KR101242680B1 - 방수구조를 갖는 스테이터, 이를 이용한 워터펌프 모터 및 워터펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터의 마그네트와 스테이터의 코어 사이의 에어갭을 최소화하고 필 팩터(fill factor)를 높여주도록 스테이터 코어를 아우터 권선방식이 가능한 구조를 채택함으로써 모터의 효율을 극대화할 수 있으며, 스테이터와 로터 사이의 에어갭을 최소화할 수 있어 고가의 Nd 마그네트 대신 저가의 페라이트 마그네트 사용이 가능하며 "+"밸런스 구조도 적용가능하므로 제조비용을 크게 절감할 수 있는 스테이터, 워터펌프 모터 및 이를 이용한 워터펌프에 관한 것이다.
상기 본 발명은 구동샤프트에 결합되고 다수의 마그네트가 방사상으로 배열되는 로터와, 상기 로터가 내측에 배치되는 스테이터를 구비한 워터펌프 모터에 있어서, 상기 스테이터는 아우터 권선이 가능하도록 내주부가 환형상으로 상호 연결되고 다수의 돌출부가 방사상으로 연장 형성되는 스테이터 코어; 상기 스테이터 코어가 인서트 몰딩되는 절연성 보빈; 상기 보빈의 외주에 권선된 코일; 및 상기 스테이터 코어의 외측단을 접촉된 상태로 감싸는 백요크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

방수구조를 갖는 스테이터, 이를 이용한 워터펌프 모터 및 워터펌프{Stator Having Waterproof Structure, Water Pump Motor and Water Pump Using the Same}

본 발명은 엔진의 냉각수 공급을 위해 설치되는 워터펌프 모터 및 이를 이용한 워터펌프에 관한 것으로, 특히 모터의 효율을 극대화하고 제조비용을 줄일 수 있는 스테이터, 이를 이용한 워터펌프 모터 및 워터펌프에 관한 것이다.

일반적으로 워터펌프 모터는 세탁기의 배수조에 설치된 워터펌프를 구동하거나 엔진의 냉각수 순환공급을 위해 사용하는 워터펌프의 구동원으로, 이러한 워터펌프 모터를 장착한 워터 펌프는 내부에 항상 물과 직접 맞닿아 있는 환경에서 작동한다.

따라서, 워터펌프 내부의 물이 외부로 배수될 때 또는 냉각수 누수로 인한 베어링 고장, 벨트 수명단축 등을 막기 위하여 물로부터 모터를 보호하기 위한 실링을 목적으로 메카니컬 실(mechanical seal)이라고 하는 부품을 사용한다.

메카니컬 실을 사용하는 종래의 워터펌프는 별도의 메카니컬 실을 구비하여야 하는 후가공 공정이 추가되어야 하므로 이에 따른 가공비와 재료비 등이 상승하여 모터의 원가상승 요인이 되었으며, 모터 외부에서 유입되는 물이나 이물질이 모터 내부로 유입될 수 있어 모터의 파손을 초래하였다.

워터펌프의 모터 보호를 위해 캔커버(canned cover)를 구비하는 워터펌프 모터에 사용되는 베어링 구조가 미국 등록특허 4,277,115호에 개시되었다.

개시된 캔커버를 구비하는 워터펌프 모터에 사용되는 베어링구조는 캘로트 베어링(calotte bearings)과 베어링 지지부재 사이에 배치된 탄성체 또는 펠트(felt)의 링(ring)과 상기 링 근처의 지지부재와 상기 캘로트 베어링에 형성된 요홈을 포함하여 구성한다. 탄성체 또는 펠트의 링을 캘로트 베어링과 지지부재 사이에 배치하고, 캘로트 베어링과 지지부재는 상기 링의 근처에 형성된 요홈을 제공한다.

캘로트 베어링 마운트는 연료 전지 유닛에서 특히 전해질 액체의 전달을 위한 캔드 모터를 가진 유용한 펌프이다.

전술한 캔커버를 구비하는 워터펌프에서 모터 내부로 유입되는 물은 어느 정도 막을 수 있으나, 캔커버를 별도 제작하여 모터를 조립해야하므로 단가의 상승 및 생산성 저하를 초래하였으며, 외부로부터 유입되는 물에 대한 방수구조를 제시하지 못하는 문제로 인해 별도의 방수를 위한 대책이 요구되었다.

한편, 종래에는 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 다수의 분할코어를 BMC 인서트 몰딩하고, 그 내측에 금속재 캔을 삽입하여 형성한 워터펌프 모터가 제시된 바 있다.

하지만, 이러한 종래의 워터펌프 모터는 인너 로터 구조로서, 스테이터 코어에 구비된 티스와 티스 사이의 좁은 슬롯은 물론 이너(inner) 권선방식으로 코일을 권선해야 하므로 코일 권선이 용이하지 못하였고, 각 분할코어에 권선된 코일 간 결선을 위한 별도의 결선구조를 구비함에 따라 모터의 구조가 매우 복잡한 것은 물론 작업성이 현저히 저하되는 문제가 있었다.

