WO2014003287A1 - 전동식 워터 펌프 - Google Patents

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WO2014003287A1
WO2014003287A1 PCT/KR2013/002034 KR2013002034W WO2014003287A1 WO 2014003287 A1 WO2014003287 A1 WO 2014003287A1 KR 2013002034 W KR2013002034 W KR 2013002034W WO 2014003287 A1 WO2014003287 A1 WO 2014003287A1
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WO
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impeller
case
control block
water pump
heat dissipation
Prior art date
Application number
PCT/KR2013/002034
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English (en)
French (fr)
Inventor
송병영
김민철
박종원
이창국
김경엽
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지엠비코리아 주식회사
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/10—Pumping liquid coolant; Arrangements of coolant pumps
    • F01P5/12—Pump-driving arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/04—Helico-centrifugal 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5813—Cooling the control unit

Definitions

  • the present invention relates to an electric water pump for circulating coolant for cooling an automobile engine.
  • the cooling system provided in an automobile engine is to maintain a proper operating temperature in the entire operating region of the engine, which is the maximum temperature generated during the combustion process of the mixer from the high temperature of about 2,500 °C and the cylinder block of the engine This is to prevent thermal damage to main parts such as head and piston.
  • the cooling system of the engine is applied to a water pump for pumping the coolant cooled in the radiator to supply to the jacket of the engine.
  • the water pump is a mechanical water pump mainly connected to the crankshaft pulley of the engine and driven by the driving force of the crankshaft.
  • an electric water pump In order to improve the problems of the mechanical water pump, an electric water pump has appeared. Unlike a mechanical water pump, an electric water pump can operate the pump at the moment when the power source is a battery and can be operated by power supply, so that the engine cooling can be optimally controlled and the engine load can be reduced. In addition, there is an effect of improving the fuel efficiency of the entire vehicle while simplifying the structure around the engine.
  • the impeller shaft for rotating the impeller is coupled with the impeller to rotate together, and the impeller shaft is connected to the crankshaft pulley of the engine and rotates with the belt. Accordingly, a plurality of bearings supporting the rotation of the impeller shaft are provided in the axial direction in the case.
  • the impeller shaft does not need to be connected to the crankshaft of the engine according to the type or arrangement of the electric motor operated by the supply of power, and the rotational force of the impeller is transmitted from the electric motor.
  • a general electric water pump is formed with an inlet and a discharge outlet through which coolant is introduced, and an impeller is rotatably provided therein, and an impeller case for pumping the coolant, coupled to a lower part of the impeller case, and an electric motor therein. It is provided includes a motor case for rotating the impeller.
  • the electric motor is a DC motor
  • the rotating shaft of the DC motor and the impeller shaft coupled with the impeller are engaged to rotate, and the impeller shaft is rotatably supported by a bearing like a mechanical water pump.
  • Electric water pump using a DC motor has the disadvantage that the volume is as large as the length of the DC motor and the impeller shaft, and a separate sealing or bypass line is required to prevent cooling water invasion into the bearing.
  • the electric motor uses a BLDC motor, fixes an impeller shaft in the center of the motor case, installs a stator and a rotor, and inserts the rotor together with the impeller. By inserting rotatably into the impeller shaft was configured to rotate the impeller by the rotation of the rotor.
  • an inlet through which coolant is introduced is formed at an upper portion, an outlet through which the coolant is discharged is formed at one side, a motor case fixedly coupled to a lower portion of the impeller case, and the motor.
  • the lower end is fixed to the center lower part of the case, the upper end of the impeller shaft protruding to the inside of the impeller case, the stator is fixed to the inner diameter side of the motor case, inserted into the impeller shaft rotatably installed,
  • An impeller is formed and disposed inside the impeller case, and a rotor is inserted into a lower part and integrally formed and manufactured to be disposed in an inner diameter direction of the stator, and is fixedly installed at a lower part of the motor case, and is electrically connected to the stator.
  • Connected to the electrical circuit to form a rotating magnetic field on the stator according to the electrical signal It comprise a control board for rotating the rotor of the body.
  • a control plate is provided for the control of the electric motor, and various electronic elements for controlling the rotation of the rotating body are naturally mounted on the control plate.
  • the maximum temperature generated in the combustion process of the internal mixer of the engine reaches about 2,500 ° C, and the electronic water pump is mounted outside the engine, so the environment temperature outside the engine is about 150 ° C. Since the temperature for the various electronic devices of the control board to normally operate under such a high environmental temperature should be maintained at a maximum of 120 ° C. or less, heat dissipation of the electromagnetic plate has become a major problem in recent years.
