KR101896934B1

KR101896934B1 - 워터펌프용 모터 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101896934B1
Application number: KR1020170033095A
Authority: KR
Inventors: 백창건; 이승
Original assignee: 주식회사 와코
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2018-09-11

Abstract

본 발명은, 워터펌프용 모터 및 그 제조방법에 있어서, 중앙에 통과공이 형성된 복수 개의 코어를 상기 통과공이 연통되도록 적층하는 단계와; 상기 통과공에 축선을 따라 금속소재의 샤프트를 압입하는 단계와; 상기 코어의 둘레를 따라 자성이 부여될 금속조각을 부착하는 단계와; 금속소재로 이루어지며 상기 코어 및 상기 금속조각의 둘레를 둘러싸도록 이루어진 튜브커버와, 금속소재로 이루어지며 상기 코어 및 상기 금속조각의 전면 및 후면에 적층되도록 이루어진 한 쌍의 무게추를 상기 샤프트의 축선을 따라 삽입한 후 상기 튜브커버 및 상기 무게추를 용접하는 단계와; 한 쌍의 상기 무게추의 질량 불균일을 보정하기 위해 상기 무게추의 일부영역을 절삭하여 밸런싱홈을 형성하는 단계와; 상기 금속조각을 착자하여 자성이 부여된 자석조각을 형성하는 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 튜브커버 및 무게추를 샤프트와 동일한 금속소재로 이루어지도록 하여 이종 재질 간 열팽창 차이로 인한 틈새 발생 및 틈새 발생으로 인한 방수 능력 저하를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

워터펌프용 모터 및 그 제조방법 {Motor for water pump and manufacturing method thereof}

본 발명은 워터펌프용 모터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 튜브커버 및 무게추를 샤프트와 동일한 금속소재로 이루어지도록 하여 이종 재질 간 열팽창 차이로 인한 틈새 발생 및 틈새 발생으로 인한 방수 능력 저하를 방지할 수 있는 워터펌프용 모터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

워터펌프(water pump)는 차량에서 냉각수를 순환시키는 역할을 하는 것으로, 일반 내연기관 차량의 경우 엔진 동력을 풀리 및 벨트를 통해 전달받아 구동하는 엔진 구동식 워터펌프와, 전기로 구동하는 전동식 워터펌프로 분류된다. 이 중 전동식 워터펌프는 엔진 구동력을 필요로 하지 않으므로 연비 개선의 효과가 2 내지 3% 증대되는 것으로 알려져 있고, 냉각수 온도를 정밀하게 제어할 수 있으므로 이미 다수의 자동차 회사에서 양산 차량에 널리 적용하고 있는 상황이다. 이러한 전동식 워터펌프에 적용되는 모터의 경우 캔드 타입(canned type)의 모터 구조이다.

모터의 구동 부품인 로터(rotor)는 플라스틱 사출물의 격벽 구조 내에 위치되며, 장착시 부동액에 침수되어 있는 상태로 회전하게 된다. 즉 플라스틱 사출물 격벽 구조 외부에 스테이터(stator)가 위치되어 로터가 회전이 가능하도록 한다. 로터의 구성은 자석(magnet), 코어(core) 및 샤프트(shaft)로 구성되며, 자석과 코어의 경우 부품 특성상 수분 침투에 부식되는 재질이다. 따라서 부품에 수분이 침투하지 않도록 기밀 유지는 매우 중요한 부분이다. 또한 차량에 장착된 상태에서 120℃의 환경 조건에서 구동이 가능하여야 하며, 내부압력이 1bar 이상의 압력에서도 누수가 없도록 하여야 한다.

