KR20240011274A - 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프를 제공한다. 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프는 하우징 내에 배치되는 고정자, 상기 고정자로 둘러싸이고 자성체가 삽입된 회전자, 상기 회전자 내에 유로가 정의되고, 상기 유로 내에 배치되는 샤프트, 상기 샤프트와 연결되는 제1 블레이드, 상기 유로를 정의하는 상기 회전자의 내벽과 이격되고, 상기 내벽이 연장되는 방향으로 연장되어 냉각수가 유입되는 유입구를 정의하는 제1 배관, 상기 유로를 정의하는 상기 회전자의 내벽과 이격되고, 상기 내벽이 연장되는 방향으로 연장되어 냉각수가 배출되는 배출구를 정의하는 제2 배관 또는 상기 샤프트와 연결되고 상기 제1 배관 및 상기 제2 배관에 배치되는 제2 블레이드를 포함한다.

Description

냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프{Water pump with coolant flow path}
본 발명은 냉각수가 유입되는 경로와 배출되는 경로가 동일 축 상에 배치되는 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프에 관한 것이다.
연료전지에서 전류를 생산하고 발생하는 반응열을 해소하기 위해 냉각수를 사용하는 연료전지의 열관리 시스템에는 냉각수 순환을 위해 기계적인 힘으로 냉각수 압력을 상승시키는 펌프가 적용된다. 일반적으로 펌프는 원심형 임펠러를 사용하게 되며, 원심형 임펠러 구조의 펌프는 냉각수에 노출되는 수력부와 수력부를 구동시키는 구동부로 나누어진다. 구동부를 구성하는 부품은 냉각수에 노출될 경우에 부식 가능성이 있어, 구동부가 냉각수에 노출되지 않도록 구동부와 수력부는 서로 구분된다. 도 1은 종래의 워터 펌프에 대한 도면으로, 수력부(10)과 구동부(20)는 서로 분리되고, 고정자(23)와 회전자(25)로 구성된 구동부(20)는 냉각수에 노출되지 않는다. 다만, 구동부(20)의 샤프트(21)와 연결된 임펠러의 회전에 의해 냉각수의 압력을 조절하게 된다.
다만, 일반적인 원심형 펌프에 사용되는 임펠러는 입구와 출구가 수직으로 배치되며 수력부(10)의 효율 향상 및 호스 조립부 구성을 위해 입구 및 출구를 구성하는 배관에 일정 수준 이상의 직선의 배관이 확보되어야 한다. 또한 구동부(20)와 수력부(10)가 분리되고, 수력부(10)가 냉각수가 유입되는 방향을 기준으로 전방에 배치되기 때문에 직선 배관의 확보를 위해서 펌프의 설치에 많은 공간을 차지하게 된다. 따라서, 펌프를 포함한 열관리 시스템의 구성에 악영향을 미치게 되는 문제점이 발생된다.
본 발명의 기술적 과제는 워터 펌프 내부에 냉각수가 유동하는 유로가 형성된 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 냉각수의 와류 현상을 방지하면서 회전자의 회전을 지지하는 베어링에 가해지는 하중을 줄일 수 있는 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프를 제공한다. 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프는 하우징 내에 배치되는 고정자, 상기 고정자로 둘러싸이고 자성체가 삽입된 회전자, 상기 회전자 내에 유로가 정의되고, 상기 유로 내에 배치되는 샤프트, 상기 샤프트와 연결되는 제1 블레이드, 상기 유로를 정의하는 상기 회전자의 내벽과 이격되고, 상기 내벽이 연장되는 방향으로 연장되어 냉각수가 유입되는 유입구를 정의하는 제1 배관, 상기 유로를 정의하는 상기 회전자의 내벽과 이격되고, 상기 내벽이 연장되는 방향으로 연장되어 냉각수가 배출되는 배출구를 정의하는 제2 배관 및 상기 샤프트와 연결되고 상기 제1 배관 또는 상기 제2 배관에 배치되는 제2 블레이드를 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 직경은 동일하고, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 중심은 상기 샤프트와 동축이다.
