KR20070049574A

KR20070049574A - 임펠러 및 임펠러를 갖는 유체 펌프

Info

Publication number: KR20070049574A
Application number: KR1020060109281A
Authority: KR
Inventors: 히데끼 나리사꼬; 다다시 하자마
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2007-05-11
Also published as: DE102006035408A1; US20070104567A1; US7597543B2; DE102006035408B4; KR100838910B1

Abstract

본 발명에 따른 임펠러(30)는 회전 방향에 대해 배열되는 베인 홈(36)을 포함한다. 각각의 베인 홈(36)의 후방 표면(37)의 적어도 반경-방향 내부 측면은 회전 방향에 대해 후방으로 반경-방향으로 외향으로 경사진다. 후방 표면(37)은 선분(110)에 의해 연결되는 반경-방향 내부 단부(37a) 및 반경-방향 외부 단부(37b)를 갖는다. 선분(110) 그리고 임펠러(30)의 반경(102)은 그 사이에 후방 경사각 α를 한정한다. 후방 표면(37)은 회전 방향에 대해 전방으로 임펠러(30)의 두께-중심부(37c)로부터 임펠러(30)의 각각의 두께-단부(37d)를 향해 경사진다. 두께-중심부(37c) 및 두께-단부(37d)는 선분(112)을 통해 연결된다. 선분(112) 및 두께-중심부(37c)는 그 사이에 전방 경사각 β를 한정한다. 각도 α 및 각도 β는 다음의 관계 즉 15˚≤α≤30˚, β≤60˚, 및 1≤β/α≤4를 충족시킨다.

유체 펌프, 임펠러, 구획 벽, 펌프 통로, 베인 홈, 후방 표면

Description

임펠러 및 임펠러를 갖는 유체 펌프 {IMPELLER AND FLUID PUMP HAVING THE SAME}

도1은 제1 실시예에 따른 연료 펌프를 도시하는 단면도.

도2a는 입구측으로부터 볼 때의 연료 펌프의 임펠러의 베인 홈을 도시하는 개략도 그리고 도2b는 도2a의 선 ⅡB-ⅡB를 따라 취해진 단면도.

도3a는 출구측으로부터 볼 때의 연료 펌프의 펌프 케이스를 도시하는 개략도 그리고 도3b는 입구측으로부터 볼 때의 펌프 케이스를 도시하는 개략도.

도4a 및 도4b는 입구측으로부터 볼 때의 임펠러를 도시하는 정면도.

도5는 연료 펌프의 펌프 통로를 도시하는 단면도.

도6a는 전방 경사각 α와 펌프 효율 사이의 관계를 도시하는 그래프, 도6b는 후방 경사각 β와 펌프 효율 사이의 관계를 도시하는 그래프 그리고 도6c는 β/α와 펌프 효율 사이의 관계를 도시하는 그래프.

도7은 제2 실시예에 따른 베인 홈을 도시하는 개략도.

도8은 제3 실시예에 따른 베인 홈을 도시하는 개략도.

도9는 제4 실시예에 따른 베인 홈을 도시하는 개략도.

도10은 제5 실시예에 따른 베인 홈을 도시하는 개략도.

도11은 제6 실시예에 따른 연료 펌프를 도시하는 단면도.

도12a는 입구측으로부터 볼 때의 연료 펌프의 임펠러의 베인 홈을 도시하는 개략도 그리고 도12B는 도12a의 선 ⅩⅡB - ⅩⅡB를 따라 취해진 단면도.

도13a는 출구측으로부터 볼 때의 연료 펌프의 펌프 케이스를 도시하는 개략도 그리고 도13b는 입구측으로부터 볼 때의 펌프 케이스를 도시하는 개략도.

도14a 및 도14b는 입구측으로부터 볼 때의 임펠러를 도시하는 정면도.

도15는 연료 펌프의 펌프 통로를 도시하는 단면도.

도16은 도13b의 선 ⅩⅥ-ⅩⅥ를 따라 취해진 임펠러 및 펌프 케이스를 도시하는 단면도.

도17은 도16의 각도 ε와 펌프 효율 사이의 관계를 도시하는 그래프.

도18은 수정예에 따른 임펠러 및 펌프 케이스를 도시하는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 연료 펌프

12: 펌프 부분

13: 모터 부분

14: 하우징

15: 계단부

16: 단부 커버

20, 22: 펌프 케이스

본 발명은 임펠러 그리고 임펠러를 갖는 유체 펌프에 관한 것이다.

예컨대, 유체 펌프는 그 회전 방향에 대해 배열되는 베인 홈(vane groove)을 갖는 디스크형 임펠러를 포함한다. 서로에 인접한 베인 홈은 구획된다. 임펠러는 베인 홈을 따라 한정되는 펌프 통로를 통해 유동하는 연료를 가압하기 위해 회전하다. 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 분무 성능을 향상시키는 연료 펌프의 토출 압력(discharge pressure)을 향상시킬 것이 요구된다. 연료 펌프의 토출 압력이 연료 펌프의 모터 부분에 공급되는 전류를 증가시킴으로써 향상될 수 있다. 그러나, 연료 펌프의 에너지 소비가 증가한 전류 공급으로 인해 증가할 수 있다.

제US 6,113,363호(제JP-A-2002-240582호)에 따르면, 각각의 베인 홈을 한정하는 표면의 경사각이 연료 펌프의 펌프 부분 내에서 제한되며, 그 결과 펌프 부분 및 연료 펌프는 효율이 향상되게 된다.

제US 5,486,087호(제JP-A-7-189975호)에 따르면, 연료 펌프는 그 사이에 유로를 한정하는 입구 및 펌프 통로(가압 통로)를 갖는 펌프 부분을 포함한다. 유로의 단면은 펌프 부분의 효율을 향상시키도록 입구로부터 펌프 통로를 향해 점차로 감소된다. 연료 펌프의 토출 압력이 펌프 효율을 향상시킴으로써 증가될 수 있으며, 동시에 모터 부분의 에너지 소비가 제한된다.

근년에 들어, 연료 토출 압력 및/또는 연료의 토출량의 증가에 대한 요구에 대응하여 펌프 효율을 추가로 향상시킬 것이 요구된다.

위의 문제점의 관점에서, 본 발명의 목적은 향상된 펌프 효율을 갖는 임펠러를 제조하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 이러한 임펠러를 갖는 유체 펌프를 제조하는 것이다.

본 발명의 하나의 태양에 따르면, 그 회전 방향을 따라 펌프 통로 내의 유체를 가압하기 위해 유체 펌프 내에서 회전 가능한 임펠러는 회전 방향을 따라 배열되는 복수개의 구획 벽을 포함한다. 복수개의 구획 벽 중 인접한 2개가 그 사이에 베인 홈을 한정한다. 각각의 구획 벽은 회전 방향에 대해 후방측 상에 후방 표면을 갖는다. 후방 표면은 반경-방향 내부 측면을 갖는다. 후방 표면의 적어도 반경-방향 내부 측면은 회전 방향에 대해 후방으로 반경-방향으로 외향으로 경사진다. 후방 표면은 제1 선분을 통해 연결되는 반경-방향 내부 단부 및 반경-방향 외부 단부를 갖는다. 제1 선분 그리고 임펠러의 반경을 따라 반경-방향 내부 단부로부터 반경-방향으로 외향으로 연장하는 제1 직선은 그 사이에 후방 경사각 α를 한정한다. 임펠러는 그 두께 방향에 대해 두께-중심부 및 두께-단부를 갖는다. 후방 표면은 회전 방향에 대해 전방으로 두께-중심부로부터 두께-단부의 양쪽 모두를 향해 경사진다. 두께-중심부 및 각각의 두께-단부는 제2 선분을 통해 연결된다. 제2 선분 그리고 회전 방향에 대해 전방으로 두께-중심부로부터 원주 방향을 따라 연장하는 제2 직선은 그 사이에 전방 경사각 β를 한정한다. 후방 경사각 α 및 전방 경사각 β는 다음의 관계 즉 15˚≤α≤30˚; β≤60˚; 및 1≤β/α≤4를 충족시킨다.

대체예에서, 본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 연료 펌프는 입구 포트 및 펌프 통로를 갖는 케이스 부재를 포함한다. 유체 펌프는 케이스 부재 내에서 회전 가능한 임펠러를 추가로 포함한다. 임펠러는 실질적으로 회전 방향을 따라 연장하는 펌프 통로를 따라 복수개의 베인 홈을 갖는다. 각각의 베인 홈은 회전 방향에 대해 후방측 상의 후방 표면에 의해 한정된다. 후방 표면의 적어도 반경-방향 내부 측면이 회전 방향에 대해 후방으로 반경-방향 외부 측면에 경사진다. 후방 표면은 제1 선분을 통해 연결되는 반경-방향 내부 단부 및 반경-방향 외부 단부를 갖는다. 제1 선분은 회전 방향에 대해 후방으로, 반경-방향 내부 단부로부터 임펠러의 반경을 따라 반경-방향으로 외향으로 연장하는, 직선에 대해 경사진다. 임펠러는 그 두께 방향에 대해 두께-중심부를 갖는다. 입구 포트의 일측 상의 후방 표면의 적어도 입구측이 회전 방향에 대해 전방으로 두께 방향에 대해 두께-중심부로부터 입구 포트를 향해 경사진다. 케이스 부재는 펌프 통로와 입구 포트를 연통시키는 연통 통로를 한정하는 연통 벽을 갖는다. 연통 벽은 입구 포트로부터 펌프 통로를 향해 점차로 상승되는 경사 직선을 통해 연결되는 입구측 단부 및 통로측 단부를 갖는다. 경사 직선 그리고 후방 표면의 두께-중심부로부터 후방 표면의 입구측 단부를 통해 경사 직선으로 연장하는 제2 선분은 회전 방향에 대해 전방으로 각도 ε을 한정한다. 각도 ε은 다음의 관계 즉 90˚≤ε≤130˚를 충족시킨다.