또한, 상기와 같이 스테이터가 인너 권선방식으로 이루어짐에 따라 코일이 권선되는 공간이 좁아 필 팩터(fill factor)를 높일 수 없으므로 모터의 효율을 향상할 수 없는 단점이 있었다.

더욱이, 구조적으로 로터와 스테이터 간의 에어갭이 크기 때문에 저가의 페라이트 마그네트에 비해 자력이 더 강한 고가의 Nd 마그네트를 사용해야 하므로 제작비용이 증가하는 문제가 있었다. 또한, 워터 펌프의 크기(특히, 직경)를 증가시키지 않는 이상 원하는 펌프 출력을 얻기 위해서는 저 자력의 페라이트 마그네트는 사용할 수 없고 고 자력의 Nd 마그네트를 사용하지 않으면 안 되었다.

그러나, 이러한 Nd 마그네트는 내부식성을 갖는 저가의 페라이트 마그네트와 달리 내부식성이 없기 때문에 Nd 마그네트가 물과 접촉되지 않도록 Nd 마그네트를 감싸는 방수구조를 가져야 하며, 이로 인해 스테이터 코어와 마그네트 간의 에어갭이 더 커지게 되므로 모터효율이 더욱 저하되는 문제가 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 스테이터 코어를 아우터 권선방식이 가능한 구조를 채택함으로써 필 팩터(fill factor)를 높여 모터의 효율을 극대화함과 동시에 권선효율 향상을 도모할 수 있는 스테이터, 이를 이용한 워터펌프 모터 및 워터펌프를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 스테이터 코어를 아우터 권선방식이 가능하도록 내측을 슬롯레스 타입으로 형성하여 코깅 토크에 의한 소음 및 진동을 억제하고 각각의 티스를 환형 요크와 조립하여 구성되는 스테이터 및 이를 이용한 워터펌프 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 각각의 티스를 절연시키기 위한 보빈의 형성시에 스테이터 방수용 커버를 동시에 일체형으로 형성함에 의해 스테이터 코어와 로터 마그네트 사이의 에어갭을 최소화할 수 있어 고가의 Nd 마그네트 대신 저가의 페라이트 마그네트 사용이 가능한 워터펌프 모터 및 이를 이용한 워터펌프를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 "-"밸런스를 위한 황동부싱을 사용할 수 있는 것은 물론 황동부싱보다 저렴한 "+"밸런스 구조를 적용할 수 있어 제조비용을 크게 절감할 수 있는 워터펌프 모터를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 스테이터와, 상기 스테이터의 내측에 배치되는 인너타입 로터를 구비한 워터펌프 모터에 있어서, 상기 스테이터는 아우터 권선이 가능하도록 내주부가 환형으로 상호 연결되고 다수의 돌출부가 방사상으로 연장 형성되는 스테이터 코어; 상기 스테이터 코어의 돌출부를 둘러싸는 절연성 보빈; 상기 보빈의 외주에 권선된 코일; 및 내주부가 상기 스테이터 코어의 돌출부와 접촉된 상태로 압착 결합되는 환형 백요크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터를 제공한다.

상기 스테이터 코어는 외측방향으로 돌출된 다수의 돌출부를 구비하며, 상기 스테이터 코어의 내측에는 상기 각 돌출부에 연장 형성되어 상기 마그네트와 대향하는 다수의 대향부가 서로 연속적으로 연결됨에 따라 단일 스테이터 코어를 형성할 수 있다.

또한, 상기 스테이터 코어는 다수의 박판 스트립을 내측이 서로 연속적으로 연결되고, 외측으로 다수의 돌출부가 돌출되도록 길이방향을 따라 타발 성형한 후, 적층되어 환형으로 성형되고, 상기 스테이터 코어의 양단은 자기회로를 형성하도록 연결되는 것이 바람직하다.

더욱이, 상기 스테이터 코어는 다수의 돌출부의 내측면이 내측으로 만곡되어, 상기 스테이터 코어의 양단이 연결되어 환형으로 성형될 때 원형 내주부를 이루는 것이 바람직하다.

상기 보빈은 상기 돌출부의 끝단이 상기 백요크와 접촉하도록 상기 돌출부의 끝단을 제한적으로 노출하도록 상기 스테이터 코어를 감싸는 것이 바람직하다. 이와 같은 상기 백요크는 링형상으로 이루어지며, 내주에는 상기 돌출부의 끝단이 압입되는 다수의 결합홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 보빈은 상기 스테이터 코어의 돌출부를 감싸며 코일이 권선되는 다수의 코일권선부; 각 코일권선부의 끝단부에 돌출 형성되어 내측면이 코일권선부의 영역을 한정함과 동시에 외측면이 백요크의 내주면과 압착 결합이 이루어지는 외부플랜지; 및 상기 스테이터 코어의 내주부를 전체적으로 감싸는 환형으로 성형되어 내측면이 실링용 커버 역할을 하고 외측면이 코일권선부의 영역을 한정하는 링형 내부플랜지를 포함하는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 링형 내부플랜지는 로터가 삽입되는 중공부를 구비한 컵 형상으로 이루어짐과 동시에 하단면 중앙에는 로터의 중앙부에 결합된 구동샤프트를 지지하기 위한 베어링이 내장된 베어링 안착홈을 구비할 수 있다.

