KR101134970B1 - 전기식 워터 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전기식 워터 펌프는 외부에서 인가되는 제어 신호에 의하여 자기장을 발생시키는 고정자와 상기 고정자에서 발생되는 자기장에 의하여 회전하며 냉각수를 가압하는 회전자를 포함한다.
상기 회전자는 중공의 원통형상이고, 자성체이며, 그 외주면에 복수개의 안내 돌기가 길이 방향으로 형성됨으로써 복수개의 홈을 구비하는 회전자 코어; 상기 회전자 코어의 복수개의 홈에 각각 장착되는 복수개의 영구자석; 상기 회전자 코어와 상기 영구자석의 양 끝단에 장착되어 상기 회전자 코어와 영구자석을 1차적으로 고정하는 회전자 커버; 그리고 상기 회전자 코어와 영구자석이 상기 회전자 커버에 장착된 상태로 상기 회전자 코어와 상기 영구자석의 외주면을 감싸 2차적으로 고정하는 회전자 케이스;를 포함할 수 있다.
워터 펌프, 드라이버, 회전자, 고정자, 임펠러

Description

전기식 워터 펌프{ELECTRIC WATER PUMP}
본 발명은 전기식 워터 펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작동 성능이 향상되고 내구성이 증가된 전기식 워터 펌프에 관한 것이다.
일반적으로, 워터 펌프는 엔진의 냉각 및 실내 난방을 위하여 엔진 및 히터에 냉각수를 순환시키기 위한 장치이다. 워터 펌프에서 토출된 냉각수는 엔진, 히터, 또는 라디에이터와 열교환을 하며 순환한 후 워터 펌프로 다시 유입된다. 이러한 워터 펌프는 크게 기계식 워터 펌프(mechanical water pump)와 전기식 워터 펌프(electric water pump)로 나누어진다.
기계식 워터 펌프는 엔진의 크랭크 샤프트에 고정된 풀리에 연결되어 크랭크 샤프트의 회전(즉, 엔진의 회전)에 따라 구동한다. 따라서, 기계식 워터 펌프에서 토출되는 냉각수의 유량은 엔진의 회전 속도에 따라 결정된다. 그런데, 히터 및 라디에이터에서 필요로 하는 냉각수의 유량은 엔진의 회전 속도와 상관없이 정해져 있다. 따라서, 엔진 회전수가 낮은 영역에서는 히터 및 라디에이터가 정상적으로 작동되지 못하였고, 히터 및 라디에이터를 정상적으로 작동시키기 위하여 엔진 회전수를 높여야 하였다. 이로 인하여, 차량의 연비가 떨어지는 문제점이 생겼다.
전자식 워터 펌프는 제어 장치에 의하여 제어되는 모터에 의하여 구동된다. 따라서, 전자식 워터 펌프는 엔진의 회전 속도와는 상관 없이 냉각수의 유량을 결정할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 전자식 워터 펌프에 사용되는 부품들은 전기에 의하여 작동하므로, 전기적으로 작동하는 부품들이 충분한 방수 성능을 갖도록 하는 것이 중요하다. 충분한 방수 성능의 확보는 전자식 워터 펌프의 성능을 향상시키고 내구성을 증가시킨다.
현재에는 차량에 전자식 워터 펌프의 적용이 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라, 전자식 워터 펌프의 성능을 향상시키고 내구성을 증가시키기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 작동 성능과 내구성이 향상된 전자식 워터 펌프를 제공하는 것이다.
또한, 회전자 코어의 형상을 최적화함으로써 영구자석의 누설 자속이 최소화된 전기식 워터 펌프를 제공하는데 본 발명의 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전기식 워터 펌프는 외부에서 인가되는 제어 신호에 의하여 자기장을 발생시키는 고정자와 상기 고정자 에서 발생되는 자기장에 의하여 회전하며 냉각수를 가압하는 회전자를 포함한다.
상기 회전자는 중공의 원통형상이고, 자성체이며, 그 외주면에 복수개의 안내 돌기가 길이 방향으로 형성됨으로써 복수개의 홈을 구비하는 회전자 코어; 상기 회전자 코어의 복수개의 홈에 각각 장착되는 복수개의 영구자석; 상기 회전자 코어와 상기 영구자석의 양 끝단에 장착되어 상기 회전자 코어와 영구자석을 1차적으로 고정하는 회전자 커버; 그리고 상기 회전자 코어와 영구자석이 상기 회전자 커버에 장착된 상태로 상기 회전자 코어와 상기 영구자석의 외주면을 감싸 2차적으로 고정하는 회전자 케이스;를 포함할 수 있다.
상기 복수개의 영구자석은 N극과 S극이 교대로 장착될 수 있다.
상기 회전자 케이스는 저수축재인 칼륨계를 포함하는 복합 원료로 제작될 수있다.
