KR102252260B1 - 2 개의 독립 구동식 원동기와 통합된 펌프 - Google Patents

2 개의 독립 구동식 원동기와 통합된 펌프 Download PDF

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Abstract

펌프는 적어도 2개의 유체 구동기들을 갖고 펌프의 입구로부터 펌프의 출구로 유체를 전달하는 방법은 이 적어도 2개의 유체 구동기들을 사용한다. 유체 구동기들 각각은 원동기 및 유체 변위 부재를 포함한다. 원동기는 유체를 전달하기 위해 유체 변위 부재를 구동시킨다. 유체 구동기들은 독립적으로 작동된다. 그러나, 유체 구동기들은, 유체 구동기들 간의 접촉이 동기화되도록 작동된다. 즉, 유체 구동기들의 작동은, 각각의 유체 구동기에서의 유체 변위 부재가 다른 유체 변위 부재와 접촉하도록 동기화된다. 접촉은 적어도 하나의 접촉 지점, 접촉 라인, 또는 접촉 영역을 포함할 수 있다.

Description

2개가 독립적으로 구동되는 원동기들과 통합되는 펌프 {PUMP INTEGRATED WITH TWO INDEPENDENTLY DRIVEN PRIME MOVERS}
[0001] 본 출원은, 2014년 2월 28일자로 출원되었으며 전체가 인용에 의해 본원에 포함되는, 미국 가특허출원 제 61/946,374; 61/946,384; 61/946,395; 61/946,405; 61/946,422; 및 61/946,433호를 우선권으로 청구한다.
[0002] 본 발명은 일반적으로 펌프들 및 이들의 펌핑 방법들에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 각각이 독립적으로 구동되는 원동기(prime mover)와 통합되는 2개의 유체 구동기(fluid driver)를 사용하는 펌프들에 관한 것이다.
[0003] 유체들을 펌핑하는 펌프들은 다양한 구성들로 도입될 수 있다. 예를 들어, 기어 펌프들은 용적형(또는 정용량형) 펌프들인데, 즉 이들은 각각의 회전마다 일정한 양의 유체를 펌핑하며 이들은 특히 원유와 같은 고점성 유체들을 펌핑하는데 적합하다. 기어 펌프들은 통상적으로, 한 쌍의 기어들이 배열된 캐비티를 갖는 케이싱(또는 하우징)을 포함하며, 이 한 쌍의 기어들 중 하나는 구동 기어로 공지되어 있고 이는 엔진 또는 전기 모터와 같은 외부 구동기에 부착된 드라이브샤프트에 의해 구동되며, 한 쌍의 기어들 중 다른 하나는 피동 기어(driven gear)(또는 유동 기어(idler gear))로 공지되어 있고 이는 구동 기어와 맞물린다. 하나의 기어는 외부적으로 톱니형이고 다른 기어는 내부적으로 톱니형 기어인 펌프들은 내부 기어 펌프들로서 지칭된다. 내부적으로 또는 외부적으로 톱니형인 기어는 구동 또는 피동 기어이다. 통상적으로, 내부 기어 펌프에서 기어들의 회전 축들은 오프셋되며 외부적으로 톱니형인 기어는 내부적으로 톱니형인 기어보다 직경이 더 작다. 대안적으로, 양자 모두의 기어들이 외부적으로 톱니형인 기어 펌프들은 외부 기어 펌프들로 지칭된다. 외부 기어 펌프들은 통상적으로 의도된 애플리케이션에 따라, 스퍼(spur) 기어, 헬리컬(helical) 기어, 또는 헤링본(herringbone) 기어를 사용한다. 관련된 기술의 외부 기어 펌프들에는 하나의 구동 기어와 하나의 피동 기어가 장착된다. 로터(rotor)에 부착된 구동 기어가 엔진 또는 전기 모터에 의해 회전 구동될 때, 구동 기어는 피동 기어와 맞물려 터닝한다. 구동 및 피동 기어들의 이 회전 모션은 펌프의 입구로부터 펌프의 출구로 유체를 운반한다. 앞서 관련된 기술의 펌프들에서, 유체 구동기는 엔진 또는 전기 모터 및 쌍의 기어들로 구성된다.
[0004] 그러나, 구동 기어가 피동 기어를 터닝시키도록 유체 구동기들의 기어 톱니들이 서로 연동함 따라, 기어 톱니들이 서로에 대해 마모되며, 기어 톱니가 개방 유체 시스템에 있든 폐쇄 유체 시스템에 있든지 간에, 기어들의 마모로로 인한 전단 물질들 및/또는 다른 소스들로부터의 오염들로 인해, 시스템에는 오염 문제들이 발생할 수 있다. 이 전단 물질들은 기어 펌프가 작동하는 시스템, 예를 들어, 유압 시스템의 기능에 유해한 것으로 알려졌다. 전단 물질들은 유체에 분산될 수 있고, 시스템을 두루 이동하며, O-링들 및 베어링과 같은 중요한 작동 컴포넌트들을 손상시킨다. 대부분의 펌프들은 예를 들어, 유압 시스템들에서의 오염 발생들로 인해 고장(fail)나는 것으로 여겨진다. 구동 기어 또는 드라이브 샤프트가 오염 발생으로 인해 고장날 경우, 전체 시스템, 예를 들어, 전체 유압 시스템이 고장날 수 있다. 따라서, 앞서 논의된 것처럼 유체를 펌핑하는 기능을 하는 공지된 구동기-피동 기어 펌프 구성들은 오염 문제들로 인해 바람직하지 못한 단점들을 갖는다.
[0005] 도면들을 참조로 본 개시내용의 나머지 부분에서 설명된 본 발명의 실시예들과 이러한 접근방식들의 비교를 통해, 통상적인, 종래의 그리고 제안된 접근방식들의 추가 제한 및 단점들이 당업자들에게 명백해질 것이다.
[0006] 본 발명의 예시적 실시예들은 적어도 2개의 유체 구동기들을 갖는 펌프 및 이 적어도 2개의 유체 구동기들을 사용하여 펌프의 입구로부터 펌프의 출구로 유체를 전달하는 방법과 관련된다. 유체 구동기들 각각은 원동기 및 유체 변위 부재(fluid displacement member)를 포함한다. 원동기는 유체 변위 부재를 구동시키며, 예를 들어, 전기 모터, 유압 모터 또는 다른 유체-구동식(fluid-driven) 모터, 내연식, 가스 또는 또는 다른 타입의 엔진, 또는 유체 변위 부재를 구동시킬 수 있는 다른 유사한 디바이스일 수 있다. 유체 변위 부재들은 원동기들에 의해 구동될 때 유체를 전달한다. 유체 변위 부재들은 독립적으로 구동되며 따라서 드라이브-드라이브 구성(drive-drive configuration)을 갖는다. 드라이브-드라이브 구성은 공지된 구동기-피동식(driver-driven) 구성들의 오염 문제점들을 없애거나 감소시킨다.
[0007] 유체 변위 부재는, 유체를 전달할 때, 고정 엘리먼트(예를 들어 펌프 벽, 크리센트(crescent), 또는 다른 유사한 컴포넌트) 및/또는 이동 엘리먼트(예컨대, 예를 들어, 다른 유체 변위 부재)와 결합하여 작동할 수 있다. 유체 변위 부재는, 예를 들어, 기어 톱니를 갖는 내부 또는 외부 기어, 돌기(projection)들(예를 들어, 범프들, 연장부들, 벌지(bulge)들, 돌출부(protrusion)들, 다른 유사한 구조들 또는 이들의 조합들)을 갖는 허브(예를 들어, 디스크, 실린더, 또는 다른 유사한 컴포넌트), 인덴트(indent)들(예를 들어, 캐비티들, 함볼부들, 보이드들 또는 유사한 구조들)을 갖는 허브(예를 들어, 디스크, 실린더, 또는 다른 유사한 컴포넌트), 로브(lobe)들을 갖는 기어 몸체, 또는 구동될 때 유체를 변위시킬 수 있는 다른 유사한 구조들일 수 있다. 펌프에서 유체 구동기들이 구성이 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 하나의 유체 구동기는 외부 기어-타입 유체 구동기로 구성될 수 있고 다른 유체 구동기는 내부 기어-타입 유체 구동기로 구성될 수 있다. 유체 구동기들, 예를 들어, 전기 모터, 유압 모터 또는 다른 유체-구동식 모터, 내연식, 가스 또는 또는 다른 타입의 엔진, 또는 그의 유체 변위 부재를 독립적으로 작동시킬 수 있는 다른 유사한 디바이스는, 독립적으로 작동된다. 그러나, 유체 구동기들은, 유체 구동기들 간의 접촉이 동기화되도록, 예를 들어 유체를 펌핑하고 그리고/또는 역 흐름 경로(reverse flow path)를 밀봉(seal)하도록 작동된다. 즉, 유체 구동기들의 작동은, 각각의 유체 구동기에서의 유체 변위 부재가 다른 유체 변위 부재와 접촉하도록 동기화된다. 접촉은 적어도 하나의 접촉 지점, 접촉 라인, 또는 접촉 영역을 포함할 수 있다.
[0008] 유체 구동기의 일부 다른 예시적 실시예들에서, 유체 구동기는 스테이터(stator) 및 로터를 갖는 모터를 포함할 수 있다. 스테이터는 지지 샤프트에 고정 부착될 수 있고 로터는 스테이터를 둘러쌀 수 있다. 유체 구동기는 또한, 로터로부터 방사상 바깥방향으로 돌출하며 로터에 의해 지지되는 복수의 기어 톱니들을 갖는 기어를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 지지 부재가 로터와 기어 사이에 배치되어 기어를 지지할 수 있다.
[0009] 예시적 실시예들에서, 펌프들 및 펌핑 방법들은 펌프의 콤팩트한 설계를 제공한다. 예시적 실시예에서, 펌프는 한 쌍의 유체 구동기들을 포함한다. 쌍의 유체 구동기들 각각에서, 유체 변위 부재는 원동기와 통합된다. 쌍의 유체 구동기들 각각은 다른 것과 관련하여 독립적으로 회전 구동된다. 일부 예시적 실시예들에서, 예를 들어, 외부 기어-타입 펌프들, 유체 구동기들의 유체 변위 부재들은 반대 방향들로 회전된다. 다른 예시적 실시예들에서, 예를 들어, 내부 기어-타입 펌프들, 유체 구동기들의 유체 변위 부재들은 동일한 방향들로 회전된다. 어느 회전 방식에서든, 유체 구동기들 간의 접촉을 제공하기 위해 회전들은 동기화된다. 일부 실시예들에서, 동기화 접촉은, 하나의 유체 구동기의 표면이 다른 유체 구동기의 표면과 접촉하도록, 쌍의 유체 구동기들 중 하나가 다른 것보다 더 큰 레이트(rate)로 회전 구동하는 것을 포함한다.
[0010] 다른 예시적 실시예에서, 펌프는 내부 볼륨을 한정하는 케이싱을 포함한다. 케이싱은 내부 볼륨과 유체 연통하는 제 1 포트 및 내부 볼륨과 유체 연통하는 제 2 포트를 포함한다. 제 1 유체 구동기의 제 1 유체 변위 부재는 내부 볼륨 내에 배치된다. 제 2 유체 구동기의 제 2 유체 변위 부재 또한 내부 볼륨 내에 배치된다. 제 2 유체 변위 부재는 제 2 유체 변위 부재가 제 1 변위 부재에 접촉하도록 배치된다. 제 1 모터는 제 1 흐름 경로를 따라 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하기 위해 제 1 방향으로 제 1 유체 변위 부재를 회전시킨다. 제 2 모터는 제 2 흐름 경로를 따라 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하기 위해 제 2 방향으로, 제 1 모터와 독립적으로, 제 2 유체 변위 부재를 회전시킨다. 제 1 변위 부재와 제 2 변위 부재간의 접촉은 제 1 모터와 제 2 모터의 회전을 동기화시킴으로써 동기화된다. 일부 실시예들에서, 제 1 모터 및 제 2 모터는 상이한 rpm(revolutions per minute)으로 회전한다. 일부 실시예들에서, 동기식 접촉은 펌프의 출구와 입구 간의 역 흐름 경로(또는 역류 경로)를 밀봉한다. 일부 실시예들에서, 동기식 접촉은 제 1 유체 변위 부재상의 적어도 하나의 돌기(범프, 연장부, 벌지, 돌출부, 다른 유사한 구조 또는 이들의 조합들)의 표면과, 제 2 유체 변위 부재상의 적어도 하나의 돌기(범프, 연장부, 벌지, 돌출부, 다른 유사한 구조 또는 이들의 조합들) 또는 인덴트(캐비티, 함몰부, 보이드 또는 다른 유사한 구조)의 표면 사이에서 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 동기식 접촉은 펌프의 입구로부터 출구로 유체를 펌핑하는데 있어 도움을 준다. 일부 실시예들에서, 동기식 접촉은 유체를 펌핑하는데 있어 도움을 줄뿐만 아니라 역 흐름 경로(또는 역류 경로)를 밀봉한다. 일부 실시예들에서, 제 1 방향 및 제 2 방향은 동일하다. 다른 실시예들에서, 제 1 방향은 제 2 방향과 반대이다. 일부 실시예들에서, 제 1 흐름 경로 및 제 2 흐름 경로 중 적어도 일부는 동일하다. 다른 실시예들에서, 제 1 흐름 경로 및 제 2 흐름 경로 중 적어도 일부는 상이하다.
