KR101212894B1

KR101212894B1 - 전액(電液) 일체형 액압 장치

Info

Publication number: KR101212894B1
Application number: KR1020117022064A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 야마다; 유키토 이마무라; 타다시 아나다; 마사히로 스즈키
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2012-12-14
Also published as: WO2012023155A1; JP5204901B2; US20130177394A1; CN102510950B; JPWO2012023155A1; EP2607696A1; EP2607696B1; KR20120061767A; EP2607696A4; CN102510950A; US9000602B2

Abstract

전유 일체형 모터(1)는 유압 모터(10)와 전동기(30)를 구비한다. 전유 일체형 모터(1)는 회전축(11)을 가져, 공급되는 작동유에 의해 회전축(11)을 회전시킨다. 전동기(30)는 회전축(11)에 접속되는 회전자(32)와, 회전자(32)의 주위에 배치되는 고정자(33)와, 이들 구성을 수용하는 하우징(34)을 갖는다. 회전자(32) 및 하우징(34)은 유압 모터(10)의 케이싱(17)을 외부에서 둘러싸도록 씌워져 배치되어 있다. 하우징(34)은 회전축(11)이 수용되는 회전축 수용공간(51)과, 고정자가 수용되는 고정자 수용공간(52)을 가지며, 이들 2개의 수용공간(51, 52)을 격리하는 실(seal) 부재(39)가 하우징(34) 내에 설치되어 있다.

Description

전액(電液) 일체형 액압 장치 {Electro-Hydraulic Hybrid Apparatus}

본 발명은 회전축을 가지고, 작동액의 공급에 의해 상기 회전축이 회전하거나 상기 회전축의 회전에 따라 작동액을 토출하는 액압 회전기와, 상기 회전축에 접속되는 회전자와, 상기 회전자의 주위에 배치되는 고정자를 갖는 전기 회전기를 구비하는 전액 일체형 액압 장치에 관한 것으로서, 예를 들면 유압 모터/유압 펌프와 전동기/발전기를 구비하는 전유(電油) 일체형 모터/펌프에 관한 것이다.

건설기계, 선박 및 육지용(陸用) 장치 등에 있어서, 회전 구동용으로 유압 모터 또는 전동기를 이용하는 예가 많다. 최근에는, 유압 모터 및 전동기 양측을 이용하여 소비 에너지를 절감하는 시도가 행해지고 있고, 그 일 예로서, 유압 모터의 축과 전동기의 축을 커플링으로 연결하여 일체화한 전유(電油) 일체형 모터가 개발되어 있다. 이 전유(電油) 일체형 모터는 유압 모터와 전동기가 동일의 케이싱 내에 설치되고, 케이싱 내에 오일이 채워져 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조).

특허문헌1: 일본 특개2009-209725호 공보

그러나, 유압 모터와 달리 전동기는 그 고정자 또는 회전자에 전류를 흘려 구동하기 때문에 케이싱 내에 채워진 오일이 쇳가루 등의 도전성, 자성을 띄는 불순물이나 혼입물을 포함하는 경우, 케이싱 내에 배치된 고정자 또는 회전자에서 전기나 자기의 단락(短絡)이 발생하여 전동기가 작동하지 않게 되어 버린다. 이 때문에, 사용하는 오일이 불순물이나 혼입물을 포함하지 않는 청정도 높은 비도전성, 비자성의 오일에 한정된다. 일반적으로, 유압 모터는 각 구성 사이의 극소한 틈에서 작동유가 누설되고, 이 작동유에 의해 유압 모터에 구비되는 베어링 등의 윤활이 행해지고 있다. 이 때문에, 케이싱 내에 작동유가 채워져 있다. 전동기는 이 작동유를 냉각용 또는 윤활용 오일로 사용하지만, 전술한 바와 같은 전기나 자기의 단락 문제가 있기 때문에 사용하는 작동유가 한정된다.