  • Patent Literature 1 Until recently, it was common to fix the control plate to the lower part of the motor case as in Patent Literature 1, and to cover the heat radiation of the control plate installed at the lower part of the motor case by allowing the coolant to pass through the electric motor (BLDC motor). Furthermore, as described in Patent Literature 2, a separate cooling water line is formed on the control board fixedly installed at the lower part of the motor case, to maximize the heat dissipation performance of the control board.
  • the object of the present invention devised to solve the above problems is to deviate from the conventional generalized structure, and to change the installation position of the control board drastically, and to ensure the ease of processing, assembly and installation, the heat dissipation of the repositioned control board It is to provide an electric water pump that can further improve the performance.
  • the electronic water pump according to the present invention has an inlet through which coolant is introduced, and an outlet through which the coolant is discharged is formed on one side, and a heat radiating member protruding from one side of an outer circumferential surface thereof.
  • the motor fixedly coupled to the lower portion of the impeller case so that the lower surface of the heat dissipation member is in close contact with the upper surface of the control block A case, a control block cover for closing an opening opened in an outer circumferential direction of the control block, an impeller shaft having a lower end fixed to the center lower portion of the motor case, and an upper end protruding to the inside of the impeller case, and the motor case A stator fixedly installed at an inner diameter side of the stator and inserted into the impeller shaft so as to be rotatable, An impeller is formed and disposed inside the impeller case, and a rotor is inserted into the lower part and integrally formed and manufactured to be disposed in the inner diameter direction of the stator, and is fixedly seated inside the control block and electrically connected to the stator. It is connected to form a magnetic field formed on the stator in accord
  • the heat dissipation member of the impeller case characterized in that formed on the side of the outlet so as to be adjacent to the outlet of the impeller case.
  • control plate is characterized in that coupled to the inner surface of the control block extended from the outer peripheral surface of the motor case.
  • control panel is characterized in that the surface on which the high heat generation power device is mounted so as to face the inner surface of the control block.
  • the installation position of the control board is changed to the side of the impeller case and the motor case by deviating from the conventional generalized structure, and the heat dissipation member and the control block are each formed integrally with the impeller case and the motor case. This ensures ease of processing, assembly and installation.
  • the repositioned control board is disposed inside the control block in close contact with the heat radiating member having a large flow rate of coolant to directly radiate the control block through the heat radiating member from the coolant to improve the heat radiating performance of the control plate located inside the control block.
  • the heat dissipation member may be disposed adjacent to the outlet of the impeller case, or the control board may be coupled to the inner surface of the control block, and in particular, the surface on which the heat generating power element of the control board is mounted may face the inner surface of the control block. The heat dissipation performance of the control board can be further improved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an electric water pump according to the present invention
  • FIG. 1 is a plan view of the embodiment of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the embodiment of FIG. 2;
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the control block cover of the embodiment of FIG. 1;
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the embodiment of FIG. 1.
  • An impeller case in which an inlet through which cooling water is introduced is formed, an outlet through which the cooling water is discharged is formed on one side, and a heat dissipation member protruding and extending on one side of an outer circumferential surface;
  • a hollow control block protruding from one side of the outer circumferential surface is integrally formed, and a motor case fixedly coupled to a lower portion of the impeller case such that the bottom surface of the heat dissipation member is tightly coupled to an upper surface of the control block;
  • a control block cover for closing the opening opened in the circumferential direction of the control block
  • An impeller shaft having a lower end fixed to a center lower portion of the motor case and an upper end protruding to an inside of the impeller case;
  • control block It is seated and fixed inside the control block, and electrically connected to the stator to form a magnetic field on the stator in accordance with an electrical signal comprising a control plate for rotating the rotor of the rotating body best implementation Form.
  • the electric water pump according to the present invention includes an impeller case 100, a motor case 200, a control block cover 300, an impeller shaft 400, a stator 500, a rotating body ( 600) and the control plate 700.
  • the impeller case 100 is a heat dissipation member 130 is formed
  • the motor case 200 is a control block 210 is formed
  • the control plate 700 is installed inside the control block 210 Is characteristic.
  • Impeller case 100 and the motor case 200 is an appearance of the electric water pump according to the present invention as shown in Figure 1, while the upper impeller case 100 and the lower motor case 200 is sealed up and down It is fixedly coupled, and various components are installed therein.
  • the impeller case 100 has an inlet 110 through which the coolant is introduced, and an outlet 120 through which the coolant is discharged. That is, the impeller case 100 discharges the cooling water flowing from the inlet 110 to the outlet 120 while the impeller 610 of the rotating body 600, which will be described later, is disposed inside and rotates.
