WO2011145843A2 - 방수형 유체 펌프 - Google Patents

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WO2011145843A2
WO2011145843A2 PCT/KR2011/003575 KR2011003575W WO2011145843A2 WO 2011145843 A2 WO2011145843 A2 WO 2011145843A2 KR 2011003575 W KR2011003575 W KR 2011003575W WO 2011145843 A2 WO2011145843 A2 WO 2011145843A2
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    • F04D13/0606—Canned motor pumps
    • F04D13/064—Details of the magnetic circuit

Definitions

  • the present invention relates to a waterproof fluid pump that can block the flow of fluid, such as water into the motor at the source.
  • a water pump motor is used as a driving source of a water pump used to drive a water pump installed in a drainage tank of a washing machine or to supply cooling water to an engine.
  • a water pump equipped with such a water pump motor is always fitted directly with water. It works in the environment it touches.
  • a motor pump or stator having a mechanical seal structure for the purpose of protecting the motor from water when water inside the water pump is drained to the outside or to prevent bearing failure, belt life shortening, etc. due to cooling water leakage.
  • Canned motor pump (canned motor pump) having a can cover structure for sealing the is used.
  • the canned motor pump has a problem in that water is submerged in the rotor and thus affects the rotation of the rotor, thereby degrading motor efficiency.
  • the conventional canned motor pump structure has a problem that the assembly productivity is low because the impeller's rotary shaft is integrally formed with the rotary shaft of the motor and thus the motor and the pump unit cannot be assembled and tested, respectively.
  • the can cover of the canned motor pump has a problem in that it is not easy to be combined with the stator core when assembling the stator by forming a PPS material.
  • the molding cost is increased by inserting the exterior of the stator using a bulk mold compound (BMC) and simultaneously adopting a double sealing structure by a sealing cover for PPS material.
  • BMC bulk mold compound
  • an object of the present invention is to provide a waterproof fluid pump that can separate the motor and the impeller, and transmit the rotational force of the motor to the impeller by using magnetic force to improve the waterproof performance of the motor.
  • Another object of the present invention is to provide a waterproof fluid pump that does not require a separate waterproofing for waterproofing the motor, and improves the efficiency of the motor by setting the magnetic gap between the rotor and the stator of the motor to an optimal state. have.
  • Still another object of the present invention is to provide a waterproof fluid pump capable of sealing the motor without any additional device, thereby reducing the manufacturing cost.
  • a waterproof fluid pump includes a motor that is accommodated in a first case and includes a stator and a rotor to generate a rotational force, and is accommodated in a pump housing mounted to the first case and receives the rotational force of the motor to receive fluid.
  • the motor is characterized in that the inner rotor type.
  • a second case for accommodating a driver is mounted on the open lower surface of the first case, and a third case is sealably mounted on the open lower surface of the second case.
  • a through hole through which the support shaft passes is formed in the upper plate of the second housing, and the support shaft is fixed to the second housing by insert molding.
  • the second case is characterized in that the lower end of the support shaft is formed with a press-fit portion fixed.
  • the rotor includes a back yoke that forms a magnetic circuit and is rotatably supported by the support shaft, a plurality of magnets coupled to an outer circumference of the back yoke, and a rotor support extending from one side of the back yoke and the magnet. do.
  • a bearing is disposed between an inner surface of the back yoke and an outer surface of the support shaft, and the bearing is configured as an oil-filled ball bearing.
  • the impeller is rotatably supported at an upper end of the support shaft, and an oilless bearing is disposed between the impeller and the support shaft.
  • the first magnet is fixed to the upper end of the rotor, characterized in that formed in a ring shape.
  • the first magnet is disposed on the inner surface of the magnet of the rotor and is characterized in that it is arranged to have the same polarity as the magnet of the rotor.
  • the first magnet is insert molded to the rotor support together with the magnet of the rotor.
  • the second magnet is formed in a ring shape to be mounted in a circumferential direction on a lower surface of the impeller, and a back yoke is formed between the impeller and the second magnet to form a magnetic circuit.
  • the waterproof fluid pump of the present invention separates the motor generating the rotational force and the pump portion pumping the fluid when the power is applied, and has a power transmission portion generating the magnetic force between the motor and the pump portion, thereby providing water to the motor. Inflow can be blocked at source.
  • the waterproof fluid pump of the present invention is isolated from each other between the pump unit having an impeller and the motor composed of the rotor and the stator, so that no additional waterproofing is required, and the magnetic gap between the rotor and the stator of the motor is optimized. By setting, the efficiency of the motor can be improved.
  • the waterproof fluid pump of the present invention can block the inflow of water into the motor at the source, it is possible to support the rotating shaft of the motor with the oil-type ball bearing can improve the durability with cost reduction.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a fluid pump according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of an electric motor that can be employed in the fluid pump of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a fluid pump according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of an electric motor that can be employed in the fluid pump of FIG.
  • the waterproof fluid pump according to the exemplary embodiment of the present invention is rotatably supported on the support shaft 27 and the support shaft 27, which are fixedly disposed at the center of the first case 14.
