KR20100063924A - 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리 - Google Patents

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이창호
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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명은 엔진에 의해서 회전되는 아우터 레이스, 상기 아우터 레이스의 내에서 회전되는 인너 레이스와 상기 아우터 레이스가 회전하면 상기 인너 레이스를 회전시키는 스프레그를 포함하는 원웨이 클러치; 상기 인너레이스에 연결되어 회전력을 발생하는 모터; 상기 모터에 연결되어, 스테이터와 로터를 구비하는 워터펌프; 및 선택적으로 전기를 공급하여 상기 모터를 구동하는 제어부;를 포함하는 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리를 제공한다.
따라서, 본 발명에 의하면 하이브리드 자동차의 중량을 줄이고, 원가를 절감할 수 있고, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
워터펌프, 원웨이 클러치

Description

하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리{Water pump assembly for a hybrid vehicle}
본 발명은 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 워터펌프만을 구비하는 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리에 관한 것이다.
하이브리드차량은 저속에서는 EV 모드, 즉 전기로 구동이 되고, 저부하 또는 고속에서는 전기와 엔진이 동시작동하거나 엔진만으로 구동하는 차량을 의미한다. 이 경우 일반적인 내연기관 차량에서는 엔진을 냉각시키기 위해 냉각수를 사용하고 냉각수를 구동하기 위하여 워터펌프가 엔진의 크랭크축에 연결된 벨트를 통하여 구동된다.
하지만 하이브리드 차량의 경우 엔진이 상시 구동되는 것이 아니고 엔진이 정지 또는 구동이 반복되므로 엔진만의 힘으로 워터펌프를 구동하는 시스템으로는 냉각을 적절히 수행하기 어렵다. 또한 하이브리드 차량에서도 겨울철 실내의 난방이 필요한데 난방을 위해서는 엔진이 구동되는 경우 냉각수를 이용하고 엔진이 정지되어 EV모드로 들어가면 PTC 히터와 같은 장치를 HVAC내부에 설치하여 난방성능 을 확보하게 된다. 하지만 이 경우도 엔진이 정지되면 냉각수가 구동되지 않으므로 냉각수를 이용한 난방은 불가능하게 된다.
이를 위해 하이브리드 차량에서는 도 1에서와 같이 워터펌프를 3개 설치하게 되는데 첫째는 엔진의 힘으로 구동되는 워터펌프(이것은 종래의 내연기관 워터펌프와 작동원리가 동일하다)이고 두번째는 엔진 정지시에 전기로 구동되는 전동워터펌프이며 또하나는 인버터 및 TM을 냉각시키기 위한 워터펌프이다.
하이브리드 차량의 냉각 시스템은 3개의 워터펌프(13,17,22)를 통하여 엔진(11), 히터(16), 인버터(23) 및 변속기(21)를 냉각한다. 또한 상기 워터펌프 중 제1워터펌프(13)는 기존 엔진의 동력을 이용한 것이며, 제2워터펌프(17), 제3워터펌프(22)는 전동식 펌프이다. 그리고 상기 제1워터펌프는 기존 내연기관의 워터펌프와 동일한 원리로 작동하며 제2워터펌프는 EV 모드(mode) 시(엔진 OFF) 제1워터펌프가 작동하지 않기 때문에 차량의 실내 히터(16) 작동을 위해 필요하다.
또한 제3워터펌프는 인버터(23) 및 변속기(21)를 독립적으로 냉각시키기 위해 작동한다.
그러나 상술한 종래기술에 따르면 워터펌프를 3개나 구비해야 하므로 차량의 중량이 커져야 하고, 차량의 원가 또한 상승한다는 문제가 있다.
또한, 엔진에 의해서 발생된 회전력을 이용해 냉각수를 순환시키는 것 이상으로 에너지 효율을 향상시킬 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 하나의 워터펌프만으로 구동가능한 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 엔진에 의한 회전력과 전기에 의한 회전력을 번갈아가면서 사용할 수 있는 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명은 엔진에 의해서 워터펌프가 구동될 때에 전기를 발전할 수 있는 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리를 제공하는 것이다.
엔진에 의해서 회전되는 아우터 레이스, 상기 아우터 레이스의 내에서 회전되는 인너 레이스와 상기 아우터 레이스가 회전하면 상기 인너 레이스를 회전시키는 스프레그를 포함하는 원웨이 클러치; 상기 인너레이스에 연결되어 회전력을 발생하는 모터; 상기 모터에 연결되어, 스테이터와 로터를 구비하는 워터펌프; 및 선택적으로 전기를 공급하여 상기 모터를 구동하는 제어부;를 포함하는 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리를 제공한다.
