z 2 with respect to the point O 2. Z 1 = 9, e = 1.31, γ = In the case of 71 °, DBP = 0.005, ρ 2max = 12, and t p = 0.025, the inner rotor and the outer rotor can be designed as shown in FIG. 21. At this time, the size of the rotor outer diameter is the same as (29).

외부로터 이끝폭 wo는 수학식 117에서 φ=θp1일 때의 (2Yp)값과 같다. 수학식 26, 27을 이용하면 wo는 수학식 119와 같이 구할 수 있다.The outer rotor tip width w o is equal to the value of (2Y p ) when φ = θ p1 in Equation 117. By using Equations 26 and 27, w o can be obtained as in Equation 119.

Figure 112011105511289-pat00250
Figure 112011105511289-pat00250

Figure 112011105511289-pat00251
Figure 112011105511289-pat00251

전술한 것과 같은 본 발명의 지로터 오일펌프는 내부로터와 외부로터 간의 미끄럼율에 유리한 폴리서클과 사이클로이드 형상을 적용하여 설계되는데, 시험결과 기존의 하이포 사이클로이드-원-에피 사이클로이드 형상을 적용한 내부로터 및 외부로터를 갖는 지로터 오일펌프에 비하여 소음 및 내마모성이 향상된 결과를 얻을 수 있었다. The GROTOR oil pump of the present invention as described above is designed by applying a polycircle and a cycloid shape, which is advantageous for the sliding ratio between the inner rotor and the outer rotor, and the internal rotor and the existing hypocycloid-one-epi cycloid shape applied to the test results. The noise and abrasion resistance were improved compared to the rotor rotor oil pump having an external rotor.

아래의 표 1은 기존의 하이포 사이클로이드-원-에피 사이클로이드 형상을 적용한 지로터 오일펌프(비교예 1)와, 본 발명에 따른 하이포 사이클로이드-폴리서클-에피 사이클로이드를 적용한 지로터 오일 펌프(실시예 1)의 평균유량과 유량맥동의 이론 계산값과 CFD해석 결과를 나타낸 것이고, 표 2는 기존의 지로퍼 오일 펌프와 본 발명의 지로터 오일 펌프의 평균유량 성능실험 결과를 비교하여 나타낸 것이다. Table 1 below shows a conventional Gerotor oil pump (Comparative Example 1) to which the hypocycloid-one-epi cycloid shape is applied, and a Gerotor Oil Pump to which the Hypocycloid-polycircle-Epi cycloid according to the present invention is applied (Example 1). The theoretical flow rate of the flow rate and the flow rate pulsation and the CFD analysis results are shown, and Table 2 shows a comparison of the average flow rate performance test results of the conventional giraffe oil pump and the gyro oil pump of the present invention.

편심량Eccentricity 유량(cc/rev)Flow rate (cc / rev) 유량맥동(%)Flow rate pulsation (%) 유량-CFD
(cc/rev)
Flow rate-CFD
(cc / rev)
유량맥동-CFD
(%)
Flow Pulsation-CFD
(%)
비교예 1Comparative Example 1 1.161.16 1.12211.1221 2.33822.3382 0.9720.972 97.2297.22 실시예 1Example 1 1.281.28 1.27361.2736 7.08197.0819 1.11091.1109 69.5969.59

측정항목Metric 유량flux 전류electric current RPMRPM 비교예 1Comparative Example 1 초기Early 207.7207.7 6.926.92 44514451 20시간 경과후After 20 hours 196.6196.6 6.666.66 43854385 실시예 1
Example 1
초기Early 210.8210.8 8.968.96 38253825
20시간 경과후After 20 hours 221.5221.5 7.497.49 40424042

상기 표 1 및 표 2를 통해 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 지로터 오일 펌프가 기존의 지로터 오일 펌프에 비하여 평균유량이 약 5% 정도 향상되고, 유량맥동도 약 10~20% 정도 개선되어 소음이 낮아지게 된다. As can be seen from Table 1 and Table 2, the GROTOR oil pump of the present invention is improved by about 5% compared to the conventional GROTOR oil pump, flow rate pulsation is also improved about 10 to 20% The noise is lowered.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. In addition, it is apparent that any person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs may make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

Figure 112011105511289-pat00252
: 내부로터의 중점
rbh : 하이포사이클로이드의 반경
rbe: 에피사이클로이드의 반경
Figure 112011105511289-pat00252
: Center of inner rotor
r bh : radius of hypocycloid
r be : Radius of epicycloid

Claims (4)

