KR101968722B1 - 전기 모터로 구동되는 액체 펌프 및 전기 모터용 브러시 - Google Patents

전기 모터로 구동되는 액체 펌프 및 전기 모터용 브러시 Download PDF

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에드워드 제이 탈라스키
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티아이 그룹 오토모티브 시스템즈 엘엘씨
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Abstract

하나의 실시형태에 있어서, 액체 펌프가 펌프작용 요소, 전기 모터 그리고 브러시 하우징을 포함하고 있다. 상기 전기 모터는 상기 펌프작용 요소를 회전 구동시키기 위해서 상기 펌프작용 요소와 결합되어 있고, 상기 전기 모터는 정류자, 전기를 정류자에 제공하기 위해서 정류자와 결합된 브러시, 그리고 브러시를 정류자와 결합되도록 탄성적으로 가압하는 적어도 하나의 가압 부재를 가지고 있다. 상기 브러시 하우징에는 브러시가 수용되는 브러시 캐버티가 형성되어 있고, 브러시는 정류자와 결합된 제1 표면과 이 제1 표면으로부터 이격되어 있으며 상기 적어도 하나의 가압 부재에 의해 가압되는 제2 표면을 가지고 있다. 상기 제2 표면은 상기 제1 표면에 대해 예각으로 경사져 있다.

Description

전기 모터로 구동되는 액체 펌프 및 전기 모터용 브러시{ELECTRIC MOTOR DRIVEN LIQUID PUMP AND BRUSH FOR SAME}
본 발명은 대체로, 예를 들면, 연료 탱크로부터 연료를 이송하는데 사용될 있는 액체 펌프, 그리고 상기 액체 펌프의 전기 모터용 브러시에 관한 것이다.
예를 들면, 차량 연료 탱크로부터 연료를 이송하는데 사용될 있는 액체 펌프는 전기 모터에 의해 구동되는 펌프작용 요소(예를 들면, 기어, 기어 로우터, 임펠러 등)를 포함할 수 있다. 상기 전기 모터는 정류자 및 이 정류자와 접속되어 상기 전기 모터에 전력을 전달하는 브러시를 포함할 수 있다. 브러시의 한 단부는 정류자와 결합되어 있고 브러시의 다른 단부는 상기 전기 모터의 전력 단자에 전기적으로 결합될 수 있다.
본 발명의 목적은 개량된 전기 모터용 브러시 및 전기 모터로 구동되는 액체 펌프를 제공하는 것이다.
하나의 실시형태에 있어서, 액체 펌프가 펌프작용 요소, 전기 모터 및 브러시 하우징을 포함하고 있다. 상기 전기 모터는 상기 펌프작용 요소를 회전 구동시키기 위해 상기 펌프작용 요소에 결합되어 있으며, 상기 전기 모터는 정류자, 정류자에 전기를 제공하기 위해 정류자와 결합된 브러시 그리고 브러시를 정류자와 결합되도록 탄성적으로 가압하는 적어도 하나의 가압 부재를 가지고 있다. 상기 브러시 하우징에는 브러시가 수용되는 브러시 캐버티가 형성되어 있고, 상기 브러시는 정류자와 결합된 제1 표면과 이 제1 표면으로부터 이격되어 있으며 상기 적어도 하나의 가압 부재에 의해 작용을 받는 제2 표면을 가지고 있다. 상기 제2 표면은 상기 제1 표면에 대해 예각으로 경사져 있다.
하나의 실시형태에 있어서, 액체 펌프가 펌프작용 요소 및 상기 펌프작용 요소를 회전 구동시키기 위해 상기 펌프작용 요소에 결합되어 있는 전기 모터를 포함하고 있다. 상기 전기 모터는 정류자, 정류자와 결합된 브러시 그리고 브러시를 정류자와 결합되도록 탄성적으로 가압하는 적어도 하나의 가압 부재를 가지고 있다. 이 실시형태에서는, 상기 적어도 하나의 가압 부재의 브러시에 대한 작용력이 정류자와 결합하는 브러시의 표면에 대해 수직이 아니다.
전기 모터용 브러시는 정류자와 결합하도록 구성된 제1 표면 및 상기 제1 표면으로부터 이격되어 있으며 상기 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면을 포함할 수 있다. 상기 제2 표면은 상기 제1 표면을 정류자와 접촉상태로 유지하기 위해 가압 부재와 결합하도록 구성되어 있으며, 제2 표면이 상기 제1 표면과 평행하지 않도록 상기 제1 표면에 대해 경사져 있다.