상기 회전자 커버에는 복수개의 발란스 홀이 형성되며, 상기 발란스 홀의 형성 위치를 변경함으로써 회전자의 회전 발란스를 맞출 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전기식 워터 펌프는 외부에서 인가되는 제어 신호에 의하여 자기장을 발생시키는 고정자; 상기 고정자에서 발생되는 자기장에 의하여 회전하는 회전자; 냉각수가 유입되는 입구와 가압된 냉각수가 나가는 출구를 포함하는 펌프 커버; 상기 펌프 커버와의 사이에 볼루트 챔버를 형성하는 전면, 외주부에 형성되어 상기 고정자가 장착되는 고정자 챔버, 그리고 상기 고정자 챔버의 내주부에 형성되어 상기 회전자가 장착되는 회전자 챔버를 포함하는 보디; 중심축을 가지고 있으며, 상기 회전자에 고정되어 상기 회전자와 함께 상기중심축을 중 심으로 회전하며, 상기 회전자 챔버에 장착되어 있는 샤프트; 상기 샤프트의 전단부에 고정되어 상기 샤프트와 함께 회전하며, 상기 입구를 통해 유입된 냉각수를 가압하고, 상기 볼루트 챔버에 장착되는 임펠러; 상기 보디의 후단에 장착되며, 전면에는 케이스면이 형성되고, 후면은 개구되며, 그 내부에 드라이버 챔버가 형성된 드라이버 케이스; 그리고 상기 드라이버 챔버에 장착되며 상기 고정자에 제어 신호를 인가하는 드라이버;를 포함하되, 상기 회전자는 중공의 원통형상이고, 자성체이며, 그 외주면에 복수개의 안내 돌기가 길이 방향으로 형성됨으로써 복수개의 홈을 구비하는 회전자 코어, 상기 회전자 코어의 복수개의 홈에 각각 장착되는 복수개의 영구자석, 상기 회전자 코어와 상기 영구자석의 양 끝단에 장착되어 상기 회전자 코어와 영구자석을 1차적으로 고정하는 회전자 커버, 그리고 상기 회전자 코어와 영구자석이 상기 회전자 커버에 장착된 상태로 상기 회전자 코어와 상기 영구자석의 외주면을 감싸 2차적으로 고정하는 회전자 케이스를 포함할 수 있다.
상기 회전자 케이스는 저수축재인 칼륨계를 포함하는 복합 원료로 제작될 수있다.
상기 회전자 커버에는 복수개의 발란스 홀이 형성되며, 상기 발란스 홀의 형성 위치를 변경함으로써 회전자의 회전 발란스를 맞출 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전자식 워터 펌프에 의하면, 전기적으로 작동하는 고정자와 회전자가 방수 성능을 가지는 수지재의 케이스로 덮여 있으므로 그 성능과 내구성이 증가한다.
또한, 홀 센서와 홀 센서 기판을 고정자 내에 장착하여 회전자의 초기 위치에 따라 제어 신호를 변화시킴으로써 초기 기동성이 높아진다.
더 나아가, 회전자 코어의 형상을 최적화함으로써 영구자석의 누설 자속이 최소화된다. 따라서, 워터 펌프의 크기를 키우지 않고도 충분한 용량을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기식 워터 펌프의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선을 따라 절개한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기식 워터 펌프(1)는 펌프 커버(10), 보디(30), 드라이버 케이스(50), 그리고 드라이버 커버(70)를 포함한다. 펌프 커버(10)의 후단에는 보디(30)가 결합되어 볼루트 챔버(volute chamber)(16)가 형성되고, 보디(30)의 후단에 드라이버 케이스(50)가 결합함으로써 회전자 챔버(38)와 고정자 챔버(42)가 형성되며, 상기 드라이버 케이스(50)의 후단에 드라이버 커버(70)가 결합함으로써 드라이버 챔버(64)가 형성된다.
또한, 상기 볼루트 챔버(16)에는 임펠러가 장착되어 있으며, 상기 회전자 챔 버(38)에는 샤프트(82)에 고정된 회전자(rotor)(200)(도 7 참조)가 장착되어 있고, 상기 고정자 챔버(42)에는 고정자(stator)(101)가 장착되어 있으며, 상기 드라이버 챔버(64)에는 드라이버(80)가 장착되어 있다. 상기 샤프트(82)는 중심축(x)을 가지고 있으며, 상기 회전자(200)는 상기 샤프트(82)와 함께 중심축(x)을 중심으로 회전한다. 상기 고정자(101)는 상기 샤프트(82)의 중심축(x)에 동심으로 배치된다.
펌프 커버(10)는 그 전단부에 입구(12)가 형성되어 냉각수가 상기 입구(12)를 통하여 전기식 워터 펌프(1) 내에 유입되며, 그 측면부에 출구(14)가 형성되어 가압된 냉각수가 상기 출구(14)를 통하여 흘러 나간다. 상기 펌프(10)의 입구(12)의 후단부에는 경사면(18)이 형성되어 있으며 펌프 커버(10)의 후단부(20)는 상기 경사면(18)으로부터 후측으로 연장되어 있다. 상기 펌프 커버(10)의 후단부(20)는 상기 보디(30)의 커버 장착부(44)에 볼트(B) 등의 고정 수단으로 결합된다. 상기 경사면(18)은 상기 샤프트(82)의 중심축(x)에 대하여 기울어져 있으며, 상기 경사면(18)의 연장선들의 교차점(P)은 상기 샤프트(82)의 중심축(x) 상에 위치한다.
