WO2011021828A2 - 워터 펌프 모터 및 이를 이용한 워터펌프 - Google Patents

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WO2011021828A2
WO2011021828A2 PCT/KR2010/005413 KR2010005413W WO2011021828A2 WO 2011021828 A2 WO2011021828 A2 WO 2011021828A2 KR 2010005413 W KR2010005413 W KR 2010005413W WO 2011021828 A2 WO2011021828 A2 WO 2011021828A2
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stator
case
water pump
rotor
coupled
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PCT/KR2010/005413
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김병수
오영식
강일남
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주식회사 아모텍
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/086—Sealings especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/10—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with arrangements for protection from ingress, e.g. water or fingers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the present invention relates to a water pump motor, and a water pump motor and a water pump using the same to implement a waterproof structure of the motor by using a cover for sealing the stator.
  • a water pump motor is a driving source of a water pump used to drive a water pump installed in a water tank of a washing machine or to supply circulation of cooling water to an engine.
  • a water pump equipped with such a water pump motor is always in direct contact with water. Works in the environment.
  • a component called a mechanical seal is used for the purpose of sealing the motor from water when the water inside the water pump is drained to the outside or to prevent bearing failure or belt life shortening due to cooling water leakage. do.
  • a bearing structure for a water pump motor having a can cover for protecting the motor of the water pump is disclosed in US Pat. No. 4,277,115.
  • a ring of elastomer or felt is disposed between the carotating bearings and the bearing support member, and a caliber having a support member and a carrot bearing in the groove near the ring.
  • a mount for a lot bearing is disclosed. The collet bearing mount is particularly useful for pumps with canned motors for the delivery of electrolyte liquids in fuel cell units.
  • the water flowing into the motor can be prevented to some extent, but since the can cover is manufactured separately, the motor is assembled, resulting in an increase in unit cost and a decrease in productivity. Due to the problem of not presenting a waterproof structure for the water, a separate measures for waterproofing were required.
  • an object of the present invention is to separate the rotor and the stator by using a stator case for sealing the stator of the water pump motor and a printed circuit board (PCB) for motor control in the lower part of the water pump to prevent water leakage. It provides a motor and a water pump using the same.
  • PCB printed circuit board
  • stator case which is a plastic injection molded product that seals the stator of the water pump motor, so that the assembly can be easily performed by inserting the stator core through the back of the stator case at the time of assembly as well as cost reduction. It provides a water pump motor and a water pump using the same.
  • Another object of the present invention is to form a vortex forming wing on the back of the impeller installed inside the water pump drain housing to prevent the inflow and attachment of foreign matter from the outside to provide a water pump that can prevent the foreign matter accumulate in the rotor. .
  • Another object of the present invention is to provide a low-cost high magnetic rotor as a whole by combining a main magnet composed of an inexpensive ring-shaped isotropic magnet and a sub magnet composed of a plurality of high magnetic anisotropic magnet pieces. It can be implemented, to provide a high-power motor having a hybrid magnet structure (hybrid) that can be used to configure a high-efficiency, high-power motor.
  • a lower case having a cylindrical projection to the top;
  • a stator having a lower end supported on the upper part of the protrusion and sealed at the lower end by the lower case;
  • a stator case having an annular trench shape for sealing an inner circumference, an outer circumference, and an upper surface of the stator, the lower end extending from the inner circumference of the stator being sealed with a circular sealing plate and having a recess in the center thereof;
  • a rotating shaft rotatably supported at a lower end of the groove;
  • a rotor disposed at an upper inner circumference of the stator case, the rotor being coupled to a center thereof to rotate by the action of the stator;
  • an upper case coupled to the lower case in an inverted cup shape to seal an upper surface and a side surface of the stator case.
  • the upper case is bent at a right angle and extended to the same length as the lower case; And fixing means for fixing the flange and the lower case.
  • the rotor forms a magnetic circuit and the back yoke coupled to the rotation axis in the center; And a main magnet made of a ring shape coupled to the outer circumference of the back yoke and divided and magnetized into a plurality of magnetic poles.
  • It further comprises a plurality of auxiliary magnets made of the same number as the number of divided magnetized magnetic poles of the main magnet and disposed adjacent to the back yoke and the main magnet.
  • the inner peripheral portion of the stator case is formed in a circular plate shape, and further includes a middle case which covers the rotor in a sealing state and the upper end of the rotating shaft is rotatably supported at the center thereof.
  • a lower bearing installed in the groove of the stator case to rotatably support the rotating shaft; And an upper bearing installed at the center of the upper case to rotatably support the rotating shaft.
  • a control PCB further includes an outer circumferential portion supported between the stator and the protrusion of the lower case to apply a driving signal to the coil of the stator.
  • the stator is characterized in that the outer peripheral portion is molded with a sealing resin after the coil is wound around a plurality of teeth.
  • the rotor has a rotating shaft coupled to the center portion, a plurality of grooves on the outer circumference is formed at regular intervals and a circular yoke-shaped back yoke to form a magnetic circuit; A plurality of auxiliary magnets inserted into and disposed in the plurality of grooves of the back yoke; And a main magnet formed in a ring shape coupled to an outer circumferential portion of the back yoke and divided and magnetized to have the same number of magnetic poles as the number of auxiliary magnets.
  • the rotor has a rotating shaft is coupled to the central portion, the circular yoke-shaped back yoke to form a magnetic circuit;
  • a main magnet made of a ring shape coupled to the outer circumferential portion of the back yoke and divided and magnetized into a plurality of magnetic poles, and having a groove for each magnetic pole on the inner circumference;
  • a plurality of auxiliary magnets having the same number as the number of divided magnetized magnetic poles of the main magnet and inserted into the groove.
  • the auxiliary magnet is made of an anisotropic magnet
  • the main magnet is made of an isotropic magnet
  • the lower case having a cylindrical projection to the top;
  • a stator having a lower end supported on the upper part of the protrusion and sealed at the lower end by the lower case;
  • a stator case having an annular trench shape for sealing an inner circumference, an outer circumference, and an upper surface of the stator, the lower end extending from the inner circumference of the stator being sealed with a circular sealing plate and having a recess in the center thereof;
  • a rotating shaft rotatably supported at a lower end of the groove;
  • a rotor disposed at an upper inner circumference of the stator case, the rotor being coupled to a center thereof to rotate by the action of the stator;
  • An upper case coupled to the lower case in an inverted cup shape to seal an upper surface and a side surface of the stator case;
  • An impeller coupled to a rotating shaft extending above the upper case and having a plurality of wings radially formed from a central axis;
  • a pump drain housing accommodating the impeller therein and having
  • the rotor includes a back yoke forming a magnetic circuit; And an isotropic main magnet made of a ring shape coupled to the back yoke and divided and magnetized into a plurality of magnetic poles.
  • the rotor further includes a plurality of anisotropic auxiliary magnets having the same number as the number of divided magnetized magnetic poles of the isotropic main magnet and disposed adjacent to the back yoke and the isotropic main magnet.
  • the rotor is integrally formed using resin on the upper and lower surfaces of the back yoke and the isotropic main magnet using an insert molding method.
  • the inner peripheral portion of the stator case is formed in a circular plate shape on the upper side further includes a middle case which covers the rotor in a sealing state and the upper end of the rotating shaft is rotatably supported in the center.
  • the impeller has a coupling portion at the center, a coupling hole in which the rotating shaft is coupled and fixed at the center of the coupling portion, a plurality of wings radially formed around the coupling portion, a disc supporting the lower ends of the plurality of wings, and the lower disc It includes a plurality of wings formed on the surface.
  • a first zero ring for sealing provided between an upper surface of the stator case and an upper case corresponding thereto; And a second O-ring for sealing provided between the upper case and the pump drain housing.
  • the present invention can provide a perfect waterproof structure by providing a stator case for sealing the stator and the PCB inside the water pump motor.
  • stator case having a waterproof structure can be inserted into the stator to improve the assembly of the motor.
  • the rotor by combining a ring-shaped isotropic main magnet with a low price and an auxiliary magnet made of a relatively small amount of high magnetic anisotropy magnet pieces, the rotor can be realized at low cost as a whole. Therefore, it can be used to configure a high efficiency, high output motor.
  • FIG. 1 is a perspective view of a water pump motor according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the water pump motor of FIG.
  • FIG. 3 is an axial sectional view of the water pump motor of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the stator case of FIG.
