KR20190087825A - 전자식 워터펌프 - Google Patents

Abstract

차량에 장착되어 냉각수 등의 유체를 이송시킬 수 있는 전자식 워터펌프가 개시된다. 본 발명에 의한 전자식 워터펌프는 유입구와 유출구가 형성된 본체;상기 본체의 하우징 내부에 장착되어 전기가 공급되면 회전 자계를 형성하는 스테이터 어셈블리; 상기 스테이터 어셈블리 중앙에 회전 가능하게 조립되고 상기 회전 자계에 의해 회전됨으로써 상기 유입구로부터 냉각수를 흡입하여 상기 유출구로 배출시키는 임펠러 어셈블리;를 포함하되, 상기 스테이터 어셈블리는, 이중의 원통형 형태로 이루어지고, 내측 원통부과 외측 원통부가 일정각도마다 방사상으로 연결부에 의해 연결되며, 상기 외측 원통부는 상기 일정각도마다 절개부에 의해 절개되되 각각 상기 연결부에 의해 상기 내측 원통부와 연결된 이너 코어; 상기 내측 원통부의 중앙에 고정되는 고정 샤프트; 상기 회전 자계를 형성하기 위한 권선 및 휴징이 이루어지도록 인서트 사출에 의해 상기 이너 코어와 결합되는 스테이터 몸체; 상기 고정 샤프트의 상단이 상기 스테이터 몸체의 상단부에 인서트 사출되고, 상기 권선과 상기 스테이터 몸체 상부의 PCB를 전기적으로 연결하는 커넥터; 상기 이너 코어와 유사한 높이의 원통형으로 이루어지고, 상기 이너 코어 외면에 압입되는 아우터 코어;를 포함한다.

Description

전자식 워터펌프 {Electric water pump}

본 발명은 차량에 장착되어 냉각수 등의 유체를 이송시킬 수 있는 전자식 워터펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 차량은 엔진을 구동하여 구동력을 얻는 바, 엔진 구동의 부산물로 얻어지는 열을 처리하여 엔진 온도를 일정온도 범위에서 유지해야 한다. 이러한 엔진 냉각 방식에는 공랭식과 수랭식이 있으나, 특수 차량을 제외하고는 현실적으로 안정적인 냉각 방식인 수랭식을 사용하게 된다. 수랭식 엔진에는 엔진을 냉각시키기 위하여 냉각수가 엔진에 형성된 워터재킷을 순환하도록 워터 펌프가 설치된다.

현재 차량의 개발 방향이 친환경, 고효율 및 고연비 차량으로 관심이 집중되고 있는 실정이며, 이러한 목표를 달성하고자, 자동차 부품의 전동화가 이루어지고 있다. 자동차 엔진의 냉각시스템 및 실내 난방을 위하여 엔진 및 히터에 냉각수를 순환시키기 위한 핵심 부품인 워터 펌프의 전동화를 위한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

워터 펌프에서 토출된 냉각수는 엔진, 히터, 또는 라디에이터와 열교환을 수행하며, 순환한 후 다시 워터 펌프로 유입된다. 이러한 워터 펌프는 크게 기계식 워터 펌프(mechanical water pump)와 전자식 워터 펌프(electric water pump)로 나누어진다.

기계식 워터 펌프는 엔진의 크랭크샤프트에 고정된 풀리와 벨트로 연결되어 크랭크샤프트의 회전, 즉 엔진의 회전 구동력에 의해서 구동됨에 따라, 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 작동하지 못하였고, 히터 및 라디에이터를 정상적으로 작동시키기 위해서는 엔진 회전수를 높여야 하였다. 이로 인하여 차량의 연비가 떨어지는 문제점이 발생하였다. 또한 기계식 워터 펌프는 엔진의 회전과 함께 구동하므로, 엔진 냉각을 최적의 상태에서 임의로 제어할 수 없고, 엔진 부하를 증대시켜 차량 전체의 연비를 저감시키며, 엔진 주위의 구조가 복잡해지고 부피가 커진다는 문제점이 있었다.

이에 따라 기계식 워터 펌프의 문제점을 개선하고자 전자식 워터 펌프가 개발되었으며, 전자식 워터 펌프는 기계식 워터 펌프와 달리 동력원이 배터리가 되며, 제어장치에 의해 전원의 공급이 제어되는 모터에 의해 구동됨에 따라 엔진의 회전 속도와 상관없이 냉각수의 유량을 결정할 수 있는 장점이 있다. 그렇지만, 전자식 워터 펌프에 사용되는 부품들은 전기에 의해 작동하므로, 전기적으로 작동하는 부품들이 충분한 방수 성능을 갖도록 하는 것이 중요하며, 충분한 방수 성능의 확보가 전자식 워터 펌프의 성능과 내구성을 증가시키는 관건이 되고 있다.

