KR20220098235A - 듀얼 구동 지로터 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 펌핑 시스템에 관한 것이다. 상기 유체 펌핑 시스템은 하우징; 전기 모터; 회전 가능한 제1 입력부; 상기 전기 모터에 의하여 구동되는 회전 가능한 제2 입력부; 내부 회전자와 외부 회전자를 포함하는 지로터 모터; 및 상기 외부 회전자를 슬라이딩 수용하는 캠링을 포함한다. 상기 캠링은 상기 제1 입력부 및 상기 제2 입력부 중 하나에 의하여 선택적으로 회전 가능하다. 상기 하우징은 상기 캠링의 제1 측에 있는 제1 유체 입구 통로 및 상기 캠링의 맞은 편에 있는 제2 유체 입구 통로를 포함한다. 상기 내부 회전자 및 상기 외부 회전자 사이의 캐비티에 진입하는 유체는 상기 제1 입력부의 회전축에 평행하게 유동하고, 상기 캠링은 방사상으로 연장되는 출구 포트를 포함하고, 펌핑된 유체는 캐비티 밖으로 방사상으로 유동한다.

Description

듀얼 구동 지로터 펌프

본 발명은 차량용 유체 펌핑 시스템에 관한 것으로, 특히 윤활 시스템은 제1 동력원으로서 내연 기관 및 제2 동력원으로서 전기 모터를 포함한다.

자동차는 일반적으로 하나 이상의 펌프를 구비하여 유체를 자동차 전반에 걸쳐 다양한 위치에 전달한다. 오늘날 생산되는 많은 자동차는 자동차의 내연 기관에 의하여 구동되는 적어도 하나의 펌프를 구비한다. 이러한 펌프의 예로서, 연료 펌프, 물 펌프, 내연 기관 오일 펌프, 변속기 오일 펌프, 수퍼 차저, 터보 차저, 파워 스티어링 펌프, 공조 시스템 압축기뿐만 아니라 자동 변속기, 이송 케이스, 클러치 및 기타 많은 차량 펌핑 요구 사항들과 같은 장치의 구동 시스템에 동력을 제공하는 유체 펌프가 있다. 이러한 많은 펌프들은 과거에는 만족스럽게 작동했으나, 몇 가지 우려 사항들이 있다.

예를 들어, 많은 펌프들은 정용량형 펌프로 구성되어 조립체의 비용을 최소화한다. 정용량형 펌프는 일반적으로 시스템의 최대 수요에 기초하여 최대 유량 또는 압력을 제공하는 크기를 가진다. 그러나, 자동차 동작의 대부분 동안 피크 펌프(peak pump) 출력이 요구되지 않는다. 이와 같이, 비교적 낮은 출력이 요구되는 경우, 펌프는 고속의 엔진 작동 속도에서와 같이 비교적 높은 출력을 제공하도록 구동될 수 있다. 보다 낮은 출력이 아니라 보다 높은 펌프 출력의 제공과 관련된 에너지는 에너지 낭비로 볼 수 있다.

전기 모터로만 구동되는 펌프는 자동차 응용에서도 사용될 수 있다. 그러나, 전기 모터로만 구동되는 펌프는 일반적으로 내연 기관에 의해 기계적으로 구동되는 펌프와 동일한 작동 효율을 제공하지 않는다. 따라서, 차량 효율을 개선하고, 단순화된 펌프 패키징을 제공하고, 내연 기관 회전 속도에 독립적인 가변 출력을 제공하는 2개의 독립적인 전원을 가지는 펌프에 대한 당업계의 요구가 존재할 수 있다. 이러한 동력 전달 장치는 제조 비용이 비교적 비싸고 비교적 큰 패키징 공간을 필요로 하기 때문에 유성 기어세트를 포함하지 않는 이중 입력 펌프를 제공하는 것이 특히 바람직할 수 있다.

본 발명의 일 실시의 예에 의하면, 내연 기관을 가지는 차량용 유체 펌핑 시스템에 있어서, 상기 유체 펌핑 시스템은 하우징; 전기 모터; 상기 내연 기관에 의해 구동되도록 구성된 회전 가능한 제1 입력부; 상기 전기 모터에 의하여 구동되는 회전 가능한 제2 입력부; 외부 회전자에 의해 둘러싸인 내부 회전자를 포함하는 지로터 모터; 및 상기 외부 회전자를 슬라이딩 수용하는 캠링을 포함하고, 상기 캠링은 상기 제1 입력부 및 상기 제2 입력부 중 하나의 의하여 상기 제1 입력부의 회전축에 대해 선택적으로 회전 가능하고, 상기 내부 회전자는 상기 제1 입력부 및 상기 제2 입력부 중 나머지 하나의 의하여 선택적으로 회전 가능하고, 상기 하우징은 상기 캠링의 제1 측에 있는 제1 유체 입구 통로 및 상기 캠링의 맞은 편에 있는 제2 유체 입구 통로를 포함하고, 상기 내부 회전자 및 상기 외부 회전자 사이의 캐비티에 진입하는 유체는 상기 제1 입력부의 회전축에 평행하게 유동하고, 상기 캠링은 방사상으로 연장되는 출구 포트를 포함하고, 펌핑된 유체는 캐비티 밖으로 방사상으로 유동한다.