  • the impeller 43 rotatably supported by the support shaft 27 to pump the fluid and the rotational force of the motor 20 are transmitted to the impeller 43.
  • It includes a power transmission unit (30, 40).
  • the first case 14 is formed with a top plate 14d having a through hole for fixing the support shaft 27 on the upper side thereof, and a lower end thereof is opened.
  • the support shaft 27 is integrally formed in the first case 14 by insert molding when the first case 14 is manufactured. Therefore, water or other foreign matter may be blocked at the source of the first case 14 through the through hole of the first case 14 through which the support shaft 27 passes.
  • the lower side of the support shaft 27 is located inside the first case 14 to rotatably support the motor 20, and the upper side of the support shaft 27 is sealable on the upper side of the first case 14. It is located inside the pump housing 15 to be mounted to rotatably support the impeller 43.
  • a second case 12 having a closed top shape is fixed to seal the lower end of the first case 14, and a second case 12 is fixed to the open lower end of the second case 12.
  • the third case 11 that seals the inside of the case 12 is fixed.
  • the driver 36 for controlling the motor is accommodated in the second case 12, and the press-fitting portion 12a in which the lower end of the support shaft 27 is press-fitted and fixed to the upper plate of the second case 12. Is formed.
  • a cylindrical protrusion 11a is formed in the third case 11 to be inserted into the lower inner surface of the second case 12, and a sealing O-ring 35a is inserted into the protrusion 11a to insert the second case 12. ) And the third case (11).
  • At least three or more bolt fixing parts 11b and 12b protrude between the third case 11 and the second case 12 to fasten the fixing screw or the fixing bolt to the coupling hole, and the second case 12. At least three or more bolt fixing parts 12c and 14b are also protruded between the first case 14 and the fastening screw or fixing bolt to the coupling hole.
  • the motor 20 is disposed with a stator 26 fixed to an inner surface of the first case 14 and a predetermined gap on the inner surface of the stator 26, and rotates in interaction with the stator 26 and supports shaft 27. And a rotor 25 rotatably supported thereon.
  • the motor 2 is an inner rotor type, and the rotor 25 is disposed on the inner circumferential surface of the stator 26.
  • the rotor 25 has a back yoke 21 rotatably supported on the support shaft 27 at a central portion thereof, and an isotropic magnet 22a is constant on the outer circumferential surface of the back yoke 21. Are spaced apart.
  • 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 21a rotatably supported at a support shaft 27 in the center thereof.
  • the ring-shaped isotropic magnet 22a is coupled to the outer circumferential surface of the back yoke 21.
  • the ring-shaped isotropic magnet 22a is divided and magnetized so that the N pole magnet and the S pole magnet are alternately formed.
  • the rotor 25 is preferably formed on the upper and lower surfaces and the outer circumferential surface of the back yoke 21 and the isotropic magnet 22a by using a resin in an insert molding method to integrally form the rotor support 22d in terms of sealing.
  • This rotor support 22d is effective for sealing a magnet located therein when the fluid pump is used in a humid environment such as a water pump.
  • the rotor 25 may have a plurality of recesses formed at predetermined angles on the outer circumferential surface of the back yoke 21 to insert a plurality of embedded anisotropic auxiliary magnets 22b having a segment shape.
  • the embedded anisotropic auxiliary magnet (22b) is a hard magnet, 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 alloy
  • a magnetic material is used, and in particular, an Nd-based alloy having a high energy (BHmax) is preferably, for example, Nd-Fe-B (anisotropic magnet).
  • an isotropic 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 embedded anisotropic auxiliary magnet 22b is formed by the magnetic flux by the anisotropic auxiliary magnet 22b and the current flowing through the coil 24 of the stator 26 by magnetizing in the radial direction of the rotor 25 to form an anode.
  • the interaction between the rotating magnetic fields generates a rotating torque.
  • a plurality of leakage is arranged in a circular direction along the circumferential inner side of the buried anisotropic auxiliary magnet 22b with a length corresponding to the length of the anisotropic auxiliary magnet 22b every two anisotropic auxiliary magnet 22b.
  • a prevention hole, that is, a spacer 28 is formed, and the spacer 28 increases magnetic resistance to prevent magnetic flux leakage.
  • the embedded anisotropic auxiliary magnet 22b has a magnetic circuit formed from the north pole to the south pole in the lateral (ie, circumferential) direction.
  • the rotor 25 of the present invention having the above-described structure, for example, eight embedded anisotropic auxiliary magnets 22b and ring-shaped isotropic magnets 22a magnetized into eight poles are combined with each other to give a total of 8 It has a hybrid magnet structure having a pole magnetic pole, and due to the anisotropic oriented buried anisotropic auxiliary magnet 22b, the hybrid magnet as a whole can maintain a magnetic force equal to or higher than that of the anisotropic auxiliary magnet.
  • Upper and lower bearings 33b and 33a are mounted on the upper and lower sides of the support shaft 27 positioned inside the first case 14 to rotatably support the rotor 25.