여기서, 본 발명의 목적은 사용 가능한 작동액의 종류의 제한이 적은 전액 일체형 액압 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 전액 일체형 액압 장치는 그 케이싱에서 돌출되는 회전축이 작동액의 공급에 의해 회전하거나 상기 회전축의 회전에 따라 작동액을 토출하는 액압 회전기와, 액압 회전기의 회전축의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전 기능 또는 전기 에너지를 제공하면 액압 회전기의 회전축을 구동하는 전동 기능을 갖는 전기 회전기를 구비하고, 상기 전기 회전기는 상기 회전축에 접속되는 회전자와, 상기 회전자의 주위에 배치되는 고정자와, 상기 회전자 및 상기 고정자가 수용되는 하우징을 가지며, 상기 회전자 및 하우징은 상기 케이싱을 외부에서 둘러싸도록 배치되고, 상기 하우징은 그 내부에 상기 케이싱에서 돌출되는 회전축이 수용되는 제1 수용공간과, 상기 고정자가 수용되는 제2 수용공간을 가지며, 상기 하우징 내에는 상기 제1 수용공간과 상기 제2 수용공간을 격리하는 실(seal) 부재가 설치되어 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 케이싱 내의 작동액이 회전축의 주위를 지나 제1 수용공간에 유도되어도, 실 부재에 의해 제2 수용공간으로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 도전성 또는 자성을 갖는 작동액이 회전자와 고정자 사이로 흘러들어가 전기 회전기의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 도전성 또는 자성을 갖는 작동액도 사용할 수 있기 때문에 사용 가능한 작동액의 종류를 확대할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 회전자는 상기 케이싱에 베어링 부재를 통하여 회동 가능하게 설치되고, 상기 베어링 부재는 상기 제1 수용공간 측에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 액압 회전기 작동시의 진동, 변위의 영향이 적은 액압 회전기의 외주부에 베어링 부재를 통하여 결합되는 것에 의해, 회전자에 진동이 전달되는 것을 방지할 수 있고, 또한 베어링 부재를 받기 위한 부재를 별도로 형성할 필요가 없어 전기 회전기의 구성을 간략화할 수 있다. 또한, 베어링 부재를 상기 제1 공간 측에 배치하는 것에 의해, 그 작동액을 회전자의 베어링 부재의 윤활에 이용할 수 있다. 이에 따라, 종래 전동기와 같이 윤활유(grease)와 같은 반고형(半固形) 상태 또는 페이스트(paste) 상태의 윤활제를 이용할 필요가 없어 종래보다 가혹한 조건하(고하중, 장시간 운전)에서의 사용이 가능해지고, 또한 에너지 효율의 향상 및 소음 저감을 도모할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 전액 일체형 액압 장치는 회전력을 입력 또는 출력하기 위한 입출력축을 더 구비하고, 상기 입출력축은 상기 회전자에 일체로 형성되고, 상기 회전축은 상기 회전자에 상대(相對) 회전할 수 없게 결합되며, 상기 회전자는 바닥이 있는 통형으로 이루어지고, 상기 회전축이 돌출되는 상기 케이싱의 관통공을 막도록 상기 케이싱에 설치되고, 상기 실 부재는 상기 회전자의 내주부와 상기 케이싱의 외주부의 사이에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 외부 기기와 전기 회전기를 직접 접속할 수 있어, 에너지 효율이 향상되고, 조립 정밀도를 낮게 설정할 수 있다. 또한, 케이싱의 관통공을 막도록 회전자가 설치되어, 이 회전자의 내주부와 케이싱의 외주부와의 사이에 실 부재가 설치되어 있기 때문에, 관통공을 지나 하우징 내부로 유도된 작동액이 제2 수용공간으로 유출되는 것을 막을 수 있다. 또한, 1개의 실 부재에 의해 관통공을 지나 하우징 내부로 유도되는 작동액의 유출을 멈출 수 있기 때문에, 부품 개수를 억제할 수 있어, 전기 회전기의 구성을 간단히 할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 회전축은 상기 회전자 및 상기 하우징을 관통하여 상기 하우징의 외측에 돌출되고, 상기 회전자와 상기 회전축은 서로 상대 회전할 수 없게 결합되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 외부 기기와 액압 회전기를 직접 접속할 수 있어, 에너지 효율이 향상되고, 조립 정밀도를 낮게 설정할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 회전자는 통형으로 이루어지고, 그 일단측 및 타단측이 각각 다른 상기 베어링 부재를 통하여 상기 케이싱 및 하우징에 각각 회전 가능하게 설치될 수 있다.

상기 구성에 따르면, 회전자의 일단측 및 타단측이 베어링 부재로 각각 지지되어 있기 때문에, 안정되게 회전시킬 수 있다.

본 발명의 산업기계는 상기 어느 전액 일체형 액압 장치를 구비하는 것이다. 상기 구성에 따르면, 전술한 바와 같은 작용을 가져오는 전액 일체형 액압 장치를 구비하는 것을 실현할 수 있다.

본 발명에 의하면, 기계 효율을 향상할 수 있고, 또한 작동 소음의 저하 및 비용 감소를 실행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 전유 일체형 모터를 구비하는 구동장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 전유 일체형 모터를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 전동기의 일부를 확대하여 나타낸 확대 단면도이다.
도 4는 제2 실시예의 전유 일체형 모터를 나타낸 단면도이다.
도 5는 제3 실시예의 전유 일체형 모터를 나타낸 단면도이다.
도 6은 제4 실시예의 전유 일체형 모터를 나타낸 단면도이다.

(제1 실시예)

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 전유 일체형 모터(1)를 구비하는 회전구동장치(2)를 나타낸 도면이다. 도 2는 전유 일체형 모터(1)를 확대하여 나타낸 도면이다. 전액 일체형 액압 장치인 전유 일체형 모터(1)는 건설기계, 선박 및 육상용 장치 등에 있어서, 회전 대상물을 회전 구동하는 회전구동장치(2)에 구비되어 있다. 그리고, 건설기계는 유압 셔블(shovel), 크레인 및 불도저 등의 건설기계이고, 육상용(陸用) 장치는 유압 유닛, 프레스기, 제철기계 및 사출성형기 등이다. 전유 일체형 모터(1)는 회전구동장치에 구비되는 감속장치(3)에 연결되고, 감속장치(3)를 통하여 회전 대상물을 회전 구동한다. 전유 일체형 모터(1)는 작동유에 의해 회전축(11)을 회전시키는 액압 회전기(10)와, 전기에 의해 출력축(31)을 회전시키는 전기 회전기(30)을 구비하며, 이들이 일체로 설치되어 있다.