  • FIG. 5 is an axial sectional view of the water pump using the water pump motor of FIG.
  • FIG. 6 is a front view showing an impeller bottom surface of the water pump of FIG.
  • FIG. 7 is a circumferential cross-sectional view of a water pump motor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a circumferential cross-sectional view of a water pump motor according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an axial sectional view of the water pump motor of FIG.
  • FIG. 10 is an axial sectional view of the water pump using the water pump motor of FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view of a water pump motor according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the water pump motor of Figure 1
  • Figure 3 is an axial cross-sectional view of the water pump motor shown in FIG.
  • the water pump motor according to the first embodiment of the present invention includes a lower case 31 having a cylindrical protrusion 31a upward; A stator 26 having a lower end supported on the upper part of the protrusion and sealed at the lower end by the lower case;
  • the stator case 29 is formed in an annular trench shape that seals the inner circumferential portion, the outer circumferential portion, and the upper surface of the stator, and the lower end extending from the inner circumferential portion thereof is sealed by a circular sealing plate 29d and a groove 29f is formed in the center thereof.
  • a rotating shaft 27 rotatably supported at a lower end of the groove;
  • a rotor (25) disposed at an upper inner circumference of the stator case and coupled to a rotation shaft at a center thereof to rotate by the action of the stator;
  • an upper case 32 coupled to the lower case in an inverted cup shape to seal the upper and side surfaces of the stator case.
  • a trench-shaped stator case 29 in which one side of the inner circumferential surface is blocked, and an inverted cup-shaped upper case 32 are sequentially coupled.
  • the stator case 29 has a stator 26 inserted into a trench internal space, and a rotor 25 that rotates with respect to a central rotation axis 27 is disposed on an upper inner circumferential surface of the stator case 29.
  • the upper case 32 has a flange protruding in a square shape at the bottom of the inverted cup-shaped cylindrical portion, the lower case fixing device 31b protruding at the corner of the lower flange, for example, the front end has a spiral fastening portion It is fastened to couple the upper case 32 and the lower case 31.
  • the rotor 25 is made of a laminated magnetic steel sheet and has a back yoke (ie, a rotor core) 21 formed with a through hole in which a rotating shaft 27 is coupled at the center thereof, and an outer peripheral surface of the back yoke 21.
  • the ring-shaped isotropic main magnet 22a is coupled.
  • the ring-shaped isotropic main magnet 22a uses a split magnetized process so that the N pole magnet and the S pole magnet are alternately formed.
  • the rotor 25 integrally forms the rotor support 26a using resin in the insert molding method on the upper and lower surfaces of the back yoke 21 and the isotropic main magnet 22a.
  • This rotor support 26a is effective for sealing elements located therein when the motor is used in a humid environment such as a water pump.
  • the stator 26 is magnetized to an integrated stator core 23 having twelve teeth protruding in an approximately " T " shape so as to stack a plurality of magnetic steel sheets to form, for example, twelve slots in the cylindrical body inner circumferential wall.
  • the bobbin 23c may form a structure in which the upper and lower bobbins are combined, or may be integrally formed on the outer circumference of the core by insert molding the core 23.
  • stator 26 may be formed in a reduced shape by insert molding using a bulk molding compound (BMC).
  • BMC bulk molding compound
  • stator 26 inserted into the stator case 29 and disposed above the lower case 31 and the rotor 25 coupled to the rotating shaft 27 centered on the inner circumferential surface of the stator case 29 are upwardly upward.
  • the rotating shaft 27 is partially sealed by the case 32 in a state where it protrudes outward.
  • the stator 26 is supported by the lower end of the upper surface of the control PCB 36, the control PCB 36 is supported by a cylindrical projection (31a) protruding from the lower case (31).
  • the control PCB 36 is mounted with control elements for applying a drive signal to the coil of the stator 26, and is supported with a space from the bottom by a cylindrical protrusion 31a extending from the lower case 31. have. Control elements mounted on the bottom surface of the control PCB 36 are located in the space.
  • the stator case 29 includes a cylindrical inner circumferential portion 29a and an outer circumferential portion 29b to form an annular trench structure to seal and receive the annular stator 26. It is connected to the upper surface 29c at right angles.
  • stator case 29 has a lower end of the inner circumferential portion 29a of the stator case 29 to separate the stator 26 disposed inside the trench and the rotor 25 disposed inside the stator 26 in a sealed state.
  • the circular sealing plate 29d is extended at right angles.
  • the lower end 29e of the outer circumferential portion 29 of the stator case 29 extends relatively longer than the lower end of the inner circumferential portion 29a and preferably extends slightly longer than the height of the cylindrical protrusion 31a of the lower case 31.
  • groove 29f is provided at the center of the circular sealing plate 29d integrally formed at the lower end of the inner circumferential portion 29a of the stator case 29, and the lower end of the rotating shaft 27 is provided at the groove 29f.
  • a lower bearing 35b made of a sleeve bearing is installed to be rotatably supported.
  • a middle case 33 having a circular plate shape is coupled to an inner circumferential portion 29a of the stator case 29 to seal the rotor 25 disposed on the inner circumferential portion 29a of the stator case 29. Is coupled to cover.
  • an upper bearing 35a made of plastic is installed at the center of the middle case 33 so that the upper end of the rotation shaft 27 is rotatably supported.
  • Sealing O-rings 39 are disposed on the upper surface 29c of the stator case 29 and the corresponding portions of the upper case 32, and a rotating shaft 27 penetrates through the center portion of the upper case 32. It extends to the outside.
  • the middle case 33 may be removed, and the upper bearing 35a may be installed at the center of the upper case 32 to support the rotating shaft 27.
  • stator case 29 completely blocks the stator 26 and the control PCB 36 disposed under the stator 26 to seal the elements located therein when the motor is used in a humid environment such as a water pump. Valid for.
  • the pump drain housing 38 is coupled with the sealing O-ring 40 in a sealing state.
  • the stator 26 is embedded in the lower space of the stator case 29 whose upper side forms a sealing structure, and the control PCB 36 is coupled to the lower side. Primary sealing is achieved.
  • stator case 29b and the upper surface 29c of the stator case 29 are sealed by the upper case 32 and the sealing O-ring 39, and the inner surface of the lower end of the stator case 29
  • the outside of the stator 26 is double-sealed by the combination of the upper and lower cases 32 and 31 while being covered by the cylindrical protrusions 31a protruding from the lower case 32.
  • an impeller (1) is provided at an upper end of the rotating shaft 27 at a distance from an upper surface of the upper case 32. 37) is fixed to the center part.
  • the upper surface of the upper case 32 accommodates the impeller 37 therein, and the pump drain housing 38 serving as a guide for discharging the water introduced from the upper side to the side is detachably attached.
  • the pump drain housing 38 is fixed to each other by rotating by engaging a plurality of recesses extending outwardly to the lower end of the pump drain housing 38 to a plurality of grooves formed therein on the upper surface of the upper case 32. It has a joining fixing structure.
  • the impeller 37 is fixedly coupled to the upper end of the rotary shaft 27 to the side of the fluid such as water flowing from the inlet of the pump drain housing 38 when the rotary shaft 27 rotates in accordance with the rotation of the rotor 25
  • a plurality of vanes 37a are formed radially to discharge through the outlets disposed in the chambers.
  • FIG. 6 is a front view illustrating an impeller bottom surface of the water pump of FIG. 5.
  • the impeller 37 has a coupling portion 37b at the center thereof, and a coupling hole 37c in which the rotating shaft 27 is coupled and fixed is formed at the center of the coupling portion 37b.
  • a plurality of wings 37a and a disc 37d for supporting the lower ends of the plurality of wings 37a are formed radially around the coupling portion 37b.
  • a plurality of blades 37e spirally extending from the center are integrally formed on the lower surface of the disc 37d of the impeller 37.
  • the impeller 37 generates pressure by a plurality of blades 37e during rotation while maintaining a gap between the upper surface of the upper case 32 and foreign substances entering the water together with the disc ( 37d) is not accessible, and accumulated foreign matter can be discharged to the outside by pressure.
  • FIG. 7 is a circumferential cross-sectional view of the water pump motor according to the second embodiment of the present invention.
  • the water pump motor according to the second embodiment of the present invention includes a rotor 25 and a stator 26, and a rotating shaft 27 is coupled to the center of the rotor 25.
