KR20200099191A - 지로터 펌프 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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한온 시스템즈 이에프피 도이칠란드 게엠베하
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Abstract

펌프 하우징(20)에 있어서 전기 모터(11), 내부 지로터(1) 및 외부 지로터(2)를 가지는 지로터(gerotor) 펌프(10)가 개시된다. 상기 외부 지로터(2)는 상기 전기 모터(11)의 로터(18)와 일체로 형성되고, 자석(4)은 상기 외부 지로터(2)에 통합되며, 상기 로터(18)는 상기 펌프 하우징(20)의 하우징 베이스(14) 또는 하우징(8)에 고정되는 샤프트(5)에 회전 가능하게 장착된다.

Description

지로터 펌프 및 그의 제조 방법
본 발명은 펌프 하우징에서의 전기 모터, 내부 지로터(gerotor), 및 외부 지로터를 가지는 지로터 펌프에 관한 것으로, 상기 외부 지로터는 상기 전기 모터의 로터(rotor)와 일체로 형성되고, 자석은 상기 외부 지로터에 통합된다. 또한, 본 발명은 지로터 펌프를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 용적형 모터와 특히 지로터 펌프는 전기적 또는 기계적 구동에 의해 회전하도록 설정되는 샤프트에 의해 구동된다. 이러한 펌프들은 유체 운송을 위한 많은 기술적 응용에 이용된다. 예를 들어, 연료 펌프는 내연기관에 연료를 운송하는 데에 이용된다. 지로터 펌프 역시 클러치 작동을 위한 유압 회로에 설치되거나 냉각 회로에서 펌프로서 이용된다. 상기 펌프의 전기 모터는 영구 자석을 가지는 로터 뿐만 아니라 고정자(stator)를 포함한다.
이에 따라 전기 모터와 펌프는 하우징 내에 배치된다. 따라서, 공간, 특히 운송되는 유체가 위치하는 작업 공간이 하우징에 생성된다. 이는 긴 연장부로 인해 바람직하게는 양측에 장착되어야 하는 회전 샤프트를 필요로 한다. 각 베어링은 이로 인해 적절한 방법으로 서로 위치해야 한다. 이는 모든 하우징 구성 요소에 대한 작은 공차를 필요로, 이는 소재를 금속에서 플라스틱으로 변경하는 경우 하우징 구성 요소들에게는 점차 힘든 상황이 된다. 기어에 사용되는 경우, 펌프는 구동 장치가 샤프트-허브 연결에 의해 제조되는 폐쇄부로서 설치된다.
회전 운동을 회전축에 대해 실행하는 이송 요소를 가지는 임펠러(impeller)가 DE　102011005304　A1에 개시되어 있다. 이송 요소를 가지는 임펠러와 전기 모터는 하우징 내에 배치되고 펌프는 전기 모터에 통합되거나, 로터가 임펠러에 의해 형성된다는 점에서 그 반대도 마찬가지이다. 상기 고정자는 밀봉 슬리브에 의해 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 덮여진다. 임펠러는 하우징에 의해 형성된 샤프트 단에 대해 회전한다.
WO　2016174164　A1는 유체 펌프의 펌프 로터에 결합되는 전기 모터에 의해 구동되는 지로터 펌프를 도시한다. 전기 모터는 그 전기 모터 로터 역시 펌프 로터인 축류 전기 모터(axial-flux electric motor)이다. 펌프 로터와 전기 모터 로터는 펌프 로터와 전기 모터 로터가 디스크 형태로 조합 로터로서 통합되어 회전하는 공통의 하우징에 수용된다. 상기 공통의 하우징은 조합 로터에 대해 유체 유입구와 유체 유출구를 가진다.
US 2007/0 231 176 A1는 내부 지로터가 전기 기계의 로터와 조립되는 하우징의 지로터 펌프를 개시한다.
본 발명의 목적은 용이하게 구성되는 지로터 펌프를 형성하는 것이다.
펌프 하우징에 있어서 전기 모터, 내부 지로터 및 외부 지로터를 가지는 지로터 펌프에 의하여 본 발명의 목적이 달성된다. 상기 외부 지로터는 상기 전기 모터의 로터와 일체로 형성된다. 자석은 상기 외부 지로터에 통합되고, 상기 로터는 펌프 하우징의 하우징 베이스 또는 하우징에 고정되는 샤프트(shaft)에 회전 가능하게 장착된다.