[유압 모터]

액압 회전기(10)는 작동유를 공급하는 것에 의해 회전축(11)을 회전할 수 있고, 예를 들면 정용량형(定容量形) 사판식 피스톤 모터와 같은 유압 모터이다. 또한, 액압 회전기(10)는 회전축(11)을 회전시키는 것에 의해 압유를 흡인하여 토출하는 유압 펌프로서 작동 가능하게 된다. 즉, 액압 회전기(10)는 유압 모터/펌프로서 구성되어 있다. 이하의 설명에서는 설명의 편의상 액압 회전기(10)를 유압 모터로서 설명한다.

액압 회전기(10)인 유압 모터(10)는 회전축(11)과, 실린더 블럭(12)과, 복수의 피스톤(13)과, 복수의 슈(shoe)(14)와, 사판(斜板)(15) 및 밸브 플레이트(16)를 구비하며, 이들이 케이싱(17)에 수용되어 있다. 회전축(11)은 케이싱(17) 내에 배치되고, 그 일단부가 케이싱(17)의 관통공(17b)에서 돌출된다. 그리고, 회전축(11)의 일단부측 부분과 타단부는 베어링(18, 19)을 통하여 케이싱(17)에 회전 가능하게 각각 지지되어 있다. 또한, 회전축(11)의 타단부측에는 실린더 블럭(12)이 끼워져 있다.

실린더 블럭(12)은 대략적으로 원통형으로 형성되고, 회전축(11)과 스플라인 결합 등에 의해 결합되어, 회전축(11)과 실린더 블럭(12)이 상대 회전할 수 없게 되어 있다. 또한, 실린더 블럭(12)은 복수의 피스톤실(21)이 형성되어 있다. 복수의 피스톤실(21)은 둘레방향으로 등간격을 두고 형성되어 있다. 각 피스톤실(21)은 일단측이 실린더 블럭(12)의 일단에 개구되고, 타단측이 실린더 포트(22)를 통하여 실린더 블럭(12)의 타단에 개구되어 있다. 각 피스톤실(21)에는 일단에서 피스톤(13)이 삽입되어 있다.

피스톤(13)은 피스톤실(21)에 끼워 들어가 있고, 피스톤실(21)내를 왕복운동한다. 피스톤(13)은 적어도 일단부(13a)가 피스톤실(21)에서 돌출된다. 피스톤(13)의 일단부(13a)는 외부표면이 구면(球面)형으로 형성되고, 슈(14)가 설치되어 있다. 슈(14)는 대략적으로 바닥이 있는 원통형으로 형성되고, 내부표면이 부분 구면(球面)형으로 이루어져 있다. 이 부분에는 피스톤(13)의 일단부(13a)가 끼워져 있고, 일단부(13a)가 그 중심점을 중심으로 회동한다. 또한, 슈(14)의 저부측의 외주면에는 외측으로 돌출되는 플랜지(14a)가 형성되어 있다.

사판(15)은 대략적으로 원판형으로 형성되어 있다. 사판(15)은 회전축(11)에 삽입 통과되어, 실린더 블럭(12)보다 회전축(11)의 일단부측에 배치되며, 회전축(11)의 축선(L1)에 수직한 축선(L2)을 중심으로 기울어져 케이싱(17)에 설치되어 있다. 또한, 사판(15)은 실린더 블럭(12)에 대향하는 면에 지지면(23)을 가지며, 이 지지면(23)에 복수의 슈(14)가 배치되어 있다. 지지면(23)에 배치된 복수의 슈(14)는 회전축(11)에 설치되는 누름판(24)에 의해 지지면(23)에 눌러져 밀착되어 있다.

누름판(24)은 대략적으로 원고리형으로 형성되어 있다. 누름판(24)에는 누름판(24)의 내주부가 실린더 블럭(12)과 사판(15)의 사이에 형성된 구면(球面) 부시(bush)(25)에 의해 삽입 통과되고, 구면 부시(25)의 외주면에 의해 지지되어 있다. 누름판(24)은 사판(15)의 지지면(23)에 대향하여 누름판(24)과 지지면(23)에서 슈(14)의 플랜지(14a)를 사이에 두고 슈(14)를 지지면(23) 위에서 지지하고 있다.

이와 같이 지지되는 슈(14)에는, 그 내부표면에서 지지면(23)을 향하여 관통하는 오일 통로(14b)가 형성되어 있다. 또한, 피스톤(13)에는 그 일단부(13a)를 관통하여 타단부(13b)까지 이르는 오일 통로(13c)가 형성되어 있다. 따라서, 피스톤실(21) 내의 작동유가 지지면(23)에 공급되어 슈(14)가 지지면(23) 위를 원활하게 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 지지면(23) 위를 유동하는 작동유는 케이싱(17) 내에 모여, 회전축(11)의 회전을 원활하게 하도록 윤활유로서 이용된다.

