KR101879663B1 - 단흡입 양토출 전동 베인 펌프 - Google Patents

단흡입 양토출 전동 베인 펌프 Download PDF

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차성욱
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Abstract

본 발명은, 베인 펌프에 관한 것으로, 일측은 구동력을 제공하는 모터 모듈을 지지하고 타측은 상기 모터 모듈과 결합되어 회전축을 중심으로 회전하는 펌프 모듈과 결합되는 펌프 하우징과; 상기 펌프 모듈을 수용 가능하게 상기 펌프 하우징과 결합되는 펌프 커버와; 상기 펌프 모듈은, 상기 모터 모듈과 결합되어 회전하는 로터와, 상기 로터에 출입 가능하게 결합된 복수의 베인과, 상기 베인의 단부가 접촉되어 상기 베인을 안내하고 유체를 흡입 토출 가능하게 상기 로터 사이에 압력실을 형성하도록 상기 펌프 하우징에 결합되는 캠링을 포함하되, 상기 압력실은 체적이 점점 증가하면서 흡입되는 흡입부와 체적이 점점 감소하는 토출부로 구분되고 상기 토출부의 상류측에 마련되어 가압된 유체가 토출되는 저압 토출부와 상기 토출부의 하류측에 마련되어 가압된 유체가 토출되는 고압 토출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에, 구조가 간단하고 하나의 펌프로 고압 및 저압을 형성할 수 있는 베인 펌프를 제공할 수 있다.

Description

단흡입 양토출 전동 베인 펌프 {Electric Vane Pump with Single Suction and Double Discharge Passage}
본 발명은 단흡입 양토출 전동 베인 펌프에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 하나의 펌프에서 토출부를 복수로 하여 토출되는 압력을 변화시키거나 토출되는 량을 조절하면서 유체의 흐름을 안정적으로 유도할 수 있도록 구조를 개선한 전동 베일 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 엔진이나 미션 등에 오일을 공급하는 펌프로 베인 펌프와 기어 펌프 등을 사용한다.
한편, 최근에는 차량의 연비를 향상시키기 위해 많은 기술개발이 이루어지고 있으며, 이러한 기술 중 하나가 ISG(Idle Stop and Go) 장치이며, 최근 들어 연비증대와 에미션 안정화를 위해 ISG 장치가 적용되는 엔진의 차량이 증가하고 있다.
ISG 장치는 차량의 정지로 인하여 엔진의 아이들 상태가 설정된 소정시간 이상 유지되는 경우 등과 같이 정해진 조건하에서 자동적으로 엔진 시동을 오프 시키고(Idle Stop), 이후 운전자의 의지 및 차량 자체 조건에 의해 재출발이 요구되는 경우 자동적으로 엔진 시동을 온 시켜(Go) 정상 운전이 가능하게 하는 기능이 적용되는 엔진제어 시스템이다.
이러한 ISG 장치가 사용되는 경우에도 차량의 속도 변화를 제어하는 변속기인 미션부분을 유체인 오일로 제어하는 경우 베인펌프가 사용된다.
이와 같은 변속기용 펌프의 일예가 공개특허공보 제2012-0118369호 (2012. 10.26)에 개시되어 있다.
이러한 베인 펌프에서도 고압과 저압을 토출할 수도 그 구조가 간단하고 유로의 저항을 최소로 할 수 있는 형태가 바람직하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 간단한 구조로 고압 및 저압의 토출압을 공급할 수 있는 전동 가변 베인 펌프를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 두 개의 토출구의 위치를 보다 효율적으로 배치하고 체적을 유지하여, 유체의 흐름을 원활하게 할 수 있는 전동 베인 펌프를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 고압의 유체가 모터모듈로 유입됨에 따라 발생될 수 있는 오일 실의 파손 등을 예방할 수 있는 전동 베인 펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 베인 펌프에 있어서, 일측은 구동력을 제공하는 모터 모듈을 지지하고 타측은 상기 모터 모듈과 결합되어 회전축을 중심으로 회전하는 펌프 모듈과 결합되는 펌프 하우징과; 상기 펌프 모듈을 수용 가능하게 상기 펌프 하우징과 결합되는 펌프 커버와; 상기 펌프 모듈은, 상기 모터 모듈과 결합되어 회전하는 로터와, 상기 로터에 출입 가능하게 결합된 복수의 베인과, 상기 베인의 단부가 접촉되어 상기 베인을 안내하고 유체를 흡입 토출 가능하게 상기 로터 사이에 압력실을 형성하도록 상기 펌프 하우징에 결합되는 캠링을 포함하되, 상기 압력실은 체적이 점점 증가하면서 흡입되는 흡입부와 체적이 점점 감소하는 토출부로 구분되고 상기 토출부의 상류측에 마련되어 가압된 유체가 토출되는 저압 토출부와 상기 토출부의 하류측에 마련되어 가압된 유체가 토출되는 고압 토출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 베인 펌프에 의하여 달성된다.