본 발명의 다른 실시의 예에 의하면, 내연 기관을 가지는 차량용 유체 펌핑 시스템에 있어서, 상기 유체 펌핑 시스템은 하우징; 전기 모터; 상기 내연 기관에 의해 구동되는 회전 가능한 제1 입력부; 상기 전기 모터에 의하여 구동되는 회전 가능한 제2 입력부; 외부 회전자에 의해 둘러싸인 내부 회전자를 포함하는 지로터 모터로서, 상기 외부 회전자는 상기 내부 회전자의 치형부의 개수보다 많은 개수의 치형부를 포함하는 지로터 모터; 및 원통형 캐비티, 상기 원통형 캐비티 내에 위치하는 상기 내부 회전자 및 상기 외부 회전자를 가지는 캠링을 포함하고, 상기 캠링은 상기 전기 모터 및 상기 내연 기관 중 하나와 구동되게 결합되고, 상기 내부 회전자는 상기 전기 모터 및 상기 내연 기관 중 나머지 하나와 구동되게 결합되며, 상기 캠링은 상기 하우징 내에서 회전을 위해 지지되고, 다음의 조건인

조건 A는 상기 제2 이력부가 회전하지 않는 동안 상기 제1 입력부가 회전하는 것을 포함하고,

조건 B는 상기 제2 이력부가 회전하는 동안 상기 제1 입력부가 회전하지 않는 것을 포함하고,

조건 C는 상기 제1 입력부 및 상기 제2 입력부 모두 동시에 회전하는 것을 포함하는,

상기 조건 A, B, C 각각이 발생하는 경우 상기 외부 회전자는 내부 회전자에 대해 회전한다.

본 발명의 또 다른 실시의 예에 의하면, 내연 기관을 가지는 차량용 유체 펌핑 시스템에 있어서, 상기 유체 펌핑 시스템은 제1 단부 플레이트, 제2 단부 플레이트 및 이들 사이에 위치하는 중간 플레이트를 포함하는 하우징; 전기 모터; 상기 내연 기관에 의해 구동되도록 구성된 회전 가능한 입력 샤프트; 상기 전기 모터에 의하여 구동되는 회전 가능한 모터 샤프트; 외부 회전자에 의해 둘러싸인 내부 회전자를 포함하는 지로터 모터; 및 상기 하우징 내에서 회전 가능하게 장착되고, 외부링, 캠링, 및 회전을 위해 서로 함께 고정되는 제1 단부캡과 마주보는 제2 단부캡을 포함하는 드럼을 포함하고, 상기 외부링은 소정의 폭을 가지며 상기 제1 단부캡과 상기 제2 단부캡을 둘러싸고, 상기 중간 플레이트는 상기 제1 단부 플레이트와 상기 제2 단부 플레이트 사이의 간격을 정의하는 두께를 가지어 그 사이에 상기 하우징에 대한 회전을 위하여 상기 외부링을 수용하며, 상기 외부링은 적어도 부분적으로 정의하고 상기 외부링을 둘러싸는 고압 캐비티와 상기 내부 회전자와 상기 외부 회전자 사이의 펌핑 챔버 사이에 위치하고, 상기 캠링은 상기 외부링에 의하여 둘러싸이며 상기 내부 회전자와 상기 외부 회전자를 수용하는 캐비티를 포함한다.

도 1은 본 발명의 내용에 따라 구성된 예시적은 펌프의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 펌프의 다른 사시도이다.
도 3은 펌프의 분해사시도이다.
도 4는 펌프의 다른 분해사시도이다.
도 5는 펌프의 부분 사시도이다.
도 6은 펌프의 단면도이다.
도 7은 펌핑실에 따른 펌프의 단면도이다.
도 8은 대체 펌프의 단면도이다.

예시적인 실시 예들이 제공되어 본 개시가 철저하고 그 범위를 당업자에게 충분히 전달할 것이다. 본 개시의 실시 예의 완전한 이해를 위해 특정 구성요소, 장치 및 방법의 예와 같은 다수의 특정 세부사항이 제시된다. 특정 세부사항이 이용될 필요가 없고 예시적인 실시 예가 많은 상이한 형태로 구현될 수 있고 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 일부 예시적인 실시 예에서, 공지된 프로세스, 공지된 장치 구조 및 공지된 기술은 상세하게 설명되지 않는다.

본 명세서에서 이용된 용어는 단지 특정한 실시의 예들을 설명하기 위해 이용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. “포함하다”, “포함하는”, 및 “가지는” 이라는 용어들 포괄적인 것이며, 따라서 언급된 특징, 완전체(인 것), 단계, 동작, 요소 및/또는 구성 요소의 존재를 명시하지만 하나 이상의 다른 특징, 완전체(인 것), 단계, 동작, 요소, 구성 요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는다. 본 명세서에 기술된 방법 단계들, 프로세스들 및 동작들은 성능 순서로 구체적으로 식별되지 않는 한, 논의되거나 도시된 특정 순서로 반드시 그 성능을 요구하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한 추가적인 또는 대안적인 단계들이 이용될 수 있음을 이해해야 한다.

요소 또는 층이 다른 요소 또는 층에 "있거나", "맞물리거나", "연결되거나", "결합되는" 것으로 언급되는 경우, 이는 다른 요소 또는 층에 직접 있거나, 맞물리거나 연결되거나 결합될 수 있다. 또는 개재 요소들 또는 층들이 존재할 수 있다. 대조적으로, 어떤 요소가 다른 구성 요소 또는 층에 "직접 있다", "직접 맞물리다", "직접 연결되다", 또는 "직접 결합되다" 라고 언급되는 경우, 개재 요소들이나 층들이 없을 수 있다. 요소들 사이의 관계를 설명하기 위해 사용된 다른 단어들은 유사한 방식으로 해석되어야 한다(예를 들어, "사이에" 대 "직접 사이에", "인접한" 대 "직접 인접한" 등). 본 명세서에 사용된 용어 "및/또는"은 관련된 열거 항목들의 하나 이상의 임의의 및 모든 조합을 포함한다.