그리고, 엔진에 의해서 상기 아우터 레이스가 회전되면, 전기가 발전되는 것이 가능하다.
또한, 상기 제어부는 저속 또는 고부하모드에서는 상기 모터에 전기를 공급하고, 고속 또는 저부하모드에서는 상기 모터에 전기 공급을 중단하는 것이 가능하 다.
한편, 상기 워터펌프에 의해 발전된 전기를 충전하는 배터리를 더 포함할 수 있다.
나아가, 상기 스프레그는 상기 인너 레이스의 회전력이 상기 아우터 레이스로 전달되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 하이브리드 자동차의 중량을 줄이고, 원가를 절감할 수 있다. 즉, 전동식/기계식 일체형의 워터펌프를 구현함으로써 냉각수 순환을 위하여 3개씩 사용되던 워터펌프의 부품수를 1개로 축소할 수 있고, 엔진에 의해 구동되는 것과 전기에 의해 구동되는 것을 원웨이 클러치에 의하여 기계적으로 선택함으로써 각각의 동력의 입력제어가 불필요하다.
또한, 엔진이 구동될 때에는 엔진에 의한 회전력을 이용하고, 엔진이 구동되지 않을 때에는 전기로 모터를 구동시켜 워터펌프를 구동할 때에 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
나아가, 엔진에 의해 워터펌프가 구동되는 경우 모터가 발전기 역할을 수행하여 배터리를 충전하도록 하여 에너지 효율이 향상된다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 쿨링 시스템이다. 이하, 도 2를 참조해서 설명한다.
본 발명이 적용되는 하이브리드 자동차용 쿨링 시스템은 고부하 또는 고속에서 사용되는 엔진(11), 하나의 워터펌프(40), 상기 워터펌프(40)에 전기를 공급하는 배터리(70) 및 상기 워터펌프(40)에 전기를 공급할지 여부를 판단하는 제어부(80)를 포함한다.
한편, 본 발명은 상기 워터펌프(40)에 전기를 발전시킬 수 있는 구조를 구비하여, 상기 모터(30)가 회전될 때에, 전기를 생산할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 엔진(11)의 동력을 모터(30)에 전달하는 원웨이 클러치(50)을 더 포함한다. 특히, 상기 제어부(80)는 상기 엔진(11)이 작동되는지 여부에 따라, 상기 모터(30)에 전기를 공급해서 상기 모터(30)를 구동한다.
우선 자동차의 엔진이 가동되는 경우에는 엔진(11)의 회전축이 회전되면서 벨트(24) 및 상기 원웨이 클러치(50)에 의해 모터(30)에 회전력이 전달된다. 그리고, 그 회전력이 상기 워터펌프(40)에 전달되어, 상기 워터펌프(40)를 통해서 냉각수가 순환된다. 또한, 상기 모터(30)가 회전되어, 상기 워터펌프(40)에서 전기가 발전된다.
이때, 상기 워터펌프(40)는 상기 엔진(11)의 회전력에 의해서 구동될 수 있으므로, 상기 제어부(80)는 상기 모터(30)에 전기가 공급되지 않도록 할 수 있다.
반면에 자동차에서 엔진(11)이 구동되지 않는 경우에는 회전축이 회전되지 않으므로, 상기 모터(30)에 회전력이 전달되지 않는다. 따라서 이 경우에 상기 제어부(80)는 상기 모터(30)에 전기를 공급하여, 상기 모터(30)가 상기 워터펌프(40) 에 회전력을 전달하도록 한다.
즉, 본 발명이 적용되는 하이브리드 자동차용 쿨링 시스템은 엔진이 구동될 때에는 엔진에 의해서 상기 워터펌프(40)를 구동하고, 엔진이 구동되지 않으면 전기를 상기 모터(30)에 공급해서 상기 워터펌프(40)를 구동한다.
다시 말해서, 저속 또는 고부하 모드, 즉 Motor Mode에서는 배터리(70)를 이용하여 워터펌프(40)를 구동하여 냉각수를 순환시킨다. 반면에, 고속 또는 저부하모드, 즉 Alternator Mode에서는 엔진에 의하여 워터펌프(40)를 구동하고 이와 동시에 원웨이 클러치(50)에 의하여 모터(30)를 회전시킴으로써 교류전력을 생산하게 된다. 이러한 전력은 제어부(80)를 통하여 배터리(70)에 저장되어 일정 용량의 충전을 수행할 수 있다. 이렇게 충전된 전력은 추후에 다시 저속 또는 고부하모드에서 상기 모터(30)를 회전시키는 데에 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리의 단면도이다. 이하, 도 3을 참조해서 설명한다.