일 예에 의하여, 상기 제2 배관의 내면의 직경은 상기 제1 배관의 내면의 직경보다 작다.
일 예에 의하여, 상기 회전자의 내벽의 직경은 상기 제1 배관에서 상기 제2 배관을 향하는 방향을 향할수록 줄어들고, 상기 제1 배관의 내면의 직경은 인접하는 상기 회전자의 내벽의 직경과 동일하고, 상기 제2 배관의 내면의 직경은 인접하는 상기 회전자의 내벽의 직경과 동일하다.
일 예에 의하여, 상기 샤프트는 상기 제2 블레이드 내에 정의된 오목부에 삽입되고, 상기 샤프트는 상기 오목부 내에 삽입된 베어링을 통해 상기 제2 블레이드와 연결된다.
일 예에 의하여, 상기 베어링은 상기 유로 내에 배치되는 수중 베어링이다.
일 예에 의하여, 상기 제2 블레이드는 상기 제1 배관 및 상기 제2 배관 내에서 고정되고, 상기 제2 블레이드는 상기 샤프트가 연장되는 방향으로 연장되는 복수의 블레이드부를 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 회전자의 회전에 의해 상기 샤프트는 고정된 2개의 상기 제2 블레이드들을 기준으로 회전된다.
일 예에 의하여, 상기 제1 블레이드 내에는 관통홀이 정의되고, 상기 샤프트는 상기 관통홀에 삽입된다.
일 예에 의하여, 상기 제1 블레이드는 상기 유로 내부에 배치되고, 상기 제1 블레이드는 복수개로 제공된다.
일 예에 의하여, 상기 샤프트가 연장되는 방향으로 상기 자성체의 양단에는 상기 회전자의 내벽과 상기 제1 및 제2 배관 사이의 틈을 실링하기 위한 실링부가 제공된다.
일 예에 의하여, 상기 고정자와 상기 회전자 사이에는 냉각수의 유입을 막기 위한 실링벽이 제공되고, 상기 실링벽은 상기 하우징과 접촉하여 상기 고정자와 상기 회전자는 상기 실링벽에 의해 공간적으로 분리된다.
일 예에 의하여, 상기 실링벽과 상기 하우징 사이에는 실링부가 배치된다.
일 예에 의하여, 상기 제1 배관 및 상기 제2 배관은 상기 하우징에 연결되어 고정된다.
일 예에 의하여, 상기 유로를 정의하는 상기 회전자의 내벽은 상기 제1 배관 및 상기 제2 배관과 이격되고, 상기 제1 배관과 상기 회전자의 내벽 사이의 제1 틈 및 상기 상기 제2 배관과 상기 회전자의 내벽 사이의 제2 틈으로부터 냉각수가 유입된다.
일 예에 의하여, 상기 제2 블레이드는 상기 제1 배관 또는 상기 제2 배관 중 적어도 하나와 고정부재를 통해 연결되고, 상기 제2 블레이드의 위치는 상기 제1 배관 또는 상기 제2 배관 내에 고정된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유입구를 정의하는 제1 배관과 배출구를 정의하는 제2 배관이 동축으로 배치되고, 유입구와 배출구를 연결하는 유로가 회전자 내부에 형성됨에 따라 워터 펌프의 패키지를 구성하는데 있어 필요한 공간이 줄어들 수 있다. 또한, 제1 배관과 제2 배관이 실질적으로 평행하게 구성됨에 따라, 직선 배관의 형성을 위해 요구되는 별도의 호스 조립부 및 관련 부품이 삭제되어 패키지 전체의 중량 및 패키지 형성 비용이 저감될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 블레이드의 전방 및 후방에 배치되는 제2 블레이드에 의한 정류작용으로 냉각수 유입에 의한 와류 발생이 방지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상대적으로 직경이 작은 샤프트에 베어링을 적용할 수 있어 베어링 자체의 사이즈를 축소시킬 수 있어 베어링에 가해지는 하중이 줄어들 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고정자가 냉각수에 노출되지 않도록 하는 실링벽을 통해 워터 펌프의 구동을 위한 구성들이 냉각수에 노출되는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 냉각수가 회전자에 의해 정의되는 유로를 통과함에 따라 회전자의 냉각이 가능하고, 고정자를 밀폐하면서 고정자와 접촉하는 실링벽과 냉각수가 직접 접촉함에 따라 고정자의 냉각 효율이 상승될 수 있다.