또한, 케이싱(17)의 내주면에는 밸브 플레이트(16)가 고정되어 있다. 밸브 플레이트(16)는 대략적으로 원판형으로 형성된다. 밸브 플레이트(16)는 회전축(11)의 타단측에 상대 회전 가능하게 삽입 통과되고, 두께방향의 일 표면이 실린더 블럭(12)의 타단에 대향하고 또한 실(seal)을 달성한 상태로 맞닿아 있다. 또한, 밸브 플레이트(16)에는 원호(圓弧)형으로 형성되는 흡입 포트(26) 및 토출 포트(27)가 둘레방향으로 간격을 두고 형성되어 있다. 각 흡입 포트(26) 및 토출 포트(27)에는 몇 개의 피스톤실(21)이 접속되어 있다. 각 피스톤실(21)은 실린더 블럭(12)이 회전하는 것에 의해 흡입 포트(26) 및 토출 포트(27)에 번갈아 접속되도록 형성되어 있다. 그리고, 도 1 및 도 2에 있어서, 이해를 용이하게 하기 위해 흡입 포트(26) 및 토출 포트(27)의 위치를 둘레방향으로 옮겨 기재하고 있다(후술하는 도 3 내지 도 6도 동일하다).

유압 모터(10)는 흡입 포트(26)를 통하여 피스톤실(21)에 작동유가 공급되고, 공급된 작동유가 토출 포트(27)를 통하여 피스톤실(21)에서 토출되는 것에 의해, 피스톤(13)이 왕복운동한다. 사판(15) 및 누름판(24)이 기울어져 있기 때문에, 피스톤(13)이 왕복운동하면 슈(14)가 사판(15) 위를 슬라이딩하여, 실린더 블럭(12)이 축선(L1) 주위로 회전한다. 회전축(11)이 실린더 블럭(12)에 대하여 상대 운동할 수 없기 때문에, 회전축(11)도 또한 실린더 블럭(12)에 연동하여 회전한다. 이와 같이 구성되는 유압 모터(11)에는 전동기(30)가 일체로 설치되어 있다.

[전동기]

도 3은 전동기(30)의 일부를 확대하여 나타낸 확대 단면도이다, 이하에서는, 도 1 및 도 2도 참조하면서 설명한다. 전기 회전기(30)는 이에 전기를 공급하는 것에 의해 회전하는 전동 기능을 가지고 있다. 또한, 전기 회전기(30)는 그 출력축(31)을 회전시키는 것에 의해 그 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전 기능도 가지고 있다. 즉, 전기 회전기(30)는 전동 기능과 발전 기능을 갖는 전동기/발전기로서 구성되어 있다. 이하의 설명에서는, 설명의 편의상 전기 회전기(30)가 발전기인 경우로 설명한다.

전기 회전기인 전동기(30)는 소위 3상 동기(同期) 전동기이다. 전동기(30)는 출력축(31)과, 회전자(32) 및 고정자(33)를 구비하며, 이들이 바닥이 있는 원통형으로 형성된 하우징(34) 내에 수용되어 있다. 하우징(34)은 바닥이 있는 원통형으로 형성되고, 유압 모터(10)의 외주면에 덮이도록 케이싱(17)에 설치되어 있다.

케이싱(17)의 외주면의 축선방향 중간부에는 반경 방향 외측으로 돌출되는 외향 플랜지부(17a)가 둘레방향 전 둘레에 걸쳐 형성되고, 이 외향 플랜지부(17a)에 하우징(34)의 개구단부(34a)가 고정되어 있다. 이와 같이 설치됨으로써, 케이싱(17)의 일단측의 부분(회전축(11)이 돌출되어 있는 측의 부분)이 하우징(34) 내에 수용되어, 전동기(30)가 유압 모터(10)의 외주면을 덮도록 씌워져, 유압 모터(10)와 전동기(30)가 일체로 설치될 수 있다.

출력축(31)은 그 일단부가 하우징(34)의 저부에서 돌출하여 감속장치(3)에 연결되어 있다. 출력축(31)은 일단측이 베어링(35)을 통하여 하우징(34)에 회전가능하게 지지되고, 타단부가 회전자(32)와 일체화되어 있다. 그리고, 본 실시예에서는 출력축(31) 및 회전자(32)가 일체화하여 구성되어 있으나, 별개 부품으로 구성하여 나사 등의 체결구로 체결하여 일체화할 수도 있다.

회전자(32)는 바닥이 있는 통형으로 형성된 철심(鐵心)(32a)을 가지고 있다. 철심(32a)의 외측 바닥면에는 출력축(31)이 일체로 마련되고, 이들의 축선이 서로 일치하도록 배치되어 있다. 철심(32a)은 그 내측에 케이싱(17)의 일단부가 삽입되고, 케이싱(17)의 외주면에 베어링(36)을 통하여 회전 가능하게 철심(32a)이 설치되어 있다. 철심(32a)은 케이싱(17)에 씌워져 관통공(17b)을 막도록 설치되어 있다. 철심(32a) 내부는 관통공(17b)을 통하여 케이싱(17) 내부와 연결되어 있고, 그 내부에 회전축(11)을 수용 가능한 회전축 수용공간(51)(제1 수용공간에 상당)이 형성되어 있다.