전자식 워터 펌프는 냉각수가 유입되는 유입구 및 냉각수가 배출되는 배출구가 형성되며, 기본적으로, 내부에 회전가능하게 구비된 임펠러와, 임펠러를 회전시키도록 내부에 케이스 내부에 구비되는 전동 모터를 포함한다.

이때, 전동 모터가 DC 모터인 경우에는, DC 모터의 회전축과 임펠러가 결합된 임펠러 샤프트가 치합되어 회전하고, 임펠러 샤프트는 기계식 워터 펌프와 같이 베어링에 의해 회전 지지됨에 따라, DC 모터를 사용하는 전자식 워터 펌프는 DC 모터 및 임펠러 샤프트의 길이만큼 부피가 커지고, 베어링의 내부로 냉각수가 침습하는 것을 방지하는 별도의 실링이나 바이패스 라인 등이 필요하다는 단점이 있다.

이에 전자식 워터 펌프를 콤팩트하면서 최적화된 구성으로 탈바꿈시키기 위하여 상기 전동 모터를 BLDC 모터를 사용하고, 모터케이스의 내부 중앙에 샤프트를 고정하고, 스테이터 및 로터를 설치하되, 로터에 임펠러를 함께 인서트 사출 성형하여 샤프트에 회전 가능하게 삽입시켜 로터의 회전으로 임펠러가 회전하도록 구성된 전자식 워터 펌프가 개발되어 있다.

그러나 종래 기술에 따른 전자식 워터 펌프는 고정된 샤프트에 로터 및 임펠러 일체형 인서트 사출물이 삽입되어 회전하는 구조이기 때문에, 그 구조가 복잡하여 조립하기 어려운 문제점이 있었고, 샤프트와 맞닿은 내경면이 고속 회전에 따라 열화되어 흠집이 나거나 훼손되기 쉽고, 열팽창에 의해 회전중심이 미세하게 틀어져서 내구성이 떨어짐에 따라 정량 펌핑이 어려워지는 문제점이 있었다.

등록특허 제1054323호

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 간단한 조립구조를 제시하고 이러한 구조로 충분한 방수 성능을 확보하는 동시에 오랜 고속 회전에도 그 내구성을 유지할 수 있는 전자식 워터펌프를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 유입구와 유출구가 형성된 본체; 상기 본체의 하우징 내부에 장착되어 전기가 공급되면 회전 자계를 형성하는 스테이터 어셈블리; 상기 스테이터 어셈블리 중앙에 회전 가능하게 조립되고 상기 회전 자계에 의해 회전됨으로써 상기 유입구로부터 냉각수를 흡입하여 상기 유출구로 배출시키는 임펠러 어셈블리;를 포함하되, 상기 스테이터 어셈블리는, 이중의 원통형 형태로 이루어지고, 내측 원통부과 외측 원통부가 일정각도마다 방사상으로 연결부에 의해 연결되며, 상기 외측 원통부는 일정각도마다 절개부에 의해 절개되되 각각 상기 연결부에 의해 상기 내측 원통부와 연결된 이너 코어; 상기 내측 원통부의 중앙에 스테이터 몸체 사출 시 인서트 사출되는 고정 샤프트; 상기 회전 자계를 형성하기 위한 권선 및 휴징이 이루어지도록 인서트 사출에 의해 상기 이너 코어와 결합되는 스테이터 몸체; 상기 고정 샤프트의 상단이 고정된 상기 스테이터 몸체의 상단부에 조립되고, 상기 권선과 상기 스테이터 몸체 상부의 PCB를 전기적으로 연결하는 커넥터; 상기 이너 코어와 유사한 높이의 원통형으로 이루어지고, 상기 이너 코어 외면에 압입되는 아우터 코어;를 포함하고, 상기 스테이터 몸체가 상기 본체의 하부 커버에 형성된 유로 형상과 대응되는 형상으로 이루어질 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 다른 구체적인 수단으로서 본 발명은, 유입구와 유출구가 형성된 본체; 상기 본체의 하우징내부에 장착되어 전기가 공급되면 회전 자계를 형성하는 스테이터 어셈블리; 상기 스테이터 어셈블리 중앙에 회전 가능하게 조립되고 상기 회전 자계에 의해 회전됨으로써 상기 유입구로부터 냉각수를 흡입하여 상기 유출구로 배출시키는 임펠러 어셈블리;를 포함하되, 상기 임펠러 어셈블리는, 원통형으로 이루어져 뼈대를 형성하는 로터 코어; 상기 로터 코어보다 짧은 길이로 형성되고 일정각도마다 수직으로 상기 로터 코어 외면에 이격되어 설치된 마그네트; 상기 로터 코어와 상기 마그네트의 사이 공간과 내외측을 감싸도록 사출 성형되고, 상기 스테이터 어셈블리에 구비되는 고정 샤프트에 회전 가능하게 삽입되며 일단에는 나선형 날개가 구비되어 상기 유입구로 유체가 흡입된 다음 상기 유출구로 배출되도록 회전되는 임펠러 몸체;를 포함하고, 상기 임펠러 몸체는 상기 스테이터 어셈블리에 구비되는 고정 샤프트에 회전 가능하게 회전축 지지부 형상을 구비하고 회전축 지지부에 이물 유입 시 배출 되도록 홈 형태의 이물 배출부가 길이 방향을 따라 형성될 수 있다.

