KR102419493B1 - 유체 펌핑 시스템 - Google Patents

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KR102419493B1
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크리스티안 후머
빅토르 라츠
미카엘 바드사크
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한온 시스템즈 이에프피 도이칠란드 게엠베하
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Abstract

내연 기관을 가지는 차량용 유체 펌핑 시스템으로, 상기 유체 펌핑 시스템은 하우징(3); 전기 모터(20); 상기 내연 기관에 의하여 구동될 수 있는 제1 부재, 상기 전기 모터(20)에 의하여 구동되는 제2 부재 및 제3 부재를 가지는 유성 기어(7); 및 상기 유성 기어 세트의 제3 부재에 의하여 구동되는 펌프(14)를 포함하고, 상기 하우징(3)은 펌프 플랜지(4) 및 도르래 커버(6)를 가지는 도르래(5)에 의하여 폐쇄되고, 적어도 상기 도르래(5) 및/또는 상기 도르래(5)에 배치되는 링 기어(10)는 플라스틱으로 제조된다.

Description

유체 펌핑 시스템
본 발명은 내연 기관 차량용 유체 펌핑 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 하우징; 전기 모터; 내연 기관에 의해 구동될 수 있는 제1 부재, 상기 전기 모터에 의해 구동되는 제2 부재 그리고 제3 부재를 가지는 유성(遊星) 기어; 및 상기 유성 기어 세트의 제3 부재에 의해 구동되는 펌프를 포함하는 유체 펌핑 시스템에 관한 것으로, 상기 하우징은 펌프 플랜지(flange) 및 도르래 커버를 가지는 도르래에 의해 폐쇄된다.
많은 차량에는 펌프가 구비되어 압력 하에 유체를 차량의 여러 지점으로 전달한다. 현재 생산되는 대부분의 차량에는 차량의 내연 기관에 의하여 구동되는 하나 이상의 펌프가 구비된다. 이러한 펌프의 예들은 유체 펌프, 연료 펌프, 물 펌프, 연소 기관 오일 펌프, 변속기 오일 펌프, 과급기, 터보 과급기, 동력 조향 펌프, 에어컨 압축기 및 자동 변속기, 이송 케이스, 클러치 및 기타 많은 차량 펌핑 요구 사항들과 같은 장치용 작동 시스템에 흐름을 공급하는 유체 펌프를 포함한다.
예를 들어, 많은 펌프는 정용량형 펌프로서 구성되어 배치 비용을 최소화한다. 상기 정용량형 펌프는 최대 시스템 요구를 근거로 하여 최대 유량과 최대 압력을 제공하기 위하여 일반적으로 치수화된다. 그러나, 최대 요구는 차량 운행의 대부분에 있어서 반드시 필요한 것은 아니다. 그러므로, 비교적 낮은 출력이 요구되는 경우, 상기 펌프는 비교적 높은 출력을 비효율적으로 제공한다. 보다 낮은 출력이 아닌 더 높은 출력을 제공하는 데에 소비되는 에너지는 에너지 낭비로 간주될 수 있다. 더구나, 하이브리드 차량을 포함한 일부 신형 차량의 구성은 항상 내연 기관을 이용하는 것은 아니다. 최대의 연비를 달성하기 위하여, 하이브리드 차량의 내연 기관은 차량 작동 중에 여러 번 꺼졌다 켜졌다 할 수 있다.
따라서, 내연 기관이 유체 펌프의 유일한 에너지원이 되는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 전기 모터에 의하여 구동되는 펌프는 자동차 응용 분야에서도 이용될 수 있다. 그러나, 오로지 전기 모터로만 구동되는 모터는 일반적으로 내연 기관에 의하여 기계적으로 구동되는 펌프와 동일한 작동 효율을 나타내지 않는다. 따라서, 이중 에너지 원을 가지고 있어서 차량의 에너지 효율을 향상시키고 필요할 때 차량 작동의 서로 다른 모드 중에 펌핑된 유체를 제공하는 펌프에 대한 기술적 요구가 있을 수 있다.
