KR20240106624A - 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프 - Google Patents

모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프 Download PDF

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KR20240106624A
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이안희
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Abstract

본 발명은 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프에 관한 것이다. 본 발명은 원심펌프 커버에 체결되는 미들 하우징, 미들 하우징에 체결되는 로워 하우징, 로워 하우징의 내부에 위치하고, 미들 하우징을 관통하여 회전 가능하도록 형성되는 모터부 및 미들 하우징과 모터부 사이에 위치하고, 모터부를 제어하는 제어부가 구비된 제어기판을 포함하는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프를 제공한다.

Description

모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프{Centrifugal pump with integrated motor and control board}
본 발명은 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터부와 제어기판이 상호 일체형으로 결합되어 있어 원심펌프의 크기가 보다 컴팩트하고 제어기판의 보호를 위한 별도의 커버부재와 실링부재가 불필요한 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프에 관한 것이다.
원심펌프는 임펠러로 유체를 회전시켜 원심력에 의해 압력을 발생시킴으로써 유체를 이송할 수 있도록 된 것이다. 하이브리드 또는 터보 엔진의 경우 엔진이 정지하면 종래의 퍼지 밸브만으로는 증발가스 수송을 수행할 수 없는 문제가 있어서, 퍼지 밸브 및 캐니스터 사이에 별도의 원심펌프를 적용하여 능동적으로 캐니스터에 포집된 증발가스를 수송할 수 있도록 한 것이다.
원심펌프의 모터부는 크게 로터 어셈블리(rotor assembly), 스테이터 어셈블리(stator assembly), 하우징 어셈블리(housing assembly)로 구성된다. 로터 어셈블리에는 임펠러(impeller), 자석, 로터 샤프트 등이 포함되고, 스테이터 어셈블리에는 코어, 코일 등이 포함되고, 하우징 어셈블리에는 로터 어셈블리와 스테이터 어셈블리의 지지를 위한 부쉬(bush), 베어링 등이 포함된다. 그 밖에 모터부에 PCB 등의 전장부가 포함된다.
종래의 원심펌프는 상부에 펌프부가 형성되고 펌프부의 하부에 모터부가, 모터부의 하부에 모터부를 제어하는 제어부가 형성되어 있다. 즉, 제어부가 하단에 배치되면서 원심펌프의 사이즈가 더 커져야만 했고, 제어부를 위한 별도의 커버 및 리크 방지용 실링 부재가 필요한 문제점이 있었다. 또한 로터 샤프트의 위치를 감지하기 위한 별도의 센서 마그넷이 로터 샤프트에 부착 되어야 하는 문제점이 있었다.
특허문헌1: 대한민국 등록특허 제10-2221809호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 모터부와 제어기판이 상호 일체형으로 결합되어 있어 원심펌프의 크기가 보다 작게 형성될 수 있는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프를 제공한다.
또한, 제어기판의 보호를 위한 별도의 커버부재와 실링부재가 불필요한 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프를 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한 본 발명의 목적들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프는 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 원심펌프 커버에 체결되는 미들 하우징; 상기 미들 하우징에 체결되는 로워 하우징; 상기 로워 하우징의 내부에 위치하고, 상기 미들 하우징을 관통하여 회전 가능하도록 형성되는 모터부; 및 상기 미들 하우징과 상기 모터부 사이에 위치하고, 상기 모터부를 제어하는 제어부가 구비된 제어기판; 을 포함하는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프를 제공한다.
또한, 상기 제어기판은, 상기 로워 하우징에서 내측으로 돌출된 결합돌기와 체결되는 결합홈; 및 상기 모터부가 관통되는 중앙홀; 을 포함하는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프를 제공한다.
또한, 상기 제어기판은, 상기 모터부의 상부로 돌출되는 모터핀이 삽입되도록 구성되는 고정홀; 을 포함하는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프를 제공한다.