  • a rotating shaft 27 is coupled to the center of the rotor 25.
  • the illustration of the stator case 29 for sealing the stator 26 is omitted.
  • the stator 26 is an integrated stator core having twelve teeth 23a protruding in a substantially " T " shape so as to stack a plurality of magnetic steel sheets to form twelve slots in the inner circumferential wall of the cylindrical body 23b. 23) wound on a bobbin (not shown) made of an insulating resin bonded to cover the upper / lower surface of the tooth and the inner circumferential surface and the upper / lower surface of the body to magnetically generate the 12-phase N-pole and S-pole.
  • the true stator coil 24 is provided.
  • the back yoke 21 of the rotor 25 is formed by stacking a plurality of magnetic steel plates, and the rotor 25 is rotatably disposed to be spaced apart from the inside of the stator 26 by a predetermined gap. It is.
  • the integrated stator core 23 may be formed in a split core structure as necessary.
  • the rotor 25 is made of a laminated magnetic steel sheet and has a back yoke (ie, a rotor core) 21 having a through hole in which a rotating shaft 27 is coupled to the center, and the back yoke 21.
  • Eight grooves are formed at predetermined angles on the outer circumferential surface of the c), and eight embedded anisotropic auxiliary magnets 22b having a segment shape are inserted therein.
  • the buried anisotropic auxiliary magnet 22b is a ferromagnetic material, for example, SmCo 5 system, Sm 2 Co 17- based, Nd 2 Fe 14 B-based, Sm 2 Fe 17 N 3 based rare earth material made of a rare earth alloy
  • an Nd-based alloy having a high energy (BHmax) is preferably, for example, Nd-Fe-B (anisotropic magnet).
  • an isotropic cast magnet 22a made of a ferrite-based material, which can be purchased at low cost, and formed in a ring shape is coupled to the outer circumference of the back yoke 21, for example.
  • the ring-shaped isotropic main magnet 22a is divided and magnetized so that N-poles and S-poles are alternately formed in the same number of poles as the eight embedded anisotropic seat magnets 22b having a segment shape.
  • the segment-shaped embedded anisotropic auxiliary inserted into the groove formed on the outer circumferential surface of the back yoke 21.
  • the magnet 22b may naturally be prevented from being detached even when the rotor 25 is rotated, thereby eliminating the need for a separate release preventing structure.
  • the permanent magnet 22b is magnetized in the radial direction of the rotor 25 to form an anode, thereby forming a positive electrode between the rotating magnetic field formed by the magnetic flux by the anisotropic auxiliary magnet 22b and the current flowing through the coil 24 of the stator 26. Permanent magnet torque is generated by the interaction of.
  • the rotor 25 of the present invention is magnetized so that the four anisotropic auxiliary magnets 22b have an N pole and a S pole set in the inner side in the radial direction so as to have an eight pole magnetic pole structure.
  • the anisotropic auxiliary magnet 22b as opposed to the above four anisotropic auxiliary magnets 22b, magnets are used in which the circumferential surface is magnetized so that the S pole and the inner side N pole are set.
  • the eight embedded anisotropic auxiliary magnets 22b are used by alternately arranging the circumferential surface magnetized to the N pole and the S pole.
  • the embedded anisotropic auxiliary magnet 22b disposed inside thereof has a circumferential surface corresponding thereto.
  • the magnetized magnets should be used to be magnetic poles of different polarities from the inner surface of the isotropic main magnet 22a.
  • each of the two anisotropic auxiliary magnets 22b has a length corresponding to the length of the anisotropic auxiliary magnets 22b at intervals of eight A leakage preventing hole, that is, a spacer 28 is formed, and the spacer 28 increases magnetic resistance to prevent magnetic flux leakage.
  • the eight embedded anisotropic auxiliary magnets 22b each form a magnetic circuit from the north pole to the south pole in the lateral (ie, circumferential) direction.
  • the hybrid magnet structure has a hybrid structure, and the anisotropically oriented embedded anisotropic auxiliary magnet 22b enables the hybrid magnet as a whole to maintain a magnetic force equal to or higher than that of the anisotropic auxiliary magnet.
  • FIG. 8 is a circumferential cross-sectional view of a water pump motor according to a third embodiment of the present invention.
  • the same components as those of the second embodiment shown in FIG. 7 are assigned the same member numbers, and detailed description thereof will be omitted.
  • Water pump motor according to a third embodiment of the present invention is composed of a rotor 25 and a stator 26, the rotation shaft 27 is coupled to the center of the rotor 25.
  • stator case 29 for sealing the stator 26 is omitted.
  • the stator 26 has the same structure as that of the second embodiment, and the back yoke 21 of the rotor 25 is formed by stacking a plurality of magnetic steel plates, similarly to the stator 26. It is arrange
  • the integrated stator core 23 may be modified into a split core structure as necessary.
  • the rotor 25 is made of a laminated magnetic steel sheet and has a back yoke (ie, a rotor core) 21 having a through hole in which a rotating shaft 27 is coupled to the center, and the back yoke ( The outer periphery of 21) is made of, for example, a ferrite-based material, and an isotropic main magnet 22c having a ring shape is coupled thereto.
  • a back yoke ie, a rotor core
  • the outer periphery of 21 is made of, for example, a ferrite-based material, and an isotropic main magnet 22c having a ring shape is coupled thereto.
  • the ring-shaped isotropic main magnet 22c is divided and magnetized so that N-poles and S-poles are alternately formed at eight poles in the same manner as the isotropic main magnet 22a of the second embodiment, and the circumference is formed on the inner circumferential surface for each magnetic pole Eight grooves along the direction are formed, and eight embedded anisotropic auxiliary magnets 22b having a segment shape are inserted therein.
  • the anisotropic auxiliary magnet 22b is magnetized in the radial direction of the rotor 25 to form an anode, thereby forming a positive electrode between the rotating magnetic field formed by the magnetic flux by the auxiliary magnet 22b and the current flowing through the coil 24 of the stator 26. Permanent magnet torque is generated by the interaction of.
  • the rotor 25 of the present invention is magnetized so that the four anisotropic auxiliary magnets 22b have an N pole and a S pole set in the inner side in the radial direction so as to have an eight pole magnetic pole structure.
  • the magnet is magnetized so that the circumferential surface of the S pole and the inner surface of the anisotropic auxiliary magnet 22b are set.
  • the eight embedded anisotropic auxiliary magnets 22b are used by alternately arranging the circumferential surface magnetized to the N pole and the S pole.
  • the embedded anisotropic auxiliary magnet (22b) should be used that is magnetized so that the circumferential surface is a magnetic pole of different polarity with the inner surface of the corresponding isotropic main magnet (22a).
  • the buried anisotropic auxiliary magnet 22b uses a hard magnetic material made of a ferromagnetic magnet, for example, a rare earth alloy, as in the second embodiment.
  • a hard magnetic material made of a ferromagnetic magnet, for example, a rare earth alloy, as in the second embodiment.
  • an Nd-based alloy having a high energy (BHmax) may be used.
  • Nd-Fe-B anisotropic magnet
  • the segment-shaped embedded anisotropic auxiliary inserted into the groove formed in the inner circumferential surface of the isotropic main magnet 22c. Since the magnet 22b is naturally prevented from being detached by the outer circumferential surface of the back yoke 21, the magnet 22b may be prevented from detaching even when the rotor 25 is rotated, thereby eliminating the need for a separate anti-separation structure.
  • the anisotropic auxiliary magnets 22b are ring-shaped isotropic main magnets 22c.
  • the magnetic circuit is formed from the N pole to the S pole from the anisotropic auxiliary magnet 22b toward the other auxiliary magnet 22b adjacent to each other through the back yoke 21 on the rear side, since it has a relatively strong magnetic force.
  • FIG. 9 is an axial sectional view showing a water pump motor designed for driving a water pump according to the second embodiment shown in FIG. 7, and FIG. 10 is an axial sectional view of a water pump using the water pump motor of FIG. 9. Is shown.
  • the water pump motor shown in FIG. 9 and the water pump shown in FIG. 10 are assigned the same member numbers to the same elements as those of FIGS. 4 and 5, and detailed description thereof will be omitted.
  • anisotropic auxiliary magnet 22b is added to the outer circumferential groove of the back yoke 21 because the water pump motor according to the second embodiment of FIG. Same as FIG. 5.