대체예에서, 본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 그 회전 방향을 따라 연장하는 펌프 통로를 갖는 유체 펌프 내에서 회전 가능한 임펠러는 회전 방향을 따라 배열되는 복수개의 구획 벽을 포함한다. 복수개의 구획 벽 중 인접한 2개가 그 사이에 베인 홈을 한정한다. 각각의 구획 벽은 회전 방향에 대해 후방측 상에 후방 표 면을 갖는다. 후방 표면의 적어도 반경-방향 내부 측면이 회전 방향에 대해 후방으로 반경-방향으로 외향으로 경사진다. 후방 표면은 임펠러의 반경에 대해 예각인 후방 경사각 α를 한정하는 제1 선분을 통해 연결되는 반경-방향 내부 단부 및 반경-방향 외부 단부를 갖는다. 후방 표면은 회전 방향에 대해 전방으로 임펠러의 두께-중심부로부터 임펠러의 두께-단부의 양쪽 모두를 향해 경사진다. 두께-중심부 및 각각의 두께-단부는 임펠러의 외주연의 외접원에 접하는 제1 직선에 대해 예각인 전방 경사각 β를 한정하는 제2 선분을 통해 연결된다. 후방 경사각 α 및 전방 경사각 β는 다음의 관계 즉 15˚≤α≤30˚; β≤60˚; 및 1≤β/α≤4를 충족시킨다.

대체예에서, 본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 유체 펌프는 입구 포트 및 펌프 통로를 갖는 케이스 부재를 포함한다. 유체 펌프는 케이스 부재 내에서 회전 가능한 임펠러를 추가로 포함한다. 임펠러는 그 회전 방향을 따라 연장하는 펌프 통로를 따라 복수개의 베인 홈을 갖는다. 각각의 베인 홈은 회전 방향에 대해 후방측 상의 후방 표면에 의해 한정된다. 후방 표면의 적어도 반경-방향 내부 측면이 회전 방향에 대해 후방으로 외향으로 경사진다. 후방 표면은 임펠러의 반경에 대해 예각인 후방 경사각 α를 한정하는 제1 선분을 통해 연결되는 반경-방향 내부 단부 및 반경-방향 외부 단부를 갖는다. 입구 포트의 일측 상의 후방 표면은 회전 방향에 대해 전방으로 임펠러의 두께-중심부로부터 입구 포트를 향해 경사진다. 케이스 부재는 펌프 통로와 입구 포트를 연통시키는 연통 통로를 한정하는 연통 벽을 갖는다. 연통 벽은 입구 포트로부터 펌프 통로를 향해 점차로 상승되는 경사 직선을 통해 연결되는 입구측 단부 및 통로측 단부를 갖는다. 경사 직선은 후방 표면의 두께-중심부로부터 후방 표면의 입구측 단부를 통해 경사 직선으로 연장하는 제2 선분에 대해 직각 및 둔각 중 하나인 각도 ε을 한정한다. 각도 ε은 다음의 관계 즉 90˚≤α≤130˚를 충족시킨다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 수행되는 다음의 상세한 설명으로부터 더 명확해질 것이다.

(제1 실시예)

도1에 도시된 바와 같이, 연료 펌프(10)는 자동차 등의 차량의 연료 탱크의 내부에 제공되는 내장-탱크(in-tank)형 터빈 펌프이다. 연료 펌프(10)는 연료 탱크로부터 연료 분사 밸브(도시되지 않음) 내로 연료를 공급하는 유체 펌프이다. 연료 펌프(10)의 출구 압력이 예컨대 0.25 내지 1.0 ㎫ 사이에서 설정된다. 연료 펌프(10)는 예컨대 50 내지 300 L/h의 범위에 걸쳐 연료를 토출한다. 연료 펌프(10)의 회전 속도가 예컨대 4000 내지 12000 rpm 사이에서 설정된다.

연료 펌프(10)는 펌프 부분(12) 및 모터 부분(13)을 포함한다. 모터 부분(13)은 펌프 부분(12)을 동작시킨다. 하우징(14)이 펌프 부분(12) 및 모터 부분(13)의 양쪽 모두를 수용한다. 하우징(14)은 크림핑되고(crimped), 단부 커버(16) 및 펌프 케이스(20)에 고정된다.

펌프 부분(12)은 펌프 케이스(20, 22) 및 임펠러(30)를 포함하는 터빈 펌프이다. 펌프 케이스(22)는 하우징(14)의 계단부(15) 상으로 축-방향으로 하우 징(14) 내로 가압-삽입된다. 펌프 케이스(20, 22)는 회전자 부재(rotor member)로서 임펠러(30)를 회전 가능하게 수용하는 케이스 부재로서 역할한다. 펌프 케이스(20, 22) 및 임펠러(30)는 그 사이에 실질적으로 C자-형상으로 펌프 통로(202)(도3 참조)를 한정한다.

도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이, 임펠러(30)는 다수개의 베인 홈(36)이 제공되는 외주연을 갖는 실질적으로 원형의 형상이다. 베인 홈(36)은 임펠러(30)의 회전 방향을 따라 배열된다. 서로에 원주-방향으로 인접한 베인 홈(36)은 불균일하게 이격된다. 베인 홈(36)은 회전 방향에 대해 불규칙적인 피치로 배열된다. 임펠러(30)는 전기자(armature)(50)의 회전과 연계하여 샤프트(51)와 더불어 회전하며, 그 결과 연료가 베인 홈(36) 중 하나의 반경-방향 외부 측면으로부터 펌프 통로(202) 내로 유동하게 된다. 연료는 펌프 통로(202)로부터 회전 방향에 대해 베인 홈(36) 중 하나의 후방측 상에 있는 또 다른 베인 홈(36)의 반경-방향 내부 측면 내로 유동한다. 이와 같이, 연료가 베인 홈(36) 중 하나의 외부로의 유동 그리고 다른 베인 홈(36) 내로의 유동을 반복함으로써 선회 유동(swirl flow)(300)을 형성한다. 선회 유동(300)을 형성한 연료는 펌프 통로(202)를 통해 가압된다. 연료가 임펠러(30)의 회전에 의해, 펌프 케이스(20)에 제공되는, 입구 포트(200)(도3 참조)를 통해 흡입된다. 흡입된 연료는 임펠러(30)의 회전에 의해 펌프 통로(202)를 통해 가압되고, 그에 의해 펌프 케이스(22)에 제공되는 출구 포트(206)(도3 참조)를 통해 모터 부분(13)을 향해 가압-이송된다. 모터 부분(13)을 향해 가압-이송된 연료는 영구 자석(40)과 전기자(50) 사이에 한정되는 연료 통로(208)를 통과 한 후 단부 커버(16)에 제공되는 출구 포트(210)를 통해 엔진으로 공급된다. 펌프 케이스(20)는 배기 구멍(204)(도3 참조)을 갖는다. 펌프 통로(202)를 통해 유동하는 연료 내에 함유된 증기가 배기 구멍(204)을 통해 연료 펌프(10)의 외부측으로 배기된다.

각각의 영구 자석(40)은 실질적으로 사분면 아치 형상이다. 4개의 영구 자석(40)이 하우징(14)의 내주연을 따라 원주-방향으로 배열된다. 영구 자석(40)은 임펠러(30)의 회전 방향에 대해 서로와 상이한 4개의 자극을 한정한다.

전기자(50)는 수지 커버(170)로 덮인 임펠러(30)의 일측 상에 있는 일단부를 가지며, 그 결과 전기자(50)의 회전에 대한 저항이 감소되게 된다. 전기자(50)는 임펠러(30)의 대향측 상에 있는 타단부를 갖는다. 전기자(50)의 타단부에는 정류자(commutator)(80)가 제공된다. 샤프트(51)는 전기자(50)의 회전 축으로서 역할한다. 샤프트(51)는 단부 커버(16) 및 펌프 케이스(20)에 의해 수용되는 베어링(24)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

전기자(50)는 그 회전 중심에 중심 코어(52)를 포함한다. 샤프트(51)는 단면이 실질적으로 육각형의 원통 형상인 중심 코어(52) 내로 가압-삽입된다. 6개의 자극 코어(54)가 중심 코어(52)의 외주연에 제공되고, 회전 방향에 대해 배열된다. 6개의 자극 코어(54)는 중심 코어(52)에 끼워진다. 6개의 자극 코어(54)의 각각의 자극 코어는 보빈(bobbin)(60)이 끼워지는 외주연을 갖는다. 보빈(60)은 전기 절연성 수지로 형성된다. 권취는 보빈(60)의 외주연 주위에 동심으로 제공되며, 그 결과 코일(62)이 구성되게 된다.