철심(32a)의 내측 저면에는 삽입된 유압 모터(10)의 회전축(11)을 삽입하도록 오목부(37)가 형성되어 있다. 오목부(37)의 내주면에는 축선(L1)에 평행하게 연장되는 스플라인 결합하기 위한 복수의 키(key)홈(37a)이 둘레방향으로 간격을 두고 형성되어 있다. 또한, 회전축(11)의 일단부에는 복수의 키홈(37a)에 각각 대응시킨 복수의 키(11a)가 형성되며, 복수의 키(11a)는 축선(L1)에 평행하게 연장되고 또한 둘레방향으로 간격을 두고 형성되어 있다. 이들 오목부(37)와 키(11a)를 각각 결합시키는 것에 의해 철심(32a)과 회전축(11)이 결합된다.

또한, 키홈(37a) 및 키(11a)는 키홈(37a)의 골(谷) 부분과 키(11a)의 선단부분이 서로 반경방향으로 소정의 거리(d)만큼 떨어지도록 설계되어 있다. 이에 따라, 키홈(37a)과 키(11a) 사이에 틈(S)이 형성되어, 오목부(37) 내에서의 회전축(11)의 회전자(32)에 대한 상대 변위를 허용할 수 있다. 그리고, 키홈(37a) 및 키(11a)에 의해 스플라인 이음부(38)가 구성된다.

이와 같이, 스플라인 이음부(38)를 구성함으로써, 회전축(11)의 회전과 회전자(32)의 회전을 연동시킬 수 있고, 또한 회전축(11)에 생기는 축방향의 진동이 회전자(32)에 전달되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 스플라인 이음부(38)에 형성되는 반경방향의 틈(S)에 의해 상대 변위가 허용되기 때문에 회전축(11)에 생기는 반경방향의 진동이 회전자(32)에 전달되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 회전자(32)와 고정자(33)의 거리를 대략 일정하게 유지할 수 있고, 유압 모터(11)의 진동에 수반되는 전동기(30)의 기능 및 신뢰성 저하를 막을 수 있다. 또한, 진동을 막기 위한 방진(防振) 장치 등의 다른 부재를 마련할 필요가 없어 부품 개수를 억제할 수 있어 비용 저감을 도모할 수 있다.

또한, 스플라인 이음부(38) 및 틈(S)에 의해, 유압 반력에 의한 회전축(11)의 굴곡 등에 기인하는 회전자(32)에 대한 회전축(11)의 상대 변위를 허용할 수 있다. 이에 따라, 유압 모터(10)와 전동기(30)의 결합 정밀도의 요구의 차이를 흡수할 수 있다. 따라서, 다른 복잡한 이음 부재(예를 들면, 플렉시블 커플링 등)을 통하지 않고 유압 모터(10)와 전동기(30)의 일체화를 실현할 수 있다.

철심(32a)의 외주면부에는 영구 자석(32b)이 설치되고, 그 외측에 철심(32a)과 하우징(34)에 의해 둘러싸인 원통형의 고정자 수용공간(52)이 형성되어 있다. 제2 수용공간인 고정자 수용공간(52)에는 영구 자석(32b)을 덮도록 고정자(33)가 배치되어 있다. 고정자(33)는 원통형으로 형성되는 스테이터 코어(stator core)에 고정자 코일을 감는 것에 의해 구성되고, 하우징(34)의 내주면에 고정되어 있다. 고정자(33)의 내주면은 영구 자석(32b)의 외주면과 대향하도록 배치되고, 고정자(33)가 유압 모터(10)의 일단부를 씌우도록 배치된다.

이와 같이 구성된 전동기(30)는 유압 모터(10)를 덮도록 배치되기 때문에, 회전자(32) 및 고정자(33)가 대직경화되고, 저회전 사양으로 된다. 즉, 전동기(30)의 최적 회전수가 저회전으로 변한다. 이에 따라, 유압 모터(10) 및 전동기(30)의 회전수를 맞추기 위한 감속기 또는 증속기 등의 전달기구를 생략할 수 있다. 따라서, 전유 일체형 모터(1)의 소형화를 도모할 수 있음과 동시에, 전달기구에 의한 기계손실을 방지하므로 기계효율을 향상시킬 수 있고, 또한 감속기 등에 의한 작동 소음 저하 및 부품 개수의 삭감에 따른 비용을 절감할 수 있다.

[전유 일체형 모터의 동작]

전유 일체형 모터(1)는 유압 모터(10)의 흡입 포트(26)에 작동유를 공급하는 것에 의해 실린더 블럭(12)이 회전하고, 이에 연동하여 회전축(11)이 회전한다. 회전축(11)이 회전하면, 스플라인 결합된 회전자(32)가 회전하고, 이에 수반하여 출력축(31)이 회전한다. 이에 따라, 감속장치(3)를 구동시키게 된다. 또한, 전유 일체형 모터(1)는 전동기(30)에 의해서도 회전시킬 수 있고, 고정자(33)에 소정의 전기를 공급하는 것에 의해 회전자(32)가 회전하고, 이에 수반하여 출력축(31)이 회전한다.

