KR20190033980A - 자동차용 워터펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 워터펌프에 관한 것이다. 이는, 스테이터를 수용하는 스테이터모듈과; 로터와, 중공샤프트와, 임펠러를 포함하는 펌프모듈과; 상기 펌프모듈의 회전축을 일정하게 유지하는 위치유지수단과; 상기 임펠러를 수용하는 임펠러작동공간부를 가지며 상기 임펠러작동공간부와 연통하는 유입매니폴드 및 유출패니폴드를 구비하는 어퍼케이싱과; 상기 스테이터모듈의 하단부에 고정되는 로워케이싱을 포함한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 다수의 부품들이 모듈화 되어 모듈간의 조립을 통해 전체적인 조립이 이루어지므로 그만큼 조립 및 분해가 간편하고 냉각수의 누출 가능성이 낮아 신뢰성이 높다. 또한, 본 발명은 플라스틱 케이싱에 대한 알루미늄 가스켓 또는 히트싱크가 이종 접합방식으로 일체화 되어 있으므로, 전체적으로 오링과 같은 고무시일의 개수가 최소화되어 고무시일의 노후화에 따른 문제가 적다. 아울러, 스테이터가 스테이터하우징의 내부에 완전히 밀봉되므로, 스테이터에 가해지는 로터 및 임펠러의 회전 진동에 따른 영향이 없다. 또한, 펌프모듈을 구성하는 임펠러와 로터가 일체화 되어 구조가 간단하고, 로터 샤프트가 샤프트지지튜브에 의해 지지되므로 샤프트의 변형이나 편심운동의 염려가 없다.

Description

자동차용 워터펌프{Water pump for car}

본 발명은 자동차용 워터펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 부품이 모듈화되어 조립이 용이하고, 기미설이 뛰어난 자동차용 워터펌프에 관한 것이다.

자동차의 본닛 내부에는 엔진을 적정수준의 온도로 유지시키기 위한 냉각장치가 구비된다. 이러한 냉각장치는, 엔진자체의 과열을 방지함은 물론 엔진의 주변 부품들의 열손상을 방지하고, 더 나아가 엔진이 냉각될 때 냉각속도를 조절하여 운전 중 엔진의 퍼포먼스가 최대한 양호하게 유지될 수 있도록 한다.

상기 엔진 냉각장치는, 상호 유기적으로 연결되어 있는 다수의 구성품, 즉, 라디에이터, 냉각팬, 서머스탯, 워터펌프, 구동벨트 등을 포함하여 이루어진다. 냉각수는 상기 워터펌프에 의해 펌핑되어, 라디에이터, 실린더블록, 흡기 매니폴드, 배기 매니폴드 및 실린더헤드의 워터재킷을 순환하여 라디에이터로 귀환한 후 라디에이터에서 외기 냉각된다.

한편, 상기 워터펌프는, 냉각수 유출입매니폴드, 케이싱, 가스켓, 임펠러, 모터, 회로기판, 방열수단 등을 포함하는 수많은 개별 부품으로 조립 구성된다.

그런데 상기한 종래의 워터펌프는 각각의 개별 부속을 일일이 맞추어 나사 등의 체결부속을 이용해 조립하는 것이므로, 조립공정이 매우 불편함은 물론 누출에 취약하다. 이를테면 사용이 오래될수록 나사가 서서히 풀려 냉각수가 쉽게 세어 나올 수 있는 것이다.

이와 같은 냉각수의 누출은, 냉각계통을 순환하는 냉각수의 부족을 야기하여 심할 경우 엔진과열에 따른 화재를 불러올 수도 있다.