  • motor case 200 is fixedly coupled to the lower portion of the impeller case 100, as shown in Figures 1 to 5, the rotor 620 of the stator 500 and the rotating body 600 to be described later therein Is placed.
  • an impeller shaft 400 which is a rotation center of the rotor 600 is fixedly installed. That is, as shown in FIG. 3, the impeller shaft 400 has a lower end fixed to the center lower portion of the motor case 200, and an upper end protrudes to the inside of the impeller case 100.
  • the rotating body 600 which will be described later, is inserted into the impeller shaft 400 so that the rotating body 600 rotates using the impeller shaft 400 as the center of rotation.
  • the stator 500 forms a BLDC motor together with the rotor 620 of the rotating body 600 to be described later, and is fixedly installed on the inner diameter side of the motor case 200.
  • the stator 500 is a winding as a stator
  • the rotor 620 of the rotor 600 is a magnet as a rotor. That is, a rotor magnetic field is formed in the stator 500 according to an electrical signal of the controller board 700 to be described later to rotate the rotor 620 of the rotor 600. Since the operation principle between the stator 500 and the rotor 620 of the BLDC motor can be implemented in the prior art, a detailed description thereof will be omitted.
  • the rotor 500 is inserted into the impeller shaft 300 so that the shaft hole 510 is formed in the center in the vertical direction in the vertical direction so as to be rotatable, and the impeller 520 thereon.
  • the rotor 530 is inserted into the lower portion is integrally molded to be arranged in the inner diameter direction of the stator 400.
  • Rotator 600 is a rotary part that rotates in the electric water pump according to the present invention as the name, the impeller 610 integrally formed when the rotor 620 rotates in accordance with the rotating magnetic field formed on the stator 500 and rotates together Therefore, the cooling water introduced from the inlet 110 of the impeller case 100 is discharged to the outlet 120.
  • the rotor 600 is inserted to rotate the fixed impeller shaft 400 to the center of rotation.
  • the rotor 600 may be injection molded integrally with the impeller 610 by inserting the rotor 620 as an injection molding material of a synthetic resin material.
  • each of the impeller case 100, the motor case 200, the impeller shaft 400, the stator 500, and the rotational body 600 described above is similar to the related art.
  • to change the installation position of the control plate 700 electrically connected to the stator 500 in order to rotate the rotating body 600 to further solidify the heat dissipation function of the control plate 700 as follows. It has the same structural features and functions.
  • the measurement temperature of the lower end of the motor case 200 is about 120 to 130 ° C.
  • the temperature of the cooling water flowing into the inlet 110 of the impeller case 100 is about 80 ° C.
  • the measured temperature of the side of the impeller case 100 is about 80 to 90 ° C.
  • the control plate 700 is installed in the lateral direction of the impeller case 100 having the lowest temperature in the overall configuration of the electric water pump, that is, the coolant passes, the heat radiation performance of the control plate 700 may be improved.
  • the present invention starts.
  • the controller plate 700 is installed on the side of the motor case 200 adjacent to the side of the impeller case 100. In close contact with the side of the impeller case 100 will have to be designed to enable thermal conductivity for heat dissipation.
  • the impeller case 100 is integrally formed with a heat dissipation member 130 protruding on one side of the outer circumferential surface as shown in FIGS.
  • the impeller case 100 is made of aluminum alloy and has a high thermal conductivity metal, and the heat dissipation member 130 is integrally formed and formed in forming the inlet 110 and the outlet 120 of the impeller case 100. Therefore, the measurement temperature of the impeller case 100 including the heat dissipation member 130 is maintained at about 80 to 90 ° C. by the cooling water discharged to the outlet 120 through the inlet 110 of the impeller case 100.
  • the motor case 200 also includes a hollow control block 210 that protrudes and extends on one side of an outer circumferential surface thereof, and a bottom surface of the heat dissipation member 130 is the control block 210.
  • the motor case 200 is fixedly coupled to the lower portion of the impeller case 100 to be tightly coupled to the upper surface of the impeller case 100.
  • Motor case 200 is also made of aluminum alloy control block 210 is molded integrally. At this time, together with the motor case 200 fixed to the lower portion of the impeller case 100, the lower surface of the heat dissipation member 130 and the upper surface of the control block 210 is in close contact.
  • the heat dissipation member 130 and the control block 210 exchange heat with each other, and the heat dissipation member 130 dissipates the control block 210, and considering the heat loss, the measured temperature of the control block 210 is 85. Maintain ⁇ 90 ° C.