제1, 제2, 제3 등의 용어는 본 명세서에서 다양한 요소들, 구성 요소들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 요소들, 구성 요소들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들은 이 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다. 이 용어들은 하나의 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션을 다른 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때 "제 1", "제 2" 및 다른 숫자 용어들과 같은 용어는 문맥상 명확하게 표시되지 않는 한 순서 또는 차례를 의미하지는 않는다. 따라서, 이하에서 논의되는 제 1 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션은 예시적인 실시의 예들의 내용을 벗어나지 않고 제 2 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.

“내부의”, “외부의”, “밑에”, “아래에”, “아래쪽의”, “위에”, “위쪽의”등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 바와 같이 하나의 요소 또는 특징의 다른 요소(들) 또는 특징(들)과의 관계의 설명의 편의를 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향 이외에 이용 또는 동작 중인 장치의 상이한 방향들을 포함하도록 의도될 수 있다. 예를 들어, 도면에서 장치가 뒤집히면, 다른 요소들 또는 특징들 “아래에” 또는 “밑에”로 기술된 요소들은 상기 다른 요소들 또는 특징들 “위”로 배향될 것이다. 따라서, “아래에”라는 예시적인 용어는 위로 및 아래로의 방향 모두를 포함할 수 있다. 상기 장치는 다르게 배향될 수 있고(90도 또는 다른 방향으로 회전), 여기에 이용된 공간적으로 상대적인 기술어(구)들은 이에 따라 해석될 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 펌프(10)는 일단부로부터 연장되는 외부 접근 가능한 입력 샤프트(14) 및 반대쪽 단부에 전기 모터(16)를 가지는 다중편(多重片) 하우징(12)을 포함한다. 펌프(10)는 내연 기관과 같은 외부 전원(미도시)에 의해 선택적으로 구동될 수 있는 이중 입력 지로터(gerotor) 펌프로 구성된다. 크랭크 샤프트 또는 내연 기관의 다른 피동 부재는 도면에 도시되지 않은 (사슬톱니)바퀴(sprocket), 벨트 또는 기어 장치를 통해 구동되게 입력 샤프트(14)에 결합되는 것으로 고려된다. 펌프(10)는 또한 전기 모터(16)에 의해 선택적으로 구동될 수 있다. 더 상세히 설명되는 바와 같이, 전원들 중 하나가 개별적으로 또는 전원 모두가 동시에 펌프(10)를 작동시키는 에너지를 제공할 수 있다.

하우징(12)은 입구(18) 및 출구(19)를 포함한다. 하우징(12)은 제1 단부 플레이트(20), 제2 단부 플레이트(24) 및 중간 플레이트(26)를 추가로 포함한다. 나사형 체결부(32)는 제1 단부 플레이트(20), 제2 단부 플레이트(24) 및 중간 플레이트(26)를 상호 연결한다 전기 모터(16)는 체결부(38)를 통해 제2 단부 플레이트(24)에 고정된 모터 하우징(36)을 포함한다.

전기 모터(16)는 하우징(36)에 고정 장착되고 하우징(36)에 대해 회전이 제한된 고정자(40)를 포함한다. 전기 모터(16)는 또한 고정자(40) 및 하우징(12)에 대해 회전 가능하게 장착된 모터 회전자(rotor)(44)를 포함한다. 모터 회전자(44)는 복수의 자석을 포함하고 고정자(40)에 전기가 통하면 중심축(46)을 중심으로 회전된다.

펌프(10)는 하우징(12) 내에서 회전 가능하게 지지되고 전기 모터(16)에 의해 구동되는 제1 서브어셈블리(50)를 포함한다. 제1 서브어셈블리(50)는 중심 축(46)을 중심으로 회전 가능하다. 제2 서브어셈블리(54)는 또한 중심축(46)을 중심으로 회전 가능하고 하우징(12) 내에 위치된다. 제2 서브어셈블리(54)는 입력 샤프트(14)에 의해 선택적으로 회전된다.

펌프(10)는 외부 톱니형 내부 회전자(56) 및 내부 톱니형 외부 회전자(58)를 포함하는 지로터 장치를 포함한다. 더 자세히 설명되는 바와 같이, 제2 서브어셈블리(54)는 내부 회전자(56)를 포함하고 제1 서브어셈블리(50)는 외부 회전자(58)를 수용하는 캐비티(cavity)(59)를 포함한다. 제1 서브어셈블리(50)와 제2 서브어셈블리(54) 사이의 상대적 회전은 펌프(10)를 통한 유체의 펌핑 작용을 야기한다.

펌프(10)는 제1 서브어셈블리(50)의 대향 측면에 서로 평행하게 위치된 제1 입구 통로(60)와 제2 입구 통로(64)를 포함한다. 제2 단부 플레이트(24)는 제2 입구 통로(64)를 포함하는 반면 제1 단부 플레이트(20)는 제1 입구 통로(60)를 포함한다. 통로(66)는 중간 플레이트(26)를 통해 연장되어 제1 입구(60)를 제2 입구(64)와 유체 연통하도록 한다. 이와 같이 하우징 입구(18)는 제1 입구 통로(60) 및 제2 입구 통로(64) 모두와 유체 연통한다. 펌프 출구(19)는 제1 단부 플레이트(20)에 구비된다.