국내 등록특허공보 제10-1366920호 (돔형 토출구를 구비한 전동식 워터펌프 및 이를 갖는 자동차 열 회수장치)

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 다수의 부품들이 모듈화 되어 모듈간의 조립을 통해 전체적인 조립이 이루어지므로 조립 및 분해가 간편하고 냉각수의 누출 가능성이 낮으며, 고무시일의 개수가 최소화되어 노후화에 따른 문제가 적고, 펌프모듈을 구성하는 임펠러와 로터가 일체화 되어 구조가 간단한 자동차용 워터펌프를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차용 워터펌프는, 스테이터를 밀폐 수용하고 그 중앙에 로터공간을 제공하며, 상단부에는 플랜지부가 형성되어 있는 스테이터모듈과; 상기 로터공간에 배치되어 스테이터와 대응하고 외부로부터 입력된 전력에 의해 회전하는 로터와, 상기 로터에 고정되며 로터공간 외부로 연장된 중공샤프트와, 상기 중공샤프트의 단부에 고정되어 로터와 함께 회전하는 임펠러를 포함하는 펌프모듈과; 상기 펌프모듈의 회전시 중공샤프트를 지지하여 펌프모듈의 회전축을 일정하게 유지하는 위치유지수단과; 상기 임펠러를 수용하는 임펠러작동공간부를 가지며 상기 임펠러작동공간부와 연통하는 유입매니폴드 및 유출패니폴드를 구비하고 하단부에는 접합면이 마련되어 있는 임펠러커버와, 상기 스테이터모듈의 플랜지부와 임펠러커버의 접합면 사이에 개재되며 일정두께를 가지는 로터커버와, 상기 임펠러커버의 접합면과 로터커버의 사이에 위치하는 것으로서 그 양면이 상기 접합면 및 로터커버의 상면에 이종 접합 방식으로 고정되는 제1접합가스켓과, 상기 로터커버의 저면과 스테이터모듈의 플랜지부 사이에 위치하되 로터커버의 저면에 이종 접합 방식으로 고정되어 있는 제2접합가스켓을 포함하는 어퍼케이싱과; 상기 스테이터모듈의 하단부에 고정되는 하우징커버와, 상기 하우징커버에 대해 이종접합 방식으로 고정되는 히트싱크를 갖는 로워케이싱을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치유지수단은; 그 하단부가 상기 스테이터하우징에 고정된 상태로 상기 중공샤프트를 관통하여 상기 유입매니폴드의 유입통로 내부로 연장된 고정샤프트와, 상기 유입매니폴드의 내부에 고정되며 상기 고정샤프트의 연장단부를 고정하는 샤프트홀더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 어퍼케이싱과 로워케이싱은 각각 인서트사출 방식으로 제작되어 일체를 이루는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 자동차용 워터펌프는, 다수의 부품들이 모듈화 되어 모듈간의 조립을 통해 전체적인 조립이 이루어지므로 그만큼 조립 및 분해가 간편하고 냉각수의 누출 가능성이 낮아 신뢰성이 높다.

또한, 본 발명은 플라스틱 케이싱에 대한 알루미늄 가스켓 또는 히트싱크가 이종 접합방식으로 일체화 되어 있으므로, 전체적으로 오링과 같은 고무시일의 개수가 최소화되어 고무시일의 노후화에 따른 문제가 적다.

아울러, 스테이터가 스테이터하우징의 내부에 완전히 밀봉되므로, 스테이터에 가해지는 로터 및 임펠러의 회전 진동에 따른 영향이 없다.

또한, 펌프모듈을 구성하는 임펠러와 로터가 일체화 되어 구조가 간단하고, 로터 샤프트가 샤프트지지튜브에 의해 지지되므로 샤프트의 변형이나 편심운동의 염려가 없다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 워터펌프의 분해 사시도이다.
도 2는 상기 도 1에 도시한 자동차용 워터펌프의 내부 구성을 설명하기 위한 절제 사시도이다.
도 3은 상기 도 1에 도시한 어퍼케이싱을 분해하여 도시한 도면이다.
도 4는 상기 도 1에 도시한 로워케이싱의 분해 사시도이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 워터펌프(11)의 분해 사시도이고, 도 2는 상기 도 1에 도시한 자동차용 워터펌프의 내부 구성을 설명하기 위한 절제 사시도이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 자동차용 워터펌프(11)는, 어퍼케이싱(20), 펌프모듈(40), 스테이터모듈(50), 로워케이싱(60), 위치유지수단(30)을 포함한다.

