KR20160021619A

KR20160021619A - 냉각수 유동 통로를 갖는 전동식 워터 펌프

Info

Publication number: KR20160021619A
Application number: KR1020140107126A
Authority: KR
Inventors: 이봉상
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2016-02-26
Anticipated expiration: 2034-08-18
Also published as: US20160047394A1; KR101601099B1

Abstract

외부에서 인가되는 제어 신호에 의하여 자기장을 발생시키는 고정자와 상기 고정자에서 발생되는 자기장에 의하여 회전하는 회전자를 포함하는 전동 모터, 상기 회전자에 연결되어 회전함으로써 냉각수를 순환시키는 임펠러, 그리고 상기 고정자에 제어 신호를 인가하는 드라이버를 포함하는 전동식 워터 펌프에 있어서, 전동식 워터 펌프의 내부 공간은 전동 모터가 위치하는 모터 룸, 임펠러가 위치하는 볼류트 룸, 그리고 드라이버가 위치하는 드라이버 룸을 포함하고, 상기 전동식 워터 펌프는 모터 룸과 드라이버 룸을 분리하고 서로에 대해 밀폐시키는 격벽, 모터 룸으로부터 회전자를 격리시키도록 모터 룸 내에 별도의 회전자 룸을 형성하는 분리벽, 그리고 분리벽의 후면부 일단을 지지하도록 격벽의 전면에 형성 또는 장착되는 캡을 더 포함하며, 회전자 룸은 냉각수가 유입될 수 있도록 그 전면부가 볼류트 룸과 유체적으로 연통되는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프가 개시된다.

Description

냉각수 유동 통로를 갖는 전동식 워터 펌프 {Electric Water Pump with Coolant Passage}

본 발명은 전동식 워터 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 냉각수 유동 통로를 갖는 전동식 워터 펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 워터 펌프는 엔진의 크랭크 샤프트 풀리와 벨트로 연결되어 크랭크 샤프트의 회전력에 의해서 구동되는 벨트식 워터 펌프가 주를 이루었다. 벨트식은 엔진의 운전 조건, 예를 들어 엔진 부하나 냉각수 온도 등이 아닌 엔진 회전 속도(Round per Minute; RPM)에 따라서만 펌핑량이 일정하게 결정되므로 엔진의 냉각을 운전 조건에 따라 최적 제어할 수 없고 엔진 부하가 커지게 하여 연비를 저감시키며 엔진 주위의 구조가 복잡해진다는 문제점이 있었다.

이에 반해 전동식 워터 펌프는 별도의 동력원을 가지며 전동 모터에 공급되는 전력의 변화에 따라 가변 제어가 가능하기 때문에 엔진 냉각을 엔진의 운전 조건에 따라 최적 제어하는 것이 가능하고 엔진 부하를 경감시키며 엔진 주위의 구조를 간소화하면서 연비 향상 효과도 도모할 수 있다.

전동식 워터 펌프는 전동 모터를 제어하기 위한 별도의 드라이버가 필요하며 상기 드라이버는 마이크로 프로세서, 컨덴서, 저항, 스위치 등 전기 소자들이 집적된 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)으로서 전동식 워터 펌프와 일체형으로 조립된다.

상기의 PCB가 장착되기 위한 드라이버 룸은 전동식 워터 펌프의 후미 또는 측면 등에 형성되며 상기 드라이버는 전기에 의해 작동하므로 수분의 유입이 차단되어야 하고 이에 따라 상기 드라이버 룸은 밀폐형 구조를 갖는 것이 일반적이다.

그런데 고부하 운전 조건에서 전동 모터의 부하량이 상승하면 드라이버 PCB의 온도 또한 상승하게 된다. 게다가 전동식 워터 펌프가 장착되는 엔진 주변은 섭씨 150도 정도의 고온이 유지되므로 전동식 워터 펌프의 상기 드라이버 룸 및 드라이버 PCB의 방열이 큰 문제가 되고 있다. 상기 드라이버 룸의 밀폐형 구조로 인해 방열 문제는 더 중요해진다.