각각의 코일(62)은 각각의 코일 단자(64)와 전기적으로 연결되는, 정류자(80)의 일측 상에 있는, 일단부를 갖는다. 각각의 코일 단자(64)는 각각의 코일(62)의 회전 위치에 대응한다. 코일 단자(84)는 정류자(80)의 단자(84)에 대해 끼워지고 전기적으로 연결된다. 각각의 코일(62)은 정류자(80)의 대향측 상에 타단부를 갖는다. 각각의 코일(62)의 타단부는 임펠러(30) 상에서 각각의 코일 단자(66)와 전기적으로 연결된다. 6개의 코일 단자(66)가 실질적으로 환형의 단자(168)와 전기적으로 연결된다.

정류자(80)는 일체로 형성되고, 카세트형 구조를 갖는다. 정류자(80)는 샤프트(51)가 중심 코어(52) 내로 가압-삽입된 상태에서 정류자(80)의 관통 구멍(81) 내로 샤프트(51)를 삽입함으로써 전기자(50)에 조립된다. 이러한 상태에서, 정류자(80)로부터 전기자(50)를 향해 돌출하는 단자(84)는 전기자(50)의 코일 단자(64)에 각각 끼워지고, 그에 의해 코일 단자(64)와 각각 전기적으로 연결된다.

정류자(80)는 회전 방향에 대해 배열되는 6개의 세그먼트(82)를 포함한다. 6개의 세그먼트(82)는 예컨대 탄소로 형성된다. 세그먼트(82)는 공기 간극 및/또는 전기 절연성 수지(86)를 통해 서로로부터 전기적으로 절연된다.

각각의 세그먼트(82)는 각각의 중간 단자(83)를 통해 각각의 단자(84)와 전기적으로 연결된다. 정류자(80)는 각각의 전기 절연성 수지(86) 내에 세그먼트(82), 중간 단자(83) 및 단자(84)를 인서트-몰딩(insert-molding)함으로써 일체로 형성된다. 각각의 세그먼트(82)는 브러시(도시되지 않음)가 활주하는 활주 표면을 갖는다. 각각의 세그먼트(82)의 활주 표면은 전기 절연성 수지(86)로부터 노 출된다. 정류자(80)는 전기자(50)와 더불어 회전하며, 그 결과 각각의 세그먼트(82)는 브러시와 순차적으로 접촉하게 된다. 정류자(80)는 회전하고 브러시와 접촉하며, 그 결과 코일(62)에 공급되는 전류가 정류되게 된다. 영구 자석(40), 전기자(50), 정류자(80) 및 도시되지 않은 브러시는 직류 모터를 구성한다.

다음에, 임펠러(30)의 구조가 기술된다.

임펠러(30)는 실질적으로 디스크-형상으로 수지로 일체로 형성된다. 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이, 임펠러(30)는 환형 부분(32)에 의해 둘러싸인 외주연을 갖는다. 환형 부분(32)은 베인 홈(36)이 제공되는 내주연을 갖는다. 도2b에 도시된 바와 같이, 회전 방향에 대해 서로에 인접한 베인 홈(36)은 구획 벽(34)에 의해 구획된다. 임펠러(30)는 그 두께 방향에 대해 두께-중심부(37c)(도2b 참조)를 갖는다. 임펠러(30)는 그 두께 방향에 대해 두께-단부 표면(31)을 갖는다. 구획 벽(34)은 실질적으로 임펠러(30)의 두께-중심부(37c)로부터 두께-단부 표면(31)의 양쪽 모두를 향해 연장한다. 구획 벽(34)은 실질적으로 V자-형상을 형성하도록 회전 방향에 대해 전방으로 경사진다. 도5에 도시된 바와 같이, 구획 벽(35)은 베인 홈(36)의 반경-방향 내부 측면으로부터 반경-방향으로 외향으로 돌출한다. 구획 벽(35)은 베인 홈(36)의 반경-방향 내부 측면을 부분적으로 구획한다. 베인 홈(36)은 구획 벽(35)의 반경-방향 외부 측면 상에서 회전 축의 축 방향에 대해 서로와 연통한다. 연료가 축-방향의 양쪽 측면 상의 펌프 통로(202)로부터 베인 홈(36) 내로 유동하고, 연료는 구획 벽(35)을 따라 선회 유동(300)을 형성한다. 선회 유동(300)은 구획 벽(35)에 대해 축-방향의 양쪽 측면 상에서 대향으로 회전 한다.

도2b에 도시된 바와 같이, 베인 홈(36)은 회전 방향에 대해 후방측 상에 위치되는 후방 표면(37)을 갖는다. 후방 표면(37)의 적어도 반경-방향 내부 측면은 회전 방향에 대해 후방으로 반경-방향 내부 측면으로부터 반경-방향 외부 측면으로 경사진다. 베인 홈(36)의 후방 표면(37)은 선분(110)을 통해 연결되는 반경-방향 내부 단부(37a) 및 반경-방향 외부 단부(37b)를 갖는다. 직선(104)이 반경-방향 내부 단부(37a)로부터 임펠러(30)의 반경(102)을 따라 반경-방향으로 외향으로 연장한다. 선분(110) 및 직선(104)은 그 사이에 후방 경사각 α를 한정한다. 후방 경사각 α는 다음의 관계 즉 15˚≤α≤30˚를 충족시킨다. 도2a에서, 임펠러(30)의 회전 축(100)이 도시되어 있다.

후방 경사각 α가 15˚ 미만 즉 α<15˚로 설정될 때, 선회 유동(300)은 후방 표면(37)을 따라 베인 홈(36) 내로 유동하지 않고 큰 각도로 후방 표면(37)에 대해 충돌할 수 있다. 이러한 선회 유동(300)의 충돌은 임펠러(30)의 회전 방향에 대향으로 임펠러(30)에 힘을 가한다. 결국, 충돌로 인한 힘은 임펠러(30)의 회전을 방해한다. 후방 경사각 α가 30˚ 초과 즉 α>30˚로 설정될 때, 후방 표면(37)은 회전 방향에 대해, 베인 홈(36) 내로 유동하는, 선회 유동(300)에 대해 후방으로 과도하게 경사진다. 따라서, 선회 유동(300)은 베인 홈(300) 내로 진입할 때 박리될 수 있다. 결국, 저항이 선회 유동(300)이 베인 홈(36) 내로 진입할 때 커진다.

그러므로, 제1 실시예에서, 후방 경사각 α은 15˚≤α≤30˚의 관계를 충족 시키도록 한정된다. 이와 같이, 선회 유동(300)은 베인 홈(36) 내로 매끄럽게 유동하며, 저항이 선회 유동(300)이 베인 홈(36) 내로 유동할 때 감소된다. 도6a에 도시된 바와 같이, 펌프 효율 ηp가 15˚≤α≤30˚의 범위 내에서 그 최대 수치 주위에서 유지된다. 후방 경사각 α는 바람직하게는 다음의 관계 즉 20˚≤α를 충족시킨다. 즉, 후방 경사각 α는 바람직하게는 20˚ 이상으로 설정된다.

여기에서, 연료 펌프(10)의 효율 η가 펌프 효율 ηp에 의해 모터 효율 ηm을 곱함으로써 계산된다. 펌프 효율 ηp가 증가함에 따라, 연료 펌프의 효율 η가 향상된다.

모터 효율 ηm은 다음의 식 즉 ηm=(T×N)/(I×V)에 의해 계산된다. 펌프 효율 ηp는 다음의 식 즉 ηp=(P×Q)/(T×N)에 의해 계산된다. 위의 식에서, I는 모터 부분(13)으로 공급되는 전류를 나타내며, V는 모터 부분(13)에 가해지는 전압을 나타내며, T는 모터 부분(13)에 의해 발생되는 토크를 나타내며, P 및 Q는 연료 펌프(10)로부터 토출되는 연료의 압력 및 양을 각각 나타낸다. 연료 펌프(10)의 효율 η는 펌프 효율 ηp에 의해 모터 효율 ηm을 곱함으로써 계산된다. 즉, 연료 펌프(10)의 효율 η은 다음의 식 η=(P×Q)/(I×V)에 의해 계산된다. 펌프 효율 ηp가 향상됨에 따라, 연료 펌프(10)로부터 토출되는 연료의 압력 또는 양은 연료 펌프(10)의 에너지 소비를 증가시키지 않고 향상될 수 있다.

도2b를 참조하면, 베인 홈(36)의 후방 표면(37)은 회전 방향에 대해 전방으로 두께-중심부(37c)로부터 두께-단부 표면(31)의 양쪽 모두를 향해 경사진다. 즉, 후방 표면(37)은 실질적으로 V자-형상을 형성하도록 두께-중심부(37c)로부터 두께-단부 표면(31)의 양쪽 모두를 향해 연장한다. 후방 표면(37)은 임펠러(30)의 두께 방향에 대해 두께-단부(37d)를 갖는다. 두께-중심부(37c) 및 각각의 두께-단부(37d)는 선분(112)을 통해 연결된다. 직선(106)이 회전 방향에 대해 전방으로 두께-중심부(37c)로부터 원주 방향을 따라 연장한다. 선분(112) 및 직선(106)은 그 사이에 전방 경사각 β를 한정한다. 전방 경사각 β는 다음의 관계 즉 β≤60˚를 충족시킨다. 직선(106)은 회전 축(100)에 직각이다.

