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KR20130096256A - 유체장치용 평형판 조립체 - Google Patents

유체장치용 평형판 조립체 Download PDF

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KR20130096256A
KR20130096256A KR1020137005303A KR20137005303A KR20130096256A KR 20130096256 A KR20130096256 A KR 20130096256A KR 1020137005303 A KR1020137005303 A KR 1020137005303A KR 20137005303 A KR20137005303 A KR 20137005303A KR 20130096256 A KR20130096256 A KR 20130096256A
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cavity
ring
disposed
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아론 마이클 힉스
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이턴 코포레이션
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Abstract

유체장치(10)는 이동 조립체(16)과 이동 조립체(16)에 인접하게 배치되는 평형판 조립체(14)를 포함한다. 이동 조립체(16)는 링(28)과 링(28) 내에 배치되는 회전자(26)를 포함한다. 링(28)과 회전자(26)는 협동하여 다수의 용적 챔버(50)를 규정한다. 평형판 조립체(14)는 공동(86)을 규정하는 하우징(84)을 포함한다. 평형판(86)이 공동(86) 내에 배치된다. 평형판(86)은 제1단부 표면(130)과 대향적으로 배치되는 제2단부 표면(132)을 포함한다. 평형판(86)은 평형한(86)의 제2단부 표면(132)이 링(28)의 제1단부면(31)과 접촉하게 되는 제1위치(200)와 평형판(86)의 제2표면(132)이 공동(86) 내로 요입되게 되는 제2위치(204) 사이에서 축방향으로 이동하도록 이루어진다.

Description

유체장치용 평형판 조립체{BALANCE PLATE ASSEMBLY FOR A FLUID DEVICE}
본 출원은, 2010년 8월 3일자로 출원된 미국특허출원 제61/370,310호를 우선권 주장하고, 또한 미국을 제외한 모든 지정국에 대해 출원인인 미국법인 이튼 코포레이션과, 미국만을 지정국으로 하는 출원인인 미국시민 아론 미켈 힉스의 이름으로 된 PCT 국제특허출원이고, 이의 내용 전부는 여기에서 참조로 통합된다.
통상적인 유체펌프/모터들의 이동 조립체(displacement assembly)들은 높은 용적 효율을 달성하기 위하여 꼭 끼워 맞춤(close fits) 및 엄격한 공차를 필요로 한다. 이동 조립체의 회전하는 부품들의 면들 위에서 누설을 줄이기 위하여 전형적으로 평형판(balance plate)가 사용된다. 이들 통상적이 평형판들은 전형적으로 회전하는 부품과 접촉한다. 이들 통상적인 평형판들은 많은 응용들에 대해 효율적이지만, 유체펌프/모터와 유체펌퍼/모터와 연통하는 유체 간에 상당한 온도 차이가 있을 때 작동할 수 있는, 높은 효율성의 유체펌프/모터가 필요하다.
본 발명은 유체펌프/모터와 유체펌퍼/모터와 연통하는 유체 간에 상당한 온도 차이가 있을 때 작동할 수 있는, 높은 효율성의 유체펌프/모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 일면은 이동 조립체와 이동 조립체에 인접하게 배치된 평형판을 가지는 유체장치에 관한 것이다. 이 이동 조립체는 제1단부면과 대향하게 배치되는 제2단부면을 가지는 링을 포함한다. 링은 제1 및 제2단부면들을 통해 연장하는 구멍을 규정한다. 회전자가 링의 구멍 내에 배치된다. 링과 회전자는 다수의 용적 챔버들을 협동적으로 규정한다. 평형판 조립체는 공동을 규정하는 하우징을 포함한다. 평형판은 공동 내에 배치된다. 평형판은 제1단부 표면과 대향되게 배치되는 제2단부 표면을 포함한다. 평형판은, 평형판의 제2단부 표면이 링의 제1단부면들과 접촉하게 되는 제1위치와, 평형판의 제2표면이 공동 내에 들어가는 제2위치 사이에서 축방향으로 이동하기 적합하게 이루어진다.
본 발명의 다른 면은 이종 조립체와 이동 조립체에 인접하게 배치되는 평형판 조립체를 가지는 유체장치에 관련된다. 이동 조립체는 제1단부면과 대향되게 배치되는 제2단부면을 가지는 링을 포함한다. 링은 제1 및 제2단부면을 통해 연장하는 구멍을 규정한다. 회전자가 링의 구멍 내에 배치된다. 회전자는 제1단부 표면과 대향되게 배치되는 제2단부 표면을 포함한다. 링과 회전자는 다수의 용적 챔버들을 협동적으로 규정한다. 평형판 조립체는 공동을 규정하는 하우징을 포함한다. 평형판 조립체는 공동 내에 배치된다. 평형판은 제1단부 표면과 대향되게 배치되는제2단부 표면을 포함한다. 평형판은,평형판의 제2단부 표면이 링의 제1단부면과 접촉하게 되는 제1위치와, 평형판의 제2표면이 공동 내에 들어가게 되는 제2위치 사이에서 축방향으로 이동하기에 적합하게 된다. 회전자는 평형판을 제2위치로 작동시킨다.