또한, 전유 일체형 모터(1)는 유압 모터(10) 및 전동기(30)를 함께 구동할 수 있고, 이 경우 유압 모터(10)의 흡입 포트(26)에 작동유를 공급함과 동시에 고정자(33)에 소정의 전기를 공급함으로써, 회전축(11)에서 받는 회전력과 고정자(33)에서 받는 회전력에 의해 회전자(32)가 회전한다. 이와 같이, 유압 모터(10) 및 전동기(30)를 함께 구동함으로써, 소비 에너지의 절감을 도모할 수 있다.

그리고, 전동기(30)로의 전기 공급을 정지시켜 유압 모터(10)만을 구동한 경우, 전동기(30)는 고정자(33)에 의해 전기 에너지가 생성된다. 즉, 전동기(30)는 회생(回生) 동작이 행해져 전동기(30)를 발전기로서 이용할 수 있다. 또한, 반대로, 유압 모터(10)로의 작동유의 공급을 정지시켜 전동기(30)만을 구동한 경우, 토출 포트(27)에서 압축한 작동유가 토출되어, 유압 모터(10)를 유압 펌프로서 이용할 수 있다.

이와 같이 구성된 전유 일체형 모터(1)는 전동기(30)가 내부 진동의 영향이 적은 유압 모터(10)의 외주부에 베어링(36)을 통하여 결합되기 때문에, 회전자(32)에 진동이 전달되는 것을 막을 수 있고, 또한 베어링(36)을 받기 위한 부재를 형성할 필요가 없어 전동기(30)의 구성을 간략화할 수 있다.

또한, 전유 일체형 모터(1)는 스플라인 이음부(38)를 이용하는 것에 의해 유압 모터(10)와 전동기(30)를 견고하게 연결할 수 있고, 종래의 기술보다 가혹한 환경하, 예를 들면 고가속도 및 고진동수에 있어서도 사용하는 것이 가능하다.

[윤활구조]

전유 일체형 모터(1)는 케이싱(17)에 형성되어 있는 관통공(17b)이 회전축(11)보다 큰 직경으로 형성되어, 케이싱(17) 내의 윤활유가 회전축(11)의 주위에서 회전자(32) 내의 회전축 수용공간(51)으로 유도되도록 이루어져 있다. 회전축 수용공간(51)에 유도된 윤활유에 의해 베어링(36)이 윤활되고, 회전자(32)의 회전이 원활하게 된다.

이와 같이, 유압 모터(10)내에 저장되는 윤활유에 의해 전동기(30) 내의 각 구성을 윤활함으로써, 종래의 전동기와 같이 윤활유(grease)와 같은 반고형(半固形) 상태 또는 페이스트(paste) 상태의 윤활제를 이용할 필요가 없다. 따라서, 전유 일체형 모터(1)를 종래보다 가혹한 조건하, 예를 들면 고하중, 장시간 운전에서 사용할 수 있다.

또한, 철심(32a)이 씌워져 있는 케이싱(17)의 일단측의 외주부에는, 철심(32a)의 내주부와의 사이에 제1 실 부재(39)가 설치되어 있다. 이 제1 실 부재(39)는 회전축 수용공간(51)과 고정자 수용공간(52)을 격리하여, 고정자 수용공간(52)으로 윤활유가 누설되지 않도록 이루어져 있다. 이와 같이, 케이싱(17)의 일단측의 외주부에 씌워지도록 회전자(32)가 설치되어 있기 때문에, 1개의 실 부재(39)로 윤활유가 고정자 수용공간(52)으로 누설되지 않도록 할 수 있고, 부품 개수를 억제하여 전동기(30)의 구성을 간단하게 할 수 있다.

이 제1 실 부재(39)에 대하여, 베어링(36)은 회전축 수용공간(51)측(즉 도 1 및 도 2에 있어서 제1 실 부재의 좌측)에 설치되어 있다. 이와 같이 배치함으로써, 베어링(36)에 윤활유를 공급하면서, 고정자(33) 및 영구 자석(32b)의 사이에 윤활유가 유도되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 도전성 또는 자성을 갖는 작동액도 사용할 수 있으므로, 사용 가능한 작동액의 종류를 확대할 수 있다. 또한, 윤활유에 기인하는 전동기(30)의 신뢰성 및 기능 저하를 방지하면서, 전술한 윤활재의 공급이나 종래 보다 가혹한 조건하에서의 구동을 실현할 수 있다.

또한, 출력축(31)에는, 이와 하우징(34)의 저부 사이를 밀봉하는 제2 실 부재(40)를 갖는다. 제2 실 부재(40)는 베어링(35)보다 내측에 설치되고, 외측에서 구체적으로는 감속장치(3) 내에서 윤활유가 진입하는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 베어링(35)은 외측에서의 윤활유에 의해 윤활될 수 있도록 하기 위해, 제2 실 부재(40)보다 외측에 배치되어 있다. 이에 따라, 베어링(35)도 윤활유에 의해 윤활할 수 있다.