  • the upper bearing 33b and the lower bearing 33a have no water inflow into the interior of the first case 14, the upper bearing 33b and the lower bearing 33a use oil-type ball bearings without waterproof function. This makes it possible to increase the durability and reduce the manufacturing cost compared to oilless bearings.
  • the lower and upper bearings 33a and 33b may use oilless bearings.
  • the stator 26 is a coil 24 is wound after the bobbin is coupled to the integrated stator core 23 having a plurality of teeth 23a on the inner circumference of the cylindrical body 23b formed by stacking a plurality of magnetic steel sheets. Has a structure.
  • the stator 26 may be formed in a reducing shape by insert molding using a BMC in an outer circumferential portion to reinforce the sealing performance.
  • stator 26 may employ a structure integrated by a stator support after coils are wound around a plurality of split cores in addition to the integrated stator core 23.
  • the stator 26 receives a driving signal for the stator coil 24 from the driver 36 embedded in the second case 12.
  • An inlet 15a through which the fluid flows into the pump housing 15 is formed in the upper center of the pump housing 15, and an outlet 15b through which the pumped fluid is discharged is formed at the side of the pump housing 15.
  • the lower end of the pump housing 15 is fixedly sealably fixed to the upper end of the first case 14 in an open state.
  • At least three bolt coupling parts 14c and 15d protrude from each other between the pump housing 15 and the first case 14 so that the fixing screw or the fixing bolt is fastened to the coupling hole.
  • a sealing O-ring 35b is inserted between the outer circumferential surface of the first case 14 and the inner circumferential surface of the pump housing 15 to seal between the first case 14 and the pump housing 15.
  • Impeller 43 is disposed on the fluid flow passage (P) formed in the pump housing 15 to pump the fluid flowing from the inlet (15a) to be discharged to the outlet (15b), the disk-shaped body ( 43a) and a plurality of wings 43b radially formed on the body 43a.
  • the impeller 42 is rotatably supported above the support shaft 27, and a bearing 34 is disposed between the support shaft 27 and the impeller 42.
  • the stopper 44 is coupled to the upper end of the support shaft 27 to prevent the bearing 34 from being separated.
  • the bearing 34 preferably uses an oilless bearing such as a carbon bearing or a plastic bearing in consideration of contact with the fluid.
  • the power transmission unit 30.40 is fixed to the rotor 25 and is disposed to face the first magnet 30 and the first magnet 30 that rotates together with the rotor 25, and the first magnet 30 and the attraction force are It includes a second magnet (40) having a different polarity than the first magnet (30) to be fixed to the impeller (43).
  • the first magnet 30 is preferably fixed to the upper end of the rotor 25 and formed in a ring shape.
  • the first magnet 30 may be disposed on the inner circumferential surface of the magnet 22a of the rotor 25 and may have the same polarity as the magnet 22a of the rotor 25.
  • This first magnet 30 is insert molded together with the magnet 22a of the rotor 25 when the rotor support 22d is manufactured and fixed to the rotor support 22d. Therefore, a separate process for fixing the first magnet 30 to the rotor 25 is unnecessary, and the manufacturing process can be shortened.
  • the first magnet 30 is composed of split magnet pieces of a plurality of N poles and S poles, or a magnet in which N poles and S poles are separately magnetized in a ring magnet.
  • a plurality of divided magnet pieces or ring-shaped divided magnetized magnets forming the first magnet 30 are arranged so as to coincide with the same magnetic poles of the divided magnetized magnets of the magnet 22a.
  • the first magnet 40 is formed in a ring shape that is mounted in the circumferential direction below the impeller 43, and the back yoke 41 is formed between the first magnet 40 and the impeller 43 to form a magnetic circuit. Can be.
  • the second magnet 40 has a polarity opposite to that of the first magnet 30, and consists of a plurality of N-pole and S-pole split magnet pieces, or a magnet in which the N-pole and S-pole are split and magnetized in a ring-shaped magnet. Can be made.
  • the first magnet 30 and the second magnet 40 has a mutually opposite magnetic poles on the parts facing each other so that the mutual attraction action to transfer the rotational motion of the first magnet 30 to the second magnet 40 It is arranged as a split magnet piece or a split magnetized magnet.
  • the second magnet 40 is rotated together by an attractive force acting between the second magnet 40 disposed to face the first magnet 30.
  • the impeller 43 to which the second magnet 40 is fixed, rotates on the support shaft 37 to pump the fluid flowing into the inlet 15a to be discharged to the outlet 15b.
  • the fluid pump according to the exemplary embodiment of the present invention uses water to the motor 20 because the impeller 43 for pumping the fluid and the motor 20 for generating the rotational force for driving the impeller are mechanically separated. It is possible to fundamentally block the inflow of fluid, such as.
  • the fluid pump according to the embodiment of the present invention is provided with a power transmission unit 30, 40 in which the motor 20 and the impeller 43 are separated and use magnetic force between the motor 20 and the impeller 43.