이때, 상기 본체는, 상하부가 개방된 하우징; 상기 하우징의 상부를 밀폐하도록 조립되고 상기 하우징 내부의 공기를 빼기 위한 에어 벤트 기구물이 장착된 상부 커버; 상기 하우징의 하부를 밀폐하도록 조립되고 상기 유입구와 유출구가 형성된 하부 커버;를 포함하고, 상기 상부 커버는 상기 하우징 또는 하부 커버와 다른 재질로 이루어지되, 상기 하우징 또는 하부 커버보다 열전달율이 더 큰 재질로 이루어지며, 상기 하우징과 상기 하부 커버에는 조립을 위한 플랜지가 외면에 각각 형성되어 결합되되, 상기 스테이터 어셈블리에도 플랜지가 형성되어 상기 하우징과 상기 하부 커버의 플랜지 사이에 개재되어 결합되고, 상기 하우징의 플랜지와 상기 스테이터 어셈블리의 플랜지에는 위치 결정용 돌기 또는 홀이 서로 대응하는 위치에 형성되어 결합될 수 있다.

이때, 상기 아우터 코어 내측면에는 이너 코어의 절개부에 삽입되는 내측돌기가 형성되어 상기 이너 코어 외면에 압입될 수 있다.

이때, 상기 임펠러 몸체에는 1, 2차 사출에 의해 상기 로터 코어와 상기 마그네트와 일체형을 이루어 상기 임펠러 어셈블리를 구성하되, 상기 로터 코어와 상기 마그네트의 일단이 서로 같은 높이에 위치하도록 맞추어진 상태에서 상기 마그네트 길이만큼 1차 사출이 이루어진 다음, 상기 나선형 날개를 포함하는 나머지 부분이 2차 사출되어 이루어질 수 있다.

이때, 상기 1차 사출과 2차 사출에 의한 경계면에는 세레이션 접합부가 형성될 수 있다.

이때, 상기 1차 사출에서 상기 임펠러 몸체 외측은 상기 마그네트 길이만큼 형성되고, 내측은 그 보다 짧게 형성되어 상기 2차 사출에 의해 형성될 수 있다.

이때, 상기 2차 사출에 의해 형성된 상기 임펠러 몸체의 내측 홀에 의해 상기 스테이터 어셈블리의 고정 샤프트가 삽입되어 지지될 수 있다.

이때, 상기 내측 홀에는 이물 배출을 위한 홈 형태의 이물 배출부가 길이 방향을 따라 형성될 수 있다.

이때, 상기 임펠러 몸체에는 축방향에 대하여 수직방향으로 원판이 형성되고, 상기 원판에 축방향을 중심으로 상기 나선형 날개가 형성되며, 상기 나선형 날개를 덮는 클로즈형 원판이 형성될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 스테이터 어셈블리, 임펠러 어셈블리, 그리고 하우징이 조립되는 간단한 구조를 제공함으로써 조립이 원활이 이루어져 생산성 향상을 도모할 수 있다.

(2) 본 발명은 사출물로 일체형 형태를 구현하기 어려운 스테이터 어셈블리와 임펠러 어셈블리를 인서트 사출 또는 1, 2차 사출을 적용함으로써 내구성이 강한 조립 형태를 구현할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 상부에서 바라본 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 하부에서 바라본 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 하부에서 바라본 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 상부에서 바라본 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 일부 구성요소인 임펠러 날개의 종류를 보여주는 사시도이다.
도 7은 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 일부 구성요소인 고정 샤프트와이너 코어의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 일부 구성요소인 스테이터 어셈블리의 스테이터 몸체 사출 전후를 보여주는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 일부 구성요소인 스테이터 어셈블리의 커넉터 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 일부 구성요소인 스테이터 어셈블리의 아우터 코어 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 일부 구성요소인 스테이터 어셈블리의 사시도이다.
도 12는 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 일부 구성요소인 임펠러 어셈블리를 제조하기 위한 1차 사출을 보여주는 공정 사시도이다.
도 13은 본 발명에 의한 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 일부 구성요소인 임펠러 어셈블리의 1차 사출 후의 평면도이다.
도 14는 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 일부 구성요소인 임펠러 어셈블리의 단면도이다.
도 15는 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 일부 구성요소인 임펠러 어셈블리의 평면도이다.
도 16은 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 일부 구성요소인 하우징과 스테이터 어셈블리의 분해 사시도다.
도 17과 도 18은 본 발명에 의한 전자식 워터펌프의 일부 구성요소인 스테이터 몸체와 하부 커버의 조립을 보여주는 분해 사시도와 평면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 워터펌프를 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 전자식 워터펌프(1)는 기본적으로 BLDC 모터의 원리를 적용한 것으로서, 전기를 공급함으로써 임펠러를 회전시켜 유체인 냉각수를 원활하게 이송시키게 된다. 이러한 전자식 워터펌프(1)는 기계식 워터펌프와 달리 전기를 공급하여 원하는 시기에 원하는 속도로 유체를 이송시킬 수 있는 이점이 있다.

