JP2020510785A

JP2020510785A - ウォーターポンプ

Info

Publication number: JP2020510785A
Application number: JP2019548285A
Authority: JP
Inventors: ユマンウォン
Original assignee: Myunghwa Ind Co Ltd
Current assignee: Myunghwa Ind Co Ltd
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2020-04-09
Also published as: WO2018169377A1; US20200040799A1; CN110494635A; EP3597881A4; EP3597881A1; KR101874493B1

Abstract

本発明は、冷却水が流入及び吐き出される流入口及び吐出口が形成されたハウジングと、ハウジングの内部に収容され、回転によって冷却水を流入及び吐き出させるインペラと、インペラに結合し、外部駆動力を伝達されて、インペラを回転させる回転軸と、インペラの上側に配され、吐出口を選択的に開閉するように作動する冷却水流量制御手段と、を含む本体部；冷却水流量制御手段の上側に形成されて、冷却水流量制御手段に圧力を加える冷却水を収容する油圧空間が内部に形成されたシリンダー部；及びシリンダー部の側面に結合し、回転運動を直線運動に変換するように作動して、油圧空間の内部に収容された冷却水に選択的に圧力を加えて、本体部から吐き出される冷却水の量を調節するリニアモータ；を含むウォーターポンプを提供する。本発明によるウォーターポンプによれば、構造が簡単であり、内部部品間の摩擦及び騒音を防止し、かつ吐き出される冷却水の流量を調節することができる。

Description

本発明は、ウォーターポンプに係り、より詳細には、流入された冷却水に圧力を加えてエンジン内部を循環させることにより、エンジンを冷却させるウォーターポンプに関する。

一般的に、ウォーターポンプとは、冷却水をエンジン内部に強制に循環させて、車両内部の電装品を冷却させるポンプを意味する。自動車のエンジンのように燃料の爆発力を用いて動力を得る機関は、作動中、高温の熱を発生する。それを適切に制御することができなければ、エンジン自体はもとより、隣接した他の機関に対しても悪影響を及ぼす。したがって、前記のような熱を冷やすための手段として冷却水が必須的に使われる。

このようなウォーターポンプと関連した技術として、エンジン動力の一部を伝達されて作動する機械式ウォーターポンプと、ウォーターポンプインペラに伝達されるエンジン動力を選択的に遮断させるクラッチを備えたクラッチ式ウォーターポンプと、冷却水の流量制御のための別途のマグネットと位置センサーとを備えた可変式ウォーターポンプ（国際公開特許ＷＯ２０１６／０１２３７８ＡＩ）がある。

従来の機械式ウォーターポンプは、エンジン動力によって常時駆動されるので、エンジン始動時のように、エンジンを冷却する必要のない場合にも、エンジンを冷却して、エンジン効率及び冷却効率が減少するという問題点が存在する。

また、従来のクラッチ式ウォーターポンプは、電磁石の動作によってクラッチと摩擦部との結合による摩擦及び騒音が発生するという問題点が存在する。

そして、従来の可変式ウォーターポンプは、流量制御のための別途の部品を使用するので、ウォーターポンプの構造が複雑になり、製品の価格が上昇するという問題点が存在する。

本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであって、構造が簡単であり、内部部品間の摩擦及び騒音を防止し、かつ吐き出される冷却水の流量を調節できるように改善されたウォーターポンプを提供するところにその目的がある。

本発明は、冷却水が流入及び吐き出される流入口及び吐出口が形成されたハウジングと、前記ハウジングの内部に収容され、回転によって冷却水を流入及び吐き出させるインペラと、前記インペラに結合し、外部駆動力を伝達されて、前記インペラを回転させる回転軸と、前記インペラの上側に配され、前記吐出口を選択的に開閉するように作動する冷却水流量制御手段と、を含む本体部；前記冷却水流量制御手段の上側に形成されて、前記冷却水流量制御手段に圧力を加える冷却水を収容する油圧空間が内部に形成されたシリンダー部；及び前記シリンダー部の側面に結合し、回転運動を直線運動に変換するように作動して、前記油圧空間の内部に収容された冷却水に選択的に圧力を加えて、前記本体部から吐き出される冷却水の量を調節するリニアモータ；を含むウォーターポンプを提供する。