  • the control block 210 is an opening 221 is opened in the outer circumferential direction so that the control panel 700 to be described later is fixed to the inside, the control to close the opening 221 of the control block 210 Block cover 300 is installed.
  • the control block 210 is a structure that can perform a continuous heat dissipation function while maintaining a much lower temperature than the lower side of the motor case 200 through heat exchange with the heat dissipation member 130.
  • the control panel 700 is seated and fixed inside the control block 210, and is electrically connected to the stator 500 to form a rotating magnetic field in the stator 500 in accordance with an electrical signal to the rotating body 600
  • the rotor 620 is rotated.
  • the control block 210 maintains a low temperature while exchanging heat with the heat dissipation member 130, and may dissipate various electronic devices that generate heat from the control board 700 mounted and fixed inside the control block 210.
  • the heat dissipation function of the control plate 700 may be sufficiently achieved through heat exchange with the control block 210.
  • the following structural features may be further included.
  • the heat dissipation member 130 may be formed on the side surface of the discharge port 120 to be adjacent to the discharge port 120 of the impeller case 100 as shown in FIGS.
  • the control block 210 is coupled to the bottom surface of the heat dissipation member 120 in close contact, the control block 210 installed at one side of the outer circumferential surface of the motor case 200 is also adjacent to the outlet 120 of the impeller case 100. Obviously, it will be formed on the side of the outlet 120.
  • control plate 700 is installed inside the control block 210, but rather than the outer circumferential opening 211 side of the control block 210, that is, the control block cover 300, FIG.
  • coupling to the inner surface 212 of the control block 210 extended from the outer circumferential surface of the motor case 200 may be better for heat dissipation performance.
  • the heat dissipation member 130 and the control block 210 are in direct contact with each other to exchange heat, so that the measurement temperature of the inner surface 212 of the control block 210 will be lower than the measurement temperature of the control block cover 300.
  • control panel 700 when the control panel 700 is coupled to the inner surface 212 of the control block 210, among the various electronic devices constituting the control plate 700, the surface on which the power device 710 with high heat generation is particularly placed is controlled. Coupling to face the inner surface 212 of the block 210 would be better to increase the heat dissipation performance.
  • the electric water pump according to the present invention removes from the conventional generalized structure and changes the installation position of the control plate 700 to the side of the impeller case 100 and the motor case 200, and the heat dissipation member 130.
  • the control block 210 are formed integrally with the impeller case 100 and the motor case 200, respectively, to ensure ease of processing, assembly, and installation.
  • the repositioned control board 700 is disposed inside the control block 210 in close contact with the heat radiating member 130 having a large flow rate of the coolant to directly radiate the control block 210 directly from the coolant via the heat radiating member 130.
  • the heat dissipation performance of the control plate 700 positioned inside the control block 210 can be improved, and the heat dissipation member 130 is disposed adjacent to the outlet 120 of the impeller case 100, or the control plate (
  • the 700 is coupled to the inner surface 212 of the control block 210, and in particular, the surface on which the power element 710 with high heat generation of the control plate 700 is seated faces the inner surface 212 of the control block 210.
  • the heat dissipation performance of the control board 700 may be further improved.
  • the present invention can be used in the industry of manufacturing electric water pumps for circulating cooling water for cooling automobile engines.

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Abstract

본 발명은 종래 일반화된 구조로부터 탈피하여 제어기판의 설치위치를 획기적으로 변경시키고, 가공이나 조립 및 설치의 용이성을 담보하면서도 위치 변경된 제어기판의 방열성능을 더욱 제고할 수 있는 전동식 워터 펌프에 관한 것이다.

Description

전동식 워터 펌프
본 발명은 자동차 엔진을 냉각하기 위한 냉각수를 순환시키는 전동식 워터 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 엔진에 구비되는 냉각시스템은 엔진의 전 가동 영역에서 적정 작동 온도를 유지시켜 줄 수 있도록 하는 것으로서, 이는 혼합기의 연소과정에서 발생하는 최대 온도인 약 2,500℃의 고열로부터 엔진의 실린더 블록과 헤드 및 피스톤 등의 주요 부품에 대한 열해를 방지하기 위함이다.
이러한 엔진의 냉각계통에는 라디에이터에서 냉각된 냉각수를 펌핑하여 엔진의 자켓으로 공급하는 워터 펌프가 적용된다. 상기 워터 펌프는 종래 엔진의 크랭크샤프트 풀리와 벨트로 연결되어 크랭크샤프트의 구동력에 의해서 구동되는 기계식 워터 펌프가 주를 이루었다.
