KR102116084B1 - 유동 냉각 제어 회로를 가진 전기 냉각제 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부 연소 엔진의 냉각제 회로를 위한 전기 냉각제 펌프에 관한 것으로서, 반경 방향으로 가속되는 펌프 임펠러(20) 및 펌프 하우징의 나선형 하우징 섹션(11)을 가진다. 제어 회로(3)는 전기 엔진(2)에 대향하여 펌프 하우징(1)의 측부상에서 유입부(13) 둘레에 배치되고, ECU 챔버(30) 안에 수용된다. 펌프 챔버(10)의 개방측 및 ECU 챔버(30)의 개방측은 열교환 덮개(31)에 의하여 분리되는데, 이것은 유입부(13)의 입구에서 펌프 챔버(10)로 개방되고, ECU 챔버(30)가 만들어지는 재료는 열교환 덮개가 만들어지는 재료보다 낮은 열전도성을 가진다.

Description

유동 냉각 제어 회로를 가진 전기 냉각제 펌프

본 발명은 전달 유동(delivery flow)에 의하여 냉각되는 제어 회로를 가진 전기 냉각제 펌프(electric coolant pump)에 관한 것이다.

연소 기계를 효율적인 연소 및 낮은 배기 배출물에 최적인 온도 범위내에 유지하기 위하여, 냉각 시스템의 열전달은 현재의 작동 상태의 함수로서 제어된다. 이러한 이유로, 전기 냉각제 펌프는 자동차의 적용 분야에서 점증적으로 사용되고 있는데, 이것은 내부 연소 엔진의 회전 속도와 독립적으로 구동되고, 환경의 영향 또는 내부 연소 엔진의 다양한 작동 파라미터들에 응답하여 냉각제 회로를 제어함에 있어서 높은 융통성을 가능하게 한다. 따라서 내부 연소 엔진의 열관리는 예를 들어 열전달이 초기에 완전하게 정지되고 다음에 냉 시동 국면(cold-start phase)에서 부분적으로 정지됨을 제공한다.

전기 냉각제 펌프의 한가지 문제는 냉각제 펌프 내부의 제어 전자부들의 충분한 냉각으로서, 이것은 냉각제 펌프의 수명 및, 구동되는 차량의 신뢰성 뿐만 아니라 내부 연소 엔진의 작동 안정성에 대해서 중요한 인자를 나타낸다. 곤란한 환경에서, 냉각제의 온도는 펌프의 전기 모터의 제어 회로의 전자 요소들에서 허용되는 최대 온도에 매우 인접한 레벨에 도달할 수 있어서, 전기 펌프 모터 자체로부터 추가적인 폐열이 있을 때, 과열에 기인한 제어 회로 고장의 위험성이 있다.

전기 모터가 펌프 모터로서 사용될 때, 작동하는 동안 외부의 침식 영향 및 오염물로부터 보호하기 위하여 전기 모터는 통상적으로 제어 전자부와 함께 케이스에 넣어지고 모터 조립체로서 설치된다. 그러나, 전기 모터 및 전자부를 모터 조립체로서 에워쌈(enclosing)으로써, 전력 손실과 관련된 전기 모터 자체의 폐열은 다른 적용예에서와 같이 공기 흐름을 통하여 배출될 수 없다. 따라서 전기 모터의 폐열은 냉각제 펌프의 제어 회로의 전자 요소들에 열 입력으로서 직접적으로 흘러 들어간다.

적절한 전기 펌프 모터에서, 예를 들어 승용차의 냉각제 회로의 냉각제 펌프에서 사용되는 것과 같이 500 W 의 펌프 모터가 전부하(full load) 작동하에서 100 W 의 열 입력을 발생시키도록 전력 소산(power dissipation)은 전력의 대략 20 %이며, 이것은 냉각제의 폐열을 통해 냉각제 펌프에 의하여 추가적으로 흡수된다. 전기 모터의 구성 요소들은 섭씨 200 도 보다 높은 온도에 도달한다.

관련된 기술에서, 전자 요소들의 허용 가능한 작동 온도를 유지하기 위하여 내부 연소 엔진의 냉각제와의 열교환을 이용하는 냉각제 펌프들이 알려져 있다. 냉각제는 0.0262 W/mK 를 가진 공기와 비교하여 대략 0.441 W/mK 의 훨씬 높은 열전도 계수를 가진다. 더욱이, 공기 온도가 주위 환경의 함수로서, 특히 내부 연소 엔진의 함수로서, 그리고 적용 가능하다면 이동 속도의 함수로서 광범위하게 변화되는 동안, 냉각제는 냉각제 회로의 작동중에 정해진 온도 범위내에서 유지된다.

미국 특허 US 6 082 974 B1 는 챔버를 가진 모터 펌프를 개시하며, 챔버는 펌프의 유입부 및 유출부에 인접하게 배치되고 콘트롤러를 수용하도록 제공된다.

