KR20160097589A

KR20160097589A - 필터 조립체를 갖는 전동식 워터 펌프

Info

Publication number: KR20160097589A
Application number: KR1020150019454A
Authority: KR
Inventors: 이봉상
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2016-08-18

Abstract

외부에서 인가되는 제어 신호에 의하여 자기장을 발생시키는 고정자; 상기 고정자에서 발생되는 자기장에 의하여 회전하는 회전자; 내부 공간을 정의하는 펌프 하우징의 전방부와의 사이에 볼류트 챔버를 형성하는 전방 격벽; 상기 전방 격벽 후방 및 내부 공간의 반경방향 외측에 형성되며 상기 고정자가 장착되는 고정자 챔버; 상기 고정자 챔버의 내주부에 형성되어 상기 회전자가 장착되고, 분리벽에 의해 상기 고정자 챔버에 대해 밀폐되며, 상기 회전자와 상기 분리벽 사이에 유체가 흐를 수 있는 공극이 형성되고, 상기 전방 격벽에 형성된 관통홀을 통해 상기 볼류트 챔버와 유체적으로 연통되는 회전자 챔버; 상기 회전자에 고정되어 상기 회전자와 함께 회전하며, 상기 회전자 챔버에 장착된 샤프트; 상기 샤프트의 전단부에 고정되어 상기 샤프트와 함께 회전하며 상기 볼류트 챔버에 장착되어 냉각수를 가압하는 임펠러; 그리고 원형 고리 모양의 외주부, 원형 고리 모양의 내주부, 그리고 상기 외주부와 상기 내주부 사이에 배치되는 필터를 포함하며, 상기 외주부의 외주 면이 상기 전방 격벽의 상기 관통홀의 내주 면에 연결되고, 상기 내주부의 내주 면은 상기 임펠러의 후단부 외주 면 또는 상기 샤프트의 외주 면에 연결되는 필터 조립체;를 포함하는 전동식 워터 펌프가 개시된다.

Description

필터 조립체를 갖는 전동식 워터 펌프 {ELECTRIC WATER PUMP WITH FILTER ASSEMBLY}

본 발명은 전동식 워터 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 필터 조립체를 갖는 전동식 워터 펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 워터 펌프는 엔진의 냉각 및 실내 난방을 위하여 엔진 및 히터에 냉각수를 순환시키기 위한 장치이다. 워터 펌프에서 토출된 냉각수는 엔진, 히터, 또는 라디에이터와 열교환을 하며 순환한 후 워터 펌프로 다시 유입된다. 이러한 워터 펌프는 크게 기계식 워터 펌프(mechanical water pump)와 전동식 워터 펌프(electric water pump)로 나누어진다.

기계식 워터 펌프는 엔진의 크랭크 샤프트에 고정된 풀리에 연결되어 크랭크 샤프트의 회전(즉, 엔진의 회전)에 따라 구동된다. 따라서, 기계식 워터 펌프에서 토출되는 냉각수의 유량은 엔진의 회전 속도에 따라 결정된다. 그런데, 히터 및 라디에이터에서 필요로 하는 냉각수의 유량은 엔진의 회전 속도와 상관없이 정해져 있다. 따라서, 엔진 회전수가 낮은 영역에서는 히터 및 라디에이터가 정상적으로 작동되지 못하였고, 히터 및 라디에이터를 정상적으로 작동시키기 위하여 엔진 회전수를 높여야 하였다. 이로 인하여, 차량의 연비가 떨어지는 문제점이 생겼다.

전동식 워터 펌프는 제어 장치에 의하여 제어되는 모터에 의하여 구동된다. 따라서, 전동식 워터 펌프는 엔진의 회전 속도와는 상관 없이 냉각수의 유량을 결정할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 전동식 워터 펌프에 사용되는 부품들은 전기에 의하여 작동하므로, 전기적으로 작동하는 부품들이 충분한 방수 성능을 갖도록 하는 것이 중요하다. 충분한 방수 성능의 확보는 전자식 워터 펌프의 성능을 향상시키고 내구성을 증가시킨다.

연비 향상을 위한 엔진 냉각용 워터 펌프에 있어서 상기한 전동식 워터 펌프의 활용이 증가하고 있는 추세이다.

전동식 워터 펌프에 사용되는 모터는 주로 DC 모터이며, DC 모터 중에서도 BLDC 모터가 주로 적용된다. BLDC 모터의 제어를 위한 제어기는 모터와 같은 몸체를 이루고 있고 제어기는 전기회로를 내장하고 있다.