  • the stator case made of an annular trench structure to seal the stator and the control PCB to implement a perfect waterproof structure, it is possible to apply to the water pump by preventing the adhesion of foreign matter using the auxiliary wing of the impeller.

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Abstract

스테이터를 밀폐하는 커버를 사용하여 모터의 방수구조를 구현하는 워터 펌프 모터 및 이를 이용한 워터 펌프가 개시된다. 상기 워터 펌프 모터는 원통형의 돌출부를 갖는 하부 케이스; 상기 돌출부의 상부로 하단부가 지지되어 상기 하부 케이스에 의해 하단이 밀봉되는 스테이터; 상기 스테이터의 내주부, 외주부 및 상부면을 밀봉하는 환형 트렌치 형상으로 이루어지며, 그의 내주부로부터 연장되는 하단은 원형 실링판으로 밀폐되며 중앙에는 요홈이 형성되는 스테이터 케이스; 상기 요홈에 하단이 회전 가능하게 지지되는 회전축; 상기 스테이터 케이스의 상측 내주부에 배치되며 중앙에 상기 회전축이 결합되어 회전하는 로터; 및 상기 스테이터 케이스의 상부면 및 측면을 밀봉하도록 결합되는 상부 케이스를 포함한다.

Description

워터 펌프 모터 및 이를 이용한 워터펌프
본 발명은 워터 펌프 모터에 관한 것으로, 스테이터를 밀폐하는 커버를 사용하여 모터의 방수구조를 구현하는 워터 펌프 모터 및 이를 이용한 워터 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 워터펌프 모터는 세탁기의 배수조에 설치된 워터펌프를 구동하거나 엔진의 냉각수 순환공급을 위해 사용하는 워터펌프의 구동원으로, 이러한 워터펌프 모터를 장착한 워터 펌프는 내부에 항상 물과 직접 맞닿아 있는 환경에서 작동한다.
따라서, 워터펌프 내부의 물이 외부로 배수될 때 또는 냉각수 누수로 인한 베어링 고장, 벨트 수명단축 등을 막기 위하여 물로부터 모터를 보호하기 위한 실링을 목적으로 메카니컬 실(mechanical seal)이라고 하는 부품을 사용한다.
메카니컬 실을 사용하는 종래의 워터펌프는 별도의 메카니컬 실을 구비하여야 하는 후가공 공정이 추가되어야 하므로 이에 따른 가공비와 재료비 등이 상승하여 모터의 원가상승 요인이 되었으며, 모터 외부에서 유입되는 물이나 이물질이 모터 내부로 유입될 수 있어 모터의 파손을 초래하였다.
워터펌프의 모터보호를 위해 캔커버를 구비하는 워터펌프 모터용 베어링 구조가 미국 등록특허 4,277,115호에 개시되었다. 미국 등록특허 4,277,115호에는 탄성체 또는 펠트(felt)의 링(ring)이 캘로트 베어링(calotte bearings)과 베어링 지지 부재 사이에 배치되고, 상기 링 근처의 요홈에 지지 부재와 캘로트 베어링이 구비된 캘로트 베어링용 마운트가 개시되어 있다. 상기 캘로트 베어링 마운트는 연료 전지 유닛에서 전해질 액체의 전달을 위한 캔드 모터(canned motor)를 가진 펌프에 특히 유용하다.
전술한 캔커버를 구비하는 워터펌프에서 모터 내부로 유입되는 물은 어느 정도 막을 수 있으나, 캔커버를 별도 제작하여 모터를 조립해야하므로 단가의 상승 및 생산성 저하를 초래하였으며, 외부로부터 유입되는 물에 대한 방수구조를 제시하지 못하는 문제로 인해 별도의 방수를 위한 대책이 요구되었다.
한편, 세탁기 등에 사용되는 워터펌프는 세탁물로부터 분리된 이물질 등을 배수할 때 이물질이 임펠러와 상부하우징 사이로 유입되면서 임펠러의 배면에 부착되는 현상이 발생하며, 이러한 현상은 임펠러의 회전운동을 저해하여 모터의 성능저하를 일으키는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 워터펌프 모터의 스테이터와 그 하부에 모터 제어를 위한 인쇄회로기판(printed circuit board: PCB)을 밀폐시키는 스테이터 케이스를 이용하여 로터와 스테이터를 분리하여 누수를 방지하는 워터펌프 모터 및 이를 이용한 워터펌프를 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 워터펌프 모터의 스테이터를 밀폐시키는 플라스틱 사출물인 스테이터 케이스를 이용하므로 원가절감 뿐 아니라 조립 시에 스테이터 코어를 스테이터 케이스의 뒷면을 통해 삽입함에 의해 간단히 조립이 가능하여 조립성까지 향상시킬 수 있는 워터펌프 모터 및 이를 이용한 워터펌프를 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 워터펌프 드레인 하우징의 내부에 설치되는 임펠러의 배면에 와류형성 날개를 형성하여 외부로부터 이물질의 유입 및 부착을 막아 이물질이 로터에 쌓이는 것을 방지할 수 있는 워터펌프를 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 가격이 저렴한 링형상의 등방성 자석으로 이루어진 주 자석(main magnet)과 다수의 고자력의 이방석 자석편으로 이루어진 보조 자석(sub magnet)을 조합함에 의해 전체적으로 저렴하게 고자력의 로터를 구현할 수 있어, 이를 이용하여 고효율, 고출력의 모터를 구성할 수 있는 하이브리드(hybrid) 방식의 자석 구조를 갖는 고출력 모터를 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 상부로 원통형의 돌출부를 갖는 하부 케이스; 상기 돌출부의 상부에 하단부가 지지되어 상기 하부 케이스에 의해 하단이 밀봉되는 스테이터; 상기 스테이터의 내주부, 외주부 및 상부면을 밀봉하는 환형 트렌치 형상으로 이루어지며, 그의 내주부로부터 연장되는 하단은 원형 실링판으로 밀폐되며 중앙에는 요홈이 형성되는 스테이터 케이스; 상기 요홈에 하단이 회전 가능하게 지지되는 회전축; 상기 스테이터 케이스의 상측 내주부에 배치되며 중앙에 상기 회전축이 결합되어 상기 스테이터와의 작용에 의해 회전하는 로터; 및 상기 스테이터 케이스의 상부면 및 측면을 밀봉하도록 상기 하부 케이스에 반전된 컵형상으로 결합되는 상부 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터를 제공한다.
상기 상부 케이스는 직각으로 절곡되어 하부케이스와 동일한 길이로 연장 형성된 플랜지; 및 상기 플랜지와 하부케이스를 고정시키기 위한 고정수단을 더 포함한다.
상기 로터는 자기회로를 형성하며 중앙부에 회전축이 결합되는 백 요크; 및 상기 백 요크의 외주에 결합되는 링형상으로 이루어지고 다수의 자극으로 분할 착자되는 주자석을 포함한다.
상기 주자석의 분할 착자된 자극수와 동일한 수로 이루어지고 상기 백 요크 및 주자석에 인접하게 배치되는 다수의 보조자석을 더 포함한다.
상기 백요크와 상기 주자석의 상하부면에 형성되어 일체화시키기 위한 로터지지체를 더 포함한다.
상기 스테이터 케이스의 내주부 상측에는 원형 판형상으로 이루어지며, 상기 로터를 실링상태로 커버하고 중앙에 상기 회전축의 상단이 회전가능하게 지지되는 미들 케이스를 더 포함한다.
상기 스테이터 케이스의 요홈에 설치되어 회전축을 회전가능하게 지지하는 하부베어링; 및 상기 상부케이스의 중앙에 설치되어 회전축을 회전가능하게 지지하는 상부베어링을 더 포함한다.
상기 스테이터와 하부케이스의 돌출부 사이에 외주부가 지지되어 상기 스테이터의 코일에 대한 구동신호를 인가하는 콘트롤 PCB를 더 포함한다.
상기 스테이터는 다수의 티스에 코일이 권선된 후 외주부가 실링용 수지로 몰딩된 것을 특징으로 한다.
상기 로터는 중앙부에 회전축이 결합되고, 외주면에 다수의 요홈이 일정한 간격을 두고 형성되며 자기회로를 형성하는 원봉 형상의 백 요크; 상기 백 요크의 다수의 요홈에 삽입 배치되는 다수의 보조자석; 및 상기 백 요크의 외주부에 결합되는 링형상으로 이루어지고 다수의 보조 자석의 수와 동일한 수의 자극수를 갖도록 분할 착자된 주자석을 포함한다.
