KR20140081656A - 전동 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하우징과, 상기 하우징에 삽입되는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 배치된 로터 코어, 및 상기 로터 코어가 수용되는 스테이터 코어를 포함하는 모터부; 및 상기 회전축의 일 끝단에 결합되는 내부 로터, 및 외부 로터를 포함하는 펌프부;를 포함하되, 상기 하우징의 일측면에는 상기 펌프부가 수용되는 삽입홈이 형성되어, 상기 하우징 내에 상기 모터부와 펌프부가 수용되는 전동 펌프를 개시한다.

Description

전동 펌프{Electric Pump}
본 발명은 전동 펌프에 관한 것이다.
일반적으로, 전동오일펌프(Electric Oil Pump, EOP)는 자동차 변속기의 원활한 변속 기능을 위해 내부에 일정한 압력을 유지하기 위해 오일을 공급하는 장치이다. 특히, HEV 차량의 경우 운행 정지 시 엔진이 정지됨으로 변속기에 일정한 압력을 유지하지 못하게 되는 문제가 있는바, 이를 보완하기 위해 이러한 펌프를 사용하여 엔진 정지시 오일 압력을 유지하는 역할을 한다.
그러나, 기존의 전동오일펌프는, 펌프와, 모터, 및 인버터를 각각 개별 제작하여 펌프와 모터를 볼트로 체결하고, 인버터는 별도의 케이블로 연결하여 제조하고 있다. 따라서, 기존 제품들은 펌프와 모터 그리고 인버터를 개별 회사에서 제작하고 이를 조립하기 때문에 성능이나, 효율, 및 원가 측면에서 불필요한 구조를 갖게 된다.
특히, 각 부품이 개별적으로 조립되다 보니 불필요하게 크기가 커져 진동에 취약한 문제가 있으며, 분리형이기 때문에 소음 불량이 증가하고, 신뢰성 확보를 위해 조립 측면에서 추가 구조물(예: 부시, bush)이 필요한 문제가 있다.
본 발명은 펌프와 모터를 일체형으로 제작함으로써 불필요한 조립을 감안한 구조물을 삭제하고 조립 신뢰성을 높일 수 있는 전동 펌프를 제공한다.
본 발명에 일 특징에 따른 전동 펌프는, 하우징; 상기 하우징에 삽입되는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 배치된 로터 코어, 및 상기 로터 코어가 수용되는 스테이터 코어를 포함하는 모터부; 및 상기 회전축의 일 끝단에 결합되는 내부 로터, 및 외부 로터를 포함하는 펌프부;를 포함하되, 상기 하우징의 일측면에는 상기 펌프부가 수용되는 삽입홈이 형성된다.
본 발명에 일 특징에 따른 전동 펌프에서, 상기 삽입홈의 바닥면에는 유체가 펌핑되는 메인채널이 형성되고, 상기 메인채널은 상기 하우징의 외측에 형성된 유체 흡입구 및 유체 배출구와 연결된다.
본 발명에 일 특징에 따른 전동 펌프에서, 상기 하우징 내부에는 상기 유체 흡입구와 상기 메인채널을 연결하는 흡입 채널, 및 상기 유체 배출구와 상기 메인채널을 연결하는 배출 채널이 형성된다.
본 발명에 일 특징에 따른 전동 펌프에서, 상기 삽입홈의 바닥면 중앙부에는 상기 회전축이 삽입되는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀의 내벽에는 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 배치된다.
본 발명에 일 특징에 따른 전동 펌프에서, 상기 관통홀과 회전축 사이에는 간격이 형성되어 유체가 상기 베어링으로 유입될 수 있다.
본 발명에 일 특징에 따른 전동 펌프에서, 상기 베어링과 상기 모터부 사이에는 유체의 유입을 차단하는 실링 부재가 배치될 수 있다.
본 발명에 일 특징에 따른 전동 펌프에서, 상기 하우징의 일측면에 결합되어 상기 펌프부를 밀폐시키는 제1커버와 상기 하우징의 타측면에 결합되어 상기 모터부를 밀폐시키는 제2커버를 포함한다.