본 발명에 따른 상기 펌프의 설계에 의하여, 일반적인 경우에 비해, 전기 모터의 로터로부터 펌프의 상기 외부 지로터로 직접적으로 구동이 발생하여 펌프의 상기 내부 지로터는 그것에 의해 작동/진행만을 하고, 샤프트는 구성 요소들을 중앙에 집중시키고 지지하는 작업만을 가진다. 이러한 샤프트의 작업의 감소된 범위는 상기 샤프트를 상기 하우징 고정 요소들 중 하나의 일 측에 고정적으로 내장하고 다른 일측에서 상기 샤프트를 노출시키는 데 충분하다.
상기 펌프의 구성 요소들은 상기 샤프트의 샤프트 단, 다시 말해서 상기 샤프트의 개방측으로부터 조립되고, 특정 높이로 눌려 축 갭을 조절하는 베어링 링으로 고정될 수 있다.
일 실시의 예에 있어서, 본 발명에 따른 상기 지로터 펌프는 클러치, 기어, 또는 구동 기계와 같은 조립체의 하우징에 연결되어, 상기 조립체의 하우징은 적어도 상기 샤프트를 지지하는 지로터 펌프의 상기 하우징 베이스를 구성한다.
금속재 하우징에 상기 샤프트를 부착하는 것은 단순하며 기술적 수단으로 이루어질 수 있다.
다른 실시의 예에서, 상기 하우징 베이스는 플라스틱 소재로 제조된다. 샤프트와 지지 하우징부 사이에 매우 견고한 인장 저항성의 연결이 필요하다. 따라서, 하우징 베이스가 플라스틱 소재로 제조되는 경우 삽입 플레이트와 같은 보강재 요소 또는 이와 유사한 것이 이용되어야 한다.
유리하게는, 상기 펌프 하우징은 적어도 하나의 고정자를 포함하는 벨(bell) 형상의 하우징 리드(lid)를 가지나, 또한 전자 구성 요소, 인쇄회로기판 및 단말 연결부를 포함할 수 있다.
권선을 가진 상기 고정자가 플라스틱 소재로 성형되어 상기 하우징 리드를 형성한다면 특히 유리하다. 따라서, 상기 고정자는 보호되고 상기 지로터 펌프는 밀봉될 필요가 없다. 코팅된 고정자는 안쪽 및 바깥쪽으로 밀봉하는 일측에 개방되는 폐쇄 하우징을 형성한다. 이는 조립체의 유동 환경에서 작동할 수 있게 한다.
상기 펌프는 상기 벨 형상의 하우징 리드가 상기 로터의 외경에 대응하는 내경 및 에어 갭(air gap)가지도록 설계된다.
실시의 예에 따라, 상기 벨 형상의 하우징 리드는 밀봉재에 의하여 상기 펌프 하우징의 하우징 베이스 또는 하우징에 부착된다.
상기 벨 형상의 하우징 리드는 베이요넷(bayonet) 연결부에 의하여 유리하게 부착 가능하다.
본 발명의 목적은 또한 다음의 단계를 가지는, 지로터 펌프를 제조하는 방법에 의하여 해결된다.
- 일측의 샤프트를 펌프 하우징의 하우징 베이스 또는 하우징에 부착하는 단계,
- 내부 지로터를 상기 샤프트에 배치하는 단계,
- 외부 지로터를 로터로서 상기 샤프트에 배치하는 단계,
- 상기 샤프트로 베어링 링을 누르거나 클램핑(clamping)하는 단계,
- 벨 형상의 하우징 리드 위로 배치하는 단계,
- 상기 하우징 리드를 상기 펌프 하우징의 하우징 베이스 또는 하우징에 연결하는 단계.
유리하게는, 상기 펌프의 샤프트는 하우징 구성 요소들 중 하나에 고정적으로 내장되고, 상기 펌프의 구성 요소들은 개방측에서 장착되며, 상기 축 갭은 제어된 압축 작용에 의해 조절된다. 축 방향 베어링을 상기 샤프트에 누르는 경우, 축 방향 틈 또한 조절 가능하다.
