KR20050111449A - 슬림형 액체펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 슬림형 액체펌프는, 일정 용적의 액체 수용공간이 형성되며, 액체가 흡입 및 배출될 수 있도록 상기 수용공간과 연통되는 흡입구와 배출구가 구비된 펌프 하우징; 상기 펌프 하우징 내에 회전 가능하게 수납되는 임펠러; 상기 펌프 하우징 내에서 임펠러의 저면에 고정되는 판상의 계철; 상기 펌프 하우징 내에서 상기 계철의 저면에 고정되는 판상의 마그네트; 및 상기 마그네트의 평면에 대하여 자기장을 인가하도록 상기 마그네트와 분리되어 상기 펌프 하우징의 내부 또는 외부에 고정되는 판상의 코일부재;를 포함한다. 따라서, 액체의 누설이 방지되고 펌프의 소형화가 가능하다.

Description

슬림형 액체펌프{SLIM TYPE LIQUID PUMP}

본 발명은 액체펌프에 관한 것으로서, 특히 펌프 하우징 외부로 액체가 누설되지 않으며, 소형으로 제작될 수 있는 구조를 갖는 슬림형 액체펌프에 관한 것이다.

일반적으로 액체펌프는 모터를 이용해 임펠러(Impeller)를 회전시켜 액체를 흡입 및 배출시키도록 구성되는 펌핑장치로서, 액체를 원하는 지점으로 이송시키거나 순환시키는 용도로 널리 사용된다.

도 1에는 종래기술에 따른 액체펌프의 구성이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 종래의 액체펌프에는 흡입구(10a) 및 배출구(10b)가 형성된 펌프 하우징(10)과, 펌프 하우징(10) 내에 수납되는 임펠러(11)와, 펌프 하우징(10)의 외부로부터 내부로 연장되어 임펠러(11)에 연결되는 회전축(12a)을 갖는 모터(12)가 구비된다.

도 1에 도시된 액체펌프는, 펌프 하우징(10)을 관통하도록 설치된 회전축(12a)에 의해 모터(12)로부터 임펠러(11)로 회전력이 전달됨으로써 흡입구(10a)를 통해 펌프 하우징(10) 내로 액체가 유입되는 흡입동작과, 흡입된 액체가 가압되어 배출구(10b)를 통해 밀려 나가는 배출동작이 반복적으로 수행된다. 그러나, 이러한 액체펌프는 모터(12)의 회전축(12a)이 펌프 하우징(10)을 관통하도록 설치되는 구조상 펌프 하우징(10)과 회전축(12a) 사이의 틈을 통해 액체가 누설되는 현상이 필연적으로 발생하는 문제가 있다. 비록, 통상적으로 펌프 하우징(10)과 회전축(12a) 사이의 틈에 대한 기밀을 유지하도록 소정의 펌프 케이스(13)에 고정되는 패킹(14)을 구비하는 방식이 사용되기는 하나, 액체펌프를 장시간 사용할 경우에는 패킹(14)이 노후되어 근원적인 누설 대책이 될 수 없다.

도 2에는 액체 누설문제를 감안하여 제시된 다른 액체펌프의 구성이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 종래의 다른 액체펌프는 임펠러(21)가 수용되는 펌프 하우징(20)과, 펌프 하우징(20)과 내부공간이 연통되도록 연결되는 모터 하우징(23)과, 모터 하우징(23) 내에 수용되되 회전축(22a)을 통해 임펠러(21)에 연결되는 원통형의 마그네트(Magnet)(22)와, 마그네트(22)를 둘러싸도록 모터 하우징(23)의 외부에 코일 권선체(24)를 구비한다. 또한, 기밀을 위해 모터 하우징(23)과 코일 권선체(24)는 몰딩처리(25)된다. 이러한 액체펌프는, 회전자인 마그네트(22)가 사실상 임펠러(21)와 동일 수용공간에 위치하게 되므로 액체 누출문제를 근본적으로 해결할 수 있다.

