KR102648355B1 - 스크류 펌프 - Google Patents

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KR102648355B1
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pcb
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KR1020220145222A
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이현태
이우근
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주식회사 코아비스
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Abstract

본 발명은 스크류의 회전에 의해 유체를 압송하는 스크류 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스크류 펌프의 제어를 위한 PCB 기판이 스크류 펌프를 통해 압송되는 유체에 의해 냉각되는 스크류 펌프에 관한 것이다.

Description

스크류 펌프 {Screw pump}
본 발명은 스크류의 회전에 의해 유체를 압송하는 스크류 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스크류 펌프의 제어를 위한 PCB 기판이 스크류 펌프를 통해 압송되는 유체에 의해 냉각되는 스크류 펌프에 관한 것이다.
스크류 펌프는 용적식 펌프의 원리를 이용하며, 하나 이상의 스크류를 사용하여 스크류 축을 따라 유체 또는 고체를 이동시키도록 구성되며, 종래에는 식품, 유제품, 음료, 화장품, 제약 및 화학 응용 분야에서 사용되어 왔으나, 최근에는 자동차 분야에서 전기 자동차용 냉각 모듈의 냉각 유체 순환을 위해 사용되기도 한다.
일반적으로 스크류 펌프는, 모터와 상기 모터의 구동축에 결합되어 회전하는 수 스크류 및 이와 맞물려 회전되는 암 스크류를 포함하고, 수 스크류와 암 스크류의 회전에 의해 저압 측에서 고압 측으로 유체를 압송하도록 구성된다.
한편 스크류 펌프는, 모터의 구동을 제어하기 위한 PCB 기판을 포함하며, PCB 기판이 수용되도록 스크류 펌프 상에는 PCB 기판 장착부가 구비된다. 이때 PCB 기판은 동작 시 섭씨 100도 이상의 고온으로 발열하고, 발열이 유지될 경우 PCB 기판이 손상될 우려가 있기 때문에 PCB 기판을 냉각하기 위한 수단 역시 스크류 펌프 상에 필수로 요구된다.
종래에는, PCB 기판을 냉각시키기 위해 PCB 기판 장착부의 일부 또는 전체를 전도성 금속 재질의 히트싱크로 구성하여 방열에 의해 PCB 기판을 냉각시키는 방식이 적용되고 있다. 이러한 대류 냉각 방식의 경우 PCB 기판 장착부의 주변 온도가 높으면 냉각 성능이 떨어지는 문제가 있다. 특히 PCB 기판 장착부가 모터 주변에 구비될 경우 모터에서 발생되는 열로 인해 PCB 냉각 성능 저하가 배가되는 문제가 있다.
또한, 전도성 금속 재질의 히트싱크 일예로 알루미늄 히트싱크의 경우 고가이기 때문에 생산 비용이 증가하고, 스크류 펌프의 케이스와 이종 재질인 히트싱크를 스크류 펌프에 적용하기 위해 히트싱크를 별물로 구비하여 조립 하는 등 조립 공정이 복잡해지는 문제가 추가로 발생된다.
일본공개특허공보 제2016-075176호(2016.05.12. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 발열이 심한 PCB 기판을 스크류 펌프 상의 압송되는 냉각유체에 인접하여 배치하여 상기 냉각유체를 통해 PCB 기판을 냉각시키도록 한 스크류 펌프를 제공함에 있다.
또한, PCB 기판이 수용되는 PCB 장착부를 냉각유체가 압송되는 케이싱 상에 일체로 형성한 스크류 펌프를 제공함에 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 스크류 펌프는, 구동모터와, 상기 구동모터의 구동축에 연결되는 스크류와, 상기 구동모터와 스크류가 수용되며, 냉각유체 유동공간이 형성된 케이스와, 상기 구동모터에 전원을 공급하고 상기 구동모터의 제어를 위한 제어부를 포함하는 스크류 펌프에 있어서, 상기 제어부는, 상기 냉각유체와 열교환 하여 냉각되도록 상기 케이스의 외면에 구비된다.
또한, 상기 스크류 펌프는, 상기 스크류가 수용되는 스크류 케이스와, 상기 구동모터가 수용되는 모터 케이스를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 스크류 케이스의 외면에 형성된다.