선회 유동(300)이 베인 홈(36)의 외부로 이동할 때, 선회 유동(300)은 회전 방향에 대해 전방으로 베인 홈(36)으로부터 에너지의 성분을 수용한다. 전방 경사각 β가 60˚ 초과 즉 β>60˚로 설정될 때, 베인 홈(36)으로부터 선회 유동(300)으로 전방으로 가해지는 에너지의 성분은 작아진다. 따라서, 회전 방향에 대한 선회 유동(300)의 피치가 커진다. 결국, 선회 유동(300)이 하나의 베인 홈(36)의 외부로 이동하고 회전 방향에 대해 하나의 베인 홈(36)의 후방측 상에 있는 후속의 베인 홈(36) 내로 진입할 때, 하나의 베인 홈(36)과 후속의 베인 홈(36) 사이의 간격은 커진다. 즉, 베인 홈(36)에 대한 출입 횟수는 선회 유동(300)이 펌프 통로(202)를 통과하는 동안에 감소한다. 따라서, 연료가 충분히 가압될 수 없다.

그러므로, 제1 실시예에서, 전방 경사각 β는 β≤60˚의 관계를 충족시키도록 설정되며, 그 결과 선회 유동(300)이 베인 홈(36)의 외부로 이동할 때 회전 방향에 대해 전방으로 베인 홈(36)으로부터 선회 유동(300)으로 가해지는 에너지의 성분은 커지게 된다. 이와 같이, 회전 방향에 대한 선회 유동(300)의 피치는 작아진다. 결국, 베인 홈(36)에 대한 출입 횟수는 선회 유동(30)이 펌프 통로(202)를 통과하는 동안에 증가한다. 그러므로, 연료를 가압하는 효율이 향상될 수 있다. 이와 같이, 도6b에 도시된 바와 같이, 펌프 효율 ηp는 β≤60˚의 범위 내에서 그 최대 수치 주위에서 유지된다.

전방 경사각 β가 후방 경사각 α에 대해 과도하게 작거나 과도하게 클 때, 전방 경사각 β로 후방 표면(37)을 따라 베인 홈(36)의 외부로 이동하는 선회 유동(300)은 후방 경사각 α로 경사진 베인 홈(36)의 후방 표면(37) 내로 매끄럽게 유동할 수 없다.

그러므로, 제1 실시예에서, 후방 경사각 α 및 전방 경사각 β는 1≤β/α≤4의 관계를 충족시키도록 설정되며, 그 결과 연료가 15˚≤α≤30˚ 및 β≤60˚의 범위 내에서 베인 홈(36) 내로 매끄럽게 유동하게 된다. 이와 같이, 도6c에 도시된 바와 같이, 펌프 효율 ηp는 1≤β/α≤4의 범위 내에서 그 최대 수치 주위에서 유지된다.

제1 실시예에서, 베인 홈(36)은 회전 방향에 대해 전방측 상에 전방 표면(38)을 갖는다. 전방 표면(38)은 후방 표면(37)과 유사하게 실질적으로 V자-형상을 형성하도록 두께-중심부(37c)로부터 두께-단부 표면(31)의 양쪽 모두를 향해 연장한다. 이러한 구조에서, 후방 표면(37)의 형상 그리고 전방 표면(38)의 형상은 실질적으로 동일하며, 그 결과 베인 홈(36)의 외부로 유동하는 연료의 유동량 그리고 베인 홈(36) 내로 유동하는 연료의 유동량이 실질적으로 균일해지게 된다. 결국, 연료를 가압하는 효율이 향상될 수 있다.

추가로, 제1 실시예에서, 환형 부분(32)은 베인 홈(36)의 반경-방향 외부 측 면을 둘러싸며, 임펠러(30)의 외주연은 펌프 통로를 갖지 않는다. 연료가 펌프 통로(202)를 통해 가압되며, 가압된 연료는 회전 방향에 대해 차압(differential pressure)을 발생시킨다. 이러한 구조에서, 차압은 임펠러(30)에 반경-방향으로 직접적으로 가해지지 않는다. 이와 같이, 반경 방향에 대해 임펠러(30)에 가해지는 힘이 감소된다. 이와 같이, 임펠러(30)의 회전 중심은 오정렬되는 것이 제한될 수 있으며, 그 결과 임펠러(30)는 매끄럽게 회전할 수 있게 된다.

(제2, 제3, 제4 및 제5 실시예)

도7, 도8, 도9 및 도10은 제2, 제3, 제4 및 제5 실시예를 각각 도시하고 있다. 제2 내지 제5 실시예의 각각의 임펠러를 갖는 연료 펌프의 구조는 제1 실시예와 실질적으로 동일하다.

제2, 제3, 제4 및 제5 실시예에서, 베인 홈(120, 130, 140, 150)은 회전 방향에 대해 후방측 상에 후방 표면(121, 131, 141, 151)을 각각 가지며, 각각의 후방 표면(121, 131, 141, 151)의 적어도 반경-방향 내부 측면은 제1 실시예와 유사하게 회전 방향에 대해 반경-방향 내부 측면으로부터 반경-방향 외부 측면으로 경사진다. 각각의 후방 표면(121, 131, 141, 151)은 반경-방향 내부 단부(121a, 131a, 141a, 151a) 중 대응하는 내부 단부 그리고 반경-방향 외부 단부(121b, 131b, 141b, 151b) 중 대응하는 외부 단부를 갖는다. 각각의 반경-방향 내부 단부(121a, 131a, 141a, 151a) 그리고 반경-방향 외부 단부(121b, 131b, 141b, 151b) 중 대응하는 외부 단부는 선분(110)을 통해 연결된다. 직선(104)이 각각의 반경-방향 내부 단부(121a, 131a, 141a, 151a)로부터 임펠러(30)의 반경(102)을 따라 반 경-방향으로 외향으로 연장한다. 선분(110) 및 직선(104)은 그 사이에 후방 경사각 α를 한정한다. 후방 경사각 α는 다음의 관계 즉 15˚≤α≤30˚를 충족시킨다.

각각의 후방 표면(121, 131, 141, 151)의 전방 경사각 β는 제1 실시예와 유사하게 β≤60˚의 관계를 충족시키도록 설정된다. 나아가, 후방 경사각 α 및 전방 경사각 β는 1≤β/α≤4의 관계를 충족시키도록 설정된다.

도7에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에서, 베인 홈(120)은 각각 실질적으로 원호 형상인 4개의 코너를 갖는다. 이러한 구조에서, 각각의 반경-방향 내부 단부(121a) 및 반경-방향 외부 단부(121b)는 대응하는 코너의 원호의 중심을 실질적으로 한정한다.

도8에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에서, 후방 표면(131)의 반경-방향 외부 측면은 베인 홈(130) 내에서 회전 방향에 대해 전방으로 반경-방향 외부 단부를 향해 경사진다. 후방 표면(131)의 반경-방향 내부 측면 그리고 후방 표면(131)의 반경-방향 외부 측면은 그 사이에 매끄러운 곡면형 표면을 한정한다.

도9에 도시된 바와 같이, 제4 실시예에서, 베인 홈(140)의 후방 표면(141)의 반경-방향 외부 측면은 대체로 직선(104)을 따라 외향으로 연장한다. 후방 표면(141)의 반경-방향 내부 측면 그리고 후방 표면(141)의 반경-방향 외부 측면은 그 사이에 매끄러운 곡면형 표면을 한정한다.

도10에 도시된 바와 같이, 제5 실시예에서, 베인 홈(150)의 후방 표면(151)은 실질적으로 평탄형의 표면을 한정한다.

(제6 실시예)

도11에 도시된 바와 같이, 제6 실시예에서, 연료 펌프(10)는 위의 실시예와 유사하게 자동차 등의 차량의 연료 탱크의 내부에 제공되는 내장-탱크형 터빈 펌프이다. 이러한 실시예에서, 연료 펌프(10)의 출구 압력이 예컨대 0.25 내지 1.0 ㎫ 사이에서 설정된다. 연료 펌프(10)는 예컨대 50 내지 250 L/h의 범위에 걸쳐 연료를 토출한다. 연료 펌프(10)의 회전 속도가 예컨대 4000 내지 12000 rpm 사이에서 설정된다.

연료 펌프(10)는 위의 실시예와 유사하게 펌프 부분(12) 및 모터 부분(13)을 포함한다. 하우징(14)이 펌프 부분(12) 및 모터 부분(13)의 양쪽 모두를 수용한다. 하우징(14)은 크림핑되고, 단부 커버(16) 및 펌프 케이스(20)에 고정된다.