그러나, 펌프가 내부 연소 엔진의 냉각제 펌프로서 사용될 때, 내부 연소 엔진의 작동중에 냉각제는 고온을 흡수하고 따라서 고온의 열 입력 자체를 도입한다는 점이 주목되어야 한다.

주변부를 가진 열교환기 또는 냉각기를 통과한 이후에, 냉각제는 자동차 산업의 표준에 따라서 섭씨 113 도까지의 최대 온도를 가져야 한다. 그러나 극단적인 주위 온도 또는 불리한 경우에서의 특히 고수요를 가진 적용예에서, 차량의 내부 연소 엔진의 냉각제 회로의 냉각제는 예를 들어 섭씨 120 도 또는 심지어 섭씨 130 도의 온도에 도달할 수 있다.

따라서 전자 요소들의 허용 가능한 작동 온도와 냉각제 온도 사이의 오직 몇 도의 작은 온도 차이만이 이용 가능하다. 외부 온도 또는 내부 연소 엔진의 작동 상태에 대한 곤란한 조건하에서도 냉각제 펌프에서 전자 요소들의 신뢰성 있는 작동을 보장하기 위하여, 이용 가능한 작은 온도 차이에도 불구하고 전자 요소들과 냉각제 사이의 효율적인 열 전달을 만들어야 하는 기술적인 필요성이 존재한다.

더욱이, 냉각제 펌프는 통상적으로 내부 연소 엔진에 인접하여 공간 절감 방식으로 설치된다. 냉각제 펌프는 결국 내부 연소 엔진의 폐열 때문에 상당히 높은 주위 온도로써 가열을 겪는다.

독일 특허 DE 11 2013 003 549 T5 는 도넛 형상의 제어 회로를 가진 자동차에 적용하기 위한 냉각제 펌프를 개시하며, 상기 제어 회로는 임펠런트(impellent)의 축방향 높이에서 반경 방향 펌프 챔버에 맞닿는다. 펌프에는 습윤 작동되는 모터가 설치되고 펌프는 습식 부싱(wet bushing)에 의하여 펌프 챔버로부터 분리된다. 그러나, 도넛 형상 제어 회로는 습식 러너(wet runner)의 고정자와 함께 감싸이고 따라서 그것의 폐열을 겪는다.

일본 출원 JP 2004 316548 A 은 유동 냉각 제어 회로 및 소형 축방향 구조 높이를 가진 액체 펌프를 개시한다. 제어 회로는 모터의 대향측에서 펌프의 유입부 둘레에 있는 펌프 하우징의 외측상에 배치된다.

본 발명의 목적은 내부 연소 엔진의 냉각제 회로를 통하여 전기 펌프 구동부의 제어 회로의 효과적인 냉각을 보장하는 전기 냉각제 펌프를 제공하는 것이다.

그러한 목적은 청구항 제 1 항에 따른 전기 냉각제 펌프에 의하여 본 발명에 따라서 달성된다. 이러한 펌프는 특히, 펌프 챔버가 전기 모터의 대향측에 있는 펌프 하우징의 측부에 개방되고, ECU 챔버가 펌프 챔버를 향하는 측부에 개방되고; 펌프 챔버의 개방된 측부 및 ECU 챔버의 개방된 측부가 열교환 덮개에 의하여 분리되고, 열교환 덮개는 펌프 챔버로의 유입부 입구에서 개방되고; ECU 챔버가 제작되는 재료는 열교환 덮개 및/또는 나선형 하우징 섹션이 제작되는 재료보다 낮은 열전도성을 가지는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 우선 제어 회로가 열교환 덮개에 의하여 펌프 챔버에서의 대류 전달로부터 분리되는데, 제어 회로는, 전기 모터에 대향된 펌프 하우징의 측부상에서 유입부 둘레에 배치된다.

본 발명은 더욱이 제어 회로가 전달 유동에 의해 냉각되고 또한 내부 연소 엔진에 인접하여 여전히 높은 주위 온도에 대하여 단열되기도 한다.

열교환 덮개의 재료의 증가된 열전도에 기인하여, 제어 회로와 냉각제의 전달 유동 사이에 보다 낳은 열교환이 이루어진다. 임펠러에 인접하게 제어 회로 및 열교환 덮개를 배치하는 것은 짧은 길이의 온도 그래디언트(temperature gradient)와의 열적 브리지(thermal bridge)를 더 제공한다.

제어 회로는 분리되게 배치되며 전기 모터로부터의 그 어떤 폐열도 흡수하지 않는다. 상기 언급된 관련 기술과는 대조적으로, 본 발명에 따른 냉각제 펌프는 단순화된 조립이 가능하다는 장점을 더 가진다. 개방형 스타일의 펌프 챔버 때문에, 한편으로는 전기 모터가 다른 한편으로는 특히 임펠러가 조립을 위하여 자유롭게 접근 가능하다. 열교환 덮개를 임펠러 위에 고정할 때, 그 사이의 간극은 보다 정확하게 설정될 수 있다.