상기 로터는 구동샤프트 외주에 결합되어 백요크 역할을 하는 로터코어; 상기 로터코어 외주에 방사상으로 N극 및 S극이 교대로 배열된 다수의 마그네트; 및 상기 로터코어 및 상기 다수의 마그네트 상하단에 결합되어 상기 로터의 밸런스 조절과 상기 다수의 마그네트를 상기 로터코어에 고정하기 위한 한 쌍의 밸런스 조절부재;를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 마그네트는 페라이트 마그네트로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 밸런스 조절부재는 "-"밸런스 조절을 위해 절삭이 용이하고 내부식성을 가지는 황동으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밸런스 조절부재는 상기 로터코어 및 상기 다수의 마그네트와 인서트 몰딩되는 것도 가능하며, 이 경우 상기 밸런스 조절부재는 "+"밸런스 조절을 위해 분리 가능하게 결합되는 적어도 하나의 웨이트편을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은, 하측이 개방되고 내부에 수용공간을 구비하는 펌프바디; 상기 펌프바디의 내주부에 스테이터가 결합되며 스테이터에 의해 회전 구동되도록 다수의 마그네트를 구비하고 중앙부에 구동샤프트가 결합된 로터를 구비하는 워터펌프 모터; 상기 펌프바디를 관통하여 상측으로 연장된 구동샤프트의 선단부에 연결되는 임펠러; 및 상기 임펠러에 의해 순환하는 냉각수의 유입 및 배출을 가이드 하도록 상기 펌프바디의 상부에 결합된 상부케이스;를 포함하며, 상기 워터펌프 모터의 스테이터는 아우터 권선이 가능하도록 내주부가 환형상으로 상호 연결되고 다수의 돌출부가 방사상으로 연장 형성되는 스테이터 코어; 상기 스테이터 코어의 돌출부를 둘러싸는 절연성 보빈; 상기 보빈의 외주에 권선된 코일; 및 내주부가 상기 스테이터 코어의 돌출부와 접촉된 상태로 압착 결합되는 환형 백요크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프를 제공한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 스테이터 코어를 아우터 권선방식이 가능한 구조를 채택함으로써 필 팩터(fill factor)를 높여 모터의 효율을 극대화함과 동시에 권선효율 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 스테이터 코어를 아우터 권선방식이 가능하도록 내측을 슬롯레스 타입으로 형성하여 코깅 토크에 의한 소음 및 진동을 억제하고 각각의 티스를 환형 요크와 압입 조립하여 구성됨에 따라 스테이터 전체를 실링 및 일체화하기 위한 BMC 몰딩 공정을 제거할 수 있어, 공정 단순화와 비용 절감을 도모할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 각각의 티스를 절연시키기 위한 보빈의 형성시에 스테이터 방수용 커버를 동시에 일체형으로 형성함에 의해 스테이터 코어와 로터 마그네트 사이의 에어갭을 최소화할 수 있어 고가의 Nd 마그네트 대신 저가의 페라이트 마그네트 사용이 가능하며, 스테이터 코어의 코어 로스를 최소화함에 따라 제조비용을 크게 절감할 수 있다.

본 발명은 "-"밸런스를 위한 황동부싱을 사용할 수 있는 것은 물론 황동부싱보다 저렴한 "+"밸런스 구조를 적용할 수 있어 제조비용을 크게 절감할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 스테이터가 단일 방수구조로 이루어지고, 로터의 마그네트를 실링하기 위한 별도의 사출물을 필요로 하지 않아 구조가 심플함에 따라 제조가 용이하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프를 나타내는 종단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프 모터를 나타내는 종단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프 모터를 나타내는 평단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프 모터의 스테이터 코어를 위한 규소강판에 다수의 스테이터 코어를 동시에 타발하는 과정을 나타내는 도면,
도 5는 규소강판으로부터 타발된 스테이터 코어를 나타내는 전개도,
도 6은 환형상으로 변형한 스테이터 코어를 나타내는 평면도,
도 7은 환형상으로 배열된 다수의 스테이터 코어를 적층한 후 보빈에 인서트 사출한 상태를 나타내는 평면도,
도 8은 스테이터 코어의 외부자속경로를 형성하기 위한 백요크를 나타내는 평면도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프 모터에 적용되는 로터의 다른 실시예를 나타내는 종단면도,
도 10은 도 9에 도시된 마그네트 고정기능을 겸하는 밸런스 조절부재의 지지체를 나타내는 평면도,
도 11 및 도 12는 도 10에 도시된 지지체에 삽탈되는 밸런스 조절부재에 삽입하기 위한 웨이트의 다양한 예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프 및 워터펌프 모터의 구성을 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프(1)는 펌프바디(3), 상부케이스(5), 임펠러(6), 구동드라이버 케이스(7), 하부케이스(9) 및 워터펌프 모터(10)를 포함한다.

상기 펌프바디(3)는 상부가 폐쇄되고 하부가 개방되며, 내측에 워터펌프 모터(10)가 장착되는 공간부를 구비한다. 이 경우 펌프바디(3)는 폐쇄된 상부에 워터펌프 모터(10)의 구동샤프트(30)가 관통되는 관통구멍(1a)이 형성된다.