그러나 기계식 워터 펌프는 엔진의 회전과 함께 구동하므로 엔진 냉각을 최적의 상태에서 임의로 제어할 수 없고, 엔진 부하를 증대시켜 차량 전체의 연비를 저감시키며, 엔진 주위의 구조가 복잡해지고 부피가 커진다는 문제점이 있었다.
이러한 기계식 워터 펌프의 문제점을 개선하고자 전동식 워터펌프가 등장하였다. 전동식 워터 펌프는 기계식 워터 펌프와 달리 동력원이 배터리가 되어 전원의 공급에 의해 가동하고 싶은 순간에 펌프를 작동할 수 있기 때문에 엔진 냉각을 최적인 상태에서 컨트롤하는 것이 가능하고, 엔진 부하를 경감시킬 수 있으며, 엔진 주위의 구조를 간소화하면서 차량 전체의 연비를 향상시키는 효과가 있다.
기계식 워터 펌프의 경우에는 임펠러를 회전시키는 임펠러샤프트가 임펠러와 결합되어 함께 회전하고, 상기 임펠러샤프트는 엔진의 크랭크샤프트 풀리와 벨트로 연결되어 회전하게 된다. 따라서, 케이스 내에 상기 임펠러샤프트의 회전을 지지하는 베어링이 축방향으로 복수로 설치된다.
그러나, 전동식 워터 펌프의 경우에는 전원의 공급에 의해 작동하는 전동 모터의 종류나 배치에 따라 임펠러샤프트가 엔진의 크랭크샤프트와 연결될 필요가 없고, 상기 임펠러의 회전력은 전동 모터로부터 전달받는다.
즉, 일반적인 전동식 워터 펌프는 냉각수가 유입되는 유입구 및 배출되는 배출구가 형성되고, 내부에 임펠러가 회전 가능하게 구비되어 상기 냉각수를 펌핑하는 임펠러케이스와, 상기 임펠러케이스의 하부에 결합되고 내부에 전동 모터가 구비되어 상기 임펠러를 회전시키는 모터케이스를 포함하여 이루어진다.
이때 상기 전동 모터가 DC모터인 경우에는 DC모터의 회전축과 상기 임펠러와 결합된 임펠러샤프트가 치합되어 회전하고, 상기 임펠러샤프트는 기계식 워터 펌프와 같이 베어링에 의해 회전 지지된다. DC모터를 사용하는 전동식 워터 펌프는 DC모터 및 임펠러샤프트의 길이만큼 부피가 커지고, 베어링의 내부로 냉각수가 침습하는 것을 방지하는 별도의 실링이나 바이패스 라인 등이 필요하다는 단점이 있다.
이러한 전동식 워터 펌프를 콤팩트하면서 최적화된 구성으로 탈바꿈시키기 위하여 상기 전동 모터를 BLDC모터를 사용하고, 모터케이스 내부 중앙에 임펠러샤프트를 고정하고, 스테이터 및 로터를 설치하되 상기 로터를 임펠러와 함께 인서트 사출성형하여 상기 임펠러샤프트에 회전 가능하게 삽입시켜 상기 로터의 회전으로 임펠러가 회전하도록 구성하였다.
예컨대, 특허문헌 1 및 2와 같이 냉각수가 유입되는 유입구가 상부에 형성되고, 상기 냉각수가 배출되는 배출구가 일측면에 형성된 임펠러케이스와, 상기 임펠러케이스의 하부에 고정 결합되는 모터케이스와, 상기 모터케이스의 중앙 하부에 하단이 고정되고, 상단이 상기 임펠러케이스의 내부까지 돌출된 임펠러샤프트와, 상기 모터케이스의 내경측에 고정 설치된 스테이터와, 상기 임펠러샤프트에 삽입되어 회전 가능하게 설치되고, 상부에 임펠러가 형성되어 상기 임펠러케이스의 내부에 배치되며, 하부에 로터가 인서트되어 상기 스테이터의 내경방향으로 배치되도록 일체로 성형 제작된 회전체와, 상기 모터케이스의 하부에 고정 설치되고, 상기 스테이터와 전기적으로 연결되어 전기적 신호에 따라 상기 스테이터에 회전자계를 형성시켜 상기 회전체의 로터를 회전시키는 제어기판을 포함하여 이루어진다.