상기 펌프 커버(10)의 내부에는 냉각수가 가압되는 볼루트 챔버(16)가 형성되며 상기 볼루트 챔버(16)에는 상기 냉각수를 가압하여 출구(14)를 통해 유출시키는 임펠러(impeller)(22)가 장착되어 있다. 상기 임펠러(22)는 샤프트(82)의 전단부에 고정되어 샤프트(82)와 함께 회전한다. 이를 위하여 상기 임펠러(22)의 중앙에는 볼트 홀(29)이 형성되어 있으며 이 볼트 홀(29)의 내주면에는 나사산이 형성되어 있다. 따라서, 상기 볼트 홀(29)에 삽입된 임펠러 볼트(28)가 상기 샤프트(82)의 전단부에 나사 결합됨으로써 임펠러(22)가 샤프트(82)에 고정된다. 상기 임펠러(22)와 상기 임펠러 볼트(28) 사이에는 워셔(w)가 개재될 수 있다.
상기 임펠러(22)는 그 전단부에 상기 경사면(18)에 대응하는 대향면(26)을 가지고 있다. 따라서, 상기 대향면(26)의 연장선들의 교차점 역시 상기 샤프트(82)의 중심축(x) 상에 위치한다. 워터 펌프(1)에서 회전 요소인 임펠러(22)와 회전자(200)의 중심 및 워터 펌프(1)에서 고정 요소인 고정자(101)의 중심을 중심축(x) 상에 배치함으로써 워터 펌프(1)로 유입된 냉각수가 원활하게 가이드되고, 워터 펌프(1)의 작동 성능이 향상된다.
또한, 임펠러(22)는 복수개의 날개(24)에 의하여 복수개의 공간으로 구획되어 있다. 이러한 복수개의 공간에 유입된 냉각수는 임펠러(22)의 회전에 따라 가압된다.
보디(30)는 상기 후면이 뚫려 있는 중공의 원통 형상으로, 상기 펌프 커버(10)의 후단부에 결합된다. 상기 보디(30)는 상기 펌프 커버(10)와의 사이에 볼루트 챔버(16)를 형성하는 전면(32)과, 상기 보디(30) 내부의 외주부에 형성되어 고정자(101)가 장착되는 고정자 챔버(42)와, 상기 고정자 챔버(42)의 내주부에 형성되어 회전자(200)가 장착되는 회전자 챔버(38)를 포함한다.
상기 보디(30)의 전면(32)에는 외측으로부터 중심을 향하여 커버 장착부(44), 제1고정자 장착면(40), 제1베어링 장착면(48), 그리고 관통홀(34)이 순차적으로 형성되어 있다.
커버 장착부(44)는 상기 펌프 커버(10)의 후단부(20)에 결합한다. 상기 커버 장착부(44)와 상기 후단부(20) 사이에는 O-링(O)과 같은 밀봉수단이 개재되어 볼루 트 챔버(16) 내의 냉각수가 외부로 새어나가는 것을 방지한다.
제1고정자 장착면(40)은 상기 전면(32)으로부터 후방으로 돌출되어 고정자 챔버(42)와 회전자 챔버(38) 사이의 경계를 정의한다. 상기 제1고정자 장착면(40)에는 O-링(O)과 같은 밀봉수단을 개재한 상태로 고정자(101)의 전단이 장착된다.
제1베어링 장착면(48)은 상기 전면(32)으로부터 후방으로 돌출되어 있다. 상기 제1베어링 장착면(48)과 상기 샤프트(82)의 전단부 사이에는 제1베어링(94)이 개재되어 샤프트(82)의 회전을 원활하게 할 뿐만 아니라 샤프트(82)가 기울어지는 것을 방지한다.
상기 전면(32) 중앙부에는 관통홀(34)이 형성되어 있어 샤프트(82)의 전단부가 상기 관통홀(34)을 통하여 상기 볼루트 챔버(16)로 돌출되며, 이 샤프트(82)의 전단부에 임펠러(22)가 고정된다. 본 명세서에서는 임펠러(22)가 상기 샤프트(82)에 임펠러 볼트(28)에 의하여 고정된 것을 예시하였다. 그러나, 상기 임펠러(22)는 샤프트(82)의 외경에 압입될 수도 있다.