상기 어퍼케이싱(20)과 펌프모듈(40)과 스테이터모듈(50)과 로워케이싱(60)은 미리 조립되어 모듈화된 조립 구조체이다. 상기 조립 구조체는 각각 독립된 제작품으로서 별도 유통이 가능하며, 가령, 워터펌프(11)를 구성하는, 어퍼케이싱(20)과 펌프모듈(40)과 스테이터모듈(50)과 로워케이싱(60) 등의 각 모듈에서 필요한 부분만 교체할 수도 있다. 위치유지수단(30)은 어퍼케이싱(20)과 펌프모듈(40)을 연결하는 것으로서, 이 또한 별도의 독립적 구성 부품이다.

먼저, 상기 스테이터모듈(50)은, 그 내부에 스테이터(52)를 밀폐 수용하며 중앙부에 로터공간(51b)을 제공하는 스테이터하우징(51)과, 상기 스테이터하우징(51)의 일측에 장착되며 외부의 전력을 받아들이는 급전포트(53)을 구비한다. 상기 급전포트(53)를 통해 인가된 전력은 로터(41)를 회전하는 에너지로 사용된다.

또한, 상기 스테이터하우징(51)에 있어서 상기 어퍼케이싱(20)을 향하는 상단부에는 플랜지부(51c)가 마련되어 있다. 상기 플랜지부(51c)는 어퍼케이싱(20)의 제2접합가스켓(27)과 밀착 결합하는 부분으로서 원주방향을 따라 다수의 볼트구멍(51a)을 갖는다.

아울러 상기 스테이터하우징(51)의 바닥부 중앙에는 샤프트홀딩부(51d)가 마련되어 있다. 상기 샤프트홀딩부(51d)는 고정샤프트(33)의 하단부를 수용 고정한다. 즉 고정샤프트(33)를 수직으로 견고히 고정하는 역할을 하는 것이다. 상기 고정샤프트(33)는 샤프트홀딩부(51d)에 장착된 상태로 축회전 하지 못한다.

상기 스테이터하우징(51)은 사출 성형이 가능한 폴리 페닐렌 설파이드(Polyphenylene Sulfide:PPS) 계열의 합성수지로 제작할 수 있다.

상기 펌프모듈(40)은, 로터(41)와, 로터(41)에 고정되며 축회전 하는 중공샤프트(45)와, 상기 중공샤프트(45)의 연장 단부에 고정되는 임펠러(43)로 구성된다.

상기 로터(41)는, 로터공간(51b)에 수용된 상태로 외부로부터 전력이 인가됨에 따라 회전하며, 상기 중공샤프트(45)을 통해 외부로 회전토오크를 출력한다. 중공샤프트(45)의 단부에 임펠러(43)가 고정되어 있으므로, 로터(41)의 회전에 따라 임펠러(43)가 함께 회전함은 당연하다.

한편, 상기 어퍼케이싱(20)은, 임펠러커버(21), 제1접합가스켓(25), 로터커버(23), 제2접합가스켓(27)을 포함하여 구성된다.

상기 임펠러커버(21)는, 상기 로터공간(51b)과 연결되며 임펠러(43)를 수용하는 임펠러작동공간부(21g)와, 상기 임펠러작동공간부(21g)를 외부로 개방하는 유출매니폴드(21a) 및 유입매니폴드(21b)를 구비하며, 하단부에는 접합면(21f)을 갖는다.

임펠러(43)의 회전시, 외부의 냉각수가 유입매니폴드(21b)를 통해 임펠러작동공간부(21g) 내부로 유입한 후, 임펠러(43)로부터 운동에너지를 받아 유출매니폴드(21a)로 빠짐은 물론이다.

또한 상기 접합면(21f)에는 제1접합가스켓(25)과 로터커버(23)와 제2접합가스켓(27)이 차례로 접합되어 있다.

도 3에 상기 어퍼케이싱(20)을 따로 도시하였다.

도시한 바와 같이, 상기 어퍼케이싱(20)을 구성하는 임펠러커버(21)에는, 측방향으로 연장된 유출매니폴드(21a)와, 수직방향으로 고정된 유입매니폴드(21b)가 구비되어 있다. 또한 상기 임펠러커버(21)의 외곽부에는 다수의 볼트구멍(21d)이 형성되어 있다. 상기 임펠러커버(21)의 재질은 스테이터하우징과 동일하다.