ここで、前記リニアモータは、前記油圧空間の内部に位置して、前記油圧空間の内部に存在する冷却水に圧力を加えるピストンと、前記ピストンと結合し、前記ピストンを前記油圧空間内で移動させるリニアシャフトと、前記リニアシャフトの外面に形成されたネジ山に結合し、回転によって前記リニアシャフトを前後に移動させる回転子と、前記回転子を取り囲むように配され、前記回転子を回転させる固定子と、前記リニアシャフト、回転子及び固定子を内部に収容するモータケーシングと、を含みうる。

一方、前記固定子は、永久磁石であり、前記回転子は、コイルが巻き取られたスロットからなって、前記固定子との磁気作用によって回転することができる。

また、前記固定子は、コイルが巻き取られたスロットからなり、前記回転子は、永久磁石からなって、前記固定子との磁気作用によって回転することができる。

前記冷却水流量制御手段は、前記インペラの上側に配され、前記インペラと対向する端部が開放されたシリンダー状に形成され、側面が前記吐出口を選択的に開閉するように作動するインペラカバーと、前記インペラカバーの上部に配され、前記油圧空間と連通する加圧空間が内部に形成され、前記加圧空間に流入された冷却水を通じて前記インペラカバーに圧力を加えるチャンバカバーと、前記インペラカバーとチャンバカバーとの間の加圧空間に介在されて、前記インペラカバーとチャンバカバーとの間の隙間をシーリングし、前記加圧空間に流入された冷却水によって加えられる圧力を前記インペラカバーに伝達する加圧部材と、を含みうる。

前記冷却水流量制御手段は、前記インペラカバーとインペラとの間に介在され、前記インペラカバーに対して加圧空間側に弾性復元力を加える弾性部材をさらに含みうる。

一方、前記本体部は、一端が前記シリンダー部と連結され、他端が前記インペラカバーに形成された冷却水流動ホールと対向するように、前記ハウジングの内部に収容され、前記ピストンが前記本体部側の方向に移動時に閉鎖されて、前記シリンダー部から本体部への冷却水の流入を防止するチェック弁をさらに含みうる。

前記チェック弁は、前記本体部とシリンダー部とを連通させる流路が内部に形成された弁シリンダーと、前記弁シリンダーの内側面で突設された係止段と、前記流路に位置し、前記シリンダー部から本体部に流動する冷却水によって係止段に係止されて、前記流路を閉鎖するシーリングボールと、を含みうる。

本発明によるウォーターポンプによれば、構造が簡単であり、内部部品間の摩擦及び騒音を防止し、かつ吐き出される冷却水の流量を調節することができる。

本発明の一実施形態によるウォーターポンプの吐出口が閉鎖される形状を示す断面図である。本発明の一実施形態によるウォーターポンプのチェック弁が閉鎖される形状を示す断面図である。本発明の一実施形態によるウォーターポンプの吐出口が開放される形状を示す断面図である。本発明の一実施形態によるウォーターポンプのチェック弁が開放される形状を示す断面図である。

本発明は、図面に示された実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。

図１を参照すれば、本発明の一実施形態によるウォーターポンプ１０００は、本体部１１００、シリンダー部１２００及びリニアモータ１３００を含む。

また、前記本体部１１００は、ハウジング１１１０、インペラ１１２０、回転軸１１３０及び冷却水流量制御手段１１４０を含む。

前記ハウジング１１１０は、冷却水が流入される流入口１１１０ａと、流入された冷却水が吐き出される吐出口１１１０ｂと、が形成される。前記ハウジング１１１０は、前記インペラ１１２０、回転軸１１３０及び冷却水流量制御手段１１４０を内部に収容し、車両エンジンの所定部位に設けられる。

