KR20030013187A

KR20030013187A - 비엘디씨 마그네트 펌프

Info

Publication number: KR20030013187A
Application number: KR1020010047539A
Authority: KR
Inventors: 한흥도; 장흥석
Original assignee: 한흥도; 장흥석
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2003-02-14

Abstract

본 발명은 BLDC 마그네트 펌프에 관한 것이다. 본 발명은 제1케이싱(10)과 제2케이싱(20)이 외관을 형성한다. 상기 제1케이싱(10)과 제2케이싱(20)이 형성하는 공간은 격리케이싱(30)에 의해 고정자(40)가 설치되는 공간과 펌프실(22)로 구획된다. 상기 격리케이싱(30)에는 상기 펌프실(22) 방향으로 요입되게 고정자쳄버(34)가 형성되고, 상기 고정자(40)가 설치되는 공간을 향해 상기 고정자쳄버(34)의 외주면을 둘러 임펠러채널(32)이 형성된다. 상기 펌프실(22)에 설치되는 임펠러(50)에는 상기 임펠러채널(32)에 위치되는 종동마그네트부(52)가 형성되고, 상기 종동마그네트부(52)가 형성된 반대쪽에는 유체를 펌핑하기 위한 날개(54)가 다수개 형성된다. 상기 날개(54)와 마주보도록 상기 펌프실(22)의 내부에는 전면측판(60)이 형성된다. 상기 전면측판(60)에는 상기 제2케이싱(20)에 형성된 흡입구(26)의 내측에 안착되는 안착돌부(62)가 형성된다. 상기 안착돌부(62)를 관통하여서는 상기 흡입구(26)를 통해 전달된 유체를 상기 날개(54)로 전달하는 연통공(63)이 형성되어 있다. 이와 같은 본 발명에 의하면 펌프의 체적효율이 높아지고 고청정의 유체를 펌핑할 수 있게 된다.

Description

비엘디씨 마그네트 펌프{BLDC magnet pump}

본 발명은 마그네트 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원심식 BLDC 마그네트 펌프에 관한 것이다.

도 1에는 종래 기술에 의한 마그네트 펌프의 내부 구성이 단면도로 도시되어 있다. 이에 도시된 바에 따르면, 마그네트펌프의 외관을 제1 및 제2 케이싱(1,1')이 형성한다. 상기 제1 및 제2 케이싱(1,1')의 내부에는 각각 흡입커버(1a)와 배면커버(1b)가 구비되고, 상기 흡입커버(1a)와 배면커버(1b)의 사이에 펌프실(1c)이 형성된다.

상기 펌프실(1c)로는 상기 흡입커버(1a)를 관통하여 흡입구(1d)가 유체유입로(1k)를 통해 연결되고, 상기 배면커버(1b)의 일측을 관통하여 토출구(1e)가 연결된다. 여기서 상기 유입로(1k)와 토출구(1e)는 아래에서 설명될 임펠러(2)의 날개 외주부의 일측에 형성된다.

상기 펌프실(1c)의 내부에는 임펠러(2)가 설치된다. 상기 임펠러(2)는 상기 흡입커버(1a)의 중앙에 설치된 베어링(1g)에 회전가능하게 지지된다. 상기 임펠러(2)에는 상기 펌프실(1c) 내부의 유체를 가압하기 위한 날개(2g)가 다수개 형성되어 있다. 상기 날개(2g)에는 전면측판(2h)이 구비되어 펌핑효율을 높여준다. 상기 임펠러(2)의 요크(2b)에는 영구자석(2c)이 설치되어 있다.

