KR20130045504A - 캔드 모터 타입의 전동식 워터펌프 - Google Patents

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KR20130045504A
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Abstract

본 발명은 로터와 스테이터 사이에 캔 구조물이 삽입된 캔드 모터 타입의 전동식 워터펌프에 관한 것이다.
본 발명에 따른 캔드 모터 타입 전동식 워터펌프는 수력부 하우징과 모터하우징 사이에 배치되어 수력부와 구동모터를 분리하는 벌류트 바디부와, 로터와 스테이터 사이에 배치되어 로터와 스테이터를 분리하는 캔부로 구성되며, 상기 벌류트 바디부와 캔부가 일체형으로 이루어지는 캔 일체형 벌류트 바디; 및 상기 벌류트 바디부의 내측에 설치되어, 로터 및 모터축을 회전가능하게 지지하는 회전자 지지부;를 포함하고, 상기 캔 일체형 벌류트 바디와 회전자 지지부의 체결구조에 임펠러가 결합된 상태에서 로터의 회전 발란싱 측정이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

캔드 모터 타입의 전동식 워터펌프{Canned motor type of electric water pump}
본 발명은 캔드 모터 타입의 전동식 워터펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로터와 스테이터 사이에 캔 구조물이 삽입된 캔드 모터 타입의 전동식 워터펌프에 관한 것이다.
워터펌프는 차량에서 냉각수를 순환시키는 역할을 하고, 일반 내연기관 차량의 경우 엔진 동력을 풀리 및 벨트를 통해 전달받아 구동하는 엔진 구동식 워터펌프와, 전기로 구동하는 전동식 워터펌프로 분류될 수 있다.
전동식 워터펌프의 경우 배터리 등에서 제공하는 전기에 의해 전동모터가 구동되면 임펠러가 회전하여 냉각수를 흡입 및 토출하게 된다.
전동식 워터펌프는 엔진 구동력을 필요로 하지 않으므로 연비 개선의 효과가 2 ~ 3% 증대되는 것으로 알려져 있고, 냉각수 온도를 정밀하게 제어할 수 있으므로 이미 다수의 자동차 회사에서 양산 차량에 널리 적용하고 있는 상황이다.
전기자동차, 예컨대 하이브리드 차량의 경우 EV 모드 등 엔진 구동이 중지되는 상황이 존재하고, 연료전지 차량이나 순수 전기차량의 경우 워터펌프를 구동시킬 엔진이 탑재되지 않기 때문에, 이들 전기자동차에서는 냉각수를 순환시키기 위한 워터펌프로서 전동식 워터펌프의 사용이 필수적이다.
한편, 차량용 전동식 워터펌프로는 원심펌프의 일종인 벌류트 펌프(volute pump)가 널리 사용되고 있는데, 이는 전동모터에 의해 회전하는 임펠러(날개차)를 구비하여, 전동모터의 구동으로 임펠러가 회전되면, 벌류트 케이싱 중앙의 흡입구를 통해 흡입된 냉각수가, 벌류트 케이싱 내에 마련된 나선형 실(室)을 통과하면서, 이때 발생하는 원심력에 의해 토출구로 토출되는 방식이다.
도 1은 종래의 캔드 모터 타입의 전동식 워터펌프를 도시한 사시도로서, 도시된 바와 같이, 구동원인 전동모터(1)와 냉각수의 흡입력/토출력을 생성하는 수력부(2)를 포함하여 구성되고, 상기 수력부(2)는 내부에 나선형의 유동공간, 즉 나선형 실이 형성된 수력부 커버(2a)와, 전동모터(1)에 의해 회전하는 임펠러(5)를 포함한다.
전기모터(1)는 로터(3)와 스테이터(4) 사이의 전자기적 작용으로 회전력을 발생시키고, 회전력은 로터(3)와 연결되는 모터축(3a)을 통해 임펠러(5)에 전달되어 임펠러(5)를 회전시킨다.
모터축(3a)은 로터(3)의 앞 뒤에 배치된 베어링(7)에 의해 하우징(6)에 회전가능하게 지지된다.