도 2에 도시된 액체펌프는 마그네트(22)가 원통형으로 이루어짐과 아울러 코일 권선체(24)가 모터 하우징(23)의 외부를 둘러싸도록 장착되는 구조상, 마그네트(22), 모터 하우징(23) 및 코일 권선체(24)의 두께가 모두 더해져 펌프의 전체 폭이 지나치게 증가하게 되며, 또한 마그네트(22)의 원통길이와 회전축(22a)의 길이가 더해져 펌프의 전체 길이가 증가하게 되는 취약점이 있다. 따라서, 이러한 액체펌프는 소형화 추세에 있는 각종 전자기기의 냉각장치로 사용하기에 부적합하며, 임펠러(21)의 후면 즉, 마그네트(22) 주변의 공간이 불필요하게 넓어 흡입구(20a)를 통해 유입된 액체가 바로 배출구(20b)로 빠져나가지 못해 유동손실이 증가하게 되므로 결국 펌프 효율이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

한편, 대한민국 특허등록 제327846호(베어링 장치 및 이 베어링 장치를 이용한 액체펌프)에는, 케이싱 내부에 격납되어 종동마그네트가 되는 임펠러와, 이 케이싱 외측에서 DC모터에 의해 회전하여 임펠러를 회전시키는 유도마그네트를 구비한 액체펌프가 개시되어 있다. 또한, 대한민국 실용신안등록 제121136호(액체펌프)에는, 액체저장용기 내에서 임펠러와 일체로 회전하는 자성체와, 액체저장용기 외부에서 모터에 의해 회전하여 자성체를 회전시키는 영구자석을 구비한 액체펌프가 개시되어 있다.

이 선행기술들에 의하면 모터의 회전축이 케이싱(혹은 액체저장용기)을 관통하지 않으므로 액체의 누설이라는 문제는 없다. 그러나, 이러한 액체펌프들은 모터의 점유면적을 감안할 때 여전히 슬림형의 액체펌프를 제작하기 곤란하며, 이로 인해 소형화 추세에 있는 각종 전자기기의 냉각장치로 사용하기에 부적합한 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 펌프 하우징 외부로 액체가 누설되지 않으며, 슬림형 구조를 갖는 액체펌프를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 슬림형 액체펌프는, 펌프 하우징 내에 임펠러와 회전자인 계철 및 마그네트를 배치하고, 마그네트와 분리되어 펌프 하우징의 내부 또는 외부에 고정자인 코일부재를 배치한다. 여기서, 계철, 마그네트 및 코일부재는 모두 판상으로 함으로써 슬림화가 가능하며 별도의 모터를 필요로 하지 않는다.

즉 본 발명의 일측면에 따른 액체펌프는, 일정 용적의 액체 수용공간이 형성되며, 상기 액체가 흡입 및 배출될 수 있도록 상기 수용공간과 연통되는 흡입구와 배출구가 구비된 펌프 하우징; 상기 펌프 하우징 내에 회전 가능하게 수납되는 임펠러; 상기 펌프 하우징 내에서 상기 임펠러의 저면에 고정되는 판상의 계철; 상기 펌프 하우징 내에서 상기 계철의 저면에 고정되는 판상의 마그네트; 및 상기 마그네트의 평면에 대하여 자기장을 인가하도록 마그네트와 분리되어 상기 펌프 하우징 내부 또는 외부에 고정되는 판상의 코일부재;를 포함한다.

상기 계철은 상기 임펠러에 직접 부착되고, 상기 마그네트는 상기 계철에 직접 부착되는 것이 바람직하다.

상기 계철과 마그네트의 표면은 액체와의 접촉에 따른 부식을 방지하기 위하여 폴리머 물질로 코팅되는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 임펠러, 계철 및 마그네트의 회전중심을 관통하여 상기 임펠러, 계철 및 마그네트에 고정되는 샤프트; 및 그 내륜에는 상기 샤프트가 끼워지고, 외륜은 상기 펌프 하우징에 고정되는 베어링;을 구비할 수 있다.

대안으로, 본 발명은 상기 임펠러, 계철 및 마그네트의 회전중심을 관통하여 상기 펌프 하우징에 고정되는 샤프트; 및 그 내륜에는 상기 샤프트가 끼워지고, 외륜은 상기 임펠러, 계철 및 마그네트에 고정되는 베어링;을 구비할 수 있다.

상기 코일부재는 이른바 필름코일 즉, 제1절연막; 상기 제1절연막 상에 형성되는 코일 하반부; 상기 코일 하반부의 코일 연결점을 제외한 부분을 덮도록 상기 코일 하반부 상에 형성되는 제2절연막; 상기 코일 하반부에 대응하여 상기 제2절연막 상에 형성되는 코일 상반부; 및 상기 코일 하반부와 상기 코일 상반부의 코일 연결점을 서로 이어주는 연결부;를 구비할 수 있다.