현재 제작되어지고 있는 로터의 부품은 금속으로 이루어지고 부품의 표면을 감싸는 커버는 플라스틱 수지의 사출을 통해 이루어져 있는데, 금속과 플라스틱 수지와 같이 이종 재질 간에는 열팽창계수가 상이하다. 따라서 열팽창 차이로 인한 틈새발생 우려, 사출재질의 수분흡수, 사출표면의 웰드라인(weld line) 및 핀홀(pin hole)로 인한 방수능력 저하, 사출시 높은 불량률 등으로 인해 내구 신뢰성, 품질 및 가격경쟁력이 떨어질 소지를 안고 있는 상황이다. 특히 로터를 장시간 사용 시 방수 능력의 한계로 로터 내부에 부착된 자석이 산화될 수 있으며, 플라스틱 수지 방식의 로터는 스테이터와의 간극이 상대적으로 커서 모터 효율 향상에 한계가 있다. 따라서 부품과 부품 커버 간 및 부품 커버와 스테이터 간의 열팽창 계수 차이가 나지 않는 로터의 기술이 필요한 실정이다.

대한민국특허청 등록특허 제10-1326503호

따라서 본 발명의 목적은, 튜브커버 및 무게추를 샤프트와 동일한 금속소재로 이루어지도록 하여 이종 재질 간 열팽창 차이로 인한 틈새 발생 및 틈새 발생으로 인한 방수 능력 저하를 방지할 수 있는 워터펌프용 모터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적은, 중앙에 통과공이 형성된 복수 개의 코어를 상기 통과공이 연통되도록 적층하는 단계와; 상기 통과공에 축선을 따라 금속소재의 샤프트를 압입하는 단계와; 상기 코어의 둘레를 따라 자성이 부여될 금속조각을 부착하는 단계와; 금속소재로 이루어지며 상기 코어 및 상기 금속조각의 둘레를 둘러싸도록 이루어진 튜브커버와, 금속소재로 이루어지며 상기 코어 및 상기 금속조각의 전면 및 후면에 적층되도록 이루어진 한 쌍의 무게추를 상기 샤프트의 축선을 따라 삽입한 후 상기 튜브커버 및 상기 무게추를 용접하는 단계와; 한 쌍의 상기 무게추의 질량 불균일을 보정하기 위해 상기 무게추의 일부영역을 절삭하여 밸런싱홈을 형성하는 단계와; 상기 금속조각을 착자하여 자성이 부여된 자석조각을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프용 모터 제조방법에 의해서 달성된다.

여기서, 한 쌍의 상기 무게추는 전면무게추 및 후면무게추로 이루어지며, 상기 튜브커버 및 상기 무게추를 용접하는 단계는, 상기 코어 및 상기 금속조각의 전면에 상기 전면무게추를 적층하고, 상기 전면무게추와 상기 샤프트를 용접하는 단계와; 상기 튜브커버를 후면으로 삽입하고, 상기 전면무게추와 상기 튜브커버를 용접하는 단계와; 상기 코어 및 상기 금속조각의 후면에 상기 후면무게추를 적층하고, 상기 후면무게추를 상기 샤프트 및 상기 튜브커버와 용접하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 튜브커버는 한 쌍의 상기 무게추의 두께에 대해 1/2 내지 3/4 두께만큼 접촉되며, 상기 무게추는 상기 튜브커버가 접촉되는 영역에 일정 두께만큼 함몰된 커버홈을 포함하며, 상기 커버홈에 용접이 이루어져 상기 무게추와 상기 튜브커버가 결합되는 것이 바람직하며, 상기 무게추는 상기 샤프트와 접촉되며 외부로 노출된 표면 영역이 함몰된 무게추홈을 포함하며, 상기 무게추홈에 용접이 이루어져 상기 무게추와 상기 샤프트가 결합되는 것이 바람직하다.

상기한 목적은 또한, 중앙에 통과공이 형성되며, 상기 통과공이 연통되도록 적층된 복수 개의 코어와; 상기 통과공에 축선을 따라 압입되는 금속소재의 샤프트와; 상기 코어의 둘레를 따라 부착된 자석조각과; 금속소재로 이루어지며 상기 코어 및 상기 자석조각의 둘레를 둘러싸는 튜브커버와; 상기 튜브커버와 결합되며, 금속소재로 이루어져 상기 샤프트의 축선을 따라 상기 코어 및 상기 자석조각의 전면 및 후면에 적층되도록 이루어진 한 쌍의 무게추를 포함하되, 상기 무게추는 일부영역이 절삭된 밸런싱홈에 의해 질량 불균일이 보정되는 것을 특징으로 하는 워터펌프용 모터에 의해서도 달성된다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 튜브커버 및 무게추를 샤프트와 동일한 금속소재로 이루어지도록 하여 이종 재질 간 열팽창 차이로 인한 틈새 발생 및 틈새 발생으로 인한 방수 능력 저하를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 워터펌프용 모터의 분해사시도이고,
도 2 및 도 3은 워터펌프용 모터 제조방법의 순서도이고,
도 4 내지 도 6은 원터펌프용 모터의 단면도이다.