상기 캔드 모터 타입의 전동식 펌프는 로터(3)와 스테이터(4) 사이에 캔 구조물(8)을 삽입하고, 수력부(2)를 로터부(3)까지 연장하여 로터(3)가 물에 잠기도록 함으로써, 투입되는 물이 로터(3)에서 발생되는 마찰열을 적절히 냉각할 수 있는 구조를 가진다.
이때, 캔 구조물(8)은 로터(3)와 스테이터(4)를 분리하는 격벽의 역할을 하고, 캔 실링러버(10)에 의해 로터(3)와 스테이터(4) 사이를 밀봉한다.
그러나, 상기 캔드 모터 타입 구조의 워터펌프는 특성상 수력부(2)가 로터(3)실까지 연결됨으로써 다음과 같은 문제점이 발생된다.
첫째로, 모터축(3a)을 지지하는 프런트 베어링(7)을 고정시키기가 어렵고, 프런트 베어링(7) 구조체의 도입 시 부품수가 많아진다.
둘째로, 로터(3)와 스테이터(4) 사이에 발생되는 전자기력에 의해 임펠러(5)가 회전하면서 물을 흡입할 때, 물은 물의 흡입방향에 대하여 반대 축방향으로 추력을 발생시키고, 이로 인해 임펠러(5)의 위치가 바뀌어 효율을 저하시키는 문제점이 있다.
셋째로, 모터하우징(6)과 벌류트실 사이의 기밀을 유지하기 위한 오링과, 수력부 커버(2a)와 벌류트실 사이의 기밀을 유지하기 위한 오링의 위치 잡기가 어려움으로 인해 생산 공정이 어렵다.
넷째로, 임펠러(5)가 로터(3)의 모터축(3a)과 조립된 상태에서 발란싱 작업이 불가능하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 캔 일체형 벌류트 바디에 회전자 지지부를 삽입 장착함으로써, 회전자 지지부의 일측에 모터축 지지용 프런트 베어링을 고정할 수 있는 캔드 모터 타입 전동식 워터펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 회전자 지지부에 의해 모터축을 견고하게 지지하여 임펠러의 고정 위치의 변화를 저감함으로써, 효율을 향상시킬 수 있는 캔드 모터 타입 전동식 워터펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.
아울러, 수력부 하우징과 벌류트 바디부 사이에 오링을 한개만 장착해도 되어 기존기술 대비 오링의 위치를 잡기가 용이한 캔드 모터 타입 전동식 워터펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.
마지막으로, 캔 일체형 벌류트 바디와 회전자 지지부 어셈블리에 임펠러가 조립된 상태에서 로터 어셈블리의 회전 발란싱 측정이 가능한 캔드 모터 타입 전동식 워터펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 캔드 모터 타입 전동식 워터펌프는 수력부 하우징과 모터하우징 사이에 배치되어 수력부와 구동모터를 분리하는 벌류트 바디부와, 로터와 스테이터 사이에 배치되어 로터와 스테이터를 분리하는 캔부로 구성되며, 상기 벌류트 바디부와 캔부가 일체형으로 이루어지는 캔 일체형 벌류트 바디; 및 상기 벌류트 바디부의 내측에 설치되어, 로터 및 모터축을 회전가능하게 지지하는 회전자 지지부;를 포함하고, 상기 캔 일체형 벌류트 바디와 회전자 지지부의 체결구조에 임펠러가 결합된 상태에서 로터의 회전 발란싱 측정이 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 벌류트 바디부는 수력부 하우징의 내측면과 접촉하는 접촉부에 설치된 오링에 의해 수력부 하우징과 기밀을 유지하고, 상기 벌류트 바디부의 가장자리부가 플랜지 형태로 수령부 하우징과 모터하우징 사이에 체결고정되며, 상기와 같은 벌류트 바디부의 체결구조에 의해 수력부와 구동모터를 완전히 분리할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 회전자 지지부는 벌류트 바디부의 일측면에 삽입 체결되는 체결부와, 상기 체결부에서 축방향으로 형성되어 내부에 베어링을 장착고정하는 베어링하우징과, 상기 체결부와 베어링하우징 사이에 형성되어 수력부에 유입된 유체를 로터로 유도하는 유체이동통로를 포함하고, 상기 베어링에 의해 로터의 모터축을 견고하게 지지하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전자 지지부는 캔 일체형 벌류트 바디에 형성된 그루브에 의해 클립 타입으로 체결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 캔드 모터 타입의 전동식 워터펌프의 장점을 설명하면 다음과 같다.