본 발명의 또 다른 면은 이동 조립체와, 이동 조립체에 인접하게 배치되는 평형판 조립체를 가지는 유체장치에 관련된다. 이동 조립체는 제1단부면과 대향되게 배치되는 제2단부면을 가지는 링을 포함한다. 링은 구멍과 그리고 제1 및 제2단부면을 통해 연장하는 구멍 주위에 배치되는 다수의 개구들을 규정한다. 다수의 롤들이 이 개구들 내에 배치된다. 회전자가 링의 구멍 내에 배치된다. 회전자는 제1단부 표면과 대향되게 배치되는 제2단부 표면을 포함한다. 링과, 롤들과 회전자들은 다수의 용적 챔버들을 협동하여 규정한다. 평형판 조립체는 공동을 규정하는 하우징을 포함한다. 스프링이 공동 내에 배치된다. 평형판이 공동 내에 배치된다. 평형판은 스프링과 접촉하는 제1단부 표면과 대향되게 배치되는 제2단부 표면을 포함한다. 평형판은, 평형판의 제2단부 표면이 링의 제1단부면과 접촉하게 되는 제1위치와, 평형판의 제2표면이 공동 내에 들어가게 되는 제2위치 사이에서 축방향으로 이동하기게 적합하게 이루어진다. 회전자의 열 팽창은 평형판을 제2위치로 작동시킨다.
추가적인 다양한 면들이 다음의 상세한 설명에서 주어지게 된다. 이들 면들은 또한 개별적인 특징들과 특징들의 조합에 관련될 수 있다. 상기 개괄적인 설명과 다음에 오는 상세한 설명은 예시적이 것이고 또한 여기에서 기술되는 실시예들이 기반으로 하는 넓은 개념들의 제한하는 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다.
본 발명에 따라 유체펌프/모터와 유체펌퍼/모터와 연통하는 유체 간에 상당한 온도 차이가 있을 때 작동할 수 있는 높은 효율성의 유체펌프/모터를 구성할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 면들의 예시적인 특징들을 가지는 유체장치의 사시도.
도 2는 도 1의 유체장치의 단면도.
도 2a은 제1위치에 있는 도 1의 유체장치의 평형판의 개략적인 단면도.
도 2b는 제2위치에 있는 도 1의 유체장치의 평형판의 개략적인 단면도.
도 3은 도 1의 유체장치로 사용하기 적합한 이동 조립체의 사시도.
도 4는 이동 조립체의 정면도.
도 5는 이동 조립체의 배면도.
도 6은 도 1의 유체장치로 사용하기에 적합한 베어링 플레이트 조립체의 하우징의 제1축방향 단부의 사시도.
도 7은 도 6의 하우징의 제2축방향 단부의 사시도.
도 8은 부분 단면을 보여주는 도 6의 하우징의 측면도.
도 9는 도 1의 유체장치로 사용하기에 적합한 평형판의 사시도.
도 10은 도 9의 평형판의 정면도.
도 11은 도 9의 평형판의 배면도.
첨부도면에서 도시되는 본 발명의 예시적인 면들에 대해 상세하게 참조가 이루어지게 된다. 가능하다면, 도면들을 통해 동일 또는 같은 구조를 나타내기 위해 동일한 참조번호들이 사용되게 된다.
도 1과 2를 참조하면, 유체장치(10)가 도시되어 있다. 유체장치(10)는 유체펌프 또는 유체모터로서 사용될 수 있지만, 여기서 유체장치(10)는 유체모터로서 기술되게 된다.
유체장치(10)는 하우징 조립체(12)를 포함한다. 하우징 조립체(12)는 평형판 조립체(14)와, 이동 조립체(16)와, 밸브 하우징(18)과 그리고 밸브 플레이트(20)를 포함한다. 도시한 실시예에서, 하우징 조립체(12)는 베어링이 없는 조립체이다. 그러나, 하우징 조립체(12)가 베어링들로 출력축들 수용하도록 이루어질 수 있기 때문에 본 발명의 범위는 베어링이 없는 하우징 조립체(12)를 하우징 조립체(12)로서 한정되지 않는다.
도시한 실시예에서, 평형판 조립체(14)는 유체장치(10)의 제1축방향 단부(21)에 배치되는 한편 밸브 하우징(18)은, 제1축방향 단부(21)에 대향되는 제2축방향 단부(22)에 배치된다. 이동 조립체(16)가 평형판 조립체(14)와 밸브 하우징(18) 사이에 배치되고 또한 밸브 플레이트(20)는 이동 조립체(16)와 밸브 하우징(18) 사이에 배치된다. 평형판 조립체(14)와, 이동 조립체(16)와, 밸브 하우징(18)과 밸브 플레이트(20)는 다수의 고정장치(23)(예컨대, 볼트, 나사 등)에 의해 결합상태로 유지된다. 도시한 실시예에서, 고정장치(23)는 평형판 조립체(14)와 나사결합된다.
