KR100770962B1 - 모터 하우징을 갖는 액체 펌프와 모터 하우징 제조 방법 - Google Patents

모터 하우징을 갖는 액체 펌프와 모터 하우징 제조 방법 Download PDF

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Abstract

특히 차량의 냉각/가열 회로용 선행 기술에 따른 액체 펌프는 클로 폴 고정자와 튜브를 통하여 상기 클로 폴 고정자와 분리된 상태로 액체 내에 침지되며 베인을 구비한 회전자를 갖는다. 그렇지만, 조립 단계수와 조립하고자 하는 부품수가 여전히 많다. 본 발명에 따른 액체 펌프(1)에서는 클로 폴 고정자(21)의 클로(25)가 모터 하우징(2)의 일부분을 이루는 튜브(11)의 통합 구성 부품이며, 따라서 조립 단계수를 감소시킨다.
냉각/가열 회로, 클로 폴 고정자, 베인, 회전자, 조립 단계수

Description

모터 하우징을 갖는 액체 펌프와 모터 하우징 제조 방법{Fluid pump with a motor housing and a method for the production of a motor housing}
본 발명은 청구항 제 1 항 및 청구항 제 9 항의 전제부에 따른, 모터 하우징을 갖는 액체 펌프 및 액체 펌프용 모터 하우징 제조 방법에 관한 것이다.
독일특허 제 DE 37 02 028 C2 호에는 튜브에 의한 고정자와 회전자의 분리 원리가 알려져 있고, 상기 원리는 상기 회전자를 냉각수에 침지되도록 배치시키는 것을 가능하게 한다.
또한, 독일특허 공개 제 DE 44 11 960 A1 호에서 이러한 액체 펌프에 관한 상세한 설명을 찾아볼 수 있다. 이 간행물에서 설명하는 액체 펌프는 종모양의 회전자를 가지며, 그 원통형 내부공간에 고정자가 삽입된다. 상기 회전자와 고정자 사이에는 튜브 또는 컵 형태의 벽이 연장되며, 회전자를 회전 가능하게 현수하기 위하여 컵의 베이스에는 샤프트가 삽입(let in)된다.
상기 샤프트의 고정부는 원통형 중공 챔버의 내부로 아주 약간 삽입되어 있으므로, 상기 고정자를 설치하기 위해 상기 챔버의 거의 전체 공간이 필요하다. 또한, 좁은 틈새 폭과 이로 인한 낮은 자기 회로 손실을 달성하기 위하여, 상기 고정자와 회전자 사이의 원통형 벽은 매우 얇게 구성된다. 이것은 회전자 현수의 안정성을 떨어뜨린다.
한편, 고정자에 전류 공급을 위한 정류 회로를 갖는 프린트 회로 보드가 상기 고정자의 축방향 연장부에만 배치될 수 있으며, 이는 액체 펌프의 설치 깊이를 증가시킨다.
또한, 독일특허 출원 제 199 34 382 호에는, 클로 폴 고정자(claw pole stator)를 구비한 모터를 가지는 액체 펌프를 사용하는 것이 제시되어 있다. 이 클로 폴 고정자는 하나의 권선과 클로를 구비한 두 개의 클로판으로 구성된다. 개별 부품들은 다수의 조립 단계로 조립되어 모터 하우징 상에 고정되어야 한다. 클로 폴 고정자와 모터 하우징 사이에는 공차에 의해 공기 틈새가 형성되고, 상기 공기 틈새는 상기 권선으로부터 액체 펌프 내에서 펌핑되는 매질쪽으로의 손실열의 유도를 어렵게 하고, 낮은 자기 회로 손실의 달성을 어렵게 한다.
일본 공개특허 평 07-208380호에는 클로를 가지는 클로 폴 고정자와 클로판을 포함하는 전기 모터를 구비한 액체 펌프가 공지되어 있다. 일본 공개특허 평 07-208380호의 구동 전기 모터의 클로 폴 고정자의 클로판은 상기 액체 펌프의 모터 하우징의 비자성 재료 내로 매립된다.