또한, 상기 제어부는, PCB 기판과, 상기 PCB 기판이 수용되는 PCB 장착부를 포함하고, 상기 PCB 장착부는, 상기 스크류 케이스의 외면에 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PCB 장착부는, 상기 케이스와 동일한 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PCB 장착부는, 상기 PCB 기판이 수용되도록 내부에 장착 공간이 형성된 장착 몸체(521)와, 상기 장착 몸체(521)의 상측 개방면을 밀폐하는 커버(522)로 구성되며,상기 장착 몸체는, 상기 스크류 케이스의 외면에서 상기 PCB 기판이 장착되는 영역만큼의 공간을 형성하도록 내측으로 일정 깊이 함몰 형성된다.
또한, 상기 장착 몸체의 바닥면과, 상기 스크류 케이스의 내주면 사이에는, 열전도성 재질의 열전도 부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 커버(522)의 내측에는, 외부와 상기 PCB 기판(510)의 단열을 위한 단열 부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 스크류 펌프는, PCB 기판을 스크류 펌프 내를 유동하는 냉각유체를 통해 냉각시키기 때문에 대류 냉각 방식에 비해 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉각유체를 통해 일정한 온도로 PCB 기판을 냉각시키기 때문에 외부 온도 또는 주변 온도에 상관없이 PCB 기판의 냉각성능을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, PCB 기판 조립을 위한 PCB 장착부가 스크류 펌프 케이스와 동일한 재질로 스크류 펌프 케이스에 일체로 성형이 가능하기 때문에 제조비용이 절감되고 조립 공정 간소화로 인해 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 스크류 펌프의 전체 사시도
도 2는 도 1의 AA' 단면도
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 스크류 펌프의 PCB 장착부의 커버가 제거된 사시도
도 4는 도 3의 BB' 단면도
도 5는 종래 스크류 펌프 동작 시 제어부의 온도분포를 나타낸 도면
도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 스크류 펌프 동작 시 제어부의 온도분포를 나타낸 도면
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에는, 본 발명의 일실시 예에 따른 스크류 펌프(1000)의 전체 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는, 본 발명의 일실시 예에 따른 스크류 펌프(1000)의 단면도가 도시되어 있다.(도 1의 AA' 단면도) 또한, 도 3에는, 본 발명의 일실시 예에 따른 스크류 펌프(1000)의 PCB 장착부(520)의 커버(522)가 제거된 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는, 스크류 펌프(1000)의 PCB 장착부(520)의 커버(522)가 제거된 사시도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 스크류 펌프(1000)는, 크게 구동모터(100), 케이스(200), 한 쌍의 스크류(300) 및 제어부(500)로 구성될 수 있다.
우선, 구동모터(100)는 하우징(110), 스테이터(120), 로터(130) 및 구동축(150)으로 구성될 수 있다. 하우징(110)은 내부가 중공 되며 상하 양단이 개방되게 형성되어, 내부와 외부가 연통된 관 형태가 될 수 있다. 스테이터(120)는 하우징(110)의 내부에 구비되어 하우징(110)의 내벽면에 결합되어 고정되며, 스테이터(120)는 중앙부분이 상하 양면을 관통하도록 비어있는 형태로 형성될 수 있다. 로터(130)는 코어 부분이 스테이터(120)의 내측에 삽입되어 스테이터(120)의 내측면과 일정거리 이격되게 배치될 수 있으며, 로터(130)는 코어의 중앙부에 상하를 관통하도록 삽입된 형태로 구동축(150)이 결합될 수 있다. 또한, 구동축(150)은 코어의 상단에서 상측으로 돌출된 형태로 연장 형성되며, 코어의 하단에서 하측으로 돌출된 형태로 연장 형성될 수 있다.
케이스(200)는 내부에 냉각유체가 유동하는 공간이 형성되며, 냉각유체가 유입되는 유입구(210)와, 냉각'유체가 유출되는 유출구(220)가 형성되되, 스크류(300)가 안착되는 스크류 케이스(230)와, 구동모터(100)가 안착되는 모터 케이스(240)로 구분될 수 있다. 본 실시 예에서 유출구(220)는 유입구(210)의 대향 측에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 케이스(200)의 원주 방향을 따라 냉각유체 유입 방향에 수직한 방향으로 형성될 수도 있다. 또한 유출구(220)는 모터 케이스(240) 측에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 스크류 케이스(230)에 형성될 수도 있다.