상기 전자식 워터펌프(1)는, 도 1 내지 도 16을 참고하면, 본체(10), 스테이터 어셈블리(30), 임펠러 어셈블리(40)를 포함한다.

상기 본체 (10)는, 도 3과 도 5를 참고하면, 유입구(12a)와 유출구(12b)가 형성된다. 상기 본체(10) 내부에는 상기 스테이터 어셈블리(30)와 임펠러 어셈블리(40)가 장착된다.

이때, 상기 본체(10)는, 도 1내지 도 5를 참고하면, 상하부가 개방된 하우징(11)과, 상기 하우징(11)의 상부를 밀폐하도록 조립되고 상기 하우징(11) 내부의 공기를 빼기 위한 에어 벤트기구물(20)이 장착된 상부 커버(13)와, 상기 하우징(11)의 하부를 밀폐하도록 조립되고 상기 유입구(12a)와 유출구(12b)가 형성된 하부 커버(12)를 포함한다.

이때, 상기 본체(10)는 도 5를 참고하면, 하부는 임펠러 어셈블리(40) 쪽으로 유입구(12a)와 유출구(12b)가 형성되기 때문에 개방되어 있으나, 상기 하우징(11)가 상기 상부 커버(13) 및 하부 커버(12)에 오링(14-16)이 구비된 상태로 조립되어 있기 때문에 냉각수는 스테이터 어셈블리(30)의 중앙의 홀까지만 스며들 수 있고, 스테이터 몸체(33) 외측으로는 스며들 수 없도록 되어 있다.

이때, 상기 상부 커버(12)는, 도 1, 4, 5를 참고하면, 상기 몸체(10) 또는 하부 커버(12)와 다른 재질로 이루어지되, 상기 하우징(11) 또는 하부 커버(12)보다 열전달율이 더 큰 재질로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 상부 커버(12)에 인접해서는 PCB(50)와 같이 작동시 열을 발생시키는 부품이 설치되어 있고, 열을 상부로 열전달에 의해 용이하게 배출하기 위함이다. 또한 상기 상부 커버(12) 측면에는 많은 돌기들이 치형 형상으로 돌출되어 접촉하는 면적을 크게 하여 열전달을 극대화하는 방열 구조를 갖는다.

이때, 상기 상부 커버(13)는 외측에 플랜지(13a)가 형성되어, 상기 하우징(11)의 플랜지(11a)와 함께 조립된다.

이때, 상기 하우징(11)과 상기 하부 커버(12)에는, 도 1을 참고하면, 조립을 위한 플랜지(12c)가 외면에 각각 형성되어 결합되되, 상기 스테이터 어셈블리(30)에도 플랜지(33f)가 형성되어 상기 몸체(10)와 상기 하부 커버(12)의 플랜지(12c) 사이에 개제되어 결합된다.

이렇게 상기 스테이터 어셈블리(30)가 상기 하우징(11)과 하부 커버(12) 사이에서 함께 체결되어 조립되면 결국에는 스테이터 어셈블리(30)가 본체(10)과 일체형으로 조립된 것처럼 견고한 내구성을 가지게 된다.

이때, 도 16을 참고하면, 상기 하우징(11)의 플랜지(11a)에는 위치 결정용 돌기(11c)가, 상기 스테이터 어셈블리(30)의 플랜지(33f)에는 위치 결정용 홀(33g)이 서로 대응하는 위치에 형성되어 결합된다. 이러한 위치 결정용 돌기(11c)와 홀(33g)의 구성에 의해 조립 시, 상기 스테이터 어셈블리(30)가 명확한 위치에 조립되도록 할 수 있다.

상기 스테이터 어셈블리(30)는, 도 3 내지 도 11을 참고하면, 상기 본체(10)의 내부에 장착되어 전기가 공급되면 회전 자계를 형성하게 되는 바, 이너 코어(32), 고정 샤프트(31), 스테이터 몸체(33), 커넥터(60), 그리고 아우터 코어(34)를 포함한다.

상기 이너 코어(32)는, 도 7을 참고하면, 뼈대를 형성하는 부재로서, 이중의 원통형 형태로 이루어지고, 내측 원통부(32a)과 외측 원통부(32b)가 일정각도마다 방사상으로 연결부(32c)에 의해 연결되며, 상기 외측 원통부(32b)는 상기 일정각도마다 절개부(32d)에 의해 절개되되 각각 상기 연결부(32c)에 의해 상기 내측 원통부(32a)와 연결된다.