더욱이, 제어 회로를 냉각제 펌프의 유입부 둘레에 배치함으로써, 전기 모터의 외측 표면에 그것을 배치할 때보다 작은 축방향 치수가 구현된다. 엔진 구획부 내부에서 보조 유닛들의 수가 증가하기 때문에 공간의 제약이 증가한다는 점에서, 상기의 양상은 자동차의 적용예에서 상당히 유리하다.

본 발명에 따른 전기 냉각제 펌프의 다른 유리한 실시예들은 종속 청구항들의 목적이다.

유리한 실시예에서, 열교환 덮개는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어질 수 있다. 알루미늄은 우수한 열전도성을 특징으로 하고 동시에 충분한 내부식성을 가진다.

유리한 실시예에서, ECU 챔버는 플라스틱의 몰딩 부재(molded piece)로서 형성될 수 있다. 낮은 열전도성을 가진 플라스틱의 엔크로져는, 제조와 관련하여 바람직스럽고 제어 회로를 습기와 오염물로부터 격리할 수 있는 방식으로 내부 연소 엔진에서 고온의 주위 온도로부터 제어 회로를 단열시킬 수 있다.

바람직한 실시예에서, 나선형 하우징 섹션은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어질 수 있으며, 이것은 압력 다이 캐스팅 공정, 사출 몰딩 공정 또는 3D 인쇄 공정의 제조와 관련하여 적절하다. 다이 캐스팅 합금은 나선형 하우징의 특징적인 형상의 제조를 단순화시킨다. 더욱이, 펌프 하우징 영역에서 재료의 열전도성은 모터 조립체 및 ECU 챔버로의 인터페이스에서 온도 흡수를 용이하게 하고 또한 흡수된 온도가 그 안에서 순환하는 전달 유동으로 도입되는 것을 용이하게 한다.

바람직한 실시예에서, 제어 회로의 회로 캐리어의 비장착 측면(unpopulated side)은 열교환 덮개와 평면 접촉될 수 있다. 이러한 방식으로, 냉각제의 전달 유동과 제어 회로 사이의 최대로 가능한 열교환 영역이 제공된다.

바람직한 실시예에서, 제어 회로의 회로 캐리어들은 리드 프레임일 수 있다. 회로 기판 대신에 리드 프레임을 이용하는 것은, 그 어떤 성분, 공동, 내측 플러그 연결, 크림프 연결(crimp connection) 또는 클램핑 연결(clamping connection)도 없이, 전자 요소들의 열교환 덮개로의 열전달을 향상시킬 수 있다.

다른 실시예에서, 제어 회로는 인쇄 회로 기판을 가질 수 있으며, 이것은 전기적으로 연결된 접촉 핀들에 의하여 회로 캐리어로부터 이격된 ECU 챔버내에 유지되는 것이 바람직스럽다. 제어 회로가 논리 회로의 구성 요소를 위한 인쇄 회로 기판을 가지는 경우에, 열교환 덮개의 열교환 표면에 대하여 나머지 요소들을 차폐시키는 것은 전기적으로 연결된 접촉 핀들에 의하여 거리를 두고 공간내에 인쇄 회로를 위치시킴으로써 회피될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 펌프 임펠러는 중심 유입 개구 및 반경 방향 유출 개구들을 가지는 임펠러로서 형성될 수 있고, 유입 개구와 반경 방향 유출 개구들 사이에서 반경 방향 및 축방향으로 형성된 단계들을 포함할 수 있다. 더욱이, 열교환 덮개는 반경 방향으로 번갈아서 돌출부들 및 요부들을 가질 수 있는데, 하나의 돌출부 및 하나의 인접한 요부는 대향측상에서 축방향으로 위치된 펌프 임펠러의 하나의 단계와 각각 반경 방향으로 관련되고, 돌출부들의 축방향 형상들은 관련된 단계들을 향하여 상보적인 방식으로 등급을 이루어 변화됨으로써, 관련된 요부들과 단계들 사이에 간극이 형성된다.

고리형 요부들과 관련된 상보적인 등급 형성(complementary grading)은 열교환 덮개에 있는 유입부의 입구와 임펠러 사이에 미로 밀봉(labyrinth seal)을 만든다. 누설 흐름이 임펠러를 우회할 때, 흐르는 전달 유동으로부터 임펠러의 측면에서 반경 방향 외측으로 분기되는 누설 흐름은 느려지는데, 이는 모세관 효과를 가지는 돌출부들과 인접한 요부들 사이의 간극을 통해 유동할 때 반경 방향으로 압력 영역들을 교번시킴으로써 이루어진다. 미로 밀봉은 나선형 하우징에서 가속된 냉각제의 압력에 반작용함으로써 임펠러를 지나서 역류 유동이 일어나지 않게 하며, 상기 역류 유동은 유입 유동을 손상시킬 것이다.

한편, 미로 밀봉은 펌프의 체적 효율을 향상시킨다. 다른 한편, 미로 밀봉은 돌출부와 요부들을 따라서 확장된 표면 때문에 열교환 덮개가 냉각제와 밀접하게 접촉되는 영역에서 열전달을 향상시킨다.