내주면에 복수의 로버(lobe)가 형성되어 있는 외부로터(outer rotor)와, 상기 외부로터의 내측 공간에서 편심 회전하는 내부로터(inner rotor)를 구비한 지로터 오일 펌프에 있어서,
편심량이 e인 내부로터 중심점 O1=(e,0)을 기준으로 내부로터 반 피치 구간에 대해 P0에서 P1까지(β1)는 하이포사이클로이드 곡선으로, P1 에서 P2까지(β2)는 중심점이 다른 연속된 복수의 원의 조합으로 이루어진 폴리서클 곡선으로, P2 이상(β3/2)에서는 에피사이클로이드 곡선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 지로터 오일 펌프.
In a rotor rotor pump having an outer rotor having a plurality of rovers formed on an inner circumferential surface, and an inner rotor eccentrically rotating in an inner space of the outer rotor,
P 0 to P 11 ) is a hypocycloid curve, P 1 to P 22 ) for the inner rotor half pitch interval based on the inner rotor center point O 1 = (e, 0) with eccentricity e ) is a central point as the other poly-circle curve which is a combination of a series of a plurality of sources, over P 2 3/2) in the Gerotor oil pump which is characterized by being a epi-cycloid curve.
제1항에 따른 지로터 오일펌프의 설계방법으로서,
하이포사이클로이드 곡선과 폴리서클 곡선 및 에피사이클로이드 곡선을 조합하여 내부로터를 설계하는 단계와;
상기 내부로터의 형상으로부터 외부로터의 궤적을 산출하여 외부로터를 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지로터 오일 펌프의 설계방법.
As a design method of the rotor rotor pump according to claim 1,
Designing an inner rotor by combining a hypocycloid curve, a polycircle curve, and an epicycloid curve;
And calculating a trajectory of the outer rotor from the shape of the inner rotor to design the outer rotor.
제2항에 있어서, 상기 내부로터를 설계하는 단계는,
내부로터의 반 피치 구간을 기준으로, 임의의 한 지점 P0에서 어느 한 설정 지점 P1까지의 구간 β1에 대하여 하이포사이클로이드 곡선의 구성방정식을 도출하는 단계와, 상기 지점 P1 에서 다른 한 설정 지점 P2까지의 구간 β2에 대해서는 폴리서클 곡선의 구성방식을 도출하는 단계와, 상기 지점 P2 이상의 구간 β3/2에 대해서 에피사이클로이드 곡선의 구성방정식을 도출하는 단계와, 상기 하이포사이클로이드 곡선과 폴리서클 곡선의 연결지점인 P1과 상기 폴리서클 곡선과 에피사이클로이드 곡선의 연결지점인 P1에서의 좌표값과 순간 기울기가 일치하는 곡선 경계조건식을 유도하는 단계와, 상기 곡선들의 구성방정식들과 곡선 경계조건식으로부터 내부로터의 전체 형상을 설계하고 이끝폭을 계산하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 지로터 오일 펌프의 설계방법.
The method of claim 2, wherein the designing the inner rotor,
Deriving a constitutive equation of a hypocycloidic curve for a section β 1 from any one point P 0 to one set point P 1 based on the half pitch section of the inner rotor, and setting another one at the point P 1 . and for a period β 2 to the point P 2 further comprising: deriving the configuration manner of the polyacrylic circle curve and deriving the constitutive equation of the epi-cycloid curve with respect to the point P 2 or more legs β 3/2, the hypo-cycloid curve and poly-circle configuration of the attachment point of P 1 and the poly circle curve and the epitaxial cycloid curve connecting the point of phase with, the curve leading to the coordinate value and the instantaneous curve boundary condition equation to a slope of the match in the P 1 of the curve equation And designing the overall shape of the inner rotor from the curved boundary condition equation and calculating the tip width. Method of designing a rotor rotor pump.
제3항에 있어서, 상기 외부로터를 설계하는 단계는,
회전시뮬레이션을 통한 외부로터의 근사관계식을 유도하는 단계와, 내부로터와 외부로터 간의 간섭 회피를 위한 수정폭 계수(n)를 산출하고 외부로터 구성방정식을 산출하는 단계와, 상기 산출된 수정폭 계수와 외부로터 구성방정식으로부터 외부로터의 전체 형상을 설계하고 이끝폭을 계산하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 지로터 오일 펌프의 설계방법.
The method of claim 3, wherein the designing the external rotor,
Deriving an approximation equation of an external rotor through rotation simulation, calculating a correction width coefficient (n) for avoiding interference between the internal rotor and the external rotor, calculating an external rotor configuration equation, and calculating the correction width coefficient And designing the overall shape of the external rotor from the external rotor configuration equation and calculating the tip width.
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