상기 하우징 구성 요소들은 플라스틱 소재로 제조되고 베이요넷 연결부에 의하여 연결되는 것이 유리하다. 펌프의 압력 증가로 인한 축 방향 힘은 상기 하우징을 통해서가 아니라 상기 샤프트 및 샤프트 부착물을 통해서 전달된다. 이는 플라스틱 하우징부에서의 흐름의 위험을 감소시키고 밀봉 및 조립체 요소들에 대한 요구사항을 감소시킨다.
유리한 실시의 예에 있어서, 상기 하우징 리드는 플라스틱 소재로 완전히 성형되거나 코팅되는 적어도 하나의 고정자를 포함하므로 상기 펌프는 또한 펌프가 부착되는 조립체의 중간에서 아무런 문제없이 작동 가능하다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예들로써 하기에서 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 면 B-B를 따른 단면을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 제2 실시예를 도시한다.
지로터(gerotor) 펌프(10)는 근본적으로 하우징 리드(lid)(13) 및 하우징 베이스(14)로 이루어지는 펌프 하우징(20)에 배치된다. 도 1의 실시의 예에 있어서, 상기 하우징 베이스(14)는 차량의 조립체의 하우징(8)의 평평한 영역에 의해 형성된다. 이러한 조립체는 구동 장치, 내연 기관, 전기 기계, 기어 또는 클러치 등이 될 수 있다. 샤프트 장착에 더하여, 상기 조립체는 또한 펌프의 흡입 및 압력 키드니(kidney) 포함한다.
상기 조립체의 하우징(8) 영역은 상기 지로터 펌프의 부착을 위해 구비되어야 하므로 평평한 원형 표면(8A)이어야만 하며, 잠재적으로 오-링(O-ring)(16)용 홈을 포함하여야 한다.
하우징(8)에는 펌프 유체의 유입과 유출을 위해 개구(9)가 구비된다. 샤프트(5)는 예를 들어, 금속 소재의 하우징(5)에 금속 소재로 제조된 샤프트(5)를 눌러서 구현되는 하우징(8)에 연결된다.
상기 샤프트(5)를 가지는 조립체의 하우징이 구비된 후 상기 펌프의 추가적인 구성 요소들은 상기 샤프트로 미끄러진다. 무엇보다도, 상기 하우징(8)의 상기 샤프트(5)에 회전 불가능하게 연결되어야 하는 편심(偏心)부(3)가 미끄러진다. 상기 편심부(3)에는 내부 지로터(1), 다시 말해서 제1 개수의 톱니(21)를 가지는 기어가 배치된다. 상기 내부 지로터(1)는 상기 샤프트(5)와 관련하여 편심되게 구성된다.
상기 내부 지로터(1)는 제2 개수의 톱니(21)를 가지는 외부 지로터(2)에 의하여 둘러싸인다. 상기 제2 개수의 톱니는 상기 내부 지로터(1)의 제1 개수의 톱니보다 하나 더 많다.
이로 인해 상기 외부 지로터(2)는 전기 모터(11)의 로터(18)와 하나의 구성 요소에 통합된다. 상기 외부 지로터(2)의 톱니(21)는 원통형 외주를 따르는 가장자리 구조로서 형성된다. 상기 로터(18)의 원통형 외부 윤곽은 또한 적층 코어(19)에 설치된 자석(4)을 포함한다. 장착하기 용이한 일체형 구성 요소를 형성하기 위하여 상기 로터(18)의 구성 요소들은 플라스틱 소재로 성형된다.
상기 로터(18)와 동등한 상기 외부 지로터(2)로 이루어지는 구성 요소도 상기 샤프트(5)에 배치된다.
본 발명에 따른 상기 펌프의 설계로, 구동이 평소와 다르게 상기 전기 모터(11)의 로터(18)로부터 상기 펌프의 외부 지로터(2)로 직접 발생하여, 상기 펌프의 내부 지로터(1)는 그에 따라 작동하고 따를 뿐이고, 상기 샤프트(5)는 구성 요소들을 중앙에 집중시키고 지지하는 작업만 한다.