본 발명에 일 특징에 따른 전동 펌프에서, 상기 회전축의 타단에는 센싱부가 배치되고, 상기 센싱부는 상기 제2커버에 의해 하우징 내부에 밀폐된다.
본 발명에 일 특징에 따른 전동 펌프에서, 상기 제2커버와 일체로 형성되어 상기 모터부를 회전시키는 구동부를 포함한다.
본 발명에 일 특징에 따른 전동 펌프에서, 상기 구동부의 회로기판은 상기 모터부의 단자와 직접 연결된다.
본 발명에 따르면, 기존의 모터와 펌프의 결합형에 비해 약 20~25% 부피 축소가 가능하고, 확보한 여분의 공간에 인버터를 장착하여 기존 부피 내에서도 인버퍼 일체형 펌프의 구현이 가능하다.
또한, 펌프의 금형과 모터의 금형 따로 제작하지 않고, 일체형 하우징 하나의 금형만 제작하므로 원가 절감이 가능하다.
또한, 펌프와 모터간의 동심도 얼라인(Align)을 위해 얼라인 포인트(Align Point)가 불필요하여 제작이 간편하고 공정이 간단해지는 장점이 있다.
또한, 일체형으로 제작되므로 모터와 펌프 사이에 누유 방지를 위한 실링 구조가 불필요하다.
또한, 회전축의 길이를 짧게 설계함에 따라 불필요한 토크 로스(Torque Loss)가 방지된다.
또한, 일체형 바디로 펌프상 오일 유로(채널)의 확보가 용이하다.
또한, 변속기 체결부와 전동 펌프간의 무게 중심이 가까워져 진동에 강하고 저소음 구현이 가능하다.
또한, 일체형 구조로 제품 조립이 간단하고 얼라인(Align) 부적합으로 인한 구동 불량 또는 소음 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 전동 펌프의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 펌프의 분해 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체의 흐름을 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 펌프의 단면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링과 실링부재의 위치를 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 도 4의 A부분 확대도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 전동 펌프의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 펌프의 분해 사시도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 펌프는 하우징(100)과, 상기 하우징(100)에 삽입되는 회전축(410)과, 상기 회전축(410)의 외주면에 배치된 로터(420), 및 상기 로터(420)가 수용되는 스테이터(430)를 포함하는 모터부(400), 및 상기 회전축(410)의 일 끝단에 결합되는 내부 로터(310), 및 외부 로터(320)를 포함하는 펌프부(300)를 포함한다.
하우징(100)은 원통형의 부재로 일측면에는 펌프부(300)가 수용될 수 있도록 삽입홈(110)이 형성된다. 삽입홈(110)의 깊이는 펌프부(300)의 두께와 동일하게 제작될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 펌프부(300)의 일정 부분만이 삽입되도록 제작될 수도 있다. 삽입된 펌프부(300)는 하우징(100)의 일측면이 제1커버(210)와 결합되어 밀폐된다.
하우징(100)에는 마운팅부(160)가 형성된다. 본 발명에서는 일 예로 마운팅부(160)에 유체 흡입구(120)와 유체 배출구(130)가 형성된 구조를 예시하나 흡입구 및 배출구의 위치는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 마운팅부(160)의 형상 및 위치는 선택에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
펌프부(300)는 회전축(410)의 일끝단에 결합되는 내부 로터(310)와 내부 로터(310)가 수용되는 외부 로터(320)를 포함한다. 내부 로터(310)의 외면에는 N 개의 로브가 형성되고 외부 로터(320)에는 N+1 개의 로브가 형성되어 (N+1)/N의 회전비로 회전한다.
펌프부(300)는 내부 로터(310)가 회전축(410)으로부터 회전력을 받아 회전할 때 일정한 편심 구조를 갖게 되는데, 이러한 편심에 의해 내부 로터(310)와 외부 로터(320) 사이에 유체 연료를 운반할 수 있는 체적이 발생하게 된다.