상기 제1접합가스켓(25)은 일정두께를 가지며 상기 접합면(21f)에 접합되는 금속제 가스켓이다. 상기 제1접합가스켓(25)은 알루미늄으로 제작할 수 있다. 상기 제1접합가스켓(25)의 모양이 접합면(21f)과 동일하여 외곽부에 다수의 볼트구멍(25a)을 갖는다.

상기 로터커버(23)는 제1접합가스켓(25)의 저면에 접합 고정되는 링형 부재로서, 그 상면에 상부접합면(23b)을, 저면에 하부접합면(23c)을 가지며 외곽부에 다수의 볼트구멍(23a)을 갖는다. 상기 상부접합면(23b)은 제1접합가스켓(25)이 고정되는 면이고, 하부접합면(23c)은 제2접합가스켓(27)이 고정되는 고정면이다. 상기 로터커버(23)는 임펠러커버(21)와 마찬가지로 PPS계열의 합성수지로 이루어진다.

상기 제2접합가스켓(27)은 제1접합가스켓(27)과 마찬가지로 알루미늄으로 제작된 가스켓으로서 그 외곽부에 다수의 볼트구멍(27a)을 갖는다.

한편, 상기 적층구조를 갖는 어퍼케이싱(20)은 인서트사출공정을 통해 제작된다. 즉, 인서트사출금형내에 상기 제1,2접합가스켓(25,27)을 미리 배치한 상태로 상기 합성수지를 주입하여 성형하는 것이다.

이와 같이, 어퍼케이싱(20)을 인서트사출공정을 통해 제작하므로, 접합면(21f)와 제1접합가스켓(25), 제1접합가스켓(25)과 로터커버(23), 로터커버(23)와 제2접합가스켓(27)이 이종간의 접합을 하여 별도의 시일링 수단을 강구할 필요가 없다. 참고로, 종전에는 로터커버(23)의 상하부에와 임펠러커버(21)의 하부에 고무 오링을 끼웠었다.

아울러, 상기 어퍼케이싱(20)의 주연부에 일직선을 이루는 볼트구멍을 형성한 이유는, 단지 어퍼케이싱(20)에 대한 스테이터모듈(50)의 볼팅 결합을 위한 것이다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 펌프모듈(40)의 회전 중심축이 위치유지수단(30)으로 유지되고 있음을 알 수 있다. 상기 위치유지수단(30)은 펌프모듈(40)의 회전중심축이 흔들리지 않도록 유지하는 역할을 한다. 이러한 위치유지수단(30)의 작용에 의해, 펌프모듈(40)이 고속 회전하더라도 진동의 발생이 거의 없다.

상기 위치유지수단(30)은, 고정샤프트(33)와 샤프트홀더(31)를 포함한다. 상기 고정샤프트(33)는 길이방향으로 연장된 환봉으로서, 그 하단부가 상기 스테이터하우징(51) 바닥의 샤프트홀딩부(51d)에 고정된 상태로 연장되어 상기 중공샤프트(45)를 관통하여 유입매니폴드(21b)의 유입통로 내부에 위치한다.

또한, 상기 샤프트홀더(31)는 상기 고정샤프트(33)의 연장단부를 고정하는 것으로서, 상기 유입유로(21e)의 내주면에 밀착 지지되는 고정링(31b)과, 상기 고정링(31b)의 중심부에 위치하며 지지구멍(31a)을 구비한 상단홀더(31c)를 포함한다.

상기 고정샤프트(33)는, 그 양단부가 샤프트홀딩부(51d) 및 상단홀더(31c)에 지지되므로 항상 수직을 유지하며, 중공샤프트(45)의 회전중심축을 일정하게 유지시킨다.

한편, 상기 로워케이싱(60)은 스테이터모듈(50)의 하단부에 결합하여 스테이터하우징(51)을 마감하는 것으로서, 하우징커버(61)와 히트싱크(63)을 포함한다.

도 4는 상기 도 1에 도시한 로워케이싱(60)의 분해 사시도이다.