미국특허 제4,685,419호에는 클로 폴 고정자를 가진 소형 전기 모터가 공지되어 있다. 클로 폴 고정자의 폴 톱니 또는 관련 클로판은 예를 들어 합성수지 또는 섬유 강화 플라스틱과 같은 비자성 재료에 의해 고정되고 부분적으로 변환됨으로써, 적어도 모터의 회전자를 향한 폴 톱니의 표면이 개방된다. 따라서, 미국특허 제4,685,419호의 클로 폴 고정자의 폴 톱니는 서로 그리고 전기 모터의 회전자에 대해 정확히 고정되고, 그에 따라 한편으로는 모터의 회전자에 대한 양호하게 규정된 작동 실린더를 형성하고, 다른 한편으로는 그것의 개방된 표면에 의해 회전자와 클로 폴 고정자 사이의 소정 자속을 가능하게 한다.
청구항 제 1 항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 모터 하우징을 구비한 액체 펌프 또는 청구항 제 9 항의 특징을 갖는 상기 액체 펌프용 모터 하우징의 제조 방법은, 간단한 방식으로 작동 특성이 개선되며 조립 단계의 수가 감소되는 장점을 갖는다.
이는 특히 클로판의 사출 성형 및 금속 연결부에 의해 이루어진다.
클로판의 사출 성형에 의해, 공기 틈새가 없는 열전달이 달성되어, 클로 및 권선으로부터의 손실열이 튜브 내에서 유동하는 액체로 양호하게 유도된다.
특히 클로 또는 클로판을 모터 하우징 내에 사출 성형하는게 바람직한데, 그 이유는 이로 인해 적은 수의 부품만이 조립되면 되기 때문이다.
또한 금속 연결부를 모터 하우징 내에 사출 성형하는 것이 바람직한데, 그 이유는 여기서도 모터 하우징 내로의 조립이 생략되며 이와 동시에 연결부를 통한 통로가 양호하게 밀폐되기 때문이다.
종속항에서 구현된 조치를 통하여 청구항 제 1 항에서 언급된 액체 펌프의 다른 바람직한 실시 및 개선이 가능하다.
또한 스탬프 그리드(stamp grid)가 모터 하우징 내에 사출 성형되는 것이 바람직한데, 상기 스탬프 그리드는 프린트 회로 보드로부터 및 프린트 회로 보드로 전기 접속을 형성하며, 그 결과 전기 접속 라인이 더 이상 설치 및 고정될 필요가 없다.
적어도 하나의 프린트 회로 보드의 영역에서 권선으로부터의 열 방사가 감소되도록 클로 폴 고정자를 사출 성형하는 것이 바람직한데, 그 이유는 이로 인해 프린트 회로 보드의 수명과 작동 조건이 개선되기 때문이다.
권선을 모터 하우징에 직접 와인딩하는 것이 바람직한데, 그 이유는 이로 인해 추가 와인딩 홀더가 사용될 필요가 없기 때문이다.
바람직하게는, 상기 모터 하우징에 단락 링(short-circuit ring)이 장착된다.
본 발명의 실시예가 도면에 제시되며, 이하에서 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 따른 액체 펌프의 축방향 단면도.
도 2는 클로 폴을 구비한 모터 하우징의 축방향 단면도.
도 3은 모터 하우징 내에 사출 성형된 클로의 3차원 도면.
도 1은 본 발명에 따른 액체 펌프(1)의 축방향 단면도를 도시한다. 액체 펌프(1)는, 예를 들어 차량에서 냉각수 펌프로 사용되거나 가열 회로용으로서 사용될 수 있으며, 또한 흡입관(4)과 도시하지 않은 압력관을 갖는 하우징 전방부(30), 모터 하우징(2) 및 하우징 후방부(3)로 구성된 3부분 펌프 하우징(33)을 갖는다. 상기 하우징 전방부(30), 흡입관(4), 모터 하우징(2) 및 하우징 후방부(3)는 플라스틱으로 구성되지만, 흡입관(4)과 하우징 후방부(3)는, 예를 들어 금속이나 세라믹과 같은 다른 재료로 구성될 수도 있다.
상기 부분(30, 2, 3)들은, 예를 들어 모터 하우징(2)을 전방부(30)와 후방부(3) 사이에 고정시켜 유지하는 나사에 의해서 결합된다. 예를 들어 리벳, 접착과 같은 다른 결합 방식도 가능하다. 또한, 하우징 전방부(30)와 모터 하우징(2) 사이에는 밀봉 링(10)이 클램핑되거나 또는 사출 성형된다. 상기 모터 하우징(2)은 비자성 재료로 구성되며, 내벽(24)을 갖는 튜브(11) 형태의 얇은 벽 구역(thin wall section)을 포함한다. 베이스(12)와 함께 컵을 형성하는 튜브(11) 내에는 회전자(6)가 수용된다.