이때, 상기 이너 코어(32)의 외측 원통부(32b)의 외면을 제외한 모든 표면은 상기 스테이터 몸체(33)에 의해 성형되어 외부로 노출되지 않도록 된다.

상기 고정 샤프트(31)는, 도 5와 도 7을 참고하면, 상기 내측 원통부(32a)의 중앙에 고정된다.

이때, 상기 고정 샤프트(31)는 도 5를 참고하면, 상단이 상기 스테이터 몸체(33)에 사출 성형 시, 고정되고, 상기 스테이터 몸체(33) 또한 하우징(11)에 고정되기 때문에 결국 상기 고정 샤프트(31)는 고정된 상태를 유지하는 중앙의 축을 구성하게 된다.

상기 스테이터 몸체(33)는, 도 8을 참고하면, 상기 회전 자계를 형성하기 위한 권선 및 휴징이 이루어지도록 인서트 사출에 의해 상기 이너 코어(32)와 결합된다.

이때, 상기 스테이터 몸체(33)는 도 7과 같이 상기 이너 코어(32)와 고정 샤프트(31)가 배열된 상태에서 인서트 사출에 의해 도 8의 위쪽에 도시된 것처럼 제조되는 바, 아래쪽에는 스테이터 몸체(33)만을 도시하고 있다. 여기서 상기 스테이터 몸체(33)는 사출 성형에 의해 제조되는 바, 상기 이너 코어(32)를 감싸는 형태로 이루어지기 때문에 이너 코어(32)가 있는 부분은 공동(33c)으로 나타나게 되고, 이너 코어(32)와 마찬가지로 외측 원통부(33b)와 내측 원통부(33a)를 가지게 되고, 상단부에는 고정 샤프트(31)가 고정된 상태로 된다.

이때, 상기 스테이터 몸체(33)가 상술한 구조를 가지기 때문에 상기 이너 코어(32)와 함께 일반사출로는 제조가 어려워 인서트 사출에 의해 성형하게 된다.

상기 커넥터(60)는, 도 9 내지 도 11을 참고하면, 상기 고정 샤프트(31)의 상단이 고정된 상기 스테이터 몸체(33)의 상단부에 조립되고, 상기 권선과 상기 스테이터 몸체(33) 상부의 PCB(50)를 전기적으로 연결한다.

이때, 상기 커넥터(60)는 스테이터 몸체(33)에 감긴 권선을 상기 PCB(50)로 연결함으로써 제공되는 전력을 스테이터 몸체(33)로 전달하게 된다.

이때, 도 9를 참고하면, 상기 스테이터 몸체(33)의 상단부에는 원통형으로 이루어지고, 상기 상단부 측면에는 서로 다른 크기의 결합돌기(33e)가 형성되고, 상기 커넥터(60)에는 상기 결합돌기(33e)가 삽입되는 결합홈이 대응하는 위치에 형성되어 조립된다. 이러한 서로 크기가 다른 두 개의 결합돌기가 두 개의 결합홈에 각각 삽입되어 조립되는 구성이기 때문에 그 위치가 항상 동일한 위치에서 조립된다.

상기 아우터 코어(34)는, 도 10을 참고하면, 상기 이너 코어(32)와 유사한 높이의 원통형으로 이루어지고, 상기 이너 코어(32) 외면에 압입된다.

이때, 이너 코어(32)의 외면은 스테이터 몸체(33)로부터 노출되어 있기 때문에 상기 아우터 코어(34)가 조립되면 상기 아우터 코어(34)와 이너 코어(32)는 서로 밀착하게 된다.

이때, 상기 아우터 코어(34) 내측면에는이너 코어(32)의 절개부(32d)에 삽입되는 내측돌기(34a)가 형성되어 상기 이너 코어(32) 외면에 압입된다.

상기 임펠러 어셈블리(40)는, 도 12 내지 도 15를 참고하면, 상기 스테이터 어셈블리(30) 중앙에 회전 가능하게 조립되고 상기 회전 자계에 의해 회전됨으로써 상기 유입구(12a)로부터 냉각수를 흡입하여 상기 유출구(12b)로 배출시킨다.

이때, 상기 임펠러 어셈블리(40)는, 원통형으로 이루어져 뼈대를 형성하는 로터 코어(41)와, 상기 로터 코어(41)보다 짧은 길이로 형성되고 일정각도마다 수직으로 상기 로터 코어(41) 외면에 이격되어 설치된 마그네트(42)와, 상기 로터 코어(41)와 상기 마그네트(42)의 사이 공간과 내외측을 감싸도록 사출 성형되고, 상기 스테이터 어셈블리(40)에 구비되는 고정 샤프트(31)에 회전 가능하게 삽입되며 일단에는 나선형 날개(40a)가 구비되어 상기 유입구(12a)로 유체가 흡입된 다음 상기 유출구(12b)로 배출되도록 회전되는 임펠러 몸체(43)를 포함한다.