  • a separate sealing part for sealing the motor 20 is unnecessary, and the magnetic gap between the rotor 25 and the stator 26 of the motor 20 can be set to an optimal state to improve the efficiency of the motor. .
  • the fluid pump according to an embodiment of the present invention is capable of supporting the rotor 25 with a general bearing that does not adopt a waterproof structure, since the inside of the motor 20 can be waterproofed in nature, thereby improving durability with cost reduction. Can be improved.
  • the driver is accommodated in the second case, but the driver may be disposed in the first case.
  • stator 26 is disposed at the outside to rotate the first magnet 30, and the rotor 20 motor 20 having the rotor 25 is disposed at the center through the magnetic gap.
  • a motor of any structure for example, an outer rotor type or a double rotor type motor.
  • a core type stator is used, but a coreless type stator may be used.
  • the back yoke 41 is formed on the inner side of the second magnet 40.
  • the back yoke 41 is disposed, but it may be removed.
  • the fluid pump mechanically separates between the motor generating the rotational force and the impeller pumping the fluid, and uses the magnetic force to transmit the rotational force of the motor to the impeller so as to naturally waterproof the motor. It can be applied to a fluid pump requiring sealing of a motor such as a water pump or fuel pump.

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Abstract

본 발명의 방수형 유체 펌프는 제1케이스에 수용되고 스테이터 및 로터를 구비하여 회전력을 발생시키는 모터와, 상기 제1케이스에 장착되는 펌프 하우징에 수용되고 상기 모터의 회전력을 전달받아 유체를 펌핑하는 임펠러와, 상기 로터 및 임펠러가 회전 가능하게 지지되고 상기 제1케이스에 고정되는 지지축과, 상기 로터에 고정되어 같이 회전되는 제1마그넷과, 상기 임펠러에 고정되어 상기 제1마그넷과 마주보게 배치되고 극성이 서로 반대인 제2마그넷으로 구성되어, 모터 내부로 유체가 유입되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.

Description

방수형 유체 펌프
본 발명은 모터 내부로 물 등의 유체가 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있는 방수형 유체 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 워터펌프 모터는 세탁기의 배수조에 설치된 워터펌프를 구동하거나 엔진의 냉각수 순환공급을 위해 사용하는 워터펌프의 구동원으로 사용되며, 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 목적으로 메카니컬 실(mechanical seal) 구조를 갖는 모터 펌프 또는 스테이터를 실링시키는 캔드 커버 구조를 갖는 캔드 모터 펌프(canned motor pump)가 사용되고 있다.
상기 캔드 모터 펌프를 제안한 미국 특허 제4,277,115호 등에서는 캔드 커버가 스테이터만을 실링하는 구조이므로 물이 로터에 잠기기 때문에 회전축을 지지하는 베어링의 내구성에 악영향을 미치며, 또한 로터와 스테이터 사이에 배치된 캔드 커버로 인하여 자기갭을 최적으로 유지할 수 없어 효율이 떨어지는 문제를 갖게 된다.
또한, 상기 캔드 모터 펌프는 물이 로터에 잠기기 때문에 로터의 회전에 영향을 미치어 모터 효율이 저하되는 문제가 있다.
더욱이, 종래의 캔드 모터 펌프 구조는 임펠러의 회전축이 모터의 회전축과 일체로 구성되어 있어 모터와 펌프부를 각각 조립하여 시험할 수 없었기 때문에 조립생산성이 낮은 문제가 있다.
또한, 상기 캔드 모터 펌프의 캔드 커버는 PPS 재질로 성형하여 스테이터와 조립할 때 스테이터 코어와의 결합이 용이하지 못한 문제가 있다.
더욱이, 종래에는 스테이터의 외부를 BMC(Bulk Mould Compound)를 사용하여 인서트 몰딩함과 동시에 PPS 재질의 실링용 캔드 커버에 의해 2중 실링 구조를 채용함에 따라 제조 비용이 증가하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 모터와 임펠러 사이를 분리하고, 자력을 이용하여 모터의 회전력을 임펠러로 전달되도록 하여 모터의 방수 성능을 향상시킬 수 있는 방수형 유체 펌프를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 모터의 방수를 위한 별도의 방수처리가 불필요하고, 모터의 로터와 스테이터 사이의 자기갭을 최적 상태로 설정하여 모터의 효율을 향상시킬 수 있는 방수형 유체 펌프를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 별도의 추가장치 없이 모터에 대한 실링이 가능하여 제조 비용을 절감할 수 있는 방수형 유체 펌프를 제공하는 데 있다.
일 실시예에 따른 방수형 유체 펌프는 제1케이스에 수용되고 스테이터 및 로터를 구비하여 회전력을 발생시키는 모터와, 상기 제1케이스에 장착되는 펌프 하우징에 수용되고 상기 모터의 회전력을 전달받아 유체를 펌핑하는 임펠러와, 상기 로터 및 임펠러가 회전 가능하게 지지되고 상기 제1케이스에 고정되는 지지축과, 상기 로터에 고정되어 같이 회전되는 제1마그넷과, 상기 임펠러에 고정되어 상기 제1마그넷과 마주보게 배치되고 극성이 서로 반대인 제2마그넷을 포함한다.