회전자(6)는, 예를 들면 프라스틱 메트릭스 또는 합성 수지 메트릭스에 매설된 분말형 자성 재료와 같은 플라스틱과 결합된 자성 재료로 구성되어, 예를 들어 사출성형에 의해서 일체로 제조되며, 약간 이격되어 튜브(11)의 곡선을 따르는 외부 실린더(7)를 포함한다. 회전자(6)는 용도에 따라 2극 또는 다극으로 자화된다. 회전자(6)는 이 회전자(6)의 중심선도 나타내는 회전축(35)을 중심으로 회전된다. 외부 실린더(7)는 흡입관(4)을 향하는 그 단부에서 다수의 베인(14)을 지지하는 단부벽(13)에 의해서 폐쇄된다.
단부벽(13)과 일체로 결합된 베어링 샤프트(8)는 실린더(7)의 내부를 통해 연장된다. 베어링 샤프트(8)는 적어도 이 베어링 샤프트의 축방향 단부(8', 8")에서, 고정된 샤프트(9)를 중심으로 회전가능하게 지지되어, 실질적으로 전체 길이에 걸쳐 샤프트를 포위한다. 상기 베어링 샤프트의 길이는 적어도, 회전자(6)의 중심이 두 개의 단부(8', 8")들 사이에 놓일 수 있을 정도로 크다. 상기 샤프트(9)는 이 샤프트의 제 1 단부에서 널링(knurling)에 의해 베이스(12)의 리세스 내에 상대 회전 불가능하게 고정되며, 샤프트의 제 2 단부는 하우징의 전방부(30)와 일체로 형성되고 도 1에 그것의 단 하나의 브릿지(5)만이 도시된 리브 스타(ribbed star)의 허브(15) 내에 수용된다.
회전자(6)의 무게를 작게 유지하기 위하여, 외부 실린더(7)와 베어링 샤프트(8) 사이에는, 박벽 리브(17)까지 비어있는 환형 공간(16)이 제공된다. 상기 리브(17)는 외부 실린더(7)와 베어링 샤프트(8) 사이의 결합을 보강하는 역할을 한다.
순환 플랜지(18)가 외부 실린더(7)와 회전자의 단부벽(13) 사이의 이행부에 배치되고, 모터 하우징(2)의 환형 슬롯(19) 내에 맞물림으로써, 고체 이물질이 냉각수 유동으로부터 외부 실린더와 튜브(11) 사이의 좁은 틈새(20) 내로 침투하는 것이 방지된다.
클로 폴 고정자(21)는 튜브(11) 주위로 연장한다. 클로(25)를 구비한 클로 폴 고정자(21)의 클로판(26)은 적어도 부분적으로 모터 하우징(2)의 통합 구성 부품이다. 예를 들면, 클로판(26)은 튜브(11) 내에 배치된다. 통합 배치 방법은 클로(25) 또는 클로판(26)이 적어도 부분적으로 플라스틱으로 구성된 모터 하우징(2) 내에 사출 성형됨으로써 달성된다. 다른 방법은 클로(25) 또는 클로판(26)을 모터 하우징(2)의 가소화된 플라스틱 내에 열간 매설함으로써 가능하다. 이외에도 다른 방법이 가능하다.
상기 클로(25) 주변에는, 단락 링(58)에 의해서 둘러싸인 권선(55)이 배치된다. 상기 권선(55)은 예를 들어 절연된 모터 하우징(2) 상에 직접 와인딩된다. 그러나 또한, 상기 권선(55)은 예비 조립 부품으로서 모터 하우징(2)에 배치될 수도 있다. 이때, 와인딩 홀더는 필요하지 않다.