[0011] 다른 예시적 실시예에서, 펌프는 내부 볼륨을 한정하는 케이싱을 포함하며, 이 케이싱은 내부 볼륨과 유체 연통하는 제 1 포트 및 내부 볼륨과 유체 연통하는 제 2 포트를 포함한다. 펌프는 또한, 제 1 유체 구동기 ―이 제 1 유체 구동기는, 내부 볼륨내에 배치되는 제 1 유체 변위 부재를 포함하며 복수의 제 1 돌기들(또는 적어도 하나의 제 1 돌기)을 가짐―, 및 제 1 흐름 경로를 따라 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하기 위해, 제 1 방향으로 제 1 유체 변위 부재의 제 1 축방향 중심선을 중심으로 제 1 유체 변위 부재를 회전시키는 제 1 원동기를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제 1 유체 변위 부재는 복수의 제 1 인덴트들(또는 적어도 하나의 제 1 인덴트)을 포함한다. 펌프는 또한 제 2 유체 구동기를 포함하며, 이 제 2 유체 구동기는 내부 볼륨 내에 배치되는 제 2 유체 변위 부재를 포함한다. 제 2 유체 변위 부재는 복수의 제 2 돌기들(또는 적어도 하나의 제 2 돌기) 및 복수의 제 2 인덴트들(또는 적어도 하나의 제 2 인덴트) 중 적어도 하나를 가지며, 제 2 기어는 복수의 제 1 돌기들(또는 적어도 하나의 제 1 돌기) 중 적어도 하나의 제 1 표면이 복수의 제 2 돌기들(또는 적어도 하나의 제 2 돌기) 중 적어도 하나의 제 2 표면 또는 복수의 제 2 인덴트들(또는 적어도 하나의 제 2 인덴트) 중 적어도 하나의 제 3 표면과 정렬되도록 배치된다. 펌프는 또한, 제 1 표면이 대응하는 제 2 표면 또는 제 3 표면과 접촉시키기 위해 그리고 제 2 흐름 방향을 따라 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하기 위해, 제 2 방향으로 제 2 기어의 제 2 축방향 중심선을 중심으로, 제 1 원동기와 독립적으로, 제 2 유체 변위 부재를 회전시키는 제 2 원동기를 포함한다.
[0012] 다른 예시적 실시예에서, 펌프는 내부 볼륨을 한정하는 케이싱을 포함한다. 케이싱은 내부 볼륨과 유체 연통하는 제 1 포트 및 내부 볼륨과 유체 연통하는 제 2 포트를 포함한다. 제 1 기어가 내부 볼륨내에 배치되며, 제 1 기어는 복수의 제 1 기어 톱니들을 갖는다. 제 2 기어가 또한 내부 볼륨내에 배치되며, 제 2 기어는 복수의 제 2 기어 톱니들을 갖는다. 제 2 기어는, 복수의 제 2 기어 톱니들 중 적어도 하나의 톱니의 표면이 복수의 제 1 기어 톱니들 중 적어도 하나의 톱니의 표면과 접촉하도록 배치된다. 제 1 모터는 제 1 기어의 제 1 축방향 중심선을 중심으로 제 1 기어를 회전시킨다. 제 1 기어는 제 1 흐름 경로를 따라 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하기 위해 제 1 방향으로 회전한다. 제 2 모터는 제 2 흐름 경로를 따라 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하기 위해, 제 2 방향으로 제 2 기어의 제 2 축방향 중심선을 중심으로, 제 1 모터와 독립적으로, 제 2 기어를 회전시킨다. 복수의 제 1 기어 톱니들 중 적어도 하나의 톱니의 표면과 복수의 제 2 기어 톱니들 중 적어도 하나의 톱니의 표면 간의 접촉은 제 1 모터와 제 2 모터의 회전을 동기화시킴으로써 동기화된다. 일부 실시예들에서, 제 1 모터와 제 2 모터는 상이한 rpm들로 회전한다. 일부 실시예들에서, 제 2 방향은 제 1 방향과 반대이며, 동기식 접촉은 펌프의 입구와 출구 사이의 역 흐름 경로를 밀봉한다. 일부 실시예들에서, 제 2 방향은 제 1 방향과 동일하며, 동기식 접촉은 펌프의 입구와 출구 사이의 역 흐름 경로를 밀봉하는 것 및 유체를 펌핑하는 데 있어 도움을 주는 것 중 적어도 하나를 행한다.
[0013] 다른 예시적 실시예는, 펌프의 입구로부터 출구로 유체를 전달하는 방법과 관련되며, 이 펌프는 그 내부에 내부 볼륨을 한정하는 케이싱, 및 제 1 유체 구동기 및 제 2 유체 구동기를 갖는다. 방법은, 제 1 방향으로 제 1 유체 구동기를 회전 구동시키는 단계 및 제 2 방향으로 제 1 유체 구동기와 독립적으로 제 2 유체 구동기를 동시에 회전 구동시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 또한, 제 1 유체 구동기와 제 2 유체 구동기 간의 접촉을 동기화시키는 단계를 포함한다.
[0014] 다른 예시적 실시예는, 펌프의 입구로부터 출구로 유체를 전달하는 방법과 관련되며, 이 펌프는 그 내부에 내부 볼륨을 한정하는 케이싱 및 제 1 유체 변위 부재 및 제 2 유체 변위 부재를 갖는다. 방법은 제 1 유체 변위 부재를 회전시키는 단계 및 제 2 유체 변위 부재를 회전시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한 제 1 유체 변위 부재와 제 2 유체 변위 부재 간의 접촉을 동기화시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제 1 유체 변위 부재 및 제 2 유체 변위 부재는 동일한 방향으로 회전하며, 다른 실시예들에서, 제 1 유체 변위 부재 및 제 2 유체 변위 부재는 반대 방향들로 회전한다.
[0015] 다른 예시적 실시예들은, 그 내부에 내부 볼륨을 한정하는 펌프 케이싱을 포함하는 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법과 관련되며, 이 펌프는 제 1 원동기, 제 2 원동기, 복수의 제 1 돌기들(또는 적어도 하나의 제 1 돌기)을 갖는 제 1 유체 변위 부재 및 복수의 제 2 돌기들(또는 적어도 하나의 제 2 돌기) 및 복수의 제 2 인덴트들(또는 적어도 하나의 제 2 인덴트) 중 적어도 하나를 갖는 제 2 유체 변위 부재를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 제 1 유체 변위 부재는 복수의 제 1 인덴트들(또는 적어도 하나의 제 1 인덴트)을 가질 수 있다. 방법은, 제 1 흐름 경로를 따라 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하기 위해, 제 1 방향으로 제 1 유체 변위 부재를 회전시키기 위해 제 1 원동기를 회전시키는 단계 및 제 2 흐름 경로를 따라 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하기 위해, 제 2 방향으로 제 2 유체 변위 부재를 회전시키기 위해, 제 1 원동기와 독립적으로, 제 2 원동기를 회전시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 제 2 유체 변위 부재의 속도를 제 1 유체 변위 부재의 속도의 99 퍼센트 내지 100퍼센트 범위로 동기화시키는 단계 및 복수의 제 1 돌기들(또는 적어도 하나의 제 1 돌기) 중 적어도 하나의 표면이 복수의 제 2 돌기들(또는 적어도 하나의 제 2 돌기) 중 적어도 하나의 표면 또는 복수의 인덴트들(또는 적어도 하나의 제 2 인덴트) 중 적어도 하나의 표면과 접촉하도록, 제 1 변위 부재와 제 2 변위 부재 간의 접촉을 동기화시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제 2 방향은 제 1 방향과 반대이며, 동기식 접촉은 펌프의 입구와 출구 사이의 역 흐름 경로를 밀봉한다. 일부 실시예들에서, 제 2 방향은 제 1 방향과 동일하며, 동기식 접촉은 펌프의 입구와 출구 사이의 역 흐름 경로를 밀봉하는 것 및 유체를 펌핑하는 데 있어 도움을 주는 것 중 적어도 하나를 행한다.
[0016] 다른 예시적 실시예는 내부 볼륨을 한정하는 펌프 케이싱을 포함하는 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법과 관련된다. 펌프는 제 1 모터, 제 2 모터, 복수의 제 1 기어 톱니들을 갖는 제 1 기어, 및 복수의 제 2 기어 톱니들을 갖는 제 2 기어를 더 포함한다. 방법은 제 1 방향으로 제 1 기어의 제 1 축방향 중심선을 중심으로 제 1 기어를 회전시키기 위해 제 1 모터를 회전시키는 단계를 포함한다. 제 1 기어의 회전은 제 1 흐름 경로를 따라 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달한다. 방법은 또한, 제 2 방향으로 제 2 기어의 제 2 축방향 중심선을 중심으로 제 2 기어를 회전시키기 위해, 제 1 모터와 독립적으로, 제 2 모터를 회전시키는 단계를 포함한다. 제 2 기어의 회전은 제 2 흐름 경로를 따라 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달한다. 일부 실시예들에서, 방법은 복수의 제 2 기어 톱니들 중 적어도 하나의 톱니의 표면과 복수의 제 1 기어 톱니들 중 적어도 하나의 톱니의 표면 간의 접촉을 동기화시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 접촉을 동기화시키는 단계는 제 1 모터와 제 2 모터를 상이한 rpm들로 회전시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제 2 방향은 제 1 방향과 반대이며, 동기식 접촉은 펌프의 입구와 출구 사이의 역 흐름 경로를 밀봉한다. 일부 실시예들에서, 제 2 방향은 제 1 방향과 동일하며, 동기식 접촉은 펌프의 입구와 출구 사이의 역 흐름 경로를 밀봉하는 것 및 유체를 펌핑하는 데 있어 도움을 주는 것 중 적어도 하나를 행한다.
[0017] 본 발명의 [발명의 내용]은 본 발명의 일부 실시예들의 전반적 도입부로서 제공되며, 임의의 특정 드라이브-드라이브 구성 또는 드라이브-드라이브-타입 시스템으로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. [발명의 내용]에서 설명된 다양한 특징들 및 특징들의 구성들은 본 발명의 다수의 실시예들을 형성하기 위해 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 변형들 및 대안적 구성들을 포함하는 일부 추가적인 예시적 실시예들이 본원에서 제공된다.
[0018] 본원에 포함되며 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 예시적 실시예들을 예시하며, 앞서 제시된 전반적 설명 및 하기 제시되는 상세한 설명과 함께, 본 발명의 특징들을 설명하는 역할을 한다.
[0019] 도 1은 본 발명에 부합하는 외부 기어 펌프의 실시예에 대한 분해도를 예시한다.
[0020] 도 2는 도 1의 외부 기어 펌프의 상단면도를 도시한다.
[0021] 도 2a는 외부 기어 펌프의, 도 2에서의 선 A-A을 따라 취한 측단면도를 도시한다.
[0022] 도 2b는 외부 기어 펌프의, 도 2에서의 선 B-B을 따라 취한 측단면도를 도시한다.
[0023] 도 3은 도 1의 외부 기어 펌프에 의해 펌핑되는 유체의 예시적 흐름 경로들을 예시한다.
[0024] 도 3a는 도 3의 외부 기어 펌프의 접촉 영역에서 2개의 기어들 간의 일측(one-sided) 접촉을 예시하는 단면도를 도시한다.
[0025] 도 4-8은 본 발명에 부합하는 외부 기어 펌프들의 다양한 실시예들의 측단면도들을 도시한다.
[0026] 본 발명의 예시적 실시예들은 독립적으로 구동되는 유체 구동기들을 갖는 펌프와 관련된다. 아래에서 보다 상세히 논의되는 것처럼, 다양한 예시적 실시예들은 적어도 하나의 원동기가 유체 변위 부재 내부에 배치되는 펌프 구성들을 포함한다. 다른 예시적 실시예들에서, 적어도 하나의 원동기는 유체 변위 부재 외부에 있지만 여전히 펌프 케이싱 내부에 배치되며, 추가의 예시적 실시예들에서, 적어도 하나의 원동기는 펌프 케이싱 외부에 배치된다. 이들 예시적 실시예들은 펌프가 2개의 원동기들을 갖는 외부 기어 펌프인 실시예들을 사용하여 설명될 것이며, 원동기들은 모터들이며 유체 변위 부재들은 기어 톱니들을 갖는 외부 스퍼 기어들이다. 그러나, 당업자들은, 2개의 유체 구동기들을 갖는 모터 구동식 외부 기어와 관련하여 아래에 설명되는 개념들, 기능들 및 특징들이 다른 기아 설계들(헬리컬 기어들, 헤링본 기어들, 또는 유체를 구동시키도록 적응될 수 있는 다른 기어 톱니 설계들)을 갖는 외부 기어 펌프들, 다양한 기어 설계들을 갖는 내부 기어 펌프들, 2개 보다 많은 유체 구동기들을 갖는 펌프들, 전기 모터들, 예를 들어 유압 모터들 또는 다른 유체-구동식 모터들 이외의 원동기들, 내연식, 가스 또는 다른 타입의 엔진들 또는 유체 변위 부재들을 구동시킬 수 있는 다른 유사한 디바이스들, 및 기어 톱니를 갖는 외부 기어 이외의 유체 변위 부재들, 예를 들어 기어 톱니를 갖는 내부 기어, 돌기들(예를 들어, 범프들, 연장부들, 벌지들, 돌출부들, 다른 유사한 구조들, 또는 이들의 조합들)을 갖는 허브(예를 들어, 디스크, 실린더, 또는 다른 유사한 컴포넌트), 인덴트들(예를 들어, 캐비티들, 함몰부들, 보이드들 또는 유사한 구조들)을 갖는 허브(예를 들어, 디스크, 실린더, 또는 다른 유사한 컴포넌트), 로브들을 갖는 기어 몸체, 또는 구동될 때 유체를 변위시킬 수 있는 다른 유사한 구조들에 쉽게 적응될 수 있다는 것을 쉽게 인식할 것이다.