도 2 내지 5를 참조하면, 이동 조립체(16)가 도시되어 있다. 이동 조립체(16)는 링 조립체(24)와 회전자(26)를 포함한다.
링 조립체(24)는 링(28)과 다수의 롤(30)들을 포함한다. 그러나, 본 발명의 범위는 롤(30)들을 포함하는 것에 한정되지 않는다는 것을 알아야 한다. 도시한 실시예에서, 링(28)은 유체장치(10)는 회전적으로 정지상태이다. 링(28)은 제1재료로 제조한다. 한 실시예에서, 제1재료는 연성철(ductile iron)이다. 다른 실시예에서, 제1재료는 회철(grey iron)이다. 다른 실시예에서, 제1재료는 강철(steel)이다. 링(28)은 링(28)의 중심축(32)에 수직인 제2단부면(31)과 대향되게 배치되는 제2단부면(33)을 포함한다.
링(28)은 중앙 구멍(34)과 중앙 구멍(34) 주위에 배치되는 다수의 개구(35)들을 포함한다. 도시한 실시예에서, 개구(35)들은 일반적으로 반-원통형 형상이다. 롤(30)들 각각이 롤(30)의 중심 세로축(36)에 대해 회전할 수 있도록 롤(30)들이 개구(35)들 내에 배치된다. 도시한 실시예에서, 링 조립체(24)는 아홉 개의 롤(30)들을 포함한다. 다른 실시예에서, 링 조립체(24)는 일곱 개의 롤(30)들을 포함한다.
링 조립체(24)의 중앙 구멍(34)에 회전자(26)가 편심적으로 배치된다. 회전자(26)는 링(28)의 중심축(32) 주위로 선회하고 또한 링 조립체(24)의 중앙 구멍(34)에서 회전자(26)의 축(40) 주위로 회전하도록 이루어진다.
회전자(26)는 제2재료로 제조한다. 한 실시예에서, 제2재료는 제1재료와 상이하다. 한 실시예에서, 제2재료는 강철이다. 회전자(26)는 제1단부 표면(42)과 대향적으로 배치된 제2단부 표면(44)을 포함한다.
회전자(26)는 제1 및 제2단부 표면(42, 44)들 사이에 연장하는 다수의 외부 이빨(46)들과 다수의 내부 스플라인(48)을 포함한다. 도시한 실시예에서, 회전자(26) 상의 이빨(46)들의 숫자는 링 조립체(24) 내 롤(30)들의 숫자보다 하나 적다. 링 조립체(24)와 회전자(26)의 외부 이빨(46)들은 다수의 용적 챔버(50)들을 협동적으로 규정한다. 회전자(26)가 링 조립체(24) 내에서 선회하면서 회전하면, 용적 챔버(50)가 팽창하고 또한 수축한다.
회전자(26)의 제2단부 표면(44)은 환형 홈(52)을 규정한다. 환형 홈(52)은 회전자(26)의 외부 이빨(46)과 내부 스플라인(48) 사이에 배치된다.
도 2를 참조하면, 유체장치(10)는 주 구동축(54)을 포함한다. 주 구동축(54)은 제1세트의 외부 크라운 스플라인(external crowned spline)(56)을 가지는 제1단부(55)와 제2세트의 외부 크라운 스플라인(58)을 가지는 대향하는 제2단부(57)를 포함한다. 뢰전자(26)의 내부 스플라인(48)은 제1세트의 외부 크라운 스플라인(56)과 맞물림 결합한다. 제2세트의 외부 크라운 스플라인(58)은 고객-공급(customer-supplied) 출력장치(예컨대, 샤프트, 커플러 등)의 내부 스플라인들과 맞물림 결합에 적합하도록 이루어진다.
도시한 실시예에서, 회전자(26)의 내부 스플라인(48)은 또한 밸브 드라이브(64)의 제1단부(62) 상에 형성되는 제1세트의 외부 스플라인(60)과 맞물림 결합한다. 밸브 드라이브(64)는 제2세트의 외부 스플라인(68)들을 가지는 대향하게 배치되는 제2단부(66)를 포함한다. 제2세트의 외부 스플라인(68)들은, 밸브 하우징(18)의 밸브 구멍(74) 내에 회전적으로 배치되는 밸브부재(72)의 내측 주변부 둘레에 형성되는 한 세트의 내부 스플라인(70)들과 맞물림 결합한다. 밸브 드라이브(64)는 회전자(26)와 밸브부재(72)와 스플라인 결합하여 회전자(26)와 밸브부재(72) 간에 적절한 타이밍을 유지한다.
유체장치(10)는 디스크-밸브 타입인 밸브부재를 가지는 것으로 도시되어 있지만, 그러나, 본 발명의 범위는 밸브부재(72)가 디스크-밸브 타입인 것에 한정되지 않는다는 것을 알아야 한다. 다른 실시예에서, 밸브부재(72)는 스풀-밸브(spool-valve) 타입 또는 밸브-인-스타(valve-in-star) 타입일 수 있다.