미국 출원 US 8 714 942 B2에 따르면, 내연 기관 차량용 유체 펌핑 시스템이 공지되어 있는데, 이 시스템은 전기 모터를 포함하고, 내연 기관에 의하여 구동될 수 있는 제1 요소, 상기 전기 모터에 의하여 구동되는 제2 요소 및 제3 요소를 가지는 유성 기어 세트를 포함한다. 펌프는 상기 유성 기어 세트의 제3 요소에 의하여 구동된다. 펌프가 이용하는 체인 휠은 유성 기어의 링 기어와 일체로 형성된다. 상기 전기 모터는 속빈축(중공축, 中空軸)을 통해 유성 기어의 유성 운반체를 구동시키고, 유체 펌프 축은 태양 기어(중심에 있는 기어)에 연결된다.
본 발명의 목적은 비용 효율적 설계의 유체 펌핑 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 내연 기관을 가지는 차량용 유체 펌핑 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 내연 기관을 가지는 차량용 유체 펌핑 시스템을 제공하는 데, 상기 유체 펌핑 시스템은 하우징; 전기 모터; 상기 내연 기관에 의해 구동될 수 있는 제1 부재, 상기 전기 모터에 의해 구동되는 제2 부재 및 제3 부재를 가지는 유성(遊星) 기어; 및 상기 유성 기어 세트의 제3 부재에 의해 구동되는 펌프를 포함하고, 상기 하우징은 펌프 플랜지(flange) 및 도르래 커버를 가지는 도르래에 의하여 폐쇄된다. 적어도 도르래 및/또는 도르래에 배치되는 링 기어는 플라스틱으로 제조되며, 상기 도르래의 특별한 형상으로 인하여 비용 효율적인 생산이 용이하게 가능하다.
상기 도르래가 판금(板金)으로 제조된다면 특히 유리하다. 판금(板金)으로 제조된 구성 요소는 다양한 제조 공정들에 의하여 복잡한 형상들로 제조될 수 있고, 따라서, 본 발명에 따른 해결 수단이 특별히 최적화한 방법으로 실현되도록 한다.
상기 링 기어가 플라스틱으로 제조되어 도르래에 눌려진다면 판금을 이용하여 상기 도르래를 제조하는 것이 유리한 해결 수단이 된다. 상기 링 기어는 적어도 하나의 오목부 및/또는 돌출부를 통해 위치적으로 안전한 방식으로 상기 도르래 커버에 연결되는 것이 유리하다.
이러한 연결은 서로에 대한 구성 요소들의 위치를 확인하면서 도르래 커버가 쉽게 조립되게 한다.
특별히 간단한 해결 수단은 상기 도르래와 상기 링 기어가 플라스틱으로 일체로 제조되는 것이다. 도르래가 유성 기어에 대한 장착 공간을 형성하는 것이 유리하다. 도르래의 간결한 설계는 도르래가 하우징의 일부와 함께 베어링 용 용기를 형성하는 접촉면을 형성할 수 있도록 한다. 이러한 특수한 베어링 배열로 인해, 힘이 직접 하우징에 전달되고 축으로부터 멀리 떨어져 있다.
도르래의 특수한 베어링 배열로 인해, 펌프는 방사상 샤프트 밀봉부로 인해 전기 모터로부터 밀봉될 수 있어서 단부면 기계적 밀봉이 불필요하다.
특수한 베어링 배열은 또한 펌프의 임펠러(impeller)가 복렬볼 베어링에 의해 지지되도록 하여 설치 공간을 절약할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참고하여 예로써 아래에 설명된다.
도 1은 일 실시의 예에 따른 개략도이다.
도 2는 유성 기어의 평면도이다.
도 3은 도르래의 단면도이다.