[0027] 도 1은 본 발명에 부합하는 펌프(10)의 실시예에 대한 분해도를 예시한다. 펌프(10)는 각각 모터들(41, 61)(원동기들) 및 기어들(50, 70)(유체 변위 부재들)을 포함하는 2개의 유체 구동기들(40, 70)을 포함한다. 이 실시예에서, 펌프 모터들(41, 61) 둘 다는 펌프 기어들(50, 70) 내부에 배치된다. 도 1에 도시된 것처럼, 펌프(10)는 용적형(또는 정용량형) 기어 펌프를 나타낸다. 펌프(10)는 단부 플레이트들(80, 82) 및 펌프 몸체(83)를 포함하는 케이싱(20)을 갖는다. 이들 2개의 플레이트들(80, 82) 및 펌프 몸체(83)는 복수의 관통 볼트들(113) 및 너트들(115)에 의해 연결될 수 있고 내측 표면(26)은 내측 볼륨(98)을 한정한다. 누설을 방지하기 위해, 단부 플레이트들(80, 82)과 펌프 몸체(83) 사이에 O-링들 또는 다른 유사한 디바이스들이 배치될 수 있다. 케이싱(20)은 포트(22) 및 포트(24)(또한 도 2 참조)를 가지며, 이들은 내측 볼륨(98)과 유체 연통한다. 작동 동안 그리고 흐름 방향에 기초하여, 포트들(22, 24) 중 하나는 펌프 입력 포트이고 다른 하나는 펌프 출력 포트이다. 예시적 실시예에서, 케이싱(20)의 포트들(22, 24)은 케이싱(20)의 대향 측벽들 상의 둥근 쓰루-홀들이다. 그러나, 형상은 제한되지 않으며 쓰루-홀들은 다른 형상들을 가질 수 있다. 추가로, 포트들(22, 44) 중 하나 또는 둘 다가 케이싱의 상단부 또는 바닥부에 위치될 수 있다. 물론, 포트들(22, 24)은, 하나의 포트는 펌프의 입구 측에 있고 하나의 포트는 펌프의 출구 측에 있도록 위치되어야 한다.
[0028] 도 1에 도시된 것처럼, 한 쌍의 기어들(50, 70)이 내부 볼륨(98)에 배치된다. 기어들(50, 70) 각각은 각각의 기어 몸체들로부터 방사상 바깥방향으로 연장하는 복수의 기어 톱니들(52, 72)을 갖는다. 기어 톱니(52, 72)는 예를 들어, 전기 모터들(41, 61)에 의해 회전될 때, 입구로부터 출구로 유체를 전달한다. 일부 실시예들에서, 펌프(10)는 양방향성이다. 따라서, 기어들(50, 70)의 회전 방향에 따라, 어느 하나의 포트(22, 24)가 입력 포트일 수 있고, 다른 포트는 출구 포트일 것이다. 기어들(50, 70)은 각각의 기어 몸체들의 축방향 중심선을 따라 실린더형 개구들(51, 71)을 갖는다. 실린더형 개구들(51, 71)은 기어 몸체들의 전체 길이를 또는 이를 부분적으로 관통하여 연장될 수 있다. 실린더형 개구들은 쌍의 모터들(41, 61)을 허용하도록 크기설정된다. 각각의 모터(41, 61)는 각각 샤프트(42, 62), 스테이터(44, 64), 로터(46, 66)를 포함한다.
[0029] 도 2는 도 1의 외부 기어 펌프(10)의 상단면도를 도시한다. 도 2a는 외부 기어 펌프(10)의, 도 2에서의 선 A-A을 따라 취한 측단면도이며, 도 2b는 외부 기어 펌프(10)의, 도 2에서의 선 B-B을 따라 취한 측단면도를 도시한다. 도 2-2b에 도시된 것처럼, 유체 구동기들(40, 60)이 케이싱(20)에 배치된다. 유체 구동기들(40, 60)의 지지 샤프트들(42, 62)은 케이싱(20)의 포트(22)와 포트(24) 사이에 배치되며 한쪽 단부(84)에서는 상부 플레이트(80)에 의해 그리고 다른쪽 단부(86)에서는 하부 플레이트(82)에 의해 지지된다. 그러나, 샤프트들(42, 62) 및 이에 따른 유체 구동기들(40, 60)을 지지하기 위한 수단이 본 설계로 제한되는 것은 아니며 샤프트를 지지하는 다른 설계들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 샤프트들(42, 62)은, 직접 케이싱(20)에 의해서라기 보다는, 케이싱(20)에 부착된 블록들에 의해 지지될 수 있다. 유체 구동기(40)의 지지 샤프트(42)는 유체 구동기(60)의 지지 샤프트(62)와 병렬로 배치되며 2개의 샤프트들은, 각각의 기어들(50, 70)의 기어 톱니들(52, 72)이 회전할 때 서로 접촉하도록, 적절한 간격으로 이격된다.
[0030] 모터들(41, 61)의 스테이터들(44, 64)은 각각의 지지 샤프트들(42, 62)과 로터들(46, 66) 사이에 방사상으로 배치된다. 스테이터들(44, 64)은 각각의 지지 샤프트들(42, 62)에 고정 연결되며, 이들은 케이싱(20)에 고정 연결된다. 로터들(46, 66)은 스테이터들(44, 64)의 방사상 바깥방향으로 배치되며 각각의 스테이터들(44, 64)을 둘러싼다. 따라서, 본 실시예에서 모터들(41, 61)은 외측-로터 모터 설계(또는 외부-로터 모터 설계)이며, 이는 모터의 외부가 회전하고 모터의 중심은 정지인 것을 의미한다. 대조적으로, 내부-로터 모터 설계에서, 로터는 회전하는 중심 샤프트에 부착된다. 예시적 실시예에서, 전기 모터들(41, 61)은 다방향 모터들이다. 즉, 어느 모터든, 작동 요건들에 따라 시계방향으로든 반시계방향으로든 회전 모션을 생성하도록 작동할 수 있다. 추가로, 예시적 실시예에서, 모터들(41, 61)은 가변 속도 모터들이며, 여기서 로터 및 이에 따라, 부착된 기어의 속도는 다양한 볼륨 흐름들 및 펌프 압력들을 산출하도록 변할 수 있다.
[0031] 앞서 논의된 것처럼, 기어 몸체들은 모터들(41, 61)을 수용하는 실린더형 개구들(51, 71)을 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 유체 구동기들(40, 60)은 각각, 모터들(41, 61)을 기어들(50, 70)에 커플링하는 것과 모터들(41, 61) 상에서 기어들(50, 70)을 지지하는 것을 돕는 외측 지지 부재들(48, 68) (도 2 참조)을 포함할 수 있다. 지지 부재들(48, 68) 각각은 예를 들어, 슬리브(sleeve)일 수 있으며, 이는 초기에 모터들(41, 61)의 외측 케이싱 또는 실린더형 개구들(51, 71)의 내측 표면에 부착된다. 슬리브들은 억지 끼워맞춤(interference fit), 프레스 끼워맞춤(press fit), 접착제, 나사들, 볼트들, 용접 또는 납땜 방법, 또는 지지 부재들을 실린더형 개구들에 부착할 수 있는 다른 수단을 사용하여 부착될 수 있다. 유사하게, 지지 부재들(48, 68)을 사용하는 모터들(41, 61)과 기어들(50, 70) 간의 최종 커플링은 억지끼워 맞춤, 프레스 끼워맞춤, 나사들, 볼트들, 접착제, 용접 또는 납땜 방법 또는 모터들을 지지 부재들에 부착하기 위한 다른 수단을 사용함으로써 이루어질 수 있다. 슬리브들은, 예를 들어, 상이한 물리적 크기들을 갖는 모터들(41, 61)의 기어들(50, 70)에 대한 부착, 또는 상이한 물리적 크기들을 갖는 기어들(50, 70)의 모터들(41, 61)에 대한 부착을 가능하게 하기 위해 상이한 두께들일 수 있다. 또한, 모터 케이싱들 및 기어들이 예를 들어, 화학적으로 또는 다른 식으로, 호환성이 없는 물질들로 만들어지면, 슬리브들은 기어 조성물 및 모터 케이싱 조성물 양자 모두와 호환성 있는 물질들로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 지지 부재들(48, 68)은 희생 부품(piece)으로 설계될 수 있다. 즉, 지지 부재들(48, 68)은, 기어들(50, 70) 및 모터들(41, 61)에 비해, 예를 들어, 과도한 스트레스들, 온도들 또는 다른 고장 원인들로 인한 고장에 대해, 먼저 고장나도록 설계된다. 이는 고장시 펌프(10)의 보다 경제적인 보수를 허용한다. 일부 실시예들에서, 외측 지지 부재들(48, 68)은 개별 부품은 아니나, 기어들(50, 70)의 실린더형 개구들(51, 71)의 내측 표면의 부분 또는 모터들(41, 61)에 대한 케이싱의 내부 부분이다. 다른 실시예들에서, 모터들(41, 61)은, 외측 지지 부재들(48, 68)에 대한 필요 없이, 그들의 외측 표면들 상에서 기어들(50, 70)(및 복수의 제 1 기어 톱니들(52, 72))을 지지할 수 있다. 예를 들어, 모터 케이싱들은, 억지끼워 맞춤, 프레스 끼워맞춤, 나사들, 볼트들, 접착제, 용접 또는 납땜 방법 또는 모터 케이싱을 실린더형 개구들에 부착하기 위한 다른 수단을 사용함으로써, 기어들(50, 70)의 실린더형 개구(51, 71)의 내측 표면에 직접 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 모터들(41, 61)의 외측 케이싱들은, 예를 들어, 기계가공되거나 주조(cast)되거나 외측 케이싱을 형상화하기 위한 다른 수단으로 처리되어 기어 톱니들(52, 72)의 형상을 형성할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 복수의 기어 톱니들(52, 72)은, 각각의 기어/로터 결합이 하나의 회전 몸체를 형성하도록, 각각의 로터들(46, 66)과 통합될 수 있다.
[0032] 앞서 논의된 예시적 실시예들에서, 전기 모터들(41, 61) 및 기어들(50, 70)을 포함하는 유체 구동기들(40, 60) 둘 다가 단일 펌프 케이싱(20)으로 통합된다. 본 개시내용의 외부 기어 펌프(10)의 이러한 신규한 구성은 다양한 장점들을 제공하는 컴팩트한 설계를 가능하게 한다. 먼저, 앞서 논의된 기어 펌프 실시예들에 의해 점유되는 공간 또는 풋프린트는, 종래의 기어 펌프들과 비교할 때, 단일 펌프 케이싱에 필요한 컴포넌트들을 통합함으로써 상당히 감소된다. 또한, 앞선 실시예들에 부합하는 펌프 시스템의 총 중량은 또한, 모터/기어 구동기에 대한 개별 장착들 및 펌프에 모터를 연결하는 샤프트와 같은 불필요한 부품들을 제거함으로써 감소된다. 추가로, 본 개시내용의 펌프(10)는 컴팩트한 그리고 모듈형 설계를 갖기 때문에, 이는, 종래의 기어 펌프들이 장착될 수 없었던 위치들에도 쉽게 설치될 수 있고 쉽게 교체될 수 있다. 펌프 작동의 상세한 설명이 이후 제공된다.
[0033] 도 3은 외부 기어 펌프(10)에 대한 예시적 실시예의 예시적 유체 흐름 경로를 예시한다. 포트들(22, 24), 및 복수의 제 1 기어 톱니들(52)과 복수의 제 2 기어 톱니들(72) 간의 접촉 영역(78)은 실질적으로 단일 직선 경로를 따라 배열된다. 그러나, 포트들의 정렬은 이 예시적 실시예로 제한되지 않으며 다른 정렬들도 허용가능하다. 설명을 목적으로, 기어(50)는 모터(41)에 의해 시계방향(74)으로 회전 구동되고 기어(70)는 모터(61)에 의해 반시계방향(76)으로 회전 구동된다. 이 회전 구성으로, 포트(22)는 기어 펌프(10)의 입구 측이며 포트(24)는 기어 펌프(10)의 출구 측이다. 일부 예시적 실시예들에서, 기어들(50, 70) 둘다는 각각, 개별적으로 제공되는 모터들(41, 61)에 의해 독립적으로 구동된다.