즉, 로터의 회전 운동시 체적이 증가한 부분은 압력 강하로 주위의 유체를 흡입하고, 체적이 감소한 부분은 압력의 증가로 유체를 토출하게 된다. 이러한 펌프 구조는 공지의 구조가 모두 적용될 수 있는바 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
하우징(100)의 타측면에는 모터부(400)가 삽입된다. 모터부(400)는 회전축(410)과, 회전축(410)의 외주면에 배치된 로터(420), 및 로터(420)가 수용되는 스테이터(430)를 포함하는 공지의 구성이 모두 적용될 수 있다. 구체적으로 모터부(400)는 브러시 모터 또는 브러시리스 모터(Brushless motor)일 수 있다.
베어링(500)은 펌프부(300)과 모터부(400) 사이에 배치되어 회전축(410)을 회전 가능하게 지지하며, 실링 부재(600)는 펌프부(300)에서 순환되는 유체가 모터부(400) 측으로 유입되지 않게 차단하는 역할을 수행한다.
제2커버(220)는 하우징(100)의 타측면과 결합하여 모터부(400)를 밀폐하며, 필요에 따라 모터 구동부 등 다양한 전자/전기 디바이스가 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동 펌프는 하나의 하우징(100) 내에 모터부(400)와 펌프부(300)가 일체로 수용되므로, 기존에 모터와 펌프를 조립하는 구조물이 삭제되어 조립 신뢰성이 향상되며, 전체적인 크기가 작아져 콤팩트한 모터를 제작할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동 펌프는 오일 펌프로 동작할 수 있으나, 필요에 따라 워터 펌프와 같이 다양한 유체를 펌핑하는 구조로 적절히 변형 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 3을 참고하면, 하우징(100)의 일측면에는 펌프부(300)가 삽입되는 삽입홈(110)이 형성되며, 삽입홈(110)이 바닥면(113)에는 펌프부(300)의 회전에 의한 압력차에 의해 유체가 펌핑되는 메인채널(111)이 형성된다.
이러한 메인채널(111)은 바닥면(113)의 원주를 따라 형성된 장홈(groove)으로 형성될 수 있다. 또한, 바닥면(113)의 중앙부에는 회전축이 삽입 관통되는 관통홀(114)이 형성된다. 따라서, 회전축은 관통홀(114)를 통과하여 내부 로터와 결합됨으로써, 펌프부에 회전력을 전달한다.
구체적으로 메인채널(111)은 흡입 채널(121)의 끝단과 연결되는 제1메인채널(111a)과 배출 채널(131)의 끝단과 연결된 제2 메인채널(111b)로 구성될 수 있다.
따라서, 펌프에 의해 유체 흡입구(120)를 통해 흡입된 유체는 흡입 채널(121)을 통과하여 제1메인채널(111a)로 유입되고, 제2메인채널(111b)로 토출된 후 배출 채널(131)을 통과하여 유체 배출구(130)로 토출될 수 있다.
본 발명에서는 예시적으로 제1메인채널(111a)과 제2메인채널(111b)을 설명하였으나, 이러한 채널의 구조는 변속기 체결 위치 등 선택에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 유입 채널(121)과 배출 채널(131) 역시 채널을 최단거리로 설계하기 위하여 다양한 구조 변경이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 펌프의 단면도이고, 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링과 실링부재의 위치를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 4의 A부분 확대도이다,
도 4를 참고하면, 회전축(410)이 삽입되는 관통홀(114)의 내벽에는 회전축(410)의 일측을 회전 가능하게 지지하는 제1베어링(500)이 배치된다. 또한, 회전축의 타측에는 제2베어링(510)이 배치된다.
이러한 구조에 의하면, 제1베어링(500)이 회전축(410)의 끝단 가까이 배치되므로 회전축(410)의 회전을 안정적으로 지지할 수 있으며, 별도의 부시(Bush)를 사용하지 않고도 제1베어링(500)만으로도 회전축(410)의 축방향 하중을 안정적으로 지지할 수 있는 장점이 있다. 이때, 제1베어링(500)은 펌프부(300)의 내부 로터(310) 보다 직경이 작게 설계될 수 있다.