도 1은 종래의 워터 펌프에 대한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프를 절단한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 샤프트와 제2 블레이드 간의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프를 절단한 모습을 나타내는 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프를 절단한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 워터 펌프(1)는 고정자(110), 회전자(130), 샤프트(200), 제1 블레이드(300) 및 제2 블레이드(400)를 포함할 수 있다. 워터 펌프(1)는 연료전지에서 배출된 고온의 냉각수를 냉각하기 위한 연료전지 열관리 시스템의 일 구성일 수 있다. 고정자(110), 회전자(130), 샤프트(200), 제1 블레이드(300) 및 제2 블레이드(400)는 하우징(100) 내에 배치될 수 있다. 하우징(100)에는 냉각수가 유입되는 유입구 및 냉각수가 배출되는 배출구가 정의될 수 있다. 유입구는 제1 배관(510)에 의해 정의될 수 있고, 배출구는 제2 배관(530)에 의해 정의될 수 있다. 제1 배관(510) 및 제2 배관(530)은 하우징(100)의 일부분을 의미할 수 있다.
고정자(110) 및 회전자(130)는 냉각수의 압력을 조절하기 위한 회전력을 생성할 수 있다. 고정자(110) 및 회전자(130)는 하우징(100) 내에 배치될 수 있다. 고정자(110)는 전류가 인가되는 코일을 포함할 수 있고, 회전자(130)는 자성체(150)을 포함할 수 있다. 고정자(110)에 인가된 전류에 의해 회전자(130)는 회전될 수 있다. 회전자(130)는 냉각수가 유동하는 유로를 정의하는 내벽(135)을 포함할 수 있고, 내벽(135)에 의해 정의되는 유로 내에는 샤프트(200)가 배치될 수 있다. 회전자(130)의 회전에 의해 회전자(130) 내에 배치되는 샤프트(200)가 회전될 수 있다. 자성체(150)는 회전자(130)의 내벽(135)과 접촉한 상태를 유지할 수 있고, 내벽(135)은 제1 블레이드(300)와 연결될 수 있다. 회전자(130)의 회전에 의해 회전자(130)가 정의하는 유로 내에 배치된 샤프트(200)는 함께 회전될 수 있다.
샤프트(200)는 회전자(130)의 내벽(135)이 정의하는 냉각수 유로 내에 배치될 수 있다. 샤프트(200)는 일방향으로 연장될 수 있고, 회전자(130)와 고정자(110)는 샤프트(200)가 연장되는 방향과 수직되는 방향으로 중첩되도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 샤프트(200)를 기준으로 외각에 회전자(130)가 배치될 수 있고, 회전자(130) 외각에 고정자(110)가 배치될 수 있고, 고정자(110) 외각에 하우징(100)이 배치될 수 있다.
