KR20050033028A

KR20050033028A - 모터 및 이를 구비한 펌프

Info

Publication number: KR20050033028A
Application number: KR1020040078400A
Authority: KR
Inventors: 나이토히로아키
Original assignee: 아이산 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2005-04-08
Also published as: US20050074343A1; KR100614738B1; JP2005110478A; DE102004047662A1

Abstract

본 발명은 가능하다면 펌프를 위한 모터로서, 하우징과, 상기 하우징내에 배치되고 상기 하우징의 내벽상에 장착된 제 1 부재와, 상기 하우징내에 회전 가능하게 배치되고 회전 샤프트를 구비하는 제 2 부재를 구비하는 모터를 제공한다. 회전 샤프트의 제 1 단부를 회전 샤프트의 축방향으로 지지하기 위해 하우징내에 스러스트 베어링이 장착된다. 코어와 코어 둘레에 권취된 코일이 제 1 및 제 2 부재중 하나상에 제공된다. 제 1 및 제 2 부재중 다른 하나상에는 한 세트의 자석이 제공된다. 코어 및 한 세트의 자석은 코어와 한 세트의 자석 사이에서 자속이 발생되는 영역에 자력이 발생하도록 위치된다. 자력은 스러스트 베어링을 향해 제 2 부재를 이동시킨다.

Description

모터 및 이를 구비한 펌프{ELECTRICALLY DRIVEN MOTORS AND PUMPS HAVING SUCH MOTORS}

본 발명은 전동 모터 및 이를 구비하는 펌프에 관한 것이다.

각종 전동 모터가 공지되어 있다. 예를 들면, 일본 공개 특허 공보 제 2000-102210 호는 하우징, 스테이터, 로터, 자석, 스러스트 베어링(thrust bearing) 및 스프링을 구비하는 브러시리스형 전동 모터(brush-less electrically driven motor)를 개시하고 있다. 로터는 하우징에 의해 회전 가능하게 지지되는 로터 샤프트를 구비한다. 자석은 로터상에 설치되고, 소정 간격을 두고 스테이터와 대향되어 있다. 스러스트 베어링은 하우징에 장착되고 스러스트 방향에 대해 로터 샤프트의 일 단부를 지지한다. 스프링은 로터를 스러스트 베어링쪽 방향으로 편압시켜, 로터의 일 단부가 스러스트 베어링에 대해 가압된다.

상기 공보의 모터는 로터를 스러스트 베어링쪽으로 편압시키기 위한 스프링을 필요로 하기 때문에, 비교적 다수의 부품 및 모터를 조립하기 위한 비교적 다수의 조립 단계를 갖는 문제점이 있었다. 이들 문제점은 모터를 소형화하는 시도에 있어서 제한이었다.

따라서 본 발명의 목적은 부품의 개수 및 전동 모터의 조립 단계의 수를 최소화하는 향상된 기술을 개시하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 모터는 하우징, 하우징내에 배치되고 하우징의 내벽에 장착된 제 1 부재, 및 하우징내에 회전 가능하게 배치되고 회전 샤프트를 갖는 제 2 부재를 구비하고 있음을 알 수 있다. 제 2 부재는 회전 샤프트의 반경방향으로 제 1 부재와 대향된다. 회전 샤프트의 축선 방향으로 회전 샤프트의 제 1 단부를 지지하기 위해 스러스트 베어링이 하우징내에 장착된다. 코어 및 이 코어 둘레에 권취된 코일이 제 1 및 제 2 부재중 하나상에 제공된다. 한 세트의 자석이 제 1 및 제 2 부재중 다른 하나에 제공되어, 코일이 여기되었을 경우 제 1 부재에 대해 제 2 부재를 회전시키는 회전력이 발생된다. 코어 및 한 세트의 자석은, 코어와 한 세트의 자석 사이에서 자속(magnetic flux)이 발생되는 영역에서 자력(magnetic force)이 발생하도록 함으로써, 제 2 부재가 스러스트 베어링쪽으로 이동된다.

따라서, 회전 샤프트를 스러스트 베어링쪽으로 편압시키기 위해 스프링을 사용할 필요가 없다. 결과적으로, 부품의 개수 및 모터의 조립 단계의 수가 감소될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 코어 및 한 세트의 자석은 회전 샤프트의 축선 방향으로 서로 오프셋되어 있다. 이러한 사실은 한 세트의 자석에 대해 코어의 위치를 사전 결정함으로써 편압력이 용이하게 발생되도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 모터는 브러시리스 모터로서 구성된다. 따라서, 제 1 부재는 코어와 코일을 갖는 스테이터이고, 제 2 부재는 한 세트의 자석을 갖는 로터이다.

브러시리스 모터의 경우, 한 세트의 자석은 스러스트 베어링으로부터 멀어지는 방향으로 코어에 대해 오프셋될 수 있다. 또한, 코어 및 한 세트의 자석은 회전 샤프트의 축선 방향으로 상이한 길이를 가질 수 있다. 한 세트의 자석은 스러스트 베어링으로부터 멀어지는 방향으로 코어를 지나 연장될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 모터는 DC 모터로서 구성된다. 따라서, 제 1 부재는 한 세트의 자석이고, 제 2 부재는 코어와 코일을 갖는 전기자(armature)이다.