이때, 상기 임펠러 몸체(43)에는 1, 2차 사출에 의해 상기 로터 코어(41)와 상기 마그네트(42)와 일체형을 이루어 상기 임펠러 어셈블리(40)를 구성하되, 상기 로터 코어(41)와 상기 마그네트(42)의 일단이 서로 같은 높이에 위치하도록 맞추어진 상태에서 상기 마그네트(42) 길이만큼 1차 사출이 이루어진 다음, 상기 나선형 날개(40a)를 포함하는 나머지 부분이 2차 사출되어 이루어진다.

이때, 상기 1차 사출과 2차 사출에 의한 경계면에는세레이션 접합부(43a,43b)가 형성된다.

이때, 상기 1차 사출에서 상기 임펠러 몸체(43) 외측은 상기 마그네트(42) 길이만큼 형성되고, 내측은 그 보다 짧게 형성되어 상기 2차 사출에 의해 형성된다.

이때, 상기 2차 사출에 의해 형성된 상기 임펠러 몸체(43)의 내측 홀(40c)에 의해 상기 스테이터 어셈블리(30)의 고정 샤프트(31)가 삽입되어 지지된다.

이때, 상기 내측 홀(40c)에는 이물 배출을 위한 홈 형태의 이물 배출부(40d)가 길이 방향을 따라 형성된다.

이때, 도 6의 (b)를 참고하면, 임펠러 몸체(40')의 다른 실시예가 도시되어 있다. 상기 임펠러 몸체(40')에는 축방향에 대하여 수직방향으로 원판이 형성되고, 상기 원판에 축방향을 중심으로 상기 나선형 날개(40a')가 형성되며, 상기 나선형 날개를 덮는 클로즈형 원판(40c')이 형성될 수 있다.

한편, 도 1을 참고하면, 전자식 워터 펌프(1)의 하우징(11)가 상하부 커버(12,13)에 의해 조립되어 있는 것을 볼 수 있다. 상하부 커버(12,13)는 각각 플랜지 볼트에 의해 상기 하우징(11)과 조립된다. 여기서 상부 커버(13)는 방열에 유리한 구조와 재질로 이루어져 있다.

도 2를 참고하면, 하부 커버(12)에 형성되어 유입구(12a)와 유출구(12b)가 도시되어 있다. 중앙 수직으로 유입된 냉각수는 측면에 수평으로 형성된 유출구(12b)를 통하여 수직으로 방향이 꺾여 배출된다.

도 3을 참고하면, 내부 구성품의 조립되는 방향을 상하부가 반전된 상태로 보여준다. 여기서 각 결합 부위에는 밀폐를 위한 오링들(14,15)이 설치되어 있는 것을 볼 수 있다. 특히 본체(10) 내부에 스테이터 어셈블리(30)와 임펠러 어셈블리(40)만이 조립되는 간단한 구조임을 알 수 있다.

도 4를 참고하면, 상부 커버(13)가 조립되는 것을 알 수 있다. 상부 커버(13) 내측에는 PCB(50)가 조립되고, 맨 아래에 위치한 조립체는 하부측과는 완전히 방수 가능하게 조립된다.

도 5를 참고하면, 본 발명에 의한 전자식 워터펌프(1)의 내부 구성을 한 번에 볼 수 있는 바, 스테이터 몸체(33)에 의해 하부와 완전히 방수처리가 된 것을 알 수 있고, 그 스테이터 몸체(33) 내부에서 임펠러 어셈블리(40)가 회전되는 것을 알 수 있다.

도 6을 참고하면, 임펠러 어셈블리(40,40‘)의 두 가지 실시예가 도시되어 있다. (a)는 일반적인 나선형 날개 형성된 임펠러(40)를 나타내고, (b)는 거기에 더하여 하나의 원판(40c')을 더 추가한 글로즈 타입의 임펠러(40')를 보여준다. 이러한 원판의 추가는 정숙운전에 도움을 줄 수 있다.

도 7을 참고하면, 고정 샤프트(31)와 이너 코어(32)가 도시되어 있다. 고정 샤프트(31)는 스테이터 어셈블리 몸체(33) 중앙에 고정되고, 임펠러 어셈블리(40) 중앙에 삽입되어 회전 중심을 이루게 된다. 상기 이너 코어(32)는 모터의 권선을 위한 스테이터 코일 형태를 가지고 있다.

도 8을 참고하면, 상부 그림은 고정 샤프트(31)와 이너 코어(32)를 인서트 사출한 다음의 스테이터 어셈블리(30)의 상태를 나타내고, 그 하부 그림은 고정 샤프트(31)와 이너 코어(32)가 삭제된 순수 스테이터 몸체(33)만을 도시하고 있다. 이러한 구조이기 때문에 인서트 사출에 의해 스테이터 몸체(33)를 성형하게 된다.