前記インペラ１１２０は、回転によって冷却水を流入または吐き出させる。前記インペラ１１２０に関する技術は、公知されたものであって、これについての詳細な説明は省略する。

前記回転軸１１３０は、前記インペラ１１２０と結合し、外部から伝達される駆動力を伝達されて、前記インペラ１１２０を回転させる。前記回転軸１１３０は、駆動モータ（図示せず）から駆動力を伝達されることもあり、車両エンジンの動力を滑車（図示せず）のような動力伝達手段によって伝達されることもあるが、これに限定されるものではない。

前記冷却水流量制御手段１１４０は、前記インペラ１１２０の上側に配され、前記吐出口１１１０ｂを選択的に開閉するように作動する。

より詳細には、前記冷却水流量制御手段１１４０は、インペラカバー１１４１、チャンバカバー１１４２、加圧部材１１４３及び弾性部材１１４４を含みうる。

前記インペラカバー１１４１は、前記インペラ１１２０の上側に配され、前記インペラ１１２０と対向する端部が、開放されたシリンダー状に形成される。すなわち、前記インペラカバー１１４１は、前記インペラ１１２０の外周面を取り囲むように形成される。

この場合、前記インペラカバー１１４１は、前記ハウジング１１１０の内部で昇降するように作動することにより、前記インペラカバー１１４１の側面が前記ハウジング１１１０に形成された吐出口１１１０ｂを選択的に開閉させ、したがって、前記インペラ１１２０に流入されて圧縮された冷却水が、前記吐出口１１１０ｂへの吐出を選択的に防止する。

前記チャンバカバー１１４２は、前記インペラカバー１１４１の上部に配されて、前記インペラカバー１１４１との間に後述する油圧空間１２００ａと連通する加圧空間１１４２ａを形成させる。前記油圧空間１２００ａの内部に存在する冷却水が加圧空間１１４２ａに流入され、前記加圧空間１１４２ａに流入された冷却水は、前記インペラカバー１１４１に圧力を加える。

前記加圧部材１１４３は、前記インペラカバー１１４１とチャンバカバー１１４２との間の加圧空間１１４２ａに介在されて、前記インペラカバー１１４１とチャンバカバー１１４２との間の隙間をシーリングする。同時に、前記加圧部材１１４３は、前記加圧空間１１４２ａに流入された冷却水によって前記加圧部材１１４３に加えられる圧力を、前記インペラカバー１１４１に伝達する。これにより、前記インペラカバー１１４１を下側に移動させうる。

前記弾性部材１１４４は、前記インペラカバー１１４１とインペラ１１２０との間に介在され、前記インペラカバー１１４１に対して加圧空間１１４２ａ側に弾性復元力を加える。したがって、下側に移動したインペラカバー１１４１を上側に復帰させうる。図１には、前記弾性部材１１４４がコイル状のバネであると示されているが、これは、本発明の一実施形態に過ぎず、前記弾性部材１１４４の素材及び形態は多様である。

前記シリンダー部１２００は、前記冷却水流量制御手段１１４０の上側に形成され、前記冷却水流量制御手段１１４０に圧力を加える冷却水を収容する油圧空間１２００ａが内部に形成される。前記シリンダー部１２００は、後述するリニアモータ１３００と本体部１１００とを連結する媒介体であって、前記リニアモータ１３００によって本体部１１００から吐き出される冷却水の流量が調節されるようにする。

前記リニアモータ（Ｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒ）１３００は、前記シリンダー部１２００の側面に結合し、回転運動を直線運動に変換するように作動して、前記油圧空間１２００ａの内部に収容された冷却水に選択的に圧力を加えることにより、前記本体部１１００から吐き出される冷却水の量を調節する。