DC 모터의 경우, 코어는 한 세트의 자석에 대해 스러스트 베어링으로부터 멀어지는 방향으로 오프셋될 수 있다. 또한, 코어와 한 세트의 자석은 회전 샤프트의 축선 방향으로 상이한 길이를 가질 수 있다. 코어는 스러스트 베어링으로부터 멀어지는 방향으로 한 세트의 자석을 지나 연장될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 모터는 제 1 단부 커버 및 제 2 단부 커버를 더 구비한다. 제 1 단부 커버는 스러스트 베어링과 대향하는 방향으로 하우징의 일 단부에 배치된다. 제 2 단부 커버는 하우징의 다른 단부, 즉 스러스트 베어링을 수납하는 측에 배치된다. 제 1 단부 커버는 하우징과 일체형으로 형성될 수 있다. 따라서, 부품의 개수 및 모터의 조립 단계의 수를 더욱 감소시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 회전 샤프트는 제 1 단부와 (축선 방향으로) 대향된 제 2 단부를 갖는다. 제 1 단부 커버는 회전 샤프트의 제 2 단부를 회전 가능하게 지지한다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 스러스트 베어링은 제 2 단부 커버에 장착된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 모터는 코일로의 전류 공급을 제어하기 위해 코일에 전기적으로 접속된 전기 제어 회로를 더 구비한다. 전기 제어 회로는 제 1 단부 커버내에 형성된 실질적으로 폐쇄된 공간내에 배치된다. 실질적으로 폐쇄된 공간은 단락 가능성 또는 전기 접속의 불량을 방지한다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 펌프는 모터 섹션과 펌프 섹션을 구비함을 알 수 있다. 전술된 여러 종류의 모터가 모터 섹션으로 장착될 수 있다. 또한, 모터 섹션의 하우징은 펌프 섹션의 하우징으로서 활용될 수 있다. 펌프는 물, 오일 및 연료와 같은 액체를 펌핑할 수 있다. 예를 들면, 펌프는 연료를 자동차의 내연 기관으로 이송시키기 위해 자동차의 연료 탱크로부터 연료를 펌핑하는 연료 펌프일 수 있다.

이상 및 이하에 개시된 각각의 부가적인 실시예 및 개시내용은 단독적으로 또는 부품의 개수 및 조립 단계의 수를 감소시킨 개선된 모터 및 펌프를 제공하는 다른 실시예 및 개시내용과 연관하여 활용될 수 있다. 이들 다수의 부가적인 실시예 및 개시내용 양자를 단독적으로 및 서로 연관지어 활용하는 본 발명의 대표적인 실시예가 첨부 도면을 참조하여 자세히 설명된다. 이러한 상세한 설명은 단지 당업자가 본 발명의 바람직한 실시예를 실시할 수 있도록 보다 자세히 교시하는 것이지, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 특허청구범위만이 청구된 발명의 범위를 규정한다. 따라서, 하기의 상세한 설명에 개시된 실시예 및 단계의 조합은 넓은 관점에서 본 발명을 실시하는데 필요하지 않을 수 있으며, 단지 본 발명의 대표적인 실시예를 특별히 설명하는 것임을 알 수 있다. 또한, 대표적인 실시예 및 종속항의 여러 특징부는 본 발명의 추가적으로 유용한 실시예를 제공하기 위해 특별히 열거되지 않는 방식으로 조합될 수 있다.

본 발명의 여러 대표적인 실시예는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된다.

제 1 실시예

도 1을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 연료 펌프(1)가 자동차(도시되지 않음)에 장착될 수 있으며 모터 섹션(10)으로서 브러시리스 DC 모터를 갖는다. 도 1의 수직 단면도에 도시된 바와 같이, 연료 펌프(1)는 모터 섹션(10) 이외에 펌프 섹션(50)을 구비한다. 펌프 섹션(50)은 모터 섹션(10)의 하측에 배치된다.

모터 섹션(10)을 설명하면 하기와 같다. 모터 섹션(10)은 하우징(11), 하우징(11)내에 회전 가능하게 지지된 로터(20), 및 하우징(11)내에 고정식으로 장착된 스테이터(30)를 대체로 구비한다. 하우징(11)은 실질적인 원통형 하우징 튜브(13), 하우징 튜브(13)의 상단부에 장착된 상단부 커버(15), 펌프 케이싱(51), 및 하우징 튜브(13)의 하단부에 장착된 펌프 커버(53)를 구비한다. 축방향 지지 구멍(16)이 상단부 커버(15)의 내벽(도 1에서 보았을 때 하부 벽)에 형성되고, 하우징 튜브(13)의 중심축을 따라서 실질적으로 연장된다. 실질적인 원통형 토출구(17)는 상단부 커버(15)의 내측과 외측 사이에서 소통하도록 상단부 커버(15)에 형성된다. 토출구(17)는 하우징 튜브(13)의 중심축에 평행하게 연장하지만, 작은 거리를 두고 그것으로부터 변위된다.

로터(20)는 로터 샤프트(21), 로터 샤프트(21)에 프레스 피팅(press-fitting)된 한 쌍의 상부 및 하부 리테이너(23), 리테이너(23)에 프레스 피팅된 원통형 요크(yoke)(25), 및 수지로 제조된 접착제에 의해 요크(25)의 외주연부에 접착된 영구 자석(27)을 구비한다. 리테이너(23)는 스테인리스강으로 제조된다. 요크(25) 또한 스테이리스강으로 제조되지만 전자석화(electrically magnetized)될 수 있다. 영구 자석(27)은 소정 간극을 두고 스테이터(30)와 대향된다. 영구 자석(27)은 원주방향으로 배열된 4개의 자극(magnetic pole)을 갖는다.