또한, 상기 제어기판은, 상기 로워 하우징의 외주 일측에 형성되고 전기 신호를 전달하는 터미널이 체결되도록 구성되는 터미널 매칭홀; 을 포함하는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프를 제공한다.
또한, 상기 터미널은 상기 로워 하우징에 인서트 사출로 구비되고, 상기 모터부 및 상기 제어기판이 상기 로워 하우징의 내측에 인입되어 상기 터미널은 상기 터미널 매칭홀에 삽입되도록 구성되는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프를 제공한다.
또한, 상기 터미널이 상기 터미널 매칭홀에 삽입된 상태에서, 상기 로워 하우징은 상기 터미널을 감싸도록 인서트 사출로 구비되는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프를 제공한다.
또한, 상기 모터부에 인접하여 상기 제어기판에 형성되고, 상기 모터부의 회전 속도를 감지하도록 구성되는 랫치 센서; 를 더 포함하는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프를 제공한다.
본 발명은 앞서 본 실시 예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은, 제어기판이 모터부의 상부에 위치하여 모터부와 제어기판이 상호 일체형으로 결합된 형태인 바, 원심펌프의 크기가 보다 작아질 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 제어기판의 보호를 위한 별도의 커버부재와 실링부재, 로터 샤프트에 부착되는 센서 마그넷이 불필요한 바, 부품 단순화가 가능한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예로써, 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프의 단면도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예로써, 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프의 제어기판을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예로써, 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프의 모터부 및 제어기판이 로워 하우징에 인입된 상태를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예로써, 터미널이 인서트 사출로 구비된 상태의 로워 하우징과 모터부 및 제어기판이 로워 하우징의 내측에 인입되기 전 일체형으로 체결된 상태를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예로써, 로워 하우징이 인서트 사출로 구비되기 전 모터부, 제어기판 및 터미널이 일체로 형성된 상태를 도시하고 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...어셈블리", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 하드웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 어떤 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 아울러, 어떤 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예로써, 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프의 단면도를 도시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예를 따르는 원심펌프는 원심펌프 커버(100), 미들 하우징(200), 로워 하우징(300), 모터부(400) 및 제어기판(500)을 포함한다. 원심펌프 커버(100)는 유체 유입구와 배출구가 형성되고 로워 하우징(300)의 상부에 안착된다. 원심펌프 커버(100)는 둘레를 따라 배치되는 복수개의 스크류(130)에 의해 로워 하우징(300)에 고정된다. 원심펌프 커버(100)는 펌프 유량을 형성한다.
미들 하우징(200)은 원심펌프 커버(100)에 체결된다. 보다 구체적으로, 미들 하우징(200)은 원심펌프 커버(100)와 로워 하우징(300)의 사이에 설치된다. 미들 하우징(200) 상부의 공간은 임펠러(110)에 의해 유체가 압축되는 유체 압축공간이 되고, 미들 하우징(200) 하부의 공간은 전기부품 설치공간이 된다. 즉, 원심펌프 커버(100)와 미들 하우징(200)에 의해 유체 압축공간이 형성되고, 미들 하우징(200)과 로워 하우징(300)에 의해 전기부품 설치공간이 형성된다. 미들 하우징(200)은 원심펌프 커버(100)와 함께 펌프 유량을 형성한다.
로워 하우징(300)은 미들 하우징(200)에 체결된다. 보다 구체적으로, 로워 하우징(300)은 스크류(130)로 원심펌프 커버(100)의 하측에 결합되고, 미들 하우징(200)은 원심펌프 커버(100)의 하단면과 로워 하우징(300) 사이에 끼임으로써 미들 하우징(200)이 원심펌프 커버(100)와 로워 하우징(300) 사이에 결합된다.
실링부재(120)는 원심펌프 커버(100)의 원통형 바디의 하단면에 위치한다. 보다 구체적으로, 실링부재(120)는 원심펌프 커버(100), 미들 하우징(200), 로워 하우징(300)이 서로 만나는 곳에 설치된다. 원심펌프 커버(100), 미들 하우징(200), 로워 하우징(300)의 세 부품이 서로 만나는 곳은 원심펌프의 상부 둘레 부분에 위치한다.