제1 서브어셈블리(50)는 외부링(76), 캠링(78), 제1 단부캡(82) 및 제2 단부캡(84)을 포함하는 드럼(72)을 포함하며, 각각은 서로 회전하도록 고정되어 있다. 드럼(72)은 중심축(46)을 중심으로 회전한다. 외부링(76)은 원통형 외부면(88) 및 오프셋 원통형 내부면(90)을 포함한다. 보다 구체적으로, 원통형 내부면(90)의 중심선(87) 및 원통형 외부면(88)의 중심선(91)은 평행하게 연장되고 서로 오프셋되어 소정의 이심률을 정의한다. 원통형 외부면(88)의 중심선(91)은 중심축(46)과 동축 정렬을 유지하는 반면 중심선(87)은 중심축(46)을 중심으로 회전할 수 있다. 한다. 슬롯(94)은 원통형 외부면(88)과 원통형 내부면(90) 사이에서 소정의 원주 방향으로 연장되는 호 길이만큼 방사상으로 연장된다. 외부링(76)은 제1 단부면(96) 및 마주보고 평행한 제2 단부면(98)을 포함한다.

캠링(78)은 원통형 외부면(102)과 원통형 내부면(106)을 포함한다. 원통형 외부면(102)은 원통형 내부면(106)과 동축으로 정렬된다. 슬롯(108)은 원통형 외부면(102)에서 원통형 내부면(106)으로 캠링(78)을 통해 연장된다. 슬롯(108)은 소정의 양만큼 원주방향으로 연장한다. 슬롯(108)의 호 길이는 슬롯(94)의 호 길이와 실질적으로 동일하여 이를 통과하는 출구 통로를 제공한다. 캠링(78)은 제2 단부면(114)과 이격되어 평행하게 연장되는 제1 단부면(110)을 포함한다. 원통형 외부면(102)은 압입 결합으로 외부링(76)의 원통형 내부면(90)과 결합되는 크기를 가진다. 이와 같이, 캠링(78)과 외부링(76)은 동일한 속도로 회전한다.

제1 단부캡(82)은 플랜지부(124)로부터 연장되는 통이(筒耳)부(120)를 포함한다. 플랜지부(124)는 내부면(126) 및 마주보고 평행한 외부면(130)을 포함한다. 통이부(120)는 원통형 외부면(134) 및 원통형 내부 보어(bore)(138)를 포함한다. 복수의 원주방향 이격된 치형부(142)가 통이부(120)의 말단부에 형성된다. 슬롯(146)은 플랜지부(124)를 통해 내면(126)에서 외면(130)으로 연장된다. 슬롯(146)은 소정의 호 길이만큼 원주방향으로 연장되고 특정한 펌프선 눈물방울 형상을 가진다. 제2 단부캡(84)은 플랜지부(154)와 일체로 형성된 통이부(150)를 포함하여 유사하게 구성된다. 플랜지부(154)는 내면(158) 및 마주보고 평행한 외면(162)을 포함한다. 통이부(150)는 원통형 외부면(166)을 포함한다. 원통형 보어(170)는 통이부(150)와 플랜지부(154)를 통하여 연장된다. 원주방향으로 연장되는 슬롯(174)는 내면(158)으로부터 외면(162)까지 플랜지부(154)를 통하여 연장된다. 슬롯(174)은 또한 눈물방울 형상을 가져 펌프선 역할을 한다.

제1 단부 플레이트(20)는 제1 원통형 표면(180) 및 제1 원통형 표면(180)보다 작은 직경을 갖는 제2 원통형 표면(182)을 포함하는 단차형 보어(176)를 포함한다. 환형 랜드(annular land)(192)는 제1 원통형 표면(180)과 제2 원통형 표면(182) 사이에 위치한다. 입력 샤프트(14)는 제2 원통형 표면(182)과 맞물리도록 위치된 부싱(bushing)(183)에 의해 회전을 위해 지지된다. 립실(lip seal)(185)은 제1 단부 플레이트(20)의 카운터보어(counterbore)(187) 내에 위치하여 펌프(10) 내에서 공기의 유입을 제한한다.

제1 원통형 표면(180)은 제1 단부 플레이트(20)에 대한 회전을 위해 통이부(150)를 지지하는 크기를 가진다. 회전 가능한 드럼(72)은 또한 제1 단부 플레이트(20)의 대향 단부면(194) 뿐만 아니라 제2 단부 플레이트(24)의 단부면(190)에 의해 안내된다.

펌프(10)가 비교적 고압의 자동 변속기 유체 펌핑 장치로서 구성된다면, 제2 단부 플레이트(24)의 단부면(190)과 외부링(76)의 제2 단부면(98) 사이의 매우 작은 간격을 정확하게 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 유사하게, 제1 단부 플레이트(20)의 단부면(194)과 외부링(76)의 제1 단부면(96) 사이의 작동 수준 끼움은 정확하게 제어되어 적절한 펌프 기능을 보장해야 한다. 펌프(10)의 적어도 하나의 실시예에서, 최대 30 bar의 압력에서 유체를 펌핑하는 것이 바람직할 수 있다. 고정 펌프 하우징(12)과 회전 드럼(72) 사이의 최소 간극은 이러한 비교적 높은 압력에서 펌프(10)의 효율적인 작동을 허용한다. 바람직한 펌프 작동을 추가로 보장하기 위해, 중간 플레이트(26)는 외부링(76)과 동일한 재료로 구성된다. 현재 논의된 실시예에서, 외부링(76) 및 중간 플레이트(26)는 강철, 가능하게는 분말 금속 강철로 구성되는 것으로 고려된다. 제1 단부 플레이트(20) 및 제2 단부 플레이트(24)는 다이캐스트 알루미늄으로 구성된다. 중간 플레이트(26) 및 외부링(76)이 동일한 재료로 구성되기 때문에 이러한 구성요소들은 동일한 열팽창 계수를 보여준다. 작동 온도 변화로 인한 치수 변화는 동일할 것이다. 이와 같이, 앞서 언급한 최소 작동 간극은 펌프(10)의 작동 온도에 관계없이 유지될 것이다. 이중 디스크 연삭 작업은 제2 단부면(98)에 대한 제1 단부면(96)의 평행 관계뿐만 아니라 외부링(76)의 폭을 정확하게 정의하도록 수행될 수 있다. ±3 미크론(μ) 이내의 치수 공차는 이중 디스크 연삭 작업을 사용하여 얻을 수 있다.