펌프 부분(12)은 펌프 케이스(20, 22) 및 임펠러(30)를 포함하는 터빈 펌프이다. 펌프 케이스(22)는 하우징(14)의 계단부(15) 상으로 축-방향으로 하우징(14) 내로 가압-삽입된다. 펌프 케이스(20, 22)는 회전자 부재로서 임펠러(30)를 회전 가능하게 수용하는 케이스 부재로서 역할한다. 펌프 케이스(20, 22) 및 임펠러(30)는 그 사이에 실질적으로 C자-형상으로 펌프 통로(202, 203)(도13a 및 도13b 참조)를 한정한다. 이러한 구조에서, 임펠러(30)는 그 축-방향 즉 두께 방향에 대해 양쪽 측면 상에 각각 펌프 통로(202, 203)를 갖는다.

도14a 및 도14b에 도시된 바와 같이, 실질적으로 디스크-형상의 임펠러(30)는 베인 홈(36)이 회전 방향에 대해 배열되는 외주연을 갖는다. 임펠러(30)는 전기자(50)(도11 참조)의 회전과 연계하여 샤프트(51)와 더불어 회전하며, 그 결과 연료가 베인 홈(36) 중 하나의 반경-방향 외부 측면으로부터 펌프 통로(202, 203) 내로 유동하게 된다. 연료는 펌프 통로(202, 203)로부터 회전 방향에 대해 베인 홈(36) 중 하나의 후방측 상에 있는 또 다른 베인 홈(36)의 반경-방향 내부 측면 내로 유동한다. 이와 같이, 연료가 베인 홈(36) 중 하나의 외부로의 유동 그리고 다른 베인 홈(36) 내로의 유동을 반복함으로써 선회 유동(300)을 형성한다. 선회 유동(300)을 형성한 연료는 펌프 통로(202, 203)를 통해 가압된다. 연료가 임펠러(30)의 회전에 의해, 펌프 케이스(20)에 제공되는, 입구 포트(200)(도13b 참조)를 통해 흡입된다. 흡입된 연료는 임펠러(30)의 회전에 의해, 임펠러(30)의 두께 방향에 대해 임펠러(30)의 양쪽 측면 상에 있는, 펌프 통로(202, 203)를 통해 가압된다. 가압된 연료는 펌프 케이스(22)에 제공되는 출구 포트(206)(도13a 참조)를 통해 모터 부분(13)을 향해 가압-이송된다. 연료가 입구 포트(200)의 일측 상의 펌프 통로(202)를 통해 가압된다. 이러한 가압된 연료는 출구 포트(206)의 부근에서 베인 홈(36)을 통해 출구 포트(206)의 일측 상의 펌프 통로(203) 내로 유동한다. 이와 같이, 연료는 출구 포트(206)로부터 모터 부분(13) 내로 가압-이송된다. 모터 부분(13)을 향해 가압-이송된 연료는 영구 자석(40)과 전기자(50) 사이에 한정된 연료 통로(208)를 통과한 후 단부 커버(16)가 제공되는 출구 포트(210)를 통해 엔진으로 공급된다. 펌프 케이스(20)는 배기 구멍(204)(도13b 참조)을 갖는다. 펌프 통로(202, 203)를 통해 유동하는 연료 내에 함유된 증기가 배기 구멍(204)을 통해 연료 펌프(10)의 외부측으로 배기된다.

각각의 영구 자석(40)은 실질적으로 사분면 아치 형상이다. 4개의 영구 자 석(40)이 하우징(14)의 내주연을 따라 원주-방향으로 배열된다. 영구 자석(40)은 임펠러(30)의 회전 방향에 대해 서로와 상이한 4개의 자극을 한정한다.

전기자(50)는 금속 커버(68)로 덮인 임펠러(30)의 일측 상에 있는 일단부를 가지며, 그 결과 전기자(50)의 회전에 대한 저항이 감소되게 된다. 전기자(50)는 임펠러(30)의 대향측 상에 있는 타단부를 갖는다. 전기자(50)의 타단부에는 정류자(70)가 제공된다. 샤프트(51)는 전기자(50)의 회전 축으로서 역할한다. 샤프트(51)는 단부 커버(16) 및 펌프 케이스(20)에 의해 수용되는 베어링(24)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 이러한 실시예에서, 6개의 코일 단자(66)는 금속 커버(68)를 통해 서로와 전기적으로 연결된다.

다음에, 임펠러(30) 및 입구 포트(200)의 구조가 기술된다.

임펠러(30)는 실질적으로 디스크-형상으로 수지로 일체로 형성된다. 도14a 및 도14b에 도시된 바와 같이, 임펠러(30)는 환형 부분(32)에 의해 둘러싸인 외주연을 갖는다. 환형 부분(32)은 베인 홈(36)이 회전 방향에 대해 제공되는 내주연을 갖는다. 서로에 원주-방향으로 인접한 베인 홈(36)은 불균일하게 이격된다. 베인 홈(36)은 회전 방향에 대해 불규칙적인 피치로 배열될 수 있다. 도12b에 도시된 바와 같이, 회전 방향에 대해 서로에 인접한 베인 홈(36)은 구획 벽(34)에 의해 구획된다. 임펠러(30)는 그 두께 방향에 대해 두께-중심부(37c)를 갖는다. 임펠러(30)는 그 두께 방향에 대해 두께-단부 표면(31)을 갖는다. 구획 벽(34)은 실질적으로 임펠러(30)의 두께-중심부(37c)로부터 두께-단부 표면(31)의 양쪽 모두를 향해 연장한다. 구획 벽(34)은 실질적으로 V자-형상을 형성하도록 회전 방향에 대 해 전방으로 경사진다. 도15에 도시된 바와 같이, 구획 벽(35)은 베인 홈(36)의 반경-방향 내부 측면으로부터 반경-방향으로 외향으로 돌출한다. 구획 벽(35)은 베인 홈(36)의 반경-방향 내부 측면을 부분적으로 구획한다. 베인 홈(36)은 구획 벽(35)의 반경-방향 외부 측면 상의 회전 축의 축 방향에 대해 서로와 연통한다. 연료가 축-방향의 양쪽 측면 상의 펌프 통로(202, 203)로부터 베인 홈(36) 내로 유동하고, 연료는 구획 벽(35)을 따라 축-방향의 양쪽 측면 상에서 대향으로 회전하는 선회 유동(300)을 형성한다.

도12b에 도시된 바와 같이, 베인 홈(36)은 회전 방향에 대해 후방측 즉 후방 측면 상에 후방 표면(37)을 갖는다. 도12a를 참조하면, 후방 표면(37)의 적어도 반경-방향 내부 측면은 회전 방향에 대해 후방으로 반경-방향 내부 측면으로부터 반경-방향 외부 측면으로 경사진다. 즉, 도12a의 하부측 상의 후방 표면(37)의 적어도 반경-방향 내부 측면은 도12a의 하부측으로부터 도12a의 좌측을 향해 도12a의 상부측으로 경사진다. 베인 홈(36)의 후방 표면(37)은 선분(110)을 통해 연결되는 반경-방향 내부 단부(37a) 및 반경-방향 외부 단부(37b)를 갖는다. 직선(104)은 반경-방향 내부 단부(37a)로부터 임펠러(30)의 반경(102)을 따라 반경-방향으로 외향으로 연장한다. 선분(110)은 반경-방향 외부 측면 상에서 회전 방향에 대해 후방으로 직선(104)에 대해 경사진다. 도12a에서, 임펠러(30)의 회전 축(100)이 도시되어 있다.

도12b를 참조하면, 후방 표면(37)은 두께-중심부(37c)로부터 두께-단부 표면(31)의 양쪽 모두를 향해 회전 방향에 대해 전방으로 경사진다. 즉, 후방 표 면(37)은 실질적으로 V자-형상을 형성하도록 두께-중심부(37c)로부터 두께-단부 표면(31)의 양쪽 모두를 향해 연장한다. 후방 표면(37)은 임펠러(30)의 두께 방향에 대해 두께-단부(37d)를 갖는다. 두께-중심부(37c) 및 각각의 두께-단부(37d)는 선분(112)을 통해 연결된다. 직선(106)은 회전 방향에 대해 전방으로 두께-중심부(37c)로부터 원주 방향을 따라 연장한다. 선분(112) 및 직선(106)은 그 사이에 전방 경사각 β를 한정한다. 이러한 실시예에서, 전방 경사각 β는 다음의 관계 즉 40˚≤β≤60˚를 충족시킨다. 직선(106)은 회전 축(100)에 직각이다.

도16을 참조하면, 입구 포트(200)는 연통 통로(201)를 통해 펌프 통로(202)와 연통한다. 연통 통로(201)는 입구 포트(200)로부터 펌프 통로(202)를 향해 점차로 감소하는 단면을 갖는다. 펌프 통로(202)와 입구 포트(200)를 연통시키는 연통 통로(201)는 연통 벽(21)을 갖는다. 연통 벽(21)은 입구 포트(200)로부터 펌프 통로(202)를 향해 점차로 상승되고, 펌프 통로(202)와 연결된다. 연료가 입구 포트(200)를 통해 흡입되고, 연통 벽(21)을 따라 베인 홈(36)을 향해 유입된다.

연통 벽(21)은 경사 직선(108)을 통해 연결되는 입구측 단부(21a) 및 통로측 단부(21b)를 갖는다. 선분(114)이 두께-중심부(37c)로부터 두께-단부(37d) 중 하나를 통해 경사 직선(108)으로 연장한다. 경사 직선(108) 및 선분(114)은 회전 방향에 대해 전방으로 각도 ε을 한정한다. 각도 ε은 다음의 관계 즉 90˚≤ε≤130˚를 충족시킨다.