펌프 케이싱(51)은 베어링(28)을 거쳐 로터 샤프트(21)의 하부를 회전 가능하게 지지한다. 반면에, 축방향 지지 구멍(16)은 베어링(29)을 거쳐 로터 샤프트(21)의 상단부를 회전 가능하게 지지한다. 로터 샤프트(21)는 베어링(28)을 지나 하측으로 더욱 연장되는 하단부(21a)를 갖는다. 하단부(21a)는 실질적인 D자형 단면을 가지며, 임펠러(59)에 형성된 대응하는 D자형 캐비티(59a)내에 삽입된다. 또한, 하단부(21)는 스러스트 베어링(57)의 상면과 접촉하는 구형 하단부 표면(21b)을 갖는다. 스러스트 베어링(57)은 펌프 커버(53)내에 장착된다.

각각의 상부 및 하부 리테이너(23)는 개별 플랜지부(23a)를 갖는다. 상부 리테이너(23)의 플랜지부(23a)는 수지로 제조된 접착제에 의해 요크(25)의 상단부 및 자석(27)의 상단부에 접착될 수 있다. 마찬가지로, 하부 리테이너(23)의 플랜지부(23a)는 수지로 제조된 접착제에 의해 요크(25)의 하단부 및 자석(27)의 하단부에 접착될 수 있다.

스테이터(30)는 스테이터 코어(31), 수지로 제조되고 스테이터 코어(31)를 유지하는 홀더(holder)(32), 및 스테이터 코어(31) 둘레에 권취된 스테이터 코일(33)을 구비한다. 스테이터(30)는 하우징 튜브(13)내에 밀착하여 끼워진다. 스테이터 코일(33)의 단자 단부(33a)는 융접(fusion welding) 또는 그와 유사한 방식으로 단자(35)의 하단부에 전기 접속된다. 단자(35)의 상단부는 오목부(18)내로 연장하도록 상단부 커버(15)에 형성된 단자 수납 구멍(15a)내로 삽입된다. 오목부(18)는 제어 회로(40)를 수납하도록 상단부 커버(15)에 형성된다. 오목부(18)는 제어 회로(40)를 수용하기 위해 상단부 커버(15)에 형성된다. 그리고, 단자(35)의 상단부는 오목부(18)내에 배치된 접속 회로 보드(38)에 전기 접속된다. 접속 회로 보드(38)는 적절한 지지체(도시되지 않음)를 거쳐 오목부(18)내에 지지된다.

오목부(18)는 바닥을 가진 오목부로서 구성되며, 상단부 커버(15)의 상부 외부 표면에서 개방된다. 제어 회로(40)는 또한 적절한 지지체(도시되지 않음)를 거쳐 오목부(18)내에 지지된다. 제어 회로(40)는 접속 단자(42)를 구비한 코일측 회로 보드(41) 및 입력 단자(44)를 구비한 커버측 회로 보드(43)를 포함한다. 접속 단자(42)의 일 단부(도 1에 하단부로 도시됨)는 접속 회로 보드(38)에 접속된다. 입력 단자(44)의 일 단부(도 1에 상단부로 도시됨)는 오목부(18)의 개방 상단부로부터 오목부(18)의 개방 상단부를 폐쇄하는 보조 커버(46)를 거쳐 연료 펌프(1)의 외부까지 연장된다. 도면에 도시되지 않았지만, 제어 회로(40)는 전력 MOS-FET 및 구동 회로를 포함한다. MOS-FET은 스테이터 코일(33)의 U 페이즈 부분, V 페이즈 부분 및 W 페이즈 부분으로의 전류 공급을 허용 및 차단한다. 구동 회로는 MOS-FET의 동작을 제어하는 역할을 한다. 보다 상세하게는, 소정 오버랩핑 회전 주기동안, 구동 회로는 스테이터 코일(33)의 각 페이즈 부분을 여기하기 위해 MOS-FET을 활성화시킨다.

보조 커버(46)는 접착제, 열 크림핑 및 스크류 또는 다른 고정 장치(도시되지 않음)에 의한 기계적 고정 등의 적절한 부착 수단에 의해 상단부 커버(15)에 부착되며, 그리하여 오목부(18)의 개방된 상단부는 밀폐된다. 단자 삽입 구멍(46a)이 보조 커버(46)에 형성되며, 그리하여 제어 회로(40)의 입력 단자(44)의 상단부(도 1에 도시됨)는 단자 삽입 구멍(46a)을 통해 펌프(1)의 외부로 연장된다.