또한, 상기 저압 토출부 및 상기 고압 토출부는, 상기 펌프 하우징 또는 상기 펌프커버에 함몰 형성된 저압 및 고압 토출그루브와 상기 저압 및 고압 토출그루브에서 연장되어 상기 펌프 하우징의 외측으로 안내하는 저압 및 고압 토출공을 포함하되, 상기 펌프하우징의 판면으로부터 상기 고압 토출그루브의 제1 깊이는 상기 저압 토출그루브의 제2 깊이보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 회전축을 중심으로 상기 압력실에서 상기 흡입부의 하류에서 상기 저압 토출부의 상류까지의 제1 각도와 상기 저압 토출부의 하류에서 상기 고압 토출부의 하류까지의 제2 각도는 동일한 것이 바람직하다.
상기 베인의 매수는 9개를 포함하며, 상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 41°를 포함하고, 상기 제1 깊이는 15mm이고, 상기 제2 깊이는 5mm를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 회전축과 상기 모터모듈이 결합되는 상기 펌프하우징에 결합되어 기밀을 유지하는 오일 실과, 상기 오일 실이 결합되는 영역과 상기 흡입부가 연통된 것이 바람직하다.
또한, 상기 저압 토출부의 압력과 유량은 4bar, 8.6liter/min를 포함하고, 상기 고압 토출부의 압력과 유량은 16bar, 10.8liter/min를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 간단한 구조로 고압 및 저압의 토출압을 공급할 수 있고, 두 개의 토출구의 위치를 보다 효율적으로 배치하고 체적을 유지하여, 유체의 흐름을 원활하게 할 수 있는 전동 베인 펌프를 제공할 수 있다.
또한, 고압의 유체가 모터모듈로 유입됨에 따라 발생될 수 있는 오일 실의 파손 등을 예방할 수 있는 전동 베인 펌프를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동 베인 펌프의 사시도,
도 2는 도 1의 펌프커버를 제거하여 평면에서 본 평면도,
도 3은 도 2에서 펌프하우징만을 평면에서 본 평면도,
도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절단한 단면도,
도 5는 도 3에서 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절단한 단면도,
도 6a 내지 도 6c는 전동 베인 펌프의 작동 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 단흡입 양토출 전동 베인 펌프(100, 이하에서 '베인 펌프'라 함)에 대하여 도 1 내지 도 6c를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동 베인 펌프의 사시도이고, 도 2는 도 1의 펌프커버를 제거하여 평면에서 본 평면도이며, 도 3은 도 2에서 펌프하우징만을 평면에서 본 평면도이고, 도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절단한 단면도이며, 도 5는 도 3에서 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절단한 단면도이고, 도 6a 내지 도 6c는 전동 베인 펌프의 작동 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명에 따른 베인 펌프(100)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일측은 구동력을 제공하는 모터 모듈(110)을 지지하고, 타측은 상기 모터 모듈(110)과 결합되어 회전축(113)을 중심으로 회전하는 펌프 모듈(130)과 결합되는 펌프 하우징(150)과; 상기 펌프 모듈(130)을 수용 가능하게 상기 펌프 하우징(150)과 결합되는 펌프 커버(170)와; 상기 펌프 모듈(130)은, 상기 모터 모듈(110)과 결합되어 회전하는 로터(131)와, 상기 로터(131)에 출입 가능하게 결합된 복수의 베인(133)과, 상기 베인(133)의 단부가 접촉되어 상기 베인(133)을 안내하고 유체를 흡입 토출 가능하게 상기 로터(131) 사이에 압력실(137)을 형성하도록 상기 펌프 하우징(150)에 결합되는 캠링(135)을 포함하되, 상기 압력실(137)은 체적이 점점 증가하면서 흡입되는 흡입부(137s1)와 체적이 점점 감소하는 토출부(137d1, 137d2)로 구분되고 상기 토출부(137d1, 137d2)의 전방부인 상류측에 마련되어 가압된 유체가 토출되는 저압 토출부(137d1)와 상기 토출부(137d1, 137d2)의 후방부인 하류측에 마련되어 가압된 유체가 토출되는 고압 토출부(137d2)를 구비하는 것이 바람직하다.