이하 본 발명에 따른 워터펌프용 모터 및 그 제조방법을 도면을 통해 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 워터펌프용 모터(100)는, 중앙에 통과공(111)이 형성되며 통과공(111)이 연통되도록 적층된 복수 개의 코어(110, core)와; 통과공(111)에 축선을 따라 압입되는 금속소재의 샤프트(130, shaft)와; 코어(110)의 둘레를 따라 부착된 자석조각(150)과; 금속소재로 이루어지며 코어(110) 및 자석조각(150)의 둘레를 둘러싸는 튜브커버(170)와; 튜브커버(170)와 결합되며 금속소재로 이루어져 샤프트(130)의 축선을 따라 코어(110) 및 자석조각(150)의 전면 및 후면에 적층되도록 이루어진 한 쌍의 무게추(190)를 포함한다. 여기서 무게추(190)는 일부 영역이 절삭된 밸런싱홈(191)에 의해 질량 불균일이 보정되는 것이 특징이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 워터펌프용 모터(100)의 제조방법은 먼저, 복수 개의 코어(110)를 적층한다(S1).

중앙에 통과공(111)이 형성되며 도넛 모양으로 이루어진 복수 개의 코어(110)를 통과공(111)이 연통되도록 적층한다. 코어(110)는 통과공(111)이 서로 동일한 직경을 갖도록 형성되며, 통과공(111)에는 후에 샤프트(130)가 압입되기 때문에 샤프트(130)와도 동일하거나 또는 작은 직경으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 코어(110)에는 또한 이후의 단계에서 표면에 자성이 부여될 금속조각(151)이 부착되기 때문에 복수의 금속조각(151)을 구획함과 동시에 지지할 수 있는 복수 개의 금속조각지지부(113)가 코어(110)의 둘레를 따라 형성된다.

통과공(111)에 샤프트(130)를 압입한다(S2).

복수 개의 코어(110)가 적층되어 형성된 복수 개의 통과공(111)에 축선을 따라 금속소재의 샤프트(130)를 압입한다. 즉 통과공(111)과 동일하거나 더 큰 직경을 가진 샤프트(130)를 외부에서 해머와 같은 중량이 큰 도구를 이용하여 두드려 가압에 의해 샤프트(130)를 통과공(111) 내에 삽입하게 된다. 이와 같이 압입에 의해 통과공(111)에 삽입된 샤프트(130)는 회전 구동이 이루어질 경우 끼움결합된 코어(110)와 함께 회전구동이 이루어지게 된다.

코어(110)의 둘레를 따라 금속조각(151)을 부착한다(S3).

코어(110)의 둘레를 따라 자성이 부여될 금속조각(151)을 부착한다. 이때 금속조각(151)은 코어(110)에 돌출된 금속조각지지부(113)에 맞춰 위치가 지정되어 부착된다. 금속조각(151)의 부착은 접착제를 이용하나 이 이외에도 다른 방법으로 금속조각(151)을 부착하여도 무방하다. 금속조각(151)의 경우 부착 당시에는 자성을 띄지 않지만 이후의 단계에 의해 착자될 경우 자성을 띄게 되어 자석 역할을 수행하게 된다. 따라서 금속조각(151)은 착자가 가능한 금속소재를 사용하는 것이 바람직하다. 금속조각(151)의 경우 도넛 형상의 코어(110)의 주위에 부착되기 때문에 코어(110)의 형상에 맞춰 부채꼴 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

튜브커버(170) 및 무게추(190)를 샤프트(130)의 축선을 따라 삽입한 후, 튜브커버(170) 및 무게추(190)를 용접한다(S4).