상기 모터는 인너 로터 타입인 것을 특징으로 한다.
상기 제1케이스의 개방된 하면에는 드라이버가 수용되는 제2케이스가 장착되고, 상기 제2케이스의 개방된 하면에는 제3케이스가 밀봉 가능하게 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2하우징의 상판에는 상기 지지축이 통과하는 관통홀이 형성되고, 상기 지지축은 제2하우징에 인서트 몰딩 방식으로 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2케이스에는 상기 지지축의 하단이 압입 고정되는 압입부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 로터는 자기회로를 형성하며 상기 지지축에 회전 가능하게 지지되는 백 요크와, 상기 백 요크의 외주에 결합되는 다수의 자석과, 상기 백 요크 및 자석의 일측면으로부터 연장 형성되는 로터 지지체를 포함한다.
상기 백 요크의 내면과 상기 지지축의 외면 사이에는 베어링이 배치되고, 상기 베어링은 오일이 충진된 볼 베어링으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 임펠러는 상기 지지축의 상단에 회전 가능하게 지지되고, 상기 임펠러와 지지축 사이에는 오일리스 베어링이 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1마그넷은 상기 로터의 상단에 고정되고 링 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1마그넷은 상기 로터의 자석의 내면에 배치되고 상기 로터의 자석과 동일한 극성을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1마그넷은 상기 로터의 자석과 함께 상기 로터 지지체에 인서트 몰딩되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2마그넷은 상기 임펠러의 하면에 원주방향으로 장착되도록 링 형태로 형성되고, 임펠러와 제2마그넷 사이에는 자기회로를 형성하는 백 요크가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 방수형 유체 펌프는 전원이 인가되면 회전력을 발생시키는 모터와 유체를 펌핑하는 펌프부를 분리하고 모터와 펌프부 사이에 자력을 발생시키는 동력 전달부를 구비하여 모터로의 물 유입을 원천적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 방수형 유체 펌프는 임펠러가 구비된 펌프부와 로터 및 스테이터로 구성되는 모터 사이를 상호 격리시켜 별도의 방수 처리가 불필요하고, 모터의 로터와 스테이터 사이의 자기갭을 최적 상태로 설정하여 모터의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 방수형 유체 펌프는 모터 내부로의 물 유입을 원천적으로 차단할 수 있어 오일형 볼 베어링으로 모터의 회전축을 지지하는 것이 가능하여 원가절감과 함께 내구성 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유체 펌프의 단면도이다.
도 2는 도 1의 유체 펌프에 채용 가능한 전동 모터의 일예를 예시한 개략 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유체 펌프의 단면도이고, 도 2는 도 1의 유체 펌프에 채용 가능한 전동 모터의 일예를 예시한 개략 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 방수형 유체 펌프는 제1케이스(14)의 중심에 고정되게 배치되는 지지축(27)과, 지지축(27)에 회전 가능하게 지지되어 전원이 인가되면 회전력을 발생시키는 모터(20)와, 지지축(27)에 회전 가능하게 지지되어 유체를 펌핑하는 임펠러(43)와, 모터(20)의 회전력을 임펠러(43)로 전달하는 동력 전달부(30,40)를 포함한다.
제1케이스(14)는 상측에 지지축(27)이 고정되는 관통홀이 형성되는 상판(14d)이 형성되고 그 하단은 개방된다.
지지축(27)은 제1케이스(14)를 제조할 때 인서트 몰딩 방식으로 제1케이스(14)에 일체로 형성된다. 따라서, 지지축(27)이 통과하는 제1케이스(14)의 관통홀을 통해 물이나 기타 이물질이 제1케이스(14) 내부로 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.
이러한 지지축(27)의 하측은 제1케이스(14) 내부에 위치되어 모터(20)를 회전 가능하게 지지하고, 지지축(27)의 상측은 제1케이스(14)의 상측에 밀봉 가능하게 장착되는 펌프 하우징(15) 내부에 위치되어 임펠러(43)를 회전 가능하게 지지한다.
제1케이스(14)의 개방된 하단에는 제1케이스(14)의 하단을 밀봉하도록 상단이 막힌 형태인 제2케이스(12)가 고정되고, 제2케이스(12)의 개방된 하단에는 제2케이스(12)의 내부를 밀봉하는 제3케이스(11)가 고정된다.
여기에서, 상기 제2케이스(12) 내부에는 모터를 제어하기 위한 드라이버(36)가 수용되고, 제2케이스(12)의 상판에는 지지축(27)의 하단이 압입 고정되는 압입부(12a)가 형성된다.
제3케이스(11)에는 원통형의 돌출부(11a)가 형성되어 제2케이스(12)의 하단 내면에 삽입되고, 돌출부(11a)에는 실링용 O-링(35a)이 삽입되어 제2케이스(12)와 제3케이스(11) 사이를 밀봉한다.