입구 포트(200)를 통해 유동하는 연료가 연통 벽(21)을 따라 유입된다. 연료는 대체로 고속으로 회전하는 임펠러(30)의 베인 홈(36) 내로 유동한다. 각도 ε이 90˚ 미만 즉 ε<90˚일 때, 베인 홈(36) 내로 유동하는 연료는 큰 각도로 베인 홈(36)의 후방 표면(37)에 대해 충돌할 수 있다. 각도 ε이 130˚ 초과 즉 ε>130˚일 때, 베인 홈(36)의 후방 표면(37)은 연통 벽(21)을 따라 유입됨으로써 입구 포트(200)를 통해 베인 홈(36) 내로 유동하는 연료로부터 크게 멀어진다. 따라서, 연료는 베인 홈(36) 내로 유동하기 어렵다. 그러므로, 이러한 구조에서, 각도 ε은 90˚≤ε≤130˚의 관계를 충족시키도록 한정되며, 그 결과 연료는 임펠러가 고속으로 회전하는 동안에 후방 표면(37)을 따라 베인 홈(36) 내로 매끄럽게 유동하게 된다. 이와 같이, 도17에 도시된 바와 같이, 펌프 부분(12)의 펌프 효율 ηp는 90˚≤ε≤130˚의 범위 내에서 상당히 향상된다.

입구 포트(200)로부터 펌프 통로(202)를 향해 연장하는 연통 벽(21)은 상승각 θ로 상승된다. 즉, 입구 포트(200)로부터 펌프 통로(202)를 향해 연장하는 경사 직선(108)은 상승각 θ로 상승된다. 상승각 θ는 다음의 관계 즉 10˚≤θ≤30˚를 충족시킨다.

상승각 θ가 10˚ 미만 즉 10˚>θ일 때, 입구 포트(200)로부터 연통 벽(21)을 향해 유동하는 연료가 입구 포트(200)와 연통 벽(21) 사이의 코너 주위에서 박리된다. 즉, 연료 유동은 입구측 단부(21a) 주위의 연통 벽(21)으로부터 박리된다. 결국, 연료 유동은 에너지를 잃는다. 상승각 θ가 30˚ 초과 즉 θ>30˚일 때, 연통 통로(201)의 단면적은 입구측 단부(21a)에서 커진다. 이러한 경우에, 입구 포트(200)로부터 연통 벽(21)을 향해 통과하는 연료 유동은 펌프 통로(202)를 향해 전체적으로 배향되지 않을 수 있고, 부분적으로 누적될 수 있다. 결국, 연료 유동은 에너지를 잃는다. 이와 같이, 펌프 효율 ηp는 연료 유동의 에너지의 감소로 인해 감소한다. 그러므로, 이러한 구조에서, 상승각 θ는 10˚≤θ≤30˚의 관계를 충족시키도록 설정되며, 그 결과 입구 포트(200)로부터 연통 벽(21)을 향해 통과하는 연료 유동이 연통 벽(21)으로부터 박리되는 것이 제한될 수 있게 되고 입구측 단부(21a) 주위에서 누적되는 것이 제한될 수 있게 된다. 이와 같이, 연료 유동의 에너지가 유지될 수 있으며, 그 결과 펌프 효율 ηp는 향상될 수 있게 된다.

전방 경사각 β가 40˚ 미만 즉 β<40˚일 때, 베인 홈(36) 내로 진입하는 선회 유동(300)의 방향은 회전 방향에 대해 전방으로 극적으로 변화되며, 선회 유동(300)은 베인 홈(36)으로부터 배출된다. 결국, 선회 유동(300)의 에너지가 감소된다.

이러한 구조에서, 전방 경사각 β는 40˚≤β의 관계를 충족시키며, 그 결과 베인 홈(36)으로부터 통과하는 선회 유동(300)의 에너지가 유지되게 된다.

선회 유동(300)이 베인 홈(36)의 외부로 이동할 때, 선회 유동(300)은 회전 방향에 대해 전방으로 베인 홈(36)으로부터 에너지의 성분을 수용한다. 전방 경사각 β가 60˚ 초과 즉 β>60˚로 설정될 때, 베인 홈(36)으로부터 선회 유동(300)으로 전방으로 가해지는 에너지의 성분은 작아진다. 따라서, 회전 방향에 대한 선회 유동(300)의 피치가 커진다. 결국, 선회 유동(300)이 하나의 베인 홈(36)의 외부로 이동하고 회전 방향에 대해 하나의 베인 홈(36)의 후방측 상에 있는 후속의 베인 홈(36) 내로 진입할 때, 하나의 베인 홈(36)과 후속의 베인 홈(36) 사이의 간 격은 커진다. 결국, 전방 경사각 β가 60˚ 초과로 설정될 때, 베인 홈(36)에 대한 출입 횟수는 선회 유동(300)이 펌프 통로(202)를 통과하는 동안에 감소한다. 따라서, 연료가 충분히 가압될 수 없다.

그러므로, 제6 실시예에서, 전방 경사각 β는 β≤60˚의 관계를 충족시키도록 설정되며, 그 결과 선회 유동(300)이 베인 홈(36)의 외부로 이동할 때 회전 방향에 대해 전방으로 베인 홈(36)으로부터 선회 유동(300)으로 가해지는 에너지의 성분은 커지게 된다. 이와 같이, 회전 방향에 대한 선회 유동(300)의 피치는 작아진다. 결국, 베인 홈(36)에 대한 출입 횟수는 선회 유동(30)이 펌프 통로(202)를 통과하는 동안에 증가한다. 그러므로, 연료를 가압하는 효율이 향상될 수 있으며, 그 결과 펌프 효율 ηp는 향상될 수 있게 된다.

추가로, 이러한 실시예에서, 베인 홈(36)은 회전 방향에 대해 전방측 상에 전방 표면(38)을 갖는다. 전방 표면(38)은 후방 표면(37)과 유사하게 실질적으로 V자-형상을 형성하도록 두께-중심부(37c)로부터 두께-단부 표면(31)의 양쪽 모두를 향해 연장한다. 이러한 구조에서, 후방 표면(37)의 형상 그리고 전방 표면(38)의 형상은 실질적으로 동일하며, 그 결과 베인 홈(36)의 외부로 유동하는 연료의 유동량 그리고 베인 홈(36) 내로 유동하는 연료의 유동량이 실질적으로 균일해지게 된다. 결국, 연료를 가압하는 효율이 향상될 수 있으며, 그 결과 펌프 효율 ηp는 향상될 수 있게 된다.

추가로, 이러한 실시예에서, 환형 부분(32)은 베인 홈(36)의 반경-방향 외부 측면을 둘러싸며, 임펠러(30)의 외주연은 펌프 통로를 갖지 않는다. 연료가 펌프 통로(202)를 통해 가압되며, 가압된 연료는 회전 방향에 대해 차압을 발생시킨다. 이러한 실시예의 이러한 구조에서, 차압은 임펠러(30)에 반경-방향으로 직접적으로 가해지지 않는다. 이와 같이, 반경 방향에 대해 임펠러(30)에 가해지는 힘이 감소된다. 결국, 임펠러(30)의 회전 중심은 오정렬되는 것이 제한될 수 있으며, 그 결과 임펠러(30)는 매끄럽게 회전할 수 있게 된다.

이와 같이, 펌프 효율 ηp는 향상되며, 그 결과 연료 펌프(10)의 용량은 향상될 수 있게 되며 연료 펌프(10)의 토출량이 또한 향상될 수 있게 된다.

(수정예)

연통 벽(21)은 평탄형 표면으로 제한되지 않는다. 도18에 도시된 바와 같이, 연통 벽(21)은 실질적으로 볼록형의 표면일 수 있다. 도18에 도시된 연통 벽(21)은 입구 포트(200)로부터 펌프 통로(202)를 향해 점차로 상승되고, 펌프 통로(202)와 연통한다. 이러한 구조에서, 연료가 입구 포트(200)를 통해 흡입되고, 베인 홈(36)을 향해 연통 벽(21)에 의해 유입된다. 이러한 수정예에서, 각도 ε은 90˚≤ε≤130˚의 관계를 충족시키도록 한정된다.