샤프트(200)는 제1 블레이드(300) 및 제2 블레이드(400)와 연결될 수 있다. 제1 블레이드(300)는 제1 본체부(310) 및 제1 블레이드부(330)를 포함할 수 있다. 제1 본체부(310)에는 관통홀(315)이 정의될 수 있고, 샤프트(200)는 제1 본체부(310)에 정의된 관통홀(315) 내에 삽입될 수 있다. 제1 블레이드부(330)는 제1 본체부(310)와 연결되고, 복수로 제공될 수 있다. 제1 블레이드부(330)는 샤프트(200)가 연장되는 방향을 기준으로 사선 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 블레이드(300)는 액시얼 타입 블레이드(Axial Type Blade)일 수 있다. 제1 블레이드부(330)가 사선방향으로 연장됨에 따라 유체의 압력을 형성할 수 있다. 유체의 압력형성을 위해서는 제1 블레이드부(330)의 일단과 타단이 이루는 각도가 0초과 90미만이어야 한다. 제1 블레이드부(330)의 일단은 냉각수가 유입되는 유입구를 향하는 끝단을 의미할 수 있고, 제1 블레이드부(330)의 타단은 냉각수가 배출되는 배출구를 향하는 끝단을 의미할 수 있다. 제1 블레이드부(330)의 일단과 타단이 이루는 각도가 0도일 경우는 제1 블레이드부(330)가 유로를 막는다는 것을 의미하는바, 제1 블레이드부(330)의 일단과 타단이 이루는 각도가 0일 수 없다. 또한, 제1 블레이드부(330)의 일단과 타단이 이루는 각도가 90도일 경우에는 유체의 압력 형성이 불가하므로 제1 블레이드부(330)의 일단과 타단이 이루는 각도가 90도일 수 없다. 따라서, 유체의 압력 형성을 위해 제1 블레이드부(330)의 일단과 타단이 이루는 각도는 적절하게 조정될 수 있다. 제1 블레이드(300)는 샤프트(200)의 회전에 의해 회전될 수 있고, 제1 블레이드(300)의 회전에 의해 유로를 유동하는 냉각수의 압력이 조절될 수 있다. 제2 블레이드(400)는 제2 본체부(410) 및 제2 블레이드부(430)를 포함할 수 있다. 샤프트(200)는 제2 블레이드(400)와 베어링(600)을 통해 연결될 수 있다. 베어링(600)은 샤프트(200)의 양단에 각각 배치될 수 있다. 구체적으로, 샤프트(200)는 제2 본체부(410)에 정의된 오목부에 삽입될 수 있고, 베어링(600)은 오목부 내에 삽입되어 제2 본체부(410)와 샤프트(200)를 연결시킬 수 있다. 제2 블레이드부(430)는 냉각수가 유동되는 방향 또는 샤프트(200)가 연장되는 방향으로 연장되는 구성으로, 복수개가 제공될 수 있다. 즉, 제2 블레이드(400)는 냉각수의 유동에 영향을 덜 받으면서 냉각수와 접촉하는 면적을 최소화 하기 위해 사선 형태가 아닌 일자형으로 이루어진 제2 블레이드부(430)를 포함할 수 있다. 제2 블레이드(400)는 일종의 정류판의 기능을 수행할 수 있다. 제1 블레이드(300)와 제2 블레이드(400)를 구성하는 제1 블레이드부(330) 및 제2 블레이드부(430)의 형상은 서로 상이할 수 있다. 제1 블레이드부(330) 및 제2 블레이드부(430)의 형상이 서로 상이한 것은 제1 블레이드(300)는 냉각수의 압력 조절이 목적이고 제2 블레이드(400)는 냉각수의 정류작용을 수행하는 것이 목적이기 때문이다.
제1 블레이드(300)는 회전자(130)의 내벽(135)이 정의하는 유로 내에 배치될 수 있다. 제2 블레이드(400)는 제1 배관(510) 및 제2 배관(530) 내에 각각 배치될 수 있다. 제1 블레이드(300)는 회전자(130)의 회전에 의해 회전되어 냉각수의 압력을 조절할 수 있다. 제2 블레이드(400)는 제1 배관(510) 및 제2 배관(530) 내에서 고정될 수 있다. 즉, 제2 블레이드(400)는 고정되고 제1 블레이드(300)는 고정된 2개의 제2 블레이드(400)를 기준으로 회전되는 구성일 수 있다. 이 때, 회전하는 제1 블레이드(300)를 지지하는 베어링(600)은 냉각수가 유동하는 경로 내에 배치됨에 따라 베어링(600)에 가해지는 하중이 낮아질 수 있다. 또한, 마찰에 의해 온도가 상승되는 베어링(600)이 냉각수가 유동하는 경로 내에 배치됨에 따라 베어링(600)이 자연스레 냉각될 수 있다. 예를 들어, 베어링(600)는 물속에서 작동되는 장치에 적용될 수 있는 수중 베어링 또는 스러스트 베어링(Thrust Bearing)일 수 있다.