상단부 커버(15)는 하우징(13)에 대해 회전하는 것이 방지되므로, 상단부 커버(15)는 개방 상단부(13b)를 거쳐 하우징 튜브(13)내로 프레스 피팅된다. 그 후, 하우징 튜브(13)의 개방 상단부(13b)는 가열되고 상단부 커버(15)의 하단부에 대하여 내측으로 크림핑된다. 그 결과 상단부 커버(15)는 하우징 튜브(13)로부터 제거되는 것이 확실히 방지되며, 상단부 커버(15)는 하우징 튜브(13)의 상부 개방부를 밀폐한다. 또한, 링 형상 상부 스페이서(19)가 하우징 튜브(13)내로 끼워져, 상단부 커버(15)와 스테이터(30)의 홀더(30)의 대향 부분들 사이에 배치된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 영구 자석(27)은 펌프 섹션(50)으로부터 축방향으로 멀어지는 방향으로 소정 거리만큼 스테이터(30)로부터 변위된다. 따라서, 자속이 출입하는 스테이터(30)와 자석의 영역에 있어서, 발생된 자속의 불균형을 조정하도록 자력이 생성된다. 그러한 자력은 로터(20)가 펌프 섹션(50)을 향해 축방향으로(도 1에서 하방으로) 이동하도록 강제한다. 따라서, 로터(20)의 로터 샤프트(21)의 구형 단부 표면(21b)은 스러스트 베어링(57)에 대하여 가압될 수 있다. 그 결과, 회전하는 동안의 로터(20)의 흔들림이 방지되거나 또는 최소화될 수 있다. 다시 말해, 로터(20) 및 임펠러(59)는 안정적이고 일정하게 회전할 수 있다.

로터(20)를 강제하는 자력의 크기는 스테이터(30)와 영구 자석(27) 사이의 변위 거리의 크기를 변경함으로써 조절될 수 있다. 대안적으로, 자력의 크기는 또한 스테이터(30)의 길이 또는 영구 자석(27)의 길이를 상대적으로 변경함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 영구 자석(27)의 상단부가 스테이터(30)의 상단부를 지나 연장되는 거리를 증가시키면 자력의 크기를 증가시킬 수 있다. 그러나, 영구 자석(27)이 스테이터(30) 사이의 변위 거리 및 영구 자석(27)이 스테이터(30)를 지나 연장되는 거리는 로터(20)에 필요한 회전력을 확실히 발생시키도록 선택되어야 한다.

이하에 펌프 섹션(50)이 설명된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 펌프 섹션(50)은 펌프 케이싱(51)(모터 섹션(10)의 바로 아래에 배치됨), 펌프 커버(53) 및 임펠러(59)를 구비한다. 펌프 케이싱(51)은 하우징 튜브(13)에 대해 회전하는 것이 방지되면서, 하부 개방 단부(13a)를 거쳐 하우징 튜브(13)내로 프레스 피팅된다. 펌프 챔버(56)는 펌프 케이싱(51)과 펌프 커버(53) 사이에 규정된다. 펌프 커버(53)가 하우징 튜브(13)에 끼워진 후, 하부 개방 단부(13a)는 펌프 커버(53)가 펌프 케이싱(51)에 대해 압축된 상태로 유지되도록 가열되어 내측으로 크림핑된다. 크림핑은 또한 펌프 케이싱(51) 및 펌프 커버(53)가 하우징 튜브(13)로부터 부적절하게 제거되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 펌프 챔버는 펌프(1) 외부 환경과 예기치 않게 연통하지 않도록 밀봉될 수 있다.

흡입구(54)가 펌프 커버(53)에 형성되며, 펌프 챔버(56)의 토출측과 연통한다. 토출구(52)는 펌프 케이싱(51)에 형성되며, 펌프 챔버(56)의 토출측과 연통한다. 펌프 케이싱(51)은 또한 모터 섹션(10)의 하단부 커버의 역할을 한다. 실질적으로 링 형상인 하부 스페이서(39)가 하우징 튜브(13)에 끼워져 펌프 케이싱(51)과 스테이터(30)의 홀더(32)의 대향하는 부분들 사이에 개재된다.

상술한 바와 같이, 펌프 케이싱(51)은 로터(20)의 로터 샤프트(21)의 하단부를 베어링(28)에 의해 회전 가능하게 지지한다. 펌프 케이싱(51)과 펌프 커버(53) 사이에는 임펠러(59)가 배치된다. D자형 캐비티(59a)가 임펠러(59)의 중앙부에 형성된다. 로터 샤프트(21)의 하단부(21a)는 대응하는 D자형 횡단면을 가지며, D자형 캐비티(59a)내로 결합 삽입되며, 그리하여 임펠러(59)가 로터 샤프트(21)와 함께 회전한다. 스러스트 베어링(57)은 펌프 커버(5)의 내벽(도 1에 도시된 상부 벽)에 형성된 축방향 구멍에 프레스 피팅된다. 상술한 바와 같이, 로터 샤프트(21)의 구형 단부 표면(21b)이 스러스트 베어링(57)의 상부 표면과 접촉한다.

이하에 연료 펌프(1)의 작동이 설명된다. 본 발명의 연료 펌프(1)의 실제적인 응용에 있어서, 도면에 도시되지 않았지만, 필터가 흡입구(54)와 접촉하며, 연료 전달 파이프가 토출구(17)에 연결될 수 있다. 연료 펌프(1)의 실제적인 응용은 자동차의 연료 분사 장치에 연료를 전달하는 것일 수 있다. 연료 펌프(1) 전체는 스테이나 또는 임의의 타입의 기계적 또는 화학적(예컨대 접착제) 지지 장치와 같은 적절한 지지 장치에 의해 연료 탱크내에 지지될 수 있다.