모터 샤프트(200)는 전기 모터 회전자(44)와 회전하도록 고정된 일부분 및 확대된 말단부(202)를 포함한다. 회전 가능한 드럼(72)은 구동되게 모터 샤프트(200)에 상호 연결된다. 복수의 원주 방향으로 연장되는 치형부(203)가 모터 샤프트(200)의 말단부(202)에 형성된다. 치형부(203)는 제1 서브어셈블리(50), 모터 샤프트(200), 및 전기 모터 회전자(44)가 서로 회전하도록 고정되도록 제2 단부캡(82)의 치형부(142)와 구동 결합 상태에 있다.

모터 샤프트(200)는 전기 모터 하우징(36)의 보어(205) 내의 일단에서 회전을 위해 지지된다. 모터 샤프트(200)는 제2 단부 플레이트(24)의 보어(209) 내에 위치된 베어링 어셈블리(207)에 의해 회전을 위해 추가로 지지된다. 베어링 어셈블리(207)는 대안적으로 다음과 같을 수 있다. 모터 샤프트(200)의 회전을 단일 방향으로 제한하는 일 방향 클러치로 구성된다.

제2 어셈블리(54)는 하우징(12)에 대해 회전할 수 있을 뿐만 아니라 제1 서브어셈블리(50)에 대해서도 회전할 수 있다. 제2 어셈블리(54)는 스플라인(splined) 상호 연결을 통해 내부 회전자(56)와 회전하도록 고정된 펌프 샤프트(208)를 포함한다. 펌프 샤프트(208)의 중앙 부분에 형성된 외부 스플라인(210)은 내부 회전자(56)에 형성된 내부 스플라인(211)과 맞물린다. 리테이닝(retaining) 링(215)은 외부 스플라인(210)의 대향 측면에 위치하여 펌프 샤프트(208)와 내부 회전자(56) 사이의 원하는 상대적 축 위치를 유지한다.

펌프 샤프트(208)는 일단부에 위치된 다른 스플라인부(217)을 포함한다. 입력 샤프트(14)는 스플라인부(217)와 맞물려 구동하는 내부 스플라인 리세스(216)를 포함한다. 따라서, 제2 서브어셈블리(54)는 내부 회전자(56), 펌프 샤프트(208) 및 입력 샤프트(14)를 포함하는데 이들 각각은 서로 회전하도록 고정된다. 부싱(219)은 드럼(72) 내에서 펌프 샤프트(208)를 회전 가능하게 지지한다.

외부 회전자(58)는 내부 회전자(56)를 둘러싸고 제2 서브어셈블리(54)에 대해 회전 가능하다. 외부 회전자(58)는 헐거운 끼워맞춤으로 캠링(78) 내에 위치된다. 이와 같이, 외부 회전자(58)는 또한 제1 서브어셈블리(50)에 대해 회전 가능하다.

입력 샤프트(14), 펌프 샤프트(208) 및 모터 샤프트(200)와 같은 3개의 개별 구성 요소를 사용하는 것은 드럼(72)과 하우징(12) 사이에 원하는 매우 근접한 작동 수준 끼움에 의해 결정된다는 것을 이해해야 한다. 드럼의 구성 요소 및 관련 하우징 표면의 공차가 너무 작아서 이 너무 작아서 샤프트(14, 200, 208) 정렬에 관한 공차가 조립 및 적절한 펌프 작동을 허용하도록 확대되어야 한다. 예를 들어, 입력 샤프트(14)와 펌프 샤프트(208) 사이의 스플라인 상호 연결은 입력 샤프트(14)의 회전축과 펌프 샤프트(208)의 회전축 사이의 상대적 오정렬을 허용한다. 유사하게, 모터 샤프트(200)의 회전축은 펌프 샤프트(208)의 회전축과 약간 오정렬될 수 있고 토크는 상기 설명한 여러 샤프트 및 샤프트 상호 연결이 구현되는 경우 기어 톱니 인터페이스를 통해 계속 전달된다.

구성 요소(14, 208)가 서로 일체로 형성되도록 단일 입력 샤프트/펌프 샤프트를 통합하는 대안적인 실시예가 고려된다. 유사하게, 모터 샤프트(200)는 단순화되고 보다 치수 내성인 설계로 제1 단부캡(82)과 일체로 형성될 수 있다. 이러한 설계는 3~4 bar 범위의 더 낮은 압력 출력이 필요한 응용 분야에 유용할 수 있다.

작동 중에, 내부 회전자(56)와 외부 회전자(58) 사이의 상대 회전으로 인해 유체가 하우징 입구(18), 제1 입구 통로(60) 및 제2 입구 통로(64)로 유입된다. 저압 유체는 외면(162) 및 슬롯(174) 뿐만 아니라 외면(130) 및 슬롯(146)과 동시 연통하여 드럼(72)의 대향 측면에 위치한다. 저압 유체는 슬롯(146, 174)을 통해 축 방향으로 캐비티(59)에 진입한다. 내부 회전자(56)는 원주 방향으로 이격된 복수의 치형부(218)를 포함한다. 외부 회전자(58)는 원주 방향으로 이격된 복수의 치형부(220)를 포함한다. 복수의 압력 챔버(224)는 인접한 쌍의 치형부(218, 220) 사이에 형성된다. 도면에 도시된 실시예에서, 외부 회전자(58)는 7개의 내부 치형부를 포함하는 반면 내부 회전자(56)는 6개의 외부 치형부를 포함한다. 이 조합은 단지 예시적이며 펌프(10)를 통해 유체를 전달하기 위해 임의의 수의 기어 치형비가 제공될 수 있음을 이해해야 한다.