금속소재로 이루어지며 코어(110) 및 금속조각(151)의 둘레를 둘러싸도록 이루어진 튜브커버(170)와, 마찬가지로 금속소재로 이루어지며 코어(110) 및 금속조각(151)의 전면 및 후면에 적층되도록 이루어진 한 쌍의 무게추(190)를 준비한다. 이때 튜브커버(170), 무게추(190) 및 샤프트(130)는 동일한 금속소재로 이루어져 열팽창계수(coefficient of expansion)가 동일한 것이 가장 바람직하다. 금속소재도 종류에 따라서 열팽창계수가 서로 상이하기 때문에 종래와 같이 열팽창계수 차이에 의해 틈새가 생기는 문제점을 해결하기 위해 동일한 금속소재로 각각을 형성하는 것이 가장 바람직하다. 그 중 금속소재로 가장 적합한 것은 스테인레스 스틸(stainless steel)이나 이에 한정되지는 않는다.

이와 같은 튜브커버(170) 및 무게추(190)를 샤프트(130)의 축선을 따라 삽입하여 코어(110) 및 금속조각(151)의 둘레를 둘러싸도록 한 후, 튜브커버(170) 및 한 쌍의 무게추(190)를 용접하여 외부의 냉각수가 코어(110) 및 금속조각(151)과 접촉할 수 없도록 차단한다. 이를 좀 더 상세히 설명하면 한 쌍의 무게추(190)는 전면무게추(190a) 및 후면무게추(190b)로 이루어지며, 본 단계를 상세한 단계로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 코어(110) 및 금속조각(151)의 전면에 해당하는 영역에 샤프트(130)의 축선을 따라 전면무게추(193)를 삽입 및 적층한다. 이때 전면무게추(193)는 샤프트(130)의 직경과 동일한 통과공(193)이 형성되며, 통과공(193)에 샤프트가 삽입되면서 전면무게추(190a)는 코어(110) 및 금속조각(151)의 전면에 적층된다. 적층된 전면무게추(190a)는 샤프트(130)와 용접된다. 도 5와 같이 전면무게추(190a)는 샤프트(130)와 접촉하며 외부로 노출된 표면 영역이 일정 높이만큼 함몰된 무게추홈(195)을 포함하며, 샤프트(130)는 마찬가지로 전면무게추(190a)와 접촉하는 영역이 일정 높이만큼 함몰된 샤프트홈(131)을 포함하는 상태로 이루어진다. 이러한 무게추홈(195) 및 샤프트홈(131)은 서로 접촉하는 곳에 형성되어 여기에 용접을 통해 결합이 이루어지게 된다.

그 다음 튜브커버(170)를 샤프트(130)의 축선을 따라 코어(110) 및 금속조각(151)이 적층된 후면으로 삽입하고, 전면무게추(190a)와 튜브커버(170)를 용접한다. 전면에는 전면무게추(190a)가 용접된 상태이기 때문에 전면으로는 튜브커버(170)를 삽입할 수 없으며, 따라서 후면으로 튜브커버(170)를 삽입하고 전면무게추(190a)와 접촉한 상태에서 용접한다. 이때 튜브커버(170)는 도 6과 같이 전면무게추(190a)의 두께에 대해 1/2 내지 3/4 두께만큼 접촉된 상태로 용접되며, 이에 대응하여 전면무게추(190a)는 튜브커버(170)가 접촉되는 영역에 튜브커버(170)가 접촉되는 두께만큼 함몰된 커버홈(197)이 형성되는데, 이러한 커버홈(197)에 용접이 이루어져 전면무게추(190a)와 튜브커버(170)가 결합된다.