제어 회로(40)의 입력 단자(44)에 전력이 공급되면, 제어 회로(40)의 구동부가 작동하여 소정 오버랩핑 시간동안 MOS-FET을 활성화하며, 그리하여 스테이터 코일(33)의 각 페이즈 부분이 적절히 여기된다. 로터(20)는 이러한 3 페이즈 하프 웨이브 구동 동작의 결과로서 회전할 수 있다. 로터(20)가 회전하면, 임펠러(59)도 또한 회전하여 연료 탱크내의 연료를 흡입구(54)를 통해 펌프 챔버(56)내로 전달한다. 그 후, 연료는 펌프 챔버(56)의 토출측으로부터 토출되어 토출구(52)를 통해 하우징(11)내에 공급된다. 하우징(11)내에 토출된 연료는 스테이터(30)와 로터(20) 사이에 위치된 간극을 통해 유동할 수 있으며, 최종적으로는 상단부 커버(15)의 토출구(17)를 통해 외부로 토출된다.

제 1 실시예의 연료 펌프(1)에 따르면, 모터 섹션(10)은 연료 펌프(1)내에 조립되는 브러시리스 모터로서 구성되어 있다. 상술한 바와 같이, 자속이 출입하는 스테이터(30) 및 자석(27)의 영역에 있어서는, 로터(20)를 강제하여 스러스트 베어링(57)에 대하여 로터 샤프트(21)의 구형 단부 표면(21b)을 가압하도록 자력이 발생된다. 이러한 구성은 통상적인 브러시리스 모터가 스러스트 베어링(57)을 향해 로터(20)를 편압하는데 요구되는 별도의 스프링을 제거할 수 있다. 그 결과, 모터의 부품의 수와 모터의 조립 단계의 수가 감소될 수 있다. 결과적으로, 모터 섹션은 사이즈가 작아지고, 모터 섹션의 조립 작업이 효율적으로 수행될 수 있다.

또한, 스러스트 베어링(57)을 향해 로터(20)를 편압하기 위한 별도의 스프링이 제거될 수 있기 때문에, 스프링이 로터 샤프트(21)와 접촉하여 발생할 수 있는 토크 손실 또한 제거될 수 있다. 또한, 로터 샤프트(21) 둘레에 스프링이 배치되지 않기 때문에, 그러한 스프링을 위해 요구되는 공간이 제거될 수 있다. 따라서, 모터 섹션(10)은 사이즈가 작아질 수 있다.

이하에 도 2 내지 도 5를 참조하여 제 2 내지 제 4 실시예가 설명된다. 제 2 내지 제 4 실시예는 제 1 실시예의 변형예이다. 따라서, 도 2 내지 도 5에 있어서, 유사한 부재에는 도 1에서와 동일한 참조부호가 부여되며, 이들 부재에 대한 설명은 반복하지 않는다.

제 2 실시예

이하에 도 2를 참조하여 제 2 실시예가 설명된다. 제 2 실시예는 접속 회로 보드(38)가 하우징(11)내에 배치된 점만이 제 1 실시예와 상이하다. 따라서, 접속 회로 보드(38)는 하우징(11)내의 위치에서 단자(35)에 접속된다. 이 경우, 코일측 회로 보드(41)의 접속 단자(42)는 상단부 커버(15)에 형성된 단자 구멍(15a)을 통해 연장되어, 접속 회로 보드(38)에 전기 접속된다. 이러한 제 2 실시예에 있어서도, 제 1 실시예에서와 실질적으로 동일한 작용 및 이점이 얻어진다.

제 3 실시예

이하에 도 3을 참조하여 제 3 실시예가 설명된다. 제 3 실시예는 하우징(11)의 상단부 커버(15) 및 하우징 튜브(13)가 수지 성형 공정을 거쳐 서로 일체형 하우징 부재(12)로 성형되는 점이 제 1 실시예와 상이하다. 또한, 상부 스페이서(19) 및 하부 스페이서(39)도 하우징 부재(12)와 일체형으로 성형된다. 또한, 단자(35)에 접속된 스테이터 코일(33)의 단자 단부(33a)를 포함하는 스테이터(30)는 삽입 성형 공정을 이용하여 하우징 튜브(13), 즉 하우징 부재(12)내에 일체화된다. 예를 들어, 스테이터(30)는 하우징 부재(12)를 성형하는데 사용되는 몰드의 캐비티내로 세팅된다. 그 후, 수지 재료가 캐비티내로 주입되고, 그 결과 스테이터(30)가 하우징 부재(12)와 일체화된다. 도 4는 성형 공정 전의 스테이터(30)의 수직 단면을 나타낸다. 점선은 하우징 부재(12)가 성형될 부분을 표시한다. 이러한 실시예는 모터 섹션(10)의 부품 수를 절감하는 결과를 가져올 수 있으며, 또한 모터 섹션(10)의 조립 단계의 수를 줄이는 결과를 가져올 수 있다.

또한, 제 3 실시예에 있어서, 제 1 실시예에서와 같은 이점에 부가하여, 모터 섹션(10)의 부품 수 및 모터 섹션(10)의 조립 단계의 수가 더욱 감소될 수 있다. 모터 섹션(10)은 사이즈가 더 감소될 수 있다. 따라서, 스테이터(30)는 하우징 튜브(13)와 상단부 커버(15)를 포함하는 일체형 하우징 부재(12)와 일체형으로 성형되기 때문에, 하우징 튜브(13) 및 상단부 커버(15)를 따로 제조할 필요가 없다. 따라서, 상단부 커버(15)를 하우징 튜브(13)내로 가압하는 조립 단계는 제거될 수 있다. 또한, 스테이터 코어(31) 둘레에 권취된 스테이터 코일(33)을 구비한 스테이터(30)가 삽입 성형 공정을 거쳐 일체형 하우징 부재(12)와 함께 성형되기 때문에, 스테이터(30)를 하우징 튜브(13)내에 밀착 피팅하는 조립 단계가 제거될 수 있다. 그 결과, 제 1 실시예에서 상단부 커버(15)와 스테이터(30)를 하우징 튜브(13)에 조립하는데 요구되는 단계가 제거될 수 있다.