첫째로, 캔 일체형 벌류트 바디 및 회전자 지지부를 이용하여 캔드 타입의 전동식 워터펌프를 적용하는 경우에 수력부와 모터하우징을 완전히 분리할 수 있다.
둘째로, 캔 일체형 벌류트 바디부에 회전자 지지부를 추가 구성함으로써, 로터 및 스테이터 사이의 전자기적 작용으로 발생된 회전력에 의해 로터 및 모터축 어셈블리의 회전시 흔들림 없이 견고하게 지지할 수 있다.
셋째로, 전기모터로부터 전달된 회전력에 의해 임펠러가 회전시 임펠러에 의해 유체의 흐름 반대방향으로 추력이 발생하는 경우 회전자 지지부가 임펠러의 편심 회전 및 들뜨는 현상을 방지할 수 있다.
넷째로, 로터부 조립 시 캔 일체형 벌류트 바디의 캔부 내측에 리어베어링, 로터 및 모터축, 그리고, 벌류트 바디부의 내부에 프런트 베어링이 내장된 회전자 지지부 순서로 한방향으로 연속 조립이 가능하여 조립성을 향상시킬 수 있다.
다섯째로, 캔 일체형 벌류트 바디에 로터 어셈블리 및 임펠러가 결합된 상태에서 발란싱 작업이 가능하다.
도 1은 종래기술에 따른 캔드 모터 타입의 워터펌프를 보여주는 개략도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 캔드 모터 타입의 워터펌프를 보여주는 단면도
도 3은 도 2에서 회전자 지지부의 사시도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 캔드 모터 타입의 전동식 워터펌프의 일반적인 구조로부터 벌류트 바디부(18)와 캔부(19)가 일체로 사출된 구조와, 캔 일체형 벌류트 바디(20)에 회전자 지지부(23)를 삽입하는 구조를 적용함으로써, 로터 어셈블리와 임펠러(5)가 조립된 상태에서 로터 어셈블리의 회전 발란싱 측정을 할 수 있는 장점이 있는 캔드 모터 타입의 전동식 워터펌프에 관한 것이다.
본 발명에 따른 캔드 모터 타입의 전동식 워터펌프는 임펠러(5)의 회전에 의해 물을 흡입하는 수력부(2)와, 임펠러(5)를 구동시키기 위한 구동모터(1)로 구성된다.
수력부(2)는 일측에 흡입구(2b)를 가지는 수력부(2) 하우징과, 수력부(2) 하우징 내부에 설치된 임펠러(5)를 포함한다.
흡입구(2b)는 예를 들면 연료전지차량에서 냉가수를 워터펌프 내부로 흡입하기 위한 흡입통로로서 수력부 하우징(2a)에서 축방향으로 돌출형성될 수 있다.
수력부 하우징(2a)은 임펠러(5)의 상부를 커버하는 역할을 하고, 임펠러(5)의 회전으로 흡입구(2b)를 통해 냉각수(물)를 수력부(2) 내부에 흡입할 수 있다.
구동모터(1)는 수력부 하우징(2a)과 볼트로 체결되는 모터하우징(6)과, 모터하우징(6)의 내부에 전자기력으로 회전력을 발생시키는 로터(3) 및 스테이터(4)와, 수력부(2)를 완전히 방수하기 위한 캔 일체형 벌류트 바디(20)를 포함한다.
이때, 캔 일체형 벌류트 바디(20)는 수력부 하우징(2a)과 모터하우징(6) 사이에 반경방향으로 위치하는 벌류트 바디부(18)와, 벌류트 바디부(18)에서 축방향으로 형성되는 캔부(19)로 구성되고, 벌류트 바디부(18)는 수력부 하우징(2a)과 모터하우징(6) 사이를 분리하는 격벽 역할을 하고, 캔부(19)는 로터(3)와 스테이터(4) 사이를 분리하는 격벽 역할을 한다.