제1베어링(500)과 모터부(400) 사이에는 유체의 유입을 차단하는 실링 부재(600)가 배치된다. 이러한 실링 부재(600)는 오링(O-ring)과 같은 공지의 구성일 수 있다. 관통홀(114) 내벽에는 제1베어링(500) 및 실링 부재(600)가 설치될 수 있는 공간이 마련될 수 있다.
본 발명에 따르면, 실링 부재(600)가 베어링(500)과 모터부(400) 사이에 위치하기 때문에 실링 부재(600)의 내경은 베어링(500)의 내경과 같거나 크게 형성되는 것이 오일의 유입을 차단하는데 유리하다.
이하에서는 제1베어링(500)이 펌프부(300)와 실링 부재(600) 사이에 배치되는 이유에 대해 설명한다. 도 5를 참고하면, 펌프부(300)에 부하(load)가 걸린 경우 제1베어링(500)과 제2베어링(510) 간에 걸리는 하중의 합은 하기 관계식 1을 만족한다.
[관계식 1]
Figure pat00001
여기서 Ppump는 펌프부(300)에 걸리는 부하(load)이고, Pb1은 제1베어링(500)에 걸리는 부하이고, Pb2는 제2베어링(510)에 걸리는 부하이다.
또한, 제1베어링의 모멘트(Mb1)과 제2베어링의 모멘트(Mb2) 합은 하기 관계식 2를 만족하고, 제1베어링의 모멘트(Mb1)와 제2베어링의 모멘트(Mb2)는 각각 하기 관계식 3으로 표현될 수 있다. 여기서 Lb1은 제1베어링의 부하거리이고, Ltotal은 총 길이이다.
[관계식 2]
Figure pat00002
[관계식 3]
Figure pat00003
따라서, 관계식 1에 관계식 3을 대입하고 항을 정리하면, 하기 관계식 4를 도출할 수 있다.
[관계식 4]
Figure pat00004

도 5 및 관계식 4를 참고하면, 제1베어링의 부하거리(Lb1)가 길어질수록 제1베어링(500)에 걸리는 부하(Pb1)는 증가함을 알 수 있다. 따라서, 제1베어링(500)의 부하거리를 줄여 축계를 짧게 형성함으로써 제1베어링에 걸리는 부하를 감소시키는 것이 바람직하다.
그러나, 도 5와 같이 펌프부(300)와 제1베어링(500) 사이에 실링 부재(600)가 배치되면, 실링 부재(600)의 크기만큼 펌프부(300)와 제1베어링(500)이 이격되어야 한다. 따라서, 펌프부(300)와 제1베어링(500)이 이격된 거리만큼 제1베어링(500)의 부하는 증가하게 되어 결국 펌프의 수명이 감소하게 된다.
즉, 제1베어링(500)은 실링 부재(600)와 펌프부(300) 사이에 배치되고, 바람직하게는 펌프부(300)에 근접 배치되는 것이 바람직하다.
도 6을 참고하면, 제1베어링은 관통홀의 내벽에 마련된 수용홈(114a)에 배치되고, 관통홀(114)의 내벽(114b)과 회전축(410) 사이에는 간격(G)이 형성된다.
따라서, 상기 간격(G)에 의해 유체가 제1베어링(500) 내로 유입되어 제1베어링(500)의 윤활 기능을 수행할 수 있다. 내부 로터(310)의 밀착면 중앙에는 홈(311)이 형성되어 유체가 베어링 내부로 용이하게 삽입될 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 필요에 따라 관통홀 내벽(114b)에 슬롯(slot)을 추가로 형성하여 간격(G)을 넓힘으로써 유체의 유입을 증가시킬 수도 있다.
제1베어링(500)은 전용 그리스와 화학적 반응이 발생하지 않는 범위 내에서 다양한 제품이 선택될 수 있다. 또한, 유체가 오토미션 오일(Automatic Transmission Fluid, ATF)인 경우에는 베어링의 윤활제 역할을 충분히 수행할 수 있다.