스크류(300)는, 제1 스크류와 제2 스크류로 구성될 수 있다. 상기 제1 스크류는, 회전축의 외주면을 따라 나선형의 돌기가 돌출 형성된 수 스크류가 될 수 있다. 또한, 제1 스크류는 상단부가 구동모터(100)의 구동축(150)에 결합될 수 있으며, 제1스크류와 구동축(150)은 커플링 등을 통해 서로 결합되어 구동축(150)과 제1 스크류가 함께 회전되도록 구성될 수 있다.
상기 제2 스크류는 회전축의 외주면을 따라 나선형의 홈이 오목하게 형성된 암 스크류가 될 수 있으며, 제2 스크류의 나선형 홈은 제1 스크류의 나선형 돌기에 대응되는 형태로 형성되어, 제1 스크류와 제2 스크류가 맞물려 함께 회전되도록 구성될 수 있다.
제어부(500)는 외부에서 전력을 공급 받아 구동모터에 전달하고, 외부에서 스크류 펌프 구동신호를 전달 받아 구동모터를 제어하기 위해 구성된다. 이를 위해 제어부(500)는, PCB 기판(510)과, PCB 기판(510)이 수용되는 PCB 장착부(520)와, 외부 전원 및 신호를 전달 받기 위한 PCB 커넥터(550)를 포함하여 구성된다.
이때 본 발명의 일실시 예에 따른 스크류 펌프(1000)는, PCB 기판(510) 구동 시 발생되는 열을 스크류 펌프(1000) 내부로 유동하는 냉각유체와 열교환 시켜 PCB 기판(510)을 냉각시키기 위해 다음과 같은 구성을 갖는다.
PCB 장착부(520)는 PCB 기판(510)이 수용되도록 내부에 장착 공간이 형성된 장착 몸체(521)와, 장착 몸체(521)의 상측 개방면을 밀폐하는 커버(522)로 구성될 수 있다.
이때 장착 몸체(521)는 수용된 PCB 기판(510)이 스크류 펌프(1000) 내부를 유동하는 냉각유체와 열교환 가능하도록 스크류 케이스(230)의 외면에 구비될 수 있다. 모터 케이스(240)의 외면에 구비될 경우 구동모터(100)의 발열로 인해 열교환 효율이 떨어질 수 있으므로, 바람직하게 장착 몸체(521)는 스크류 케이스(230) 상에 구비될 수 있다.
보다 구체적으로 장착 몸체(521)는 스크류 케이스(230)와 동일한 재질로 이루어질 수 있고, 스크류 케이스(230)에 일체로 형성될 수 있다. 즉 장착 몸체(521)는 스크류 케이스(230)의 외면에서 PCB 기판(510)이 장착되는 영역만큼의 공간을 형성하도록 내측으로 일정 깊이 함몰 형성될 수 있다. 다른 실시 예로 장착 몸체(521)는 열전도도가 높은 엔지니어링 플라스틱 재질로 이루어져 스크류 케이스(230)의 외면에 결합될 수도 있다.
따라서 장착 몸체(521)의 바닥면에 PCB 기판(510)이 장착됨에 따라 스크류 케이스(230)의 내주면을 따라 유동하는 냉각유체와 스크류 케이스(230)의 외주면에 배치된 PCB 기판(510)이 서로 열교환 하여 PCB 기판(510)의 발열을 냉각시키도록 구성될 수 있다.
위와 같이 섭씨 100도 이상으로 발열되는 PCB 기판(510)이 섭씨 60도 이하를 유지하는 냉각 유체와 열교환 되어 냉각됨에 따라 냉각 성능을 향상시킬 수 있고, 특히 외부(주변)온도가 PCB 기판(510)의 온도에 근접 하더라도, 외부(주변)온도에 상관없이 PCB 기판(510)의 냉각 성능을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 장착 몸체(521)가 스크류 케이스(230)와 동일한 재질로 스크류 케이스(230)에 일체로 성형됨에 따라 제조 단가를 줄이고 제조 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.
추가 실시 예로 PCB 가판(510)과 냉각 유체의 열교환 공간상에는 열교환 효율을 높이기 위해 금속 재질의 열전도 부재(미도시)가 삽입될 수 있다. 상기 열전도 부재는 케이스(200) 성형 시 삽입되어 이중 사출의 형태로 성형될 수 있다.
또한, 커버(522)의 내측에는 외부와 PCB 기판(510)의 단열을 위해 단열 부재가 구비될 수 있다. 따라서 PCB 장착부(520)의 주변 온도가 상승하더라도, 외부 열기가 PCB 기판(510)에 영향을 주지 않도록 구성될 수 있다.