바람직한 실시예에서, 열교환 덮개는 칼러(collar)를 가질 수 있는데, 이것은 유입부를 에워싸고 그리고/또는 유입부의 입구를 형성한다. 냉각제와의 열교환을 위한 간접 및/또는 직접 접촉 표면은 그렇게 증가될 수 있다. 더욱이, 칼러(collar)는 분리 제조된 유입부의 수용을 가능하게 한다.

바람직한 실시예에서, ECU 챔버 및 유입부는 일체로 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 제조된 구성 요소들의 수와 조립을 위한 수고가 감소될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 전기 냉각제 펌프는 버스 레일(bus rail)을 가질 수 있으며, 이것은 펌프 하우징의 채널을 통해 연장되고 전기 모터의 고정자와 제어 회로 사이에 전기적인 연결을 확립한다. 버스 레일은 모터 조립체에서 펌프 하우징의 삽입을 용이하게 하고, 특히 펌프를 조립하는 동안에 펌프 하우징의 대향측에 대한 모터 공급 라인의 연장을 용이하게 한다.

바람직한 실시예에서, 채널의 내측 표면 섹션과 버스 레일의 외측 표면 섹션 사이에 유격(clearance)이 존재할 수 있으며, 이것은 모터 하우징의 내측 공간과 ECU 챔버 사이의 압력 평형을 가능하게 한다. 따라서 모터 조립체는 외부 날씨 조건에 반하여 밀봉될 수 있고, 가열하는 동안의 과도한 압력은 보다 차가운 ECU 챔버를 향하여 평형화될 수 있다.

바람직한 실시예에서, ECU 챔버는 액체에 불투과성이고 기체에 투과성인 다이아프램으로 폐쇄된 개구를 가질 수 있다. 특히 가열된 모터 조립체의 압력 평형화로부터 초래될 수 있는 과도한 압력은, 추후의 시점에서 냉각하는 동안에 습기의 진입 없이 ECU 챔버 안에서 감소될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 전기 냉각제 펌프는 펌프 하우징과 열교환 덮개 사이에 금속 밀봉체를 가질 수 있다. 금속 밀봉체는 조립에 적절한 탄성을 가지며, 그러한 탄성은 열교환 덮개의 원주 둘레에 분포된 플랜지 스크류로 열교환 덮개를 조일 때 미로 밀봉의 영역에서 임펠러와 열교환 덮개 사이의 간극 크기를 정밀하게 조절할 수 있게 한다.

바람직한 실시예에서, 전기 냉각제 펌프는 펌프 하우징과 펌프 샤프트 사이에 립 밀봉체(lip seal)를 가질 수 있다. 립 밀봉체는 펌프 하우징에서의 펌프 샤프트의 장착에 대하여 임펠러 아래에서 펌프 챔버의 충분한 밀봉을 가능하게 한다. 더욱이, 립 밀봉체는 물 펌프용으로 통상적으로 사용되는 기계적 밀봉체 보다 낮은 마찰 토크, 즉, 스프링에 의하여 미리 텐션을 받는 슬립 링(slip ring) 보다 낮은 마찰 토크를 특징으로 한다.

바람직한 실시예에서, 전기 냉각제 펌프는 펌프 하우징과 전기 모터 사이에서의 누설에 대하여 알루미늄 밀봉체를 가질 수 있다. 따라서 모터 조립체의 하우징은 에워싸여지거나 폐쇄될 필요가 없으며, 모터 조립체를 에워싸기 위한 벽은 생략될 수 있다. 전기 모터의 조립체 이전에 펌프 하우징에 배치된 알루미늄 밀봉체는 펌프 하우징으로부터의 냉각제의 누설 가능성에 대하여 모터 구성 요소들의 개방측을 폐쇄한다. 더욱이, 펌프 하우징의 인터페이스에서 밀봉 재료의 열전도성은 모터 조립체로부터 나선형 하우징 섹션으로의 열전달을 용이하게 하며, 나선형 하우징 섹션은 바람직스럽게는 알루미늄 압력 다이 캐스팅을 이용하여 만들어지고 열을 전달 유동으로 더 도입한다.

바람직한 실시예에서, 모터 하우징은 알루미늄으로 만들어질 수 있고, 모터 하우징에 의하여 전기 모터가 펌프 하우징에 부착된다. 모터 하우징의 열전도성은 다시 모터 조립체로부터 펌프 하우징으로의 열전달을 용이하게 한다.

바람직한 실시예에서, 누설 챔버는 전기 모터의 측부면과 펌프 하우징에 있는 나선형 하우징 섹션의 대향하는 윤곽 사이에 형성될 수 있다. 누설 챔버는 공동을 형성하며, 상기 공동은 누설 밀봉체(leakage seal)에 의하여 모터 조립체의 개방측으로부터 분리된다. 립 밀봉체(lip seal)의 마모 때문에 모터 조립체 안으로 떨어지는 냉각제 형태로 소량의 누설이 발생된다면, 누설 챔버는 지연 및 습기 제거 효과를 달성할 수 있다.