상기 제3케이스(11)와 제2케이스(12) 사이에는 적어도 3개 이상의 볼트 고정부(11b,12b)가 돌출되어 결합구멍에 고정나사 또는 고정볼트의 체결이 이루어지고, 제2케이스(12)와 제1케이스(14) 사이에도 적어도 3개 이상의 볼트 고정부(12c,14b)가 돌출되어 결합구멍에 고정나사 또는 고정볼트의 체결이 이루어진다.
모터(20)는 제1케이스(14) 내면에 고정되는 스테이터(26)와, 상기 스테이터(26)의 내면에 일정 갭을 두고 배치되고 스테이터(26)와 상호 작용하여 회전되며 지지축(27) 상에 회전 가능하게 지지되는 로터(25)를 포함한다.
상기 모터(2)는 인너 로터 타입으로, 스테이터(26)의 내주면에 로터(25)가 배치된다.
로터(25)는 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙부에 지지축(27) 상에 회전 가능하게 지지되는 백 요크(21)가 배치되고 백 요크(21)의 외주면에 등방성 자석(22a)이 일정 간격을 두고 배치된다.
상기 로터(25)는 적층된 자성 강판으로 이루어지며 중앙에 지지축(27)에 회전 가능하게 지지되는 관통구멍(21a)이 형성되어 있는 백 요크(즉, 로터 코어)(21)를 구비하고 있으며, 백 요크(21)의 외주면에는 링 형상의 등방성 자석(22a)이 결합되어 있다. 상기 링 형상의 등방성 자석(22a)은 N극 자석 및 S극 자석이 교대로 형성되도록 분할 착자 처리된 것을 사용한다.
상기 로터(25)는 백 요크(21)와 등방성 자석(22a)의 상하부면과 외주면에는 인서트 몰딩방식으로 수지를 사용하여 로터 지지체(22d)를 일체로 형성하는 것이 실링 측면에서 바람직하다.
이러한 로터 지지체(22d)는 유체 펌프가 워터 펌프와 같이 습기가 많은 환경에서 사용할 때 내부에 위치한 자석을 실링시키는 데 유효하다.
또한, 상기 로터(25)는 백 요크(21)의 외주면에는 미리 설정된 각도마다 다수의 요홈이 형성되어 세그먼트 형상의 다수의 매입형 이방성 보조자석(22b)이 삽입되는 것도 가능하다.
이 경우, 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 자석(22a)이 결합되어 있다.
상기 매입형 이방성 보조자석(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 회전 토크를 발생시키게 된다.
한편, 매입형 이방성 보조자석(22b)의 원주방향 내측을 따라 원형으로 배치되며 두개의 이방성 보조자석(22b) 사이마다 이방성 보조자석(22b)의 길이에 대응하는 길이로 일정 간격을 두고 다수의 누설방지구멍, 즉 스페이서(28)가 형성되어 있으며, 상기 스페이서(28)는 자기저항을 크게 하여 자속 누설을 방지한다. 그 결과, 매입형 이방성 보조자석(22b)은 각각 측면(즉, 원주)방향으로 N극에서 S극으로 자기회로가 형성된다.
그 결과, 상기한 구조를 갖는 본 발명의 로터(25)는 예를 들어, 8개의 매입형 이방성 보조자석(22b)과 8극으로 착자된 링 형상의 등방성 자석(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.
제1케이스(14)의 내부에 위치되는 지지축(27)의 상측 및 하측에는 상부 베어링(33b)과 하부 베어링(33a)이 장착되어 로터(25)를 회전 가능하게 지지한다.
여기에서, 상부 베어링(33b) 및 하부 베어링(33a)은 제1케이스(14)의 내부로 물 유입이 없기 때문에 상부 베어링(33b) 및 하부 베어링(33a)은 방수 기능이 없는 오일형 볼 베어링을 사용하는 것이 가능하며, 따라서, 오일리스 베어링과 비교하여 내구성를 높일 수 있고 제조비용을 줄일 수 있게 된다. 물론 상기 하부 및 상부 베어링(33a,33b)은 오일리스 베어링을 사용하는 것도 가능하다.
스테이터(26)는 다수의 자성 강판을 적층하여 형성되는 실린더 형상의 몸체(23b) 내주에 다수의 티스(23a)를 구비하는 일체형 스테이터 코어(23)에 보빈이 결합된 후 코일(24)이 권선된 구조를 갖는다.
스테이터(26)는 스테이터 코어(23)의 외부에 형성된 보빈에 코일(24)이 권선된 후, 실링성능을 보강하기 위하여 외주부가 BMC를 사용한 인서트몰딩에 의해 환원 형상으로 이루어질 수 있다.
더욱이, 상기 스테이터(26)는 일체형 스테이터 코어(23) 이외에 다수의 분할 코어에 코일이 권선된 후 스테이터 지지체에 의해 일체화된 구조를 채용하는 것도 가능하다.