다음으로 상기 제2케이싱(1')의 내부, 즉 상기 흡입커버(1a)에 의해 상기 펌프실(1c)과 구획되는 부분에는 상기 임펠러(2)를 회전시키기 위한 고정자(5)가 설치된다. 상기 고정자(5)는 상기 임펠러(2)의 영구자석(2c)과 자기적 상호작용을 하여 상기 임펠러(2)를 회전시키게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

원심펌프의 특성곡선에 따르면, 펌프의 양정 또는 펌프의 입출구 정압차의 변화에 의해 임펠러(2)의 축방향으로 작용하는 힘이 변화하게 된다. 즉, 임펠러(2)에는 일측에 펌프 흡입구(1d)의 정압이 가해지고, 타측에 원심력에 의해 상승된 토출구(1e)의 정압이 미치게 된다. 따라서 임펠러의 전면과 배면에는 항상 이러한 압력차에 의한 축추력이, 도 1에 화살표로 표시한 바와 같이, 흡입구(1d)방향으로 작용하게 된다.

그리고 상기한 바와 같은 구성을 가지는 종래의 마그네트 펌프에서는 고정자(5)와 임펠러(2) 사이의 자기력의 전달이 모두 축방향으로 이루어지게 구성되어 있다. 따라서 임펠러(2)와 고정자(5) 사이에는 임펠러(2)의 회전축방향에 대해 항상 끌어당기는 방향으로 자기력이 작용한다. 이러한 자기력은 위에서 설명한 축추력과 함께 펌프의 임펠러(2)에 대해 흡입구(1d) 방향으로 작용하게 되고, 상기 흡입커버(1a)의 중앙에 설치된 베어링(1g)에 의해 지지되고 있다. 결국 상기 축방향 자기력에 의한 힘이 상기 베어링(1g)에 부가되어 베어링(1g)의 마모를 증대시키고 수명을 단축시키게 된다.

그리고 상기와 같은 종래 기술에서는 상기 펌프실(1c)의 내부에 베어링(1g)이 위치하고 있어 베어링(1g)에 첨가된 윤활유 등에 의해 펌핑되는 유체가 오염되는 문제점이 있다. 따라서 펌핑되는 유체의 고청정이 요구되는 의료분야나 화공분야 등에서 종래의 마그네트 펌프를 사용할 수 없다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원심식 마그네트 펌프의 펌프실 내에서 임펠러의 축방향으로 작용하는 힘을 최소화하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고청정의 유체를 펌핑할 수 있는 원심식 마그네트 펌프를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 마그네트 펌프의 구성을 보인 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 BLDC 마그네트 펌프의 바람직한 실시예의 구성을 보인 분해사시도.

도 3은 본 발명 실시예의 구성을 보인 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 제1케이싱12: 설치공간

14: 플랜지15: 체결공

17: 전원연결부20: 제2케이싱

22: 펌프실24: 플랜지

25: 체결공26: 흡입구

27: 토출구30: 격리케이싱

32:임펠러채널34: 고정자쳄버

40: 고정자41: 구동마그네트부

43: 기판50: 임펠러

52: 종동마그네트부54: 날개

60: 전면측판62: 안착돌부

63: 연통공

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 외관을 구성하고 유체의 유동을 위한 흡입구와 토출구가 구비되는 제1 및 제2케이싱과, 상기 제1 및 제2케이싱에 의해 형성되는 공간 내에 설치되고 구동마그네트부를 구비하는 구동부와, 상기 제1 및 제2케이싱에 의해 형성되는 공간을 상기 구동부의 설치를 위한 부분과 상기 흡입구와 토출구와 연통되는 펌프실로 구획하고, 상기 구동마그네트부가 내부로 요입되게 설치되며 상기 요입된 부분을 둘러 원주방향으로 마주보게 임펠러채널을 구비하는 임펠러하우징과, 상기 임펠러채널에 안착되는 종동마그네트부를 일측면에 구비하고 상기 펌프실내로 유입된 유체를 가압하는 날개를 타측면에 구비하며 상기 펌프실 내에서 상기 구동마그네트부와 종동마그네트부의 상호작용에 의해 회전되는 임펠러와, 상기 흡입구와 상기 임펠러의 날개사이에 위치되어 상기 흡입구를 통해 흡입된 유체를 임펠러의 중심으로 안내하고 임펠러의 회전을 지지하는 전면측판을 포함하여 구성된다.