본 발명의 목적은 상기한 문제를 해결하기 위하여 전동식 워터 펌프 장치의 모터 룸과 드라이버 룸 사이 격벽에 냉각수 유동 통로를 설치하고 냉각수가 흐를 수 있도록 함으로써 드라이버 룸과 드라이버의 방열 효율을 증대시키는 냉각 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는, 외부에서 인가되는 제어 신호에 의하여 자기장을 발생시키는 고정자와 상기 고정자에서 발생되는 자기장에 의하여 회전하는 회전자를 포함하는 전동 모터, 상기 회전자에 연결되어 회전함으로써 냉각수를 순환시키는 임펠러, 그리고 상기 고정자에 제어 신호를 인가하는 드라이버를 포함하는 전동식 워터 펌프에 있어서, 상기 전동식 워터 펌프의 내부 공간은 상기 전동 모터가 위치하는 모터 룸, 상기 임펠러가 위치하는 볼류트 룸, 그리고 상기 드라이버가 위치하는 드라이버 룸을 포함하고, 상기 전동식 워터 펌프는 상기 모터 룸과 상기 드라이버 룸을 분리하고 서로에 대해 밀폐시키는 격벽, 상기 모터 룸으로부터 상기 회전자를 격리시키도록 상기 모터 룸 내에 별도의 회전자 룸을 형성하는 분리벽, 그리고 상기 분리벽의 후면부 일단을 지지하도록 상기 격벽의 전면에 형성 또는 장착되는 캡을 더 포함하며, 상기 회전자 룸은 냉각수가 유입될 수 있도록 그 전면부가 상기 볼류트 룸과 유체적으로 연통되는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프가 제공될 수 있다.

상기 전동식 워터 펌프는 상기 드라이버를 상기 격벽과 절연시키는 절연패드를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 전동식 워터 펌프는 외부 공간에 대해 상기 모터 룸을 밀폐하는 워터 펌프 하우징 또는 모터 룸 커버의 일측에 형성되는 제1냉각통로, 상기 제1냉각통로와 일단이 연결되며 상기 격벽을 가로질러 관통하는 제2냉각통로, 그리고 상기 제2냉각통로의 타단과 연결되며 상기 워터 펌프 하우징 또는 상기 모터 룸 커버의 타측에 형성되는 제3냉각통로를 더 포함하며, 상기 볼류트 룸을 통과하는 냉각수의 일부가 상기 제1냉각통로, 상기 제2냉각통로, 그리고 상기 제3냉각통로를 유동하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이 때, 상기 제1냉각통로와 제3냉각통로는 상기 전동식 워터 펌프의 길이 방향으로 형성될 수 있으며, 상기 제2냉각통로는 상기 격벽의 중심점을 통과할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 전동식 워터 펌프는 상기 제1냉각통로, 상기 제2냉각통로, 그리고 상기 제3냉각통로로써 일체로 형성되는 냉각수 유동 통로가 복수 개 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 드라이버 룸과 드라이버의 방열 효율이 증대된다.

도1은 별도의 냉각수 유동 통로가 없는 전동식 워터 펌프의 종단면을 나타낸 개략도이다.
도2는 별도의 냉각수 유동 통로를 갖춘 전동식 워터 펌프의 종단면을 나타낸 개략도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이러한 실시 예는 본 발명에 따른 일 실시 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다 할 것이다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 구성요소의 이름이 해당 구성요소의 기능을 한정하지 않는다.

도1은 별도의 냉각수 유동 통로가 없는 전동식 워터 펌프의 종단면을 나타낸 개략도이다.

도1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 워터 펌프(1)는 외부에서 인가되는 제어 신호에 의하여 자기장을 발생시키는 고정자(10)와 상기 고정자(10)에서 발생되는 자기장에 의하여 회전하는 회전자(20)를 포함하는 전동 모터, 상기 회전자(20)에 연결되어 회전함으로써 냉각수를 순환시키는 임펠러(30), 그리고 상기 고정자(10)에 제어 신호를 인가하는 드라이버(40)를 포함하여 구성된다.

