KR20220009606A

KR20220009606A - 전동식 워터펌프

Info

Publication number: KR20220009606A
Application number: KR1020200087988A
Authority: KR
Inventors: 강일환; 송도훈
Original assignee: 주식회사 엔엠씨
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2022-01-25

Abstract

본 발명은 축방향 자속 로터와 임펠러 일체형의 전동식 워터펌프에 관한 것으로서, 냉각수의 순환을 위한 유입구와 배출구가 형성되는 펌프 케이스와, 외부와 밀폐된 공간부를 가지며 상기 펌프 케이스의 하부에 결합되는 모터 케이스와, 일면은 상기 모터 케이스의 하부에 결합되며 타면은 탈착 가능한 커버가 형성된 MCU 케이스를 포함하는 하우징; 상기 펌프 케이스 내부에 마련되어 유입구를 통해 내부로 유입된 냉각수를 배출구 밖으로 배출시키는 핌핑부; 상기 모터 케이스의 공간부에 마련되어 회전자계에 의해 상기 펌핑부를 동기화시켜 회전되도록 하는 구동부; 및 상기 MCU 케이스 내부에 마련되어 상기 구동부의 구동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

전동식 워터펌프{ELECTRIC WATER PUMP}

본 발명은 전동식 워터펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축방향 자속 로터와 임펠러 일체형의 전동식 워터펌프에 관한 것이다.

워터펌프는 차량에서 냉각수를 순환시키는 역할을 하고, 일반 내연기관 차량의 경우 엔진 동력을 풀리 및 벨트를 통해 전달받아 구동하는 엔진 구동식 워터펌프와, 전기로 구동하는 전동식 워터펌프로 분류될 수 있다.

전동식 워터펌프의 경우 배터리 등에서 제공하는 전기에 의해 전동모터가 구동되면 임펠러가 회전하여 냉각수를 흡입 및 토출하게 된다.

이러한 전동식 워터펌프는 엔진 구동력을 필요로 하지 않으므로 연비 개선의 효과가 2 ~ 3% 증대되는 것으로 알려져 있고, 냉각수 온도를 정밀하게 제어할 수 있으므로 이미 다수의 자동차 회사에서 양산 차량에 널리 적용하고 있는 상황이다.

전기자동차, 예컨데 하이브리드 차량의 경우 EV 모드 등 엔진 구동이 중지되는 상황이 존재하고, 연료전지 차량이나 순수 전기차량의 경우 워터펌프를 구동시킬 엔진이 탑재되지 않기 때문에, 이들 전기자동차에서는 냉각수를 순환시키기 위해 전동식 워터펌프의 사용이 필수적이다.

자동차용 전동식 워터펌프의 방수 구조는 일반적으로 캔드 타입(Canned type)과 웨트 슬리브 타입(Wet Sleeve type)이 주로 사용되고 있다.

도1은 캔드 타입의 워터펌프를 나타낸 예시도이고, 도2는 웨트 슬리브 타입의 워터펌프를 나타낸 예시도이다.

도1을 참조하면, 캔드 타입의 워터펌프는 원심펌프 구조이며 스테이터에 회전자계를 발생시켜 임펠러와 조립된 로터가 동기화되어 회전하며 냉각수를 순환시시키고, 로터와 임펠러가 축에 일체형으로 조립되며 회전을 위해 양단 끝에 카본 부시가 사용된다.

워터펌프의 구동부 중 로터 영역은 직접적으로 냉각수가 유입되는 구조이므로 로터의 부식 방지와 자기회로 영향을 없애기 위해 비자성체(SUS, 열가소성수지)가 사용되며 조립품 및 재질간 연결부 내부로 냉각수가 유입이 되지 않도록 용접, 사출과 같은 방법으로 차단한다.

그리고 구동부 중 스테이터 영역에 수분 유입과 자기회로 영향을 없애기 위해 비자성체(SUS, 열가소성수지) 차단막을 캔 형태로 구성하고 조립품과의 연결부는 오링을 사용하여 냉각수 유입을 차단한다.

도2를 참조하면, 웨트 슬리브 타입의 워터펌프는 원심펌프 구조이며 스테이터에 회전자계를 발생시켜 임펠러와 조립된 로터가 동기화되어 회전하며 냉각수를 순환시키고, 로터와 임펠러가 일체형으로 조립되며 회전부와 조립되도록 회전중심부가 중공 구조로 이루어진다.

그리고 구동부 중 스테이터 영역에 수분 유입과 자기회로 영향을 없애기 위해 비자성체(SUS, 열가소성수지) 차단막을 Wet Sleeve 형태로 구성하고 로터의 회전을 위해 축이 일체형으로 형성되며 조립품과의 연결부위는 오링을 사용하여 냉각수 유입을 차단한다.