상기 상부케이스(5)는 펌프바디(3) 상측에 결합되어 냉각수 순환유로를 형성하며 냉각수(예를 들면, 엔진 블록을 수냉시키기 위한 냉각수)를 순환시키기 위한 유입포트(5a) 및 배출포트(5b)가 대략 직각방향으로 배치된다. 또한 상부케이스(5)는 씨일링(S1)을 통해 펌프바디(3)와 기밀을 유지한다. 이에 따라 유입포트(5a)를 통해 상부케이스(5) 내부로 유입된 냉각수가 상부케이스(5)와 펌프바디(3) 사이로 냉각수가 누수되는 것을 근본적으로 차단할 수 있다.

상기 임펠러(6)는 상부케이스(5)의 유입포트(5a) 및 배출포트(5b)가 만나는 지점에 위치한다. 상기 임펠러(6)는 상부케이스(5) 내부로 인입된 구동샤프트(30)에 고정되어, 구동샤프트(30)에 의해 소정 속도로 회전한다. 이 경우 임펠러(6)는 볼트 타입의 스톱퍼(6a)에 의해 구동샤프트(30)의 선단에 체결된다.

상기 구동드라이버 케이스(7)는 내측에 펌프구동 모터(10)를 구동하기 위한 통상의 모터 구동용 드라이버(D)를 구비하며, 이 경우 모터 구동용 드라이버(D)는 펌프구동 모터(10)와 전기적으로 접속된 상태로 구동드라이버 케이스(7)에 내장된다. 상기 구동드라이버 케이스(7)는 펌프바디(3)의 개방된 하측을 폐쇄하도록 소정의 고정볼트(7a)에 의해 분리 가능하게 결합된다. 또한 상기 구동드라이버 케이스(7)와 펌프바디(3) 사이에도 씨일링(S2)이 배치된다.

하부케이스(9)는 구동드라이버 케이스(7)의 개방된 하측에 결합되며, 이 경우, 씨일링(S3)에 의해 구동드라이버 케이스(7) 내부는 기밀 상태로 유지된다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 8을 참고하여 워터펌프 모터(10)의 구성을 상세히 설명한다.

먼저, 도 2 및 도 3을 참고하면, 워터펌프 모터(10)는 구동샤프트(30), 로터(50) 및 스테이터(70)를 포함한다.

상기 구동샤프트(30)는 로터(50)의 중심을 관통한 상태로 로터(50)와 고정 결합되며, 로터(50)와 스테이터(70) 사이에 발생하는 자기력에 의해 회전하는 로터(50)에 회전력을 임펠러(6)로 전달한다. 이와 같은 구동샤프트(30)는 상단부가 펌프바디(3)의 폐쇄된 상부를 관통하는 관통구멍(1a)을 통과하여 냉각수 순환유로로 돌출되어 상단부에 임펠러 고정용 스톱퍼(6a)가 체결되는 체결홈(31)이 형성된다.

구동샤프트(30)의 상측은 펌프바디(3)의 관통구멍(1a)의 하측에 구비되는 베어링 하우징(37a)에 설치되는 상측 베어링(37)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 구동샤프트(30)의 하단은 보빈(73)의 베어링 안착홈(73d)에 배치되는 하측 베어링(33)과 부싱(35)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

상기 로터(50)는 로터코어(51), 다수의 마그네트(53), 한 쌍의 밸런스 조절부재(55,57)를 포함한다.

상기 로터코어(51)는 대략 원통형상으로 이루어지며 중앙부에 구동샤프트(30)가 고정 결합된다. 이 경우 로터코어(51)는 다수의 마그네트(53)의 백요크 역할을 한다.

상기 다수의 마그네트(53)는 N극 또는 S극이 착자된 영구자석으로, 본 실시예에서는 각각 3개의 N극 및 S극 마그네트로 이루어진다. 이와 같은 다수의 마그네트(53)는, 도 3과 같이, 로터코어(51) 외주에 N극 및 S극이 교대로 배치된다. 이 경우 다수의 마그네트(53)는 접착제를 통해 로터코어(51)에 가부착된 후, 한 쌍의 밸런스 조절부재(55,57)에 의해 양단부가 로터코어(51)에 완전 고정된다.

또한, 다수의 마그네트(53)는 별도의 방수처리를 위한 BMC 몰딩이 이루어지지 않으므로 내부식성을 가지는 페라이트 마그네트를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 페라이트 마그네트는 고온에서 부식되고 감자(減磁)되는 Nd 마그네트와 달리 내부식성을 구비함에 따라 부식 및 감자문제를 해결할 수 있고, 더욱이 고가의 Nd 마그네트 보다 저가이므로 로터의 제조비용을 절감할 수 있다.

상기 한 쌍의 밸런스 조절부재(55,57)는 로터(50)의 "-"밸런스 조절을 위한 것으로 예를 들면, 절삭이 용이한 황동으로 형성된다. 상기 한 쌍의 밸런스 조절부재(55,57)는 로터코어(51)와 다수의 마그네트(53)의 상하측에 각각 결합된다. 이 경우 한 쌍의 밸런스 조절부재(55,57)는 끝단에 형성된 걸림턱(55a,57a)이 각각 다수의 마그네트(53)의 상하단 걸림홈(53a)과 결합됨에 따라 다수의 마그네트(53)가 로터코어(51)로부터 분리되지 않도록 로터코어(51) 외주를 고정한다.