도 1과 2를 참조하면, 밸브 하우징(18)은 제1유체포트(fluid port)(76)와 제2유체포트(78)를 규정한다. 제1유체포트(76)는 밸브 하우징(18)의 밸브구멍(74)과 유체 연통한다. 제2유체포트(78)는 밸브구멍(74)의 인접하게 배치되는 환형의 공동(80)과 유체 연통한다.
밸브부재(72)는 밸브구멍(74)과 유체 연통하는 다수의 제1유체통로(82)와 환형의 공동(80)과 유체 연통하는 다수의 제2유체통로(미도시)를 규정한다. 다수의 제1 및 2유체통로들은 밸브부재(72) 내에 교대로 배치된다.
밸브-안착(valve-seating) 매카니즘(83)은 밸브부재(72)를 밸브 플레이트(20)의 밸브 표면(84)을 향해 바이어스시킨다. 유체장치(10)에 사용하기 적합한 밸브-안착 매카니즘은 미국특허 제7,530,801호에 기술되어 있는데, 이는 여기서 전체가 참조로 통합된다. 그러나, 통상적이 밸브-안착 매카니즘을 대신에 사용할 수 있다는 것을 알아야 한다.
밸브부재(72)가 회전하면, 밸브부재(72)는 밸브 플레이트(20)의 밸브 표면(84)에 대해 회전운동으로 활주한다. 밸브부재(72)와 밸브 플레이트(200는 이동 조립체(16)의 용적 챔버(50)에 유체 연통을 제공한다. 유체장치(10)에 사용하기 적합한 밸브 플레이트가 미국특허 제7,695,259호에 기술되어 있는데, 이는 여기에서 전체가 참조로서 통합된다. 그러나, 통상적인 밸브 플레이트를 대신에 사용할 수 있다는 것을 알아야 한다.
도 1, 2 및 6 내지 8을 참조하여, 평형판 조립체(14)를 설명한다. 도시된 실시예에서, 평형판 조립체(14)는 하우징(84)과 하우징(84)에 배치되는 평형판(86)을 포함한다.
하우징(84)은 제1축단부(88)와 대향하게 배치되는 제2축단부(90)를 포함한다. 도시한 실시예에서, 하우징(84)은 제1 및 제2축단부(88, 90)들 사이에 배치되는 플랜지(92)를 포함한다. 플랜지(92)는 하우징(84)에서부터 외방으로 연장한다. 플랜지(92)는, 유체장치(10)가 지지구조에 고정될 수 있도록 지지구조(예컨대, 설치 브라켓, 차량 프레임, 액슬 등)에 접촉하도록 이루어진다. 플랜지(92)는 플랜지((2)를 통해 연장하는 다수의 설치구멍(94)들을 규정한다. 설치구멍(94)들은 지지구조에 유체장치(10)를 고정시키기 위해 고정장치들을 수용하도록 이루어진다. 하우징(84)은 플랜지(92)를 가지는 것으로 도시되어 있지만, 설치 플레이트 및/또는 베어링 조립체(예컨대,베어링 하우징 내에 배치되는 베어링들을 가지는 출력축)과 같은 개별적인 설치구조가 하우징(84)과 결합할 수 있기 때문에 본 발명의 범위는 플랜지(92)를 가지는 하우징(84)에 한정되지 않는다는 것을 알아야 한다.
하우징(84)은 제1 및 제2축단부(88, 90)들을 통해 연장하는 구멍(96)을 규정한다. 구멍(96)은, 주 구동축(56)이 구멍(96)을 통과하도록 구성된다. 구멍(96)은 구멍(96)을 통해 연장하는 중심축(97)을 규정한다.
도시한 실시예에서, 제1축단부(88)는 플랜지(92)에 대해 일반적으로 수직인 방향으로 하우징(84)에서부터 외방으로 연장하는 파일럿부(pilot portion)(98)를 포함한다. 당해 실시예에서, 파일럿부(98)는 일반적으로 원통형 형상을 가지고 또한 유체장치(10)가 설치되는 대응하는 지지구조와 유체장치(10)을 정렬시키기에 적합하도록 이루어진다.
제2축단부(90)는 고정장치(23)와 결합하기에 적합한 다수의 구멍(100)들을 규정한다. 도시한 실시예에서, 구멍(100)들은 고정장치(23)의 외부 나사산들을 수용하도록 이루어지는 내부 나사산들을 포함한다.
제2축단부(90)는 공동(102)을 더 규정한다. 공동(102)은 평형판(86)을 수용하도록 이루어진다. 공동(102)은 기초벽(base wall)(104)과 측벽(106)으로 규정된다. 기초벽(104)은 스프링 공동부(cavity portion)(108)를 규정한다. 스프링 공동부(108)는 스프링(110)을 수용하도록 이루어지는 공동(102) 내 요입부(recessed portion)이다. 도시한 실시예에서, 스프링(11)은 웨이브 스프링(wave spring)이다. 다르게는, 스프링(110)은 접시 스프링(Belleville-type spring) 또는 코일 스프링일 수 있다.