상기 하우징키버(61)는 PPS계열의 합성수지로 성형 제작되며 일측에 결합공(61a)을 갖는다. 상기 결합공(61a)은 히트싱크(63)가 위치하는 구멍이다. 상기 히트싱크(63)는 알루미늄으로 제작된 방열부재로서, 상면에 형성되어 있는 결합면부(63a)가 상기 하우징커버(61)의 접합면(61b)에 밀착한다. 특히 하우징커버(61)와 히트싱크(63)도 인서트사출방식으로 제작된다.

즉, 인서트사출금형내에 상기 히트싱크(63)를 설치한 상태로 금형내에 합성수지를 주입하여 제작하는 것이다. 이러한 인서트사출방식은 이종소재인 합성수지와 알루미늄을 상호 접합 고정시킨다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

11:워터펌프 20:어퍼케이싱 21:임펠러케이싱
21a:유출매니폴드 21b:유입매니폴드 21d:볼트구멍
21e:유입유로 21f:접합면 21g:임펠러작동공간부
23:로터커버 23a:볼트구멍 23b:상부접합면
23c:하부접합면 25:제1접합가스켓 25a:볼트구멍
27:제2접합가스켓 27a:볼트구멍 30:위치유지수단
31:샤프트홀더 31a:지지구멍 31b:고정링
31c:상단홀더 33:고정샤프트 40:펌프모듈
41:로터 43:일펠러 45:중공샤프트
50:스테이터모듈 51:스테이터하우징 51a:볼트구멍
51b:로터공간 51c:플랜지부 51d:샤프트홀딩부
52:스테이터 53:급전포트 60:로워케이싱
61:하우징커버 61a:결합공 61b:접합면
63:히트싱크 63a:결합면부

Claims (3)

1. 스테이터를 밀폐 수용하고 그 중앙에 로터공간을 제공하며, 상단부에는 플랜지부가 형성되어 있는 스테이터모듈과;
   상기 로터공간에 배치되어 스테이터와 대응하고 외부로부터 입력된 전력에 의해 회전하는 로터와, 상기 로터에 고정되며 로터공간 외부로 연장된 중공샤프트와, 상기 중공샤프트의 단부에 고정되어 로터와 함께 회전하는 임펠러를 포함하는 펌프모듈과;
   상기 펌프모듈의 회전시 중공샤프트를 지지하여 펌프모듈의 회전축을 일정하게 유지하는 위치유지수단과;
   상기 임펠러를 수용하는 임펠러작동공간부를 가지며 상기 임펠러작동공간부와 연통하는 유입매니폴드 및 유출패니폴드를 구비하고 하단부에는 접합면이 마련되어 있는 임펠러커버와, 상기 스테이터모듈의 플랜지부와 임펠러커버의 접합면 사이에 개재되며 일정두께를 가지는 로터커버와, 상기 임펠러커버의 접합면과 로터커버의 사이에 위치하는 것으로서 그 양면이 상기 접합면 및 로터커버의 상면에 이종 접합 방식으로 고정되는 제1접합가스켓과, 상기 로터커버의 저면과 스테이터모듈의 플랜지부 사이에 위치하되 로터커버의 저면에 이종 접합 방식으로 고정되어 있는 제2접합가스켓을 포함하는 어퍼케이싱과;
   상기 스테이터모듈의 하단부에 고정되는 하우징커버와, 상기 하우징커버에 대해 이종접합 방식으로 고정되는 히트싱크를 갖는 로워케이싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 워터펌프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 위치유지수단은;
   그 하단부가 상기 스테이터하우징에 고정된 상태로 상기 중공샤프트를 관통하여 상기 유입매니폴드의 유입통로 내부로 연장된 고정샤프트와,
   상기 유입매니폴드의 내부에 고정되며 상기 고정샤프트의 연장단부를 고정하는 샤프트홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 워터펌프.
3. 제1항에 있어서,
   상기 어퍼케이싱과 로워케이싱은 각각 인서트사출 방식으로 제작되어 일체를 이루는 것을 특징으로 하는 자동차용 워터펌프.

Images