도 9를 참고하면, 스테이터 몸체(33)에 커넥터(60)를 조립하기 위한 도면이다. 스테이터 몸체(33) 상단 측면에는 서로 다른 크기의 돌출부(33e)가 형성되고, 그에 대응한 홈이 커넥터(60) 내측에 형성되어 조립되기 때문에 정확한 위치에서 조립이 이루어질 수밖에 없다.

도 10과 도 11을 참고하면, 스테이터 어셈블리(30)에 마지막으로 아우터 코어(34)를 압입하기 위한 조립도를 나타낸다. 아우터 코어(34) 내측의 돌기(34a)들이 절개부(32d)에 위치한 상태에서 압입된다. 압입 후에는 이너 코어(32) 외측과 아우터 코어(34) 내측이 밀착된다.

도 12와 도 13을 참고하면, 로터 코어(41)와 마그네트(42)가 1차 사출성형에 의해 조립되는 것을 볼 수 있다. 로터 코어(41) 외측에 이격되게 복수개의 나뉜 마그네트(42)를 배치한 상태에서, 사출 성형한다. 그 사출 성형 후의 모습을 도 13에서 볼 수 있다. 로터 코어(41)와 마그네트(42) 사이는 사출 성형에 의해 메워진다.

도 14를 참고하면, 임펠러 어셈블리(40)의 1, 2차 사출성형에 의한 모습을 볼 수 있다. 1차 사출성형 후에는 마그네트(42) 길이만큼만 사출 성형되는데, 이때 내측(40e)은 그 보다 짧게 사출 성형된다. 그 다음 2차 성형을 위하여 세레이션 접합부(43a,43b)를 형성한다. 즉 단면이 치형 또는 굴곡된 형태로 가공하고 2차 사출성형을 진행한다. 이러한 세레이션 접합부(43a,43b)에 의해 1, 2차 사출 성형품 부분이 단단히 결합된다. 2차 성형부에는 나선형 날개(40a), 유입구(12a) 및 유출구(12b), 그리고 내측의 고정 샤프트(31)를 지지하기 위한 홀(40c)도 형성된다.

도 15를 참고하면, 임펠러 어셈블리(40)의 나선형 날개(40a)와 원판(40b)의 중앙 홀(40c)이 도시되어 있고, 그 홀(40c)의 측면에 이물 배출부(40d) 또한 도시되어 있다.

도 16을 참고하면, 스테이터 어셈블리(30)를 하우징(11)의 정확한 위치에 조립하기 위한 위치 결정용 홈(33g)과 돌기(11c)가 형성된 것을 나타낸다. 이러한 위치 결정용 돌기와 홈에 의해 상기 스테이터 어셈블리(30)는 하우징(11)의 정확한 위치에 조립 및 고정될 수 있다.

도 17 및 도 18을 참고하면, 상기 스테이터 몸체(30)가 상기 본체(10)의 하부 커버(12)에 형성된 유로 형상과 대응되는 형상으로 이루어진 것을 볼 수 있다.

도시된 바와 같이, 상기 하부 커버(12)와 결합되는 상기 스테이터 몸체(30)에는 상기 임펠러의 회전에 의한 유체의 흐름을 마지막으로 배출구(12b0로 안내하기 위한 유로를 형성하되, 서로 조립 후, 결합되어 유로를 완성하게 된다. 즉, 상기 하부 커버(12)의 외곽 부근에는 돌출된 형태의 나선형 가이드(12d)와 마지막 배출구(12b)로 안내하기 위한 직선형 가이드(12e)가 돌출 형성되어 있고, 상기 스테이터 몸체(30)에도 매칭되는, 즉 대응되는 형상으로 나선형 가이드(33h)와 직선형 가이드(33i)가 형성되어 조립 후에는 서로 밀착되어 완전한 유로를 형성하게 된다. 이러한 구조에 의해 종래 중간에 삽입되는 안내커버를 둘 필요가 없게 된다.

이와 같은 본 발명에 의한 전자식 워터펌프(1)의 동작은 다음과 같다.

우선, 도 5를 참고하면, 상기 PCB(50)를 통하여 전원이 인가되면, PCB(50)에 프로그램된 바에 따라 제어신호가 발생하게 되고, 그 신호에 따라 전기가 상기 커넥터(60)를 통하여 스테이터 어셈블리(30)에 제공된다.

상기 스테이터 어셈블리(30)에 전원이 공급되면, 그 주위로 회전 자계가 형성되고, 모터의 원리에 따라 임펠러 어셈블리(40)가 고정 샤프트(31)를 중심으로 회전하게 된다.