제어의 시작과 함께 각 전기 소자들에 고유의 열이 발생하고 이 때 발생한 열은 소자들의 기능 유지를 위해 적절한 냉각이 필요하다.

BLDC 모터는 코일이 감겨 있는 고정자와 영구 자석이 장착되어 있는 회전자를 포함하여 구성된다. 상기한 전기 소자들에 발생한 열을 냉각하기 위해 냉각수 통로가 회전자와 고정자 사이에 마련될 수 있는데, 이러한 전동식 워터 펌프의 구성은 분리벽 회전자 타입으로 불린다. 왜냐하면, 원통 또는 캔(can) 모양의 분리벽이 회전자를 감싸서 고정자에 대해 회전자를 실(seal)하고, 상기 분리벽 안으로는 냉각수가 유입될 수 있도록 전동식 워터 펌프가 구성되기 때문이다.

회전자와 고정자의 간격은 모터의 기능을 확보하기 위해 수 mm 이내에서 결정이 되고, 회전자와 고정자를 구분하는 상기 분리벽은 이러한 수 mm 이내의 틈새에 존재하므로, 냉각을 위해 분리벽 안으로 유입된 냉각수는 상기 분리벽과 회전자 사이의 좁은 틈으로 흐르게 된다.

따라서, 냉각수 안에 포함된 이물질이 상기한 좁은 틈으로 유입될 경우 회전자의 회전이 원활하게 이루어질 수 없게 된다.

실린더 헤드, 실린더 블록, 라디에이터, 그리고 히터 코어 등을 포함하는 냉각수 통로들에는 다양한 이물질들이 생길 수 있고, 사용자의 냉각수 교환 시 이물질이 유입되는 경우도 흔하다. 따라서, 이러한 이물질들로부터 모터를 보호하기 위한 필터 및 필터의 장착 방법의 개발이 필요하다.

본 발명의 목적은 회전자와 분리벽 사이의 냉각수 유동이 원활하게 유지되도록 필터 조립체가 적절한 위치 및 방법으로 장착되는 전동식 워터 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는, 외부에서 인가되는 제어 신호에 의하여 자기장을 발생시키는 고정자, 상기 고정자에서 발생되는 자기장에 의하여 회전하는 회전자, 내부 공간을 정의하는 펌프 하우징의 전방부와의 사이에 볼류트 챔버를 형성하는 전방 격벽, 상기 전방 격벽 후방 및 내부 공간의 반경방향 외측에 형성되며 상기 고정자가 장착되는 고정자 챔버, 상기 고정자 챔버의 내주부에 형성되어 상기 회전자가 장착되고, 분리벽에 의해 상기 고정자 챔버에 대해 밀폐되며, 상기 회전자와 상기 분리벽 사이에 냉각수가 흐를 수 있는 공극이 형성되고, 상기 전방 격벽에 형성된 관통홀을 통해 상기 볼류트 챔버와 유체적으로 연통되는 회전자 챔버, 상기 회전자에 고정되어 상기 회전자와 함께 회전하며, 상기 회전자 챔버에 장착된 샤프트, 상기 샤프트의 전단부에 고정되어 상기 샤프트와 함께 회전하며 상기 볼류트 챔버에 장착되어 냉각수를 가압하는 임펠러, 그리고 원형 고리 모양의 외주부, 원형 고리 모양의 내주부, 그리고 상기 외주부와 상기 내주부 사이에 배치되는 필터를 포함하며, 상기 외주부의 외주 면이 상기 전방 격벽의 상기 관통홀의 내주 면에 연결되고, 상기 내주부의 내주 면은 상기 임펠러의 후단부 외주 면 또는 상기 샤프트의 외주 면에 연결되는 필터 조립체를 포함하는 전동식 워터 펌프가 제공될 수 있다.

상기 필터 조립체의 상기 외주부는 상기 전방 격벽과 일체로 형성될 수 있다.

상기 필터 조립체는 상기 외주부의 외주 면에 형성되는 적어도 하나의 원형 고리 모양의 제1립(rib)에 의해 상기 관통홀의 내주 면에 연결될 수 있다.

상기 필터 조립체는 상기 내주부의 내주 면에 형성되는 적어도 하나의 원형 고리 모양의 제2립에 의해 상기 임펠러의 후단부 외주 면 또는 상기 샤프트의 외주 면에 연결될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 전동식 워터 펌프는, 상기 관통홀에 장착되어 상기 분리벽의 상기 관통홀 측 일단부를 지지하는 어댑터를 더 포함할 수 있으며, 상기 필터 조립체의 상기 외주부의 외주 면은 상기 어댑터의 내주 면에 연결될 수 있다.