상술한 모터 섹션(10)과 조립되는 연료 펌프(1)는 모터 섹션(10)과 연계하여 상세히 설명된 것과 동일한 이점을 가질 수 있다. 또한, 이 실시예의 연료 펌프(1)에 따르면, 스테이터(30)의 스테이터 코일(33), 단자(35) 및 제어 회로(40)는 연료에 노출되지 않도록 배치될 수 있다. 따라서, 이들 부품의 전기 부식으로 인해 발생할 수 있는 회로 단락 및 전기 접속의 분리와 같은 고장의 가능성이 제거될 수 있다.

또한, 하우징 부재(12)는 수지를 이용하여 성형되므로, 가벼운 구조 및 소음 감소를 제공하는 점에서 유리하다. 또한, 제어 회로(40)[스테이터 코일(33)에 대한 전력 공급을 제어하는데 사용됨]를 수용하기 위한 오목부(18)는 일체형 하우징 부재(12)의 성형 공정과 동시에 형성될 수 있다.

제 4 실시예

이하에 도 5를 참조하여 제 4 실시예가 설명된다. 제 4 실시예는 모터 섹션(10)이 브러시를 갖는 모터로서 구성된다는 점이 제 1 실시예와 상이하다. 다시 말해, 제 4 실시예의 모터 섹션(10)은 DC 모터로서 구성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 있어서는 전기자(60)가 제 1 실시예의 로터(20)를 대체한다. 전기자(60)는 하우징(11)내에 회전 가능하게 지지된다. 소정 수량의 영구 자석(70)이 하우징(11)의 내벽에 고정되며, 전기자(60)의 전기자 코어(62)에 대해 소정 간극을 두고 반경방향으로 대향한다.

전기자(60)는 전기자 코어(62)에 부가하여 전기자 샤프트(61) 및 코머쳐(64)를 포함한다. 코일(도시되지 않음)이 전기자 코어(62) 둘레에 권취되어 있다. 제 1 실시예의 로터 샤프트(21)와 동일한 방식으로, 펌프 케이싱(51)은 베어링(28)을 거쳐 전기자 샤프트(61)의 하부를 회전 가능하게 지지한다. 반대로, 상단부 커버(15)의 축방향 지지 구멍(16)은 베어링(29)을 거쳐 전기자 샤프트의 상단부를 회전 가능하게 지지한다. 또한, 전기자 샤프트(61)는 제 1 실시예의 로터 샤프트(21)의 하단부(21a)와 유사한 실질적으로 D자형 단면을 갖도록 구성된 하단부(61a)를 구비한다. 전기자 샤프트(21)의 하단부(61a)는 임펠러(59)의 대응 D자형 캐비티(59a)내로 삽입된다. 또한, 하단부(61a)는 제 1 실시예의 로터 샤프트(21)의 구형 하단부 표면(21b)과 유사한 구형 하단부 표면(61b)을 구비한다. 전기자 샤프트(61)의 하단부 표면(61b)은 펌프 커버(53)에 장착되는 스러스트 베어링(57)의 상부 표면과 접촉한다.

브러시(65) 및 스프링(66)이 상단부 커버(15)내에 장착된다. 브러시(65)는 전기자(60)의 정류자(64)와 미끄럼 가능하게 접촉하며, 이들 사이에 전기 접속을 형성한다. 스프링(66)은 브러시로 하여금 정류자(64)를 가압하도록 브러시를 편압하는 역할을 한다. 초크 코일(67)의 일 단부가 브러시(65)에 전기 접속된다. 초크 코일(67)의 다른 단부가 외부 회로(도시되지 않음)의 추가 접속을 위해 단자에 접속된다. 상단부 커버(15)의 토출구(17)내로 체크 밸브(72)가 끼워진다. 상단부 커버(15)의 오목부(18)와, 이 오목부(18)내에 수용되는 제어 회로(40), 상부 스페이서(39) 및 보조 커버(46)는 제 4 실시예에 포함되지 않는다.

도 5에 도시된 바와 같이, 전기자(60)의 전기자 커버(62)는 펌프 섹션(50)으로부터 축방향으로 소정 거리만큼 떨어져서 영구 자석(70)으로부터 변위된다. 따라서, 자속이 출입하는 전기자 코어(62) 및 영구 자석(70)의 영역에 있어서는, 발생된 자속의 불균형을 바로잡도록 자력이 생성된다. 그러한 자력은 전기자(60)를 강제하여 펌프 섹션(50)을 향해(도 5에 도시된 바와 같이 하방으로) 이동하도록 한다. 따라서, 전기자(60)의 전기자 샤프트(61)의 구형 단부 표면(61b)은 스러스트 베어링(57)에 대하여 가압될 수 있다. 그 결과, 모터의 회전 또는 동작동안의 전기자(60)의 흔들림이 최소화되거나 또는 방지될 수 있다.

따라서, 제 4 실시예에 있어서는 스러스트 베어링(57)을 향해 전기자(60)를 편압하는 별도의 스프링을 제공할 필요가 없다. 그 결과, 모터의 부품 수 및 모터의 조립 단계의 수가 감소될 수 있고, 모터 섹션은 사이즈가 감소될 수 있으며, 모터 섹션의 조립 작업이 보다 효율적으로 수행될 수 있다.