기초벽(104)은 다수의 정렬 구멍(alignment hole)(112)들을 더 규정한다. 정렬 구멍(112)들은 스프링 공동부(108) 내에 배치된다. 도시한 실시예에서, 이들은 두 개의 대향되게 배치된 정렬 구멍(112)들이다.
측벽(106)은 일반적으로 기초벽(104)에 대해 수직이다. 측벽(106)은 구멍(100)의 최내측 직경보다 작은 내측 직경을 가진다.
하우징(84)은 공동(102)의 스프링 공동부(108)와 유체 연통하는 유체통로(114)를 규정한다. 유체통로(114)는 셔틀밸브(shuttle valve)를 통해 제1 및 제2유체포트(76, 78)들 중 하나로부터 가압된 유체를 받아들인다. 한 실시예에서, 셔틀밸브는 밸브 하우징(18) 내에 배치된다. 다른 실시예에서, 셔블밸브는 밸브 플레이트(20)에 배치된다.
한 실시예에서, 셔틀밸브로부터의 가압된 유체는 밸브 플레이트(20)와 링(28)을 통해 유체통로(114)의 제1부분(116)으로 통과한다. 유체통로(114)의 제1부분(116)은 하우징(84)의 중심축(97)으로부터, 측벽(106)의 반경보다는 크고 또한 구멍(100)을 제한하는 원의 반경보다는 작은 방사상 간격으로 배치된다.
유체통로(114)의 제1부분(116)은 유체통로(114)의 제2부분(118)과 유체 연통한다. 유체통로(114)의 제2부분(118)은 하우징(84)의 중심축(97)으로부터, 중심축(96)의 반경보다는 크고 또한 측벽(116)의 반경보다 작은 방사상 간격으로 배치된다. 도시한 실시예에서, 제2부분(118)은 공동(102)의 스프링 공동부(108)와 유체 연통한다.
도시한 실시예에서, 유체통로(114)의 제1 및 제2부분(116, 118)들은 연결통로(120)에 의해 연결된다. 연결통로(120)는 플랜지(92)로부터 연장하고 또한 유체통로(114)의 제1 및 제2부분(116, 118)들과 교차한다. 도시한 실시예에서, 연결통로(120)는 플랜지(92)에서 플러그로 막힌다. 플러그는 유체가 제1부분(116)에서 제2부분(118)으로 연통되게 하지만, 유체장치(10)로부터 누설되는 것을 방지한다. 한 실시예에서, 나사 플러그가 플랜지(92)에서 연결통로(120) 내로 삽입된다.
공동(102)의 기초벽(104)은 구멍(96)과 스프링 공동부(108) 사이에 배치되는 홈(122)을 규정한다. 홈(122)은 일반적으로 원통형의 형상인 밀봉표면(sealing surface)(124)를 포함한다. 밀봉표면(124)은 중심축(97)에 대해 평행한 방향으로 연장한다.
도 2와 도 9 내지 11을 참조하여, 평형판(86)이 도시되어 있다. 도시한 실시예에서, 평형판(86)은, 후속 열처리되는 강철(예컨대, 8620 등)으로 제조된다. 다른 실시예에서, 평형판(86)은 연성철(예컨대, 65-45-12, 80-55-06 등)으로 제조된다.
평형판(86)은 원통형 형상을 가진다. 평형판(86)은 제1단부 표면(130)과, 대향적으로 배치되는 제2단부 표면(132)과 그리고 제1 및 제2단부 표면(130, 312)들 사이에서 연장하는 외측 표면(134)을 포함한다. 평형판(86)은 중앙 개구(136)을 규정하고, 주 구동축(56)이 중앙 개구를 통과한다.
평형판(86)은 다수의 정렬핀(alignment pin)(138)들을 포함한다. 정렬핀(138)들은 하우징(84)의 공동(102) 내 정렬구멍(112)과 결합하도록 이루어진다. 정렬핀(138)들은 제1단부 표면(130)에 대해 수직인 방향으로 평형판(86)의 제1단부 표면(130)에서부터 외방으로 연장한다. 도시한 실시예에서, 정렬핀(138)들은 평형판(86)에 의해 규정된 구멍들과 압압 맞춤 결합(press fit engagement)하는 롤핀(roll pin)들이다.
평형판(86)의 외측 표면(134)은 하우징(84)의 공동(102)의 측벽(106)의 내측 직경보다 작은 외측 직경을 가진다. 외측 표면(134)은 밀봉홈(seal groove)(140)을 규정한다. 밀봉홈(140)은 밀봉체(seal)(142(도 2에 도시)를 수용하도록 이루어진다. 한 실시예에서, 밀봉체(142)는 O-링이다. 다른 실시예에서, 밀봉체는 립 밀봉체(lip seal)이다. 다른 실시예에서, 밀봉체(142)는 쿼드링(quad-ring) 밀봉체이다.