상기 필터 조립체의 상기 외주부는 상기 어댑터와 일체로 형성될 수 있다.

상기 필터 조립체는 상기 외주부의 외주 면에 형성되는 적어도 하나의 원형 고리 모양의 제1립(rib)에 의해 상기 어댑터의 내주 면에 연결될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 분리벽 내부로 유입되는 냉각수에 포함된 이물질들을 효과적으로 걸러내고, 안정적인 장착 구조로 인해 장시간의 작동에도 교체 필요성이 작은 필터 조립체가 제공되므로 전동식 워터 펌프의 조립성, 정비성, 그리고 내구성이 개선된다.

도1은 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 워터 펌프의 개략적인 길이 방향 단면도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 필터 조립체의 사시도이다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 필터 조립체 장착 부위의 확대도이다.

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 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 워터 펌프의 개략적인 길이 방향 단면도이다.

도1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 워터 펌프는, 외부에서 인가되는 제어 신호에 의하여 자기장을 발생시키는 고정자(10), 상기 고정자(10)에서 발생되는 자기장에 의하여 회전하는 회전자(20), 내부 공간을 정의하는 펌프 하우징(30)의 전방부와의 사이에 볼류트 챔버(40)를 형성하는 전방 격벽(50), 상기 전방 격벽(50) 후방 및 내부 공간의 반경방향 외측에 형성되며 상기 고정자(10)가 장착되는 고정자 챔버(60), 상기 고정자 챔버(60)의 내주부에 형성되어 상기 회전자(20)가 장착되고, 분리벽(70)에 의해 상기 고정자 챔버(60)에 대해 밀폐되며, 상기 회전자(20)와 상기 분리벽(70) 사이에 유체가 흐를 수 있는 공극(71)이 형성되고, 상기 전방 격벽(50)에 형성된 관통홀(55)을 통해 상기 볼류트 챔버(40)와 유체적으로 연통되는 회전자 챔버(80), 상기 회전자(20)에 고정되어 상기 회전자(20)와 함께 회전하며, 상기 회전자 챔버(80)에 장착된 샤프트(85), 상기 샤프트(85)의 전단부에 고정되어 상기 샤프트(85)와 함께 회전하며 상기 볼류트 챔버(40)에 장착되어 냉각수를 가압하는 임펠러(45), 그리고 원형 고리 모양의 외주부(91), 원형 고리 모양의 내주부(92), 그리고 상기 외주부(91)와 상기 내주부(92) 사이에 배치되는 필터(93)를 포함하며, 상기 외주부(91)의 외주 면이 상기 전방 격벽(50)의 상기 관통홀(55)의 내주 면에 연결되고, 상기 내주부(92)의 내주 면은 상기 임펠러(45)의 후단부 외주 면 또는 상기 샤프트(85)의 외주 면에 연결되는 필터 조립체(90)를 포함하여 구성될 수 있다.

도1의 화살표들은 상기 분리벽(70) 내부로 유입되는 냉각수들의 유동 방향을 나타낸다. 앞서 배경기술에 관한 설명에서 밝힌 바와 같이, 상기 공극(71)은 상기 분리벽(70)과 상기 회전자(20) 사이에 형성되는 수 mm 이내의 틈새이다. 냉각수가 상기 공극(71)을 흐르면서 전기 소자들에 발생하는 열을 냉각시키게 되는데, 이물질이 섞여 있는 경우 회전자(20)의 회전을 방해할 수 있고 이는 전동식 워터 펌프의 작동에 치명적인 영향을 미칠 수 있다.

도1에는 상기 분리벽(70)이 원통 또는 캔 형상인 경우가 도시되어 있다. 상기 분리벽(70)은 상기 회전자(20)를 감싸서 상기 회전자(20)를 상기 고정자(10)에 대해 밀폐하고, 상기 회전자 챔버(80)를 정의한다.

또한, 상기 전동식 워터 펌프는 상기 관통홀(55)에 장착되어 상기 분리벽(70)의 상기 관통홀(55) 측 일단부를 지지하는 어댑터(100)를 더 포함할 수 있다. 도1의 실시 예에서는 상기 어댑터(100)가 상기 관통홀(55)에 장착되어 있다.