스테이터(26)는 제2케이스(12)에 내장된 드라이버(36)로부터 스테이터 코일(24)에 대한 구동신호를 인가받는다.
펌프 하우징(15)의 상측 중앙에는 유체가 펌프 하우징(15) 내부로 유입되는 유입구(15a)가 형성되고, 펌프 하우징(15)의 측면에는 펌핑된 유체가 배출되는 배출구(15b)가 형성된다. 그리고, 펌프 하우징(15)의 하단은 개방된 상태로 제1케이스(14)의 상단에 밀봉 가능하게 고정된다.
펌프 하우징(15)과 제1케이스(14) 사이에는 상호 고정 결합을 위해 적어도 3개의 볼트 체결부(14c,15d)가 돌출되어 결합구멍에 고정나사 또는 고정볼트의 체결이 이루어진다. 또한, 제1케이스(14)의 외주면과 펌프 하우징(15)의 내주면 사이에는 실링용 O-링(35b)이 삽입되어 제1케이스(14)와 펌프 하우징(15) 사이를 밀봉한다.
임펠러(43)는 펌프 하우징(15) 내부에 형성되는 유체흐름통로(P) 상에 배치되어 유입구(15a)로부터 유입되는 유체를 펌핑하여 배출구(15b)로 배출되도록 하는 것으로, 원판 형태의 몸체(43a)와 몸체(43a)에 방사상으로 형성되는 다수의 날개(43b)를 포함한다.
이러한 임펠러(42)는 지지축(27)의 상측에 회전 가능하게 지지되고, 지지축(27)과 임펠러(42) 사이에는 베어링(34)이 배치된다.
그리고, 지지축(27)의 상단에는 베어링(34)의 이탈을 방지하기 위한 스토퍼(44)가 결합되어 있다.
상기 베어링(34)은 유체와 접촉이 이루어지는 것을 고려하여 카본 베어링 또는 플라스틱 베어링과 같은 오일리스 베어링을 사용하는 것이 바람직하다.
동력 전달부(30.40)는 로터(25)에 고정되어 로터(25)와 같이 회전되는 제1마그넷(30)과, 제1마그넷(30)과 마주보게 배치되고 제1마그넷(30)과 인력이 작용하도록 제1마그넷(30)과 다른 극성을 갖으며 임펠러(43)에 고정되는 제2마그넷(40)을 포함한다.
제1마그넷(30)은 로터(25)의 상단에 고정되고 링 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제1마그넷(30)은 로터(25)의 자석(22a)의 내주면에 배치되고 로터(25)의 자석(22a)과 동일한 극성을 갖도록 배치될 수 있다.
이러한 제1마그넷(30)은 로터 지지체(22d)를 제조할 때 로터(25)의 자석(22a)과 함께 인서트 몰딩되어 로터 지지체(22d)에 고정된다. 따라서, 제1마그넷(30)을 로터(25)에 고정시키는 별도의 공정이 불필요하여 제조공정을 단축할 수있게 된다.
제1마그넷(30)은 다수의 N극 및 S극의 분할 자석편으로 이루어지거나 또는 링형상의 자석에 N극 및 S극이 분할 착자된 자석으로 이루어진다.
이 경우, 제1마그넷(30)을 형성하는 다수의 분할 자석편 또는 링형상의 분할 착자된 자석은 각각 자석(22a)의 분할 착자된 자석과 서로 동일한 자극끼리 일치시켜서 배치하는 것이 바람직하다.
제1마그넷(40)은 임펠러(43)의 하측에 원주방향으로 장착되는 링 형태로 형성되고, 제1마그넷(40)과 임펠러(43) 사이에는 자기회로를 형성하는 백 요크(41)가 장착될 수 있다.
제2마그넷(40)은 제1마그넷(30)과 반대되는 극성을 갖고, 다수의 N극 및 S극의 분할 자석편으로 이루어지거나 또는 링형상의 자석에 N극 및 S극이 분할 착자된 자석으로 이루어질 수 있다.
상기 제1마그넷(30)과 제2마그넷(40)은 제1마그넷(30)의 회전운동이 제2마그넷(40)으로 전달되도록 상호 인력이 작용하도록 서로 대향하는 부분에 서로 반대의 자극을 갖도록 분할 자석편 또는 분할 착자된 자석으로 배치된다.
상기한 바와 같이, 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 펌프의 작용을 다음에서 설명한다.
모터(20)의 스테이터(26)로 전원이 인가되면 스테이터(26)와 로터(25)의 상호 작용에 의해 로터(25)가 회전되고, 로터(25)에 고정된 제1마그넷(30)이 회전된다.
그러면, 제1마그넷(30)과 마주보게 배치된 제2마그넷(40) 사이에 작용하는 인력에 의해 제2마그넷(40)이 같이 회전된다.