도 4는 유체 펌핑 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1은 펌프 플랜지(flange)(4)에 의해 폐쇄되는 펌프 하우징(3)으로 이루어진 유체 펌핑 시스템(1)의 개략적인 구조를 도시한다. 상기 유체 펌핑 시스템(1)은 3개의 주요 구성 요소들을 가진다. 상기 유체 펌핑 시스템의 펌프(14)는 샤프트(shaft)(2)를 따라 우측에 배치된다. 중심에는 BLDC 모터인 전기 모터(20)가 있다. 이는 중공축으로서 설계된 회전자(rotor)(22) 및 고정자(21)를 가진다. 고정자 내부에는 습기로부터 상기 전기 모터(20)를 밀봉하는 펌프 플랜지(4)의 밀봉벽(4a)이 있다. 도르래(5)는 상기 샤프트(2)의 단부 영역(2a)의 좌측에 배치된다. 상기 도르래(5)는 유성(遊星) 기어(7) 형태로 감속 기어를 포함하도록 설계된다. 상기 도르래(5)는 판금(板金)의 조각으로부터 구부러진 구성 요소이다. 상기 도르래(5)는 내연 기관을 거쳐 벨트 구동을 위한 마찰면의 역할을 하는 외주(5a)를 가진다. 또한, 상기 도르래(5)는 내측으로 감소된 원주(5b)를 가지는데, 설치 공간(5c)이 형성되어 상기 유성 기어(7)를 수용한다. 원주(5d)로의 추가적인 원주 감소로 인해, 상기 도르래는 베어링(16)에 대한 접촉면(5e)를 형성한다. 본 실시의 예에서, 상기 도르래는 매끄러운 외주(5a)를 가지지만, 질감 있는 구동 벨트에 대한 질감 표면으로 설계하는 것도 생각할 수 있다. 상기 유성 기어(7)용 링 기어(10)는 상기 도르래(5)의 설치 공간(5c)으로 눌려진다.
상기 링 기어(10)는 도르래로 눌려지는 플라스틱 소재로 제조된다. 또한 판금으로 제조되는 유성 기어 커버(6)는 상기 유성 기어(7)를 덮는 역할을 한다. 상기 유성 기어 커버는 상기 플라스틱 링 기어(10)의 돌출부(들)(15)과 결합되도록 설계되는 하나 이상의 오목부(13)를 가진다.
상기 유체 펌프가 상기 도르래(5)를 통해 내연 기관에 의하여 구동되면, 상기 도르래(5)는 상기 압입 링 기어(10) 및 상기 유성 기어 커버(6)와 함께 회전한다. 상기 유성 기어(7)는 또한 플래닛(planet, 遊星)(11)이 회전 가능하게 장착되는 플래닛 운반부(9) 및 태양 기어(8)로 이루어진다. 상기 태양 기어(8)는 회전 가능하게 고정되는 방식으로 상기 샤프트(2)에 연결된다.
상기 펌프 하우징(3)의 축 방향 연장 영역(3a)와 함께, 상기 도르래는 또한 이중 볼(double ball) 베어링인 베어링(16) 용 장착 공간(17)을 형성한다. 상기 하우징의 복렬볼(double-row ball) 베어링에 의한 상기 도르래의 이러한 베어링 배열은 상기 유체 펌핑 시스템(1)의 기능성 구동을 통해서가 아니라 하우징 구조체를 통하여, 즉 상기 플래닛 운반부(9), 샤프트(2), 및 펌프의 베어링을 통하여 동력전달을 제공한다. 이는 동일 중심성(中心性)을 향상시키므로 물 펌프의 기계적 밀봉에 대한 하중을 감소시킨다. 그러므로, 방사상 샤프트 밀봉부(19)는 종래의 기계적 단부면 밀봉부를 대신하여 이용될 수 있다. 상기 유체 펌프의 임펠러(impeller) 베어링용 복렬볼 베어링(18)을 이용함으로써 과거에 이용된 니들(needle) 베어링을 가지는 볼 베어링으로 이루어진 베어링 조립체에 비하여 축 방향 설치 공간을 절약한다. 상기 샤프트(2)는 단일 베어링 포인트(23)에 의해 지지된다.