제1 배관(510)은 냉각수가 유입되는 유입구를 정의할 수 있다. 제1 배관(510)은 유로를 정의하는 회전자(130)의 내벽과(135) 이격되고, 내벽(135)이 연장되는 방향으로 연장될 수 있다. 제2 배관(530)은 냉각수가 배출되는 배출구를 정의할 수 있다. 제2 배관(530)은 유로를 정의하는 회전자(130)의 내벽(135)과 이격되고, 내벽(135)이 연장되는 방향으로 연장될 수 있다. 회전자(130)는 회전하는 구성이므로, 제1 배관(510)과 제2 배관(530)과는 서로 이격될 수 있다. 제1 배관(510)과 제2 배관(530)의 직경은 서로 동일할 수 있다. 또한, 제1 배관(510)과 제2 배관(530)의 직경은 회전자(130)의 내벽(135)의 직경과 동일할 수 있다. 즉, 유로의 직경은 제1 배관(510)과 제2 배관(530)의 직경과 동일할 수 있다. 유로, 제1 배관(510) 및 제2 배관(530)의 직경이 동일하기 때문에 냉각수의 선속도는 모든 구간에서 동일하게 된다. 따라서, 냉각수의 압력은 제1 블레이드(300)의 회전속도에 따라 결정될 수 있다.
제1 배관(510)과 제2 배관(530)의 중심은 샤프트(200) 또는 회전자(130)의 회전축과 동축일 수 있다. 제2 블레이드(400)는 제1 배관(510) 및 제2 배관(530) 내에 고정될 수 있다. 샤프트(200)는 회전자(130)의 내벽(135)이 정의하는 유로 내에 배치되되 제1 배관(510) 및 제2 배관(530) 각각을 향해 연장될 수 있고, 제1 배관(510) 및 제2 배관(530) 내로 돌출된 샤프트(200)는 제1 배관(510) 및 제2 배관(530) 각각에 고정된 제2 블레이드(400)와 연결될 수 있다.
제1 배관(510)과 제2 배관(530)은 동축을 기준으로 형성된 구성인바, 회전자(130)의 내벽(135)에 의해 정의되는 유로, 제1 배관(510)과 제2 배관(530) 내를 유동하는 냉각수는 대체로 직선의 유동 경로를 따라 유동될 수 있다.
고정자(110)와 회전자(130) 사이에는 냉각수의 유입을 막기 위한 실링벽(120)이 제공될 수 있다. 실링벽(120)은 회전자(130) 외각을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 실링벽(120)은 하우징(100)의 내벽과 연결될 수 있고, 고정자(110)와 회전자(130)는 실링벽(120)에 의해 공간적으로 분리될 수 있다. 실링벽(120)은 회전자(130)의 내벽(135)와 제1 및 제2 배관(510, 530) 사이의 틈으로 유입될 수 있는 냉각수가 고정자(110)와 접촉하지 못하도록 막을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유입구를 정의하는 제1 배관(510)과 배출구를 정의하는 제2 배관(530)이 동축으로 배치되고, 유입구와 배출구를 연결하는 유로가 회전자(130) 내부에 형성됨에 따라 워터 펌프(1)의 패키지를 구성하는데 있어 필요한 공간이 줄어들 수 있다. 또한, 제1 배관(510)과 제2 배관(530)이 실질적으로 평행하게 구성됨에 따라, 직선 배관의 형성을 위해 요구되는 별도의 호스 조립부 및 관련 부품이 삭제되어 패키지 전체의 중량 및 패키지 형성 비용이 저감될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 블레이드(300)의 전방 및 후방에 배치되는 제2 블레이드(400)에 의한 정류작용으로 냉각수 유입에 의한 와류 발생이 방지될 수 있다.