상기 마그네트는, 반대극끼리 인접하도록 자극이 등분배치된 원판형으로 이루어지고, 상기 코일부재는 직류전원 인가시 상기 마그네트를 회전시키는 토로이달 자기장을 형성하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체펌프의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명은 흡입구(100a) 및 배출구(100b)를 구비한 펌프 하우징(100)과, 펌프 하우징(100) 내에 수납되는 임펠러(101)와, 임펠러(101)에 고정되는 판상의 계철(102)과, 계철(102)에 고정되는 판상의 마그네트(103)와, 마그네트(103)의 평면에 대응하도록 펌프 하우징(100) 외부에 고정되는 코일부재(104)를 포함한다.

펌프 하우징(100)에는 액체가 수용되는 일정 용적의 내부 수용공간이 형성되며, 이송 혹은 순환될 액체의 흡입, 배출을 위한 흡입구(100a)와 배출구(100b)가 수용공간과 연통되도록 구비된다. 펌프 하우징(100)은 액체와의 접촉에 따른 부식을 방지하도록 구리, 알루미늄, 몰리브덴, 스테인레스강 등의 금속류나 폴리머, 세라믹, 플라스틱 등의 소재로 가공되는 것이 바람직하다.

임펠러(101)는 펌프 하우징(100)의 수용공간에 회전 가능하게 수납되어 그 회전시 액체의 흡입과 배출 동작을 반복한다. 이러한 임펠러(101)로는 통상의 액체펌프에 사용되는, 적어도 하나 이상의 날개를 갖는 임펠러(101)가 채용될 수 있으며, 상대적으로 작은 펌핑 유량 및 압력이 요구되는 경우 날개가 없는 임펠러(101)가 채용될 수도 있다. 임펠러(101)는 펌프 하우징(100)과 마찬가지로 액체와의 접촉에 따른 부식을 방지하도록 구리, 알루미늄, 몰리브덴, 스테인레스강 등의 금속류나 폴리머, 세라믹, 플라스틱 등의 소재로 가공되는 것이 바람직하다.

임펠러(101)는 펌프 하우징(100) 내에 회전 가능하게 설치되는 판상의 마그네트(103)와 일체를 이룸으로써 회전력을 제공받는다.

마그네트(103)와 함께 회전자(Rotor)에 해당하는 계철(102)은 금속판으로 제조되고, 임펠러(101)와 마그네트(103) 사이에 개재되어 자기회로(Magnetic circuit)의 접속기능을 수행한다.

마그네트(103)는 그 평면이, 임펠러(101)의 회전축에 수직한 평면 부분에 대응하도록 임펠러(101)에 부착된다. 바람직하게 마그네트(103)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 반대극끼리 인접하도록 자극이 등분배치된 원판형으로 이루어진다. 이때, 마그네트(103)는 4극, 6극, 8극 등으로 등분된 자극 어레이(Array)를 구비할 수 있다.

마그네트(103)는 계철(102)과 함께 임펠러(101)에 직접 부착되는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되지 않고 소정의 축(미도시)을 매개로 연결될 수도 있음은 물론이다.

또한, 마그네트(103)의 표면에는, 액체와의 접촉에 따른 부식을 방지하도록 폴리머 물질이 코팅되는 것이 바람직하다.

마그네트(103)와 자기적으로 상호작용을 하게 되는 고정자(Stator)인 코일부재(104)는 마그네트(103)의 평면에 대하여 자기장을 인가하도록 그 실질적인 평면 부분(도 6 참조)이 마그네트(103)의 평면과 대향하면서 펌프 하우징(100)의 외부에 고정된다.