(제2 실시예)

도 4는 제2 실시예의 전유 일체형 모터(1A)를 나타낸 단면도이다. 제2 실시예의 전유 일체형 모터(1A)는 제1 실시예의 전유 일체형 모터(11)와 구성이 유사하다. 이하에서는, 전유 일체형 모터(1A)의 구성에 대하여, 제1 실시예의 전유 일체형 모터(1)와 다른 구성에 대해서만 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

전유 일체형 모터(1A)는 출력축(31)을 지지하는 베어링(35)을 구비하고 있지 않다. 출력축(31)은 감속장치(3)에 설치되는 베어링(35)에 회동 가능하게 지지된다.

이와 같은 전유 일체형 모터(1A)의 구성이라고 해도, 제1 실시예의 전유 일체형 모터(1)와 동일한 작용 효과를 가져온다.

(제3 실시예)

도 5는 제3 실시예의 전유 일체형 모터(1B)를 나타내는 단면도이다. 제3 실시예의 전유 일체형 모터(1B)는 제2 실시예의 전유 일체형 모터(1A)와 구성이 유사하다. 이하에서는, 전유 일체형 모터(1B)의 구성에 대하여, 제2 실시예의 전유 일체형 모터(1A)와 다른 구성에 대해서만 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

전유 일체형 모터(1B)는 전동기(30)의 출력축(31)과 회전자(32)가 별개의 몸체로서 형성되고, 상기 출력축(31)이 유압 모터(10)의 회전축(11)과 일체로 형성되어 있다. 즉, 회전 출력축(11B)은 회전자(32) 및 하우징(34)의 저부를 관통하여 감속장치(3)까지 연장되어 감속장치(3)에 연결되어 있다. 하우징(34)의 저부와 회전 출력축(11B)의 사이에는 제2 실 부재(40)가 설치되어 있다.

회전 출력축(11B)의 외주면에는 회전자(32)를 관통하는 부분에 키(11a)가 형성되고, 회전자(32)의 철심(32a)에는 키(11a)에 대응하도록 키홈(37a)이 형성되어 있다. 키(11a)와 키홈(37a)에 의해 스플라인 이음부(38)가 구성되어, 회전 출력축(11B)과 회전자(32)가 결합된다.

또한, 회전자(32)와 하우징(34)의 사이에는 제3 실 부재(43)가 설치되어 있다. 회전자(32)의 내측 공간은 2개의 실 부재(39, 43)의 사이에서 회전축 수용공간(51)으로 되고, 베어링(36)은 이 회전축 수용공간(51) 내에 배치되어 있다. 이와 같이 제1 실 부재(39)와 제3 실 부재(43)를 설치함으로써, 회전축 수용공간(51)과 고정자 수용공간(52)이 격리된다. 이에 따라, 고정자 수용공간(52)에 윤활유의 유입을 방지할 수 있음과 동시에, 베어링(36)을 윤활유에 의해 윤활할 수 있다.

이와 같이 구성되는 전유 일체형 모터(1B)는 출력축(31)과 회전자(32)를 분리함으로써, 회전자(32)의 형상이 단순해진다. 이에 따라, 상기 회전 출력축(11B)의 축 방향 및 반경 방향의 진동이 회전자(32)에 전달되는 것을 방지하고, 또한 이 부분의 조립 정밀도를 낮게 설정할 수 있다.

전유 일체형 모터(1B)는 그외 제1 및 제2 실시예의 전유 일체형 모터(1, 1A)와 동일한 작용 효과를 가져온다.

(제4 실시예)

도 6은 제4 실시예의 전유 일체형 모터(1C)를 나타내는 단면도이다. 제4 실시예의 전유 일체형 모터(1C)는 제3 실시예의 전유 일체형 모터(1B)와 구성이 유사하다. 이하에서는, 전유 일체형 모터(1C)의 구성에 대하여, 제3 실시예의 전유 일체형 모터(1B)와 다른 구성에 대해서만 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

전유 일체형 모터(1C)는 전동기(30C)의 회전자(32C)가 원통형의 철심(41)을 갖는다. 철심(41)은 그 내주면의 중간부에 반경방향 내측을 향하여 돌출하는 내향 플랜지부(41a)를 갖는다. 내향 플랜지부(41a)의 선단에 의해 규정되는 관통공(41b)에 회전 출력축(11B)이 삽입 통과되어 있다. 회전 출력축(11B)의 외주면에는 관통공(41b)에 대응하는 위치에 복수의 키(11a)가 둘레방향으로 간격을 두고 형성되고, 관통공(41b)에는 복수의 키홈(37a)이 둘레방향으로 간격을 두고 형성되어 있다.

이와 같이 구성되는 회전자(32C)는 철심(41)의 일측 개구에서 유압 모터(10)의 일단부가 삽입되고, 철심(41)의 일단부가 유압 모터(10)의 외주면에 베어링(36)을 통하여 회전 가능하게 이루어져 있다. 또한, 철심(41)의 타측 개구에서 하우징(34)의 저부로부터 회전 출력축(11B)을 외부로 둘러싸도록 내측으로 연장되는 원통형의 지지부(34b)가 삽입되고, 철심(41)의 타단부가 상기 지지부(34b)에 베어링(42)을 통하여 회전 가능하게 이루어져 있다. 이와 같이 2개의 베어링(36, 42)을 철심(41)의 일단측 및 타단측에 설치할 수 있기 때문에, 회전자(32C)를 안정되게 회전시킬 수 있다.