상기 로터는 중앙부에 회전축이 결합되며, 자기회로를 형성하는 원봉 형상의 백 요크; 상기 백 요크의 외주부에 결합되는 링형상으로 이루어지고 다수의 자극으로 분할 착자되며 내주부에 각각의 자극마다 요홈을 구비하는 주자석; 및 상기 주자석의 분할 착자된 자극수와 동일한 수로 이루어지고 상기 요홈에 삽입되는 다수의 보조자석을 포함한다.
상기 보조자석은 이방성자석으로 이루어지고, 상기 주자석은 등방성 자석으로 이루어진다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상부로 원통형의 돌출부를 갖는 하부 케이스; 상기 돌출부의 상부에 하단부가 지지되어 상기 하부 케이스에 의해 하단이 밀봉되는 스테이터; 상기 스테이터의 내주부, 외주부 및 상부면을 밀봉하는 환형 트렌치 형상으로 이루어지며, 그의 내주부로부터 연장되는 하단은 원형 실링판으로 밀폐되며 중앙에는 요홈이 형성되는 스테이터 케이스; 상기 요홈에 하단이 회전 가능하게 지지되는 회전축; 상기 스테이터 케이스의 상측 내주부에 배치되며 중앙에 상기 회전축이 결합되어 상기 스테이터와의 작용에 의해 회전하는 로터; 상기 스테이터 케이스의 상부면 및 측면을 밀봉하도록 상기 하부 케이스에 반전된 컵형상으로 결합되는 상부 케이스; 상기 상부 케이스의 상부로 연장된 회전축에 결합되며 중심축으로부터 방사상으로 형성된 다수의 날개를 구비하는 임펠러; 및 내부에 상기 임펠러를 수용하며 하단부가 상부 케이스에 결합되고 상부로부터 측면으로 유체 흐름 경로를 안내하는 펌프 드레인 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프를 제공한다.
상기 로터는 자기회로를 형성하는 백 요크; 및 상기 백 요크에 결합되는 링형상으로 이루어지고 다수의 자극으로 분할 착자되는 등방성 주자석을 포함한다.
상기 로터는 상기 등방성 주자석의 분할 착자된 자극수와 동일한 수로 이루어지고 상기 백 요크 및 등방성 주자석에 인접하게 배치되는 다수의 이방성 보조자석을 더 포함한다.
상기 로터는 상기 백요크와 상기 등방성 주자석의 상하부면에 인서트 몰딩방식으로 수지를 사용하여 일체로 형성한다.
상기 스테이터 케이스의 내주부 상측에는 원형 판형상으로 이루어지며 상기 로터를 실링상태로 커버하고 중앙에 상기 회전축의 상단이 회전가능하게 지지되는 미들 케이스를 더 포함한다.
상기 임펠러는 중앙에 결합부와, 상기 결합부의 중앙에는 상기 회전축이 결합 고정되는 결합구멍과, 상기 결합부를 중심으로 방사상으로 형성된 다수의 날개와, 다수 날개의 하단을 지지하는 원판과, 상기 원판 하부면에 형성된 다수의 날개살을 포함한다.
상기 스테이터케이스의 상부면과 이에 대응하는 상부케이스 사이에 설치된 실링용 제1 0-링; 및 상기 상부케이스와 펌프드레인 하우징 사이에 설치된 실링용 제2 O-링을 더 포함한다.
따라서, 본 발명은 워터펌프 모터의 내부에 스테이터와 PCB를 밀폐하는 스테이터 케이스를 마련하여 완벽한 방수구조를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 방수구조를 갖는 스테이터 케이스를 이용해 스테이터를 내부로 삽입하여 모터의 조립성을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 워터펌프 드레인 하우징의 내부에 설치되는 임펠러의 배면에 날개를 형성하여 외부로부터 이물질의 유입을 막을 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명에서는 가격이 저렴한 링형상의 등방성 주 자석과 가격이 비싸나 종래에 비하여 상대적으로 적은 양의 다수의 고자력의 이방석 자석편으로 이루어진 보조 자석을 조합함에 의해 전체적으로 저렴하게 고자력의 로터를 구현할 수 있어, 이를 이용하여 고효율, 고출력의 모터를 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 워터펌프 모터의 사시도,
도 2는 도 2의 워터펌프 모터의 분해사시도,
도 3은 도 2의 워터펌프 모터의 축방향 단면도,
도 4는 도 3의 스테이터 케이스의 단면도,
도 5는 도 2의 워터펌프 모터를 이용한 워터펌프의 축방향 단면도,
도 6은 도 5의 워터펌프의 임펠러 하부면을 나타내는 정면도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 워터펌프 모터의 원주방향 단면도,
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 워터펌프 모터의 원주방향 단면도,
도 9는 도 7의 워터펌프 모터의 축방향 단면도,
도 10은 도 7의 워터펌프 모터를 이용한 워터펌프의 축방향 단면도.
이하, 첨부한 도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 기술하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 워터펌프 모터의 사시도이고, 도 2는 도 1의 워터펌프 모터의 분해사시도, 도 3은 도 1에 도시된 워터펌프 모터의 축방향단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 워터펌프 모터는 상부로 원통형의 돌출부(31a)를 갖는 하부 케이스(31); 상기 돌출부의 상부에 하단부가 지지되어 상기 하부 케이스에 의해 하단이 밀봉되는 스테이터(26); 상기 스테이터의 내주부, 외주부 및 상부면을 밀봉하는 환형 트렌치 형상으로 이루어지며, 그의 내주부로부터 연장되는 하단은 원형 실링판(29d)으로 밀폐되며 중앙에는 요홈(29f)이 형성되는 스테이터 케이스(29); 상기 요홈에 하단이 회전 가능하게 지지되는 회전축(27); 상기 스테이터 케이스의 상측 내주부에 배치되며 중앙에 상기 회전축이 결합되어 상기 스테이터와의 작용에 의해 회전하는 로터(25); 및 상기 스테이터 케이스의 상부면 및 측면을 밀봉하도록 상기 하부 케이스에 반전된 컵형상으로 결합되는 상부 케이스(32)를 포함한다.
이하에 본 발명의 제1실시예에 따른 워터펌프 모터의 각 구성소자를 상세하게 설명한다.
사각 플랜지의 상부로 원통형의 돌출부(31a)를 갖는 하부 케이스(31)의 상부에는 내주면 일측이 막혀져있는 트렌치형상의 스테이터 케이스(29)와 반전된 컵형상의 상부 케이스(32)가 차례로 결합된다.
상기 스테이터 케이스(29)는 트렌치 내부 공간에 스테이터(26)가 삽입되며, 스테이터 케이스(29)의 상측 내주면에는 중앙의 회전축(27)을 기준으로 회전하는 로터(25)가 배치되어 있다.
상부 케이스(32)는 반전된 컵형상의 원통부 하단에 사각형상으로 돌출된 플랜지를 구비하고, 하단 플랜지의 모서리에 돌출 형성된 하부 케이스 고정장치(31b)는 예를 들어 선단부가 나선형 체결부를 구비하고 상부 케이스(32)와 하부 케이스(31)를 결합하도록 체결된다.
로터(25)는 적층된 자성 강판으로 이루어지며 중앙에 회전축(27)이 결합되는 관통구멍이 형성되어 있는 백 요크(즉, 로터 코어)(21)를 구비하고 있으며, 백 요크(21)의 외주면에는 링형상의 등방성 주자석(22a)이 결합되어 있다. 상기 링 형상의 등방성 주자석(22a)은 N극 자석 및 S극 자석이 교대로 형성되도록 분할 착자 처리된 것을 사용한다.
상기 로터(25)는 백요크(21)와 등방성 주자석(22a)의 상하부면에는 인서트 몰딩방식으로 수지를 사용하여 로터 지지체(26a)를 일체로 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 로터 지지체(26a)는 모터를 워터 펌프와 같이 습기가 많은 환경에서 사용할 때 내부에 위치한 소자들을 실링시키는 데 유효하다.