일 예로, 실링부재(120)는 전체적으로 링 형상이고 단면이 원형인 O링일 수 있다. 실링부재(120)는 실링부재 설치 공간에 설치된 상태에서 상, 하, 좌, 우측 단부가 실링부재 설치 공간을 형성하는 주변 부품들에 밀착된다. 실링부재(120)의 상단은 원심펌프 커버(100)의 하단면에 밀착되고, 하단은 로워 하우징(300)의 상단면에 밀착되며, 좌측단은 미들 하우징(200)의 외측면에 밀착되고, 우측단은 원심펌프 커버(100)의 내측면에 밀착된다.
모터부(400)는 로워 하우징(300)의 내부에 위치하고, 미들 하우징(200)을 관통하여 회전 가능하도록 형성된다. 보다 구체적으로, 모터부(400)는 베어링(420), 로터 샤프트(430), 자석(440), 코일(450) 및 코어(460)로 구성된다. 코어(460)는 중심부에 중공이 있는 환형으로 형성되고 코일(450)은 코어(460) 내에 위치한다. 자석(440)은 코어(460)의 중공 내에 위치하고 로터 샤프트(430)는 자석(440)과 결합되어 회전한다.
로터 샤프트(430)는 원심펌프의 내부 중앙에 축방향으로 설치된다. 로터 샤프트(430)는 그 길이 방향으로 중공이 형성된 관형의 형태를 갖는다. 임펠러(110)는 구조적으로 상부 임펠러(110a)와 하부 임펠러(110b)로 구성될 수 있다. 상부 임펠러(110a)와 하부 임펠러(110b)의 사이에는 격벽이 있는 공간이 형성되어 유체를 한 방향으로 추진시킨다.
로터 샤프트(430)의 상단은 미들 하우징(200)을 관통하여 유체 압축공간으로 돌출되어 있고, 그 단부에 임펠러(110)가 설치된다. 임펠러(110)는 로터 샤프트(430)의 회전에 의해 함께 회전되고 회전에 따른 압력차를 형성한다.
로터 샤프트(430)는 상하 한 쌍의 베어링(420)을 매개로 미들 하우징(200)에 지지되어 고속으로 회전될 수 있다. 한 쌍의 베어링(420)은 미들 하우징(200)의 중앙에 형성된 원통의 내주면에 삽입 설치된다.
제어기판(500)은 미들 하우징(200)과 모터부(400) 사이에 위치한다. 제어기판(500)에는 모터부(400)를 제어하는 제어부(미도시)가 구비된다. 보다 구체적으로, 제어부는 모터부(400)의 스테이터의 전자기력을 제어한다. 제어부는 제어기판(500)에 칩(chip)이 실장된 형태로 구비되어 있다.
로터 샤프트(430)의 외주면에는 자석(440)이 설치되고, 자석(440)에 대응하여 로워 하우징(300)의 내주면에 코일(450)과 코어(460)를 포함하는 스테이터가 설치된다. 코일(450)은 전기 신호를 전달하는 터미널(600)과 제어기판(500)을 통해 전기적으로 연결되어 있다. 로터 샤프트(430)에는 임펠러(110), 베어링(420) 및 자석(440)이 고정된다. 코일(450)은 전류를 전달하고, 코어(460)는 자기회로를 형성한다.
따라서 터미널(600) 및 제어기판(500)을 통해 전류가 코일(450)에 공급되면 코어(460)에 자기장이 형성되고, 그 자기장에 반응하여 자석(440)에 회전력이 발생함으로써 로터 샤프트(430)가 회전되며, 이에 임펠러(110)가 회전되어 원심펌프 커버(100) 내측으로 유체가 흡입되고, 흡입된 유체는 압축되어 배출된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예로써, 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프의 제어기판을 도시하고 있고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예로써, 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프의 모터부 및 제어기판이 로워 하우징에 인입된 상태를 도시하고 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제어기판(500)에는 결합홈(510), 중앙홀(520), 고정홀(530) 또는 터미널 매칭홀(540)이 형성될 수 있다. 결합홈(510)은 로워 하우징(300)에서 내측으로 돌출된 결합돌기(310)와 체결된다.