상기 스테이터(70)는 스테이터 코어(71), 보빈(73), 코일(75) 및 백요크(77)를 포함한다.

상기 스테이터 코어(71)는 아우터 권선구조이며 다수의 박판을 적층하여 단일 코어로 제작한다. 이와 같은 스테이터 코어(71)는, 도 4와 같이, 박판 스트립으로 이루어진 규소강판(S)에 길이방향으로 배열된 다수의 스테이터 코어(71)를 타발한다. 이때, 각 스테이터 코어(71)는 한 쌍씩 각각의 돌출부(71a)가 서로 한 상씩 서로 대응하여 끼워지는 형상으로 타발됨에 따라 환형상으로 스테이터 코어를 타발하는 경우에 비해 규소강판의 코어 로스를 최소화할 수 있다. 이에 따라 고가의 규소강판을 이용하지만 코어 로스를 최소화함으로써 스테이터(70)의 제조비용을 절감할 수 있다.

상기 스테이터 코어(71)는 도 5와 같이 길이방향으로 타발된 상태에서, 도 6과 같이 양단을 서로 연결하되 스테이터 코어(71)가 대략 환형상을 유지하도록 절곡 가공된다. 상기한 스테이터 코어(71)의 양단부 연결은 자기회로를 형성할 수 있는 구조이면 모두 채용 가능하며, 예를 들어, 코킹(caulking), 압입 또는 본딩 등에 의해 이루어질 수 있다.

길이방향에서 환형상으로 변형된 스테이터 코어(71)는 아우터 권선이 가능하도록 외측을 향해 방사상 배열되는 다수의 돌출부(71a)를 구비한다. 본 실시예는 다수의 돌출부(71a)가 9개 형성되며 이는 U,V,W 3상 결선구조인 경우에 해당한다.

또한, 상기 환형의 스테이터 코어(71) 내측에는 다수의 마그네트(53)에 대향하는 다수의 대향부(71c)가 형성되며 다수의 대향부(71c)는 다수의 연결부(71d)에 의해 서로 연속적으로 연결된다. 이 경우, 다수의 대향부(71c)는 환형의 내주면을 형성하여 로터와의 에어갭을 최소화하도록 각각 소정의 곡률을 갖는 곡면을 이루는 것이 바람직하다.

그 결과, 본 발명에서는 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 환형의 스테이터 코어(71)는 다수의 돌출부(71a)에 대한 내측면을 형성하는 다수의 대향부(71c)가 다수의 연결부(71d)에 의해 상호 연결되어 있는 슬롯레스(slotless) 구조를 형성하므로, 코어 타입의 스테이터를 채용한 모터에서 공통적으로 발생되는 코깅 토크(cogging torque)에 따른 소음 및 진동을 억제할 수 있게 된다.

이와 같은 환형상의 스테이터 코어(71)는 다수 개를 적층 형성한 후, 도 7과 같이, 인서트 몰딩을 통해 절연성을 갖는 열경화성 수지의 보빈(73)과 일체로 형성된다.

상기 보빈(73)은 내측이 중앙부가 개방되어 로터(50)가 삽입되는 중공부를 구비한 컵 형상으로 이루어져 있다. 이러한 보빈(73)은 종래의 캔형 커버 타입과 달리 별도의 캔 커버를 구비하지 않고 보빈(73)과 일체로 형성된 단일 구조의 실링 커버 타입을 구현할 수 있다.

또한, 보빈(73)은 스테이터 코어(71)에서 각 돌출부(71a)의 끝단(71b)이 백요크(77)와 접촉할 수 있도록 노출되고, 이를 제외한 돌출부(71a) 및 대향부(71c)를 전체적으로 감싼다. 더욱이, 보빈(73)은 인서트 몰딩을 통해 대향부(71c) 외측을 감싸는 살 두께(예를 들면, 0.6㎜ 이하)를 최대한 얇게 형성할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에서는 대향부(71c)와 마그네트(53) 간의 간격(D, 도 3 참고)을 1.2mm 정도로 최소화할 수 있어 Nd 마그네트 대신에 저 자력의 페라이트 마그네트를 로터의 마그네트로 사용할 수 있게 되었다. 또한, 페라이트 마그네트는 내부식성을 가지므로 별도의 실링용 수지 몰딩 구조가 불 필요하여, 결국 본 발명은 로터(50)와 스테이터(70) 사이의 에어갭을 Nd 마그네트를 사용하는 종래와 비교할 때 1/2 이하로 크게 줄임으로써 재료비를 절감하면서도 모터의 효율을 극대화할 수 있다.