스테이터(26)는 다수의 자성 강판을 적층하여 실린더 형상의 몸체 내주벽에 예를 들어 12개의 슬롯을 형성하도록 대략 "T" 형상으로 돌출된 12개의 티스를 구비하는 일체형 스테이터 코어(23)에 자기적으로 12상의 N극과 S극을 발생시키도록 상기 코어(23)의 상/하부면과 몸체의 내주면과 상/하부면을 커버하도록 결합된 절연성 수지로 이루어진 보빈(23c)에 감겨진 스테이터 코일(미도시)을 구비한다.
이 경우, 보빈(23c)은 상부 및 하부 보빈이 결합된 구조를 이루거나 코어(23)를 인서트 몰딩하여 코어외주에 일체로 형성할 수 있다.
또한, 스테이터(26)는 실링성능을 보강하기 위하여 보빈(23c)에 코일이 권선된 후, 외주부가 BMC(bulk molding compound)를 사용한 인서트몰딩에 의해 환원 형상으로 이루어 질수 있다.
스테이터 케이스(29)의 내부로 삽입되어 하부 케이스(31)의 상부로 배치되는 스테이터(26)와 스테이터 케이스(29)의 내주면에 중심의 회전축(27)에 결합되는 로터(25)는 상부로 상부 케이스(32)에 의해 회전축(27)이 일부 외부로 돌출된 상태로 밀폐된다.
상기 스테이터(26)는 콘트롤 PCB(36)의 상부면에 하단부가 지지되며 콘트롤 PCB(36)는 하부케이스(31)로부터 돌출된 원통형 돌출부(31a)에 의해 지지되어 있다.
상기 콘트롤 PCB(36)에는 스테이터(26)의 코일에 대한 구동신호를 인가하기 위한 제어소자들이 실장되어 있으며, 하부 케이스(31)로부터 연장된 원통형 돌출부(31a)에 의해 바닥으로부터 공간을 두고 지지되어 있다. 상기 공간에는 콘트롤 PCB(36)의 하부면에 실장되는 제어소자들이 위치된다.
도 4를 참고하면, 스테이터 케이스(29)는 환형형상의 스테이터(26)를 실링 및 수용하도록 하방향으로 환형의 트렌치(trench)구조를 형성하기 위해 원통형 내주부(29a), 외주부(29b)가 상부면(29c)과 직각으로 연결되어 있다.
또한, 스테이터 케이스(29)는 트렌치 내부에 배치되는 스테이터(26)와 스테이터(26)의 내측에 배치되는 로터(25)를 실링상태로 분리시키도록 스테이터 케이스(29)의 내주부(29a) 하단은 직각으로 원형 실링판(29d)이 연장 형성되어 있다.
또한, 스테이터 케이스(29)의 외주부 하단(29e)은 내주부(29a) 하단보다 상대적으로 더 길게 바람직하게는 하부케이스(31)의 원통형 돌출부(31a)의 높이보다 약간 더 길게 연장 형성된다.
또한, 상기 스테이터 케이스(29)의 내주부(29a) 하단에 일체로 형성된 원형 실링판(29d)의 중앙에는 요홈(29f)이 구비되어 있으며, 상기 요홈(29f)에는 회전축(27)의 하단이 회전 가능하게 지지되도록 슬리브 베어링으로 이루어진 하부 베어링(35b)이 설치되어 있다.
더욱이, 상기 스테이터 케이스(29)의 내주부(29a) 상측에는 원형 판형상으로 이루어진 미들 케이스(33)가 결합되어 스테이터 케이스(29)의 내주부(29a)에 배치되는 로터(25)를 실링상태로 커버하도록 결합된다.
또한, 미들 케이스(33)의 중앙에는 회전축(27)의 상단이 회전 가능하게 지지되도록 플라스틱으로 이루어진 상부 베어링(35a)이 설치되어 있다.
상기 스테이터 케이스(29)의 상부면(29c)과 상부 케이스(32)의 대응하는 부분에는 실링용 O-링(39)이 배치되어 있으며, 상부 케이스(32)의 중앙부에는 회전축(27)이 관통하여 외부로 연장되어 있다.
이 경우 필요에 따라 미들 케이스(33)를 제거하고 상부 베어링(35a)을 상부 케이스(32)의 중앙부에 설치하여 회전축(27)을 지지하도록 설계하는 것도 가능하다.
상기한 스테이터 케이스(29)는 스테이터(26)와 그 하측에 배치된 콘트롤 PCB(36)를 완전하게 차단시킴에 의해 모터를 워터 펌프와 같이 습기가 많은 환경에서 사용할 때 내부에 위치한 소자들을 실링시키는 데 유효하다.
본 발명의 워터펌프용 모터는 워터펌프로 적용될 때 도 5에 도시된 바와 같이 상부케이스(32)의 상부로 노출된 회전축(27)에 임펠러(37)가 결합되고 상부케이스(32)의 상측에 실링용 O-링(40)에 의해 실링이 이루어지는 상태로 펌프드레인 하우징(38)이 결합된다.
따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명의 워터펌프용 모터에서는 상측면이 실링 구조를 형성하는 스테이터 케이스(29)의 하부공간에 스테이터(26)가 내장되고, 하측면에 콘트롤 PCB(36)가 결합되어 1차 실링이 이루어진다.
또한, 스테이터 케이스(29)의 외주부(29b)와 상부면(29c)은 상부케이스(32)와 실링용 O-링(39)에 의해 실링이 이루어지고, 스테이터 케이스(29)의 하단부 내측면은 하부케이스(32)에서 돌출된 원통형 돌출부(31a)에 의해 커버됨과 동시에 상부 및 하부 케이스(32,31)의 결합에 의해 스테이터(26)의 외부는 이중실링이 이루어진다.
따라서, 로터(25)의 회전축(27)을 통하여 펌프드레인 하우징(38) 내부의 물이 유입될지라도 스테이터(26)에 대한 이중 실링에 의해 방수가 이루어지게 된다.
한편, 상기한 도 3에 도시된 모터를 이용하여 워터 펌프를 구성하는 경우 도 5에 도시된 바와 같이, 우선 상부 케이스(32)의 상부면과 거리를 두고 상기 회전축(27)의 상단부에 임펠러(37)의 중앙부가 고정된다.
도 5를 참고하면, 상부 케이스(32)의 상부면에는 내부에 임펠러(37)를 수용하며, 상측으로부터 도입되는 물을 측면으로 배출하기 위한 가이드 역할을 하는 펌프 드레인 하우징(38)이 착탈 가능하게 결합되어 있다.
펌프 드레인 하우징(38)은 상부 케이스(32)의 상부면에 내부에 형성된 다수의 요홈에, 펌프 드레인 하우징(38)의 하단부에 외측으로 연장된 다수의 걸림돌기를 결합하여 회전시킴에 의해 상호 고정이 이루어지는 결합 고정구조를 가지고 있다.
상기 임펠러(37)는 회전축(27)의 상단에 결합 고정되어 상기 로터(25)의 회전에 따라 회전축(27)이 회전할 때 펌프 드레인 하우징(38)의 입구로부터 유입되는 물과 같은 유체를 측면에 배치된 출구를 통하여 배출하도록 하는 다수의 날개(37a)가 방사상으로 형성되어 있다.
도 6은 도 5의 워터펌프의 임펠러 하부면을 나타내는 정면도이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 임펠러(37)는 중앙에 결합부(37b)를 구비하고 결합부(37b)의 중앙에는 회전축(27)이 결합 고정되는 결합구멍(37c)이 형성되어 있으며, 결합부(37b)를 중심으로 방사상으로 다수의 날개(37a)와 다수 날개(37a)의 하단을 지지하는 원판(37d)이 형성되어 있다. 이 경우, 본 발명에서는 임펠러(37)의 원판(37d) 하부면에 중심으로부터 나선형으로 연장된 다수의 날개살(37e)을 일체로 형성한다.
그 결과, 임펠러(37)는 상부 케이스(32)의 상측면과의 사이에 갭(gap)을 유지하면서 회전시 다수의 날개살(37e)에 의해 압력을 발생하여 물과 함께 들어오는 이물질이 원판(37d)에 접근하지 못하게 하며, 쌓여 있는 이물질도 압력에 의해 외부로 배출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 워터펌프 모터의 원주방향 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 워터펌프 모터는 로터(25) 및 스테이터(26)로 구성되어 있고, 로터(25)의 중앙에는 회전축(27)이 결합되어 있다. 도 7에는 설명의 편의상 스테이터(26)를 실링시키기 위한 스테이터 케이스(29)에 대한 도시가 생략되어 있다.