한편, 상기 제1고정자 장착면(40)과 상기 제1베어링 장착면(48) 사이의 전면(32)에는 연결구(36)가 형성되어 있다. 따라서, 회전자 챔버(38)는 볼루트 챔버(16)와 유체가 흘러가도록 연결되어 있다. 이러한 연결구(36)를 통하여 냉각수가 출입함으로써 워터 펌프(1)의 작동에 의하여 샤프트(82), 회전자(200), 그리고 고정자(101)에서 발생하는 열을 냉각한다. 따라서, 워터 펌프(1)의 내구성을 증가시킬 수 있다. 또한, 냉각수에 포함된 부유물이 회전자 챔버(38)에 축적되는 것을 방지한다.
상기 보디(30)의 내부 중앙부에는 회전자 챔버(38)가 형성되어 있다. 상기 회전자 챔버(38)에는 샤프트(82)와 회전자(200)가 장착되어 있다.
샤프트(82)의 중간부에는 그 지름이 다른 부분의 지름보다 큰 단차부(83)가형성되어 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 중공의 샤프트(82)를 사용할 수도 있다. 상기 단차부(83)의 외주면에는 중심축(x) 방향으로 스플라인(도시하지 않음)이 형성되어 있을 수 있다.
회전자(200)는 상기 샤프트(82)의 단차부(83)에 고정되어 있으며, 비대칭으로 형성되어 있다. 상기 회전자(200)의 비대칭 형상 및 볼루트 챔버(16)와 회전자 챔버(38) 사이의 압력차에 의하여 상기 샤프트(82)에는 전면(32)쪽으로 추력이 발생한다. 샤프트(82)에 발생된 추력은 샤프트(82)를 전면(32)쪽으로 밀어 샤프트(82)의 단차부(83)와 제1베어링(94) 사이에 간섭 및 충돌이 발생할 수 있으며, 이에 따라 제1베어링(94)이 파손될 수 있다. 이러한 샤프트(82)의 단차부(83)와 제1베어링(94) 사이의 간섭 및 충돌을 방지하기 위하여, 상기 샤프트(82)의 단차부(83)와 상기 제1베어링(94) 사이에는 컵(100)이 장착되어 있다. 이러한 컵(100)은 탄력성이 있는 고무 재질로 되어 있어, 샤프트(82)의 추력이 제1베어링(94)에 전달되는 것을 완화시킨다.
한편, 컵(100)이 제1베어링(94)과 직접 접촉하는 경우, 샤프트(82)의 추력이 제1베어링(94)에 전달되는 것을 완화시킬 수 있으나, 제1베어링(94)과 고무 재질의 컵(100) 사이에서 회전 마찰이 발생하여 워터 펌프(1)의 성능을 악화시킬 수 있다. 따라서, 상기 컵(100)과 제1베어링(94) 사이에는 스러스트 링(thrust ring)(98)이 장착되어 제1베어링(94)과 컵(100) 사이의 회전 마찰을 감소시킨다. 즉, 컵(100)은 샤프트(82)의 추력을 줄이고 스러스트 링(98)은 샤프트(82)의 회전 마찰을 줄여준다. 본 명세서에서는 컵(100)의 외주면에 홈을 형성하고 이 홈에 스러스트 링(98)이 장착된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 컵(100)의 중간부에 홈을 형성하고 이 홈에 스러스트 링(98)을 장착할 수 있다. 더 나아가, 상기 컵(100)과 상기 제1베어링(94) 사이에 스러스트 링(98)이 개재될 수 있는 어떠한 구성도 본 발명의 사상에 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
상기 회전자(200)는 회전자 코어(86), 영구자석(88), 회전자 커버(84), 그리고 회전자 케이스(90)를 포함한다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 자성체인 회전자 코어(86)는 중공의 원통 형상으로 상기 샤프트(82)의 단차부(83)에 압입이나 용접 또는 스플라인 결합될 수 있다. 본 명세서에서는 회전자 코어(86)가 샤프트(82)의 단차부(83)에 스플라인 결합되는 것을 예시하였다. 이를 위하여, 상기 회전자 코어(86)의 외주면에는 중심축(x) 방향으로 결합홈(204)이 형성되어 있어 단차부(83)에 스플라인 결합된다. 상기 회전자 코어(86)는 그 외주면에 복수개의 안내돌기(202)가 중심축(x) 방향으로 형성되어 있으며, 상기 안내돌기(202) 사이에는 복수개의 홈(203)이 중심축(x) 방향으로 형성되어 각 홈(203)에 영구자석(88)이 각각 삽입되어 장착된다. 따라서, 복수개의 안내돌기(202)는 상기 영구자석(88)의 회전을 제한한다. 또한, 상기 복수개의 안내돌기(202)는 상기 영구자석(88)의 양 끝단을 감싸 영구자석(88)의 축방향 움직임을 제한하는 형태가 아니다. 상기 안내돌기(202)가 영구자석(88)의 양 끝단을 감싸게 되면 영구자석(88)에 의하여 생성되는 자속(magnetic flux)이 누설되게 된다. 이러한 자속의 누설은 영구자석(88)의 크기와 개수를 증가시키게 하고 이에 따라 워터 펌프(1)의 크기가 커지게 되었다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는, 안내돌기(202)가 영구자석(88)의 양 끝단을 감싸지 않으므로 누설되는 자속이 줄어들게 된다. 따라서, 워터 펌프(1)의 크기를 증가시키지 않아도 충분한 용량을 확보할 수 있다.