이 경우에는, 도1에서 보이는 바와 같이, 상기 필터 조립체(90)의 상기 외주부(91)의 외주 면이 상기 어댑터(100)의 내주 면에 연결된다.

상기 어댑터(100)가 장착되지 않는 경우에는, 상기 분리벽(70)을 지지하기 위해 상기 분리벽(70)이 상기 전방 격벽(50), 상기 펌프 하우징(30), 또는 기타 격벽에 브라켓과 볼트 중 적어도 하나에 의해 고정됨으로써 지지될 수도 있다.

예를 들어, 도1에는 도시되지 않았으나 상기 분리벽(70)의 길이 방향 후방에는 상기 펌프 하우징(30)의 최후방과 상기 고정자 챔버(60)를 구획하기 위한 후방 격벽이 형성될 수 있으며, 상기 후방 격벽과 상기 분리벽(70)의 후단이 볼트에 의해 체결됨으로써 지지될 수도 있다. 상기 분리벽(70)의 지지 또는 고정 방법은 통상의 기술자에게 자명한 것으로 이하 자세한 설명은 생략된다.

도2는 본 발명의 실시 예에 따른 필터 조립체의 사시도이다.

도3은 본 발명의 실시 예에 따른 필터 조립체 장착 부위의 확대도이다.

도2 및 도3은 상기 어댑터(100)가 장착되는 경우의 실시 예이며, 도2 및 도3을 참조하면, 상기 필터 조립체(90)의 상기 외주부(91)는 상기 어댑터(100)와 일체로 형성될 수 있다. 즉, 상기 어댑터(100)가 장착된 후, 상기 어댑터(100)와 일체로 형성된 상기 외주부(91)에 상기 필터(93) 및 내주부(92)의 구성품이 조립된다.

상기 어댑터(100)가 장착되지 않는 경우에는, 상기 필터 조립체(90)의 상기 외주부(91)는 상기 전방 격벽(50)과 일체로 형성될 수 있다. 이에 따른 조립 방법은 위에 설명한 바와 동일하다.

도2 및 도3을 참조하면, 상기 필터 조립체(90)는 상기 외주부(91)의 외주 면에 형성되는 적어도 하나의 원형 고리 모양의 제1립(91a, rib)에 의해 상기 어댑터(100)의 내주 면에 연결될 수 있다.

또한, 상기 필터 조립체(90)는 상기 내주부(92)의 내주 면에 형성되는 적어도 하나의 원형 고리 모양의 제2립(92a)에 의해 상기 임펠러(45)의 후단부 외주 면 또는 상기 샤프트(85)의 외주 면에 연결될 수 있다.

도2 및 도3에는, 상기 어댑터(100)가 상기 관통홀(55)에 장착되고 상기 적어도 하나의 제1립(91a) 및 상기 적어도 하나의 제2립(92a)은 각각 두 개씩 형성되는 경우의 실시 예가 나타나 있다.

도3의 실시 예에서는, 두 개의 제1립들(91a)과 두 개의 제2립들(92a)이 각기 상기 어댑터(100)의 내주 면과 상기 샤프트(85)의 외주 면에 접촉되며 연결되는 모습이 도시되어 있다.

상기 어댑터(100)가 장착되지 않는 경우에는, 상기 필터 조립체(90)는 상기 외주부(91)의 외주 면에 형성되는 적어도 하나의 원형 고리 모양의 제1립(91a)에 의해 상기 관통홀(55)의 내주 면에 연결될 수 있다.

또한, 이 경우의 상기 필터 조립체(90)는 상기 내주부(92)의 내주 면에 형성되는 적어도 하나의 원형 고리 모양의 제2립(92a)에 의해 상기 임펠러(45)의 후단부 외주 면 또는 상기 샤프트(85)의 외주 면에 연결될 수 있다.

본 발명에 따르면, 임펠러(45) 후단을 통과한 냉각수의 이물질들은 상기 필터 조립체(90)에 의해 걸러지므로, 전자 소자들을 냉각하기 위해 필요한 냉각수만 상기 분리벽(70) 내부로 유입된다.

이 때, 필터(93)는 아주 작은 크기의 이물질까지 거를 수 있는 절대 필터나, 공극(71)에 끼이지 않는 크기의 이물질은 통과시키는 선택 사이즈 필터가 될 수 있다. 매쉬(mesh) 타입, 홀(hole) 타입, 또는 여과지 형의 필터(93)가 선택적으로 사용될 수 있다.