그러나 전술한 구성은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 유체가 제1베어링(500) 내부로 유입되는 것을 차단할 필요가 있다면 상기 간격(G)에 별도의 실링 부재(도시되지 않음)를 설치할 수도 있다.
다시 도 4를 참조하면, 센싱부(700)는 로터(420)의 회전 자세를 감시하는 구성으로서, 일반적으로 모터에 구비되는 공지의 센싱 장치(레졸버 등)가 구성이 모두 채택될 수 있다. 또한, 센싱부(700)는 제2커버(220)에 의해 하우징(100) 내부에 밀폐될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 펌프부(300), 모터부(400), 및 센싱부(700)가 모두 하나의 하우징(100)의 내부에 배치되어 콤팩트한 구성이 가능해 진다.
본 발명에 따르면, 구동부(800)는 제2커버(220)와 일체로 제작될 수 있다. 이는 하나의 하우징(100)에 펌프부(300), 모터부(400), 및 센싱부(700)가 배치되기 때문에 기존의 전동모터와 동일한 규격으로 구동부(800)를 일체화시킬 수 있는 공간을 확보할 수 있다.
구체적으로 구동부(800)는 제2커버(220)의 상측에 일체로 결합될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제2커버(220)의 내부 공간에 형성될 수도 있다.
구동부(800)는 모터(400)를 회전시키는 인버터(Inverter) 및 인버터 구동부를 포함하며, 인버터에 내장된 인쇄회로기판(801)과 모터의 u, v, w 단자(440)가 직접 연결되어 기존의 케이블 등을 이용한 구조보다 전기적 신뢰성이 향상되며 더욱 콤팩트한 구성을 갖는다. 구체적으로, 인쇄회로기판(801)과 모터의 u, v, w 단자(440)는 솔더링에 의해 직접 연결될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 하우징 110: 삽입홈
111: 메인 채널 210: 제1커버
300: 펌프부 310: 내부 로터
320: 외부 로터 400: 모터부
500: 제1베어링 600: 실링 부재
700: 센싱부 800: 구동부

Claims (10)

  1. 하우징;
    상기 하우징에 삽입되는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 배치된 로터, 및 상기 로터가 수용되는 스테이터를 포함하는 모터부; 및
    상기 회전축의 일 끝단에 결합되는 내부 로터, 및 외부 로터를 포함하는 펌프부;를 포함하되,
    상기 하우징의 일측면에는 상기 펌프부가 수용되는 삽입홈이 형성되는 전동 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삽입홈의 바닥면에는 유체가 펌핑되는 메인채널이 형성되고, 상기 메인채널은 상기 하우징에 형성된 유체 흡입구 및 유체 배출구와 연결된 전동 펌프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하우징 내부에는 상기 유체 흡입구와 상기 메인채널을 연결하는 흡입 채널, 및 상기 유체 배출구와 상기 메인채널을 연결하는 배출 채널이 형성된 전동 펌프.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 삽입홈의 바닥면 중앙부에는 상기 회전축이 삽입되는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀의 내벽에는 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 제1베어링이 배치된 전동 펌프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 관통홀과 회전축 사이에는 간격이 형성되어 유체가 상기 제1베어링으로 유입되는 전동 펌프.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1베어링과 상기 모터부 사이에는 유체의 유입을 차단하는 실링 부재가 배치된 전동 펌프.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 일측면에 결합되어 상기 펌프부를 밀폐시키는 제1커버와, 상기 하우징의 타측면에 결합되어 상기 모터부를 밀폐시키는 제2커버를 포함하는 전동 펌프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회전축의 타단에는 센싱부가 배치되고, 상기 센싱부는 상기 제2커버에 의해 하우징 내부에 밀폐되는 전동 펌프.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2커버 내에 배치되어 상기 모터부를 회전시키는 구동부를 포함하는 전동 펌프.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구동부의 회로기판은 상기 모터부의 단자와 직접 연결된 전동 펌프.
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