또한, 철심(41)의 일측 개구 부근에는, 철심(41)의 일단부와 유압 모터(10)의 외주면의 사이에 제1 실 부재(39)가 설치되고, 타측 개구 부근에는, 철심(41)의 타단부와 지지부(34b)의 사이에 원고리형 제3 실 부재(43)가 설치되어 있다. 철심(41) 내에 있어서, 이들 2개의 실 부재(39, 43)의 사이가 회전축 수용공간(51)으로 되고, 베어링(36, 42)은 이 회전축 수용공간(51)에 배치되어 있다. 이와 같이 제1 및 제3 실 부재(39, 43)를 설치함으로써, 회전축 수용공간(51)과 고정자 수용공간(52)을 격리하여 고정자(33)를 윤활유로부터 떼어놓을 수 있음과 동시에, 베어링(36, 42)을 케이싱(17)에서 유도된 작동유에 의해 윤활할 수 있다.

전유 일체형 모터(1C)는 그외 제1 내지 제3 실시예의 전유 일체형 모터(1, 1A, 1B)와 동일한 작용 효과를 가져온다.

[그외 구성]

본 실시예는 유압 모터(10)를 구비하는 전유 일체형 모터(1)에 대하여 설명하고 있으나, 유압 모터에 한정되는 것은 아니다. 물 등의 작동액으로 구동하는 모터이면 된다. 또한, 유압 모터(10)를 대신하여 유압 펌프를 사용할 수도 있다. 이 경우, 전동기(30)에 의해 회전자(32)를 회전시켜 회전축(11)을 회전시킨다. 이에 따라, 유압 펌프에서 작동유를 토출시킬 수 있다. 또한, 전동기(30)를 대신하여 발전기를 이용할 수도 있다. 이 경우, 유압 모터(10)에 의해 회전축(11)을 회전시켜 회전자를 회전시킨다. 이에 따라 고정자(33)에 기전력이 발생하여 발전기가 발전한다.

그리고, 본 발명은 실시예에 한정되지 않고 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 추가, 삭제, 변경이 가능하다.

1, 1A, 1B, 1C 전유 일체형 모터
2 구동장치
3 감속장치
10 유압 모터
11 회전축
11a 키(key)
11B 회전 출력축
17 케이싱
30, 30C 전동기
31 출력축
32, 32C 회전자
33 고정자
34 하우징
35, 36, 42 베어링
37a 키홈
38 스플라인 이음부
39 제1 실 부재
40 제2 실 부재
43 제3 실 부재

Claims

케이싱에서 돌출되는 회전축이 작동액의 공급에 의해 회전하거나 상기 회전축의 회전에 따라 작동액을 토출하는 액압 회전기와,
액압 회전기의 회전축의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전 기능 또는 전기 에너지를 제공하면 액압 회전기의 회전축을 구동하는 전동 기능을 갖는 전기 회전기를 구비하고,
상기 전기 회전기는 상기 회전축에 접속되는 회전자와, 상기 회전자의 주위에 배치되는 고정자와, 상기 회전자 및 상기 고정자가 수용되는 하우징을 가지며,
상기 회전자 및 하우징은 상기 케이싱을 외부에서 둘러싸도록 배치되고,
상기 하우징은 내부에 상기 케이싱에서 돌출되는 회전축이 수용되는 제1 수용공간과, 상기 고정자가 수용되는 제2 수용공간을 가지며,
상기 하우징 내에는 상기 제1 수용공간과 상기 제2 수용공간을 격리하는 실(seal) 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전액 일체형 액압 장치.
제1항에 있어서,
상기 회전자는 상기 케이싱에 베어링 부재를 통하여 회동 가능하게 설치되고,
상기 베어링 부재는 상기 제1 수용공간 측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전액 일체형 액압 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
회전력을 입력 또는 출력하기 위한 입출력축을 더 구비하고,
상기 입출력축은 상기 회전자에 일체로 형성되고,
상기 회전축은 상기 회전자에 상대(相對) 회전할 수 없게 결합되고,
상기 회전자는 바닥이 있는 통형으로 이루어지고, 상기 회전축이 돌출되는 상기 케이싱의 관통공을 막도록 상기 케이싱에 설치되고,
상기 실 부재는 상기 회전자의 내주부와 상기 케이싱의 외주부의 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전액 일체형 액압 장치.
제2항에 있어서,
상기 회전축은 상기 회전자 및 상기 하우징을 관통하여 상기 하우징의 외측에 돌출되고,
상기 회전자와 상기 회전축은 서로 상대 회전할 수 없게 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전액 일체형 액압 장치.
제4항에 있어서,
상기 회전자는 통형으로 이루어지고, 그 일단측 및 타단측이 각각 다른 상기 베어링 부재를 통하여 상기 케이싱 및 하우징에 각각 회전 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전액 일체형 액압 장치.
제1항 또는 제2항에 기재된 전액 일체형 액압 장치를 구비하는 산업기계.