[0034] 도 3에 도시된 것처럼, 펌핑될 유체는 화살표(92)로 도시된 것처럼 포트(22)에서 케이싱(20)으로 끌어당겨지며 화살표(96)로 도시된 것처럼 포트(24)를 통해 펌프(10)를 빠져나간다. 유체의 펌핑은 기어 톱니들(52, 72)에 의해 달성된다. 기어 톱니들(52, 72)이 회전할 때, 접촉 영역(78) 밖으로 회전하는 기어 톱니들은 각각의 기어 상의 인접한 톱니들 사이에 확장 톱니간 볼륨들을 형성한다. 이들 톱니간 볼륨들이 확장됨에 따라, 각각의 기어 상의 인접한 톱니들 간의 간격들은 입구 포트(이는 본 예시적 실시예에서는 포트(22)임)로부터 유체로 채워진다. 이후 유체는, 화살표들(94 및 94’)로 도시된 것처럼, 케이싱(20)의 내부 벽(90)을 따라 각각의 기어와 함께 이동하도록 강압된다. 즉, 기어(50)의 톱니들(52)은 유체가 경로(94)를 따라 흐르도록 강압하며 기어(70)의 톱니들(72)은 유체가 경로(94’)를 따라 흐르도록 강압한다. 각각의 기어 상의 기어 톱니들(52, 72)의 팁들과 케이싱(20)의 대응하는 내부 벽(90) 간의 매우 작은 클리어런스들은 톱니간 볼륨들에 유체가 트랩되게 유지하며, 이는 입구 포트를 향해 유체가 다시 누설되는 것을 방지한다. 기어 톱니들(52, 72)이 접촉 영역(128) 주위를 회전하고 다시 접촉 영역(128)으로 회전함에 따라, 각각의 기어 상의 인접한 톱니들 사이에 톱니간 수축 볼륨들이 형성되는데 이는 다른 기어의 대응 톱니가 인접한 톱니들 간의 공간에 진입하기 때문이다. 톱니간 수축 볼륨들은 유체가 인접한 톱니들 사이의 공간을 빠져나가, 화살표(96)로 도시된 것처럼 포트(24)를 통해 펌프(10) 밖으로 흐르게 강압한다. 일부 실시예들에서, 모터들(41, 61)은 양방향성이며 모터들(41, 61)의 회전은 펌프(10)를 통하는 유체 흐름 방향을 반전(reverse)시키도록 반전될 수 있는데, 즉, 유체는 포트(24)로부터 포트(22)로 흐른다.
[0035] 역류, 즉, 출구 측에서부터 접촉 영역(78)을 지나 입구 측으로의 유체 누설을 방지하도록, 접촉 영역(78)에서의 제 1 기어(50)의 톱니와 제 2 기어(70)의 톱니 간의 접촉이 역류에 대한 밀봉을 제공한다. 접촉력은 견고한 밀봉(substantial sealing)을 제공할 정도로 충분히 크지만, 관련 기술의 시스템과 달리, 접촉력은 다른 기어를 현저히 구동시킬 정도로 그렇게 크기는 않다. 관련 기술의 구동기-구동식 시스템들에서, 구동기 기어에 의해 가해지는 힘은 피동 기어를 터닝시킨다. 즉, 구동기 기어는 피동 기어를 기계적으로 구동시키기 위해 피동 기어와 맞물린다(또는 연동된다). 구동기 기어로부터의 힘이 2개의 톱니들 사이의 인터페이스 지점에서 밀봉을 제공하지만, 이 힘은, 이 힘이 원하는 흐름 및 압력으로 유체를 전달하기 위해 피동 기어를 기계적으로 구동시킬 정도로 충분해야 하기 때문에, 밀봉하는데 필요한 것보다 훨씬 더 크다. 이 큰 힘은 물질이 관련 기술의 펌프들의 톱니들로부터 전단되게 한다. 이들 전단 물질들은 유체에 분산될 수 있고, 유압 시스템을 두루 이동하며, O-링들 및 베어링과 같은 중요한 작동 컴포넌트들을 손상시킨다. 결과적으로, 전체 펌프 시스템이 고장날 수 있고 펌프의 작동이 중단될 수 있다. 이러한 고장 및 펌프의 작동 중단은 펌프 수리를 위해 상당한 중단시간을 유도할 수 있다.
[0036] 그러나, 펌프(10)의 예시적 실시예들에서, 펌프(10)의 기어들(50, 70)은 톱니들(52,72)이 접촉 영역(78)에 밀봉부를 형성할 때 그 어떤 정도로든(any significant degree) 다른 기어를 기계적으로 구동시키지 않는다. 대신, 기어들(50, 70)은, 기어 톱니들(52, 72)이 서로에 대해 연마되지 않도록 독립적으로 회전 구동된다. 즉, 기어들(50, 70)은 접촉을 제공하도록 동기식으로 구동되지만 서로에 대해 연마되지 않는다. 특정하게, 기어들(50, 70)의 회전은, 견고한 밀봉을 제공할 정도의 충분한 힘으로 기어(50)의 톱니가 접촉 영역(128)에서 제 2 기어(70)의 톱니와 접촉하도록, 즉 출구 포트 측으로부터 접촉 영역(128)을 지나 입구 포트 측으로의 유체 누설이 실질적으로 소거되도록, 적절한 회전 레이트들로 동기화된다. 그러나, 앞서 설명된 구동기-구동식 구성들과 달리, 2개의 기어들 간의 접촉력은 그 어떤 정도로든 하나의 기어가 다른 기어를 기계적으로 구동시키기에는 불충분하다. 모터들(41, 61)의 정밀 제어는, 작동 동안 기어 포지션들이 서로에 대해 동기화된 상태로 유지되는 것을 보장할 것이다. 따라서, 종래의 기어 펌프들에서 전단 물질들에 의해 야기되는 앞서 설명된 문제들이 효과적으로 방지된다.
[0037] 일부 실시예들에서, 기어들(50, 70)의 회전은 적어도 99% 동기화되며, 여기서 100% 동기화된다는 것은, 기어들(50, 70) 양자 모두가 동일한 rpm으로 회전한다는 것을 의미한다. 그러나, 동기화 퍼센테이지는, 2개의 기어들(50, 70)의 기어 톱니들 간의 접촉을 통해 견고한 밀봉이 제공될 수 있는 한 변할 수 있다. 예시적 실시예들에서, 동기화 레이트는 기어 톱니들(52)과 기어 톱니들(72) 간의 클리어런스 관계에 기초하여, 95.0% 내지 100% 범위일 수 있다. 다른 예시적 실시예들에서, 동기화 레이트는 기어 톱니들(52)과 기어 톱니들(72) 간의 클리어런스 관계에 기초하여, 99.0% 내지 100% 범위일 수 있고, 또 다른 예시적 실시예들에서, 동기화 레이트는 기어 톱니들(52)과 기어 톱니들(72) 간의 클리어런스 관계에 기초하여, 99.5% 내지 100% 범위일 수 있다. 다시, 모터들(41, 61)의 정밀 제어는 작동 동안 기어 포지션들이 서로에 대해 동기화된 상태로 유지되는 것을 보장할 것이다. 기어들(50, 70)을 적절히 동기화시킴으로써, 기어 톱니들(52, 72)은 견고한 밀봉, 예를 들어 5% 또는 이 미만의 범위의 미끄럼 계수(slip coefficient)를 갖는 역류 또는 누설 레이트를 제공할 수 있다. 예를 들어, 약 120 deg. F의 통상적 유압 유체에 대해, 미끄럼 계수는 3000 psi 내지 5000 psi 범위의 펌프 압력들에 대해 5% 또는 이 미만, 2000 psi 내지 3000 psi 범위의 펌프 압력들에 대해 3% 또는 이 미만, 1000 psi 내지 2000 psi 범위의 펌프 압력들에 대해 2% 또는 이 미만, 및 1000 psi 까지 범위의 펌프 압력들에 대해 1% 또는 이 미만일 수 있다. 물론, 펌프 타입에 따라, 동기식 접촉은 유체 펌핑을 도울 수 있다. 예를 들어, 특정 내부-기어 지로터(gerotor) 설계들에서, 2개의 유체 구동기들 간의 동기식 접촉은 또한, 대향 기어들의 톱니들 사이에 포획되는 유체 펌핑을 돕는다. 일부 예시적 실시예들에서, 기어들(50, 70)은 모터들(41, 61)을 적절히 동기화시킴으로써 동기화된다. 다수의 모터들의 동기화는 관련 기술에 공지되어 있으며, 이에 따라, 상세한 설명은 여기서 생략된다.
[0038] 예시적 실시예에서, 기어들(50, 70)을 동기화시키는 것은 기어(50)의 톱니와 기어(70)의 톱니 간의 일측(one-sided) 접촉을 제공한다. 도 3a는 접촉 영역(78)에서 2개의 기어들(50, 70) 간의 일측 접촉을 예시하는 단면도를 도시한다. 예시를 목적으로, 기어(50)는 시계방향(74)으로 회전 구동되고 기어(70)는 기어(50)와 독립적으로 반시계방향(76)으로 회전 구동된다. 추가로, 기어(70)는, 예를 들어, 1초 미만 만큼(by a fraction of a second), 예를 들어, 0.01 sec/revolution 더 빨리 회전 구동될 수 있다. 기어(50)와 기어(70)간의 이러한 회전 속도 차는 2개의 기어들(50, 70) 간의 일측 접촉을 가능하게 하며, 이는, 앞서 설명된 것처럼, 입구 포트와 출구 포트 사이를 밀봉하도록 2개의 기어들(50, 70)의 기어 톱니들 간에 견고한 밀봉을 제공한다. 따라서, 도 4에 도시된 것처럼, 기어(70) 상의 톱니(142)는 접촉 지점(152)에서 기어(50) 상의 톱니(144)와 접촉한다. 회전 방향(74, 76)으로 전방 대면하는 기어 톱니의 면(face)이 전방 측(F)으로 한정되는 경우, 톱니(142)의 전방 측(F)은 접촉 지점(152)에서 톱니(144)의 후방 측(R)에 접촉한다. 그러나, 기어 톱니 차원들은, 톱니(144)의 전방 측(F)이 기어(70) 상의 톱니(142)에 인접한 톱니인 톱니(146)의 후방 측(R)과 접촉하지 않도록(즉, 후방 측(R)으로부터 이격되도록) 구성된다. 따라서, 기어 톱니들(52, 72)은, 기어들(50, 70)이 구동됨에 따라 접촉 영역(78)에서 일측 접촉이 이루어지도록 설계된다. 톱니(142)와 톱니(144)가, 기어들(50, 70)이 회전할 때, 접촉 영역(78)으로부터 멀리 이동함에 따라, 톱니들(142 및 144) 사이에 형성된 일측 접촉이 단계적으로 중단된다. 2개의 기어들(50, 70) 간의 회전 속도 차가 있는 한, 기어(50) 상의 톱니와 기어(70) 상의 톱니 사이에는 이 일측 접촉이 간헐적으로 형성된다. 그러나, 기어들(50, 70)이 회전함에 따라, 각각의 기어들 상의 2개의 후속하는 톱니들이 다음 일측 접촉을 형성하여, 항상 접촉이 이루어지고 접촉 영역(78)의 역류 경로가 실질적으로 밀봉된 채 유지된다. 즉, 일측 접촉은, 펌프 입구로부터 펌프 출구로 전달되는 유체가 접촉 영역(78)을 통해 펌프 입구로 다시 흐르는 것을 방지(또는 실질적으로 방지)하도록, 포트들(22 및 24) 사이에 밀봉을 제공한다.
[0039] 도 3a에서, 톱니(142)와 톱니(144) 간의 일측 접촉은 특정 지점, 즉 접촉 지점(152)에서 이루어지는 것으로 도시된다. 그러나, 예시적 실시예들에서 기어 톱니들 간의 일측 접촉은 특정 지점에서의 접촉으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 일측 접촉은 톱니(142)와 톱니(144) 사이의 접촉선을 따라 또는 복수의 지점들에서 발생할 수 있다. 다른 예에 대해, 일측 접촉은 2개의 기어 톱니들의 표면 영역들 사이에서 발생할 수 있다. 따라서, 톱니(142)의 표면 상의 영역이 일측 접촉 동안 톱니(144)의 표면 상의 영역과 접촉할 때 밀봉 영역이 형성될 수 있다. 각각의 기어(50, 70)의 기어 톱니들(52, 72)은, 2개의 기어 톱니들 간에 일측 접촉을 달성하기 위한 톱니 프로파일(또는 곡률)을 갖도록 구성될 수 있다. 이런 식으로, 본 개시내용의 일측 접촉은 선을 따라 또는 표면 영역들 상에서 하나의 지점 또는 지점들에서 발생할 수 있다. 이에 따라, 앞서 논의된 접촉 지점(152)은 접촉 위치(또는 위치들)의 일부로서 제공될 수 있으며, 단일 접촉 지점으로 제한되지 않는다.
[0040] 일부 예시적 실시예들에서, 각각의 기어들(50, 70)의 톱니들은 접촉 영역(128)의 톱니들 간에 과잉 유체 압력을 포획되지 않도록 설계된다. 도 3a에 예시된 것처럼, 유체(160)는 톱니들(142, 144, 146) 사이에 포획될 수 있다. 포획된 유체(160)는 펌프 입구와 펌프 출구 사이에 밀봉 효과를 제공하지만, 기어들(50, 70)이 회전할 때 과잉 압력이 축적될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 기어 톱니들 프로파일은, 가압된 유체를 방출하기 위해 기어 톱니들(144, 146) 사이에 작은 클리어런스(또는 갭)(154)가 제공되도록 구성된다. 이러한 설계는, 과잉 압력이 축적되지 않게 보장하면서 밀봉 효과를 유지한다. 물론, 접촉 지점, 선 또는 영역은 하나의 톱니면 측이 다른 톱니면 측과 접촉하는 것으로 제한되지 않는다. 유체 변위 부재의 타입에 따라, 동기식 접촉은 제 1 유체 변위 부재상의 적어도 하나의 돌기(예를 들어, 범프, 연장부, 벌지, 돌출부, 다른 유사한 구조 또는 이들의 조합들)의 표면과, 제 2 유체 변위 부재상의 적어도 하나의 돌기(예를 들어, 범프, 연장부, 벌지, 돌출부, 다른 유사한 구조 또는 이들의 조합들) 또는 인덴트(예를 들어, 캐비티, 함몰부, 보이드 또는 다른 유사한 구조)의 임의의 표면 사이에서 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 접촉력이 보다 확실한 밀봉 영역을 제공하도록, 유체 변위 부재들 중 적어도 하나는 탄성 물질, 예를 들어 고무, 엘라스토머 물질, 또는 다른 탄성 물질로 만들어지거나 또는 이를 포함할 수 있다.