한편, 상술한 종래의 워터펌프는 스테이터만을 실링하는 구조이므로 로터가 냉각수에 잠기기 때문에 회전축을 지지하는 베어링의 내구성에 악영향을 미치며, 냉각수로부터 구동부를 보호하기 위한 목적으로 메카니컬 실(mechanical seal) 구조를 필요로 하고 이로 인한 후가공 공정 등의 가공비와 재료비 상승으로 제조원가가 상승되는 문제점이 있다.

또한, 워터펌프가 금속과 플라스틱 수지와 같은 이종 재질로 조립될 경우 이종 재질 간에 열팽창 차이로 인한 틈새발생이 우려되며, 용접 라인(weld line) 및 핀홀(pin hole)로 인한 방수능력 저하되고 품질 및 가격 경쟁력이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.

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10-1237020

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10-2014-0020584

A

앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 구동부와 펌프부가 완전히 분리된 공간으로 구성하여 냉각수가 구동부로 유입되지 않도록 하며, 냉각수 누설 방지를 위한 구조물이 없어 설계 자유도를 증가시키며, 제조 공정을 간소화하여 생산비용을 절감할 수 있도록 하는 전동식 워터펌프를 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 냉각수의 순환을 위한 유입구와 배출구가 형성되는 펌프 케이스와, 외부와 밀폐된 공간부를 가지며 상기 펌프 케이스의 하부에 결합되는 모터 케이스와, 일면은 상기 모터 케이스의 하부에 결합되며 타면은 탈착 가능한 커버가 형성된 MCU 케이스를 포함하는 하우징; 상기 펌프 케이스 내부에 마련되어 유입구를 통해 내부로 유입된 냉각수를 배출구 밖으로 배출시키는 핌핑부; 상기 모터 케이스의 공간부에 마련되어 회전자계에 의해 상기 펌핑부를 동기화시켜 회전되도록 하는 구동부; 및 상기 MCU 케이스 내부에 마련되어 상기 구동부의 구동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 워터펌프에 의해 달성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 펌핑부는, 상기 펌프 케이스의 내부에 배치되고 고정 샤프트에 회전 가능하게 지지되며, 내부에는 원반 형태의 밀폐된 공간부가 형성된 임펠러와, 상기 임펠러의 공간부 상면에 압착 고정되는 로터코어와, 상기 로터코어와 밀착되도록 상기 임펠러의 공간부 하면에 압착 고정되는 마그넷을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 구동부는, 적층된 전기강판 또는 소결된 자성분말로 이루어져 원주방향으로 배치되는 스테이터 코어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 실시예에 따른 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 펌프 케이스와 모터 케이스가 완전히 분리되어 각각의 공간에 펌핑부와 구동부가 서로 독립된 상태에서 동작하므로 누설에 자유롭고 제조 공정이 간소화될 수 있다.

둘째, 스테이터가 마련된 구동부 내에 누설 방지를 위한 구조물이 필요없어 설계 자유도가 증가하므로 고성능의 소형화가 가능한 제품을 제작할 수 있다.

셋째, 축방향 자속 모터(Axial Flux Motor)의 원리로 이루어지므로 다양한 구조로 응용이 가능하다.

넷째, 중량대비 출력이 큰 제품의 제작이 가능하므로 때문에 연비 향상을 기대할 수 있다.

다섯째, 로터 지지를 위한 부싱을 제거하여 냉각수 내 오염 및 이물질을 감소시킬 수 있다.

도1은 캔드 타입의 워터펌프를 나타낸 예시도이고,
도2는 웨트 슬리브 타입의 워터펌프를 나타낸 예시도이고,
도3은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터펌프의 외부 형태를 나타낸 사시도이고,
도4는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터펌프의 분해 사시도이고,
도5는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터펌프의 내부 형태를 나타낸 단면도이고,
도6은 도5에 표시된 A 부분으로, 본 발명의 구성 중 펌핑부를 보다 구체적으로 나타낸 확대도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터펌프는 도3 내지 도6에 도시된 바와 같으며, 크게 하우징(200), 펌핑부(400), 구동부(600) 및 컨트롤러(800)를 포함한다.

상기 하우징(200)은 서로 독립된 공간부를 가지는 3개의 케이스로 구성되어 각각이 적층되는 형태로 조립 결합된다. 본 발명의 실시예에서는 최상부에 펌프 케이스(220)가 위치하고, 상기 펌프 케이스(220) 하부에는 모터 케이스(240)가 결합되고, 상기 모터 케이스(240) 하부에는 MCU 케이스(260)가 결합된다.