본 발명은 엔진(11)에 의해 발생되는 회전력을 전달할 수 있는 원웨이 클러치(50) 및 상기 원웨이 클러치(50)에 연결되어 상기 워터펌프(40)에 회전력을 전달하는 모터(30)를 포함한다.
한편, 상기 워터펌프(40)에는 전기를 발생시킬 수 있도록 스테이터(42)과 로터(44)가 구비된다. 상기 로터(44)는 상기 모터(30)와 동축상으로 장착되고, 상기 스테이터(42)는 상기 모터(30)의 외측을 둘러싸도록 구비되는 것이 가능하다. 즉, 상기 모터(30)를 따라 상기 로터(44)가 회전되면, 상기 스테이터(42)에서 교류 전 기가 발생될 수 있다. 이때, 발생된 전기는 상기 배터리(70)에 충전되어, 엔진에 의해서 구동될 때 발생되는 에너지의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제어부(80)는 상기 아우터 레이스(52)가 정지하면 상기 모터(30)에 전기를 공급하고, 상기 아우터 레이스(52)가 회전되면 상기 모터(30)에 전기 공급을 중단한다.
상기 모터(30)와 상기 인너 레이스(64)는 동축으로 연결되어, 상기 인너 레이스(64)가 회전되면, 상기 모터(30)가 회전되어 그 회전력이 상기 워터펌프(40)로 전달될 수 있다.
도 4는 도 3의 원웨이 클러치의 단면도이다. 이하, 도 4를 참조해서 설명한다.
상기 원웨이 클러치(50)는 엔진(11)에 의해서 회전되는 아우터 레이스(52), 상기 아우터 레이스(52)의 내에서 회전되는 인너 레이스(64)와 상기 아우터 레이스(52)가 회전하면 상기 인너 레이스(64)를 회전시키는 스프레그(60)를 포함한다.
상기 스프레그(60)에는 리턴 스프링(62)이 연결되어 있다. 특히, 상기 리턴 스프링(62)는 상기 스프레그(60)의 몸체(54)에 회동가능하도록 연결된다. 즉, 상기 몸체(54)는 상기 리턴 스프링(62)을 중심으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 소정 각도 만큼 회전될 수 있다.
상기 몸체(54)의 상단과 하단에는 대략 직선면 형태의 제1면(56)과 제2면이 형성되어 있다. 이때, 상기 몸체(54)가 상기 리턴 스프링(62)에 결합된 중심으로부터 제1면(56)에 달하는 수직 거리는 그 중심으로부터 제2면(58)에 달하는 수직거리 에 비해서 길다. 이는 상기 원웨이 클러치(50)가 회전방향에 따라 회전력을 전달할지 여부를 결정할 수 있기 때문이다.
상기 제1면(56) 및 상기 제2면(58)이 도 4에 도시된 형상으로 이루어진 경우에는 상기 아우터 레이스(52)가 시계방향으로 회전하는 경우에는 상기 아우터 레이스(52)의 회전력이 상기 인너 레이스(64)로 전달될 수 있다. 이 경우, 상기 제1면(56)은 상기 아우터 레이스(52)의 내주면과 상기 인너 레이스(64)의 외주면에 면접촉한 상태로 고정된다.
반면에 상기 아우터 레이스(52)가 반시계방향으로 회전하는 경우에는 상기 아우터 레이스(52)의 회전력이 상기 인너 레이스(64)로 전달될 수 없다. 왜냐하면, 상기 제2면(58)이 상기 아우터 레이스(52)의 내주면과 상기 인너 레이스(64)의 외주면에 면접촉하지 않기 때문이다.
이와 달리 반대로 생각해보면, 상기 인너 레이스(64)가 시계방향으로 회전하는 경우에는 상기 인너 레이스(64)의 회전력이 상기 아우터 레이스(52)로 전달될 수 없다.
반면에 상기 인너 레이스(64)가 반시계방향으로 회전하는 경우에는 상기 인너 레이스(64)의 회전력이 상기 아우터 레이스(52)로 전달될 수 있다.
즉, 정리해보면 상기 아우터 레이스(52)가 시계방향으로 회전하는 경우에는 상기 아우터 레이스(52)의 회전력이 상기 인너 레이스(64)로 전달되어, 상기 인너 레이스(64)도 시계방향으로 회전한다.
반면에, 상기 인너 레이스(64)가 시계방향으로 회전하는 경우에는 상기 인너 레이스(64)의 회전력이 상기 아우터 레이스(52)로 전달되지 않기 때문에 상기 아우터 레이스(52)는 정지한 상태를 유지한다.