회전체의 회전의 지지하기 위한 베어링(600)은 회전체의 직경이 커질수록 높은 하중을 받게 된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상대적으로 직경이 작은 샤프트(200)에 베어링(600)을 적용할 수 있어 베어링(600) 자체의 사이즈를 축소시킬 수 있어 베어링(600)에 가해지는 하중이 줄어들 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 냉각수가 회전자에 의해 정의되는 유로를 통과함에 따라 회전자의 냉각이 가능하고, 고정자를 밀폐하면서 고정자와 접촉하는 실링벽과 냉각수가 직접 접촉함에 따라 고정자의 냉각 효율이 상승될 수 있다.
도 4는 도 2의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 실링벽(120)은 하우징(100)의 내면과 연결될 수 있다. 실링벽(120)은 고정자(110)와 회전자(130)를 공간적으로 서로 분리시킬 수 있다. 또한, 실링벽(120)에 의해 고정자(110)가 배치된 공간은 밀폐될 수 있다. 실링벽(120)은 고정자(110)가 냉각수에 노출되는 것을 막는 역할을 수행할 수 있다.
회전자(130)의 내벽(135)과 제1 배관(510) 사이는 제1 틈(51)으로 정의될 수 있고, 회전자(130)의 내벽(135)과 제2 배관(530) 사이는 제2 틈(53)으로 정의될 수 있다. 제1 틈(51) 및 제2 틈(53)을 통해 냉각수가 유입될 수 있고, 냉각수는 고정자(110)와 회전자(130)를 냉각시킬 수 있다. 다만, 냉각수는 실링벽(120)에 의해 고정자(110)와 직접 접촉하지 않을 수 있다. 고정자(110)와 직접 접촉하는 실링벽(120)이 냉각수와 접촉함에 따라, 고정자(110)가 간접적으로 냉각될 수 있다.
실링벽(120)은 하우징(100)과 접촉할 수 있다. 하우징(100)은 고정자(110) 및 회전자(130)를 향해 연장되는 연장부들(101, 103)을 포함할 수 있다. 일 예로, 연장부들(101, 103)은 고정자(110)와 회전자(130) 사이에 배치된 실링벽(120)을 향해 연장되는 구성일 수 있고, 제1 연장부(101) 및 제2 연장부(103)를 포함할 수 있다. 제1 연장부(101) 및 제2 연장부(103) 각각은 실링벽(120)과 접촉될 수 있고, 제1 연장부(101) 및 제2 연장부(103) 각각과 실링벽(120) 사이에는 실링부(700)가 배치될 수 있다. 즉, 하우징(100)과 실링벽(120) 사이에는 냉각수 유입을 막기 위한 실링부(700)가 배치될 수 있다. . 예를 들어, 실링부(700)는 오링과 같이 탄성이 있는 물질로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 샤프트와 제2 블레이드 간의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 제2 블레이드(400) 내에는 오목부(405)가 정의될 수 있다. 오목부(405)는 제2 블레이드(400)의 제2 본체부(410)에 정의된 것으로, 오목부(405)의 일단은 개방되어 샤프트(200)가 삽입될 수 있고, 오목부(405)의 타단은 막혀 있을 수 있다. 샤프트(200)는 제2 블레이드(400) 내에 정의된 오목부(405)에 삽입될 수 있다. 오목부(405) 내에는 베어링(600)이 배치될 수 있다. 다시 말해, 샤프트(200)의 양 끝단에는 베어링(600)이 배치될 수 있고, 베어링(600)이 배치되는 샤프트(200)의 양 끝단은 2개의 제2 블레이드(400) 내의 오목부(405)에 삽입될 수 있다. 제2 블레이드(400)는 제1 및 제2 배관(510, 530)에 고정되므로, 샤프트(200)는 제2 블레이드(400)를 기준으로 회전될 수 있다. 샤프트(200)의 회전에 의해 제1 블레이드(300)가 회전되어 냉각수의 압력이 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전자(130)의 회전에 의해 샤프트(200)가 회전될 수 있고, 회전을 지지하기 위한 베어링(600)이 회전자(130) 또는 유로의 외부가 아닌 유로 내부에 배치되는 샤프트(200)의 양 끝단에 배치됨에 따라 베어링(600)의 사이즈가 축소될 수 있다. 베어링(600)의 사이즈가 축소됨에 따라, 베어링(600)에 가해지는 하중이 줄어들 수 있어 워터 펌프(1) 자체의 내구성이 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프의 단면도이다. 설명의 간략을 위해 도 2의 내용과 중복되는 내용의 기재는 생략한다.