상기 펌프 케이스(220)는 냉각수의 순환을 위한 유입구와 배출구가 형성되며, 열가소성 플라스틱으로 제조될 수 있다.

이러한 펌프 케이스(220)의 내부에는 펌핑부(400)가 마련되어 유입구를 통해 내부로 유입된 냉각수를 배출구 밖으로 배출시킨다.

여기서, 상기 펌핑부(400)는, 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 상기 펌프 케이스(220)의 내부에 배치되고 고정 샤프트에 회전 가능하게 지지되며 내부에는 원반 형태의 밀폐된 공간부가 형성된 임펠러(420)와, 상기 임펠러(420)의 공간부 상면에 압착 고정되는 로터코어(440)와, 상기 로터코어(440)와 밀착되도록 상기 임펠러(420)의 공간부 하면에 압착 고정되는 마그넷(460)을 포함한다. 이때 상기 로터코어(440)는 백아이언 또는 백요크이다.

즉, 상기 펌핑부(400)는 일반적인 워터펌프에서의 로터 역할을 하는 것으로, 도6에 구체적으로 도시된 바와 같이, 임펠러(420)와 로터코어(440) 및 마그넷(460)이 일체형으로 사출된 형태이며, 냉각수 순환을 위한 베인(Vane)과 디퓨저가 포함된 구조이다.

상기와 같은 펌핑부(400)는 모터 케이스(240)의 상부의 돌출부 또는 조립된 샤프트에 원주방향으로 구속되어 회전한다.

상기 모터 케이스(240)는 외부와 밀폐된 공간부를 가지며 상기 펌프 케이스(220)의 하부에 결합된다.

이러한 모터 케이스(240)의 공간부에는 구동부(600)가 마련되어 회전자계를 발생시키면 임펠러(420)와 로터코어(440) 및 마그넷(460)이 일체형으로 사출된 형태의 펌핑부(로터)가 동기화되어 회전하게 된다.

여기서, 상기 구동부(600)는 적층된 전기강판 또는 소결된 자성분말로 이루어져 원주방향으로 배치되는 스테이터 코어를 포함하며, 원주방향으로 배치되어 감겨진 동선을 포함하고 모터 케이스(240)에 고정된다.

상기 MCU 케이스(260)는 일면은 상기 모터 케이스(240)의 하부에 결합되며 타면에는 탈착 가능한 커버가 형성된다.

이러한 MCU 케이스(260)의 내부에는 컨트롤러(800)가 구비되어 구동부(600)를 제어할 수 있도록 하며, 전원공급을 위한 커넥터가 상기 MCU 케이스(260) 일측에 마련될 수 있다.

상술한 본 발명의 구동 메커니즘은 축방향 자속형(Axial Flux) 싱글 사이드 이너 스테이터(Single Side Inner Stator) 구조로 구성될 수 있으며, 이와 같은 구조로 구성됨으로 인해 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

200: 하우징
220: 펌프 케이스
240: 모터 케이스
260: MCU 케이스
400: 펌핑부
420: 임펠러
440: 로터코어
460: 마그넷
600: 구동부
800: 컨트롤러

Claims

냉각수의 순환을 위한 유입구와 배출구가 형성되는 펌프 케이스와, 외부와 밀폐된 공간부를 가지며 상기 펌프 케이스의 하부에 결합되는 모터 케이스와, 일면은 상기 모터 케이스의 하부에 결합되며 타면은 탈착 가능한 커버가 형성된 MCU 케이스를 포함하는 하우징;
상기 펌프 케이스 내부에 마련되어 유입구를 통해 내부로 유입된 냉각수를 배출구 밖으로 배출시키는 핌핑부;
상기 모터 케이스의 공간부에 마련되어 회전자계에 의해 상기 펌핑부를 동기화시켜 회전되도록 하는 구동부; 및
상기 MCU 케이스 내부에 마련되어 상기 구동부의 구동을 제어하는 컨트롤러;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 워터펌프.
제1항에 있어서,
상기 펌핑부는,
상기 펌프 케이스의 내부에 배치되고 고정 샤프트에 회전 가능하게 지지되며, 내부에는 원반 형태의 밀폐된 공간부가 형성된 임펠러와,
상기 임펠러의 공간부 상면에 압착 고정되는 로터코어와,
상기 로터코어와 밀착되도록 상기 임펠러의 공간부 하면에 압착 고정되는 마그넷을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 워터펌프.
제1항에 있어서,
상기 구동부는,
적층된 전기강판 또는 소결된 자성분말로 이루어져 원주방향으로 배치되는 스테이터 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 워터펌프.