상기 보빈(73)은 도 7과 같이, 스테이터 코어(71)의 돌출부(71a)를 감싸며 코일이 권선되는 다수의 코일권선부(73a)와, 각 코일권선부(73a)의 끝단부에 돌출 형성되어 내측면이 코일권선부(73a)의 영역을 한정함과 동시에 외측면이 백요크(77)의 내주면과 압착 결합이 이루어지는 외부플랜지(73b)와, 스테이터 코어(71)의 대향부(71c)를 전체적으로 감싸는 환형으로 성형되어 내측면이 실링용 커버 역할을 하고 외측면이 코일권선부(73a)의 영역을 한정하는 링형 내부플랜지(73c)를 포함한다.

상기 링형 내부플랜지(73c)는 로터(50)가 삽입되는 중공부를 구비한 컵 형상으로 이루어짐과 동시에 하단면 중앙에는 로터(50)의 중앙부에 결합된 구동샤프트(30)를 지지하기 위한 베어링 안착홈(73d)이 형성되어 있으며, 베어링 안착홈(73d)에는 베어링(33)과 부싱(35)이 삽입되어 있다.

따라서, 본 발명에서는 스테이터(70)의 보빈(73)에 구비된 내부플랜지(73c)가 컵 형상으로 이루어짐에 따라 로터(50)가 삽입되는 중공부로부터 스테이터(70)로 누수가 발생되는 것을 근본적으로 차단할 수 있게 된다.

상기 코일(75)은 보빈(73)의 코일권선부(73a)에 권선된다. 이 경우 보빈(73)은 외부플랜지(73b)와 내부플랜지(73c) 간의 거리(L, 도 7 참고)를 최대로 넓게 형성할 수 있어 코일(75)의 필 팩터(fill factor)를 높여 모터의 효율을 향상시킬 수 있다.

이 경우, 본 발명은 도 7과 같이 도 8의 백요크(77)와 결합되기 전에 다수의 돌출부(71a)에 형성된 보빈(73)에 코일(75)이 권선될 때 다수의 돌출부(71a)가 방사상으로 형성되어 있어 아우터 권선방식이 가능한 구조이므로, 돌출부(71a), 즉 티스 사이의 좁은 슬롯에 의해 제한을 받는 인너 권선방식과 비교할 때 권선 효율이 높게 되며, 필 팩터(fill factor) 또한 높게 된다.

보빈(73)의 코일권선부(73a)에 권선되는 코일(75)은 도 3과 같이 9슬롯-6폴 구조의 3상 구동 모터인 경우 U,V,W 각 상별로 3코일은 병렬접속방식 또는 직렬접속방식으로 결선될 수 있다.

상기 백요크(77)는, 도 8과 같이, 링 형상으로 이루어지며, 스테이터 코어(70)의 외부자심을 형성하도록 스테이터 코어(71)의 외측에 압입된다. 이 경우 이러한 백요크(77)와 스테이터 코어(71) 간에 키/홈 구조에 의한 압입 결합이 이루어지도록, 백요크(77)는 내측에 스테이터 코어(70)의 다수 돌출부(71a)의 끝단(71b)이 각각 압입되는 다수의 결합홈(77a)이 형성된다.

따라서, 본 발명은 스테이터 코어의 티스(즉, 돌출부)를 환형 요크와 압입 조립하여 상호 견고한 결합구조를 형성함에 따라 스테이터 전체를 실링 및 일체화하기 위한 BMC 몰딩 공정을 제거할 수 있어, 공정 단순화와 비용 절감을 도모할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 각각의 티스(돌출부)를 절연시키기 위한 보빈(73)의 형성시에 스테이터 방수용 커버를 동시에 일체형으로 형성함에 의해 로터(50)의 마그네트(53)와 스테이터의 코어(71) 사이의 에어갭, 즉 간격(D)을 최소화하여 로터(50)와 스테이터(70) 간의 에어갭을 최소화함으로써 모터의 효율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 스테이터 코어(71)와 로터 마그네트(53) 사이의 에어갭을 최소화함에 따라 마그네트(53)를 Nd 마그네트 대신에 저가의 페라이트 마그네트를 사용할 수 있고, 스테이터 코어(71)를 길이방향으로 타발 성형하는 한 후 환형으로 변형 제작함에 따라 코어 로스를 최소화하여 제조비용을 크게 절감할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 스테이터(70)가 캔형상의 사출물로서 단일방수구조를 형성함에 따라 별도의 캔 커버를 생략함으로써 구조를 심플하게 하고, 스테이터 코어가 권선이 용이한 아우터 권선방식으로 형성됨에 따라 제조가 용이하다.

한편, 본 실시예에서는 로터(50)가 "-"밸런스 구조를 갖도록 황동으로 제작된 밸런스 조절부재(55,57)를 구비한 것을 예로 들었으나, 이에 제한되지 않고 "+"밸런스 구조를 갖는 로터(150)를 적용하는 것도 물론 가능하다.

이하에서는, 도 9 내지 도 11을 참고하여 "+"밸런스 구조를 가지는 로터(150)의 구성을 설명한다.

상기 로터(150)는 구동샤프트(30)의 외주에 고정 결합된 로터코어(151)를 구비하며, 로터코어(151) 외주에는 다수의 마그네트(153)가 N극 및 S극 교대로 배열된다. 이 경우 로터코어(151)는 내측을 따라 길이방향으로 다수의 통로(156)가 형성된다.