도 6을 참조하면, 워터 펌프(2)의 성능은 제1 블레이드(300)의 회전속도에 의해 결정될 수 있다. 워터 펌프(2)의 성능을 높이기 위한 방안으로, 제1 블레이드(300)를 복수로 제공할 수 있다. 복수개의 제2 블레이드(300)는 회전자(130)의 내벽(135)이 정의하는 유로 내에 배치될 수 있다. 본 발명에서 냉각수가 유입되고 배출되는 제1 및 제2 배관(510, 530)의 직경이 동일하고, 제1 및 제2 배관(510, 530)이 서로 동축으로 구성되어 있는바, 제1 블레이드(300)에 의해 냉각수 압력이 결정될 수 있다. 제1 블레이드(300)의 회전 속도 이외에 제1 블레이드(300)의 회전에 의해 냉각수의 유동량 또는 압력을 증가시키기 위한 방안으로 제1 블레이드(300)의 개수를 증가시킬 수 있다. 제1 블레이드(300)의 개수가 증가되더라도 워터 펌프(2)를 구성하는 부품의 수는 동일할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프의 단면도이다. 설명의 간략을 위해 중복되는 내용의 기재는 생략한다.
도 7을 참조하면, 하우징(100)에는 냉각수가 유입되는 유입구를 정의하는 제1 배관(510) 및 냉각수가 배출되는 배출구를 정의하는 제2 배관(530)이 고정될 수 있다. 제1 배관(510) 및 제2 배관(530)은 하우징(100)의 일 구성일 수 있다. 제1 배관(510)은 유로를 정의하는 회전자(130)의 내벽과(135) 이격되고, 제2 배관(530)은 유로를 정의하는 회전자(130)의 내벽(135)과 이격되고, 내벽(135)이 연장되는 방향으로 연장될 수 있다. 회전자(130)는 회전하는 구성이므로, 제1 배관(510)과 제2 배관(530)과는 서로 이격될 수 있다.
회전자(130)의 내벽(135)은 테이퍼질 수 있다. 구체적으로, 내벽(135)에 의해 정의되는 유로의 직경은 제1 배관(510)에서 제2 배관(530)을 향하는 방향으로 점차 작아질 수 있다. 제1 배관(510)와 제2 배관(530)의 내면의 직경은 회전자(130)의 내벽(135)와 대응될 수 있다. 제1 배관(510)의 내면의 직경은 인접하는 내벽(135)의 직경과 동일할 수 있다. 제2 배관(530)의 내면의 직경은 인접하는 내벽(135)의 직경과 동일할 수 있다. 따라서, 제2 배관(530)의 내면의 직경은 제1 배관(530)의 내면의 직경보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 배관(530)의 내면의 직경이 제1 배관(510)의 내면의 직경보다 작을 경우, 유로를 유동하는 냉각수가 압축되는 효과가 발생되어 냉각수가 압축되는 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 워터 펌프(1)가 부피가 커져 냉각수의 압력을 요구하는 압력으로 상승시키는데 있어 발생되는 문제점이 해결될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프를 절단한 모습을 나타내는 사시도이다. 설명의 간략을 위해 중복되는 내용의 기재는 생략한다.
도 8을 참조하면, 제1 블레이드(300)는 회전자(130)의 내벽(135)이 정의하는 유로 내에 배치될 수 있다. 제2 블레이드(400)는 제1 배관(510) 및 제2 배관(530) 내에 각각 배치될 수 있다. 제2 블레이드(400)는 제1 배관(510) 및 제2 배관(530) 내에서 고정될 수 있다. 제2 블레이드(400)는 고정부재(450)에 의해 제1 배관(510) 및 제2 배관(530)과 연결될 수 있다. 다시 말해, 제1 블레이드(300)와 연결되는 2개의 제2 블레이드(400)는 고정부재(450)에 의해 제1 배관(510) 및 제2 배관(530)에 연결될 수 있다. 따라서, 제2 블레이드(400)는 회전하는 제1 블레이드(300)를 회전자(130)가 정의하는 유로 내에 고정하는 역할을 수행할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.