본 발명은 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명된다.
도 1 은 전기 냉각제 펌프의 실시예에 대한 단면도를 도시한다.
도 2 는 도 1 의 전기 냉각제 펌프의 사시도를 도시한다.
도 3 은 도 1 의 전기 냉각제 펌프의 분해 사시도를 도시한다.
도 4 는 임펠러의 엇갈린 윤곽 및 나선형 하우징 섹션의 사시도를 도시한다.
도 5 는 전기 냉각제 펌프의 열교환 덮개상의 제어 회로의 사시도를 도시한다.
도 6 은 샤프트가 장착된 밀봉 모터 조립체의 사시도를 도시한다.
도 7 은 개방된 모터 조립체의 사시도를 도시한다.
도 8 은 다이아프램 개구를 가진 ECU 챔버의 단면도를 도시한다.

본 발명에 따른 전기 냉각제 펌프의 예시적인 실시예의 구조는 도면을 참조하여 아래에 설명된다.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 냉각제 펌프는 축방향에서 실질적으로 3 개 섹션들의 펌프로 이루어지며, 즉, 전기 모터(2), 펌프 하우징(1) 및, 일체화된 유입부(13)를 가진 ECU 챔버(30) 또는 제어 회로(3)로 이루어진다. 조립하는 동안, 축방향으로 삽입되는 스크류 볼트(40)들을 이용하여 섹션들이 접합된다.

설명된 실시예의 개별 구성 요소들에 대한 분리된 도면은 도 3 에 도시되어 있다.

전기 모터(2)는 고정자(25) 및 회전자(26)와 함께 펌프 하우징(1)의 일측에 부착된다. 전기 모터(2)는 모터 하우징(27)에 의하여 감싸이는데, 모터 하우징(27)은 스크류 볼트(40)를 이용하여 펌프 하우징(1)에 플랜지 접합된다. 모터 하우징(27)은 펌프 하우징(1)을 향하는 측에서 개방된다. 누설 밀봉체(41)는 모터 조립체와 펌프 하우징 사이에 개재된다.

전기 모터(2)의 고정자(25)에서, 버스 레일(bus rail, 35)은 고정자의 외측 원주로부터 펌프의 축방향으로 연장된다. 버스 레일(35)은 자체내에 전기 모터(2)의 공급 라인들을 유지함으로써 전력 전자부(power electronics)에 의해 구동되는 고정자(25)의 고정자 코일을 자극한다. 펌프 하우징(1)은 채널(15)을 구비하며, 모터 조립체를 펌프 하우징(1)으로 플랜지 접합할 때 상기 채널 안으로 버스 레일(35)이 삽입된다. 버스 레일은 외부의 부식 영향으로부터 보호된, 펌프 하우징(1)의 내부에서 채널(15)을 통해 연장되고, 펌프 하우징(1)의 대향측에서 전기 모터(2)의 대응하는 공급 라인 접촉부를 제공한다.

펌프 하우징(1)은 전기 모터(2)의 측부상에 볼 베어링(28)을 위한 수용부를 구비하며, 그곳에서 펌프 샤프트(21)는 펌프 하우징(1)으로의 진입 영역에서 그에 대하여 지지되고 회전 가능하게 장착된다. 펌프 하우징(1) 안에서, 축방향으로 펌프 챔버(10)가 이어지며, 펌프 챔버 안으로 펌프 샤프트(21)의 자유 단부가 연장된다. 여기에서 임펠러(20)로 지칭되는, 라디얼 펌프 임펠러(radial pump impeller)는 펌프 챔버(10) 안에 회전 가능하게 수용되고, 펌프 샤프트(21)의 자유 단부에 고정된다. 립 밀봉체(lip seal, 42)는 펌프 샤프트(21)와 펌프 챔버(10) 안의 진입 개구 사이에 삽입된다.

임펠러(20)는 중심 유입 개구(22)를 가진 반경 방향으로 가속되는 펌프 임펠러이며, 상기 개구를 통하여 전달 유동이 냉각제 펌프의 유입부(13)로부터 유인된다. 유입 개구(22) 둘레에, 임펠러(20)의 자켓 부분이 반경 방향 외측으로 그리고 축방향 하류측으로 연장된다. 임펠러(20)의 챔버 유사 유출 개구(24)는 자켓 부분으로부터 더 하류측으로 위치되어, 내측 블레이드들에 의해 분리되는데, 상기 내측 블레이드들은 유입 개구(22) 아래에서 시작되고 유출 개구(25)를 향해 방사상 외측으로 연장된다.

임펠러(20) 둘레에, 펌프 챔버(10)는 라디얼 펌프(radial pump)에 특징적인 나선형 하우징 섹션(11)에 의해 둘러싸인다. 나선형 하우징 섹션(11)은 임펠러(20)로부터의 반경 방향으로 가속된 전달 유동을 수용하고 그것을 유출부(12)를 통하여 냉각제 펌프 밖으로 이끌어서 원주상의 나선형 채널로 이어지게 한다. 본 실시예에서, 유출부(12)와 펌프 하우징(1)의 나머지 부분뿐만 아니라 나선형 하우징 섹션(11)은 압력 다이 캐스팅 합금(pressure die casting alloy)으로 만들어진다.