클로 폴 고정자(21)를 위한 공급 회로는 예를 들어 환형 프린트 회로 보드(38) 상에 조립될 수 있으며, 이로 인하여 액체 펌프(1)의 축방향 길이는 증가하지 않는다. 프린트 회로 보드(38)는 회전축(35)과 거의 평행하게 연장하며, 예를 들어 하우징 후방부(3) 내에 수용된다. 또한, 후방부에는 적어도 하나의 금속 연결부(44)를 구비한 연결 플러그(41)가 배치되며, 상기 금속 연결부는 예를 들어 스탬프 그리드(47)의 일부분이다. 스탬프 그리드(47)는, 예를 들어 외부 플러그(41)를 프린트 회로 보드(38)에 결합시킨다. 상기 프린트 회로 보드(38)는, 예를 들어 직접 사출된 반경방향 보호벽(51)에 의해서 권선(55)으로부터 분리되며, 그 결과 권선(55)과 클로(25)의 손실열의 열 방사가 프린트 회로 보드(38) 쪽으로 감소한다. 보호벽(51)을 모터 하우징 내에 고정시키기 위한 다른 고정 기술이 가능하다.
클로판(25)은 모터 하우징(2) 내에 예컨대 사출되며, 동일한 작업 과정으로 금속 연결부(44)도, 예를 들어 스탬프 그리드(47)로서 바깥쪽으로 향하여, 프린트 회로 보드(38)쪽으로 사출된다. 스탬프 그리드(47)는, 예를 들어 별도의 작업 과정으로 제조되는 하우징 후방부(3) 내에 사출될 수도 있다. 클로(25) 주위에는 권선(55)이 와인딩된다. 그 후 단락 링(58)이 조립된다.
권선(55)에 의해 발생된 자계는 2개의 클로판(26)의 클로(25)의 교대 극성에 의해 반경방향으로 내부에 도달하여, 도 2에서는 도시되지 않은 회전자(6)를 구동시킨다. 권선(55)은 바이필러(bifilar)로 구성되는데, 즉 이 권선은 분리되어 서로 독립적으로 전류가 제공될 수 있는 2개의 회로를 포함한다. 이로 인해, 교번 극성을 가진 자계가 발생된다. 이러한 클로 폴 고정자(21)는 유니필러(unifilar) 디자인보다 더 간단한 파워 전자 부품으로 작동될 수 있다.
도시하지 않은 홀 센서(hall sensor)는, 예를 들어 정류되도록 하며, 액체 펌프(1)의 기능 또는 속도를 모니터링하기 위한 자계 센서로서, 이 홀 센서가 회전하는 회전자(6)의 변환 자계에 노출되는 위치에 제공될 수 있다.
도 2는 모터 하우징(2)과, 클로(25)를 구비한 클로판(26)의 축방향 횡단면도이다. 도 1과 동일하거나 동일한 기능을 하는 부품에 대해서 도 1과 동일한 도면부호를 사용한다. 모터 하우징 내에 클로(25)의 통합 배치는, 내벽(24) 및 회전자(6)의 실린더(7)에 대한 클로(25)의 간격을 매우 작게 유지하여 클로 폴 고정자(21)와 회전자(6) 사이의 힘 작용을 증가시킬 수 있다.
또한, 액체로의 권선(55) 및 클로의 손실열과 열 결합은 증가되고, 따라서 냉각이 개선됨으로써, 작동 온도와 프린트 회로 보드(38)의 방향으로의 방사는 감소된다.
도 3은 모터 하우징(2)의 통합 구성 부품인 클로(25)의 3차원 도면을 도시한다. 이전의 도면들에서와 동일하거나 또는 동일한 작용을 하는 부품에 대해서는 동일한 도면부호를 사용한다. 모터 하우징(2)의 일부만이 도시되고 파선으로 표시된다.
클로 폴 고정자(21)는 각각 동일한 디자인을 갖는 2개의 클로판(26)을 포함하며, 이 클로판들은 각 클로판(26)에서 다수의 클로(25) 및 순환형 외부 링을 구비하고, 상기 클로판들은 이 클로판(26)의 에지로부터 시작하여 반경방향을 따라서 안쪽으로, 그리고 대향 배치된 에지 방향으로 굽혀진다. 클로(25)는, 예를 들어 사다리꼴 형태로 진행하면서 축방향으로 연장된다. 이로써, 모터의 효율이 개선된다. 또한, 상기 클로판(26)은 서로 끼워지기 때문에 한쪽 클로판(26)의 클로(25)는 다른쪽 클로판(26)의 클로(25) 사이의 갭 내로 각각 둘레 방향으로 이격되어 돌출하고, 방사 방향으로 연장되는 클로판의 에지는 축방향으로 서로 이격된다.