도 5 내지 도 7에는 본 발명의 일실시 예에 따른 스크류 펌프(1000)의 제어부(500)의 냉각 성능이 종래에 비해 개선되었음을 입증하는 해석 자료가 도시되어 있다.
도 5에는, 종래 스크류 펌프 동작 시 제어부의 온도분포를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 구체적으로 소비전력이 15A이고, 케이스가 PPS로 이루어지며, 내부를 유동하는 냉각유체의 온도가 섭씨 70도인 스크류 펌프의 제어부의 온도분포를 도시하였다.
도시된 바와 같이 제어부가 구동모터의 하단부에 인접하여 장착되는 종래 스크류 펌프의 경우 섭씨 156도에서 163도의 온도분포를 나타냄을 알 수 있다.
도 6 및 도 7에는, 본 발명의 일실시 예에 따른 스크류 펌프(1000) 동작 시 제어부(500)의 온도분포를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 구체적으로 도 6에는 소비전력이 15A 이고, 케이스가 PPS로 이루어지며, 내부를 유동하는 냉각유체의 온도가 섭씨 85도인 스크류 펌프의 제어부(500)의 온도분포가 도시되어 있고, 도 7에는 소비전력이 15A 이고, 케이스가 PPS로 이루어지며, 내부를 유동하는 냉각유체의 온도가 섭씨 70도인 스크류 펌프의 제어부(500)의 온도분포가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 제어부(500)가 스크류 케이스(230)에 일체로 형성되고, 냉각유체의 온도가 섭씨 85도인 경우 제어부(500)의 온도는 섭씨 85도에서 122도의 온도분포를 나타냄을 알 수 있다.
또한, 냉각 유체의 온도가 섭씨 70도인 경우 제어부(500)의 온도는 섭씨 72도에서 109도의 온도 분포를 나타냄을 알 수 있다.
위와 같은 해석 결과와 같이 본 발명의 일실시 예에 따른 스크류 펌프는, 종래 스크류 펌프에 비해 냉각 성능이 약 54도 이상 개선되었음을 확인할 수 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
1000 : 스크류 펌프
100 : 구동모터
110 : 하우징
120 : 스테이터
130 : 로터
150 : 구동축
200 : 케이스
210 : 유입구
220 : 유출구
230 : 스크류 케이스
240 : 모터 케이스
300 : 스크류
500 : 제어부
510 : PCB 기판
520 : PCB 장착부
521 : 장착 몸체
522 : 커버
550 : PCB 커넥터

Claims (7)

  1. 구동모터와, 상기 구동모터의 구동축에 연결되는 스크류와, 상기 구동모터와 스크류가 수용되며, 냉각유체 유동공간이 형성된 케이스와, 상기 구동모터에 전원을 공급하고 상기 구동모터의 제어를 위한 제어부를 포함하는 스크류 펌프에 있어서,
    상기 제어부는 상기 냉각유체와 열교환 하여 냉각되도록 상기 케이스의 외면에 구비되되,
    상기 케이스는 상기 스크류가 수용되는 스크류 케이스와, 상기 구동모터가 수용되는 모터 케이스를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 스크류 케이스의 외면에 형성되는, 스크류 펌프.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    PCB 기판과, 상기 PCB 기판이 수용되는 PCB 장착부를 포함하고,
    상기 PCB 장착부는, 상기 스크류 케이스의 외면에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는, 스크류 펌프.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 PCB 장착부는, 상기 케이스와 동일한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 스크류 펌프.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 PCB 장착부는,
    상기 PCB 기판이 수용되도록 내부에 장착 공간이 형성된 장착 몸체(521)와, 상기 장착 몸체(521)의 상측 개방면을 밀폐하는 커버(522)로 구성되며,
    상기 장착 몸체는,
    상기 스크류 케이스의 외면에서 상기 PCB 기판이 장착되는 영역만큼의 공간을 형성하도록 내측으로 일정 깊이 함몰 형성되는, 스크류 펌프.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 장착 몸체의 바닥면과, 상기 스크류 케이스의 내주면 사이에는,
    열전도성 재질의 열전도 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는, 스크류 펌프.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 커버(522)의 내측에는,
    외부와 상기 PCB 기판(510)의 단열을 위한 단열 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는, 스크류 펌프.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20050011213A1 (en) * 2003-07-17 2005-01-20 Denso Corporation Electric-powered compressor
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