펌프 챔버(10)는 전기 모터(2)의 대향측상에서 개방된다. 냉각제 펌프의 유입부(13)와 개방측 사이에, 펌프 챔버(10)는 펌프 덮개에 의하여 폐쇄되는데, 다음에서 열교환 덮개(31)로 지칭되는 펌프 덮개로 폐쇄된다. 펌프 챔버(10)의 측면 단부 다음에, 열교환 덮개(31)는 임펠러(20)로부터의 상류측의 개구에서 유입부(13)의 입구 수용부를 제공한다.

열교환 덮개(31)와 임펠러(20) 사이에, 엇갈림 미로 밀봉체(staggered labyrinth seal)가 양쪽 구성 요소들에 제공되어 전달 유동이 임펠러를 우회하는 것을 방지한다. 이러한 목적을 위하여, 도 4 에 도시된 바와 같이 유입 개구(22)와 유출 개구(24) 사이의 임펠러(20)의 자켓 부분에서 일측면상에 반경 방향 단계(23)들이 형성된다.

유입부(13)의 대향하는 입구에서, 반경 방향 돌출부(32a) 및 요부(32b)들은 임펠러(20)의 단계(23)들에 상보적인 열교환 덮개(31) 안으로 형성된다. 돌출부(32a)의 축방향 연장부의 엇갈림은 임펠러(20)의 단계(23)들의 엇갈림에 대응한다. 요부(32b)들은 열교환 덮개(31)에서 돌출부(32a) 각각에 인접하여 반경 방향 외측에서 각각 축방향으로 오목하다. 돌출부(32a), 요부(32b) 및 단계(23)들의 반경 방향 폭은, 열교환 덮개(31)의 하나의 요부(32b) 및 하나의 돌출부(32a)가 임펠러(20)의 단계(23)와 각각 관련되는 방식으로 서로 정렬된다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 간극 및 인접한 고리형 공간이 임펠러(20)와 열교환 덮개(31) 사이의 각각의 단계(23)에 결과된다. 열교환 덮개(31)의 입구 개구의 내측 반경은 임펠러(20)의 유입 개구(22)의 내측 반경을 덮는다. 따라서 유인된 전달 유동의 일부가 자켓 부분을 따라서 임펠러(20)의 유입 개구에서 갈라지고 그 밖으로 임펠러(20)를 우회하는 것이 대부분 방지되는데, 왜냐하면 상기의 미로 밀봉체를 통과할 때 모세관 효과를 가지면서 간극 및 차후에 요부를 번갈아서 그리고 반복적으로 통과하여야 하기 때문이다.

동시에, 돌출부(32a) 및 요부(32b)들의 수는 펌프 챔버(10)로의 열전달을 위하여 제공된 열교환 덮개(31)의 표면적을 증가시키고 요부(32b) 안에 냉각제를 채우는 것은 누설 흐름(leakage stream) 때문에 일정한 교환을 겪는다. 더욱이, 열교환 덮개(31)는 본 실시예에서 알루미늄으로부터 기계 가공된다. 우수한 열전도성 및 내부식성을 가진 금속들이, 예를 들어 알루미늄이 열교환 덮개(31)용으로 적절하다.

금속 밀봉체(43)는 열교환 덮개(31)와 펌프 하우징(1) 사이에 개재된다. 미로 밀봉체의 간극의 미세한 조절은 스크류 볼트(40)의 정해진 조임 토크(tightening torque) 내에서 열교환 덮개(31)의 조립중에 금속 밀봉체(43)의 적절한 탄성에 의해 가능해진다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 제어 회로(3)는 열교환 덮개(31)에 직접 장착되고, 예를 들어 열 전도 페이스트(heat-conducting paste)를 이용하여 고정된다. 상기 언급된 관련 기술에서의 몰딩 회로(molded circuit) 또는 통상적인 회로 기판 대신에, 제어 회로(3)의 캐리어(carrier)는 금속 코어를 가진 리드 프레임(34)으로 만들어지며, 이것은 특히 열교환 덮개로의 파워 전자부(power electronics)의 열 전달을 향상시킨다. 파워 전자부에 더하여, 제어 회로(3)는 회로 기판(36)상에 인쇄된 논리 회로를 구비한다. 논리 인쇄 회로의 회로 기판(36)은 접촉 핀(37)을 통하여 리드 프레임(34)에 전기적으로 연결되고 그로부터 이격된다. 따라서 회로 기판(36)에 대하여 제공될 반경 방향 단부 표면은 회로 기판보다 우수한 열전도성을 가지는 리드 프레임의 표면에서 상실되지 않는다.