상기 드라이버(40)는 마이크로 프로세서, 컨덴서, 저항, 스위치 등 전기 소자들(41)이 집적된 회로 기판이며, 인쇄된 회로 기판(printed circuit board; PCB)일 수 있다.

상기 전동식 워터 펌프(1)의 내부 공간은 상기 전동 모터가 위치하는 모터 룸(50), 상기 임펠러(30)가 위치하는 볼류트 룸(60), 그리고 상기 드라이버(40)가 위치하는 드라이버 룸(70)를 포함하여 구성된다.

상기 전동식 워터 펌프(1)의 외면은 워터 펌프 하우징(3)과 볼류트 룸 커버(63)를 포함하는 외부 구조물에 의해 형성되며 상기 전동식 워터 펌프(1)의 외부 공간에 대해 각각 상기 모터 룸(50)과 상기 볼류트 룸(60)을 밀폐한다. 그러나, 상기 모터 룸(50)은 별도의 커버에 의해 상기 외부 공간에 대해 밀폐될 수도 있다. 도1에 나타난 실시 예에서는 워터 펌프 하우징(3)과 함께 별도의 모터 룸 커버(2)가 이용되고 있다.

도1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 전동식 워터 펌프(1)는 상기 모터 룸(50)으로부터 상기 회전자(20)를 격리시키도록 상기 모터 룸(50) 내에 별도의 회전자 룸(80)을 형성하는 분리벽(90), 상기 모터 룸(50)과 상기 드라이버 룸(70)을 분리하고 서로에 대해 밀폐시키는 격벽(100), 그리고 상기 분리벽(90)의 후면부 일단을 지지하도록 상기 격벽(100)의 전면에 형성 또는 장착되는 캡(110)을 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 회전자 룸(80)은 냉각수가 유입될 수 있도록 그 전면부가 상기 볼류트 룸(60)과 유체적으로 연통될 수 있다.

도1을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 전동식 워터 펌프(1)의 작동 원리 및 상기 드라이버 룸(70)의 열 전달 경로를 설명하면 다음과 같다.

상기 볼류트 룸(6)은 냉각수의 유입구(61)와 유출구(62)를 통해 냉각수가 유동하는 공간이다. 상기 유입구(61)는 일반적으로 라디에이터 측에 연결되며, 샤프트(25)에 의해 전동 모터의 회전자(20)에 연결되어 있는 임펠러(30)가 전동 모터의 작동에 의해 회전하게 되면 냉각된 냉각수가 라디에이터로부터 상기 유입구(61)를 통해 상기 볼류트 룸(60)으로 유입된다.

상기 유출구(62)는 일반적으로 엔진의 워터 재킷 측에 연결되며, 상기 임펠러(30)는 상기 볼류트 룸(60)으로 유입된 냉각수를 가압한 후 상기 유출구(62)를 통해 엔진의 워터 재킷 측으로 공급한다. 상기 볼류트 룸(60) 내 화살표들은 냉각수의 유동 방향을 나타낸다.

상기 볼류트 룸(60)을 유동하는 냉각수의 일부는 상기 볼류트 룸(60)과 연통되는 상기 회전자 룸(80)에 유입될 수 있다. 도1의 회전자 룸(80) 내 화살표들은 냉각수의 유동을 나타낸다.

이에 따라, 상기 드라이버(40)에 발생하는 열은 상기 드라이버(40), 상기 격벽(100), 상기 캡(110), 그리고 상기 분리벽(90)을 차례로 통과하여 상기 회전자 룸(80)에 유입된 냉각수로 전달된다.

상기 전동식 워터 펌프(1)는 상기 드라이버(40)를 상기 격벽(100)과 절연시키는 절연패드(120)를 더 포함할 수 있다. 도1에는 절연패드(120)를 포함하는 실시 예가 도시되어 있으며, 이 경우에는 상기 드라이버(40)에 발생하는 열은 상기 드라이버(40), 상기 절연패드(120), 상기 격벽(100), 상기 캡(110), 그리고 상기 분리벽(90)을 차례로 통과하여 상기 회전자 룸(80)에 유입된 냉각수로 전달된다. 이러한 열 전달 경로는 도1의 해당 위치에 화살표들로 표현되어 있다.