도 7에 도시된 본 발명의 제2실시예에 워터펌프 모터는 예를 들어, 8극/12슬롯 구조로 설계되어 있으며, 모터의 출력을 증가시키기 위하여 사이즈가 증가되는 경우 이에 대응하여 극수와 슬롯수는 증가될 수 있어, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
상기 스테이터(26)는 다수의 자성 강판을 적층하여 실린더 형상의 몸체(23b) 내주벽에 12개의 슬롯을 형성하도록 대략 "T" 형상으로 돌출된 12개의 티스(23a)를 구비하는 일체형 스테이터 코어(23)에 자기적으로 12상의 N극과 S극을 발생시키도록 상기 티스의 상/하부면과 몸체의 내주면과 상/하부면을 커버하도록 결합된 절연성 수지로 이루어진 보빈(도시되지 않음)에 감겨진 스테이터 코일(24)을 구비하고 있다.
상기 로터(25)의 백요크(21)는 스테이터(26)와 마찬가지로 다수의 자성 강판을 적층하여 형성되며, 상기 로터(25)는 상기 스테이터(26)의 내부에 일정 간극 이격되어 회전가능하게 배치되어 있다.
이 경우, 상기 일체형 스테이터 코어(23)는 필요에 따라 분할 코어 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 로터(25)는 적층된 자성 강판으로 이루어지며 중앙에 회전축(27)이 결합되는 관통구멍이 형성되어 있는 백 요크(즉, 로터 코어)(21)를 구비하고 있으며, 백 요크(21)의 외주면에는 미리 설정된 각도마다 8개의 요홈이 형성되어 세그먼트 형상의 8개의 매입형 이방성 보조자석(22b)이 삽입되어 있다.
상기 매입형 이방성 보조자석(22b)은 강자석, 예를 들어, SmCo5계, Sm2Co17계, Nd2Fe14B계, Sm2Fe17N3계의 희토류 합금으로 이루어진 경자성 재료를 사용하며, 특히, 에너지적(BHmax)이 큰 Nd계 합금은 예를 들어, Nd-Fe-B(이방성 자석)가 바람직하다.
더욱이, 상기 백 요크(21)의 외주에는 예를 들어, 저가로 구입이 가능한 페라이트(Ferrite)계 재료로 제작되며 링 형상으로 이루어진 등방성 주자석(22a)이 결합되어 있다. 상기 링 형상의 등방성 주자석(22a)은 세그먼트 형상의 8개의 매입형 이방석 보조자석(22b)과 동일한 극수로 N극 및 S극이 교대로 형성되도록 분할 착자 처리된 것을 사용한다.
상기한 구조를 가지는 경우, 즉, 백 요크(21)의 외주에 링 형상으로 이루어진 등방성 주자석(22a)이 결합되는 경우 백 요크(21)의 외주면에 형성된 요홈에 삽입된 세그먼트 형상의 매입형 이방성 보조자석(22b)은 자연스럽게 로터(25)의 회전시에도 이탈 방지가 이루어질 수 있어 별도의 이탈방지구조가 필요 없게 된다.
상기 영구자석(22b)은 로터(25)의 반경방향으로 착자되어 양극을 형성함으로써 이방성 보조자석(22b)에 의한 자속과 스테이터(26)의 코일(24)에 흐르는 전류에 의하여 형성되는 회전 자장 사이의 상호 작용에 의해 영구자석 토크를 발생시키게 된다.
이 경우, 본 발명의 로터(25)는 8극의 자극 구조를 갖도록 4개의 이방성 보조자석(22b)은 직경방향으로 원주면이 N극, 내측면이 S극이 설정되도록 착자하고, 나머지 4개의 이방성 보조자석(22b)은 상기 4개의 이방성 보조자석(22b)과 반대로 원주면이 S극, 내측면이 N극이 설정되도록 착자한 것을 사용하고 있다. 8개의 매입형 이방성 보조자석(22b)은 원주면이 N극으로 착자된 것과 S극으로 착자된 것을 교대로 배치하여 사용한다.
또한, 상기 링 형상의 등방성 주자석(22a)은 8극으로 N극 및 S극이 교대로 형성되도록 분할 착자 처리된 것이므로, 그의 내측에 배치되는 매입형 이방성 보조자석(22b)은 원주면이 대응하는 등방성 주자석(22a)의 내측면과 서로 다른 극성의 자극이 되도록 착자된 것을 사용하여야 한다.
한편, 8개 매입형 이방성 보조자석(22b)의 원주방향 내측을 따라 원형배치되며 두개의 이방성 보조자석(22b) 사이마다 이방성 보조자석(22b)의 길이에 대응하는 길이로 일정 간격을 두고 8개의 누설방지구멍, 즉 스페이서(28)가 형성되어 있으며, 상기 스페이서(28)는 자기저항을 크게 하여 자속 누설을 방지한다. 그 결과, 8개 매입형 이방성 보조자석(22b)은 각각 측면(즉, 원주)방향으로 N극에서 S극으로 자기회로가 형성된다.
그 결과 상기한 구조를 갖는 본 발명의 로터(25)는 8개의 매입형 이방성 보조자석(22b)과 8극으로 착자된 링 형상의 등방성 주자석(22a)은 상호 조합되어 전체적으로 8극의 자극을 갖는 하이브리드(hybrid) 방식의 자석 구조를 갖게 되며, 이방성 배향된 매입형 이방성 보조자석(22b)으로 인하여 하이브리드 자석 전체적으로는 이방성 보조 자석과 동등 이상의 자력을 유지할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 워터펌프 모터의 원주방향 단면도로서, 도 7에 도시된 제2실시예와 동일한 구성소자에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 워터펌프 모터는 로터(25) 및 스테이터(26)로 구성되어 있고, 로터(25)의 중앙에는 회전축(27)이 결합되어 있다.
도 8에서 설명의 편의상 스테이터(26)를 실링하기 위한 스테이터 케이스(29)는 도시를 생략한다.
상기 스테이터(26)는 제2실시예와 동일한 구조를 가지고 있는 것을 사용하며, 상기 로터(25)의 백요크(21)는 스테이터(26)와 마찬가지로 다수의 자성 강판을 적층하여 형성되며, 상기 스테이터(26)의 내부에 일정 간극 이격되어 회전가능하게 배치되어 있다. 이 경우, 상기 일체형 스테이터 코어(23)는 필요에 따라 분할 코어 구조로 변형될 수 있다.
또한, 상기 로터(25)는 적층된 자성 강판으로 이루어지며 중앙에 회전축(27)이 결합되는 관통구멍이 형성되어 있는 백 요크(즉, 로터 코어)(21)를 구비하고 있으며, 상기 백 요크(21)의 외주에는 예를 들어, 페라이트(Ferrite)계 재료로 제작되며 링 형상으로 이루어진 등방성 주자석(22c)이 결합되어 있다. 상기 링 형상의 등방성 주자석(22c)은 제2실시예의 등방성 주자석(22a)과 동일하게 8극으로 N극 및 S극이 교대로 형성되도록 분할 착자 처리된 것을 사용하며, 각각의 자극에는 내주면에 원주방향을 따른 8개의 요홈이 형성되어 세그먼트 형상의 8개의 매입형 이방성 보조자석(22b)이 삽입되어 있다.
상기 이방성 보조자석(22b)은 로터(25)의 반경방향으로 착자되어 양극을 형성함으로써 보조자석(22b)에 의한 자속과 스테이터(26)의 코일(24)에 흐르는 전류에 의하여 형성되는 회전 자장 사이의 상호 작용에 의해 영구자석 토크를 발생시키게 된다.
이 경우, 본 발명의 로터(25)는 8극의 자극 구조를 갖도록 4개의 이방성 보조자석(22b)은 직경방향으로 원주면이 N극, 내측면이 S극이 설정되도록 착자하고, 나머지 4개의 이방성 보조자석(22b)은 상기 4개의 이방성 보조자석(22b)과 반대로 원주면이 S극, 내측면이 N극이 설정되도록 착자한 것을 사용한다. 8개의 매입형 이방성 보조자석(22b)은 원주면이 N극으로 착자된 것과 S극으로 착자된 것을 교대로 배치하여 사용한다.
상기 매입형 이방성 보조자석(22b)은 원주면이 대응하는 등방성 주자석(22a)의 내측면과 서로 다른 극성의 자극이 되도록 착자된 것을 사용하여야 한다.