영구자석(88)은 회전자 코어(86)의 외주면에 형성된 홈(203)에 장착된다. 영구자석(88)은 N극과 S극을 포함하며, N극과 S극은 교대로 장착된다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 회전자 커버(84)는 회전자 코어(86)와 영구자석(88)의 양 끝단에 각각 장착된다. 상기 회전자 커버(84)의 내주면에는 영구자석 가이드(201)가 형성되어 회전자 코어(86)에 장착되는 영구자석(88)의 중심축(x) 방향의 움직임을 제한한다. 따라서, 상기 회전자 커버(84)는 상기 회전자 코어(86)와 영구자석(88)을 1차적으로 고정하며, 비중이 높은 동이나 서스(스테인레스 강)으로 제작된다. 또한, 상기 회전자 커버(84)에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수개의 발란스 홀(205)이 형성된다. 일단, 회전자(200)가 제작되면 회전자(200)의 회전 발란스가 맞는지를 확인한다. 만일 회전자(200)의 회전 발란스가 맞지 않는다면, 워터 펌프(1)가 작동할 때 소음이나 진동이 발생하게 되고 이는 워터 펌프(1)의 성능이 저하되는 주요한 원인이 된다. 따라서, 회전자(200)의 회전 발란스를 맞추기 위하여 발란스 홀(205)의 위치를 변화시켜 천공한다.
회전자 케이스(90)는 상기 회전자 코어(86)와 영구자석(88)이 상기 회전자 커버(84)에 장착된 상태로 상기 회전자 코어(86)와 상기 영구자석(88)의 외주면을 감싸 2차적으로 고정한다. 상기 회전자 케이스(90)는 저수축재인 칼륨계를 포함하는 복합 원료(Bulk Mold Compound; BMC)로 제작된다. 이러한 회전자 케이스(90)의 제작 과정에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다.
회전자 코어(86)와 영구자석(88)을 회전자 커버(84)에 장착하고 금형(도시하지 않음)에 상기 회전자 코어(86)와 영구자석(88)이 장착된 회전자 커버(84)를 넣는다. 그 후, 칼륨계를 포함하는 복합 원료를 녹여 고온(150ㅀC), 고압의 상태로 상기 금형에 삽입한 후 냉각시킨다. 이와 같이, 저수축재로 회전자 케이스(90)를 제작하면 회전자 케이스(90)의 정밀한 제작이 가능해진다. 통상적으로, 수지의 수축율은 4/1000~5/1000인데 반하여, 저수축재 수지의 수축율은 5/10000 정도 이다. 고온의 수지를 금형에 삽입하여 회전자 케이스(90)의 형상을 만든 후 냉각하면, 회전자 케이스(90)가 수축하여 원하는 형상이 만들어지지 않는다. 따라서, 저수축율을 가진 칼륨계를 포함하는 복합 원료로 회전자 케이스(90)를 제작하면, 냉각에 의한 회전자 케이스(90)의 수축이 줄어들어 회전자 케이스(90)를 정밀하게 제작할 수 있다. 또한, 칼륨계를 포함하는 복합 원료는 방열 성능이 우수하여, 회전자의 열을 자체적으로 냉각시킬 수 있다. 따라서, 고열로 인한 워터 펌프(1)의 성능 저하를 막는다.
또한, 종래의 회전자 제작 방법에 따르면, 회전자 코어 외주면에 영구자석을접착제를 이용하여 접착하였다. 그러나, 회전자가 회전함에 따라 회전자에 고온, 고압이 발생하게 되고 접착제가 녹거나 영구자석이 이탈되는 문제점이 발생되었다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 회전자 코어(86)에 장착된 영구자석(88)은 회전자 커버(84)와 회전자 케이스(90)에 의하여 이중으로 고정되므로 영구자석(88)이 회전자 코어(86)로부터 이탈되는 문제점을 예방할 수 있다.
상기 보디(30)의 내부에 상기 회전자 챔버(38)의 반경방향 외측에는 고정자 챔버(42)가 형성되어 있다. 상기 고정자 챔버(42)에는 고정자(101)가 장착되어 있다.
고정자(101)는 상기 보디(30)에 직접적 또는 간접적으로 고정되어 있으며, 고정자 코어(102), 인슐레이터(104), 코일(108), 그리고 고정자 케이스(109)를 포함한다.
고정자 코어(102)는 자성체인 복수개의 조각들이 적층되어 형성된다. 즉, 두께가 얇은 복수개의 조각들을 쌓아 원하는 두께의 고정자 코어(102)를 형성한다.