모터 모듈(110)은 차량의 배터리 등에서 공급되는 전원에 의하여 회전하고 단부에 미도시한 모터축을 구비하여 회전축(113)과 커플링(117)에 의하여 결합되어 회전력을 펌프 모듈(130)로 제공한다.
로터(131)는 회전축(113)과 결합되는 축공(131b)과 베인(133)이 출입 가능하게 방사상으로 마련된 슬롯(131a)과 베인(133)이 내측으로 이동하지 않고 캠링(135)측으로 지지하는 베인스토퍼(133a)가 결합된다.
캠링(135)은, 펌프 하우징(150) 내측인 캠링수용부(150a)에 수용되어 캠링(135)의 내측에 접촉하는 베인(133)의 회전을 안내한다.
압력실(137)은 회전방향으로 인접한 베인(133)과 반경방향으로 로터(131)의 외측과 캠링(135)의 내측과 두께 내지 상하방향으로 펌프 하우징(150) 및 펌프 커버(170)에 의해 형성된 공간을 의미한다. 이러한 압력실(137)은 베인(133)이 회전함에 따라 캠링(135)의 내측과 로터(131)의 중심이 차이를 보이면서 그 체적이 변한다.
압력실(137)에서는 체적이 점점 커지는 영역이 흡입영역(도 2에서 'suction'이라는 표시 부분 참조)이고, 체적이 점점 적어지는 영역이 토출영역(도 2에서 'discharge1' 및 ‘discharge 2’라고 표시된 부분 참조)이다.
토출영역에는 베인(133) 내지 로터(131)의 회전방향의 전방인 상류측에 저압 토출부(137d1) 내지 저압 토출그루브(155a)가 베인(133) 내지 로터(131)의 회전방향의 후방인 하류측에 고압 토출부(137d2) 내지 고압 토출그루브(157a)가 각각 형성되어 있다.
흡입부(137s1)는, 유체가 흡입되는 영역으로 펌프 하우징(150)에 관통 형성되어 압력실(137)로 유체를 안내하는 흡입공(153)과, 흡입공(153)과 압력실(137)의 하측 및/또는 상측을 연결하여 통하도록 펌프 하우징(150) 및/또는 펌프 커버(170)에 함몰 형성된 흡입 그루브(153a)를 포함한다.
마찬가지로, 저압 토출부(137d1)는, 펌프 하우징(150)에 관통 형성되어 압력실(137)에서 가압된 유체를 외부로 안내하는 저압 토출공(155)과, 저압 토출공(155)과 압력실(137)의 하측 및/또는 상측을 연결하여 통하도록 펌프 하우징(150) 및/또는 펌프 커버(170)에 함몰 형성된 저압 토출그루브(155a)를 포함한다.
그리고, 고압 토출부(137d2)는, 펌프 하우징(150)에 관통 형성되어 압력실(137)에서 가압된 유체를 외부로 안내하는 고압 토출공(157)과, 고압 토출공(157)과 압력실(137)의 하측 및/또는 상측을 연결하여 통하도록 펌프 하우징(150) 및/또는 펌프 커버(170)에 함몰 형성된 고압 토출그루브(157a)를 포함한다.
이렇게 흡입부(137s1), 저압 토출부(137d1) 및 고압 토출부(137d2)의 체적을 충분하게 크게 할 수 있기 때문에 유체의 흡입, 토출에 따른 맥동이나 소음을 예방할 수 있다.한편, 참조번호 '180'은 펌프 하우징(150) 및 펌프 커버(170) 사이의 기밀을 유지하는 오링을 포함하는 실 부재이고, 참조번호 ‘136’은 캠링(135)을 펌프하우징(150)의 캠링수용부(150a)에 결합시 안정적으로 위치를 결정할 수 있는 위치결정핀이다.