상기 임펠러채널은 상기 구동마그네트부의 안착을 위해 요입된 부분의 외주를 둘러 형성된다.

상기 임펠러채널은 상기 구동마그네트부의 안착을 위해 요입된 부분의 내주를 둘러 형성된다.

상기 흡입구의 부분은 상기 제2케이싱의 외부로 돌출되게 형성되고, 상기 전면측판은 상기 임펠러의 날개에 일체로 형성되며, 상기 전면측판의 안착돌부가 상기 흡입구의 내주면에 대해 소정의 틈새를 가지고 회전가능하게 지지된다.

상기 흡입구의 부분은 상기 제2케이싱의 외부로 돌출되게 형성되고, 상기 돌출된 흡입구의 내측 부분에 상기 전면측판의 연통공이 형성된 안착돌부가 압입되어 설치된다.

상기 전면측판은 마찰계수가 적은 테프론으로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 BLDC 마그네트 펌프에 의하면 자기력에 의한 축추력을 제거할 수 있으므로 베어링의 마모를 줄이고 내구성을 향상시키고, 제2케이싱과 전면측판 사이의 공극이 없으므로 펌프의 체적효율이 높아지고, 별도의 베어링을 사용하지 않고 펌핑하는 유체를 이용한 미끄럼베어링 구조를 채용함에 의해 고청정의 유체를 펌핑할 수 있게 된다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 BLDC 마그네트 펌프의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바에 따르면, 제1케이싱(10)과 제2케이싱(20)이 모터의 외관을 형성한다. 상기 제1케이싱(10)의 내부에는 아래에서 설명될 고정자(40)가 안착되는 설치공간(12)이 형성된다. 그리고 상기 제1케이싱(10)의 일측에는 상기 제2케이싱(20)과의 체결을 위한 플랜지(14)가 형성된다. 상기 플랜지(14)에는 체결공(15)이 다수개 천공된다. 도면 부호 17은 외부와의 전기적 연결을 위한 전원연결부이다.

상기 제2케이싱(20)의 그 내부에 펌프실(22)이 형성되는 부분이다. 상기 제2케이싱(20)에는 상기 제1케이싱(10)과의 체결을 위한 체결공(25)을 구비하는 플랜지(24)가 구비된다. 상기 제2케이싱(20)에는 상기 펌프실(22)로 유체를 도입하는 흡입구(26)가 그 일면 중심에 형성된다. 상기 흡입구(26)는 상기 제2케이싱(20)의 외면으로 돌출되게 형성되어, 그 내부에 소정의 공간을 형성한다. 그리고 상기 제2케이싱(20)의 일측에는 토출구(27)가 형성된다. 상기 토출구(27)는 상기 펌프실(22)에서 가압된 유체를 외부로 토출하는 부분이다.

상기 제1케이싱(10)과 제2케이싱(20)의 내부공간은 격리케이싱(30)에 의해 구획된다. 즉 상기 격리케이싱(30)과 제1케이싱(10)에 의해 형성되는 공간에는 아래에서 설명될 고정자(40)가 안착되고, 격리케이싱(30)과 제2케이싱(20)에 의해서는 펌프실(22)이 형성되고, 상기 펌프실(22)에 아래에서 설명될 임펠러(50)가 안착된다.

상기 격리케이싱(30)에는 그 중앙에 상기 펌프실(22)을 향해 요입되게 고정자쳄버(34)가 형성된다. 상기 고정자쳄버(34)에는 고정자(40)가 안착된다. 상기 고정자쳄버(34)의 외주면을 둘러서는 상기 제1케이싱(10)의 방향으로 요입되게 임펠러채널(32)이 형성된다. 따라서 상기 고정자쳄버(34)의 외주면과 상기 임펠러채널(32)의 내주면은 서로 마주보게 된다.

이와 같은 구성을 가지는 격리케이싱(30)은 상기 임펠러채널(32)과 고정자쳄버(34)의 서로 마주보는 부분을 통해 자기력을 주고받을 수 있어야 하므로 투자력이 우수한 자기 무유도체인 탄소소재를 다량 함유한 소재로 제작되는 것이 바람직하다.