인슐레이터(104)는 상기 고정자 코어(102)를 구성하는 각 조각들을 서로 연결시키는 것으로 수지를 몰딩함으로써 형성된다. 즉, 복수개의 조각들이 적층된 고정자 코어(102)를 금형(도시하지 않음)에 삽입하고 용융된 수지를 상기 금형에 주입함으로써 인슐레이터(104)가 장착된 고정자 코어(102)를 제작한다. 이 때, 고정자 코어(102)와 인슐레이터(104)의 전후단부에는 코일 장착홈(106)이 형성되어 있다.
코일(108)은 상기 고정자 코어(102)의 외주면을 감싸서 자로를 형성한다.
고정자 케이스(109)는 상기 고정자 코어(102), 인슐레이터(104), 그리고 코 일(108)을 감싸서 밀봉시킨다. 이러한 고정자 케이스(109)는 상기 회전자 케이스(90)와 마찬가지로 저수축재인 칼륨계를 포함하는 복합 원료(BMC)로 인서트 몰딩에 의하여 제작된다.
또한, 고정자 케이스(109)의 인서트 몰딩시 홀 센서(112)와 홀 센서 기판(110)을 함께 인서트 몰딩할 수 있다. 즉, 고정자(101), 홀 센서(112), 그리고 홀 센서 기판(110)이 하나의 부품으로 제작된다.
홀 센서(112)는 회전자(200)의 위치를 감지한다. 상기 회전자(200)에는 위치를 검출하기 위한 표시(도시하지 않음)가 형성되어 있는데, 홀 센서(112)는 상기 표시를 읽어 회전자(200)의 위치를 검출한다.
홀 센서 기판(110)은 상기 홀 센서에서 감지된 회전자(200)의 위치에 따라 고정자에 인가되는 제어 신호를 제어한다. 즉, 회전자(200)의 위치에 따라 고정자(101)의 특정 부분에는 자기장의 세기를 세게 하고 다른 부분에는 자기장의 세기를 약하게 한다. 이에 의하여, 워터 펌프(1)의 초기 기동성이 높아진다.
상기 바디(30)의 후단 외면에는 케이스 장착부(46)가 형성되어 있다.
드라이버 케이스(50)는 상기 보디(30)의 후단에 결합되는 것으로, 그 전단부에 케이스면(52)이 형성되어 있다. 상기 드라이버 케이스(50)가 상기 보디(30)의 후단부에 결합함으로써 상기 보디(30) 내에 회전자 챔버(38)와 고정자 챔버(42)가 형성된다. 상기 드라이버 케이스(50)의 전단부 외주측으로 보디 장착부(60)가 형성되어 상기 케이스 장착부(46)에 볼트(B) 등의 고정수단으로 결합된다.
상기 케이스면(52)은 외측부터 중심으로 삽입부(54), 제2고정자 장착면(56), 그리고 제2베어링 장착면(58)이 순차적으로 형성되어 있다.
삽입부(54)는 케이스면(52)의 외주부에 형성되어 있으며, 전방으로 돌출되어 있다. 이러한 삽입부(54)는 상기 보디(30)의 후단부에 삽입되어 밀착된다. 상기 삽입부(54)와 상기 보디(30)의 후단부 사이에는 O-링(O)과 같은 밀봉 수단이 개재되어 고정자 챔버(42)를 밀봉한다.
제2고정자 장착면(56)은 상기 케이스면(52)으로부터 전방으로 돌출되어 고정자 챔버(42)와 회전자 챔버(38) 사이의 경계를 정의한다. 상기 제2고정자 장착면(56)에는 O-링(O)과 같은 밀봉 수단을 개재한 상태로 고정자(101)의 후단이 장착된다. 상기 제1고정자 장착면(40)과 상기 고정자(101)의 전단 사이에 개재된 O-링(O)과 상기 제2고정자 장착면(56)과 상기 고정자(101)의 후단 사이에 개재된 O-링(O)에 의하여 상기 고정자 챔버(42)는 상기 회전자 챔버(38)와 연통되지 않는다. 따라서, 회전자 챔버(38)에 유입된 냉각수는 고정자 챔버(42)로 유입되지는 않는다.
제2베어링 장착면(58)은 상기 케이스면(52)으로부터 전방으로 돌출되어 있다. 상기 제2베어링 장착면(58)과 상기 샤프트(82)의 후단부 사이에는 제2베어링(96)이 개재되어 샤프트(82)의 회전을 원활하게 할 뿐만 아니라 샤프트(82)가 기울어지는 것을 방지한다.
상기 드라이버 케이스(50)의 후단은 뚫려 있다. 이와 같이 개구된 후단에 디스크 형상의 드라이버 커버(70)가 볼트(B) 등의 결합수단으로 결합함으로써 드라이버 케이스(50)와 드라이버 커버(70) 사이에 드라이버 챔버(64)가 형성된다. 이를 위하여, 드라이버 커버(70)의 외주면에는 전방으로 돌출된 돌출부(72)가 형성되며, 이 돌출부(72)가 상기 드라이버 케이스(50)의 후단 외주면(62)에 삽입되어 밀착된다. 상기 돌출부(72)와 상기 외주면(62) 사이에는 O-링(O)과 같은 밀봉 수단이 개재되어 먼지 등이 드라이버 챔버(64)에 들어가는 것을 방지한다.