코일부재(104)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 코일부재(104)는 소정 두께의 제1절연막(104c)과, 제1절연막(104c) 상에 형성되는 코일 하반부(104d)와, 코일 하반부(104d)를 이루는 각 도선의 끝단에 해당하는 코일 연결점을 제외한 부분에 형성되는 제2절연막(104e)과, 제2절연막(104e) 상에 형성되는, 코일 하반부(104d)에 대응하는 코일 상반부(104f)와, 코일 하반부(104d)의 코일 연결점과 코일 상반부(104f)의 코일 연결점을 서로 이어주는 연결부(104g)로 이루어질 수 있다. 전기적으로, 코일부재(104)는 도우넛 모양의 코어판재(제2절연막)와, 코어판재의 둘레를 따라 횡권되는 코일로 이루어진다. 따라서 코일부재(104)에 직류전원을 인가하면 동심원을 그리며 일방향으로 회전하는 토로이달(torodial) 자기장을 형성하게 된다.

여기서, 코일 하반부(104d)와 코일 상반부(104f)는 무전해도금 또는 전해도금으로 동박을 형성한 후 식각함으로써 형성할 수 있다. 또는, 동박은 제1절연막(104c)이나 제2절연막(104e)상에 압착함으로써 부착할 수도 있다. 또한, 제2절연막(104e)은 예컨대, 코일 하반부(104d)의 코일 연결점이 노출되도록 그에 상응하는 요홈이 외주를 따라 주기적으로 형성된 폴리머 판재(미도시)를 구비함으로써 형성될 수 있으며, 그밖에 다양한 공지의 선택적 막형성 기술에 의해 얻어질 수 있다.

도 7 및 도 8에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬림형 액체펌프의 구성이 도시되어 있다. 도 7에 나타난 바와 같이, 본 실시예는 임펠러(101), 회전자 계철(102) 및 마그네트(103)의 회전중심을 관통하는 샤프트(105)와, 샤프트(105)의 원활한 회전을 위한 베어링(106)을 더 구비하여 회전시 좌우요동 등의 작동 불안정 현상이 발생하는 것을 방지한다. 여기서, 샤프트(105)와 베어링(106)은 액체와의 접촉에 따른 부식을 방지하도록 구리, 알루미늄, 몰리브덴, 스테인레스강 등의 금속류나 폴리머, 세라믹, 플라스틱 등의 소재로 가공되는 것이 바람직하다.

샤프트(105)는, 도 7에 도시된 바와 같이 임펠러(101), 회전자 계철(102) 및 마그네트(103)와 일체로 회전하도록 결합될 수 있다. 이때, 베어링(106)의 내륜에는 샤프트(105)가 끼워지고, 외륜은 펌프 하우징(100)의 일측에 고정된다. 따라서 임펠러(101), 회전자 계철(102) 및 마그네트(103)는 샤프트(105)와 일체가 되어 펌프 하우징(100)에 대하여 회전하게 된다.

대안으로 샤프트(105)는, 도 8에 도시된 바와 같이 임펠러(101), 회전자 계철(102) 및 마그네트(103)에 대하여 회전 가능하게 결합되면서 펌프 하우징(100)에 고정될 수 있다. 이때, 베어링(106)의 내륜에는 샤프트(105)가 끼워지고, 외륜은 임펠러(101), 회전자 계철(102) 및 마그네트(103)에 고정될 수 있다. 따라서, 이 경우에는 임펠러(101), 회전자 계철(102) 및 마그네트(103)가 펌프 하우징(100)에 고정된 샤프트(105)에 대하여 회전하게 된다.

그러면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬림형 액체펌프의 동작을 설명하기로 한다.

상술한 바와 같이 펌프 하우징(100)의 내부에는 판상의 마그네트(103)가 임펠러(101)에 고정되도록 수납되고, 펌프 하우징(100)의 외부에는 그 실질적인 평면 부분이 마그네트(103)와 대향하며 고정되는 판상의 코일부재(104)가 구비된다. 코일부재(104)에 전류를 공급하면, 코일부재(104)에는 토로이달 자기장이 형성되고, 이 토로이달 자기장과 마그네트(103)의 자기장 간의 자기적 상호작용에 의한 회전력이 발생한다.