상기 제1케이싱(10)과 격리케이싱(30)이 형성하는 공간에는 고정자(40)가 설치된다. 상기 고정자(40)는 그 외주면을 둘러서 구동마그네트부(41)가 구비된다. 상기 구동마그네트부(41)는 상기 고정자쳄버(34)에 안착되어 상기 임펠러채널(32)과 원주방향으로 마주보게 설치된다. 상기 구동마그네트(41)는 인가되는 전원에 따라 자력을 발생시키게 된다.

상기 고정자(40)에는 기판(43)이 구비되고, 상기 기판(43)에는 고정자(40)의 제어를 위한 각종 부품이 구비된다. 상기 기판(43)은 상기 전원연결부(17)를 통해 외부와 전기적으로 연결된다.

상기 제2케이싱(20)과 격리케이싱(30)이 형성하는 펌프실(22)의 내부에는 임펠러(50)가 설치된다. 상기 임펠러(50)는 그 일면에 상기 임펠러채널(32)에 안착되는 종동마그네트부(52)가 구비된다. 상기 종동마그네트부(52)는 상기 임펠러(50)에 일체로 형성되는 것으로 상기 임펠러체널(32)에 안착됨에 의해 상기 구동마그네트부(41)의 원주방향으로 마주보게 된다. 이와 같은 종동마그네트부(52)는 상기 임펠러(50)에 자석을 부착하거나, 임펠러(50) 자체에 착자하여 형성할 수 있다.

상기 임펠러(50)의 타면에는 상기 펌프실(22) 내부의 유체를 가압하기 위한 날개(54)가 다수개 형성된다. 상기 날개(54)는 상기 임펠러(50)의 중앙으로 상기 흡입구(26)를 통해 전달된 유체를 임펠러(50)의 외주로 안내하여 상기 토출구(27)로 토출되게 한다.

다음으로 상기 제2케이싱(20)의 흡입구(26)에는 펌프실(22)의 내부에서 전면측판(60)의 안착돌부(62)가 압입된다. 상기 안착돌부(62)를 통해 상기 전면측판(60)을 관통하여서는 연통공(63)이 천공되어 있다. 상기 연통공(63)은 상기 흡입구(26)를 통해 전달된 유체를 상기 임펠러(50)의 날개(54)로 안내하게 된다. 이와 같은 전면측판(60)은 상기 날개(54)와의 사이에 유체에 의해 형성되는 막을 두고 서로 마찰하게 되므로 마찰계수가 낮은 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 재질로는 테프론을 예로 들 수 있다.

한편, 도면으로 도시하지는 않았지만, 본 발명의 다른 실시예가 있다. 여기서는 상기 격리케이싱(30)에서 상기 고정자쳄버(34)가 상기 임펠러채널(32)보다 외측에 형성된다. 즉 상기 임펠러채널(32)의 외주면을 둘러 상기 고정자쳄버(34)가 형성되는 것이다.

이와 같은 구성에 의해 상기 임펠러(50)의 종동마그네트부(52) 역시 상기 임펠러채널(32)에 대응되는 위치에 형성된다. 이와 같이 하면 임펠러(50)의 종동마그네트부(52)와 고정자(40)의 구동마그네트부(41) 사이의 자기력에 의해 임펠러(50)의 축방향으로 작용하는 힘을 제거할 수 있게 된다.