より詳細には、前記リニアモータ１３００は、ピストン１３１０、リニアシャフト１３２０、回転子１３３０、固定子１３４０及びモータケーシング１３５０を含みうる。

前記ピストン１３１０は、前記油圧空間１２００ａの内部に位置して、前記油圧空間１２００ａの内部に存在する冷却水に圧力を加える。したがって、前記油圧空間１２００ａの内部の冷却水が、前記加圧空間１１４２ａに流入されるか、前記加圧空間１１４２ａの内部に存在する冷却水に圧力が加えられるようにする。

前記リニアシャフト１３２０は、前記ピストン１３１０と結合し、前記ピストン１３１０を前記油圧空間１２００ａ内で移動させる。前記回転子１３３０は、前記リニアシャフト１３２０の外面に形成されたネジ山（図示せず）に結合し、回転によって前記リニアシャフト１３２０を前後に移動させる。

これは、固定されたナットにボルトを締結して回転する場合、ボルトが前進または後進するような原理であって、回転子１３３０が正位置に固定されて回転する場合、前記回転子１３３０に形成されたネジ山（図示せず）と前記リニアシャフト１３２０に形成されたネジ山とが互いに噛み合いながら、前記リニアシャフト１３２０が前進あるいは後進する。これにより、リニアシャフト１３２０と共にピストン１３１０が前記油圧空間１２００ａ内で前後に移動する。

前記固定子１３４０は、前記回転子１３３０を取り囲むように配され、前記回転子１３３０を回転させる。ここで、前記固定子１３４０は、永久磁石であり、前記回転子１３３０は、コイルが巻き取られたスロットからなることもある。または、前記固定子１３４０がコイルが巻き取られたスロットからなり、前記回転子１３３０は、永久磁石からなることも可能である。

前者の場合、回転子１３３０に電流が印加されれば、回転子１３３０は磁性を表わし、永久磁石である固定子１３４０との磁気作用を通じて回転子１３３０は回転する。後者の場合、固定子１３４０に電流が印加されれば、固定子１３４０は磁性を表わし、永久磁石である回転子１３３０との磁気作用を通じて回転子１３３０を回転させる。但し、これは、本発明の一実施形態に過ぎず、前記回転子１３３０と固定子１３４０との種類及び構造は、多様に実施される。

前記モータケーシング１３５０は、前記リニアシャフト１３２０、回転子１３３０及び固定子１３４０を内部に収容する。前記モータケーシング１３５０は、モータの駆動に必要なブラシ（図示せず）や整流器（図示せず）なども内部に収容することができるが、これに限定されるものではない。

前記本体部１１００は、一端が前記シリンダー部１２００と連結され、他端が前記インペラカバー１１４１に形成された冷却水流動ホール１１４１ａと対向するように、前記ハウジング１１１０の内部に収容されるチェック弁１１５０をさらに含みうる。前記チェック弁１１５０は、前記ピストン１３１０が前記本体部１１００側の方向に移動時に閉鎖され、前記シリンダー部１２００から本体部１１００への冷却水の流入を防止する。

より詳細には、図２を参照すれば、前記チェック弁１１５０は、弁シリンダー１１５１、係止段１１５２及びシーリングボール１１５３を含みうる。

前記弁シリンダー１１５１は、中空の円柱状であって、前記本体部１１００とシリンダー部１２００とを連通させる流路１１５１ａが内部に形成される。前記流路１１５１ａを通じて冷却水が流動することができる。

前記係止段１１５２は、前記弁シリンダー１１５１の内側面で内側に向けて突設される。突出した形状は多様であり、図２に示した形状に限定されるものではない。

前記シーリングボール１１５３は、前記流路１１５１ａに位置し、前記シリンダー部１２００から本体部１１００に流動する冷却水によって係止段１１５２に引っ掛かることにより、前記流路１１５１ａを閉鎖して、前記流路１１５１ａを介した冷却水の流れを防止することができる。前記シーリングボール１１５３は、球状であることが望ましいが、これに限定されるものではない。