도2는 별도의 냉각수 유동 통로를 갖춘 전동식 워터 펌프의 종단면을 나타낸 개략도이다

도1에 나타난 실시 예에서는 냉각수까지의 열 전달이 여러 가지 구조물들을 거쳐 일어나고 열 전달 경로가 비교적 길기 때문에 충분한 방열이 이루어지지 않을 수 있다. 드라이버(40) 및 드라이버 룸(70)의 더욱 효과적인 열 방출을 위해 별도의 냉각수 유동 통로가 형성될 수 있다.

도2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 워터 펌프(1)는 외부 공간에 대해 상기 모터 룸(50)을 밀폐하는 워터 펌프 하우징(3) 또는 모터 룸 커버(2)의 일측에 형성되는 제1냉각통로(201), 상기 제1냉각통로(201)와 일단이 연결되며 상기 격벽(100)을 가로질러 관통하는 제2냉각통로(202), 그리고 상기 제2냉각통로(202)의 타단과 연결되며 상기 워터 펌프 하우징(3) 또는 상기 모터 룸 커버(2)의 타측에 형성되는 제3냉각통로(203)를 더 포함할 수 있다.

도2의 실시 예에서는 드릴 가공에 의해 상기 워터 펌프 하우징(3)에 형성되는 제1냉각통로(201)와 제3냉각통로(203)가 도시되어 있다. 이 경우, 상기 격벽(100)은 상기 워터 펌프 하우징(3)에 일체로 형성된 것일 수 있으며 상기 제2냉각통로(202)는 드릴 가공에 의해 상기 격벽(100)에 형성된 이후, 외부에 대해서 밀폐될 수 있다. 따라서, 상기 제1냉각통로(201), 상기 제2냉각통로(202), 그리고 상기 제3냉각통로(203)는 서로 연결되어 일체로써 별도의 냉각수 유동 통로를 형성한다. 또한, 상기 격벽(100)은 상기 워터 펌프 하우징(3)과 별도로 형성 또는 장착될 수도 있다.

결과적으로, 상기 볼류트 룸(60)을 통과하는 냉각수의 일부는 상기 제1냉각통로(201), 상기 제2냉각통로(202), 그리고 상기 제3냉각통로(203)를 유동하게 된다. 냉각수는 상기 볼류트 룸(60)의 고압부인 상기 제1냉각통로(201)의 일단으로 유입되어 상기 제1냉각통로(201)의 타단에 연결된 상기 제2냉각통로(202)를 통과하면서 드라이버(40)에 발생하는 열을 전달받을 수 있다. 이어서 냉각수는 상기 제3냉각통로(203)를 통과하여 다시 상기 볼류트 룸(60)의 저압부로 유입될 수 있다. 단, 또 다른 실시 예에 있어서는 임펠러(30)의 회전 방향의 변경 등 전동식 워터 펌프(1)의 구조 변경에 따라 반대 방향으로 유동할 수 있음은 자명하다.

이러한 별도의 냉각수 유동 통로가 형성됨으로써 상기 드라이버(40)에 발생하는 열이 단지 상기 격벽(100) 또는 단지 절연패드(120) 및 상기 격벽(100)만을 통과하여 상기 냉각수 유동 통로를 흐르는 냉각수에 전달되므로 방열 효과가 증대된다.

상기 제1냉각통로(201)와 상기 제3냉각통로(203)는 상기 전동식 워터 펌프(1)의 길이 방향으로 형성될 수 있다. 이는 드릴 가공에 의해 냉각수 통로들을 형성하는 경우 가공의 편의성 때문이다. 그러나, 상기 냉각수 유동 통로의 일단으로 냉각수가 유입되고 타단으로 냉각수가 유출되어 순환할 수 있는 한, 다양한 가공 방법 또는 성형 방법에 따라 상기 제1냉각통로(201)와 상기 제3냉각통로(203)의 방향은 달라질 수 있다.