도 1은 브러시와 정류자를 가진 전기 모터를 포함하는 액체 펌프의 단면도이고;
도 2는 브러시의 평면도이고;
도 3은 도 2의 3-3 라인을 따라 도시한 브러시의 단면도이고;
도 4은 단면도로 도시된 일부분을 가진 상태의 브러시의 측면도이고;
도 5는 브러시와 이 브러시의 표면에 작용하는 가압 부재를 보여주는 액체 펌프의 일부분의 확대도이고; 그리고
도 6a 및 도 6b는 브러시 캐버티 내의 두 가지 다른 위치에 브러시가 있는 것을 보여주는 단면도이다.
도면을 보다 상세하게 참고하면, 도 1은, 예를 들면, 차량 연료 탱크로부터 차량 엔진으로 연료를 이송하는데 사용될 수 있는 전기 모터로 구동되는 유체 펌프(10)를 나타내고 있다. 물론, 다른 유체가 이송될 수도 있다. 유체 펌프(10)는, 단지 예로서, 하나 이상의 기어, 기어 로우터 또는 임펠러(12)와 같은 펌프작용 요소를 포함할 수 있다. 펌프작용 요소(12)는 전기 모터(14)에 의해 구동된다. 전기 모터(14)는 종래의 구조로 될 수 있는 회전자(16), 고정자 및 정류자(20)를 포함할 수 있다. 상기 전기 모터(14) 및 펌프작용 요소(12)의 구성요소는 하우징(22)에 의해서 하우징(22) 내에 지지될 수 있고, 상기 하우징(22)은 튜브형 셸(24)(통상적으로 금속으로 형성되어 있음), 상기 셸의 한 단부에 있는 펌프작용 요소 단부 캡(26), 그리고 상기 셸의 다른 단부에 있는 모터 단부 캡(28)을 포함할 수 있다. 펌프작용 요소 단부 캡(26) 및 모터 단부 캡(28)은 플라스틱이나 금속으로 형성될 수 있으며, 셸(24)의 단부를 펌프작용 요소 단부 캡(26) 및 모터 단부 캡(28)의 인접한 단부에 대해 크림핑(crimping)가공하거나 감는 것을 포함하여 임의의 적절한 방식으로 셸(24)에 연결될 수 있다.
모터 단부 캡(28)은 한 단부가 정류자(20)에 인접하여 위치될 수 있으며, 분로 와이어(shunt wire)(32, 34)용 통로(30) 및 상기 전기 모터(14)용 양극 단자 및 음극 단자 또는 전력 와이어에 결합되는 관련 구성요소를 포함할 수 있다. 각각의 통로(30)는 모터 단부 캡(28)에 형성된 별개의 브러시 캐버티(36) 또는 하우징(22) 내의 다른 구성요소로 이어질 수 있다. 브러시 캐버티(36)는 통로(30) 반대쪽에 있는 자신의 단부에서 정류자(20)쪽으로 개방되어 있다. 브러시 캐버티(36)는 임의의 형상으로 될 수 있으며, 단면상으로 대체로 쐐기형태이며 기다랗게 뻗어 있는 좁은 제1 부분(38)(도 6a 및 도 6b 참고)과 넓은 제2 부분(40)(도 6a 및 도 6b 참고)을 가지고 있는 것으로 도시되어 있다. 도시된 실시형태에서는, 브러시 캐버티(36)가, 좁은 제1 부분(38)이 반경방향으로 넓은 제2 부분(40)의 안쪽에 위치되도록 배치되어 있다. 물론, 필요에 따라, 다른 배치형태가 사용될 수 있다. 모터 단부 캡(28)은 무선 주파수 간섭(radio frequency interference:RFI) 회로, 하나 이상의 체크 밸브 또는 통기 밸브 및 연료 펌프(10)로부터 배출된 연료가 이동되는 연료 출구(42)와 같은 다른 요소를 포함할 수도 있다.