평형판(86)의 외측 표면(134)은 제1단부 표면(130)과 밀봉홈(140) 사이에 배치되는 감소된 직경부(reduced diameter portion)(144)를 포함한다. 감소된 직경부(144)의 외측 직경은, 감소된 직경부(144)가 제1단부 표면(130)에 접근할수록 감소된다. 도시한 실시예에서, 감소된 직경부(144)는 테이퍼(taper) 형상이다. 다른 실시예에서, 감소된 직경부(144)는 반경(radius) 형상이다.
도 2를 참조하여, 평형판 조립체(14)의 조립체를 기술한다. 스프링(110)은 하우징(84)의 공동(102)의 스프링 공동부(108) 내에 위치한다. 밀봉조립체(150)가 홈(122)에 배치된다. 도시한 실시예에서, 밀봉조립체(150)는 밀봉부재(예컨대, O-링)와 밀봉 와셔를 포함한다.
평형판(86)의 밀봉홈(140)에 설치된 밀봉체(142)로, 평형판(86)의 정렬핀(138)들은 하우징(84) 내 정렬구멍(112)과 정렬된다. 평형판(86)은, 제1단부 표면(130)이 스프링(110)과 접촉하기 전까지 공동(102) 내로 삽입된다.
도 1 내지 11을 참조하여, 유체장치(10)의 동작을 설명한다. 이동 조립체(16)의 회전자(26)는 제1단부 표면(42)에서 제2단부 표면(44) 까지 측정되는 폭을 가진다. 회전자(26)의 폭은, 제1단부면(31)에서 제2단부면(33) 까지 측정되는 링(28)의 폭보다 적다. 회전자(26)의 폭과 링(28)의 폭 간의 차이는 측면 공차(side clearance)라 부른다.
통상적인 유체펌프/모터에서 측면 공차의 양은 통상적인 유체펌프/모터의 동작에 영향을 미친다. 통상적인 유체펌프/모터에서 측면 공차가 증가하면, 유체펌프/모터의 용적 효율성(volumetric efficiency)가 감소한다. 측면 공차가 크면 클수록, 이동 조립체의 회전부재의 면들 위로 누설될 수 있는 유체의 양이 커진다. 회전부재의 면들 위로 누설되는 유체의 양이 증가하면, 누설하는 유체가 유체펌프/모터의 동작에 아무런 기여를 하지 못하기 때문에 유체펌프/모터의 용적 효율성이 감소한다.
감소된 측면 공차가 통상적인 유체펌프/모터에서 높은 용적 효율성을 낳지만, 감소된 측면 공차는 냉간시동(cold start-up) 상태(즉, 열-충격(thermo-shock) 상태) 동안 통상적인 유체펌프/모터의 기계적 정지(mechanical seizure)을 일으킬 수 있다. 냉간시동 상태에서, 유체펌프/모터의 온도는 낮다(예컨대, 분위기 온도). 다른 한편으로, 유체펌프/모터로 보내진 유체는 높은 온도(예컨대, 유체펌프/모터보다 높은 약 70℉)에 있다. 유체펌프/모터의 이동 조립체를 통과하는 유체로, 회전부재의 폭은 링의 폭보다 일시적으로 커지게 되는데, 이는 이동 조립체에 바로 인접하는 표면들 간에서 회전부재가 정지되게 할 수 있다. 이러한 폭에의 증가는, 회전부재의 열적 팽창률과 대응하는 링의 열적 팽창률 간의 차이로 인한 것이다.
유체장치(10)의 평형판 조립체(14)는 높은 용적 효율성을 유지하는 한편 통상적인 유체펌프/모터의 냉간시동 문제를 처리한다. 평형판 조립체(14)의 평형판(86)은 제1위치(200)와 제2위치(204) 간에 축을 이동시키도록 이루어진다. 제1위치에서, 평형판(86)의 제2단부 표면(132)은 링(28)의 제1단부면(31)과 접촉하도록 바이어스된다. 도시한 실시예에서, 평형판(86)은 평형판 조립체(14)의 공동(102)과 연통하는 유체압력에 의해 및/또는 공동(102) 내에 배치되는 스프링(110)에 의해 링(28)과 접촉하도록 바이어스된다. 평형판(86)이 링(28)과 접촉하고 또한 하우징(84)이 링(28)과 접촉하기 때문에, 평형판(86)의 제2단부 표면(132)은 하우징(84)의 제2축단부(9)와 공동 평면상에 있게 된다.
도 2a에 개략적으로 도시된 제1위치(200)에서, 평형판(86)은 평형판(86)의 제2단부 표면(132)의 외측 부분에서 링(28)과 접촉한다. 도시한 실시예에서, 평형판(86)의 폭은, 평형판(86)의 편향이 최소화되거나 또는 제거되어 평형판(86)의 제2단부 표면(132)의 내측 부분이 회전자(26)의 제1단부 표면(42)과 접촉하게 편향되지 않도록 이루어진다. 한 실시예에서, 평형판(86)이 링(28)과 접촉할 때 또한 유체와 유체장치(10) 간의 온도차이가 70℉ 미만일 때 회전자(26)의 제1단부 표면(42)과 평형판(86)의 제2단부 표면(132) 간에 갭(202)이 있다.