상술한 바와 같이 기계식 워터 펌프와 달리 전동식 워터 펌프에 있어서는, 전동모터의 제어를 위하여 제어기판이 구비되는데, 제어기판에는 당연히 회전체의 회전 제어를 위한 각종 전자소자들이 안착된다. 이때 앞서 언급한 바와 같이 엔진 내부 혼합기의 연소과정에서 발생하는 최대 온도가 약 2,500℃에 달하고, 전자식 워터 펌프가 엔진의 외부에 장착되므로 엔진 외부의 환경온도는 150℃ 정도이다. 이러한 고온의 환경온도 하에서 제어기판의 각종 전자소자들이 정상적으로 작동하기 위한 온도는 최대 120℃이하로 유지되어야 하므로 전자기판의 방열이 최근에는 가장 큰 문제가 되고 있다.
최근까지는 특허문헌 1과 같이 제어기판을 모터케이스의 하부에 고정 설치하고, 전동모터(BLDC모터) 내부를 냉각수가 경유하도록 하여 모터케이스의 하부에 설치된 제어기판의 방열까지 담당하는 것이 일반적이었다. 더 나아가, 특허문헌 2와 같이 모터케이스의 하부에 고정 설치된 제어기판에 별도의 냉각수라인을 형성하여 제어기판의 방열성능을 보다 극대화시키고자 하고 있다.
그러나, 특허문헌 1의 경우 전동모터(BLDC모터) 내부를 냉각수가 경유할 경우 냉각수의 순환이 자유롭지 못하고, 모터케이스 내부에 냉각수가 잔류하면서 오히려 제어기판의 온도를 더 크게 상승시킬 수 있고, 특허문헌 2의 경우 모터케이스 하부에 설치된 제어기판의 방열을 위하여 별도의 냉각수라인을 형성해야 하므로 구조가 복잡해져 가공, 조립 및 설치상 큰 어려움이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 종래 일반화된 구조로부터 탈피하여 제어기판의 설치위치를 획기적으로 변경시키고, 가공이나 조립 및 설치의 용이성을 담보하면서도 위치 변경된 제어기판의 방열성능을 더욱 제고할 수 있는 전동식 워터 펌프를 제공하는 데 있다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전자식 워터 펌프는, 냉각수가 유입되는 유입구가 상부에 형성되고, 상기 냉각수가 배출되는 배출구가 일측면에 형성되며, 외주면의 일측에 돌출 연장된 방열부재가 일체로 형성된 임펠러케이스와, 외주면의 일측에 돌출 연장된 중공의 제어블럭이 일체로 형성되고, 상기 방열부재의 하면이 상기 제어블럭의 상면에 밀착 결합되도록 상기 임펠러케이스의 하부에 고정 결합되는 모터케이스와, 상기 제어블럭의 외주방향으로 개구된 개구부를 폐쇄하는 제어블럭커버와, 상기 모터케이스의 중앙 하부에 하단이 고정되고, 상단이 상기 임펠러케이스의 내부까지 돌출된 임펠러샤프트와, 상기 모터케이스의 내경측에 고정 설치된 스테이터와, 상기 임펠러샤프트에 삽입되어 회전 가능하게 설치되고, 상부에 임펠러가 형성되어 상기 임펠러케이스의 내부에 배치되며, 하부에 로터가 인서트되어 상기 스테이터의 내경방향으로 배치되도록 일체로 성형 제작된 회전체와, 상기 제어블럭의 내부에 안착 고정되고, 상기 스테이터와 전기적으로 연결되어 전기적 신호에 따라 상기 스테이터에 회전자계를 형성시켜 상기 회전체의 로터를 회전시키는 제어기판을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 임펠러케이스의 방열부재는, 상기 임펠러케이스의 배출구와 인접하도록 상기 배출구의 측면에 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어기판은, 상기 모터케이스의 외주면으로부터 확장된 상기 제어블럭의 내면에 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어기판은, 발열이 높은 전력소자가 안착된 면이 상기 제어블럭의 내면을 바라보도록 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전동식 워터 펌프는, 종래 일반화된 구조로부터 탈피하여 제어기판의 설치위치를 임펠러케이스 및 모터케이스의 측면으로 변경시키고, 방열부재 및 제어블럭 각각이 임펠러케이스 및 모터케이스와 각각 일체로 형성되어 가공이나 조립 및 설치의 용이성을 담보할 수 있다.
특히, 위치 변경된 제어기판은 냉각수의 유량이 많은 방열부재와 밀착된 제어블럭의 내부에 배치되어 냉각수로부터 방열부재를 거쳐 제어블럭을 직접 방열함으로써 제어블럭의 내부에 위치하는 제어기판의 방열성능을 제고할 수 있고, 방열부재를 임펠러케이스의 배출구와 인접하게 배치하거나, 제어기판을 제어블럭의 내면에 결합하고, 특히 제어기판의 발열이 높은 전력소자가 안착된 면이 제어블럭의 내면을 바라보도록 결합시켜 제어기판의 방열성능을 더욱 제고할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전동식 워터 펌프의 일 실시예를 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1의 실시예의 평면도이며,
도 3은 도 2의 실시예의 A-A'선에서 바라본 단면도이고,
도 4는 도 1의 실시예 중 제어블럭커버를 분해한 사시도이며,
도 5는 도 1의 실시예의 분해 사시도이다.