제어 회로(3)는 ECU 챔버(30) 안에 수용되는데, 이것은 열교환 덮개(31)를 외부에 대하여 폐쇄시킨다. 도시된 실시예에서, ECU 챔버(30)는 도 2 에 도시된 바와 같이 유입부(13)와 단일체로 형성되고, 예를 들어 플라스틱으로 만들어진다.

버스 레일(35)은 열교환 덮개(31)와 리드 프레임(34)에 있는 개구들을 통해 연장된다. 전기 모터(2)의 공급 라인들과 관련된 접촉부들은 조립과 관련하여 유리한 방식으로 제어 회로(3)의 파워 전자부에 스프링 접촉부들을 통하여 연결된다.

도 6 에 도시된 바와 같이, 모터 조립체는 립 밀봉체(lip seal, 42) 및 알루미늄 누설 밀봉체(41)에 의하여 밀봉된다. 립 밀봉체(42)는 볼 베어링(28)과 펌프 챔버(10) 사이에서 펌프 샤프트(21)상에 놓인다. 알루미늄 누설 밀봉체(41)는 모터 조립체와 펌프 하우징(1) 사이의 평면에서 연장되고 중심 섹션에서 L 형상의 칼러(collar, 44)를 형성하는데, 상기 칼러는 볼 베어링(28)을 위한 펌프 하우징(1)의 수용부를 반경상으로 감싸고 전기 모터(2)를 향하는 방향으로 돌출된다.

만약, 펌프의 고부하 작동중에 또는 립 밀봉체(lip seal, 41)의 마모 증가후에 소량의 누설이 그곳에서 발생된다면, 액적은 펌프 샤프트(21)의 볼 베어링(28)을 통하여 전기 모터(2)의 회전자(26) 또는 고정자(25)에 도달할 수 있다. 특히 액적들이 작동 온도에 있는 구성 요소들과 접촉하게 될 때 침투된 액적들은 모터 조립체 안에서 증발된다.

모터 조립체 안의 공기 체적이 ECU 챔버(30) 안의 공기 체적보다 작동하는 동안에 더욱 가열되고 따라서 압력은 똑같지 않은 양으로 증가한다는 사실에 기인하여, 채널(15)은 압력 평형을 제공한다. ECU 챔버(30) 안의 증가된 압력은 도 8 에 도시된 다이아프램(38)을 통하여 외부로 빠져나갈 수 있으며, 상기 다이아프램(diaphragm, 38)은 기체에 투과되지만 액체에는 불투과로서, ECU 챔버(30)의 개구를 폐쇄시킨다.

펌프가 냉각되면 모터 조립체 안에 부분 진공이 발생될 때, 이것은 습기를 ECU 챔버(30) 안으로 침투시키지 않으면서, 다시 ECU 챔버에 있는 다이아프램(38)을 통하여 그리고 채널(15)을 경유하여 역순으로 평형화될 수 있다.

도 7 에 도시된 바와 같이, 내부 회전자를 가진 전기 모터(2)가 이러한 실시예에서 사용된다. 그러나, 대안의 실시예에서, 도시된 실시예의 버스 레일(35)에 의하여 구성된 바로서 펌프 하우징(1) 및 모터 하우징(27)의 중심 고정자를 위하여 공급 라인이 제공되는 한, 외부 회전자를 가진 전기 모터(2)가 마찬가지로 사용될 수 있다.

또한, 대안의 실시예에서, ECU챔버(30) 및 유입부는 분리되어 형성될 수 있다.

1. 펌프 하우징 2. 전기 모터
3. 제어 회로 30. ECU 챔버
40. 스크류 볼트 27. 모터 하우징

Claims (18)