제 1 내지 제 4 실시예의 가능한 변형예

본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 않으며, 다양한 방법으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 상술한 실시예들의 모터 섹션(10)은 연료 펌프(1)의 펌프 섹션(50)을 구동하도록 되어 있지만, 모터 섹션(10)은 다른 기구를 위한 구동 장치로서 사용될 수 있다. 제 3 실시예에 있어서 일체형 하우징 부재(12)는 수지를 이용하여 성형되었지만, 수지 대신에, 일체형 하우징 부재(12)를 성형하는데 다른 성형 가능한 재료가 사용될 수 있다. 또한, 제 3 실시예의 상단부 커버(15)의 오목부(18)는 제 2 실시예에서와 같이 제거될 수 있다. 또한, 상술한 실시예에 있어서 펌프 섹션(50)은 연료를 펌핑하도록 되어 있지만, 펌프 섹션(50)은 연료 대신에 물과 같은 다른 유체를 펌핑하는데 사용될 수 있다. 또한, 펌프 섹션(50)은 웨스코(Westco) 펌프 또는 재생 펌프와 같은 공지된 타입의 임펠러 펌프로서 구성되었지만, 펌프 섹션(50)은 다른 타입의 펌프로 대체될 수 있다.

본 발명에 따르면 부품의 개수 및 전동 모터의 조립 단계가 최소화된 향상된 전동 모터 및 이를 구비하는 펌프가 제공된다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 연료 펌프의 수직 단면도,

도 2는 제 2 실시예에 따른 연료 펌프의 수직 단면도,

도 3은 제 3 실시예에 따른 연료 펌프의 수직 단면도,

도 4는 도 3의 스테이터의 수직 단면도로서, 일체형 하우징 부재가 점선으로 도시되어 있는 도면,

도 5는 제 4 실시예에 따른 연료 펌프의 수직 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 연료 펌프 10 : 모터 섹션

20 : 로터 25 : 요크

27 : 영구 자석 30 : 스테이터

40 : 제어 회로 50 : 펌프 섹션

57 : 스러스트 베어링 59 : 임펠러

Claims

모터에 있어서,

하우징과,

상기 하우징내에 배치되고, 상기 하우징의 내벽상에 장착된 제 1 부재와,

상기 하우징내에 회전 가능하게 배치되고, 회전 샤프트를 구비하는 제 2 부재로서, 상기 제 2 부재의 적어도 일부가 상기 회전 샤프트의 반경방향으로 상기 제 1 부재의 일부와 대향하는, 상기 제 2 부재와,

상기 하우징내에 장착되고, 상기 회전 샤프트의 제 1 단부를 상기 로터 샤프트의 축방향으로 지지하도록 배열 및 구성된 스러스트 베어링과,

코어와, 상기 제 1 및 제 2 부재중 하나에 제공된 상기 코어를 둘레에 권취되어 있는 코일과, 상기 제 1 및 제 2 부재중 다른 하나에 제공된 한 세트의 자석을 포함하며,

코일을 여기시킴으로써 상기 제 1 부재에 대하여 상기 제 2 부재를 회전시키는 회전력이 발생되고,

상기 코어 및 상기 한 세트의 자석은, 상기 코어와 상기 한 세트의 자석 사이에서 자속이 발생하는 영역에 자력이 생성되어 상기 스러스트 베어링을 향해 상기 제 2 부재를 이동시키도록 위치되는

모터.
제 1 항에 있어서,

상기 코어 및 상기 한 세트의 자석은 상기 회전 샤프트의 축방향으로 서로 오프셋되어 있는

모터.
제 2 항에 있어서,

상기 모터는 브러시리스 모터로서 구성되며, 상기 제 1 부재는 상기 코어 및 상기 코일을 구비하는 스테이터를 포함하고, 상기 제 2 부재는 상기 한 세트의 자석을 구비하는 로터를 포함하는

모터.
제 3 항에 있어서,

성기 한 세트의 자석은 상기 스러스트 베어링으로부터 멀어지는 방향으로 상기 코어에 대해 오프셋되어 있는

모터.
제 4 항에 있어서,

상기 코어 및 상기 한 세트의 자석은 상기 회전 샤프트의 축방향으로 상이한 길이를 가지며, 상기 한 세트의 자석은 상기 스러스트 베어링으로부터 멀어지는 방향으로 상기 코어를 지나 연장되는

모터.
제 2 항에 있어서,

상기 모터는 DC 모터로서 구성되며, 상기 제 1 부재는 상기 한 세트의 자석을 포함하고, 상기 제 2 부재는 상기 코어 및 상기 코일을 구비하는 전기자를 포함하는

모터.
제 6 항에 있어서,

상기 코어는 상기 스러스트 베어링으로부터 멀어지는 방향으로 상기 한 세트의 자석에 대해 오프셋되어 있는

모터.
제 7 항에 있어서,

상기 코어 및 상기 한 세트의 자석은 상기 회전 샤프트의 축방향으로 상이한 길이를 가지며, 그리하여 상기 코어는 상기 스러스트 베어링으로부터 멀어지는 방향으로 상기 한 세트의 자석을 지나 연장되는