유체장치(10)가 회전하면, 유체통로(114)를 통해 공동(102)으로 보내지는, 가압된 유체가 평형판(86)의 제1단부 표면(131)에 대해 작용하여 평형판(86)이 링(28)과 접촉한 상태를 유지한다. 작동 동안에 평형판(86)을 링(28)과 접촉시킨 상태로 유지함으로써, 이동 조립체(16)는 일반적으로 일정한 측면 공차를 가진다.
제2위치(204)에서, 평형판(86)은 공동(102) 내로 축방향으로 이동하여, 평형판(86)의 제2단부 표면(132)은 도 2b에 개략적으로 도시한 바와 같이, 하우징(84)의 제2축단부(90)로부터 요입된다. 유체와 유체장치(10) 간에 시동 온도차이가 냉간시동 온도범위 내에 있으면(즉, 유체의 온도에 유체장치(10)의 온도를 뺀 것이 약 70℉보다 크다), 회전자(26)는 링(28)의 열팽창률보다 큰 비율로 열적으로 팽창한다. 따라서, 회전자(26)의 폭은 링(29)의 폭보다 커지게 된다. 회전자(26)의 폭이 팽창하면, 회전자(26)의 제1단부 표면(42)과 평형판(86)의 제2단부 표면(132) 간의 공차가 감소한다. 회전자(26)의 폭이 링(28)의 폭을 초과하면, 회전자(26)의 제1단부 표면(42)은 평형판(86)의 제2단부 표면(132)과 접촉하고 또한 평형판(86)을 하우징(84)의 공동(102) 내로 축방향으로 밀친다. 공동(102)의 깊이는 평형판(86)의 제1 및 제2단부 표면(130, 132)들 간의 간격보다 크다. 따라서, 회전자(26)의 폭이 링(29)의 폭보다 크면, 회전자(26)는 평형판(86)에 대해 밀쳐져, 평형판(86)의 제2단부 표면(132)이 하우징(84)의 제2축단부(90)에 대해 상대적으로 요입된다. 공동(102) 내로 요입된 평형판(86)의 제2단부 표면(132)으로, 회전자(26)의 제1단부 표면(42)이 공동(102) 내로 도입될 수 있다. 이는, 회전자(26)의 폭이 링(28)의 폭보다 크다고 하더라도, 이동 조립체(16)의 회전자(26)가 링(28)에 대해 궤도회전과 회전을 하도록 해준다.
본 발명의 범위와 사상을 벗어나는 일이 없이 본 발명의 다양한 수정안들과 대인들이 본 기술분야의 기술자들에게 자명하게 될 것이고, 또한 본 발명의 범위는 여기에서 주어지는 설명적인 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다.

Claims (20)

  1. 유체장치(10)는:
    제1단부면(31)과 대향적으로 배치되는 제2단부면(33)을 가지며 또한 상기 제1 및 제2단부면(31, 33)을 통해 연장하는 구멍(34)을 규정하는 링(28)과,
    상기 링(28)의 구멍(34) 내에 배치되는 회전자(26)를 포함하되, 상기 링(28)과 회전자는 다수의 용적 챔버(50)를 협동적으로 규정하도록 구성되는,
    이동 조립체(16)와;
    상기 이동 조립체(16) 인접하여 배치되는 평형판 조립체(14)를 포함하고,
    상기 평형판 조립체(14)는:
    공동(86)을 규정하는 하우징(84)과;
    공동(86) 내에 배치되는 평형판(86)을 포함하고, 상기 평형판(86)은 제1단부 표면(130)과 대향적으로 배치되는 제2단부 표면(13)을 포함하고, 상기 평형판(86)은, 평형판(86)의 제2단부 표면이 링(28)의 제1단부면(31)과 접촉하는 제1위치(200)와 평형판(86)의 제2단부 표면이 공동(86)내로 요입되는 제2위치(204) 사이에서 축방향으로 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  2. 제1항에 있어서, 이동 조립체(16)의 용적 챔버(50)와 유체 연통하는 회전가능한 밸브부재(72)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회전가능한 밸브부재(72)는 디스크 밸브형 밸브부재(72)인 것을 특징으로 하는 유체장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이동 조립체(16)는 링(28) 내 구멍(34) 주위에 배치되는 다수의 개구(35)들 내에 회전되게 배치되는 다수의 롤(30)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하우징은 하우징(84)으로부터 외측으로 연장하는 플랜지(92)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 평형판(86)은 스프링(110)에 의해 링(28)으로 바이어스되는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스프링(110)은 웨이브형 스프링(110)인 것을 특징으로 하는 유체장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 스프링(110)은 공동(86)의 요입된 스프링 공동부(108) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 평형판(14)의 하우징(84)은 공동(86) 내로 유체를 보내도록 구성되는 유체통로(114)를 규정하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  10. 유체장치(10)는:
    제1단부면(31)과 대향적으로 배치되는 제2단부면(33)을 가지며 또한 상기 제1 및 제2단부면(31, 33)을 통해 연장하는 구멍(34)을 규정하는 링(28)과,