이 회전력에 의해 마그네트(103)와 일체로 고정된 임펠러(101)가 회전하게 되면, 흡입구(100a)를 통해 펌프 하우징(100) 내부로 액체가 유입되는 흡입동작과, 유입된 액체가 다시 임펠러(101)에 의해 가압되어 배출구(100b)를 통해 외부로 배출되는 배출동작이 반복적으로 수행된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 상술한 실시예에서 코일부재(104)는 펌프 하우징(100)의 외부에 부착되는 것으로 도시되고 설명되었으나, 코일부재(104)는 펌프 하우징(100)의 내부 저면에 고정될 수도 있다. 이 경우, 펌프 하우징(100) 내에서 코일부재(104)와 마그네트(103)가 분리되도록 하여야 하는데, 이는 샤프트(105)와 베어링(106)에 의해 구현될 수 있다. 즉, 도 7에서 코일부재(104)를 베어링(106)의 외륜에 고정하고, 펌프 하우징이 코일부재(104)를 감싸도록 하면 된다. 또한, 도 8에서는 펌프 하우징이 코일부재(104)를 감싸면서 고정하도록 변경하면 된다.

이와 같이 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

본 발명에 따른 액체펌프에 의하면, 펌프 하우징을 관통하는 일 없이 회전자가 펌프 하우징 내에 수납되므로 액체의 누설이 근원적으로 발생하지 않으며, 액체가 불필요하게 유동하는 공간을 최소화함으로써 펌프 효율을 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명의 액체펌프는 점유면적이 종래에 비해 현저히 작은 슬림형으로 되므로 각종 소형 전자기기의 냉각을 위한 액체 이송/순환용 펌프로 유용하게 사용될 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 액체펌프의 구성을 도시하는 단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체펌프의 구성을 도시하는 단면도.

도 4는 도 3에서 마그네트의 자극 배치예를 도시하는 평면도.

도 5는 도 3에서 코일부재의 구성을 도시하는 평면도.

도 6은 도 5의 평면도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체펌프의 구성을 도시하는 단면도.

도 8은 도 7의 변형예를 도시하는 단면도.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

100...펌프 하우징 100a...흡입구

100b...배출구 101...임펠러

102...회전자 계철 103...마그네트

104...코일부재 105...샤프트

106...베어링

Claims (7)

1. 일정 용적의 액체 수용공간이 형성되며, 상기 액체가 흡입 및 배출될 수 있도록 상기 수용공간과 연통되는 흡입구와 배출구가 구비된 펌프 하우징;

   상기 펌프 하우징 내에 회전 가능하게 수납되는 임펠러;

   상기 펌프 하우징 내에서 상기 임펠러의 저면에 고정되는 판상의 계철;

   상기 펌프 하우징 내에서 상기 계철의 저면에 고정되는 판상의 마그네트; 및

   상기 마그네트의 평면에 대하여 자기장을 인가하도록 상기 마그네트와 분리되어 상기 펌프 하우징의 내부 또는 외부에 고정되는 판상의 코일부재;를 포함하는 슬림형 액체펌프.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 계철은 임펠러에 직접 부착되고, 상기 마그네트는 상기 계철에 직접 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 슬림형 액체펌프.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 계철 및 마그네트의 표면이 폴리머 물질로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 슬림형 액체펌프.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 임펠러, 계철 및 마그네트의 회전중심을 관통하여 상기 임펠러, 계철 및 마그네트에 고정되는 샤프트; 및

   그 내륜에는 상기 샤프트가 끼워지고, 외륜은 상기 펌프 하우징에 고정되는 베어링;을 더 포함하는 슬림형 액체펌프.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 임펠러, 계철 및 마그네트의 회전중심을 관통하여 상기 펌프 하우징에 고정되는 샤프트; 및

   그 내륜에는 상기 샤프트가 끼워지고, 외륜은 상기 임펠러, 계철 및 마그네트에 고정되는 베어링;을 더 포함하는 슬림형 액체펌프.
6. 제 1항에 있어서, 상기 코일부재는,

   제1절연막;

   상기 제1절연막 상에 형성되는 코일 하반부;

   상기 코일 하반부의 코일 연결점을 제외한 부분을 덮도록 상기 코일 하반부 상에 형성되는 제2절연막;

   상기 코일 하반부에 대응하여 상기 제2절연막 상에 형성되는 코일 상반부; 및

   상기 코일 하반부와 상기 코일 상반부의 코일 연결점을 서로 이어주는 연결부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬림형 액체펌프.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 마그네트는, 반대극끼리 인접하도록 자극이 등분배치된 원판형으로 이루어지고,

   상기 코일부재는, 직류전원 인가시 상기 마그네트를 회전시키는 토로이달 자기장을 형성하는 것을 특징으로 슬림형 액체펌프.