위의 실시예를 요약하면, 임펠러(30)는 그 회전 방향을 따라 연장하는 펌프 통로(202, 203)를 갖는 유체 펌프(10) 내에서 회전 가능하다. 임펠러(30)는 회전 방향을 따라 배열되는 구획 벽(34)을 포함한다. 구획 벽(34) 중 인접한 2개가 그 사이에 베인 홈(36)을 한정한다. 각각의 구획 벽(34)은 회전 방향에 대해 후방측 상에 후방 표면(37)을 갖는다. 후방 표면(37)의 적어도 반경-방향 내부 측면은 회전 방향에 대해 후방으로 반경-방향으로 외향으로 경사진다. 후방 표면(37)은 선 분(110)을 통해 연결되는 반경-방향 내부 단부(37a, 121a, 131a, 141a, 151a) 및 반경-방향 외부 단부(37b, 121b, 131b, 141b, 151b)를 갖는다. 선분(110)은 임펠러(30)의 반경(102)에 대해 후방 경사각 α를 한정할 수 있다. 후방 경사각 α는 예각일 수 있다. 후방 표면(37)은 회전 방향에 대해 전방으로 임펠러(30)의 두께-중심부(37c)로부터 임펠러(30)의 두께-단부(37d)의 양쪽 모두를 향해 경사진다. 두께-중심부(37c) 및 각각의 두께-단부(37d)는 선분(112)을 통해 연결된다. 선분(112)은 직선(106)에 대해 전방 경사각 β를 한정할 수 있다. 전방 경사각 β는 예각일 수 있다. 직선(106)은 임펠러(30)의 외주연의 외접원에 접할 수 있다. 후방 경사각 α 및 전방 경사각 β는 바람직하게는 다음의 관계 즉 15˚≤α≤30˚; β≤60˚; 및 1≤β/α≤4를 충족시킨다.

대체예에서, 유체 펌프(10)는 케이스 부재(20, 22) 및 임펠러(30)를 포함한다. 케이스 부재(20, 22)는 입구 포트(200) 및 펌프 통로(202, 203)를 갖는다. 임펠러(30)는 케이스 부재(20, 22) 내에서 회전 가능하다. 임펠러(30)는 그 회전 방향을 따라 연장하는 펌프 통로(202, 203)를 따라 베인 홈(36)을 갖는다. 각각의 베인 홈(36)은 회전 방향에 대해 후방측 상의 후방 표면(37)에 의해 한정된다. 후방 표면(37)의 적어도 반경-방향 내부 측면은 회전 방향에 대해 후방으로 외향으로 경사진다. 후방 표면(37)은 선분(제1 선분)(110)을 통해 연결되는 반경-방향 내부 단부(37a, 121a, 131a, 141a, 151a) 및 반경-방향 외부 단부(37b, 121b, 131b, 141b, 151b)를 갖는다. 제1 선분(110)은 임펠러(30)의 반경(102)에 대해 후방 경사각 α를 한정할 수 있다. 후방 경사각 α는 예각일 수 있다. 입구 포트(200)의 측면 상의 후방 표면(37)은 회전 방향에 대해 전방으로 임펠러(30)의 두께-중심부(37C)로부터 입구 포트(200)를 향해 경사진다. 케이스 부재(20, 22)는 펌프 통로(202, 203)와 입구 포트(200)를 연통시키는 연통 통로(201)를 한정하는 연통 벽(21)을 갖는다. 연통 벽(21)은 입구 포트(200)로부터 펌프 통로(202, 203)를 향해 점차로 상승되는 경사 직선(108)을 통해 연결되는 입구측 단부(21a) 및 통로측 단부(21b)를 갖는다. 경사 직선(108)은 후방 표면(37)의 두께-중심부(37c)로부터 후방 표면(37)의 입구측 단부(21a)를 통해 경사 직선(108)으로 연장하는 선분(제2 선분)(114)에 대해 각도 ε을 한정할 수 있다. 각도 ε은 직각 및 둔각 중 하나일 수 있다. 각도 ε은 바람직하게는 다음의 관계 즉 90˚≤ε≤130˚를 충족시킨다.

(다른 실시예)

상승각 θ는 바람직하게는 10˚≤θ≤30˚의 관계를 충족시키도록 설정될 수 있다. 그러나, 상승각 θ는 이러한 10˚≤θ≤30˚의 범위로 제한되지 않는다.

위의 실시예에서, 후방 표면(37)은 전방 경사각 β가 다음의 관계 즉 40˚≤β≤60˚를 충족시키도록 경사각 β로 두께-중심부(37c)로부터 각각의 두께-단부(37d)로 경사진다. 대체예에서, 후방 표면(37)은 전방 경사각 β가 다음의 관계 즉 40˚≤β≤60˚를 충족시키도록 두께-중심부(37c)로부터 입구 포트(200)의 측면 상의 두께-단부(37d) 중 하나로 경사질 수 있다. 경사각 β는 바람직하게는 40˚≤β≤60˚의 관계를 충족시키도록 설정될 수 있다. 그러나, 경사각 β는 이러한 40˚≤β≤60˚의 범위로 제한되지 않는다.

위의 실시예에서, 연료가 임펠러(30)의 양쪽 측면 상의 펌프 통로(202, 203) 의 양쪽 모두를 통해 가압된다. 후속적으로, 연료는 두께 방향에 대해 임펠러(30)의 일측 상의 입구 포트(200)를 통해 흡입되며, 흡입된 연료는 임펠러(30)의 타측으로 가압-이송된다. 이와 같이, 연료가 모터 부분(13)을 향해 공급된다. 대체예에서, 예컨대, 연료 펌프는 가압된 연료가 모터 부분(13) 내로 가압-이송되지 않는 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조에서, 임펠러(30)에 대해 입구 포트(200)의 대향측 상에 있는 펌프 통로(203)는 생략될 수 있으며, 연료가 입구 포트(200)의 일측 상의 펌프 통로(202)를 통해 가압될 수 있다.

연통 벽(21)은 실질적으로 평탄형의 표면 및 실질적으로 볼록형의 표면으로 제한되지 않는다. 연통 벽(21)은 실질적으로 오목형의 표면일 수 있다.

베인 홈(36)의 외주연은 환형 부분(32)에 의해 둘러싸이지 않을 수 있고, 베인 홈(36)의 외주연은 개방될 수 있다. 위의 실시예에서, 베인 홈(36)의 전방 표면(38)은 실질적으로 V자-형상을 형성하도록 후방 표면(37)에 대응하여 연장한다. 대체예에서, 전방 표면(38)은 대체로 두께 방향을 따라 연장하는 실질적으로 평탄형의 표면일 수 있다.

위의 실시예에서, 브러시를 갖는 모터가 연료 펌프의 모터 부분에 적용된다. 대체예에서, 브러시를 갖지 않는 모터가 모터 부분에 적용될 수 있다.

유체는 펌프의 구조물에 연료를 공급하는 것에 제한되지 않으며 임펠러는 임의의 다른 유압 장치에 적용될 수 있다.

이들 실시예의 위의 구조는 적절하게 조합될 수 있다.

다양한 수정 및 변경이 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 위의 실시예 에 다양하게 수행될 수 있다.

본 발명에 따르면, 향상된 펌프 효율을 갖는 임펠러 그리고 이러한 임펠러를 갖는 유체 펌프가 제조될 수 있다.

Claims

회전 방향을 따라 펌프 통로(202, 203) 내의 유체를 가압하기 위해 유체 펌프(10) 내에서 회전 가능한 임펠러(30)이며,

회전 방향을 따라 배열되고, 그 중 인접한 2개가 그 사이에 베인 홈(36)을 한정하는, 복수개의 구획 벽(34)을 포함하며,

각각의 구획 벽(34)은 회전 방향에 대해 후방측 상에 후방 표면(37)을 가지며, 후방 표면(37)은 반경-방향 내부 측면을 가지며,

후방 표면(37)의 적어도 반경-방향 내부 측면은 회전 방향에 대해 후방으로 반경-방향으로 외향으로 경사지며,

후방 표면(37)은 제1 선분(110)을 통해 연결되는 반경-방향 내부 단부(37a, 121a, 131a, 141a, 151a) 및 반경-방향 외부 단부(37b, 121b, 131b, 141b, 151b)를 가지며,

제1 선분(110) 그리고 반경-방향 내부 단부(37a, 121a, 131a, 141a, 151a)로부터 임펠러(30)의 반경(102)을 따라 반경-방향으로 외향으로 연장하는 제1 직선(104)은 그 사이에 후방 경사각 α를 한정하며,

임펠러(30)는 그 두께 방향에 대해 두께-중심부(37c) 및 두께-단부(37d)를 가지며,

후방 표면(37)은 회전 방향에 대해 전방으로 두께-중심부(37c)로부터 두께-단부(37d)의 양쪽 모두를 향해 경사지며,

두께-중심부(37c) 및 각각의 두께-단부(37d)는 제2 선분(112)을 통해 연결되며,

제2 선분(112) 그리고 회전 방향에 대해 전방으로 두께-중심부(37c)로부터 원주 방향을 따라 연장하는 제2 직선(106)은 그 사이에 전방 경사각 β를 한정하며,

후방 경사각 α 및 전방 경사각 β는 다음의 관계 즉 15˚≤α≤30˚, β≤60˚ 및 1≤β/α≤4를 충족시키는 임펠러.
제1항에 있어서, 후방 경사각 α는 다음의 관계 즉 20˚≤α를 충족시키는 임펠러.
모터 부분(13)과,

모터 부분(13)에 의해 회전되는 제1항 또는 제2항에 따른 임펠러(30)와,

펌프 통로(202, 203)를 한정하는 케이스 부재(20, 22)를 포함하며,

임펠러(30)는 케이스 부재(20, 22) 내에서 회전 가능한 유체 펌프.
입구 포트(200) 및 펌프 통로(202, 203)를 갖는 케이스 부재(20, 22)와,