브러시(44)는 각각의 브러시 캐버티(36) 내에 배치될 수 있다. 브러시(44)는 폴리머계 접합제로 고정된 임의의 적절한 탄소계 재료로 형성될 수 있고 정류자(20)와 결합되도록 구성된 제1 표면(46) 및 상기 제1 표면으로부터 이격된 제2 표면(48)을 가질 수 있다. 제1 표면(46)은 대체로 평면으로 될 수 있으며 사용시에 정류자가 회전할 때 정류자(20)와 접촉상태를 유지한다. 각각의 브러시(44)의 제2 표면(48)은 별개의 분로 와이어(32, 34)에 각각 결합될 수 있고, 도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 각각의 분로 와이어(32, 34)의 단부를 수용하기 위해 블라인드 보어(50)가 각각의 브러시(44)에 제공될 수 있다. 분로 와이어(32, 34)는 상기 전기 모터의 단자에 연결될 수 있다(상기 전기 모터(14)의 양극 단자와 음극 단자의 각각에 분로 와이어(32, 34) 중의 하나가 연결된 형태로). 이런 식으로, 상기 전기 모터(14)용 전력이 브러시(44)를 통하여 상기 전기 모터 단자로부터 정류자(20)로 전달된다. 각각의 브러시(44)의 제2 표면(48)은, 브러시(44)를 정류자(20)와 접촉상태를 유지하도록 하기 위해 각각의 브러시(44)에 작용력을 제공하는 스프링과 같은, 적어도 하나의 가압 부재(52)(도 5 참고)와 맞닿아 그 작용을 받을 수 있다. 가압 부재(52)를 제2 표면(48)와 접촉상태로 유지하는 것을 도와주기 위해서 노브(knob) 또는 다른 구조로 될 수 있는 유지부(54)가 제2 표면(48)에 제공될 수 있다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 유지부(54) 외에 각각의 브러시(44)의 제2 표면(48)이 제1 표면(46)에 대해 예각(α)으로 경사질 수 있다. 적어도 몇 가지 형태에 있어서, 제2 표면(48)은 제1 표면(46)에 대해 약 2도 내지 30도의 각도(α)로 경사질 수 있다. 각각의 브러시(44)의 적어도 일부분과 각각의 브러시 캐버티(36) 사이에 틈새를 제공하기 위해 브러시(44)는 각각의 브러시 캐버티(36)보다 단면상으로 약간 작을 수 있다. 가압 부재(52)와 브러시(44)를 상기 각도(α)의 정점(vertex)쪽으로 가압하기 위해서 유지부(54)는 제2 표면(48)의 중심선(55)으로부터 반경방향으로 벗어날 수 있다. 다시 말해서, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 유지부(54)의 중심선(57) 또는 축은 제2 표면(48)의 중심선(55) 또는 축으로부터 벗어날 수 있다. 경사진 제2 표면(48)은 반경방향으로 벗어난 유지부(54)와 함께 가압 부재(52)로 하여 브러시(44)를 브러시 캐버티(36) 내에서 측방향으로 탄성적으로 변위시키도록 할 수 있고, 브러시(44)와 브러시 캐버티(36)의 다른 부분들 사이에 틈새를 가진 상태로 브러시 캐버티(36)의 하나 이상의 측벽(56)과 맞닿게 할 수 있다. 경사진 제2 표면(48)이 원하는 방향으로 제공되면, 브러시(44)는 브러시 캐버티(36)의 원하는 부분으로 가압될 수 있다.
도시된 실시형태에서는, 각각의 브러시(44)가 대응하는 브러시 캐버티(36)의 좁은 제1 부분(38)쪽으로 가압되도록 각각의 브러시(44)의 경사진 제2 표면(48)이 배향되어 있다. 도시된 실시형태에서는, 브러시 캐버티(36)가 쐐기 형상이기 때문에, 브러시(44)를 브러시 캐버티(36)의 좁은 제1 부분(38)쪽으로 배치시키는 것은, 각각의 브러시(44)와 브러시 캐버티(36)를 형성하는 측벽(56) 사이에, 브러시가 넓은 제2 부분(40)쪽으로 배치되는 경우보다 작은 틈새를 제공한다. 이런 식으로, 브러시가 브러시 캐버티(36)의 제1 부분(38)쪽으로 이동되는 경우에 허용되는 브러시(44)의 최대 측방향 이동을 보여주는 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있는 바와 같이, 브러시(44)가 브러시 캐버티(36)의 넓은 제2 부분(40)쪽으로 배치되면 브러시(44)는 사용시에 가능한 한 많이 변위될 수 없다. 이런 식으로, 브러시(44)의 위치가 보다 잘 컨트롤될 수 있으며 여러가지 펌프의 한 생산 라인과 상이한 여러 생산 라인 내에서 하나 하나의 펌프를 보다 일정하게 유지할 수 있다. 이로 인해 연료 펌프(10) 내에서의 보다 일정한 동력 전달과, 모터(14) 및 연료 펌프(10)의 보다 일정한 작동을 제공할 수 있다.