더 바람직하게, 결합홈(510)은 결합돌기(310)와 대응되는 형상으로 제어기판(500)에서 반경방향으로 내측으로 오목하게 파여 형성될 수 있다. 결합돌기(310)는 로워 하우징(300)에서 내측으로 돌출되어 결합홈(510)과 맞물리도록 구성된다. 결합홈(510) 및 결합돌기(310)는 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 결합홈(510)은 제어기판(500)의 원주방향을 따라 방사상 복수개가 형성될 수 있다. 일 예로, 결합홈(510) 및 결합돌기(310)는 각각 5개가 형성되어 로워 하우징(300)에 일체형 모터부(400) 및 제어기판(500)이 인입되어 고정되도록 구성될 수 있다.
중앙홀(520)은 모터부(400)가 제어기판(500)을 관통하도록 제어기판(500)의 중앙부에 형성된다. 보다 구체적으로, 중앙홀(520)은 로터 샤프트(430)가 관통하여 제어기판(500)에 간섭없이 회전 가능하도록 형성된다.
고정홀(530)은 모터부(400)의 상부로 돌출되는 모터핀(410)이 삽입되도록 구성된다. 고정홀(530)은 제어기판(500) 상에 적어도 하나 이상 형성된다. 일 예로, 고정홀(530)은 제어기판(500)의 외주면을 따라 이격하여 3개가 형성될 수 있다. 모터핀(410)은 모터부(400)의 둘레를 따라 이격하여 적어도 하나 이상 형성된다. 보다 구체적으로, 모터핀(410)은 일측이 코어(460)의 상부면에 고정되고 타측이 코어(460)의 상부로 돌출되어 고정홀(530)에 삽입된다. 모터핀(410)이 고정홀(530)에 삽입되어 고정되면 모터부(400) 및 제어기판(500)은 일체형으로 결합된다.
제어기판(500)은 일측에 구비된 터미널 매칭홀(540)을 포함한다. 터미널(600)은 로워 하우징(300)의 외주 일측에 형성되고, 전기 신호를 전달한다. 터미널 매칭홀(540)은 터미널(600)의 일끝단이 체결되도록 구성된다. 일 예로, 터미널(600)은 로워 하우징(300)의 외주 일측의 형상에 대응하여 아래로 꺾인 "ㄷ"자 형상으로 3개가 형성될 수 있다. 이에 대응하여 터미널 매칭홀(540)은 제어기판(500)상에 3개가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 제어기판(500)에는 모터부(400)에 인접하여 형성되는 랫치 센서(700)가 구비된다. 랫치 센서(700)는 모터부(400)의 회전 속도를 감지하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 제어기판(500)이 모터부(400)에 체결된 상태에서 랫치 센서(700)는 자석(440)을 감지하여 로터 샤프트(430)의 회전 속도를 감지할 수 있다. 랫치 센서(700)는 자석(440)과 이격되어 위치하고, 로터 샤프트(430)가 회전하는 동안 자석(440)을 감지한다.