상기 매입형 이방성 보조자석(22b)은 제2실시예와 동일하게 강자석, 예를 들어, 희토류 합금으로 이루어진 경자성 재료를 사용하며, 특히, 에너지적(BHmax)이 큰 Nd계 합금은 예를 들어, Nd-Fe-B(이방성 자석)가 바람직하다.
상기한 구조를 가지는 경우, 즉, 백 요크(21)의 외주에 링 형상으로 이루어진 등방성 주자석(22c)이 결합되는 경우 등방성 주자석(22c)의 내주면에 형성된 요홈에 삽입된 세그먼트 형상의 매입형 이방성 보조자석(22b)은 백 요크(21)의 외주면에 의해 자연스럽게 이탈이 방지되기 때문에 로터(25)의 회전시에도 이탈 방지가 이루어질 수 있어 별도의 이탈방지구조가 필요 없게 된다.
8개의 매입형 이방성 보조자석(22b)과 8극으로 착자된 링 형상의 등방성 주자석(22c)이 상호 조합된 본 발명의 로터(25)에서는 이방성 보조자석(22b)이 링 형상의 등방성 주자석(22c)에 비하여 상대적으로 강한 자력을 가지고 있기 때문에 이방성 보조자석(22b)으로부터 각각 배면의 백 요크(21)를 통하여 인접한 다른 보조자석(22b)을 향하여 N극에서 S극으로 자기회로가 형성된다.
도 9에는 도 7에 도시된 제2실시예에 따른 워터펌프 모터를 워터 펌프 구동용으로 설계한 축방향 단면도가 도시되어 있고, 도 10에는 도 9의 워터펌프 모터를 이용한 워터 펌프의 축방향 단면도가 도시되어 있다.
도 9에 도시된 워터펌프 모터와 도 10에 도시된 워터펌프는 도 4 및 도 5와 동일한 구성소자에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
다만, 도 9와 도 10은 도 7의 제2실시예에 따른 워터펌프 모터를 적용하였기 때문에 백요크(21)의 외주면 홈에 이방성 보조자석(22b)이 추가된 것을 제외하고는 각각 도 3 및 도 5와 동일하다.
본 발명에서는 환형 트렌치구조로 이루어진 스테이터 케이스를 이용하여 스테이터와 콘트롤 PCB를 실링하여 완벽한 방수구조를 구현하고, 임펠러의 보조날개를 이용하여 이물질의 부착을 방지하여 워터 펌프 등에 응용 가능하다.

Claims (18)

  1. 상부로 원통형의 돌출부를 갖는 하부 케이스;
    상기 돌출부의 상부에 하단부가 지지되어 상기 하부 케이스에 의해 하단이 밀봉되는 스테이터;
    상기 스테이터의 내주부, 외주부 및 상부면을 밀봉하는 환형 트렌치 형상으로 이루어지며, 그의 내주부로부터 연장되는 하단은 원형 실링판으로 밀폐되며 중앙에는 요홈이 형성되는 스테이터 케이스;
    상기 요홈에 하단이 회전 가능하게 지지되는 회전축;
    상기 스테이터 케이스의 상측 내주부에 배치되며 중앙에 상기 회전축이 결합되어 상기 스테이터와의 작용에 의해 회전하는 로터; 및
    상기 스테이터 케이스의 상부면 및 측면을 밀봉하도록 상기 하부 케이스에 반전된 컵형상으로 결합되는 상부 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 케이스는 직각으로 절곡되어 하부케이스와 동일한 길이로 연장 형성된 플랜지; 및
    상기 플랜지와 하부케이스를 고정시키기 위한 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 로터는
    자기회로를 형성하며 중앙부에 회전축이 결합되는 백 요크; 및
    상기 백 요크의 외주에 결합되는 링형상으로 이루어지고 다수의 자극으로 분할 착자되는 주자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 주자석의 분할 착자된 자극수와 동일한 수로 이루어지고 상기 백 요크 및 주자석에 인접하게 배치되는 다수의 보조자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 백요크와 상기 주자석의 상하부면에 형성되어 일체화시키기 위한 로터지지체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터 케이스의 내주부 상측에는 원형 판형상으로 이루어지며, 상기 로터를 실링상태로 커버하고 중앙에 상기 회전축의 상단이 회전가능하게 지지되는 미들 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터 케이스의 요홈에 설치되어 회전축을 회전가능하게 지지하는 하부베어링; 및
    상기 상부케이스의 중앙에 설치되어 회전축을 회전가능하게 지지하는 상부베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터와 하부케이스의 돌출부 사이에 외주부가 지지되어 상기 스테이터의 코일에 대한 구동신호를 인가하는 콘트롤 PCB를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 스테이터는
    다수의 티스에 코일이 권선된 후 외주부가 실링용 수지로 몰딩된 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 로터는 중앙부에 회전축이 결합되고, 외주면에 다수의 요홈이 일정한 간격을 두고 형성되며 자기회로를 형성하는 원봉 형상의 백 요크;
    상기 백 요크의 다수의 요홈에 삽입 배치되는 다수의 보조자석; 및
    상기 백 요크의 외주부에 결합되는 링형상으로 이루어지고 다수의 보조 자석의 수와 동일한 수의 자극수를 갖도록 분할 착자된 주자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 로터는 중앙부에 회전축이 결합되며, 자기회로를 형성하는 원봉 형상의 백 요크;
    상기 백 요크의 외주부에 결합되는 링형상으로 이루어지고 다수의 자극으로 분할 착자되며 내주부에 각각의 자극마다 요홈을 구비하는 주자석; 및
    상기 주자석의 분할 착자된 자극수와 동일한 수로 이루어지고 상기 요홈에 삽입되는 다수의 보조자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프 모터.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 보조자석은 이방성자석으로 이루어지고, 상기 주자석은 등방성 자석으로 이루어지는 특징으로 하는 워터펌프 모터.
  13. 상부로 원통형의 돌출부를 갖는 하부 케이스;
    상기 돌출부의 상부에 하단부가 지지되어 상기 하부 케이스에 의해 하단이 밀봉되는 스테이터;
    상기 스테이터의 내주부, 외주부 및 상부면을 밀봉하는 환형 트렌치 형상으로 이루어지며, 그의 내주부로부터 연장되는 하단은 원형 실링판으로 밀폐되며 중앙에는 요홈이 형성되는 스테이터 케이스;
    상기 요홈에 하단이 회전 가능하게 지지되는 회전축;
    상기 스테이터 케이스의 상측 내주부에 배치되며 중앙에 상기 회전축이 결합되어 상기 스테이터와의 작용에 의해 회전하는 로터;
    상기 스테이터 케이스의 상부면 및 측면을 밀봉하도록 상기 하부 케이스에 반전된 컵형상으로 결합되는 상부 케이스;
    상기 상부 케이스의 상부로 연장된 회전축에 결합되며 중심축으로부터 방사상으로 형성된 다수의 날개를 구비하는 임펠러; 및
    내부에 상기 임펠러를 수용하며 하단부가 상부 케이스에 결합되고 상부로부터 측면으로 유체 흐름 경로를 안내하는 펌프 드레인 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
  14. 제13항에 있어서, 상기 로터는
    자기회로를 형성하는 백 요크; 및
    상기 백 요크에 결합되는 링형상으로 이루어지고 다수의 자극으로 분할 착자되는 등방성 주자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
  15. 제14항에 있어서, 상기 로터는
    상기 등방성 주자석의 분할 착자된 자극수와 동일한 수로 이루어지고 상기 백 요크 및 등방성 주자석에 인접하게 배치되는 다수의 이방성 보조자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
  16. 제14항에 있어서, 상기 로터는 상기 백요크와 상기 등방성 주자석의 상하부면에 인서트 몰딩방식으로 수지를 사용하여 일체로 형성하는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 스테이터 케이스의 내주부 상측에는 원형 판형상으로 이루어지며 상기 로터를 실링상태로 커버하고 중앙에 상기 회전축의 상단이 회전가능하게 지지되는 미들 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
  18. 제13항에 있어서, 상기 임펠러는
    중앙에 결합부와, 상기 결합부의 중앙에는 상기 회전축이 결합 고정되는 결합구멍과, 상기 결합부를 중심으로 방사상으로 형성된 다수의 날개와, 다수 날개의 하단을 지지하는 원판과, 상기 원판 하부면에 형성된 다수의 날개살을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
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