다른 실시의 예에서, 상기 도르래(5)는 판금으로 제조되지 아니하고, 상기 링 기어(10)와 함께 플라스틱으로 사출 성형된다.
상기 유체 펌핑 시스템은 기계적 전기적 결합 구동에 의하여 동작할 수 있다. 전기적 구동이 BLDC모터에 의하여 제공되는 반면, 기계적 구동은 벨트 구동 및 상기 도르래(5)에 의하여 제공된다. 상기 구동 기능은 벨트 구동과 전기 구동을 직접 서로 결합시키는 중첩 기어, 즉 상기 유성 기어(7)에 결합된다.
1 유체 펌핑 시스템
2 샤프트
2a 단부 영역
3 하우징
3a 축 방향 연장 영역
4 펌프 플랜지
4a 밀봉벽
5 도르래
5a 외주
5b 감소 원주
5c 설치 공간
5d 원주
5e 접촉면
6 유성 기어 커버
7 유성 기어
8 태양 기어
9 플래닛 운반부
10 링 기어
11 플래닛
12 베어링
13 오목부
14 펌프
15 돌출부
16 베어링
17 장착공간
18 복렬볼 베어링
19 방사상 샤프트 밀봉부
20 전기 모터
21 고정자
22 회전자
23 베어링 포인트

Claims (10)

  1. 내연 기관을 가지는 차량용 유체 펌핑 시스템으로서, 상기 유체 펌핑 시스템은
    하우징(3);
    전기 모터(20);
    상기 내연 기관에 의하여 구동될 수 있는 링 기어(10), 상기 전기 모터(20)에 의하여 구동되는 플래닛 운반부(9) 및 태양 기어(8)를 가지는 유성(遊星) 기어(7); 및
    상기 유성 기어 세트의 태양 기어(8)에 의하여 구동되는 펌프(14)를 포함하고,
    상기 하우징(3)은 펌프 플랜지(4) 및 도르래 커버(6)를 가지는 도르래(5)에 의하여 폐쇄되고,
    적어도 상기 도르래(5) 또는 상기 도르래(5)에 배치되는 링 기어(10)는 플라스틱으로 제조되고,
    상기 도르래(5)는 내연 기관을 통한 벨트 구동을 위한 마찰면 역할을 하는 외주(5a), 유성 기어(7)를 위한 설치 공간(5c)을 형성하는 내측으로 감소된 원주(5b) 및 상기 하우징(3)의 축방향 연장 영역(3a)과 함께 베어링(16)용 용기를 형성하는 접촉면(5e)을 형성하는 추가 감소된 원주(5d)를 포함하는, 유체 펌핑 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도르래(5)는 판금(板金)으로 제조되는, 유체 펌핑 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 링 기어(10)는 플라스틱으로 제조되며 상기 도르래(5)에 눌려질 수 있는, 유체 펌핑 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 링 기어(10)는 적어도 하나의 오목부(13) 또는 돌출부(15)를 통해 위치적으로 안전한 방식으로 상기 도르래 커버(6)에 연결되는, 유체 펌핑 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도르래(5)와 상기 링 기어(10)는 플라스틱으로 일체로 제조되는, 유체 펌핑 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 펌프(14)는 방사상 샤프트 밀봉부(19)로 인해 상기 전기 모터로부터 밀봉되는, 유체 펌핑 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 펌프(14)의 임펠러(impeller)는 복렬볼 베어링(18)에 의해 지지되는, 유체 펌핑 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    샤프트(2)는 단일 베어링 포인트(23)에 의해 지지되는, 유체 펌핑 시스템.
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