상기 제2냉각통로(202)는 상기 격벽(100)의 중심점을 통과하도록 형성될 수 있다. 이는 드라이버(40)의 중앙부에 열이 집중적으로 발생하는 경우를 대비하기 위함이다.

상기 제1냉각통로(201), 상기 제2냉각통로(202), 그리고 상기 제3냉각통로(203)로써 일체로 형성되는 상기 냉각수 유동 통로는 복수 개가 형성될 수도 있다. 이는 상기 전동식 워터 펌프(1)가 구조적으로 강성을 유지할 수 있는 한, 상기 제2냉각통로(202)가 상기 격벽(100)의 다양한 부위를 지나갈 수 있도록 함으로써 상기 드라이버(40) 및 상기 드라이버 룸(70)의 방열 효과를 극대화할 수 있기 때문이다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

1: 전동식 워터 펌프 10: 고정자
20: 회전자 30: 임펠러
40: 드라이버 50: 모터 룸
60: 볼류트 룸 70: 드라이버 룸
80: 회전자 룸 90: 분리벽
100: 격벽 110: 캡
120: 절연패드 201: 제1냉각통로
202: 제2냉각통로 203: 제3냉각통로

Claims

외부에서 인가되는 제어 신호에 의하여 자기장을 발생시키는 고정자와 상기 고정자에서 발생되는 자기장에 의하여 회전하는 회전자를 포함하는 전동 모터, 상기 회전자에 연결되어 회전함으로써 냉각수를 순환시키는 임펠러, 그리고 상기 고정자에 제어 신호를 인가하는 드라이버를 포함하는 전동식 워터 펌프에 있어서,
상기 전동식 워터 펌프의 내부 공간은,
상기 전동 모터가 위치하는 모터 룸, 상기 임펠러가 위치하는 볼류트 룸, 그리고 상기 드라이버가 위치하는 드라이버 룸을 포함하고,
상기 전동식 워터 펌프는,
상기 모터 룸과 상기 드라이버 룸을 분리하고 서로에 대해 밀폐시키는 격벽;
상기 모터 룸으로부터 상기 회전자를 격리시키도록 상기 모터 룸 내에 별도의 회전자 룸을 형성하는 분리벽; 그리고
상기 분리벽의 후면부 일단을 지지하도록 상기 격벽의 전면에 형성 또는 장착되는 캡;
을 더 포함하며,
상기 회전자 룸은 냉각수가 유입될 수 있도록 그 전면부가 상기 볼류트 룸과 유체적으로 연통되는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.
제1항에 있어서,
상기 전동식 워터 펌프는,
상기 드라이버를 상기 격벽과 절연시키는 절연패드;
를 더 포함하는 전동식 워터 펌프.
제1항에 있어서,
상기 전동식 워터 펌프는,
외부 공간에 대해 상기 모터 룸을 밀폐하는 워터 펌프 하우징 또는 모터 룸 커버의 일측에 형성되는 제1냉각통로;
상기 제1냉각통로와 일단이 연결되며 상기 격벽을 가로질러 관통하는 제2냉각통로; 그리고
상기 제2냉각통로의 타단과 연결되며 상기 워터 펌프 하우징 또는 상기 모터 룸 커버의 타측에 형성되는 제3냉각통로;
를 더 포함하며,
상기 볼류트 룸을 통과하는 냉각수의 일부가 상기 제1냉각통로, 상기 제2냉각통로, 그리고 상기 제3냉각통로를 유동하는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.
제3항에 있어서,
상기 제1냉각통로와 제3냉각통로는 상기 전동식 워터 펌프의 길이 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.
제3항에 있어서,
상기 제2냉각통로는 상기 격벽의 중심점을 통과하는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.
제3항에 있어서,
상기 제1냉각통로, 상기 제2냉각통로, 그리고 상기 제3냉각통로로써 일체로 형성되는 냉각수 유동 통로가 복수 개인 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.