고압 유체는 반경 방향으로 캐비티(59) 내의 압력 챔버(224)를 빠져나간다. 특히, 외부 회전자(58)는 원주방향으로 이격된 복수의 개구(228)를 포함한다. 하나 이상의 개구(228)는 임의의 시점에서 캠링(78)의 슬롯(108)과 유체 연통하여 캐비티(59)와 유체 연통하는 슬롯(108)을 배치한다. 외부링(76)의 슬롯(94)은 캠링(78)의 슬롯(108)과 정렬되고 유체 연통한다. 고압 캐비티(232)는 중간 플레이트(26)의 원통형 내부면(236), 단부면(190), 단부면(194) 및 외부링(76)의 원통형 외부면(88)에 의해 형성된다. 슬롯(108) 및 슬롯(94)은 고압 캐비티(232)와 유체 연통한다. 출구(19)는 고압 캐비티(232)와 유체 연통한다. 기 상술한 기하학적 구조를 고려하여, 드럼(72)에 작용하는 힘은 축 방향 및 반경 방향으로 균형을 이룬다. 현재 설계에는 특수 베어링 또는 축방향 하중 반응 장치가 필요하지 않다.

펌프(10)가 이전에 설명된 비교적 높은 30 bar 출력을 제공할 수 있도록 하기 위해, 캠링(78)의 폭은 이중 디스크 연삭 작업을 사용하여 기계 가공된다. 제1 단부면(110)과 제2 단부면(114) 사이의 거리는 내부 회전자(56)와 외부 회전자(58) 모두의 폭보다 매우 약간 더 크게 정의되어 고압 캐비티(232)와 펌프(10) 내의 나머지 저압 구역 사이의 누출 경로를 최소화한다. 내부 및 외부 회전자(56, 58)와 제1 및 제2 단부캡(82, 84) 사이의 간극은 고압 유체가 내부 회전자(56)와 외부 회전자(58)의 단부면을 지나 누출될 기회를 제공하여 펌프 최대 압력 용량을 감소시키는 것이 고려된다. 유사하게, 외부링(76)과 제1 및 제2 단부 플레이트(20, 24) 사이의 간극은 가능한 누출 경로를 추가적으로 제공한다. 이전에 언급한 바와 같이, 제조될 펌프의 특정 실시예가 상대적으로 낮은 압력의 유체만을 출력할 필요가 있는 경우, 이러한 구성 요소와 관련된 공차와 상대적인 운동하는 구성 요소들 사이의 간극이 완화되어 비용과 복잡성을 줄일 수 있다.

펌프(10)는 모터 캐비티(238)를 제2 입구 통로(64)와 연결하는 저압 유체 경로(234)를 포함한다. 다른 저압 유체 경로(242)는 베어링 어셈블리 또는 일 방향 클러치(207)를 통과하는 경로뿐만 아니라 제2 단부 플레이트(24)와 모터 샤프트(200) 사이의 간격을 포함한다. 이러한 유체 통로는 부싱 또는 베어링(219)에 저압 유체 존재를 보장한다.

제1 작동 모드에서, 입력 토크는 내연 기관과 같은 외부 전원을 통해 입력 샤프트(14)에 제공될 수 있다. 제1 작동 모드에서, 모터 샤프트(200)는 회전이 제한된다. 따라서, 외부링(76) 및 캠링(78)을 포함하는 드럼(72)은 하우징(12)에 대한 회전이 제한된다. 입력 샤프트(14)의 회전은 펌프 샤프트(208) 및 내부 회전자(56)를 구동한다. 내부 회전자(56)는 외부 회전자(58)에 대해 회전하는 동안, 외부 회전자(58)의 회전축은 정적 위치를 유지한다. 이 작동 모드에서 이론적인 유량으로 알려진 펌프 출력의 크기는 입력 샤프트(14)의 회전 속도에 정비례한다. 달리 말하면, 이론적인 펌프 유량은 입력 샤프트(14)의 회전 속도를 곱한 펌프 구성 요소 기하학적 구조에 기반한 펌프 변위 상수와 같다.

제2 작동 모드에서, 입력 토크는 전기 모터(16)를 통해 모터 샤프트(200)에 제공된다. 입력 샤프트(14)는 제2 작동 모드에서 회전이 제한된다. 모터 샤프트(200)는 캠링(78)을 포함하는 드럼(72)을 그 편심 위치에서 구동한다. 입력 샤프트(14)가 회전이 제한되기 때문에, 내부 회전자(56)도 회전이 제한된다. 따라서, 외부 회전자(58)와 내부 회전자(56) 사이에서 상대 회전이 발생한다. 펌프 출력의 크기는 모터 샤프트(200)의 회전 속도에 비례한다. 제3 작동 모드에서, 입력 토크는 입력 샤프트(14)에 제공되어 제1 방향으로 입력 샤프트(14)를 회전시킨다. 모터 샤프트(200)는 전기 모터(16)에 의해 반대 회전으로 구동된다. 펌프 출력의 크기는 캠링(78)과 내부 회전자(56) 사이의 상대 회전 속도를 기반으로 한다. 반대 회전 또는 드럼(72)과 내부 회전자(56) 사이의 적어도 상대 회전을 보장하기 위해, 하우징(12)에 대한 모터 샤프트(200)의 회전 방향을 제한하기 위해 일 방향 클러치(207)를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 제3 작동 모드에서 펌프(10)의 이론적인 펌프 유량은 펌프 변위를 곱한 입력 샤프트(14)의 회전 속도를 더한 모터 샤프트(200)의 회전 속도와 같다.