이에 따라, 제2마그넷(40)이 고정되는 임펠러(43)가 지지축(37) 상에서 회전되면서 유입구(15a)로 유입되는 유체를 펌핑하여 배출구(15b)로 배출시킨다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 펌프는 유체를 펌핑하는 임펠러(43)와 임펠러를 구동시키기 위한 회전력을 발생시키는 모터(20)가 기구적으로 분리되어 있기 때문에 모터(20)로 물 등의 유체가 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일실시예에 따른 유체 펌프는 모터(20)와 임펠러(43)가 분리되어 있고 모터(20)와 임펠러(43) 사이에 자력을 이용하는 동력 전달부(30,40)를 구비함으로써, 모터(20)의 실링을 위한 별도의 실링부품이 불필요하고, 모터(20)의 로터(25)와 스테이터(26) 사이의 자기갭을 최적 상태로 설정하여 모터의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 펌프는 모터(20) 내부가 원천적으로 방수될 수 있어 방수구조를 채용하지 않은 일반 베어링으로 로터(25)를 지지하는 것이 가능하여 원가절감과 함께 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 일 실시예에서는 드라이버가 제2케이스 내부에 수용되는 것을 예시하였으나, 드라이버는 제1케이스 내부에 배치되는 것도 가능하다.
또한, 상기 일 실시예에서는 제1마그넷(30)을 회전 구동시키기 위하여 외측에 스테이터(26)가 배치되고, 자기갭을 통하여 중앙부에 로터(25)가 배치된 인너 로터 방식의 모터(20)를 사용한 것을 예시하고 있으나, 제1마그넷(30)를 회전 구동시킬 수 있는 회전력을 제공하는 것이라면 어떤 구조의 모터, 예를 들어, 아웃터 로터 방식 또는 더블 로터 방식 방식의 모터를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 일 실시예에서는 코어 타입의 스테이터를 사용한 것을 예시하였으나, 코어리스 타입의 스테이터를 사용하는 것도 가능하다.
더욱이, 상기 실시예에서는 제2마그넷(40)에 내측면에 자기회로를 형성하는 백 요크(41)가 배치되어 있는 것을 예를 들어 설명하였으나, 이를 제거하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체펌프는 회전력을 발생시키는 모터와, 유체를 펌핑하는 임펠러 사이를 기구적으로 분리하고, 자력을 이용하여 모터의 회전력이 임펠러로 전달되도록 하여 모터를 원천적으로 방수할 수 있어 워터 펌프 또는 연료 펌프와 같은 모터의 실링이 요구되는 유체 펌프에 응용 가능하다.

Claims (12)

  1. 제1케이스에 수용되고 스테이터 및 로터를 구비하여 회전력을 발생시키는 모터;
    상기 제1케이스에 장착되는 펌프 하우징에 수용되고 상기 모터의 회전력을 전달받아 유체를 펌핑하는 임펠러;
    상기 로터 및 임펠러가 회전 가능하게 지지되고 상기 제1케이스에 고정되는 지지축;
    상기 로터에 고정되어 같이 회전되는 제1마그넷; 및
    상기 임펠러에 고정되어 상기 제1마그넷과 마주보게 배치되고 극성이 서로 반대인 제2마그넷을 포함하는 방수형 유체 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터는 인너 로터 타입인 것을 특징으로 하는 방수형 유체 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1케이스의 개방된 하면에는 드라이버가 수용되는 제2케이스가 장착되고, 상기 제2케이스의 개방된 하면에는 제3케이스가 밀봉 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 방수형 유체 펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2하우징의 상판에는 상기 지지축이 통과하는 관통홀이 형성되고,
    상기 지지축은 제2하우징에 인서트 몰딩 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 방수형 유체 펌프.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2케이스에는 상기 지지축의 하단이 압입 고정되는 압입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 방수형 유체 펌프.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 로터는 자기회로를 형성하며 상기 지지축에 회전 가능하게 지지되는 백 요크;
    상기 백 요크의 외주에 결합되는 다수의 자석; 및
    상기 백 요크 및 자석의 일측면으로부터 연장 형성되는 로터 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방수형 유체 펌프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 백 요크의 내면과 상기 지지축의 외면 사이에는 베어링이 배치되고,
    상기 베어링은 오일이 충진된 볼 베어링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방수형 유체 펌프.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 임펠러는 상기 지지축의 상단에 회전 가능하게 지지되고, 상기 임펠러와 지지축 사이에는 오일리스 베어링이 배치되는 것을 특징으로 하는 방수형 유체 펌프.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1마그넷은 상기 로터의 상단에 고정되고 링 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 방수형 유체 펌프.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1마그넷은 상기 로터의 자석의 내면에 배치되고 상기 로터의 자석과 동일한 극성을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방수형 유체 펌프.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1마그넷은 상기 로터의 자석과 함께 상기 로터 지지체에 인서트 몰딩되는 것을 특징으로 하는 방수형 유체 펌프.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2마그넷은 상기 임펠러의 하면에 원주방향으로 장착되도록 링 형태로 형성되고, 임펠러와 제2마그넷 사이에는 자기회로를 형성하는 백 요크가 설치되는 것을 특징으로 하는 방수형 유체 펌프.
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