본 발명의 일실시예에 따른 베인 펌프(100)에서는 베인(133)의 매수가 9매이고, 저압 토출부(137d1)에서 토출되는 오일은 미션오일펌프에서 윤활유 기능을 하는 저압, 예를 들면, 4bar이고, 유량은 8.6liter/min이며, 고압 토출부(137d2)에서 토출되는 오일은 변속 유압을 형성하는 기능을 하는 고압, 예를 들면, 16bar이고, 유량은 10.8liter/min인 것을 예로 든다.
이 경우에 도 3에 도시된 바와 같이, 회전축(113)을 중심으로 압력실(137)에서 흡입부(137s1)의 하류에서 저압 토출부(137d1)의 상류까지의 제1 각도(도 3에서 ‘A1’ 참조)와 저압 토출부(137d1)의 하류에서 고압 토출부(137d2)의 하류까지의 제2 각도(도 3에서 ‘A3’ 참조)는 동일한 것이 바람직하다.
또한, 상기 펌프하우징(150)의 판면으로부터 상기 고압 토출그루브(157a)의 제1 깊이(도 4의 ‘d2’ 참조)는 상기 저압 토출그루브(155a)의 제2 깊이(도 4의 ‘d1’참조)보다 큰 것이 바람직하다. 이러한 깊이의 차이는 토출 용량 등과 관련이 있으며 압력실(137) 측에서 고압 토출그루브(157a)의 용적 등을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.
그리고, 제1 각도와 제2 각도는 특히 41도인 것이 바람직하고, 제1 깊이는 15mm, 제2 깊이는 5mm인 것이 더욱 바람직하다.
제1 각도와 제2 각도를 41도로 하는 것은 베인(133)의 두께, 베인(133)의 매수, 제조하는 과정에서의 용이함 등을 고려한 것이다. 제1 깊이와 제2 깊이의 바람직한 수치는 필요로 하는 유량, 압력실(137)에서 저압 및 고압 토출그루브(155a, 157a)의 면적 등을 고려하여 다양한 실험을 통해 각각 15mm와 5mm로 선택하는 것이 가장 바람직한 것을 확인하였다. 여기서, 베인(133)의 매수가 9매인 경우 베인(133) 사이의 각도가 40도이므로 상기와 같이 다양한 시험을 통해 41도가 가장 바람직한 것으로 도출하였다.
아울러, 제1 각도와 제2 각도 사이의 저압 토출부(137d1)의 상류측 및 하류측이 회전축(113)을 중심으로 압력실(137)에서 이루는 각도는 10도인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 상기 회전축(113)과 상기 모터 모듈(110)이 결합되는 상기 펌프하우징(150)에 결합되어 기밀을 유지하는 오일 실(115)과, 상기 오일 실(115)이 결합되는 영역과 상기 흡입부(137s1)가 연통되는 벤트유로(119)를 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 벤트유로(119)는 펌프 모듈(130)에서 가압된 고압의 유체가 회전축(113)을 따라 오일 실(115)측으로 유입된 경우 압력에 의해 오일 실(115)의 파손을 포함하는 손상을 예방할 수 있도록 고압의 압력을 저압인 흡입부(137s1)로 안내하는 기능을 한다.
이러한 구성을 갖는 베인 펌프(100)의 작동 과정을 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
모터 모듈(110)에 전원이 인가되면 모터 모듈(110)의 모터가 회전하여 회전축(113)이 도 6a에 도시된 바와 같이 반시계 방향으로 회전하면 회전축(113)과 결합된 로터(131)와 베인(133)이 회전하면서 흡입부(137s1)측의 압력실(137)의 체적이 점점 증가하면서 유체가 흡입된다.
계속 회전하여 도 6b에 도시된 바와 같이, 압력실(137)이 저압 토출부(137d1)의 상류측에 이르면 압축이 완전하게 이루어지지 않은 저압의 유체가 저압 토출그루브(155a)를 통해 저압 토출공(155)으로 토출되어 저압을 필요로 하는 곳으로 안내될 수 있다.
그리고, 로터(131)가 더 회전하여 도 6c에 도시된 바와 같이, 압력실(137)이 고압 토출부(137d2)의 하류측에 이르면 압력실(137)의 체적이 점점 더 적어져 압축이 더 이루어진 고압의 유체가 고압 토출그루브(157a)를 통해 고압 토출공(157)으로 토출되어 고압을 필요로 하는 곳으로 안내될 수 있다.