그리고 상기 전면측판(60)을 상기 임펠러(50)의 날개(54)에 부착하여 설치할 수도 있다. 이때에는 상기 전면측판(60)의 안착돌부(62)가 상기 흡입구(26)의 내부에 압입되지 않고, 소정의 간격을 가지고 설치되도록 한다. 이와 같이 하는 경우 상기 안착돌부(62)의 외주면은 상기 흡입구(26)의 내주면과의 사이에 소정의 간격을 가지고 상기 유체가 이들 사이에 막을 형성하여 미끄럼베어링의 역할을 하게 된다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 BLDC 마그네트 펌프의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 펌프에 의해 유체가 가압되어 전달되는 것을 설명한다. 전원연결부(17)를 통해 외부로 부터 전원이 공급되면, 상기 고정자(40)의 구동마그네트부(41)에 전원이 인가되어 자기력이 발생한다. 상기 자기력은 상기 임펠러(50)의 종동마그네트부(52)와 자기적 상호작용을 일으킨다. 따라서 상기 임펠러(50)는 상기 펌프실(22) 내에서 회전하게 된다. 이때 상기 구동마그네트부(41)와 종동마그네트부(52) 사이에서는 상기 구동마그네트부(41)의 원주방향으로 서로 자기력을 주고받게 된다.

여기서 상기 고정자(40)의 구동마그네트부(41)와 임펠러(50)의 종동마그네트부(52) 사이의 원활한 회전을 위해서는, 상기 구동마그네트부(41)의 자기력을 브러시없이 주기적으로 변화시켜야 한다. 이를 위해 상기 구동마그네트부(41)의 코일에 발생하는 역기전력을 감지하여 구동마그네트부(41)의 전자석의 극성을 변화시키는 방법을 사용하였다.

상기와 같이 임펠러(50)가 회전하게 되면, 상기 날개(54)가 함께 회전하면서 상기 흡입구(26)를 통해 외부로부터 유체가 흡입된다. 상기 흡입구(26)를 통해 흡입된 유체는 상기 연통공(63)을 통해 상기 전면측판(60)을 지나 상기 날개(54)로 전달되고, 상기 회전하는 날개(54)를 따라 임펠러(50)의 외주방향으로 안내되면서 가압된다. 상기 임펠러(50)의 외주방향으로 전달된 유체는 상기 토출구(27)를 통해 외부로 배출된다.

이때, 상기 임펠러(50)는 상기 종동마그네트부(52)가 상기 격리케이싱(30)의 임펠러채널(32) 내부에 위치된 상태로 회전하게 된다. 이때 상기 임펠러채널(32)의 내면과 상기 종동마그네트부(52)의 사이에는 상기 펌핑되는 유체의 일부가 전달되어 막을 형성하고 있다. 따라서 상기 임펠러채널(32)과 종동마그네트부(52)는 상기 임펠러(50)를 격리케이싱(30)에 대해 회전가능하게 지지하는 미끄럼베어링의 역할을 하게 된다. 이와 같은 격리케이싱(30)은 위에서 설명한 바와 같이 탄소소재를 다량 함유한 소재이므로 일종의 미끄럼 베어링의 역할을 할 수 있다.

그리고 상기 임펠러(50)의 날개(54)는 상기 전면측판(60)의 일면과 일정한 간격을 두고 마주보게 된다. 따라서 상기 날개(54)의 선단과 상기 전면측판(60)의 사이에도 역시 상기 유체가 막을 형성하여 존재하게 된다. 결국 상기 날개(54)는 상기 전면측판(60)의 일면에 지지된 상태로 회전하게 되어 상기 전면측판(60)이 일종의 미끄럼 베어링의 역할을 하게 된다. 이와 같은 격리케이싱(30)은 위에서 설명한 바와 같이 탄소소재를 다량 함유한 소재 이므로 일종의 미끄럼 베어링의 역할을 할 수 있다.

한편, 상기 전면측판(60)이 상기 날개(54)에 일체로 형성되는 경우에는 상기 전면측판(60)의 안착돌부(62)가 제2케이싱(20)의 흡입구(26) 내경면과 소정의 간격을 가지고 설치되어 이들 사이에 미끄럼 베어링의 역할을 하게 된다. 이와 같은 경우에는 상기 날개(54)와 전면측판(60)이 미끄럼 베어링의 역할을 하는 때와 비교할 때 상대적으로 마찰면적이 줄어들게 된다.