상기 로터코어(151) 및 다수의 마그네트(153)의 상하단에는 각각 밸런스 고정부재(155,157)이 결합된다. 상기 밸런스 고정부재(155,157)는 사출물로서 로터코어(151)의 통로(156)에 사출 시 사출물이 채워짐에 따라 상호 일체로 연결된다.

이 경우 밸런스 고정부재(155,157)는 제1 실시예와 마찬가지로 마그네트(153)의 상하단에 각각 형성된 걸림홈(153a)에 결합되는 걸림턱(155b,157b)이 각각 상하단에 형성되어 마그네트(153)를 고정시킨다.

또한 상기 밸런스 고정부재(155,157)는 도 11 및 도 12에 도시된 웨이트편(158,159)을 삽입하기 위한 다수의 삽입홈(155a,157a)이 형성된다. 도 11에 도시된 상기 웨이트편(158)은 도 12에 도시된 웨이트편(159)과 동일한 크기로 형성되지만, 내측에 구멍(158a)을 형성함으로써 무게를 줄일 수 있다. 이에 따라 사용자는 상기 웨이트편(158,159)을 혼용하여 "+"밸런스 조절을 용이하게 행할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

3: 펌프바디 5: 상부케이스
6: 임펠러 7: 구동드라이버 케이스
9: 하부케이스 10: 워터펌프 모터
30: 구동샤프트 31: 체결홈
50: 로터 51,151: 로터코어
53,153: 마그네트 55,57,155,157: 밸런스 조절부재
70: 스테이터 71: 스테이터 코어
73: 보빈 75: 코일
77: 백요크 155a,157a: 삽입홈
158,159: 웨이트편

Claims (22)