사용 가능한 다양한 작동 모드에 따라, 튼튼하고 저가의 펌프를 제공하기 위해 추가 고려 사항이 고려된다. 예를 들어, 드럼(72)은 드럼(72)의 무게 중심을 회전축에 가깝게 정렬하기 위한 특별한 구성을 포함할 수 있다. 외부 컷아웃(cutout) 또는 홈(240)은 외부링(76)의 일부로부터 일정량을 제거하여 회전하는 제1 서브어셈블리(50)의 회전 불균형을 최소화한다.

내연 기관이 드럼을 구동시키고 전기 모터가 내부 회전자를 구동시키는 대안적인 장치가 고려된다는 것을 이해해야 한다. 도 8은 구동 상호 연결을 제외하고 이전에 설명된 펌프(10)와 실질적으로 유사한 대체 펌프(10')의 단면도이다. 펌프(10')의 많은 요소는 펌프(10)의 요소와 실질적으로 유사하다. 이와 같이, 유사한 구성 요소는 소수 접미사를 가진 이전에 부여된 참조 번호를 유지한다.

입력 샤프트(14')는 내연 기관에 의해 구동되도록 한다. 입력 샤프트(14')는 원주 방향으로 이격된 치형부 세트(203')를 가지는 단부(202')를 포함한다. 드럼(72')은 치형부(203')와 구동되게 맞물리는 원주 방향으로 이격된 치형부(142')의 짝을 이루는 세트를 포함한다. 이와 같이, 드럼(72')은 입력 샤프트(14')에 의해 직접 구동된다.

모터 샤프트(200')는 펌프 샤프트(208') 상에 형성된 스플라인부(217')와 구동 결합하는 내부 스플라인부(216')를 포함한다. 펌프 샤프트(208')는 또한 내부 회전자(218')의 내부 스플라인부(211')와 구동되게 맞물리는 외부 중앙에 위치한 스플라인부(210')를 포함한다. 일 방향 클러치(207')는 모터 샤프트(200')의 회전을 단일 회전 방향으로 제한한다. 펌프(10')는 이전에 설명된 세 가지 서로 다른 작동 모드에서 작동 가능하다. 펌프(10')의 나머지 구성 요소는 이전에 설명된 구성 요소와 실질적으로 유사하다. 따라서, 반복적인 설명은 제공하지 않는다.

Claims (20)