상기 임펠러 어셈블리(40)가 회전하게 되면, 유입구(12a)로 냉각수가 흡입되고, 나선형 날개(40a)에 의해 유출구(12b)로 배출된다. 이러한 작동은 순식간에 이루어지고, 제공되는 전원에 따라 이송하는 냉각수의 양이 결정되기 때문에 결국에는 PCB(50)의 제어신호에 의해 냉각수의 이송량이 결정된다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1 : 전자식 워터 펌프
10 : 본체 11 : 하우징
12 : 하부 커버 13 : 상부 커버
30 :스테이터 어셈블리 31 : 고정 샤프트
32 :이너 코어 33 : 스테이터 몸체
34 :아우터 코어 40 : 임펠러 어셈블리
41 :로터 코어 42 : 마그네트
43 :임펠러 몸체 50 : PCB
60 : 커넥터　　　　　

Claims (3)

1. 유입구와 유출구가 형성된 본체;
   상기 본체의 하우징 내부에 장착되어 전기가 공급되면 회전 자계를 형성하는 스테이터 어셈블리;
   상기 스테이터 어셈블리 중앙에 회전 가능하게 조립되고 상기 회전 자계에 의해 회전됨으로써 상기 유입구로부터 냉각수를 흡입하여 상기 유출구로 배출시키는 임펠러 어셈블리;를 포함하되,
   상기 스테이터 어셈블리는,
   이중의 원통형 형태로 이루어지고, 내측 원통부과 외측 원통부가 일정각도마다 방사상으로 연결부에 의해 연결되며, 상기 외측 원통부는 일정각도마다 절개부에 의해 절개되되 각각 상기 연결부에 의해 상기 내측 원통부와 연결된 이너 코어;
   상기 내측 원통부의 중앙에 스테이터 몸체 사출 시 인서트 사출되는 고정 샤프트;
   상기 회전 자계를 형성하기 위한 권선 및 휴징이 이루어지도록 인서트 사출에 의해 상기 이너 코어와 결합되는 스테이터 몸체;
   상기 고정 샤프트의 상단이 고정된 상기 스테이터 몸체의 상단부에 조립되고, 상기 권선과 상기 스테이터 몸체 상부의 PCB를 전기적으로 연결하는 커넥터;
   상기 이너 코어와 유사한 높이의 원통형으로 이루어지고, 상기 이너 코어 외면에 압입되는 아우터 코어;
   를 포함하고,
   상기 스테이터 몸체가 상기 본체의 하부 커버에 형성된 유로 형상과 대응되는 형상으로 이루어진 전자식 워터펌프.
2. 유입구와 유출구가 형성된 본체;
   상기 본체의 하우징내부에 장착되어 전기가 공급되면 회전 자계를 형성하는 스테이터 어셈블리;
   상기 스테이터 어셈블리 중앙에 회전 가능하게 조립되고 상기 회전 자계에 의해 회전됨으로써 상기 유입구로부터 냉각수를 흡입하여 상기 유출구로 배출시키는 임펠러 어셈블리;를 포함하되,
   상기 임펠러 어셈블리는,
   원통형으로 이루어져 뼈대를 형성하는 로터 코어;
   상기 로터 코어보다 짧은 길이로 형성되고 일정각도마다 수직으로 상기 로터 코어 외면에 이격되어 설치된 마그네트;
   상기 로터 코어와 상기 마그네트의 사이 공간과 내외측을 감싸도록 사출 성형되고, 상기 스테이터 어셈블리에 구비되는 고정 샤프트에 회전 가능하게 삽입되며 일단에는 나선형 날개가 구비되어 상기 유입구로 유체가 흡입된 다음 상기 유출구로 배출되도록 회전되는 임펠러 몸체;
   를 포함하고,
   상기 임펠러 몸체는 상기 스테이터 어셈블리에 구비되는 고정 샤프트에 회전 가능하게 회전축 지지부 형상을 구비하고 회전축 지지부에 이물 유입 시 배출 되도록 홈 형태의 이물 배출부가 길이 방향을 따라 형성된 전자식 워터펌프.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 본체는,
   상하부가 개방된 하우징;
   상기 하우징의 상부를 밀폐하도록 조립되고 상기 하우징 내부의 공기를 빼기 위한 에어 벤트 기구물이 장착된 상부 커버;
   상기 하우징의 하부를 밀폐하도록 조립되고 상기 유입구와 유출구가 형성된 하부 커버;
   를 포함하고,
   상기 상부 커버는 상기 하우징 또는 하부 커버와 다른 재질로 이루어지되, 상기 하우징 또는 하부 커버보다 열전달율이 더 큰 재질로 이루어지며, 상기 하우징과 상기 하부 커버에는 조립을 위한 플랜지가 외면에 각각 형성되어 결합되되, 상기 스테이터 어셈블리에도 플랜지가 형성되어 상기 하우징과 상기 하부 커버의 플랜지 사이에 개재되어 결합되고, 상기 하우징의 플랜지와 상기 스테이터 어셈블리의 플랜지에는 위치 결정용 돌기 또는 홀이 서로 대응하는 위치에 형성되어 결합되는 전자식 워터펌프.

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