    상기 링(28)의 구멍(34) 내에 배치되는 회전자(26)를 포함하되, 상기 회전자(26)는 제1단부 표면(130)과 제2단부 표면(132)을 가지고, 상기 링(28)과 회전자(26)는 다수의 용적 챔버(50)를 협동적으로 규정하도록 구성되는,
    이동 조립체(16)와;
    상기 이동 조립체(16)에 접촉하는 평형판(86) 조립체를 포함하고,
    상기 평형판 조립체(14)는:
    공동(86)을 규정하는 하우징(84)과;
    공동(86) 내에 배치되는 평형판(86)을 포함하고, 상기 평형판(86)은 제1단부 표면(130)과 대향적으로 배치되는 제2단부 표면(13)을 포함하고, 상기 평형판(86)은, 평형판(86)의 제2단부 표면(132)이 링(28)의 제1단부면(31)과 접촉하는 제1위치(200)와 평형판(86)의 제2단부 표면(132)이 공동(86)내로 요입되는 제2위치(204) 사이에서 축방향으로 이동하도록 구성되어, 회전자(26)의 제1단부 표면(130)이 평형판(86)을 제2위치로 작동시키는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 이동 조립체(16)는 링(28)의 구멍(34) 주위에 규정되는 다수의 개구(35)들 내에 배치되는 다수의 롤(30)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 평형판(86)이 상기 제1위치(204)에 있으면, 회전자(26)의 제1단부 표면(130)과 평형판(86)의 제2단부 표면(132) 사이에 갭(202)이 배치되는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 평형판(86)은 평형판(86)의 제1단부 표면(130)에서부터 외측으로 연장하는 다수의 정렬핀(138)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  14. 제13항에 있어서, 공동(86)은 평형판(86)의 다수의 정렬핀(138)들을 수용하도록 이루어지는 다수의 정렬구멍(112)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2단부 표면(130, 132)들 사이에서 연장하는 평형판(86)의 외측 표면(134)이, 공동(86)의 측벽에 대해 밀봉하도록 이루어지는 밀봉체(142)를 수용하는 밀봉홈(140)을 규정하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  16. 유체장치(10)는:
    제1단부면(31)과 대향적으로 배치되는 제2단부면(33)을 가지며, 또한 상기 제1 및 제2단부면(31, 33)을 통해 연장하는 구멍(34)과 구멍(34) 주위에 배치되는 다수의 개구(35)들을 규정하는 링(28)과,
    상기 개구(35)들 내에 배치되는 다수의 롤들과,
    상기 링(28)의 구멍(34) 내에 배치되는 회전자(26)를 포함하되, 상기 회전자(26)는 제1단부 표면(42)과 제2단부 표면(44)을 가지고, 상기 링(28)과, 롤들과 상기회전자(26)는 다수의 용적 챔버(50)를 협동적으로 규정하도록 구성되는,
    이동 조립체(16)와;
    상기 이동 조립체(16)에 인접하게 배치되는 평형판 조립체(14)를 포함하고,
    상기 평형판 조립체(14)는:
    공동(86)을 규정하는 하우징(84)과;
    상기 공동(86) 내에 배치되는 스프링(110)과;
    상기 공동(86) 내에 배치되는 평형판(86)을 포함하고, 상기 평형판(86)은 스프링(110)과 접촉하는 제1단부 표면(130)과 대향적으로 배치되는 제2단부 표면(13)을 포함하고, 상기 평형판(86)은, 평형판(86)의 제2단부 표면(132)이 링(28)의 제1단부면(31)과 접촉하는 제1위치(200)와 평형판(86)의 제2단부 표면(132)이 공동(86)내로 요입되는 제2위치(204) 사이에서 축방향으로 이동하도록 구성되어, 회전자(26)의 열팽창이 평형판(86)을 제2위치(204)로 작동시키는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 평형판 조립체(14)의 하우징은, 유체와 스프링이 평형판(86)을 링(28)을 향해 바이어스시키도록, 유체를 공동(86)으로 보내도록 이루어지는 유체통로(114)를 규정하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  18. 제16항에 있어서, 평형판 제1위치(200)에 있으면 회전자(26)의 제1단부 표면(42)과 평형판(86)의 제2단부 표면(44) 사이에 갭(202)이 배치되는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 평형판(86)은 평형판(86)의 제1단부 표면(42)으로부터 외측으로 연장하는 다수의 정렬핀(138)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 공동(86)은 평형판(86)의 다수의 정렬핀(138)들을 수용하도록 이루어지는 다수의 정렬구멍(112)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
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