[0041] 앞서 논의된 실시예들에서, 원동기들은 유체 변위 부재들 내부에 배치되는데, 즉, 모터들(41, 61) 둘다 실린더형 개구들(51, 71) 내부에 배치된다. 그러나, 본 발명의 펌프 설계의 유리한 피처(feature)들은, 원동기들 둘다 유체 변위 부재들의 몸체들 내부에 배치되는 구성으로 제한되지 않는다. 다른 드라이브-드라이브 구성들 또한 본 개시내용의 범위에 속한다. 예를 들어, 도 4는 외부 기어 펌프(1010)의 다른 예시적 실시예의 측단면도를 도시한다. 도 4에 도시된 펌프(1010)의 실시예는, 본 실시예의 2개의 모터들 중 하나가 대응하는 기어 몸체 외부에 있지만 여전히 펌프 케이싱내에 있다는 점에서, 펌프(10)(도 1)와 상이하다. 펌프(1010)는 케이싱(1020), 유체 구동기(1040) 및 유체 구동기(1060)를 포함한다. 케이싱(1020)의 내측 표면은 모터 캐비티(1084) 및 기어 캐비티(1086)를 포함하는 내부 볼륨을 한정한다. 케이싱(1020)은 단부 플레이트들(1080, 1082)을 포함할 수 있다. 이들 2개의 플레이트들(1080, 1082)은 복수의 볼트들(미도시)에 의해 연결될 수 있다.
[0042] 유체 구동기(1040)는 모터(1041) 및 기어(1050)를 포함한다. 모터(1041)는 외측-로터 모터 설계이며 기어 캐비티(1086)에 배치되는 기어(1050)의 몸체에 배치된다. 모터(1041)는 로터(1044) 및 스테이터(1046)를 포함한다. 기어(1050)는 자신의 기어 몸체로부터 방사상 바깥방향으로 연장하는 복수의 기어 톱니들(1052)을 포함한다. 유체 구동기(1040)는 유체 구동기(40)와 유사하고 유체 구동기(40)의 구성들 및 기능들은, 앞서 논의된 것처럼, 유체 구동기(1040)에 통합될 수 있다는 것을 당업자들이 인식할 것이란 점이 이해될 것이다. 이에 따라, 간결하게 하기 위해, 유체 구동기(1040)는 본 실시예에서 설명하는데 필요한 것을 제외하고 상세히 논의되지 않을 것이다.
[0043] 유체 구동기(1060)는 모터(1061) 및 기어(1070)를 포함한다. 펌프(10)와 관련하여 앞서 논의된 접촉 영역(78)에서의 기어 톱니들(52, 72)의 접촉과 유사한 방식으로, 각각의 기어 톱니들(1072, 1052)이 서로 접촉하도록, 유체 구동기(1060)가 유체 구동기(1040) 옆에 배치된다. 본 실시예에서, 모터(1061)는 내측-로터(inner-rotor) 모터 설계이며, 모터 캐비티(1084)에 배치된다. 이 실시예에서, 모터(1061) 및 기어(1070)는 공통 샤프트(1062)를 갖는다. 모터(1061)의 로터(1064)는 샤프트(1062)와 스테이터(1066) 사이에 방사상 배치된다. 스테이터(1066)는 로터(1064)의 방사상 바깥쪽에 배치되며 로터(1064)를 둘러싼다. 내측-로터 설계는, 스테이터(1066)가 케이싱(1020)에 고정 연결되면서, 로터(1064)에 연결된 샤프트(1062)가 회전하는 것을 의미한다. 또한, 기어(1070)는 또한 샤프트(1062)에 연결된다. 샤프트(1062)는, 예를 들어, 한쪽 단부(1088)에서는 플레이트(1080)의 베어링에 의해 그리고 다른쪽 단부(1090)에서는 플레이트(1082)의 베어링에 의해 지지된다. 다른 실시예들에서, 샤프트(1062)는, 직접적으로 케이싱(1020)의 베어링들에 의해서 보다는, 케이싱(1020)에 고정 연결된 베어링 블록들에 의해 지지될 수 있다. 또한, 공통 샤프트(1062) 대신, 모터(1061) 및 기어(1070)는 공지된 수단에 의해 서로 커플링되는 그들 자신의 샤프트들을 포함할 수 있다.
[0044] 도 4에 도시된 것처럼, 기어(1070)는 케이싱(1020)의 인접한 모터(1061)에 배치된다. 즉, 모터(1041)와 달리, 모터(1061)는 기어(1070)의 기어 몸체에 배치되지 않는다. 기어(1070)는 샤프트(1062) 상에서 축방향으로 모터(1061)로부터 이격된다. 로터(1064)는 샤프트(1062)의 일측(1088) 상에서 샤프트(1062)에 고정 연결되고, 기어(1070)는 샤프트(1062)의 다른측(1090) 상에서 샤프트(1062)에 고정 연결되어, 모터(1061)에 의해 발생된 토크가 샤프트(1062)를 통해 기어(1070)로 전달된다.
[0045] 모터(1061)는, 모터 케이싱과 펌프 케이싱(1020) 사이에 충분한 톨러런스를 갖게 그 캐비티에 끼워 맞춰지게 설계되어, 작동 동안 유체가 캐비티에 진입하는 것이 방지(또는 실질적으로 방지)된다. 또한, 기어(1070)가 자유롭게 회전하도록, 기어(1070)와 모터 케이싱 사이에 충분한 클리어런스가 존재하지만, 이 클리어런스는 유체가 계속해서 효율적으로 펌핑될 수 있게 이루어진다. 따라서, 유체와 관련하여, 이 실시예에서, 모터 케이싱은, 도 1의 실시예의 펌프 케이싱 벽들의 적절한 부분의 기능을 수행하도록 설계된다. 일부 실시예들에서, 모터(1061)의 외측 직경은 기어 톱니들(1072)에 대한 골지름(root diameter) 미만이다. 따라서, 이들 실시예들에서, 기어 톱니들(1072) 중 모터측은 이들이 회전할 때 심지어 펌프 케이싱(1020)의 벽에 인접할 것이다. 일부 실시예들에서, 베어링(1095)은 기어(1070)와 모터(1061) 사이에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 워셔-타입 베어링(washer-type bearing)일 수 있는 베어링(1095)은 기어(1070)가 회전할 때 기어(1070)와 모터(1061) 간의 마찰을 감소시킨다. 펌핑되는 유체 및 애플리케이션 타입에 따라, 베어링은 금속성, 비금속성 또는 복합물일 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 금속성 물질은, 스틸, 스테인리스 스틸, 양극산화된 알루미늄, 알루미늄, 티타늄, 마그네슘, 황동 및 이들 각각의 합금들을 포함할 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 비금속성 물질은, 세라믹, 플라스틱, 복합물, 탄소 섬유, 나노-복합 물질을 포함할 수 있다. 또한, 베어링(1095)은 기어 캐비티(1086)로부터 모터 캐비티(1084)의 밀봉을 돕기 위해 모터 캐비티(1084) 개구에 끼워맞춰지도록 크기설정될 수 있고, 기어들(1052, 1072)은 보다 효율적으로 유체를 펌핑하는 것이 가능해질 것이다. 작동시, 유체 구동기(1040) 및 유체 구동기(1060)는 펌프(10)와 관련하여 앞서 논의된 것과 유사한 방식으로 동작할 것이라는 점을 당업자들이 인식할 것임이 이해될 것이다. 이에 따라, 간결하게 하기 위해, 펌프(1010)가 작동하는 세부사항들은 추가로 논의되지 않을 것이다.
[0046] 앞선 예시적 실시예에서, 기어(1070)는 샤프트(1062)의 축방향을 따라 모터(1061)로부터 이격되는 것으로 도시된다. 그러나, 다른 구성들이 본 개시내용의 범위에 속한다. 예를 들어, 기어(1070) 및 모터(1061)는 (예를 들어, 공통 샤프트 없이) 서로 완전히 분리될 수 있거나, 서로 부분적으로 중첩될 수 있거나, 나란히, 서로의 상부에 또는 서로 오프셋되게 포지셔닝될 수 있다. 따라서, 본 개시내용은 케이싱(1020) 내부 모터와 기어 간의 앞서 논의된 위치 관계들 및 이들 간의 비교적 근접한 위치 관계에 대한 임의의 다른 변형들 모두를 포괄한다. 또한, 일부 예시적 실시예들에서, 모터(1061)는 기어(1070)를 적절히 회전시키도록 구성된 외측-로터 모터 설계일 수 있다.
[0047] 추가로, 앞서 설명된 예시적 실시예에서, 모터(1061)의 토크는 샤프트(1062)를 통해 기어(1070)로 전달된다. 그러나, 모터로부터 기어로 토크(또는 전력)를 전달하기 위한 수단은, 샤프트, 예를 들어 앞서 설명된 예시적 실시예에서의 샤프트(1062)로 제한되지 않는다. 대신, 전력 전달 디바이스들, 예를 들어, 샤프트들, 서브-샤프트들, 벨트들, 체인들, 커플링들, 기어들, 연결 로드(road)들, 캠(cam)들 또는 다른 전력 전달 디바이스의 임의의 조합이 본 개시내용의 정신을 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
[0048] 도 5는 외부 기어 펌프(1110)의 다른 예시적 실시예의 측단면도를 도시한다. 도 5에 도시된 펌프(1110)의 실시예는, 본 실시예의 2개의 모터들 각각이 기어 몸체 외부에 있지만 여전히 펌프 케이싱내에 배치된다는 점에서, 펌프(10)와 상이하다. 펌프(1110)는 케이싱(1120), 유체 구동기(1140) 및 유체 구동기(1160)를 포함한다. 케이싱(1120)의 내측 표면은 모터 캐비티들(1184 및 1184’) 및 기어 캐비티(1186)를 포함하는 내부 볼륨을 한정한다. 케이싱(1120)은 단부 플레이트들(1180, 1182)을 포함할 수 있다. 이들 2개의 플레이트들(1180, 1182)은 복수의 볼트들(미도시)에 의해 연결될 수 있다.
[0049] 유체 구동기들(1140, 1160)은 각각 모터들(1141, 1161) 및 기어들(1150, 1170)을 포함한다. 모터들(1141, 1161)은 내측-로터 설계이며 각각이 모터 캐비티들(1184, 1184’)에 배치된다. 유체 구동기(1140)의 모터(1141) 및 기어(1150)는 공통 샤프트(1142)를 가지며 유체 구동기(1160)의 모터(1161) 및 기어(1170)는 공통 샤프트(1162)를 갖는다. 모터들(1141, 1161)은 각각 로터들(1144, 1164) 및 스테이터들(1146, 1166)을 포함하며, 그리고 기어들(1150, 1170)은 각각 각각의 기어 몸체들로부터 방사상 바깥방향으로 연장하는 복수의 기어 톱니들(1152, 1172)을 포함한다. 펌프(10)와 관련하여 앞서 논의된 접촉 영역(78)에서의 기어 톱니들(52, 72)의 접촉과 유사한 방식으로, 각각의 기어 톱니들(1152, 1172)가 서로 접촉하도록, 유체 구동기(1140)가 유체 구동기(1160) 옆에 배치된다. 베어링들(1195 및 1195’)은 각각 모터들(1141, 1161)과 기어들(1150, 1170) 사이에 배치될 수 있다. 베어링들(1195 및 1195’)은 앞서 논의된 베어링(1095)에 대한 설계 및 기능에 있어 유사하다. 유체 구동기들(1140, 1160)은 유체 구동기(1060)와 유사하고 유체 구동기(1060)의 구성들 및 기능들은, 앞서 논의된 것처럼, 펌프(1110)내의 (1140, 1160)에 통합될 수 있다는 것을 당업자들이 인식할 것이란 점이 이해될 것이다. 이에 따라, 간결하게 하기 위해, 유체 구동기들(1140, 1160)은 상세히 논의되지 않을 것이다. 유사하게, 펌프(1110)의 작동은, 펌프(10)의 작동과 유사하고, 이에 따라, 간결하게 하기 위해, 추가로 논의되지 않을 것이다. 또한, 유체 구동기(1060)처럼, 모터로부터 기어로 토크(또는 전력)를 전달하기 위한 수단이 샤프트로 제한되지 않는다. 대신, 전력 전달 디바이스들, 예를 들어, 샤프트들, 서브-샤프트들, 벨트들, 체인들, 커플링들, 기어들, 연결 로드들, 캠들 또는 다른 전력 전달 디바이스의 임의의 조합이 본 개시내용의 정신을 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 또한, 일부 예시적 실시예들에서, 모터들(1141, 1161)은 기어들(1150, 1170)을 각각 회전시키도록 적절히 구성된 외측-로터 모터 설계들일 수 있다.