이러한 과정에서 고압의 오일 내지 유체가 회전축(113)을 통해 모터 모듈(110)로 유입되어 오일 실(115)이 결합된 영역에 도달하면 고압의 오일이 흡입부(137s1) 측으로 벤트유로(119)를 통해 안내될 수 있어 오일 실(115)의 손상을 예방할 수 있다.
이에 본 발명에 따르면, 간단한 구조로 고압 및 저압의 토출압을 공급할 수 있고, 두 개의 토출구의 위치를 보다 효율적으로 배치하고 체적을 유지하여, 유체의 흐름을 원활하게 할 수 있는 전동 베인 펌프를 제공할 수 있다.
또한, 고압의 유체가 모터모듈로 유입됨에 따라 발생될 수 있는 오일 실의 파손 등을 예방할 수 있는 전동 베인 펌프를 제공할 수 있다.
여기서, 본 발명의 여러 실시예들을 도시하여 설명하였지만, 본 발명의 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
100 : 베인 펌프 110 : 모터 모듈
113 : 회전축 115 : 오일 실
117 : 커플링 119 : 벤트유로
130 : 펌프 모듈 131 : 로터
131a : 슬롯 131b : 축홀
133 : 베인 133a : 베인스토퍼
135 : 캠링 136 : 위치결정핀
137 : 압력실 137s1 : 흡입부
137d1 : 저압 토출부 137d2 : 고압 토출부
150 : 펌프 하우징 150a : 캠링수용부
153 : 흡입공 153a : 흡입 그루브
155 : 저압 토출공 155a : 저압 토출그루브
157 : 고압 토출공 157a : 고압 토출그루브
170 : 펌프 커버 180 : 오링

Claims (6)

  1. 베인 펌프에 있어서,
    일측은 구동력을 제공하는 모터 모듈을 지지하고 타측은 상기 모터 모듈과 결합되어 회전축을 중심으로 회전하는 펌프 모듈과 결합되는 펌프 하우징과;
    상기 펌프 모듈을 수용 가능하게 상기 펌프 하우징과 결합되는 펌프 커버와;
    상기 펌프 모듈은, 상기 모터 모듈과 결합되어 회전하는 로터와, 상기 로터에 출입 가능하게 결합된 복수의 베인과, 상기 베인의 단부가 접촉되어 상기 베인을 안내하고 유체를 흡입 토출 가능하게 상기 로터 사이에 압력실을 형성하도록 상기 펌프 하우징에 결합되는 캠링을 포함하되,
    상기 압력실은 체적이 점점 증가하면서 흡입되는 흡입부와 체적이 점점 감소하는 토출부로 구분되고 상기 토출부의 상류측에 마련되어 가압된 유체가 토출되는 저압 토출부와 상기 토출부의 하류측에 마련되어 가압된 유체가 토출되는 고압 토출부를 포함하고,
    상기 저압 토출부 및 상기 고압 토출부는, 상기 펌프 하우징 또는 상기 펌프커버에 함몰 형성된 저압 및 고압 토출그루브와 상기 저압 및 고압 토출그루브에서 연장되어 상기 펌프 하우징의 외측으로 안내하는 저압 및 고압 토출공을 포함하되, 상기 펌프하우징의 판면으로부터 상기 고압 토출그루브의 제1 깊이는 상기 저압 토출그루브의 제2 깊이보다 큰 것을 특징으로 하는 전동 베인 펌프.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전축을 중심으로 상기 압력실에서 상기 흡입부의 하류에서 상기 저압 토출부의 상류까지의 제1 각도와 상기 저압 토출부의 하류에서 상기 고압 토출부의 하류까지의 제2 각도는 동일한 것을 특징으로 하는 전동 베인 펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베인의 매수는 9개를 포함하며,
    상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 41°를 포함하고,
    상기 제1 깊이는 15mm이고, 상기 제2 깊이는 5mm를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 베인 펌프.
  5. 제1항에서 있어서,
    상기 회전축과 상기 모터모듈이 결합되는 상기 펌프하우징에 결합되어 기밀을 유지하는 오일 실과,
    상기 오일 실이 결합되는 영역과 상기 흡입부가 연통된 것을 특징으로 하는 전동 베인 펌프.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 저압 토출부의 압력과 유량은 4bar, 8.6liter/min를 포함하고,
    상기 고압 토출부의 압력과 유량은 16bar, 10.8liter/min를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 베인 펌프.
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