Claims (16)

  1. 하우징 내에 배치되는 고정자;
    상기 고정자로 둘러싸이고 자성체가 삽입된 회전자;
    상기 회전자 내에 유로가 정의되고, 상기 유로 내에 배치되는 샤프트;
    상기 샤프트와 연결되는 제1 블레이드;
    상기 유로를 정의하는 상기 회전자의 내벽과 이격되고, 상기 내벽이 연장되는 방향으로 연장되어 냉각수가 유입되는 유입구를 정의하는 제1 배관;
    상기 유로를 정의하는 상기 회전자의 내벽과 이격되고, 상기 내벽이 연장되는 방향으로 연장되어 냉각수가 배출되는 배출구를 정의하는 제2 배관; 및
    상기 샤프트와 연결되고 상기 제1 배관 또는 상기 제2 배관에 배치되는 제2 블레이드를 포함하는,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 직경은 동일하고,
    상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 중심은 상기 샤프트와 동축인,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 배관의 내면의 직경은 상기 제1 배관의 내면의 직경보다 작은,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 회전자의 내벽의 직경은 상기 제1 배관에서 상기 제2 배관을 향하는 방향을 향할수록 줄어들고,
    상기 제1 배관의 내면의 직경은 인접하는 상기 회전자의 내벽의 직경과 동일하고,
    상기 제2 배관의 내면의 직경은 인접하는 상기 회전자의 내벽의 직경과 동일한,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 샤프트는 상기 제2 블레이드 내에 정의된 오목부에 삽입되고,
    상기 샤프트는 상기 오목부 내에 삽입된 베어링을 통해 상기 제2 블레이드와 연결되는,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 베어링은 상기 유로 내에 배치되는 수중 베어링인,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 블레이드는 상기 제1 배관 및 상기 제2 배관 내에서 고정되고,
    상기 제2 블레이드는 상기 샤프트가 연장되는 방향으로 연장되는 복수의 블레이드부를 포함하는,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 회전자의 회전에 의해 상기 샤프트는 고정된 2개의 상기 제2 블레이드들을 기준으로 회전되는,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 블레이드 내에는 관통홀이 정의되고,
    상기 샤프트는 상기 관통홀에 삽입되는,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 블레이드는 상기 유로 내부에 배치되고,
    상기 제1 블레이드는 복수개로 제공되는,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 샤프트가 연장되는 방향으로 상기 자성체의 양단에는 상기 회전자의 내벽과 상기 제1 및 제2 배관 사이의 틈을 실링하기 위한 실링부가 제공되는,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 고정자와 상기 회전자 사이에는 냉각수의 유입을 막기 위한 실링벽이 제공되고,
    상기 실링벽은 상기 하우징과 접촉하여 상기 고정자와 상기 회전자는 상기 실링벽에 의해 공간적으로 분리되는,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 실링벽과 상기 하우징 사이에는 실링부가 배치되는,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  14. 제1 항에 있어서,
    자성체가상기 제1 배관 및 상기 제2 배관은 상기 하우징에 연결되어 고정되는,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 유로를 정의하는 상기 회전자의 내벽은 상기 제1 배관 및 상기 제2 배관과 이격되고,
    상기 제1 배관과 상기 회전자의 내벽 사이의 제1 틈 및 상기 제2 배관과 상기 회전자의 내벽 사이의 제2 틈으로부터 냉각수가 유입되는,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 블레이드는 상기 제1 배관 또는 상기 제2 배관 중 적어도 하나와 고정부재를 통해 연결되고,
    상기 제2 블레이드의 위치는 상기 제1 배관 또는 상기 제2 배관 내에 고정된,
    냉각수 유로를 포함하는 워터 펌프.

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