[0050] 도 6은 외부 기어 펌프(1210)의 다른 예시적 실시예의 측단면도를 도시한다. 도 6에 도시된 펌프(1210)의 실시예는, 2개의 모터들 중 하나가 펌프 케이싱 외부에 배치된다는 점에서 펌프(10)와 상이하다. 펌프(1210)는 케이싱(1220), 유체 구동기(1240) 및 유체 구동기(1260)를 포함한다. 케이싱(1220)의 내측 표면은 내부 볼륨을 한정한다. 케이싱(1220)은 단부 플레이트들(1280, 1282)을 포함할 수 있다. 이들 2개의 플레이트들(1280, 1282)은 복수의 볼트들에 의해 연결될 수 있다.
[0051] 유체 구동기(1240)는 모터(1241) 및 기어(1250)를 포함한다. 모터(1241)는 외측-로터 모터 설계이며 내부 볼륨에 배치되는 기어(1250)의 몸체에 배치된다. 모터(1241)는 로터(1244) 및 스테이터(1246)를 포함한다. 기어(1250)는 자신의 기어 몸체로부터 방사상 바깥방향으로 연장하는 복수의 기어 톱니들(1252)을 포함한다. 유체 구동기(1240)는 유체 구동기(40)와 유사하고 유체 구동기(40)의 구성들 및 기능들은, 앞서 논의된 것처럼, 유체 구동기(1240)에 통합될 수 있다는 것을 당업자들이 인식할 것이란 점이 이해될 것이다. 이에 따라, 간결하게 하기 위해, 유체 구동기(1240)는 본 실시예에서 설명하는데 필요한 것을 제외하고 상세히 논의되지 않을 것이다.
[0052] 유체 구동기(1260)는 모터(1261) 및 기어(1270)를 포함한다. 펌프(10)와 관련하여 앞서 논의된 접촉 영역(78)에서의 기어 톱니들(52, 72)의 접촉과 유사한 방식으로, 각각의 기어 톱니들(1272, 1252)가 서로 접촉하도록, 유체 구동기(1260)가 유체 구동기(1240) 옆에 배치된다. 본 실시예에서, 모터(1261)는 내측-로터 모터 설계이며, 도 6에 도시된 것처럼, 모터(1261)는 케이싱(1220) 외부에 배치된다. 모터(1261)의 로터(1264)는 모터 샤프트(1262’)와 스테이터(1266) 사이에 방사상 배치된다. 스테이터(1266)는 로터(1264)의 방사상 바깥쪽에 배치되며 로터(1264)를 둘러싼다. 내측-로터 설계들은, 스테이터(1266)가 예를 들어 모터 하우징(1287)을 통해 간접적으로 또는 직접적으로 펌프 케이싱(1220)에 고정 연결되면서, 로터(1264)에 커플링된 샤프트(1262’)가 회전하는 것을 의미한다. 기어(1270)는 한쪽 단부(1290)에서는 플레이트(1282)에 의해 그리고 다른쪽 단부(1291)에서는 플레이트(1280)에 의해 지지될 수 있는 샤프트(1262)를 포함한다. 케이싱(1220) 외부로 연장하는 기어 샤프트(1262)는, 지점(1290)에서 지점(1288)으로 연장하는 샤프트들을 형성하기 위해, 예를 들어 커플링(1285), 예컨대 샤프트 허브들을 통해 모터 샤프트(1262’)에 커플링될 수 있다. 유체에 대한 필요한 밀봉을 제공하기 위해 하나 또는 그 초과의 밀봉부들(1293)이 배치될 수 있다. 기어(1270)에 모터(1261)를 커플링하는 수단 및 샤프트들(1262, 1262’)의 설계는 본 개시내용의 정신을 이탈하지 않고 변할 수 있다.
[0053] 도 6에 도시된 것처럼, 기어(1270)는 모터(1261)에 인접하게 배치된다. 즉, 모터(1241)와 달리, 모터(1261)는 기어(1270)의 기어 몸체에 배치되지 않는다. 대신, 기어(1270)가 케이싱(1220)에 배치되는 반면, 모터(1261)는 기어(1270)에 인접하게 배치되나 케이싱(1220) 외부에 있다. 도 6의 예시적 실시예에서, 기어(1270)는 샤프트들(1262 및 1262’)을 따라 축방향으로 모터(1261)로부터 이격된다. 로터(1266)는, 모터(1261)에 의해 발생된 토크가 샤프트(1262)를 통해 기어(1270)에 전달되도록, 샤프트(1262)에 커플링된 샤프트(1262’)에 고정 연결된다. 샤프트들(1262 및 1262’)은 하나 또는 그 초과의 위치들에서 베어링들에 의해 지지될 수 있다. 유체 구동기들(1240, 1260)을 포함하는 펌프(1210)의 작동은 펌프(10)의 작동과 유사할 것이며, 이에 따라, 간결하게 하기 위해, 추가로 설명되지 않을 것임을 당업자들이 인식할 것이라는 것이 이해될 것이다.
[0054] 앞선 예시적 실시예에서, 기어(1270)는 샤프트들(1262 및 1262’)의 축방향을 따라 모터(1261)로부터 이격되는 것(즉, 이격되나 축방향으로 정렬됨)으로 도시된다. 그러나, 다른 구성들이 본 개시내용의 범위에 속할 수 있다. 예를 들어, 기어(1270) 및 모터(1261)는 나란히, 서로의 상부에 또는 서로 오프셋되게 포지셔닝될 수 있다. 따라서, 본 개시내용은 케이싱(1220) 외부 모터와 기어 간의 앞서 논의된 위치 관계들 및 이들 간의 비교적 근접한 위치 관계에 대한 임의의 다른 변형들 모두를 포괄한다. 또한, 일부 예시적 실시예들에서, 모터(1261)는 기어(1270)를 적절히 회전시키도록 구성된 외측-로터 모터 설계일 수 있다.
[0055] 추가로, 앞서 설명된 예시적 실시예에서, 모터(1261)의 토크는 샤프트들(1262, 1262’)을 통해 기어(1270)로 전달된다. 그러나, 모터로부터 기어로 토크(또는 전력)를 전달하기 위한 수단이 샤프트들로 제한되지 않는다. 대신, 전력 전달 디바이스들, 예를 들어, 샤프트들, 서브-샤프트들, 벨트들, 체인들, 커플링들, 기어들, 연결 로드들, 캠들 또는 다른 전력 전달 디바이스의 임의의 조합이 본 개시내용의 정신을 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 또한, 모터 하우징(1287)은 케이싱(1220)과 모터 하우징(1287) 사이에 진동 방지기(vibration isolator)(미도시)를 포함할 수 있다. 추가로, 모터 하우징(1287) 장착은 도 6에 예시된 것으로 제한되지 않으며, 모터 하우징은 케이싱(1220) 상의 임의의 적절한 위치에 장착될 수 있거나 또는 심지어 케이싱(1220)으로부터 분리될 수 있다.
[0056] 도 7은 외부 기어 펌프(1310)의 다른 예시적 실시예의 측단면도를 도시한다. 도 7에 도시된 펌프(1310)의 실시예는, 2개의 모터들이 기어 몸체 외부에 배치되는데, 하나의 모터는 여전히 펌프 케이싱 내부에 배치되는 반면 다른 모터는 펌프 케이싱 외부에 배치된다는 점에서, 펌프(10)와 상이하다. 펌프(1310)는 케이싱(1320), 유체 구동기(1340) 및 유체 구동기(1360)를 포함한다. 케이싱(1320)의 내측 표면은 모터 캐비티(1384) 및 기어 캐비티(1386)를 포함하는 내부 볼륨을 한정한다. 케이싱(1320)은 단부 플레이트들(1380, 1382)을 포함할 수 있다. 이들 2개의 플레이트들(1380, 1382)은 복수의 볼트들에 의해 케이싱(1320)의 몸체에 연결될 수 있다.
[0057] 유체 구동기(1340)는 모터(1341) 및 기어(1350)를 포함한다. 본 실시예에서, 모터(1341)는 내측-로터 모터 설계이며, 도 7에 도시된 것처럼, 모터(1341)는 케이싱(1320) 외부에 배치된다. 모터(1341)의 로터(1344)는 모터 샤프트(1342’)와 스테이터(1346) 사이에 방사상 배치된다. 스테이터(1346)는 로터(1344)의 방사상 바깥쪽에 배치되며 로터(1344)를 둘러싼다. 내측-로터 설계들은, 스테이터(1346)가 예를 들어 모터 하우징(1387)을 통해 간접적으로 또는 직접적으로 펌프 케이싱(1320)에 고정 연결되면서, 로터(1344)에 연결된 샤프트(1342’)가 회전하는 것을 의미한다. 기어(1350)는 한쪽 단부(1390)에서는 하부 플레이트(1382)에 의해 그리고 다른쪽 단부(1391)에서는 상부 플레이트(1380)에 의해 지지될 수 있는 샤프트(1342)를 포함한다. 케이싱(1320) 외부로 연장하는 기어 샤프트(1342)는, 지점(1384)에서 지점(1386)으로 연장하는 샤프트들을 형성하기 위해, 예를 들어 커플링(1385), 예컨대 샤프트 허브들을 통해 모터 샤프트(1342’)에 커플링될 수 있다. 유체의 필요한 밀봉을 제공하기 위해 하나 또는 그 초과의 밀봉부들(1393)이 배치될 수 있다. 기어(1350)에 모터(1341)를 커플링하는 수단 및 샤프트들(1342, 1342’)의 설계는 본 개시내용의 정신을 이탈하지 않고 변할 수 있다. 유체 구동기(1340)는 유체 구동기(1260)와 유사하고 유체 구동기(1260)의 구성들 및 기능들은, 앞서 논의된 것처럼, 유체 구동기(1340)에 통합될 수 있다는 것을 당업자들이 인식할 것이란 점이 이해될 것이다. 이에 따라, 간결하게 하기 위해, 유체 구동기(1340)는 본 실시예에서 설명하는데 필요한 것을 제외하고 상세히 논의되지 않을 것이다.
[0058] 또한, 기어(1350) 및 모터(1341)는 나란히, 서로의 상부에 또는 서로 오프셋되게 포지셔닝될 수 있다. 따라서, 본 개시내용은 케이싱(1320) 외부 모터와 기어 간의 앞서 논의된 위치 관계들 및 이들 간의 비교적 근접한 위치 관계에 대한 임의의 다른 변형들 모두를 포괄한다. 또한, 일부 예시적 실시예들에서, 모터(1341)는 기어(1350)를 적절히 회전시키도록 구성된 외측-로터 모터 설계일 수 있다. 추가로, 모터로부터 기어로 토크(또는 전력)를 전달하기 위한 수단이 샤프트들로 제한되지 않는다. 대신, 전력 전달 디바이스들, 예를 들어, 샤프트들, 서브-샤프트들, 벨트들, 체인들, 커플링들, 기어들, 연결 로드들, 캠들 또는 다른 전력 전달 디바이스의 임의의 조합이 본 개시내용의 정신을 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 또한, 모터 하우징(1387)은 케이싱(1320)과 모터 하우징(1387) 사이에 진동 방지기(미도시)를 포함할 수 있다. 추가로, 모터 하우징(1387) 장착은 도 7에 예시된 것으로 제한되지 않으며, 모터 하우징은 케이싱(1320) 상의 임의의 적절한 위치에 장착될 수 있거나 또는 심지어 케이싱(1320)으로부터 분리될 수 있다.
[0059] 유체 구동기(1360)는 모터(1361) 및 기어(1370)를 포함한다. 펌프(10)와 관련하여 앞서 논의된 접촉 영역(128)에서의 기어 톱니들(52, 72)의 접촉과 유사한 방식으로, 각각의 기어 톱니들(1372, 1352)이 서로 접촉하도록, 유체 구동기(1360)가 유체 구동기(1340) 옆에 배치된다. 본 실시예에서, 모터(1361)는 내측-로터 모터 설계이며, 모터 캐비티(1384)에 배치된다. 이 실시예에서, 모터(1361) 및 기어(1370)는 공통 샤프트(1362)를 갖는다. 모터(1361)의 로터(1364)는 샤프트(1362)와 스테이터(1366) 사이에 방사상 배치된다. 스테이터(1366)는 로터(1364)의 방사상 바깥쪽에 배치되며 로터(1364)를 둘러싼다. 베어링(1395)은 모터(1361)와 기어(1370) 사이에 배치될 수 있다. 베어링(1395)은 앞서 논의된 베어링(1095)에 대한 설계 및 기능에 있어 유사하다. 내측-로터 설계는, 스테이터(1366)가 케이싱(1320)에 고정 연결되면서, 로터(1364)에 연결된 샤프트(1362)가 회전하는 것을 의미한다. 또한, 기어(1370)는 또한 샤프트(1362)에 연결된다. 유체 구동기(1360)는 유체 구동기(1060)와 유사하고 유체 구동기(1060)의 구성들 및 기능들은, 앞서 논의된 것처럼, 유체 구동기(1360)에 통합될 수 있다는 것을 당업자들이 인식할 것이란 점이 이해될 것이다. 이에 따라, 간결하게 하기 위해, 유체 구동기(1360)는 본 실시예에서 설명하는데 필요한 것을 제외하고 상세히 논의되지 않을 것이다. 또한, 일부 예시적 실시예들에서, 모터(1361)는 기어(1370)를 적절히 회전시키도록 구성된 외측-로터 모터 설계일 수 있다. 또한, 유체 구동기들(1340, 1360)을 포함하는 펌프(1310)의 작동은 펌프(10)의 작동과 유사할 것이며, 이에 따라, 간결하게 하기 위해, 추가로 설명되지 않을 것임을 당업자들이 인식할 것이라는 것이 이해될 것이다. 또한, 모터로부터 기어로 토크(또는 전력)를 전달하기 위한 수단이 샤프트로 제한되지 않는다. 대신, 전력 전달 디바이스들, 예를 들어, 샤프트들, 서브-샤프트들, 벨트들, 체인들, 커플링들, 기어들, 연결 로드들, 캠들 또는 다른 전력 전달 디바이스의 임의의 조합이 본 개시내용의 정신을 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
[0060] 도 8은 외부 기어 펌프(1510)의 다른 예시적 실시예의 측단면도를 도시한다. 도 8에 도시된 펌프(1510)의 실시예는, 모터들 둘 다가 펌프 케이싱 외부에 배치된다는 점에서 펌프(10)와 상이하다. 펌프(1510)는 케이싱(1520), 유체 구동기(1540) 및 유체 구동기(1560)를 포함한다. 케이싱(1520)의 내측 표면은 내부 볼륨을 한정한다. 케이싱(1520)은 단부 플레이트들(1580, 1582)을 포함할 수 있다. 이들 2개의 플레이트들(1580, 1582)은 복수의 볼트들에 의해 케이싱(1520)의 몸체에 연결될 수 있다.