케이스 부재(20, 22) 내에서 회전 가능하고, 그 회전 방향을 따라 연장하는 펌프 통로(202, 203)를 따라 복수개의 베인 홈(36)을 가지며, 각각의 베인 홈(36)은 회전 방향에 대해 후방측 상의 후방 표면(37)에 의해 한정되는, 임펠러(30)를 포함하며,

후방 표면(37)의 적어도 반경-방향 내부 측면이 회전 방향에 대해 후방으로 반경-방향 외부 측면에 경사지며,

후방 표면(37)은 제1 선분(110)을 통해 연결되는 반경-방향 내부 단부(37a, 121a, 131a, 141a, 151a) 및 반경-방향 외부 단부(37b, 121b, 131b, 141b, 151b)를 가지며,

제1 선분(110)은 회전 방향에 대해 후방으로, 반경-방향 내부 단부(37a, 121a, 131a, 141a, 151a)로부터 임펠러(30)의 반경(102)을 따라 반경-방향으로 외향으로 연장하는, 직선(104)에 대해 경사지며,

임펠러(30)는 그 두께 방향에 대해 두께-중심부(37c)를 가지며,

입구 포트(200)의 일측 상의 후방 표면(37)의 적어도 입구측이 회전 방향에 대해 전방으로 두께 방향에 대해 두께-중심부(37c)로부터 입구 포트(200)를 향해 경사지며,

케이스 부재(20, 22)는 펌프 통로(202, 203)와 입구 포트(200)를 연통시키는 연통 통로(201)를 한정하는 연통 벽(21)을 가지며,

연통 벽(21)은 입구 포트(200)로부터 펌프 통로(202, 203)를 향해 점차로 상승되는 경사 직선(108)을 통해 연결되는 입구측 단부(21a) 및 통로측 단부(21b)를 가지며,

경사 직선(108) 그리고 후방 표면(37)의 두께-중심부(37c)로부터 후방 표면(37)의 입구측 단부(21a)를 통해 경사 직선(108)으로 연장하는 제2 선분(114)은 회전 방향에 대해 전방으로 각도 ε을 한정하며,

각도 ε은 다음의 관계 즉 90˚≤ε≤130˚를 충족시키는 유체 펌프.
제4항에 있어서, 후방 표면(37)은 회전 방향에 대해 전방으로 두께 방향에 대해 두께-중심부(37c)로부터 양쪽 측면을 향해 경사지는 유체 펌프.
제4항에 있어서, 입구측 단부(21a)로부터 통로측 단부(21b)를 향해 연장하는 경사 직선(108)은 상승각 θ로 상승되며,

상승각 θ는 다음의 관계 즉 10˚≤θ≤30˚를 충족시키는 유체 펌프.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 후방 표면(37)은 회전 방향에 대해 전방으로 두께-중심부(37c)로부터 두께-단부(37d)를 향해 경사지는 경사 표면을 한정하며,

두께-중심부(37c)는 경사 표면 내에서 제3 선분(112)을 통해 두께-단부(37d)와 연결되며,

제3 선분(112) 그리고 회전 방향에 대해 두께-중심부(37c)로부터 원주 방향을 따라 연장하는 직선(106)은 그 사이에 전방 경사각 β를 한정하며,

전방 경사각 β는 다음의 관계 즉 40˚≤β≤60˚를 충족시키는 유체 펌프.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 복수개의 베인 홈(36)을 따라 한 정되는 펌프 통로(202, 203) 내로 입구 포트(200)로부터 흡입된 유체를 가압하는 임펠러(30)를 회전시키는 모터 부분(13)을 추가로 포함하는 유체 펌프.
그 내에 펌프 통로(202, 203)를 한정하는 케이스 부재(20, 22)와,

그 회전 방향을 따라 펌프 통로(202, 203) 내의 유체를 가압하기 위해 케이스 부재(20, 22) 내에서 회전 가능한 임펠러(30)를 포함하며,

임펠러는 회전 방향을 따라 복수개의 구획 벽(34)을 포함하며, 복수개의 구획 벽(34) 중 인접한 2개가 그 사이에 베인 홈(36)을 한정하며,

각각의 구획 벽(34)은 회전 방향에 대해 후방측 상에 후방 표면(37)을 가지며,

후방 표면(37)의 적어도 반경-방향 내부 측면이 회전 방향에 대해 후방으로 반경-방향으로 외향으로 경사지며,

후방 표면(37)은 제1 선분(110)을 통해 연결되는 반경-방향 내부 단부(37a, 121a, 131a, 141a, 151a) 및 반경-방향 외부 단부(37b, 121b, 131b, 141b, 151b)를 가지며,

제1 선분(110) 그리고 임펠러(30)의 반경(102)을 따라 반경-방향 내부 단부(37a, 121a, 131a, 141a, 151a)로부터 반경-방향으로 외향으로 연장하는 제1 직선(104)은 그 사이에 후방 경사각 α를 한정하며,

임펠러(30)는 그 두께 방향에 대해 두께-중심부(37c) 및 두께-단부(37d)를 가지며,

후방 표면(37)은 회전 방향에 대해 전방으로 두께-중심부(37c)로부터 두께-단부(37d)의 양쪽 모두를 향해 경사지며,

두께-중심부(37c) 및 각각의 두께-단부(37d)는 제2 선분(112)을 통해 연결되며,

제2 선분(112) 그리고 회전 방향에 대해 전방으로 두께-중심부(37c)로부터 원주 방향을 따라 연장하는 제2 직선(106)은 그 사이에 전방 경사각 β를 한정하며,

후방 경사각 α 및 전방 경사각 β는 다음의 관계 즉 15˚≤α≤30˚, β≤60˚ 및 1≤β/α≤4를 충족시키는 유체 펌프.
회전 방향을 따라 연장하는 펌프 통로(202, 203)를 갖는 유체 펌프(10) 내에서 회전 가능한 임펠러(30)이며,

회전 방향을 따라 배열되고, 그 중 인접한 2개가 그 사이에 베인 홈(36)을 한정하는, 복수개의 구획 벽(34)을 포함하며,

각각의 구획 벽(34)은 회전 방향에 대해 후방측 상에 후방 표면(37)을 가지며,

후방 표면(37)의 적어도 반경-방향 내부 측면이 회전 방향에 대해 후방으로 반경-방향으로 외향으로 경사지며,

후방 표면(37)은 임펠러(30)의 반경(102)에 대해 예각인 후방 경사각 α를 한정하는 제1 선분(110)을 통해 연결되는 반경-방향 내부 단부(37a, 121a, 131a, 141a, 151a) 및 반경-방향 외부 단부(37b, 121b, 131b, 141b, 151b)를 가지며,

후방 표면(37)은 회전 방향에 대해 전방으로 임펠러(30)의 두께-중심부(37c)로부터 임펠러(30)의 두께-단부(37d)의 양쪽 모두를 향해 경사지며,

두께-중심부(37c) 및 각각의 두께-단부(37d)는 임펠러(30)의 외주연의 외접원에 접하는 제1 직선(106)에 대해 예각인 전방 경사각 β를 한정하는 제2 선분(112)을 통해 연결되며,

후방 경사각 α 및 전방 경사각 β는 다음의 관계 즉 15˚≤α≤30˚, β≤60˚ 및 1≤β/α≤4를 충족시키는 임펠러.
입구 포트(200) 및 펌프 통로(202, 203)를 갖는 케이스 부재(20, 22)와,

케이스 부재(20, 22) 내에서 회전 가능하고, 그 회전 방향을 따라 연장하는 펌프 통로(202, 203)를 따라 복수개의 베인 홈(36)을 가지며, 각각의 베인 홈(36)은 회전 방향에 대해 후방측 상의 후방 표면(37)에 의해 한정되는, 임펠러(30)를 포함하며,

후방 표면(37)의 적어도 반경-방향 내부 측면이 회전 방향에 대해 후방으로 외향으로 경사지며,

후방 표면(37)은 임펠러(30)의 반경(102)에 대해 예각인 후방 경사각 α를 한정하는 제1 선분(110)을 통해 연결되는 반경-방향 내부 단부(37a, 121a, 131a, 141a, 151a) 및 반경-방향 외부 단부(37b, 121b, 131b, 141b, 151b)를 가지며,

입구 포트(200)의 일측 상의 후방 표면(37)은 회전 방향에 대해 전방으로 임 펠러(30)의 두께-중심부(37c)로부터 입구 포트(200)를 향해 경사지며,

케이스 부재(20, 22)는 펌프 통로(202, 203)와 입구 포트(200)를 연통시키는 연통 통로(201)를 한정하는 연통 벽(21)을 가지며,

연통 벽(21)은 입구 포트(200)로부터 펌프 통로(202, 203)를 향해 점차로 상승되는 경사 직선(108)을 통해 연결되는 입구측 단부(21a) 및 통로측 단부(21b)를 가지며,

경사 직선(108)은 후방 표면(37)의 두께-중심부(37c)로부터 후방 표면(37)의 입구측 단부(21a)를 통해 경사 직선(108)으로 연장하는 제2 선분(114)에 대해 직각 및 둔각 중 하나인 각도 ε을 한정하며,

각도 ε은 다음의 관계 즉 90˚≤α≤130˚를 충족시키는 유체 펌프.