또한, 도시된 실시형태에서는, 제2 표면(48)이 각각의 브러시(44)의 나머지 부분과 동일한 재료로 그리고 각각의 브러시(44)의 나머지 부분과 일체로 형성되어 있지만, 상기 제2 표면은 브러시(44)의 나머지 부분과 다른 재료로 형성될 수 있으며 브러시(44)의 나머지 부분과 접촉하고 있는 제2 구성요소에 형성될 수 있다. 상기 제2 구성요소는 브러시에 접합되거나, 기계적으로 고정되거나 단순히 브러시의 나머지 부분과 접촉되도록 가압될 수 있다. 또한, 제2 표면(48)이 비교적 일정한 경사 각도를 가지고 있는 것으로 도시되어 있지만(다시 말해서, 유지부 외에, 제2 표면이 대체로 평면인 것으로 도시되어 있지만), 제2 표면(48)은 상이한 형상 또는 배치형태를 가질 수 있다. 제2 표면(48)은 만곡형상, 골이 진 형상(ribbed), 계단형상, 물결모양 등으로 될 수 있거나, 사용시에 브러시(44)가 브러시 캐버티(36)의 원하는 구역 또는 특정 구역 내에 일정하게 위치되도록 임의의 다른 방식으로 형성될 수 있다.
이러한 형태에 있어서, 스프링(52)이 각각의 브러시(44)에 제공하는 힘은 각각의 브러시(44)의 제2 표면(48)에서 균일하지 않다. 다시 말해서, 스프링력, 또는 스프링력의 반작용력이나 수직력은 브러시(44)의 제1 표면(46)과 수직인 라인에 대해 어긋나 있거나 경사져 있고 브러시(44)의 제2 표면(48)과 수직이다. 이러한 경사진 스프링력은, 상기한 바와 같이, 브러시 캐버티(36) 내에서 브러시(44)를 변위시키는 경향이 있고, 브러시(44)를 브러시 캐버티(36)의 좁은 제1 부분(38)쪽으로, 또는 임의의 다른 원하는 위치나 장소로 변위시키도록 배향될 수 있다.
다른 형태에서는, 가압 부재(52)가 브러시(44)의 제1 표면(46)과 수직이 아닌 힘을 브러시(44)에 가할 수 있다. 코일 스프링의 예에 있어서, 스프링(52)은, 도 3에서 라인 60으로 표시되어 있는 바와 같이, 제1 표면(46)과 수직인 라인으로부터 어긋난 각도 β로 위치될 수 있다. 어긋난 스프링(52)은 브러시(44)의 제1 표면(46)과 수직이 아닌 힘을 브러시(44)에 제공하고 브러시(44)를 브러시 캐버티(36) 내에서 측방향으로 변위시키는 경향이 있다.
따라서, 브러시(44)는 브러시(44)의 제1 표면(46)과 수직이 아닌 스프링력의 작용을 받을 수 있다. 이것은 가압 부재(52)의 작용을 받는 브러시(44)의 표면을 경사지게 하는 것, 가압 부재(52)를 브러시(44)에 대해 경사지게 하는 것, 또는 이들 두 방식의 결합에 의해 이루어질 수 있다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 여러 형태는 바람직한 실시예를 구성하지만, 많은 다른 실시예도 가능하다. 본 명세서에서 본 발명의 모든 가능한 등가 형태나 변형형태를 언급할 필요는 없다. 본 명세서에서 사용된 용어는 제한적인 것이 아니라 단지 설명을 위한 것이며, 본 발명의 기술사상이나 기술영역을 벗어나지 않고서 다양한 변형이 만들어질 수 있다.