[0061] 유체 구동기들(1540, 1560)은 각각 모터들(1541, 1561) 및 기어들(1550, 1570)을 포함한다. 펌프(10)와 관련하여 앞서 논의된 접촉 영역(78)에서의 기어 톱니들(52, 72)의 접촉과 유사한 방식으로, 각각의 기어 톱니들(1552, 1572)가 서로 접촉하도록, 유체 구동기(1540)가 유체 구동기(1560) 옆에 배치된다. 본 실시예에서, 모터들(1541, 1561)은 내측-로터 모터 설계이며, 도 8에 도시된 것처럼, 모터들(1541, 1561)은 케이싱(1520) 외부에 배치된다. 모터들(1541, 1561)의 로터들(1544, 1564) 각각은, 각각의 모터 샤프트들(1542’, 1562’)과 스테이터들(1546, 1566) 사이에 방사상으로 배치된다. 스테이터들(1546, 1566)은 각각의 로터들(1544, 1564)의 방사상 바깥방향으로 배치되며 각각의 로터들(1544, 1564)을 둘러싼다. 내측-로터 설계들은, 스테이터들(1546, 1566)이 , 예를 들어 모터 하우징(1587)을 통해 간접적으로 또는 직접적으로 펌프 케이싱(1220)에 고정 연결되면서, 로터들(1544, 1564)에 각각 연결되는 샤프트들(1542’, 1562’)이 회전하는 것을 의미한다. 기어들(1550, 1570)은 각각 단부들(1586, 1590)에서는 플레이트(1582)에 의해 그리고 단부들(1591, 1597)에서는 플레이트(1580)에 의해 지지될 수 있는 샤프트들(1542, 1562)을 포함한다. 케이싱(1520) 외부로 연장하는 기어 샤프트들(1542, 1562)은 각각, 지점들(1591, 1590)에서 지점들(1584, 1588)로 연장하는 샤프트들을 각각 형성하기 위해, 예를 들어 커플링들(1585, 1595), 예컨대 샤프트 허브들을 통해 모터 샤프트들(1542’, 1562’)에 커플링될 수 있다. 유체의 필요한 밀봉을 제공하기 위해 하나 또는 그 초과의 밀봉부들(1593)이 배치될 수 있다. 각각의 기어들(1550, 1570)에 모터들(1541, 1561)을 커플링하는 수단 및 샤프트들(1542, 1542’, 1562, 1562’)의 설계는 본 개시내용의 정신을 이탈하지 않고 변할 수 있다. 유체 구동기(1540, 1560)는 유체 구동기(1260)와 유사하고 유체 구동기(1260)의 구성들 및 기능들은, 앞서 논의된 것처럼, 유체 구동기(1540, 1560)에 통합될 수 있다는 것을 당업자들이 인식할 것이란 점이 이해될 것이다. 이에 따라, 간결하게 하기 위해, 유체 구동기들(1540, 1560)은 본 실시예에서 설명하는데 필요한 것을 제외하고 상세히 논의되지 않을 것이다. 또한, 유체 구동기들(1540, 1560)을 포함하는 펌프(1510)의 작동은 펌프(10)의 작동과 유사할 것이며, 이에 따라, 간결하게 하기 위해, 추가로 설명되지 않을 것임을 당업자들이 또한 인식할 것이라는 것이 이해될 것이다. 또한, 모터로부터 기어로 토크(또는 전력)를 전달하기 위한 수단이 샤프트로 제한되지 않는다. 대신, 전력 전달 디바이스들, 예를 들어, 샤프트들, 서브-샤프트들, 벨트들, 체인들, 커플링들, 기어들, 연결 로드들, 캠들 또는 다른 전력 전달 디바이스의 임의의 조합이 본 개시내용의 정신을 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 또한, 일부 예시적 실시예들에서, 모터들(1541, 1561)은 기어들(1550, 1570)을 각각 회전시키도록 적절히 구성된 외측-로터 모터 설계일 수 있다.
[0062] 예시적 실시예에서, 모터 하우징(1587)은 플레이트(1580)와 모터 하우징(1587) 사이에 진동 방지기(미도시)를 포함할 수 있다. 앞선 예시적 실시예에서, 모터(1541) 및 모터(1561)는 동일한 모터 하우징(1587)에 배치된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 모터(1541) 및 모터(1561)는 개별 하우징들에 배치될 수 있다. 추가로, 모터 하우징(1587) 장착 및 모터 위치들은 도 8에 예시된 것으로 제한되지 않으며, 모터들 및 모터 하우징 또는 하우징들은 케이싱(1520) 상의 임의의 적절한 위치에 장착될 수 있거나 또는 심지어 케이싱(1520)으로부터 분리될 수 있다.
[0063] 기어 톱니들을 갖는 스퍼 기어들을 갖는 외부 기어 펌프 설계와 관련하여 상기 실시예들이 설명되었지만, 2개의 유체 구동기들을 갖는 모터 구동식 외부 기어와 관련하여 아래에 설명되는 개념들, 기능들 및 특징들이 다른 기아 설계들(헬리컬 기어들, 헤링본 기어들, 또는 유체를 구동시키도록 적응될 수 있는 다른 기어 톱니 설계들)을 갖는 외부 기어 펌프들, 다양한 기어 설계들을 갖는 내부 기어 펌프들, 2개 보다 많은 원동기들을 갖는 펌프들, 전기 모터들, 예를 들어 유압 모터들 또는 다른 유체-구동식 모터들 이외의 원동기들, 내연식, 가스 또는 다른 타입의 엔진들 또는 유체 변위 부재들을 구동시킬 수 있는 다른 유사한 디바이스들, 및 기어 톱니를 갖는 외부 기어 이외의 유체 변위 부재들, 예를 들어 기어 톱니를 갖는 내부 기어, 돌기들(예를 들어, 범프들, 연장부들, 벌지들, 돌출부들, 다른 유사한 구조들, 또는 이들의 조합들)을 갖는 허브(예를 들어, 디스크, 실린더, 또는 다른 유사한 컴포넌트), 인덴트들(예를 들어, 캐비티들, 함몰부들, 보이드들 또는 유사한 구조들)을 갖는 허브(예를 들어, 디스크, 실린더, 또는 다른 유사한 컴포넌트), 로브들을 갖는 기어 몸체, 또는 구동될 때 유체를 변위시킬 수 있는 다른 유사한 구조들에 쉽게 적응될 수 있다는 것을 당업자들이 쉽게 인식할 것이라는 것이 이해될 것이다. 이에 따라, 간결하게 하기 위해, 다양한 펌프 설계들의 상세한 설명이 생략된다. 또한,펌프의 타입에 따라, 동기식 접촉은 역 흐름 경로를 밀봉하는 것 대신 또는 역 흐름 경로를 밀봉하는 것 외에 유체의 펌핑을 도울 수 있다는 것을 당업자들은 인식할 것이다. 예를 들어, 특정 내부-기어 지로터(gerotor) 설계들에서, 2개의 유체 구동기들 간의 동기식 접촉은 또한, 대향 기어들의 톱니들 사이에 포획되는 유체 펌핑을 돕는다. 추가로, 앞의 실시예들이 외부 기어 설계를 갖는 유체 변위 부재들을 갖지만, 유체 변위 부재의 타입에 따라, 동기식 접촉은 일면(side-face) 대 일면(side-face) 접촉으로 제한되지 않으며 하나의 유체 변위 부재 상의 적어도 하나의 돌기(예를 들어, 범프, 연장부, 벌지, 돌출부, 다른 유사한 구조 또는 이들의 조합들)의 표면과, 또 다른 유체 변위 부재 상의 적어도 하나의 돌기(예를 들어, 범프, 연장부, 벌지, 돌출부, 다른 유사한 구조 또는 이들의 조합들) 또는 인덴트(예를 들어, 캐비티, 함몰부, 보이드 또는 다른 유사한 구조)의 임의의 표면 사이에서 있을 수 있다는 것을 당업자들은 인식할 것이다. 추가로, 앞의 실시예들에서 2개의 유체 변위 부재들을 독립적으로 그리고 개별적으로 구동시키기 위해 2개의 원동기들이 사용되었지만, 앞서 설명된 실시예들의 일부 장점들(예를 들어, 구동기-구동식 구성에 비해 감소된 오염)이 2개의 유체 변위 부재들을 독립적으로 구동시키기 위해 단일 원동기를 사용함으로써 달성될 수 있다는 것을 당업자들이 인식할 것이라는 것이 이해될 것이다. 일부 실시예들에서, 단일 원동기가, 예를 들어, 타이밍 기어들, 타이밍 체인들, 또는 작동 동안 서로에 대한 동기화를 유지하면서 2개의 유체 변위 부재들을 독립적으로 구동시키는 임의의 디바이스 또는 이 디바이스들의 조합의 사용에 의해 2개의 유체 변위 부재들을 독립적으로 구동시킬 수 있다.
[0064] 유체 변위 부재들, 예를 들어, 앞선 실시예들에서의 기어들은 금속성 물질 또는 비금속성 물질 중 임의의 하나로 전체 만들어질 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 금속성 물질은, 스틸, 스테인리스 스틸, 양극산화된 알루미늄, 알루미늄, 티타늄, 마그네슘, 황동 및 이들 각각의 합금들을 포함할 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 비금속성 물질은, 세라믹, 플라스틱, 복합물, 탄소 섬유, 나노-복합 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속성 물질은 고압을 견디기 위한 강건성(robustness)을 요구하는 펌프에 사용될 수 있다. 그러나, 저압 적용시 사용될 펌프의 경우, 비금속성 물질이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 밀봉 영역을 추가로 강화시키기 위해, 유체 변위 부재들은 탄성 물질, 예를 들어 고무, 엘라스토머 물질등으로 만들어질 수 있다.
[0065] 대안적으로, 유체 변위 부재들, 예를 들어, 앞선 실시예들에서의 기어들은 상이한 물질들의 결합으로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 몸체는 알루미늄으로 만들어질 수 있고 그리고 다른 유체 변위 부재, 예를 들어, 앞선 예시적 실시예들에서 기어 톱니들과 접촉하게 되는 부분은 고압을 견디기 위한 강건성을 요구하는 펌프에 대해 스틸로, 저압 인가를 위한 펌프에 대해 플라스틱으로, 엘라스토머 물질로, 또는 적용 타입에 기초하여 다른 적절한 물질로 만들어질 수 있다.
[0066] 앞선 예시적 실시예들에 부합하는 펌프들은 다양한 유체들을 펌핑할 수 있다. 예를 들어, 펌프들은, 유압 유체, 엔진 오일, 원유, 혈액, 물약(시럽), 페인트들, 잉크들, 수지들, 접착제들, 용융된 열가소성 수지, 비튜멘(bitumen), 피치(pitch), 당밀(molasses), 녹은 초콜릿, 물, 아세톤, 벤젠, 메탄올 또는 다른 유체를 펌핑하도록 설계될 수 있다. 펌핑될 수 있는 유체의 타입에 의해 알수 있듯이, 펌프의 예시적 실시예들은 다양한 애플리케이션들, 예컨대 중장 산업 기기들(heavy and industrial machines), 화학 산업, 음식 산업, 의료 산업, 상업용 애플리케이션들, 주거용 애플리케이션들 또는 펌프들을 사용하는 다른 산업에서 사용될 수 있다. 유체의 점도, 애플리케이션에 대해 원하는 압력 및 흐름, 유체 변위 부재의 설계, 모터들의 크기 및 파워, 물리적 공간 고려사항들, 펌프의 무게, 또는 펌프 설계에 영향을 미치는 다른 인자들과 같은 인자들이 펌프 설계에서 중요한 역할을 할 것이다. 앞서 논의된 실시예들에 부합하는 펌프들이 션의 타입에 따라, 예를 들어, 1 내지 5000 rpm의 일반적 범위에 속하는 작동 범위들을 가질 수 있다는 것이 고려된다. 물론, 이 범위는 제한되지 않으며 다른 범위들도 가능하다.