샤프트(5) 작업의 이러한 감소된 범위는 샤프트 단(5A)를 하우징 구성 요소들 중 하나의 일측에 고정적으로 내장하고 다른 일측에 노출시키는 데에 충분하다. 상기 펌프의 구성 요소들은 상기 샤프트의 이러한 개방측에서 조립 가능하며 상기 하우징의 평평한 면(8A)와 지로터(1, 2) 사이에서 특정 높이로 눌리는 축 방향 베어링(25)으로 고정될 수 있다.
상기 펌프 하우징(20)은 원통형 개구를 가지는 벨 형상의 하우징 리드(13)를 가진다. 상기 하우징 리드(13)의 원통형 개구의 치수는 상기 외부 지로터(2)의 외경 뿐만 아니라 에어 갭에 의하여 결정된다. 상기 전기 모터(11)의 고정자(6)는 상기 하우징 리드 또는 상기 하우징 리드의 벽부에 설치된다.
권선(7)을 가지는 상기 고정자(6)는 또한 통합 고정자 구성 요소들을 가지는 하우징 리드를 형성하기 위하여 플라스틱 소재로 성형된다. 공급 라인, 단말, 및 커넥터(26) 뿐만 아니라 회로 기판(23)에서의 전기 제어장치는 또한 플라스틱 소재로 성형 또는 코팅하는 공정에 있어서 제조되거나 연결된다.
상기 벨 형상의 하우징 리드는 상기 로터(18)로 미끄러지고 상기 하우징(8)의 평평한 면(8A) 상에서 수수하게 매끄럽게 된다. 상기 하우징 리드(13)는 상기 하우징(8)에 연결되기만 하면 되고, 상기 지로터 펌프가 완성된다.
상기 고정자와 전기적 구성 요소들 모두가 성형된다는 점에서, 상기 펌프 및 전기 모터는 또한 상기 지로터 펌프가 부착되는 조립체의 중간에서 작동 가능하다.
도 2는 상기 내부 지로터(1)가 그 톱니(21)와 함께 편심 회전하는, 윤곽(22)이 있는 상기 외부 지로터(2)를 도시하는 단면도이다. 상기 고정자(6)는 표시만 되어 있다. 상기 로터(18)를 나타내는 상기 외부 지로터(2)는 상기 고정자(6)의 자기장에서 회전한다.
도 3은 본질적으로 하우징 베이스(14)와 하우징 리드(13)로 이루어지는, 플라스틱 소재로 제조된 펌프 하우징에서 독립 펌프로서의 지로터 펌프에 대한 다른 실시의 예를 도시한다.
상기 펌프 및 전기 모터(11)의 설정은 도 1에 따른 설정에 대응하며, 상기 고정자 구성 요소들의 도시는 생략되었다.
본 실시의 예에서 상기 샤프트(5)는 플라스틱 소재의 하우징 베이스에 의해 지지되므로, 금속 삽입물로서 하우징 베이스와 샤프트(5) 사이의 가압-끼워 맞춤 연결을 가능하게 하는 보강재(12)가 구비된다.
상기 하우징 리드(13)의 상기 하우징 베이스(14)로의 연결은 베이요넷 연결부(17)에 의해 실현된다.
하우징 구성 요소들 사이의 막(膜)(15)은 상기 지로터(1, 2)와 상기 하우징 베이스(14) 사이의 갭을 보상하는 데 이용된다.
더욱이, 상기 막(15)은 금속 시트로 구성되는 경우 유리한 해결책인데, 이 경우에 지로터용 저마모(低磨耗) 슬라이딩 요소이기 때문이다.
본 발명에 따른 지로터 펌프 제조 방법은 다음의 단계를 구비한다.
- 일측의 샤프트(5)를 펌프 하우징(20)의 하우징 베이스(14) 또는 하우징(8)에 부착하는 단계
- 내부 지로터(1)를 상기 샤프트(5)에 배치하는 단계
- 외부 지로터(2)를 로터(18)로서 상기 샤프트(5)에 배치하는 단계
- 상기 샤프트로 베어링 링을 누르거나 클램핑(clamping)하는 단계
- 고정자(6) 위에 벨 형상의 하우징 리드(13)위로 배치하는 단계
- 상기 하우징 리드를 상기 펌프 하우징(20)의 상기 하우징 베이스(14) 또는 상기 하우징(8)에 연결하는 단계.