以下、本発明の一実施形態によってウォーターポンプ１０００から吐き出される冷却水の流量が制御される過程を詳しく説明する。

エンジンの動作が開始されれば、エンジンの回転力を伝達されてインペラ１１２０が動作し、これにより、所定量の冷却水がウォーターポンプ１０００の本体部１１００の内側に流入される。エンジンの動作初期時には、エンジンの早いウォームアップ（Ｗａｒｍ−ｕｐ）のために、エンジンへの冷却水の供給が停止されることが望ましい。

図１を参照すれば、エンジンの温度を測定した温度センサー（図示せず）は、所定の信号を出力してモータ制御手段（図示せず）に当該信号を伝達する。以後、モータ制御手段は、当該信号に基づいてリニアモータ１３００に電流を印加すれば、回転子１３３０が回転を通じてピストン１３１０を加圧空間１１４２ａ側に移動させる。

ピストン１３１０の移動によって、油圧空間１２００ａの内部の冷却水の一部がチェック弁１１５０の内部に流入される。この場合、図２に示したように、油圧空間１２００ａの内部の冷却水が加える圧力によって、シーリングボール１１５３は係止段１１５２に引っ掛かる。したがって、シーリングボール１１５３が流路１１５１ａを閉鎖して、流路１１５１ａを通じる冷却水の移動がなされないようにする。

残りの冷却水は、加圧空間１１４２ａに流入されるか、既に加圧空間１１４２ａに存在する冷却水に圧力を加える。この場合、加圧空間１１４２ａの内部の冷却水は、加圧部材１１４３を通じてインペラカバー１１４１に圧力を加え、インペラカバー１１４１は、下側に移動して吐出口１１１０ｂを閉鎖する。

ここで、温度センサーが測定するエンジンの温度によって、モータ制御手段は、インペラカバー１１４１が吐出口１１１０ｂを閉鎖する程度を調節することができる。すなわち、エンジンの温度が高い場合であれば、モータ制御手段は、ピストン１３１０を少しだけ動くか、最初から動かず、この場合、冷却水に加えられる圧力は大きくなくて、インペラカバー１１４１が下側に少しだけ移動する。したがって、インペラカバー１１４１は、吐出口１１１０ｂの極めて一部のみを閉鎖するか、吐出口１１１０ｂを全く閉鎖しなくなり、ウォーターポンプ１０００から吐き出される冷却水の量は極大化されて、エンジンを円滑に冷却させうる。

逆に、エンジンの温度が高くないか、初期エンジンを始動する場合であれば、モータ制御手段は、ピストン１３１０を多く動くようになり、この場合、冷却水に加えられる圧力は大きくなって、インペラカバー１１４１は下側に多く移動する。したがって、インペラカバー１１４１は、吐出口１１１０ｂのほとんどあるいは全部を閉鎖して、ウォーターポンプ１０００から冷却水が吐き出されないようにする。

以後、エンジンの継続的な動作によってエンジンが一定レベルにウォームアップになれば、閉鎖された吐出口１１１０ｂを再び開放させる必要がある。

図３を参照すれば、温度センサーから信号を伝達されたモータ制御手段は、リニアモータ１３００を制御してピストン１３１０を本体部１１００から遠ざかる方向に移動させる。この場合、油圧空間１２００ａの空間が広くなって、加圧空間１１４２ａの内部の冷却水の一部は、油圧空間１２００ａ側に流入し、したがって、加圧空間１１４２ａの内部の冷却水によってインペラカバー１１４１に加えられる圧力は減る。

これにより、弾性部材１１４４がインペラカバー１１４１の下部に加える弾性復元力が、加圧空間１１４２ａの内部の冷却水によってインペラカバー１１４１の上部に加えられる力よりも大きくなり、インペラカバー１１４１が上側に移動することによって、吐出口１１１０ｂが開放される。

一方、油圧空間１２００ａは、冷却水で満たされているが、構成要素間の隙間を通じて冷却水が漏水するなどの理由によって、油圧空間１２００ａの冷却水が不足になる。この際、チェック弁１１５０が開放されて、冷却水が油圧空間１２００ａの内部に供給される。