1. 스테이터와, 상기 스테이터의 내측에 배치되는 인너타입 로터를 구비한 워터펌프 모터에 있어서,
   상기 스테이터는
   아우터 권선이 가능하도록 내주부가 환형으로 상호 연결되고 다수의 돌출부가 방사상으로 연장 형성되는 스테이터 코어;
   상기 스테이터 코어의 각각의 돌출부를 둘러싸는 절연성 보빈;
   상기 보빈의 외주에 권선된 코일; 및
   내주부가 상기 스테이터 코어의 돌출부와 접촉된 상태로 압착 결합되는 환형 백요크;를 포함하며,
   상기 보빈은
   상기 스테이터 코어의 돌출부를 감싸며 코일이 권선되는 다수의 코일권선부;
   각 코일권선부의 끝단부에 돌출 형성되어 내측면이 코일권선부의 영역을 한정함과 동시에 외측면이 백요크의 내주면과 압착 결합이 이루어지는 외부플랜지; 및
   상기 스테이터 코어의 내주부를 전체적으로 감싸는 환형으로 성형되어 내측면이 실링용 커버 역할을 하고 외측면이 코일권선부의 영역을 한정하는 링형 내부플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 스테이터 코어는 다수의 박판 스트립을 내측이 서로 연속적으로 연결되고, 외측으로 다수의 돌출부가 돌출되도록 길이방향을 따라 타발 성형한 후, 적층되어 환형으로 성형되고, 상기 스테이터 코어의 양단은 자기회로를 형성하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
3. 제2항에 있어서, 상기 스테이터 코어는 다수의 돌출부의 내측면이 내측으로 만곡되어, 상기 스테이터 코어의 양단이 연결되어 환형으로 성형될 때 원형 내주부를 이루는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
4. 제1항에 있어서, 상기 보빈은 상기 돌출부의 끝단이 상기 백요크와 접촉하도록 상기 돌출부의 끝단을 제외하고 상기 스테이터 코어를 감싸는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 링형 내부플랜지는 로터가 삽입되는 중공부를 구비한 컵 형상으로 이루어짐과 동시에 하단면 중앙에는 로터의 중앙부에 결합된 구동샤프트를 지지하기 위한 베어링이 내장된 베어링 안착홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
7. 제1항에 있어서, 상기 로터는
   구동샤프트 외주에 결합되어 백요크 역할을 하는 로터코어;
   상기 로터코어 외주에 방사상으로 N극 및 S극이 교대로 배열된 다수의 마그네트; 및
   상기 로터코어 및 상기 다수의 마그네트 상하단에 결합되어 상기 로터의 밸런스 조절과 상기 다수의 마그네트를 상기 로터코어에 고정하기 위한 한 쌍의 밸런스 조절부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
8. 제7에 있어서, 상기 다수의 마그네트는 페라이트 마그네트인 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
9. 제7항에 있어서, 상기 밸런스 조절부재는 "-"밸런스 조절을 위해 절삭이 용이하고 내부식성을 가지는 금속재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
10. 제7항에 있어서, 상기 밸런스 조절부재는 상기 로터코어 및 상기 다수의 마그네트와 인서트 몰딩되는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
11. 제10항에 있어서, 상기 밸런스 조절부재는 "+"밸런스 조절을 위해 분리 가능하게 결합되는 적어도 하나의 웨이트편을 구비하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
12. 하측이 개방되고 내부에 수용공간을 구비하는 펌프바디;
    상기 펌프바디의 내주부에 스테이터가 결합되며 스테이터에 의해 회전 구동되도록 다수의 마그네트를 구비하고 중앙부에 구동샤프트가 결합된 로터를 구비하는 워터펌프 모터;
    상기 펌프바디를 관통하여 상측으로 연장된 구동샤프트의 선단부에 연결되는 임펠러; 및
    상기 임펠러에 의해 순환하는 냉각수의 유입 및 배출을 가이드 하도록 상기 펌프바디의 상부에 결합된 상부케이스;를 포함하며,
    상기 워터펌프 모터의 스테이터는
    아우터 권선이 가능하도록 내주부가 환형상으로 상호 연결되고 다수의 돌출부가 방사상으로 연장 형성되는 스테이터 코어;
    상기 스테이터 코어의 외주에 형성된 절연성 보빈;
    상기 보빈의 외주에 권선된 코일; 및
    내주부가 상기 스테이터 코어의 돌출부와 접촉된 상태로 압착 결합되는 환형 백요크;를 포함하며,
    상기 보빈은
    상기 스테이터 코어의 돌출부를 감싸며 코일이 권선되는 다수의 코일권선부;
    각 코일권선부의 끝단부에 돌출 형성되어 내측면이 코일권선부의 영역을 한정함과 동시에 외측면이 백요크의 내주면과 압착 결합이 이루어지는 외부플랜지; 및
    상기 스테이터 코어의 내주부를 전체적으로 감싸는 환형으로 성형되어 내측면이 실링용 커버 역할을 하고 외측면이 코일권선부의 영역을 한정하는 링형 내부플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
13. 제12항에 있어서, 상기 스테이터 코어는 다수의 박판 스트립을 내측이 서로 연속적으로 연결되고, 외측으로 다수의 돌출부가 돌출되도록 길이방향을 따라 타발 성형한 후, 적층되어 환형으로 성형되고, 상기 스테이터 코어의 양단은 연결되는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
14. 제12항에 있어서, 상기 보빈은 상기 돌출부의 끝단이 상기 백요크와 접촉하도록 상기 돌출부의 끝단을 제외하고 상기 스테이터 코어를 감싸며,
    상기 백요크는 링형상으로 이루어지며, 내주에는 상기 돌출부의 끝단이 압입되는 다수의 결합홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
15. 제12항에 있어서, 상기 로터는
    구동샤프트 외주에 결합되어 백요크 역할을 하는 로터코어;
    상기 로터코어 외주에 방사상으로 N극 및 S극이 교대로 배열된 다수의 페라이트 마그네트; 및
    상기 로터코어 및 상기 다수의 마그네트 상하단에 결합되어 상기 로터의 밸런스 조절과 상기 다수의 마그네트를 상기 로터코어에 고정하기 위한 한 쌍의 밸런스 조절부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
16. 제15항에 있어서, 상기 밸런스 조절부재는 상기 로터코어 및 상기 다수의 마그네트와 인서트 몰딩되며, "+"밸런스 조절을 위해 분리 가능하게 결합되는 적어도 하나의 웨이트편을 구비하는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
17. 아우터 권선이 가능하도록 내주부가 환형으로 상호 연결되고 다수의 돌출부가 방사상으로 연장 형성되는 스테이터 코어;
    상기 스테이터 코어의 외주에 형성된 절연성 보빈;
    상기 보빈의 외주에 권선된 코일; 및
    내주부가 상기 스테이터 코어의 돌출부와 접촉된 상태로 결합되는 환형 백요크;를 포함하며,
    상기 보빈은
    상기 스테이터 코어의 다수의 돌출부를 감싸며 코일이 권선되는 다수의 코일권선부;
    각 코일권선부의 끝단부에 돌출 형성되어 내측면이 코일권선부의 영역을 한정함과 동시에 외측면이 백요크의 내주면과 압착 결합이 이루어지는 외부플랜지; 및
    상기 스테이터 코어의 내주부를 전체적으로 감싸는 환형으로 성형되어 내측면이 실링용 커버 역할을 하고 외측면이 코일권선부의 영역을 한정하는 링형 내부플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터용 스테이터.
18. 제17항에 있어서, 상기 스테이터 코어는 다수의 강판 스트립을 내측이 서로 연속적으로 연결되고, 외측으로 다수의 돌출부가 돌출되도록 길이방향을 따라 타발 성형한 후, 적층되어 환형으로 성형되고, 상기 스테이터 코어의 양단은 연결되는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터용 스테이터.
19. 제17항에 있어서, 상기 보빈은 상기 돌출부의 끝단이 상기 백요크와 접촉하도록 상기 돌출부의 끝단을 제외하고 상기 스테이터 코어를 감싸는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터용 스테이터.
20. 제17항에 있어서, 상기 백요크는 링형상으로 이루어지며, 내주에는 상기 돌출부의 끝단이 압입되는 다수의 결합홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터용 스테이터.
21. 삭제
22. 제17항에 있어서, 상기 보빈의 내주부는 로터가 삽입되는 중공부를 구비한 컵 형상으로 이루어짐과 동시에 하단면 중앙에는 로터의 중앙부에 결합된 구동샤프트를 지지하기 위한 베어링이 내장된 베어링 안착홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터용 스테이터.

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