보다 상세하게는, 벌류트 바디부(18)는 수력부 하우징(2a)과 모터 하우징 사이의 경계 부분에 위치하여, 수력부(2)에 유입된 물이 모터하우징(6)의 스테이터(4)로 흘러들어가는 것을 방지한다.
예를 들면, 상기 벌류트 바디부(18)의 가장자리부는 플랜지 형태로 수력부 하우징(2a)과 모터하우징(6) 사이에 삽입되어 볼트에 의해 관통 및 체결되고, 플랜지부 안쪽 측면에 오링(9)이 설치되어, 오링(9)에 의해 수력부 하우징(2a)과 벌류트 바디의 측면 사이의 기밀이 유지됨으로써 수력부(2)에 유입된 물이 모터하우징(6)의 스테이터(4) 쪽으로 흘러들어가는 것을 방지할 수 있다.
종래에는 오링(9)이 수력부 하우징(2a)과 벌류트 바디 사이에 1개소와, 모터하우징(6)과 벌류트 바디 사이에 1개소가 장착되어 오링(9)의 위치를 잡기가 어렵고 부품수 및 조립공수의 증가로 원가를 상승시키는 단점이 있었으나, 본 발명에서는 모터하우징(6)과 벌류트 바디부(18) 사이에 오링(9)을 장착할 필요가 없으므로, 부품수 및 조립공수의 감소로 원가를 절감하는 장점이 있다.
캔부(19)는 로터(3)와 스테이터(4) 사이에 위치하여 로터(3)를 감싸도록 원통 형태로 이루어지고, 캔부(19)에 의해 로터(3)가 밀봉된다.
또한, 캔부(19)는 수력부(2)와 연통되고, 수력부(2)와 로터(3) 사이에 유체이동통로(24)를 제공하여 수력부(2)에 유입된 물이 로터(3)로 공급될 수 있게 한다.
이와 같은 구조로 이루어진 벌류트 바디부(18)와 캔부(19)는 일체형으로 사출 성형될 수 있다.
상기 캔부(19)의 내부에는 로터(3)가 장착되고, 모터축(3a)은 로터(3)를 관통하여 로터(3)와 일체로 회전가능하게 결합된다.
본 발명에 따른 일실시예는 로터(3)와 모터축(3a)을 회전가능하게 지지하기 위한 회전자 지지부(23)를 추가로 제공한다.
회전자 지지부(23)는 벌류트 바디부(18)의 내측에 삽입 체결되는 체결부(21)와, 체결부(21)에서 축방향으로 직경이 작게 형성되어 내부에 모터축(3a) 지지용 프런트 베어링(7a)을 고정할 수 있는 베어링하우징부(22)로 구성된다.
이때, 체결부(21)와 베어링하우징부(22) 사이에는 유체이동통로(24)가 형성되어, 유체이동통로(24)를 통해 수력부(2)와 로터(3)를 연통시켜, 수력부(2)에 유입된 물이 로터(3)에 공급되어 로터(3)에서 발생된 열을 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 체결부(21)는 그 외측면에 나사산을 가질 수 있고, 나사산에 의해 벌류트 바디부(18)의 내측에 나사체결됨으로써, 벌류트 바디부(18)와 견고한 체결력을 유지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 체결부(21)의 체결구조로 체결부(21)의 외측면에 형성된 체결돌기와 벌류트 바디부(18)에 형성된 그루브에 의해 체결부(21)를 벌류트바디부에 클립 타입으로 체결할 수 있다.
베어링하우징부(22)는 내부에 프런트 베어링(7a)을 수용하기 위한 수용공간을 마련하여 프런트 베어링(7a)을 억지끼움으로 고정함으로써, 로터(3)와 일체로 결합된 모터축(3a)을 지지하기 위한 프런트 베어링(7a)의 고정이 용이하다.
또한, 상기 모터축(3a)의 후단부를 지지하기 위한 리어 베어링(7b)은 캔부(19)의 저면에 삽입고정되어 있다.
상기와 같은 체결구조에 의해 캔 일체형 벌류트 바디(20)와 회전자 지지부(23)가 조립된 상태, 즉 로터(3) 및 모터축(3a)을 수용하는 캔 일체형 벌류트 바디(20)와, 모터축(3a) 및 로터(3)를 지지하기 위한 회전자 지지부(23)와, 임펠러(5)가 조립된 상태에서 로터(3)의 회전 발란싱을 측정할 수 있다.