전면무게추(190a) 및 튜브커버(170)가 용접된 상태에서 코어(110) 및 금속조각(151)의 후면에 후면무게추(190b)를 적층하고, 후면무게추(190b)를 샤프트(130) 및 튜브커버(170)와 용접한다. 즉 전면무게추(190a)와 마찬가지로 후면무게추(190b)에 존재하는 커버홈(197)에 튜브커버(170)를 접촉시킨 후 커버홈(197)에 용접을 실시하여 후면무게추(190b)와 튜브커버(170)를 결합한다. 그 다음 후면무게추(190b)의 무게추홈(195)과 샤프트(130)의 샤프트홈(131)에 용접을 실시하여 후면무게추(190b)와 샤프트(130)를 결합한다. 이와 같은 후면무게추(190b), 튜브커버(170) 및 샤프트(130)의 결합은 전면무게추(190a)와 동일한 방법으로 용접을 실시하여 결합하게 된다. 이러한 단계를 통해 코어(110) 및 금속조각(151)은 외부의 수분 또는 유분으로부터 보호받게 된다.

무게추(190)의 질량 불균일을 보정한다(S5).

한 쌍의 무게추(190)의 질량 불균일을 보정하기 위하여 무게추(190)의 일부영역을 절삭하여 밸런싱홈(191)을 형성한다. 워터펌프용 모터(100)의 경우 6000rpm 이상으로 고속 회전을 하기 때문에 모터(100)의 밸런싱이 중요하다. 따라서 한 쌍의 무게추(190)를 이용하여 모터(100)의 밸런스를 조절할 수 있는데, 예를 들어 모터(100)의 후방측이 전방측보다 무거울 경우 후면무게추(190b)의 일부영역을 절삭을 통해 밸런싱홈(191)을 형성하고 이러한 밸런싱홈(191)이 형성된 만큼 후면무게추(190b)의 질량이 감소하기 때문에 이를 통해 전방측과 후방측의 무게 조절을 할 수 있다. 이는 전방측이 더 무거울 경우에는 반대로 전면무게추(190a)에 밸런싱홈(191)을 형성하는 방법으로 조절할 수 있다. 또한 밸런싱홈(191)을 절삭함에 의해 생성된 잔여 밸런싱조각을 반대측 무게추(190)에 부착하는 방법을 이용하여 밸런싱을 조절할 수도 있다.

금속조각(151)을 착자하여 자석조각(150)을 형성한다(S6).

코어(110)의 둘레를 따라 부착된 복수 개의 금속조각(151)을 착자하여 자성이 부여된 자석조각(150)을 형성한다. 금속조각(151)에 착자하는 방법으로는 자력을 생성시키는 기계에 금속조각(151)이 부착된 모터(100)를 장입한 후, 강한 자력을 가해 원하는 형상의 자성을 부여하는 방법을 이용하여 자석조각(150)을 형성할 수 있다. 이때 자성을 부여하는 조건으로는 특별히 제한되지 않으며 원하는 데로 조절 가능하다.

본 발명과 같이 튜브커버(170), 무게추(190) 및 샤프트(130)를 금속소재로 준비하고 이를 용접하여 워터펌프용 모터(100)를 제조할 경우, 종래와 같이 플라스틱 수지로 튜브커버를 형성할 때 발생하는 이종 재질 간 열팽창 차이로 인한 틈새발생 우려, 사출재질의 수분흡수, 사출 표면의 웰드 라인 및 핀홀로 인한 방수능력 저하를 없앨 수 있다. 또한 불량률을 낮추어 내구신뢰성, 품질 및 가격경쟁력을 확보할 수 있으며, 인서트예열, 레진건조, 사출조건, 금형온도 등 많은 조건을 관리해야 하는 것을 단순화시킬 수 있어 품질의 산포가 줄어들어 관리비용 절감 및 불량률이 획기적으로 개선된다. 성능적인 측면에서 본 발명의 워터펌프용 모터(100)는 종래기술의 에어갭(air gap)이 대략 0.8 내지 1.2mm인데 비해 0.2 내지 0.3mm로 줄일 수 있어서 자속 밀도(magnetic flux density)가 증가하게 되고, 이로 인해 토크, 출력, 효율이 10% 이상 개선되어 모터의 크기 및 중량을 10% 이상 줄일 수 있다는 이점이 있다. 또한 만약 내부의 자석이 코어로부터 이탈하는 경우 원심력에 의해 플라스틱 사출로 이루어진 튜브커버는 깨어질 수 있으나 본 발명의 금속소재로 이루어진 튜브커버(170)는 충분히 견딜 수 있다는 장점이 있다.