[0067] 펌프 작동 속도는 펌프 작동 속도는 유체의 점도, 운동기 용량(예를 들어, 전기 모터, 유압 모터 또는 다른 유체-구동식 모터, 내연식, 가스 또는 다른 타입의 엔진들 또는 유체 변위 부재를 구동시킬 수 있는 다른 유사한 디바이스의 용량) 유체 변위 부재 차원들(예를 들어, 기어, 돌기들을 갖는 허브, 인덴트들을 갖는 허브, 또는 구동될 때 유체를 변위시킬 수 있는 다른 유사한 구조들의 차원들), 원하는 유량, 원하는 작동 압력, 및 펌프 베어링 부하와 같은 인자들을 고려함으로써 결정될 수 있다. 예시적 실시예들에서, 예를 들어, 전형적인 산업용 유압 시스템 애플리케이션들과 관련된 애플리케이션에서, 펌프의 작동 속도는 예를 들어, 300 rpm 내지 900 rpm 범위일 수 있다. 또한, 작동 범위는 또한 펌프의 의도된 목적에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 앞선 유압 펌프 예에서, 1-300 rpm 범위에서 작동하도록 설계된 펌프는 유압 시스템에서의 필요에 따라 보충 흐름을 제공하는 대기 펌프(stand-by pump)로서 선택될 수 있다. 300-600 rpm 범위에서 작동하도록 설계된 펌프는 유압 시스템에서의 연속 작동을 위해 선택될 수 있는 반면, 600-900 rpm 범위에서 작동하도록 설계된 펌프는 피크 흐름 작동을 위해 선택될 수 있다. 물론, 단일의 일반적 펌프가 3개의 모든타입들의 작동을 제공하도록 설계될 수 있다.
[0068] 또한, 유체 변위 부재들의 차원들은 펌프의 애플리케이션에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 기어들이 유체 변위 부재들로서 사용될 때, 기어들의 서큘러 피치(circular pitch)는 1 mm 미만(예를 들어, 나일론의 나노-복합 물질)에서 산업용 애플리케이션들에서의 몇 미터 폭의 범위일 수 있다. 기어들의 두께는 애플리케이션에 대한 원하는 압력들 및 흐름들에 의존할 것이다.
[0069] 일부 실시예들에서, 유체 변위 부재들, 예를 들어 한 쌍의 기어들을 회전시키는, 원동기, 예를 들어, 모터의 속도는 펌프로부터의 흐름을 제어하도록 변할 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 원동기, 예를 들어, 모터의 토크는 펌프의 출력 압력을 제어하도록 변할 수 있다.
[0070] 본 발명은 특정 실시예들을 참조로 설명되었지만, 설명된 실시예들에 대한 다수의 변형들, 변경들, 및 변화들이 첨부되는 청구항들에 한정되는 본 발명의 범주 및 범위를 이탈하지 않고 가능하다. 이에 따라, 본 발명은 설명된 실시예들로 제한되는 것이 아니라, 하기 청구항들 및 이들의 등가물들의 언어로 한정되는 전체 범주를 갖는 것으로 의도된다.

Claims (88)

  1. 펌프로서,
    내부 볼륨을 한정하는 케이싱 ―상기 케이싱은 상기 내부 볼륨과 유체 연통하는 제 1 포트 및 상기 내부 볼륨과 유체 연통하는 제 2 포트를 포함함―;
    상기 내부 볼륨내에 배치되는 제 1 기어 ―상기 제 1 기어는 제 1 기어 몸체 및 복수의 제 1 기어 톱니들을 가짐―;
    상기 내부 볼륨내에 배치되는 제 2 기어 ―상기 제 2 기어는 제 2 기어 몸체 및 상기 제 2 기어 몸체로부터 방사상 바깥방향으로 돌출하는 복수의 제 2 기어 톱니들을 가지며, 상기 제 2 기어는 상기 복수의 제 2 기어 톱니들 중 적어도 하나의 톱니의 제 2 면(face)이 상기 복수의 제 1 기어 톱니들 중 적어도 하나의 톱니의 제 1 면과 정렬하도록 배치됨―;
    제 1 흐름 경로를 따라 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하기 위해, 제 1 방향으로 제 1 기어의 제 1 축방향 중심선을 중심으로 상기 제 1 기어를 회전시키는 제 1 모터; 및
    제 2 흐름 경로를 따라 상기 제 1 포트로부터 상기 제 2 포트로 유체를 전달하기 위해 그리고 제 2 면과 제 1 면 사이에 동기식 접촉(synchronized contact)을 제공하기 위해, 제 2 방향으로 상기 제 2 기어의 제 2 축방향 중심선을 중심으로, 제 1 모터와 독립적으로, 상기 제 2 기어를 회전시키는 제 2 모터를 포함하고,
    상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터는 가변 속도 모터이며, 상기 동기식 접촉은 상기 펌프의 미끄럼 계수(slip coefficient)가 3000 psi 내지 5000 psi 범위의 펌프 압력들에 대해 5% 이하, 2000 psi 내지 3000 psi 범위의 펌프 압력들에 대해 3% 이하, 1000 psi 내지 2000 psi 범위의 펌프 압력들에 대해 2% 이하, 및 1000 psi 까지 범위의 펌프 압력들에 대해 1% 이하가 되도록, 상기 제 2 포트와 상기 제 1 포트 사이의 유체 경로를 밀봉(seal)하는,
    펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기어 몸체는 상기 제 1 모터를 수용하기 위한, 상기 제 1 축방향 중심선을 따르는 제 1 실린더형 개구를 포함하며,
    상기 제 1 모터는 외측-로터 모터(outer-rotor motor)이며 상기 제 1 실린더형 개구에 배치되고, 상기 제 1 모터는 제 1 로터를 포함하며,
    상기 제 1 로터는 상기 제 1 방향으로 상기 제 1 축방향 중심선을 중심으로 상기 제 1 기어를 회전시키기 위해 상기 제 1 기어에 커플링되는, 펌프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 모터는 제 1 로터를 포함하는 내부-로터 모터(internal-rotor motor)이며, 상기 제 1 로터는 제 1 모터 샤프트가 상기 제 1 로터와 함께 회전하도록 상기 제 1 모터 샤프트에 커플링되며,
    상기 제 1 모터 샤프트는 상기 제 1 방향으로 상기 제 1 축방향 중심선을 중심으로 상기 제 1 기어를 회전시키기 위해 상기 제 1 기어에 커플링되는, 펌프.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 기어 몸체는 상기 제 2 모터를 수용하기 위한, 상기 제 2 축방향 중심선을 따르는 제 2 실린더형 개구를 포함하며,
    상기 제 2 모터는 외측-로터 모터이며 상기 제 2 실린더형 개구에 배치되고, 상기 제 2 모터는 제 2 로터를 포함하며,
    상기 제 2 로터는 상기 제 2 방향으로 상기 제 2 축방향 중심선을 중심으로 상기 제 2 기어를 회전시키기 위해 상기 제 2 기어에 커플링되는, 펌프.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 모터는 제 2 로터를 포함하는 내부-로터(internal-rotor) 모터이며, 상기 제 2 로터는 모터 샤프트가 상기 제 2 로터와 함께 회전하도록 상기 모터 샤프트에 커플링되며,
    상기 모터 샤프트는 상기 제 2 방향으로 상기 제 2 축방향 중심선을 중심으로 상기 제 2 기어를 회전시키기 위해 상기 제 2 기어에 커플링되는, 펌프.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 모터는 상기 내부 볼륨에 배치되는, 펌프.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 모터는 상기 케이싱 외부에 배치되는, 펌프.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 모터는 제 2 로터를 포함하는 내부-로터 모터이며, 상기 제 2 로터는 제 2 모터 샤프트가 상기 제 2 로터와 함께 회전하도록 상기 제 2 모터 샤프트에 커플링되며,
    상기 제 2 모터 샤프트는 상기 제 2 방향으로 상기 제 2 축방향 중심선을 중심으로 상기 제 2 기어를 회전시키기 위해 상기 제 2 기어에 커플링되는, 펌프.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터는 상기 내부 볼륨에 배치되는, 펌프.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 모터는 상기 내부 볼륨에 배치되고 상기 제 2 모터는 상기 케이싱 외부에 배치되는, 펌프.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터는 상기 케이싱 외부에 배치되는, 펌프.
  12. 삭제
  13. 삭제
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  15. 삭제
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  17. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 유압 유체(hydraulic fluid)인, 펌프.
  18. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 물(water)인, 펌프.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터는 양방향성(bi-directional)인, 펌프.
  22. 삭제
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  28. 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법으로서,
    상기 펌프는 그 내부에 내부 볼륨을 한정하는 펌프 케이싱을 포함하며, 상기 펌프는 제 1 모터, 제 2 모터, 복수의 제 1 기어 톱니들을 갖는 제 1 기어 및 복수의 제 2 톱니들을 갖는 제 2 기어를 더 포함하며,
    상기 방법은:
    제 1 흐름 경로를 따라 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하기 위해, 제 1 방향으로 상기 제 1 기어의 제 1 축방향 중심선을 중심으로 상기 제 1 기어를 회전시키기 위해 상기 제 1 모터를 회전시키는 단계;
    제 2 흐름 경로를 따라 상기 제 1 포트로부터 상기 제 2 포트로 유체를 전달하기 위해, 제 2 방향으로 상기 제 2 기어의 제 2 축방향 중심선을 중심으로 상기 제 2 기어를 회전시키기 위해, 상기 제 1 모터와 독립적으로, 상기 제 2 모터를 회전시키는 단계;
    상기 제 2 기어의 속도가 상기 제 1 기어의 속도의 99 퍼센트 내지 100 퍼센트 범위가 되게 동기화시키는 단계; 및
    상기 복수의 제 2 기어 톱니들 중 적어도 하나의 톱니의 면과 상기 복수의 제 1 기어 톱니들 중 적어도 하나의 톱니의 면 간의 접촉을 동기화시키는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터는 가변 속도 모터이며, 상기 동기식 접촉은 상기 펌프의 미끄럼 계수가 3000 psi 내지 5000 psi 범위의 펌프 압력들에 대해 5% 이하, 2000 psi 내지 3000 psi 범위의 펌프 압력들에 대해 3% 이하, 1000 psi 내지 2000 psi 범위의 펌프 압력들에 대해 2% 이하, 및 1000 psi 까지 범위의 펌프 압력들에 대해 1% 이하가 되도록, 상기 제 2 포트와 상기 제 1 포트 사이의 유체 경로를 밀봉하는,
    펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 기어의 기어 몸체에 상기 제 1 축방향 중심선을 따라 제 1 실린더형 개구를 제공하는 단계;
    상기 제 1 실린더형 개구내에 상기 제 1 모터를 배치하는 단계;
    상기 제 1 기어에 상기 제 1 모터의 제 1 로터를 커플링하는 단계; 및
    상기 제 1 방향으로 상기 제 1 축방향 중심선을 중심으로 상기 제 1 기어를 회전시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제 1 모터는 외측-로터 모터인, 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 기어에 상기 제 1 모터의 제 1 모터 샤프트를 커플링하는 단계; 및
    상기 제 1 방향으로 상기 제 1 축방향 중심선을 중심으로 상기 제 1 기어를 회전시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제 1 모터는 내부-로터 모터인, 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 2 기어의 기어 몸체에 상기 제 2 축방향 중심선을 따라 제 2 실린더형 개구를 제공하는 단계;
    상기 제 2 실린더형 개구내에 상기 제 2 모터를 배치하는 단계;
    상기 제 2 기어에 상기 제 2 모터의 제 2 로터를 커플링하는 단계; 및
    상기 제 1 방향으로 상기 제 2 축방향 중심선을 중심으로 상기 제 2 기어를 회전시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제 2 모터는 외측-로터 모터인, 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 2 기어에 상기 제 2 모터의 제 2 모터 샤프트를 커플링하는 단계; 및
    상기 제 2 방향으로 상기 제 2 축방향 중심선을 중심으로 상기 제 2 기어를 회전시키는 단계 더 포함하며, 상기 제 2 모터는 내부 로터 모터인, 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 내부 볼륨에 상기 제 2 모터를 배치하는 단계를 더 포함하는, 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 케이싱 외부에 상기 제 2 모터를 배치하는 단계를 더 포함하는, 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
  35. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 2 기어에 상기 제 2 모터의 제 2 모터 샤프트를 커플링하는 단계; 및
    상기 제 2 방향으로 상기 제 2 축방향 중심선을 중심으로 상기 제 2 기어를 회전시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제 2 모터는 내부-로터 모터인, 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 내부 볼륨에 상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터를 배치하는 단계를 더 포함하는, 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 내부 볼륨에 상기 제 1 모터를 배치하는 단계; 및
    상기 케이싱 외부에 상기 제 2 모터를 배치하는 단계를 더 포함하는, 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
  38. 제 35 항에 있어서,
    상기 케이싱 외부에 상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터를 배치하는 단계를 더 포함하는, 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
  39. 삭제
  40. 제 28 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유압 유체를 펌핑하는 단계를 더 포함하는, 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
  41. 제 28 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    물을 펌핑하는 단계를 더 포함하는, 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
  42. 삭제
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  46. 삭제
  47. 삭제
  48. 제 28 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터는 양방향으로(in either direction) 회전될 수 있는, 펌프의 제 1 포트로부터 제 2 포트로 유체를 전달하는 방법.
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