냉각수가 유입되는 유입구가 상부에 형성되고, 상기 냉각수가 배출되는 배출구가 일측면에 형성되며, 외주면의 일측에 돌출 연장된 방열부재가 일체로 형성된 임펠러케이스와,
외주면의 일측에 돌출 연장된 중공의 제어블럭이 일체로 형성되고, 상기 방열부재의 하면이 상기 제어블럭의 상면에 밀착 결합되도록 상기 임펠러케이스의 하부에 고정 결합되는 모터케이스와,
상기 제어블럭의 외주방향으로 개구된 개구부를 폐쇄하는 제어블럭커버와,
상기 모터케이스의 중앙 하부에 하단이 고정되고, 상단이 상기 임펠러케이스의 내부까지 돌출된 임펠러샤프트와,
상기 모터케이스의 내경측에 고정 설치된 스테이터와,
상기 임펠러샤프트에 삽입되어 회전 가능하게 설치되고, 상부에 임펠러가 형성되어 상기 임펠러케이스의 내부에 배치되며, 하부에 로터가 인서트되어 상기 스테이터의 내경방향으로 배치되도록 일체로 성형 제작된 회전체와,
상기 제어블럭의 내부에 안착 고정되고, 상기 스테이터와 전기적으로 연결되어 전기적 신호에 따라 상기 스테이터에 회전자계를 형성시켜 상기 회전체의 로터를 회전시키는 제어기판을 포함하여 이루어진 전동식 워터 펌프를 최선의 실시형태로 한다.
본 발명에 따른 전동식 워터 펌프는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 임펠러케이스(100), 모터케이스(200), 제어블럭커버(300), 임펠러샤프트(400), 스테이터(500), 회전체(600) 및 제어기판(700)을 포함하여 이루어진다. 특히, 상기 임펠러케이스(100)는 방열부재(130)가 형성되고, 상기 모터케이스(200)는 제어블럭(210)이 형성되어 상기 제어블럭(210)의 내부에 제어기판(700)이 설치되는 것이 특징이다.
임펠러케이스(100) 및 모터케이스(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전동식 워터 펌프의 외관으로서, 상부의 임펠러케이스(100) 및 하부의 모터케이스(200)가 상하로 실링되면서 고정 결합되고, 내부에 각종 구성요소가 설치된다.
임펠러케이스(100)는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 냉각수가 유입되는 유입구(110)가 상부에 형성되고, 상기 냉각수가 배출되는 배출구(120)가 일측면에 형성된다. 즉, 임펠러케이스(100)는 후술하는 회전체(600)의 임펠러(610)가 내부에 배치되어 회전하면서 유입구(110)로부터 유입되는 냉각수를 배출구(120)로 배출한다.
또한, 모터케이스(200)는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 상기 임펠러케이스(100)의 하부에 고정 결합되고, 후술하는 스테이터(500) 및 회전체(600)의 로터(620)가 내부에 배치된다.
상기 임펠러케이스(100) 및 모터케이스(200)의 내부에는 상기 회전체(600)의 회전중심이 되는 임펠러샤프트(400)가 고정 설치된다. 즉, 임펠러샤프트(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 모터케이스(200)의 중앙 하부에 하단이 고정되고, 상단이 상기 임펠러케이스(100)의 내부까지 돌출되게 설치된다. 이러한 임펠러샤프트(400)에 후술하는 회전체(600)가 삽입되어 상기 임펠러샤프트(400)를 회전중심으로 하여 상기 회전체(600)는 회전하게 된다.
스테이터(500)는 도 3 및 5에 도시된 바와 같이 후술하는 회전체(600)의 로터(620)와 함께 BLDC모터를 구성하고, 상기 모터케이스(200)의 내경측에 고정 설치된다. 명칭 그대로 스테이터(500)는 고정자로서 권선이고, 회전체(600)의 로터(620)는 회전자로서 자석이다. 즉, 후술하는 제어기판(700)의 전기적 신호에 따라 스테이터(500)에 회전자계가 형성되어 회전체(600)의 로터(620)를 회전시키게 되는 것이다. 이러한 BLDC모터의 스테이터(500) 및 로터(620) 간의 작동원리는 종래 기술로 구현 가능하므로 그 상세한 설명은 생략한다.