드라이버 챔버(64)에는 워터 펌프(1)의 작동을 제어하는 드라이버(80)가 장착되어 있다. 상기 드라이버(80)는 마이크로프로세서와 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)을 포함하며, 외부의 제어기(도시하지 않음)에 커넥터(74)를 통하여 전기적으로 연결됨으로써 제어기의 제어 신호를 인가받는다. 또한, 상기 드라이버(80)는 상기 홀 센서 기판(110)에 전기적으로 연결되어 제어기로부터 인가된 제어 신호를 상기 홀 센서 기판(110)에 인가한다.
한편, 상기 드라이버 챔버(64)는 상기 케이스면(52)에 의하여 상기 회전자 챔버(38)로부터 막혀있다. 따라서, 회전자 챔버(38)의 냉각수는 드라이버 챔버(64)로 유입되지 않는다.
이하, 도 3을 참조로, 본 발명의 실시예에 따른 전기식 워터 펌프(1)에서 고정자(101)를 더욱 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기식 워터 펌프에서 고정자의 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고정자 케이스(109)의 후단 외주부에는 복수개의 고정홈(105)이 형성되어 있다. 이러한 고정홈(105)에는 상기 삽입부(54)가 삽입되어 회전자(200)의 회전에 따른 고정자(101)의 회전 및 축방향 움직임을 제한한다. 이러한 고정홈(105)은 별도의 공정이나 장치가 필요 없이 고정자 케이스(109)의 인서트 몰딩 시 형성될 수 있으므로, 제작 공정이 증가하지 않는다. 또한, 고정자(101)를 접착제로 보디(30)에 접착하거나 고정자(101)를 보디에 압입하는 방식으로 고정자(101)를 고정하는 것이 아니므로, 고정자(101)의 분리가 용이하다. 따라서, 고정자(101)가 고장나더라도 용이하게 교체할 수 있다.
또한, 도 2에서 알 수 있듯이, 고정자 케이스(109)의 내주면은 상기 회전자 챔버(38)의 일부를 구성한다. 앞에서 언급한 바와 같이, 회전자 챔버(38)에는 냉각수가 유입되고 이 냉각수는 샤프트(82)와 회전자(200)의 회전에 의하여 회전자 챔버(38) 내에서 유동하게 된다. 따라서, 상기 고정자 케이스(109)의 내주면에 그 길이방향으로 고정자 홈(122)을 형성하면, 회전자 챔버(38) 내의 냉각수가 상기 고정자 홈(122)을 따라 흐르며 고정자 케이스(109)의 내주면에 부착된 부유물을 제거하게 된다. 이러한 고정자 홈(122)의 형상은 회전자 챔버(38)에서의 냉각수의 흐름을 고려하여 당업자가 용이하게 설정할 수 있다.
더 나아가, 회전자(200)의 회전에 의한 진동과 소음 및 차량 운전 중에 발생되는 진동을 감쇄하기 위하여 상기 고정자 케이스(109)에는 복수개의 댐핑 홀(120)이 형성되어 있다. 고정자 챔버(42) 내의 기체들이 이러한 댐핑 홀(120)을 통하여 이동함으로써, 회전자(200)의 회전에 의한 진동과 소음 및 차량 운전 중에 발생되는 진동이 흡수된다. 이러한 댐핑 홀(120)의 위치와 형상은 고정자(101)의 진동주파수 및 압력주파수에 따라 당업자가 용이하게 설정할 수 있다. 또한, 상기 댐핑 홀(120)에 발포 수지재 또는 흡음재를 충진하여 진동 및 소음을 더욱 감쇄할 수 있 다.
한편, 상기 고정자 홈(122)과 댐핑 홀(120)은 회전자(200)에도 형성할 수 있다. 즉, 회전자 케이스(90)의 외주면에 홈(도시하지 않음)을 형성하여 회전자 챔버(38) 내의 냉각수가 상기 홈을 따라 흐르며 회전자 케이스(90)의 외주면에 부착된 부유물을 제거하게 할 수 있다. 또한, 회전자 케이스(90)에 홀(도시하지 않음)을 형성하여 회전자(200)의 회전에 의한 진동과 소음 및 차량 운전 중에 발생되는 진동을 흡수하게 할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기식 워터 펌프에서 회전자를 제작하는 과정을 도시한 개략도이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 그 외주면에 복수개의 홈(203)이 형성된 회전자 코어(86)이 마련되면, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 복수개의 홈(203)에 각각 영구자석(88)을 삽입한다. 이 때, 영구자석(88)은 N극과 S극이 교대로 배치되도록 장착된다.
그 후, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 회전자 코어(86)와 상기 영구자석(88)의 양 끝단에 회전자 커버(84)를 장착한다. 이에 의하여 회전자 코어(86)에 영구자석(88)이 1차적으로 고정된다.