특히, 마지막 단계, 즉 연결 단계는 상기 하우징 구성 요소들이 플라스틱 소재로 제조되어 베이요넷 연결부(17)에 의하여 서로 연결되는 경우 단순화가 가능하다. 다만, 예를 들어 스냅 연결부 또는 볼트 연결부와 같은 다른 연결부들 역시 가능하다.
상기 펌프의 조립체에 대해, 상기 하우징 리드는 플라스틱 소재로 완전히 성형되거나 코팅되는 적어도 하나의 고정자를 포함하는 것이 특히 유리하다. 그 결과, 상기 하우징 리드는 모든 전자 구성 요소들과 성형되어 단일 구성 요소로서 장착될 수 있다.
1 내부 지로터
2 외부 지로터
3 편심부
4자석
5 샤프트
5a 샤프트 단
6 고정자
7 권선
8 하우징 조립체
9 개구
10 지로터 펌프
11 전기 모터
12 보강재
13 하우징 리드
14 하우징 베이스
15 막
16 밀봉재
17 베이요넷 연결부
18 로터
19 로터 적층 코어
20 펌프 하우징
21 톱니
22 윤곽
23 인쇄회로기판
24 로터 외부 윤곽
25 축 방향 베어링
26 커넥터

Claims (12)

  1. 펌프 하우징(20)에 있어서 전기 모터(11), 내부 지로터(1) 및 외부 지로터(2)를 가지는 지로터(gerotor) 펌프(10)로서,
    상기 외부 지로터(2)는 상기 전기 모터(11)의 로터(18)와 일체로 형성되고,
    자석(4)은 상기 외부 지로터(2)에 통합되며,
    상기 로터(18)는 상기 펌프 하우징(20)의 하우징 베이스(14) 또는 하우징(8)에 고정되는 샤프트(5)에 회전 가능하게 장착되고,
    상기 로터(18)는 베어링(25)에 의하여 상기 샤프트(5)의 샤프트 단에 장착되는 지로터 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(8)은 클러치, 기어, 또는 구동 기계의 하우징인 지로터 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(8)은 금속재인 지로터 펌프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징 베이스(14)는 플라스틱 소재의 구성 요소이고 보강재(12)를 가지는 지로터 펌프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 펌프 하우징(20)은 적어도 하나의 고정자(6)를 포함하는 벨 형상의 하우징 리드(lid)(13)를 포함하는 지로터 펌프.
  6. 제5항에 있어서,
    권선(7)을 가진 상기 고정자(6)는 플라스틱 소재로 성형되어 상기 하우징 리드(13)를 형성하는 지로터 펌프.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 벨 형상의 하우징 리드(13)는 상기 로터(18)의 외경에 대응하는 내경 및 에어 갭을 가지는 지로터 펌프.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 벨 형상의 하우징 리드(13)는 밀봉재(16)에 의하여 꽉 끼움 방식으로 상기 하우징(8) 또는 상기 하우징 베이스(14)에 장착되는 지로터 펌프.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 벨 형상의 하우징 리드(13)는 베이요넷(bayonet) 연결부에 의하여 부착될 수 있는 지로터 펌프.
  10. 제1항 내지 제9항 중 한 항에 따른 지로터 펌프를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
    일측의 샤프트(5)를 펌프 하우징(20)의 하우징 베이스(14) 또는 하우징(8)에 부착하는 단계;
    내부 지로터(1)를 상기 샤프트(5)에 배치하는 단계;
    외부 지로터(2)를 로터(18)로서 상기 샤프트(5)에 배치하는 단계;
    상기 샤프트(5)로 베어링 링을 누르거나 클램핑(clamping)하는 단계;
    벨 형상의 하우징 리드(13) 위에 배치하는 단계;
    상기 하우징 리드를 상기 하우징(8)에 또는 상기 펌프 하우징(20)의 하우징 베이스(14)에 연결하는 단계를 포함하는 지로터 펌프를 제조하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하우징 구성 요소들은 플라스틱 소재로 제조되고 베이요넷 연결부(17)에 의하여 연결되는 지로터 펌프를 제조하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하우징 리드는 플라스틱 소재로 완전히 성형되거나 코팅되는 적어도 하나의 고정자를 포함하는 지로터 펌프를 제조하는 방법.
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