상기 캔 일체형 벌류트 바디(20)의 경우 캔부(19)의 외측면에 별도의 돌기 구조를 고안하여 캔부(19)와 스테이터(4)의 치 사이를 고정할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 캔 일체형 벌류트 바디(20) 및 회전자 지지부(23)를 이용하여 캔드 타입의 전동식 워터펌프를 적용하는 경우에 수력부(2)와 모터하우징(6)을 완전히 분리할 수 있다.
또한, 캔 일체형 벌류트 바디(20)부(18)에 회전자 지지부(23)를 추가 구성함으로써, 로터(3) 및 스테이터(4) 사이의 전자기적 작용으로 발생된 회전력에 의해 로터(3) 및 모터축(3a) 어셈블리의 회전시 흔들림 없이 견고하게 지지할 수 있다.
아울러, 전기모터로부터 전달된 회전력에 의해 임펠러(5)가 회전시 임펠러(5)에 의해 유체의 흐름 반대방향으로 추력이 발생하는 경우 회전자 지지부(23)가 임펠러(5)의 편심 회전 및 들뜨는 현상을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 로터부 조립 시 캔 일체형 벌류트 바디(20)의 캔부(19) 내측에 리어베어링, 로터(3) 및 모터축(3a), 그리고, 벌류트 바디부(18)의 내부에 프런트 베어링(7a)이 내장된 회전자 지지부(23) 순서로 한방향으로 연속 조립이 가능하여 조립성을 향상시킬 수 있다.
마지막으로, 캔 일체형 벌류트 바디(20)에 로터 어셈블리 및 임펠러(5)가 결합된 상태에서 발란싱 작업이 가능하다.
1 : 모터 2 : 수력부
2a : 수력부 하우징 2b : 흡입구
3 : 로터 3a : 모터축
4 : 스테이터 5 : 임펠러
6 : 모터하우징 7a : 프런트 베어링
7b : 리어 베어링 9 : 오링
18 : 벌류트 바디부 19 : 캔부
20 : 캔 일체형 벌류트 바디
21 : 체결부 22 : 베어링 하우징
23 : 회전자 지지부 24 : 유체이동통로

Claims (4)

  1. 캔드 모터 타입 전동식 워터펌프에 있어서,
    수력부 하우징(2a)과 모터하우징(6) 사이에 배치되어 수력부(2)와 구동모터(1)를 분리하는 벌류트 바디부(18)와, 로터(3)와 스테이터(4) 사이에 배치되어 로터(3)와 스테이터(4)를 분리하는 캔부(19)로 구성되며, 상기 벌류트 바디부(18)와 캔부(19)가 일체형으로 이루어지는 캔 일체형 벌류트 바디(20);
    상기 벌류트 바디부(18)의 내측에 설치되어, 로터(3) 및 모터축(3a)을 회전가능하게 지지하는 회전자 지지부(23);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 캔드 모터 타입 전동식 워터펌프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 벌류트 바디부(18)는 수력부 하우징(2a)의 내측면과 접촉하는 접촉부에 설치된 오링(9)에 의해 수력부 하우징(2a)과 기밀을 유지하고, 상기 벌류트 바디부(18)의 가장자리부가 플랜지 형태로 수령부 하우징과 모터하우징(6) 사이에 체결고정되는 것을 특징으로 하는 캔드 모터 타입 전동식 워터펌프.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전자 지지부(23)는 벌류트 바디부(18)의 일측면에 삽입 체결되는 체결부(21)와, 상기 체결부(21)에서 축방향으로 형성되어 내부에 베어링을 장착고정하는 베어링하우징부(22)와, 상기 체결부(21)와 베어링하우징부(22) 사이에 형성되어 수력부(2)에 유입된 유체를 로터(3)로 유도하는 유체이동통로(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 캔드 모터 타입 전동식 워터펌프.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전자 지지부(23)는 캔 일체형 벌류트 바디(20)에 형성된 그루브에 의해 클립 타입으로 체결되는 것을 특징으로 하는 캔드 모터 타입 전동식 워터펌프.




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