Claims (16)

  1. 액체 펌프로서,
    펌프작용 요소;
    상기 펌프작용 요소를 회전 구동시키기 위해 상기 펌프작용 요소에 결합되어 있으며, 정류자, 정류자에 전기를 제공하기 위해 정류자와 결합된 브러시 그리고 브러시를 정류자와 결합되도록 탄성적으로 가압하는 적어도 하나의 가압 부재를 가지고 있는 전기 모터; 그리고
    브러시가 수용되는 브러시 캐버티를 형성하는 브러시 하우징;
    을 포함하고 있고,
    상기 브러시는 정류자와 결합된 제1 표면과 이 제1 표면으로부터 이격되어 있으며 상기 적어도 하나의 가압 부재에 의해 작용을 받는 제2 표면을 가지고 있고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면에 대해 예각으로 경사져 있고,
    브러시와 브러시 캐버티는 단면상으로 좁은 제1 부분과 넓은 제2 부분을 가지고 있는 쐐기 형상이고 상기 제2 표면은 브러시가 브러시 캐버티의 제1 부분쪽으로 이동하도록 경사져 있는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 하나의 브러시 캐버티가 각각의 브러시에 대해 제공되어 있으며, 각각의 브러시의 적어도 일부분과 각각의 브러시에 대응하는 브러시 캐버티 사이에 틈새가 존재하도록 브러시 캐버티가 브러시보다 크고, 경사진 제2 표면이 브러시를 상기 가압 부재의 작용력하에서 브러시 캐버티의 한 부분쪽으로 위치되게 하는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 브러시 캐버티는, 각각의 브러시 캐버티의 제1 부분이 반경방향으로 제2 부분의 안쪽에 위치되도록 배치되어있는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  5. 제1항에 있어서, 제2 표면은 제1 표면에 대해 2도 내지 30도의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  6. 제1항에 있어서, 브러시는 각각 상기 적어도 하나의 가압 부재와 결합된 유지부를 포함하고 있고, 상기 유지부는 브러시의 중심선으로부터 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  7. 액체 펌프로서,
    펌프작용 요소; 그리고
    상기 펌프작용 요소를 회전 구동시키기 위해 상기 펌프작용 요소에 결합되어 있으며, 정류자, 정류자와 결합된 브러시 그리고 브러시를 정류자와 결합되도록 탄성적으로 가압하는 적어도 하나의 가압 부재를 가지고 있는 전기 모터;
    를 포함하고 있고,
    상기 적어도 하나의 가압 부재의 브러시에 대한 작용력은 정류자와 결합하는 브러시의 표면에 대해 수직이 아니고,
    상기 브러시와 상기 브러시가 수용되는 브러시 캐버티는 단면상으로 좁은 제1 부분과 넓은 제2 부분을 가지고 있는 쐐기 형상이고 상기 적어도 하나의 가압 부재의 브러시에 대한 작용력은 브러시가 브러시 캐버티의 제1 부분쪽으로 이동하도록 작용하는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가압 부재에 의해 결합되는 브러시의 표면은 정류자와 결합하는 브러시의 표면과 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  9. 제7항에 있어서, 브러시는 각각 상기 적어도 하나의 가압 부재와 결합된 유지부를 포함하고 있고, 상기 유지부는 브러시의 중심선으로부터 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  10. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가압 부재는 스프링을 포함하고 있고, 상기 스프링은, 상기 스프링이 브러시에 대해 작용하는 작용력의 방향이 정류자와 결합하는 브러시의 표면과 수직이 되지 않도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  11. 제7항에 있어서, 브러시에 대한 스프링력의 수직력은 정류자와 결합하는 브러시의 표면과 수직이 아닌 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  12. 전기 모터용 브러시로서,
    정류자와 결합하도록 구성된 제1 표면; 그리고
    상기 제1 표면으로부터 이격되어 있으며 상기 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면;
    을 포함하고 있고,
    상기 제2 표면은 상기 제1 표면을 정류자와 접촉상태로 유지하기 위해 가압 부재와 결합하도록 구성되어 있으며, 제2 표면이 상기 제1 표면과 평행하지 않도록 상기 제1 표면에 대해 경사져 있고,
    상기 브러시와 상기 브러시가 수용되는 브러시 캐버티는 단면상으로 좁은 제1 부분과 넓은 제2 부분을 가지고 있는 쐐기 형상이고 상기 제2 표면은 브러시가 브러시 캐버티의 제1 부분쪽으로 이동하도록 경사져 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 브러시.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 표면이 상기 제1 표면에 대해 2도 내지 30도의 예각으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 브러시.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제2 표면은 브러시의 나머지 부분과 동일한 재료로 형성되어 있으며 브러시의 나머지 부분과 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 브러시.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제2 표면에 제공되어 있으며 가압 부재와 결합하도록 구성된 유지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 브러시.
  16. 제15항에 있어서, 상기 유지부는 브러시의 중심선으로부터 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 브러시.
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