図４を参照すれば、冷却水流動ホール１１４１ａを通じて流れた冷却水がシーリングボール１１５３の下部に圧力を加えることによって、シーリングボール１１５３は、係止段１１５２から離隔し、これにより、流路１１５１ａが開放される。したがって、シーリングボール１１５３の下部を通じて流路１１５１ａに流入された冷却水は、油圧空間１２００ａに補充される。

Claims

冷却水が流入及び吐き出される流入口及び吐出口が形成されたハウジングと、前記ハウジングの内部に収容され、回転によって冷却水を流入及び吐き出させるインペラと、前記インペラに結合し、外部駆動力を伝達されて、前記インペラを回転させる回転軸と、前記インペラの上側に配され、前記吐出口を選択的に開閉するように作動する冷却水流量制御手段と、を含む本体部と、
前記冷却水流量制御手段の上側に形成されて、前記冷却水流量制御手段に圧力を加える冷却水を収容する油圧空間が内部に形成されたシリンダー部と、
前記シリンダー部の側面に結合し、回転運動を直線運動に変換するように作動して、前記油圧空間の内部に収容された冷却水に選択的に圧力を加えて、前記本体部から吐き出される冷却水の量を調節するリニアモータと、
を含むウォーターポンプ。
前記リニアモータは、
前記油圧空間の内部に位置して、前記油圧空間の内部に存在する冷却水に圧力を加えるピストンと、
前記ピストンと結合し、前記ピストンを前記油圧空間内で移動させるリニアシャフトと、
前記リニアシャフトの外面に形成されたネジ山に結合し、回転によって前記リニアシャフトを前後に移動させる回転子と、
前記回転子を取り囲むように配され、前記回転子を回転させる固定子と、
前記リニアシャフト、回転子及び固定子を内部に収容するモータケーシングと、を含む請求項１に記載のウォーターポンプ。
前記固定子は、永久磁石であり、
前記回転子は、コイルが巻き取られたスロットからなって、前記固定子との磁気作用によって回転する請求項２に記載のウォーターポンプ。
前記固定子は、コイルが巻き取られたスロットからなり、
前記回転子は、永久磁石からなって、前記固定子との磁気作用によって回転する請求項２に記載のウォーターポンプ。
前記冷却水流量制御手段は、
前記インペラの上側に配され、前記インペラと対向する端部が開放されたシリンダー状に形成され、側面が前記吐出口を選択的に開閉するように作動するインペラカバーと、
前記インペラカバーの上部に配され、前記油圧空間と連通する加圧空間が内部に形成され、前記加圧空間に流入された冷却水を通じて前記インペラカバーに圧力を加えるチャンバカバーと、
前記インペラカバーとチャンバカバーとの間の加圧空間に介在されて、前記インペラカバーとチャンバカバーとの間の隙間をシーリングし、前記加圧空間に流入された冷却水によって加えられる圧力を前記インペラカバーに伝達する加圧部材と、を含む請求項２から請求項４のうち何れか一項に記載のウォーターポンプ。
前記冷却水流量制御手段は、
前記インペラカバーとインペラとの間に介在され、前記インペラカバーに対して加圧空間側に弾性復元力を加える弾性部材をさらに含む請求項５に記載のウォーターポンプ。
前記本体部は、
一端が前記シリンダー部と連結され、他端が前記インペラカバーに形成された冷却水流動ホールと対向するように、前記ハウジングの内部に収容され、前記ピストンが前記本体部側の方向に移動時に閉鎖されて、前記シリンダー部から本体部への冷却水の流入を防止するチェック弁をさらに含む請求項５に記載のウォーターポンプ。
前記チェック弁は、
前記本体部とシリンダー部とを連通させる流路が内部に形成された弁シリンダーと、
前記弁シリンダーの内側面で突設された係止段と、
前記流路に位置し、前記シリンダー部から本体部に流動する冷却水によって係止段に係止されて、前記流路を閉鎖するシーリングボールと、を含む請求項７に記載のウォーターポンプ。