모터.
제 1 항에 있어서,

상기 스러스트 베어링에 대향하는 방향으로 상기 하우징의 일 단부상에 배치된 제 1 단부 커버와,

상기 스러스트 베어링측상의 상기 하우징의 다른 단부상에 배치된 제 2 단부 커버를 더 포함하며,

상기 제 1 단부 커버는 상기 하우징과 일체형으로 형성되는

모터.
제 9 항에 있어서,

상기 회전 샤프트는 상기 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부를 구비하고, 상기 제 2 단부는 상기 제 1 단부 커버에 의해 회전 가능하게 지지되는

모터.
제 10 항에 있어서,

상기 스러스트 베어링은 상기 제 2 단부 커버상에 장착되는

모터.
제 9 항에 있어서,

상기 코일에 대한 전류의 공급을 제어하기 위해 상기 코일에 전기 접속된 전기 제어 회로를 더 포함하고, 상기 전기 제어 회로는 상기 제 1 단부 커버내에 형성된 실질적으로 폐쇄된 공간내에 배치되는

모터.
펌프에 있어서,

하우징과,

상기 하우징내에 배치된 모터 섹션으로서, 상기 하우징내에 배치되고, 상기 하우징의 내벽상에 장착된 제 1 부재와; 상기 하우징내에 회전 가능하게 배치되고, 회전 샤프트를 구비하는 제 2 부재로서, 상기 제 2 부재의 적어도 일부가 상기 회전 샤프트의 반경방향으로 상기 제 1 부재의 일부와 대향하는, 상기 제 2 부재와; 코어와, 상기 제 1 및 제 2 부재중 하나에 제공된 상기 코어의 둘레에 권취되어 있는 코일과, 상기 제 1 및 제 2 부재중 다른 하나에 제공된 한 세트의 자석을 포함하며, 코일이 여기되면 상기 제 1 부재에 대하여 상기 제 2 부재를 회전시키는 회전력이 발생되는, 상기 모터 섹션과,

상기 하우징내에 장착되고, 상기 회전 샤프트의 제 1 단부를 상기 로터 샤프트의 축방향으로 지지하도록 배열 및 구성된 스러스트 베어링과,

상기 하우징내에 배치되고, 상기 모터 섹션에 의해 구동되도록 배열 및 구성된 펌프 섹션을 포함하며,

상기 코어 및 상기 한 세트의 자석은, 상기 코어와 상기 한 세트의 자석 사이에서 자속이 발생하는 영역에 자력이 생성되어 상기 스러스트 베어링을 향해 상기 제 2 부재를 이동시키도록 위치되는

펌프.
제 13 항에 있어서,

상기 코어 및 한 세트의 자석은 상기 회전 샤프트의 축방향으로 서로 오프셋되어 있는

펌프.
제 14 항에 있어서,

상기 모터 섹션은 브러시리스 모터로서 구성되며, 상기 제 1 부재는 상기 코어 및 상기 코일을 구비하는 스테이터를 포함하고, 상기 제 2 부재는 상기 한 세트의 자석을 구비하는 로터를 포함하는

펌프.
제 15 항에 있어서,

성기 한 세트의 자석은 상기 스러스트 베어링으로부터 멀어지는 방향으로 상기 코어에 대해 오프셋되어 있는

펌프.
제 16 항에 있어서,

상기 코어 및 상기 한 세트의 자석은 상기 회전 샤프트의 축방향으로 상이한 길이를 가지며, 그에 따라 상기 한 세트의 자석이 상기 스러스트 베어링으로부터 멀어지는 방향으로 상기 코어를 지나 연장되는

펌프.
제 14 항에 있어서,

상기 모터 섹션은 DC 모터로서 구성되며, 상기 제 1 부재는 상기 한 세트의 자석을 포함하고, 상기 제 2 부재는 상기 코어 및 상기 코일을 구비하는 전기자를 포함하는

펌프.
제 18 항에 있어서,

상기 코어는 상기 스러스트 베어링으로부터 멀어지는 방향으로 상기 한 세트의 자석에 대해 오프셋되어 있는

펌프.
제 19 항에 있어서,

상기 코어 및 상기 한 세트의 자석은 상기 회전 샤프트의 축방향으로 상이한 길이를 가지며, 그에 따라 상기 코어가 상기 스러스트 베어링으로부터 멀어지는 방향으로 상기 한 세트의 자석을 지나 연장되는

펌프.
제 13 항에 있어서,

상기 스러스트 베어링에 대향하여 축방향으로 상기 하우징의 일 단부상에 배치된 제 1 단부 커버와,

상기 스러스트 베어링측상의 상기 하우징의 다른 단부상에 배치된 제 2 단부 커버를 더 포함하며,

상기 제 1 단부 커버는 상기 하우징과 일체형으로 형성되는

펌프.
제 21 항에 있어서,

상기 회전 샤프트는 상기 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부를 구비하고,

상기 제 2 단부는 상기 제 1 단부 커버에 의해 회전 가능하게 지지되는

펌프.
제 22 항에 있어서,

상기 스러스트 베어링은 상기 제 2 단부 커버상에 장착되는

펌프.
제 21 항에 있어서,

상기 코일에 대한 전류의 공급을 제어하기 위해 상기 코일에 전기 접속된 전기 제어 회로를 더 포함하고, 상기 전기 제어 회로는 상기 제 1 단부 커버내에 형성된 실질적으로 폐쇄된 공간내에 배치되는

펌프.
제 13 항에 있어서,

상기 펌프는 액체를 펌핑하는데 사용되는

펌프.