클로(25)는 내부에서 내벽(24) 쪽으로 튜브(11)의 플라스틱에 의해서 완전히 커버된다. 또한 반경 방향으로 볼 때 외부쪽으로 클로(25)는 예를 들어 마찬가지로 플라스틱으로 둘러싸인다. 그러나, 여기서 상기 클로들은 노출될 수 있다.
클로판(26)은 권선(55)이 예컨대 와인딩된 환형 중공 챔버를 형성한다.

Claims (10)

  1. 펌프 하우징(33), 모터 하우징(2), 클로 폴 고정자(21), 및 튜브(11)에 의해서 상기 클로 폴 고정자(21)로부터 분리되고 액체 내에 침지되며 하나 이상의 베인(14)을 가지는 내부 회전자(6)를 포함하는, 특히 자동차의 냉각/가열 회로용 액체 펌프(1)에 있어서,
    상기 모터 하우징(2)은 플라스틱으로 이루어지며,
    상기 클로 폴 고정자(21)는 적어도 부분적으로 상기 모터 하우징(2) 내에 사출 성형되어 적어도 부분적으로 상기 모터 하우징(2)의 통합 구성 부품인 클로판(26)을 갖고,
    상기 액체 펌프(1)의 상기 펌프 하우징(33)은 하우징 후방부(3)를 가지며,
    상기 모터 하우징(2) 또는 상기 하우징 후방부(3) 내에는, 상기 펌프 하우징(33)의 내부와 외부 사이의 전기 접속을 형성하는 금속 연결부(44)가 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 액체 펌프(1)는 제어용 전자 부품을 고정하기 위한 적어도 하나의 프린트 회로 보드(38)를 가지며,
    상기 모터 하우징(2) 또는 상기 하우징 후방부(3)에는, 상기 적어도 하나의 프린트 회로 보드(38)로부터 및 상기 프린트 회로 보드로의 전기 접속을 위한 적어도 하나의 스탬프 그리드(47)가 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 클로 폴 고정자(21)는 권선(55)과 클로(25)를 가지며,
    상기 모터 하우징(2) 내에서 상기 클로(25)가 상기 튜브(11)의 내벽(24) 근처로 연장하고 상기 권선(55)과 상기 클로(25)의 손실 열은 상기 튜브(11) 내에서 유동하는 액체로 방출되는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 모터 하우징(2)은, 적어도 하나의 프린트 회로 보드(38)쪽으로 상기 클로 폴 고정자(21)의 상기 권선(55)의 열 방사가 보호벽(51)에 의해 감소되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 권선(55)은 상기 모터 하우징(2)에 와인딩되는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 권선(55)의 영역에서 상기 모터 하우징(2) 상에 단락 링(58)이 조립되는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
  9. 클로 폴 고정자(21), 및 튜브(11)에 의해서 상기 클로 폴 고정자(21)로부터 분리되고 액체 내에 침지되며 베인(14)을 가지는 내부 회전자(6)를 포함하는 액체 펌프(1), 특히 차량의 냉각/가열 회로를 위한 액체 펌프용 모터 하우징(2) 제조 방법에 있어서,
    상기 모터 하우징(2)은 플라스틱 사출 성형에 의해 제조되며, 상기 모터 하우징(2)의 플라스틱 사출 성형시, 클로(25)를 구비한 클로판(26), 금속 연결부(44) 및 적어도 하나의 스탬프 그리드(47)는 상기 모터 하우징(2) 내에 함께 사출 성형되고, 이후 권선(55)이 상기 모터 하우징(2) 상에서 클로(25)의 영역에 와인딩되거나 또는 상기 모터 하우징(2) 내의 상기 클로(25)의 영역에 삽입되며, 이어서 단락 링(58)이 상기 권선(55) 위에 조립되는 것을 특징으로 하는 액체 펌프용 모터 하우징 제조 방법.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 클로판(26)의 클로(25)는 상기 펌프 하우징(33)의 내벽(24)을 향해 상기 튜브(11)의 플라스틱에 의해 완전히 커버되는 것을 특징으로 하는 액체 펌프.
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