그리고 상기 격리케이싱(30)의 임펠러채널(32)의 원주방향에 상기 고정자쳄버(34)가 형성되는 경우에도 임펠러(50)의 회전축방향으로 힘이 작용하는 것을 충분히 방지할 수 있게 된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 BLDC 마그네트 펌프는 모터부의 회전자와 대응되는 종동마그네트부를 임펠러에 일체로 형성하고, 상기 임펠러의 종동마그네트부와 고정자의 구동마그네트부가 임펠러의 회전방향에 대해 원주방향으로 자기력을 주고받도록 하였다. 이와 같이 함에 의해 상기 임펠러의 회전축방향으로 작용하는 힘을 줄여 펌프실 내에 설치되는 임펠러의 축방향 이동을 최소화하였고 베어링의 마모를 감소시킨다.

또한, 전면측판과 임펠러의 날개가 미끄럼마찰로 회전하도록 하여 상호 공극을 최소화하여 펌프의 체적효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

그리고 상기 임펠러의 종동마그네트부가 임펠러케이싱의 임펠러채널에 소정의 간격을 가지고 위치되도록 하고 임펠러의 날개가 전면측판과 일정한 간격을 가지고 설치되게 하여 펌핑되는 유체가 이들 사이에 막을 형성하도록 하여 별도의 베어링이 없이도 상기 임펠러가 펌프실 내에서 지지되어 회전되도록 하였다. 따라서 별도의 베어링이 없어도 되므로 펌핑되는 유체에 베어링의 윤활유가 전달되는 것을 방지할 수 있어 고청정이 필요한 유체를 펌핑할 수 있게 된다.

Claims

외관을 구성하고 유체의 유동을 위한 흡입구와 토출구가 구비되는 제1 및 제2케이싱과,

상기 제1 및 제2케이싱에 의해 형성되는 공간 내에 설치되고 구동마그네트부를 구비하는 구동부와,

상기 제1 및 제2케이싱에 의해 형성되는 공간을 상기 구동부의 설치를 위한 부분과 상기 흡입구와 토출구와 연통되는 펌프실로 구획하고, 상기 구동마그네트부가 내부로 요입되게 설치되며 상기 요입된 부분을 둘러 원주방향으로 마주보게 임펠러채널을 구비하는 임펠러하우징과,

상기 임펠러채널에 안착되는 종동마그네트부를 일측면에 구비하고 상기 펌프실내로 유입된 유체를 가압하는 날개를 타측면에 구비하며 상기 펌프실 내에서 상기 구동마그네트부와 종동마그네트부의 상호작용에 의해 회전되는 임펠러와,

상기 흡입구와 상기 임펠러의 날개 사이에 위치되어 상기 흡입구를 통해 흡입된 유체를 임펠러의 중심으로 안내하고 임펠러의 회전을 지지하는 전면측판을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 BLDC 마그네트 펌프.
제 1 항에 있어서, 상기 임펠러채널은 상기 구동마그네트부의 안착을 위해 요입된 부분의 외주를 둘러 형성됨을 특징으로 하는 BLDC 마그네트 펌프.
제 1 항에 있어서, 상기 임펠러채널은 상기 구동마그네트부의 안착을 위해 요입된 부분의 내주를 둘러 형성됨을 특징으로 하는 BLDC 마그네트 펌프.
제 2 항 또는 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡입구의 부분은 상기 제2케이싱의 외부로 돌출되게 형성되고, 상기 전면측판은 상기 임펠러의 날개에 일체로 형성되며, 상기 전면측판의 안착돌부가 상기 흡입구의 내주면에 대해 소정의 틈새를 가지고 회전가능하게 지지됨을 특징으로 하는 BLDC 마그네트 펌프.
제 2 항 또는 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡입구의 부분은 상기 제2케이싱의 외부로 돌출되게 형성되고, 상기 돌출된 흡입구의 내측 부분에 상기 전면측판의 연통공이 형성된 안착돌부가 삽입되어 설치됨을 특징으로 하는 BLDC 마그네트 펌프.