또한, 상기 필터 조립체(90)의 외주부(91)는 상기 어댑터(100) 또는 상기 관통홀(55)과 접촉 또는 고정되도록 탄성재질일 수 있다. 내주부(92)는 샤프트(85)나 임펠러(45)에 접촉하며 냉각수에 대해 실(seal) 할 수 있도록 적어도 하나의 제2립(92a)이 슬라이딩 기능을 가진 탄성재일 수 있다.

아울러, 상기 적어도 하나의 제1립(91a)과 상기 적어도 하나의 제2립(92a)을 수용함으로써 상기 필터 조립체(90)의 조립 시 끼워질 수 있도록 하거나, 길이 방향으로 고정시키기 위한 홈(groove)들이 각기 대응하는 위치의 대응 면에 형성될 수 있다. 이 때 상기 홈은 상기 적어도 하나의 제1립(91a) 및 제2립(92a)과 같은 원형 고리 형상일 수 있다.

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.

10: 고정자 20: 회전자
30: 펌프 하우징 40: 볼류트 챔버
45: 임펠러 50: 전방 격벽
55: 관통홀 60: 고정자 챔버
70: 분리벽 71: 공극
80: 회전자 챔버 85: 샤프트
90: 필터 조립체 91: 외주부
91a: 제1립 92: 내주부
92a: 제2립 93: 필터
100: 어댑터

Claims

외부에서 인가되는 제어 신호에 의하여 자기장을 발생시키는 고정자;
상기 고정자에서 발생되는 자기장에 의하여 회전하는 회전자;
내부 공간을 정의하는 펌프 하우징의 전방부와의 사이에 볼류트 챔버를 형성하는 전방 격벽;
상기 전방 격벽 후방 및 내부 공간의 반경방향 외측에 형성되며 상기 고정자가 장착되는 고정자 챔버;
상기 고정자 챔버의 내주부에 형성되어 상기 회전자가 장착되고, 분리벽에 의해 상기 고정자 챔버에 대해 밀폐되며, 상기 회전자와 상기 분리벽 사이에 냉각수가 흐를 수 있는 공극이 형성되고, 상기 전방 격벽에 형성된 관통홀을 통해 상기 볼류트 챔버와 유체적으로 연통되는 회전자 챔버;
상기 회전자에 고정되어 상기 회전자와 함께 회전하며, 상기 회전자 챔버에 장착된 샤프트;
상기 샤프트의 전단부에 고정되어 상기 샤프트와 함께 회전하며 상기 볼류트 챔버에 장착되어 냉각수를 가압하는 임펠러; 그리고
원형 고리 모양의 외주부, 원형 고리 모양의 내주부, 그리고 상기 외주부와 상기 내주부 사이에 배치되는 필터를 포함하며, 상기 외주부의 외주 면이 상기 전방 격벽의 상기 관통홀의 내주 면에 연결되고, 상기 내주부의 내주 면은 상기 임펠러의 후단부 외주 면 또는 상기 샤프트의 외주 면에 연결되는 필터 조립체;
를 포함하는 전동식 워터 펌프.
제1항에 있어서,
상기 필터 조립체의 상기 외주부는,
상기 전방 격벽과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.
제1항에 있어서,
상기 필터 조립체는,
상기 외주부의 외주 면에 형성되는 적어도 하나의 원형 고리 모양의 제1립(rib)에 의해 상기 관통홀의 내주 면에 연결되는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.
제3항에 있어서,
상기 필터 조립체는,
상기 내주부의 내주 면에 형성되는 적어도 하나의 원형 고리 모양의 제2립에 의해 상기 임펠러의 후단부 외주 면 또는 상기 샤프트의 외주 면에 연결되는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.
제1항에 있어서,
상기 관통홀에 장착되어 상기 분리벽의 상기 관통홀 측 일단부를 지지하는 어댑터;
를 더 포함하며,
상기 필터 조립체의 상기 외주부의 외주 면은 상기 어댑터의 내주 면에 연결되는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.
제5항에 있어서,
상기 필터 조립체의 상기 외주부는,
상기 어댑터와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.
제5항에 있어서,
상기 필터 조립체는,
상기 외주부의 외주 면에 형성되는 적어도 하나의 원형 고리 모양의 제1립(rib)에 의해 상기 어댑터의 내주 면에 연결되는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.
제7항에 있어서,
상기 필터 조립체는,
상기 내주부의 내주 면에 형성되는 적어도 하나의 원형 고리 모양의 제2립에 의해 상기 임펠러의 후단부 외주 면 또는 상기 샤프트의 외주 면에 연결되는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.