다른 실시 예로, 원심펌프는 랫치 센서(700)가 구비되지 않은 제어기판(500)이 적용될 수 있다. 초기 제어를 위해 모터부(400)의 초기 위치 정렬(alignment) 후 강제로 구동하는 개루프(open loop) 제어가 이용되고, 이후 속도가 충분히 발생하여 위치를 추정할 수 있는 수준이 된다면 전류, B-emf(back-emf) 등 모터부(400)로부터의 센싱 정보를 이용한 위치추정 알고리즘을 통해 모터부(400)의 위치를 파악하고 피드백 제어인 폐루프(closed loop) 제어로 전환하여 전반적인 모터부(400) 제어를 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예로써, 터미널이 인서트 사출로 구비된 상태의 로워 하우징과 모터부(400) 및 제어기판(500)이 로워 하우징의 내측에 인입되기 전 일체형으로 체결된 상태를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 원심펌프는 터미널(600)은 로워 하우징(300)에 인서트 사출로 구비되고, 모터부(400) 및 제어기판(500)이 로워 하우징(300)의 내측에 인입되어 조립될 수 있다. 선 조립된 터미널(600)은 로워 하우징(300) 사출 금형에 인서트되어 로워 하우징(300)의 사출 성형시 로워 하우징(300)과 일체로 성형된다. 일체로 결합된 모터부(400) 및 제어기판(500)이 로워 하우징(300)의 내측에 인입되는 경우 터미널(600)은 터미널 매칭홀(540)에 삽입된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예로써, 로워 하우징(300)이 인서트 사출로 구비되기 전 모터부(400), 제어기판(500) 및 터미널(600)이 일체로 형성된 상태를 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 원심펌프는 터미널(600)이 터미널 매칭홀(540)에 삽입된 상태에서, 로워 하우징(300)은 터미널(600)을 감싸도록 인서트 사출로 구비되어 완성될 수 있다. 다시 말해, 선 조립된 모터부(400), 제어기판(500) 및 터미널(600)은 로워 하우징(300) 사출 금형에 인서트되어 로워 하우징(300)의 사출 성형시 로워 하우징(300)과 일체로 성형된다.
정리하면, 본 발명은 제어기판(500)이 모터부(400)의 상부에 체결되어 일체형으로 형성됨으로써 크기가 컴팩트하고 부품의 단순화가 가능한 모터부(400) 및 제어기판 일체형 원심펌프를 제공한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 원심펌프 커버 110: 임펠러
110a: 상부 임펠러 110b: 하부 임펠러
120: 실링부재 130: 스크류
200: 미들 하우징 300: 로워 하우징
310: 결합돌기 400: 모터부
410: 모터핀 420: 베어링
430: 로터 샤프트 440: 자석
450: 코일 460: 코어
500: 제어기판 510: 결합홈
520: 중앙홀 530: 고정홀
540: 터미널 매칭홀 600: 터미널
700: 랫치 센서

Claims (7)

  1. 원심펌프 커버에 체결되는 미들 하우징;
    상기 미들 하우징에 체결되는 로워 하우징;
    상기 로워 하우징의 내부에 위치하고, 상기 미들 하우징을 관통하여 회전 가능하도록 형성되는 모터부; 및
    상기 미들 하우징과 상기 모터부 사이에 위치하고, 상기 모터부를 제어하는 제어부가 구비된 제어기판;
    을 포함하는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기판은,
    상기 로워 하우징에서 내측으로 돌출된 결합돌기와 체결되는 결합홈; 및
    상기 모터부가 관통되는 중앙홀;
    을 포함하는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기판은,
    상기 모터부의 상부로 돌출되는 모터핀이 삽입되도록 구성되는 고정홀;
    을 포함하는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기판은,
    상기 로워 하우징의 외주 일측에 형성되고 전기 신호를 전달하는 터미널이 체결되도록 구성되는 터미널 매칭홀;
    을 포함하는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 터미널은 상기 로워 하우징에 인서트 사출로 구비되고,
    상기 모터부 및 상기 제어기판이 상기 로워 하우징의 내측에 인입되어 상기 터미널은 상기 터미널 매칭홀에 삽입되도록 구성되는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 터미널이 상기 터미널 매칭홀에 삽입된 상태에서,
    상기 로워 하우징은 상기 터미널을 감싸도록 인서트 사출로 구비되는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 모터부에 인접하여 상기 제어기판에 형성되고, 상기 모터부의 회전 속도를 감지하도록 구성되는 랫치 센서;
    를 더 포함하는 모터부 및 제어기판 일체형 원심펌프.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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