100: 워터펌프형 모터
110: 코어
111: 통과공
113: 금속조각지지부
130: 샤프트
131: 샤프트홈
150: 자석조각
151: 금속조각
170: 튜브커버
190: 무게추
190a: 전면무게추
190b: 후면무게추
191: 밸런싱홈
193: 통과공
195: 무게추홈
197: 커버홈

Claims

워터펌프용 모터 제조방법에 있어서,
중앙에 통과공이 형성된 복수 개의 코어를 상기 통과공이 연통되도록 적층하는 단계와;
상기 통과공에 축선을 따라 금속소재의 샤프트를 압입하는 단계와;
상기 코어의 둘레를 따라 자성이 부여될 금속조각을 부착하는 단계와;
금속소재로 이루어지며 상기 코어 및 상기 금속조각의 둘레를 둘러싸도록 이루어진 튜브커버와, 금속소재로 이루어지며 상기 코어 및 상기 금속조각의 전면 및 후면에 적층되도록 이루어진 한 쌍의 무게추를 상기 샤프트의 축선을 따라 삽입한 후 상기 튜브커버 및 상기 무게추를 용접하는 단계와;
한 쌍의 상기 무게추의 질량 불균일을 보정하기 위해 상기 무게추의 일부영역을 절삭하여 밸런싱홈을 형성하는 단계와;
상기 금속조각을 착자하여 자성이 부여된 자석조각을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 무게추는 상기 샤프트와 접촉되며 외부로 노출된 표면 영역이 함몰된 무게추홈을 포함하며, 상기 무게추홈에 용접이 이루어져 상기 무게추와 상기 샤프트가 결합되는 것을 특징으로 하는 워터펌프용 모터 제조방법.
제 1항에 있어서,
한 쌍의 상기 무게추는 전면무게추 및 후면무게추로 이루어지며,
상기 튜브커버 및 상기 무게추를 용접하는 단계는,
상기 코어 및 상기 금속조각의 전면에 상기 전면무게추를 적층하고, 상기 전면무게추와 상기 샤프트를 용접하는 단계와;
상기 튜브커버를 후면으로 삽입하고, 상기 전면무게추와 상기 튜브커버를 용접하는 단계와;
상기 코어 및 상기 금속조각의 후면에 상기 후면무게추를 적층하고, 상기 후면무게추를 상기 샤프트 및 상기 튜브커버와 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프용 모터 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 튜브커버는 한 쌍의 상기 무게추의 두께에 대해 1/2 내지 3/4 두께만큼 접촉되며,
상기 무게추는 상기 튜브커버가 접촉되는 영역에 일정 두께만큼 함몰된 커버홈을 포함하며, 상기 커버홈에 용접이 이루어져 상기 무게추와 상기 튜브커버가 결합되는 것을 특징으로 하는 워터펌프용 모터 제조방법.
삭제
워터펌프용 모터에 있어서,
중앙에 통과공이 형성되며, 상기 통과공이 연통되도록 적층된 복수 개의 코어와;
상기 통과공에 축선을 따라 압입되는 금속소재의 샤프트와;
상기 코어의 둘레를 따라 부착된 자석조각과;
금속소재로 이루어지며 상기 코어 및 상기 자석조각의 둘레를 둘러싸는 튜브커버와;
상기 튜브커버와 결합되며, 금속소재로 이루어져 상기 샤프트의 축선을 따라 상기 코어 및 상기 자석조각의 전면 및 후면에 적층되도록 이루어진 한 쌍의 무게추를 포함하되,
상기 무게추는 일부영역이 절삭된 밸런싱홈에 의해 질량 불균일이 보정되며,
상기 무게추는 상기 샤프트와 접촉되며 외부로 노출된 표면 영역이 함몰된 무게추홈을 포함하며, 상기 무게추홈에 용접이 이루어져 상기 무게추와 상기 샤프트가 결합되는 것을 특징으로 하는 워터펌프용 모터.