1. 내연 기관을 가지는 차량용 유체 펌핑 시스템에 있어서, 상기 유체 펌핑 시스템은
   하우징;
   전기 모터;
   상기 내연 기관에 의해 구동되도록 구성된 회전 가능한 제1 입력부;
   상기 전기 모터에 의하여 구동되는 회전 가능한 제2 입력부;
   외부 회전자에 의해 둘러싸인 내부 회전자를 포함하는 지로터 모터; 및
   상기 외부 회전자를 슬라이딩 수용하는 캠링을 포함하고, 상기 캠링은 상기 제1 입력부 및 상기 제2 입력부 중 하나의 의하여 상기 제1 입력부의 회전축에 대해 선택적으로 회전 가능하고, 상기 내부 회전자는 상기 제1 입력부 및 상기 제2 입력부 중 나머지 하나의 의하여 선택적으로 회전 가능하고, 상기 하우징은 상기 캠링의 제1 측에 있는 제1 유체 입구 통로 및 상기 캠링의 맞은 편에 있는 제2 유체 입구 통로를 포함하고, 상기 내부 회전자 및 상기 외부 회전자 사이의 캐비티에 진입하는 유체는 상기 제1 입력부의 회전축에 평행하게 유동하고, 상기 캠링은 방사상으로 연장되는 출구 포트를 포함하고, 펌핑된 유체는 캐비티 밖으로 방사상으로 유동하는, 유체 펌핑 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은 출구 포트를 포함하고 상기 캠링을 원주 방향으로 둘러 싸는 고압 캐비티를 정의하며, 상기 고압 캐비티는 상기 출구 포트와 유체 연통하는, 유체 펌핑 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 입력부 및 상기 제2 입력부 중 하나의 회전을 단일 회전 방향으로 제한하는 일 방향 클러치를 더 포함하는, 유체 펌핑 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 입구 통로 상기 제2 입구 통로는 상기 캠링의 대향 측면에 서로 평행하게 연장하는, 유체 펌핑 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 내부 회전자와 회전하도록 고정된 펌프 회전자 샤프트를 더 포함하며, 상기 펌프 회전자 샤프트는 구동되게 상기 제2 입력부에 결합되는, 유체 펌핑 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 입력부가 회전하고 상기 제2 입력부가 고정되는 제1 모드에서, 상기 제1 입력부가 고정되고 상기 제2 입력부가 회전하는 제2 모드에서, 및 상기 제1 입력부가 제1 방향으로 회전하고 상기 제2 입력부가 동시에 반대 방향으로 회전하는 제3 모드에서 상기 유체 펌핑 시스템은 작동 가능한, 유체 펌핑 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 입력부는 상기 하우징을 통해 연장되는 입력 샤프트를 포함하고, 상기 입력 샤프트는 상기 캠링을 구동시키는 일단부를 가지는, 유체 펌핑 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 전기 모터는 펌핑될 유체내에 잠겨있는, 유체 펌핑 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 캠링의 중심선은 상기 제1 입력부의 회전축으로부터 오프셋되고 상기 제1 입력부의 회전축을 중심으로 회전 가능한, 유체 펌핑 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    상기 전기 모터는 상기 캠링 및 상기 내부 회전자 중 하나를 제1 방향으로 회전시키도록 구성되고, 상기 캠링 및 상기 내부 회전자 중 나머지 하나를 그 반대 방향으로 회전시키도록 구성되는, 유체 펌핑 시스템.
11. 제1항에 있어서,
    상기 캠링은 상기 외부 회전자를 수용하는 원통형 보어(bore) 및 상기 원통형 보어와 동축으로 정렬되는 원통형 외부면을 포함하는, 유체 펌핑 시스템.
12. 내연 기관을 가지는 차량용 유체 펌핑 시스템에 있어서, 상기 유체 펌핑 시스템은
    하우징;
    전기 모터;
    상기 내연 기관에 의해 구동되는 회전 가능한 제1 입력부;
    상기 전기 모터에 의하여 구동되는 회전 가능한 제2 입력부;
    외부 회전자에 의해 둘러싸인 내부 회전자를 포함하는 지로터 모터로서, 상기 외부 회전자는 상기 내부 회전자의 치형부의 개수보다 많은 개수의 치형부를 포함하는 지로터 모터; 및
    원통형 캐비티, 상기 원통형 캐비티 내에 위치하는 상기 내부 회전자 및 상기 외부 회전자를 가지는 캠링을 포함하고, 상기 캠링은 상기 전기 모터 및 상기 내연 기관 중 하나와 구동되게 결합되고, 상기 내부 회전자는 상기 전기 모터 및 상기 내연 기관 중 나머지 하나와 구동되게 결합되며, 상기 캠링은 상기 하우징 내에서 회전을 위해 지지되고,
    조건 A는 상기 제2 이력부가 회전하지 않는 동안 상기 제1 입력부가 회전하는 것을 포함하고,
    조건 B는 상기 제2 이력부가 회전하는 동안 상기 제1 입력부가 회전하지 않는 것을 포함하고,
    조건 C는 상기 제1 입력부 및 상기 제2 입력부 모두 동시에 회전하는 것을 포함하는,
    상기 조건 A, B, C 각각이 발생하는 경우 상기 외부 회전자는 내부 회전자에 대해 회전하는, 유체 펌핑 시스템.
13. 제12항에 있어서,
    상기 캠링의 상기 원통형 캐비티는 상기 제1 입력부의 회전축으로부터 오프셋된 중심선을 포함하는, 유체 펌핑 시스템.
14. 제13항에 있어서,
    상기 캠링 중심선은 상기 제1 입력부의 상기 회전축을 중심으로 회전하는, 유체 펌핑 시스템.
15. 제14항에 있어서,
    상기 외부 회전자는, 가압 유체가 상기 하우징의 출구를 향해 유동하는 원주방향으로 이격된 복수의 개구를 포함하는, 유체 펌핑 시스템.
16. 제12항에 있어서,
    상기 제2 입력부의 회전을 단일 회전 방향으로 제한하는 일 방향 클러치를 더 포함하는, 유체 펌핑 시스템.
17. 제12항에 있어서,
    상기 하우징은 제1 입구 통로 및 제2 입구 통로를 포함하고, 상기 제1 및 제2 입구 통로들은 상기 캠링의 대향 측면에 서로 평행하게 연장하는, 유체 펌핑 시스템.
18. 내연 기관을 가지는 차량용 유체 펌핑 시스템에 있어서, 상기 유체 펌핑 시스템은
    제1 단부 플레이트, 제2 단부 플레이트 및 이들 사이에 위치하는 중간 플레이트를 포함하는 하우징;
    전기 모터;
    상기 내연 기관에 의해 구동되도록 구성된 회전 가능한 입력 샤프트;
    상기 전기 모터에 의하여 구동되는 회전 가능한 모터 샤프트;
    외부 회전자에 의해 둘러싸인 내부 회전자를 포함하는 지로터 모터; 및
    상기 하우징 내에서 회전 가능하게 장착되고, 외부링, 캠링, 및 회전을 위해 서로 함께 고정되는 제1 단부캡과 마주보는 제2 단부캡을 포함하는 드럼을 포함하고, 상기 외부링은 소정의 폭을 가지며 상기 제1 단부캡과 상기 제2 단부캡을 둘러싸고, 상기 중간 플레이트는 상기 제1 단부 플레이트와 상기 제2 단부 플레이트 사이의 간격을 정의하는 두께를 가지어 그 사이에 상기 하우징에 대한 회전을 위하여 상기 외부링을 수용하며, 상기 외부링은 적어도 부분적으로 정의하고 상기 외부링을 둘러싸는 고압 캐비티와 상기 내부 회전자와 상기 외부 회전자 사이의 펌핑 챔버 사이에 위치하고, 상기 캠링은 상기 외부링에 의하여 둘러싸이며 상기 내부 회전자와 상기 외부 회전자를 수용하는 캐비티를 포함하는, 유체 펌핑 시스템.
19. 제18항에 있어서,
    상기 내부 회전자와 구동 결합되고 제1 스플라인을 가지는 단부를 포함하는 펌프 샤프트를 더 포함하고, 상기 입력 샤프트는 상기 제1 스플라인과 구동 결합되는 제2 스플라인을 가지는 단부를 포함하는, 유체 펌핑 시스템.
20. 제18항에 있어서,
    상기 외부링은 상기 외부링을 통해 방사상으로 연장되는 슬롯을 포함하여 상기 펌핑 챔버를 빠져나가는 가압 유체로 하여금 상기 하우징을 빠져나가도록 하는, 유체 펌핑 시스템.

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