1. 내부 연소 엔진의 냉각제 회로용으로 구성된 전기 냉각제 펌프로서, 상기 전기 냉각제 펌프는:
   펌프 샤프트(21)를 가진 전기 모터(2);
   이송될 냉각제를 반경 방향으로 가속시키는 펌프 임펠러(20)로서, 펌프 샤프트(21)상에 배치되고 전기 모터(2)에 의해 구동되는, 펌프 임펠러(20);
   펌프 챔버(10)를 가진 펌프 하우징(1)으로서, 펌프 샤프트(21)가 펌프 챔버 안에 회전 가능하게 지지되고, 펌프 임펠러(20)는 펌프 챔버(10)의 반경 방향 원주를 에워싸는 나선형 하우징 섹션(spiral housing section, 11)내에 수용되는, 펌프 하우징(1);
   전기 모터(2)에 대향하는 펌프 하우징(1)의 측부상에서 펌프 챔버(10) 안으로 이어지고 펌프 임펠러(20)에 축방향으로 지향되는 펌프 유입부(13) 및, 나선형 하우징 섹션(11)의 원주 섹션에서 접선상의 배출 방향으로 지향되는 유출부(12);
   전기 모터(2)에 대향하는 펌프 하우징(1)의 측부상에서 유입부(13) 둘레에 배치되고 ECU 챔버(30) 내에 수용된, 제어 회로(3);를 포함하고,
   펌프 챔버(10)는 전기 모터(2)에 대향하는 펌프 하우징(1)의 측부로 개방되고, ECU 챔버(30)는 펌프 챔버(10)를 향하는 측부로 개방되고,
   펌프 챔버(10)의 개방된 측부 및 ECU 챔버(30)의 개방된 측부는 열교환 덮개(31)에 의하여 분리되고, 열교환 덮개는 유입부(13)의 입구에서 펌프 챔버(10)로 개방되고,
   ECU 챔버(30)가 제작되는 재료는, 열교환 덮개(31) 및/또는 나선형 하우징 섹션(11)이 제작되는 재료보다 낮은 열전도성을 가지는 것을 특징으로 하는, 전기 냉각제 펌프.
2. 제 1 항에 있어서, 열교환 덮개(31)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제작되는, 전기 냉각제 펌프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, ECU 챔버(30)는 플라스틱의 몰딩된 부재로 형성되는, 전기 냉각제 펌프.
4. 제 1 항에 있어서, 나선형 하우징 섹션(11)은 압력 다이 캐스팅 공정, 사출 몰딩 공정 또는 3D 인쇄 공정의 제조에 관하여 적절한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제작되는, 전기 냉각제 펌프.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제어 회로(3)의 회로 유지부(circuit carrier, 34)의 비장착 측부(unpopulated side)는 열교환 덮개(31)와 평면 접촉되어 있는, 전기 냉각제 펌프.
6. 제 5 항에 있어서, 제어 회로(3)의 회로 유지부(34)는 리드 프레임(lead frame)인, 전기 냉각제 펌프.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제어 회로(3)는 인쇄 회로 기판(36)을 포함하고, 상기 인쇄 회로 기판은 전기적 연결 접촉 핀(37)들에 의하여 회로 캐리어(circuit carrier, 34)로부터 이격된 ECU 챔버(30) 안에 바람직스럽게 유지되는, 전기 냉각제 펌프.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   임펠러로서의 펌프 임펠러(20)에는 중심 유입 개구(22) 및 반경 방향 유출 개구(24)가 형성되고, 상기 펌프 임펠러는 반경 방향 및 축방향에서 유입 개구(22)와 반경 방향 유출 개구(24)들 사이의 케이싱 부분에 형성된 단계(step, 23)들을 포함하고,
   열교환 덮개(31)는 반경 방향으로 번갈아서 돌출부들(32a) 및 요부들(32b)을 포함하고, 돌출부(32a) 및 인접한 요부(32b)는 대향측상에 축방향으로 배치된 펌프 임펠러(21)의 단계(23)와 각각 반경 방향으로 관련되고,
   관련된 요부들(32a)과 단계들(23) 사이에 간극이 형성되도록, 돌출부(32a)의 축방향 형상들은 관련된 단계들(23)에 상보적인 방식으로 변화되는, 전기 냉각제 펌프.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 열교환 덮개(31)는, 유입부(13)를 에워싸고 그리고/또는 유입부(13)의 입구를 형성하는 칼러(collar, 33)를 포함하는, 전기 냉각제 펌프.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, ECU 챔버(30) 및 유입부(13)는 일체로 형성되는, 전기 냉각제 펌프.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 펌프 하우징(1) 안에서 채널(15)을 통해 연장되는 버스바 레일(busbar rail, 35)을 더 포함하고, 상기 버스바 레일은 전기 모터(2)의 고정자(25)와 제어 회로(3) 사이에 전기 연결을 확립하는, 전기 냉각제 펌프.
12. 제 11 항에 있어서, 채널(15)의 내부 표면과 버스바 레일(35)의 외부 표면 사이에 간극이 유지되고, 상기 간극은 모터 하우징(27)의 내측 공간과 ECU 챔버(30) 사이의 압력 평형을 가능하게 하는, 전기 냉각제 펌프.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, ECU 챔버(30)는 개구를 포함하고, 상기 개구는 액체에 불투과성이고 기체에 투과성인 다이아프램(38)에 의해 폐쇄되는, 전기 냉각제 펌프.
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 펌프 하우징(1)과 열교환 덮개(31) 사이에 금속 밀봉체(43)를 더 포함하는, 전기 냉각제 펌프.
15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 펌프 하우징(1)과 펌프 샤프트(21) 사이에 립 밀봉체(lip seal, 42)를 더 포함하는, 전기 냉각제 펌프.
16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 펌프 하우징(1)과 전기 모터(2) 사이에 알루미늄 누설 밀봉체(leakage seal, 41)을 더 포함하는, 전기 냉각제 펌프.
17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 모터 하우징(27)에 의하여 전기 모터(2)가 펌프 하우징(1)에 부착되고, 상기 모터 하우징(27)은 알루미늄으로 제작되는, 전기 냉각제 펌프.
18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 전기 모터(2)의 측면과 펌프 하우징(1)에 있는 나선형 하우징 섹션(11)의 대향하는 윤곽 사이에 누설 챔버(14)가 형성되는, 전기 냉각제 펌프.

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