그 후, 도 7d에 도시된 바와 같이, 회전자 코어(86)와 영구자석(88)의 외주면에 회전자 케이스(90)를 몰딩한다.
상기와 같이 제작된 회전자(200)의 회전 발란스가 맞는지를 확인하고, 회전 발란스가 맞지 않는다면 회전 발란스를 맞추기 위한 발란스 홀(205)의 위치를 결정 한다. 그리고, 발란스 홀(205)을 회전자 커버(84)에 천공한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기식 워터 펌프의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기식 워터 펌프에서 고정자의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기식 워터 펌프에서 회전자 커버를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기식 워터 펌프에서 회전자 코어의 형상을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기식 워터 펌프에서 회전자 코어와 영구자석의 양 끝단에 회전자 커버를 장착하는 것을 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기식 워터 펌프에서 회전자를 제작하는 과정을 도시한 개략도이다.

Claims (7)

  1. 외부에서 인가되는 제어 신호에 의하여 자기장을 발생시키는 고정자와 상기 고정자에서 발생되는 자기장에 의하여 회전하며 냉각수를 가압하는 회전자를 포함하는 전기식 워터 펌프에 있어서,
    상기 회전자는,
    중공의 원통형상이고, 자성체이며, 그 외주면에 복수개의 안내 돌기가 길이 방향으로 형성됨으로써 복수개의 홈을 구비하는 회전자 코어;
    상기 회전자 코어의 복수개의 홈에 각각 장착되는 복수개의 영구자석;
    상기 회전자 코어와 상기 영구자석의 양 끝단에 장착되어 상기 회전자 코어와 영구자석을 1차적으로 고정하는 회전자 커버; 그리고
    상기 회전자 코어와 영구자석이 상기 회전자 커버에 장착된 상태로 상기 회전자 코어와 상기 영구자석의 외주면을 감싸 2차적으로 고정하는 회전자 케이스;
    를 포함하며,
    상기 회전자 커버에는 복수개의 발란스 홀이 형성되며, 상기 발란스 홀의 형성 위치를 변경함으로써 회전자의 회전 발란스를 맞추는 것을 특징으로 하는 전기식 워터 펌프.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 영구자석은 N극과 S극이 교대로 장착되는 것을 특징으로 하는 전기식 워터 펌프.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회전자 케이스는 저수축재인 칼륨계를 포함하는 복합 원료로 제작되는 것을 특징으로 하는 전기식 워터 펌프.
  4. 삭제
  5. 외부에서 인가되는 제어 신호에 의하여 자기장을 발생시키는 고정자;
    상기 고정자에서 발생되는 자기장에 의하여 회전하는 회전자;
    냉각수가 유입되는 입구와 가압된 냉각수가 나가는 출구를 포함하는 펌프 커버;
    상기 펌프 커버와의 사이에 볼루트 챔버를 형성하는 전면, 외주부에 형성되어 상기 고정자가 장착되는 고정자 챔버, 그리고 상기 고정자 챔버의 내주부에 형성되어 상기 회전자가 장착되는 회전자 챔버를 포함하는 보디;
    중심축을 가지고 있으며, 상기 회전자에 고정되어 상기 회전자와 함께 상기중심축을 중심으로 회전하며, 상기 회전자 챔버에 장착되어 있는 샤프트;
    상기 샤프트의 전단부에 고정되어 상기 샤프트와 함께 회전하며, 상기 입구를 통해 유입된 냉각수를 가압하고, 상기 볼루트 챔버에 장착되는 임펠러;
    상기 보디의 후단에 장착되며, 전면에는 케이스면이 형성되고, 후면은 개구되며, 그 내부에 드라이버 챔버가 형성된 드라이버 케이스; 그리고
    상기 드라이버 챔버에 장착되며 상기 고정자에 제어 신호를 인가하는 드라이버;
    를 포함하되,
    상기 회전자는
    중공의 원통형상이고, 자성체이며, 그 외주면에 복수개의 안내 돌기가 길이 방향으로 형성됨으로써 복수개의 홈을 구비하는 회전자 코어,
    상기 회전자 코어의 복수개의 홈에 각각 장착되는 복수개의 영구자석,
    상기 회전자 코어와 상기 영구자석의 양 끝단에 장착되어 상기 회전자 코어와 영구자석을 1차적으로 고정하는 회전자 커버, 그리고
    상기 회전자 코어와 영구자석이 상기 회전자 커버에 장착된 상태로 상기 회전자 코어와 상기 영구자석의 외주면을 감싸 2차적으로 고정하는 회전자 케이스
    를 포함하고,
    상기 회전자 커버에는 복수개의 발란스 홀이 형성되며, 상기 발란스 홀의 형성 위치를 변경함으로써 회전자의 회전 발란스를 맞추는 것을 특징으로 하는 전기식 워터 펌프.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 회전자 케이스는 저수축재인 칼륨계를 포함하는 복합 원료로 제작되는 것을 특징으로 하는 전기식 워터 펌프.
  7. 삭제
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