상기 스프레그(60)는 상기 인너 레이스(64)의 회전력이 상기 아우터 레이스(52)로 전달되는 것을 방지한다. 이는 일반적으로 엔진(11)은 한쪽방향으로만 회전하기 때문이다.
예를 들어, 엔진(11)의 회전축이 시계방향으로 회전한다고 가정하면 상기 엔진(11)이 회전되면 상기 아우터 레이스(52)가 회전되어 상기 인너 레이스(64) 또한 시계방향으로 회전된다. 그래서, 상기 워터펌프(40)가 구동될 수 있다. 이 경우에 상기 로터(44)가 회전되면서, 상기 스테이터(42)에 교류 전기가 발생되어, 상기 배터리(70)에 충전될 수 있다.
반면에 엔진(11)이 정지되는 경우에는 상기 모터(30)에는 배터리의 전원이 공급되는데, 이 경우에 상기 모터(30)는 시계방향으로 회전된다. 그러면, 상기 인너 레이스(64)는 시계방향으로 회전하지만, 상기 인너 레이스(64)의 회전력은 상기 스프레그(60) 때문에 상기 아우터 레이스(52)로 전달되지 않고, 상기 아우터 레이스(52) 및 상기 벨트는 고정된 상태를 유지한다. 따라서, 모터(30)를 전기로 구동하는 경우에 불필요하게 벨트와 아우터 레이스를 회전시키지 않아 에너지가 절약된다.
도 5 및 6은 도 3의 작동 상태를 도시한 개념도이다. 이하, 도 5 및 6을 참조해서 설명한다.
도 5는 상기 아우터 레이스(52)가 회전되는 경우에 상기 스프레그(60)에 의 해서 상기 아우터 레이스(52)의 회전력이 상기 모터(30)에 전달되고, 상기 모터(30)가 상기 워터펌프(40)를 구동하는 상태를 도시한다.
도 6은 상기 아우터 레이스(52)가 회전되지 않으면, 상기 모터(30)에 전기가 공급되고 상기 모터(30)가 상기 워터펌프(40)를 구동하는 상태를 도시한다. 이때, 상기 모터(30)가 전기에 의해서 구동되는 경우에는 상기 아우터 레이스(52)는 회전되지 않는다.
이는 상기 아우터 레이스(52)와 상기 모터(30)는 상기 스프레그(60)에 의해서 서로 결합되어 있기 때문이다. 즉, 상기 원웨이 클러치(50)에 의한 결합관계가 형성되어 있기 때문이다.
즉, 본 발명은 하나의 축에 기계식/전자식 동력원이 물려있으면서 상기 원웨이 클러치(50)에 의해 기계적으로 단속이 이루어져 상기 워터펌프(40)가 구동된다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
도 1은 종래 기술에 따른 하이브리드 자동차용 쿨링 시스템.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 쿨링 시스템.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리의 단면도.
도 4는 도 3의 원웨이 클러치의 단면도.
도 5 및 6은 도 3의 작동 상태를 도시한 개념도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
11: 엔진 30: 모터
40: 워터펌프 42: 스테이터
44: 로터 50: 원웨이 클러치
52: 아우터 레이스 54: 몸체
56: 제1면 58: 제2면
60: 스프레그 62: 리턴 스프링
64: 인너 레이스 80: 제어부

Claims (5)

  1. 엔진에 의해서 회전되는 아우터 레이스, 상기 아우터 레이스의 내에서 회전되는 인너 레이스와 상기 아우터 레이스가 회전하면 상기 인너 레이스를 회전시키는 스프레그를 포함하는 원웨이 클러치;
    상기 인너레이스에 연결되어 회전력을 발생하는 모터;
    상기 모터에 연결되어, 스테이터와 로터를 구비하는 워터펌프; 및
    선택적으로 전기를 공급하여 상기 모터를 구동하는 제어부;를 포함하는 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    엔진에 의해서 상기 아우터 레이스가 회전되면, 전기가 발전되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 저속 또는 고부하모드에서는 상기 모터에 전기를 공급하고,
    고속 또는 저부하모드에서는 상기 모터에 전기 공급을 중단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 워터펌프에 의해 발전된 전기를 충전하는 배터리를 더 포함하는 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스프레그는 상기 인너 레이스의 회전력이 상기 아우터 레이스로 전달되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리.
KR1020080122299A 2008-12-04 2008-12-04 하이브리드 자동차용 워터펌프 어셈블리 KR20100063924A (ko)

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