회전체(500)는 도 2, 4 및 5에 도시된 바와 같이 상기 임펠러샤프트(300)에 삽입되어 회전 가능하도록 상하 길이방향으로 중앙에 샤프트홀(510)이 관통 형성되고, 상부에 임펠러(520)가 형성되어 상기 임펠러케이스(100)의 내부에 배치되며, 하부에 로터(530)가 인서트되어 상기 스테이터(400)의 내경방향으로 배치되도록 일체로 성형 제작된다.
회전체(600)는 명칭 그대로 본 발명에 따른 전동식 워터 펌프에서 회전하는 회전부로서, 상기 스테이터(500)에 형성된 회전자계에 따라 로터(620)가 회전하면 일체로 형성된 임펠러(610)가 함께 회전하고, 그에 따라 임펠러케이스(100)의 유입구(110)로부터 유입된 냉각수를 배출구(120)로 배출시키는 것이다. 이러한 회전체(600)는 고정된 임펠러샤프트(400)를 회전 중심으로 회전하도록 삽입된다. 이때, 회전체(600)는 자석인 로터(620)를 제외하고, 합성수지재의 사출 성형물로서 상기 로터(620)를 인서트로하여 상기 임펠러(610)와 함께 일체로 사출 성형된다.
상술한 각각의 임펠러케이스(100), 모터케이스(200), 임펠러샤프트(400), 스테이터(500), 회전체(600)의 개략적인 구성 및 기능은 종래기술과 대동소이하다. 다만, 본 발명에서는 회전체(600)를 회전시키기 위하여 스테이터(500)에 전기적으로 연결된 제어기판(700)의 설치위치를 획기적으로 변경하고, 제어기판(700)의 방열기능을 더욱 확고히 하고자 다음과 같은 구성적 특징 및 기능을 가진다.
상술한 종래 일반적인 구성의 전동식 워터 펌프를 엔진의 냉각라인에 설치하고, 150℃ 정도의 환경온도 하에서 전동식 워터 펌프를 구동시켰을 때, 모터케이스(200) 하단부의 측정온도는 120~130℃ 정도이고, 임펠러케이스(100)의 유입구(110)로 유입되는 냉각수의 온도가 80℃ 정도임을 감안할 때 임펠러케이스(100) 측면의 측정온도는 80~90℃ 정도이다. 그렇다면, 전동식 워터 펌프의 전체적인 구성에서 가장 온도가 낮은, 즉 냉각수가 지나가는 임펠러케이스(100)의 측면방향으로 제어기판(700)을 설치한다면 제어기판(700)의 방열성능을 높일 수 있을 것이라는 점에서 본 발명은 출발한다.
다만, 임펠러케이스(100)는 모터케이스(200)에 비하여 충분한 설치 공간이 부족하므로 임펠러케이스(100)의 측면과 맞닿을 정도로 인접한 모터케이스(200)의 측면에 제어기판(700)을 설치하되, 임펠러케이스(100)의 측면과 밀착시켜 방열을 위한 열전도가 가능하도록 설계해야 할 것이다. 이를 위하여, 임펠러케이스(100)는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 외주면의 일측에 돌출 연장된 방열부재(130)가 일체로 형성된다.
임펠러케이스(100)는 알루미늄 합금 재질로서 열전도도가 높은 금속재질이며, 임펠러케이스(100)의 유입구(110) 및 배출구(120)를 형성함에 있어 상기 방열부재(130)도 일체로 성형 제작된다. 따라서, 임펠러케이스(100)의 유입구(110)를 통해 배출구(120)로 배출되는 냉각수에 의해 방열부재(130)를 포함한 임펠러케이스(100)의 측정온도는 80~90℃ 정도를 유지하게 된다.
도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 모터케이스(200) 역시 외주면의 일측에 돌출 연장된 중공의 제어블럭(210)이 일체로 형성되고, 상기 방열부재(130)의 하면이 상기 제어블럭(210)의 상면에 밀착 결합되도록 상기 임펠러케이스(100)의 하부에 상기 모터케이스(200)가 고정 결합된다. 모터케이스(200) 또한 알루미늄 합금 재질로서 제어블럭(210)이 일체로 성형 제작된다. 이때, 임펠러케이스(100)의 하부에 고정 결합되는 모터케이스(200)와 함께, 방열부재(130)의 하면과 제어블럭(210)의 상면은 밀착 결합된다. 따라서, 방열부재(130)와 제어블럭(210)은 상호 열교환을 하면서 방열부재(130)가 제어블럭(210)을 방열하고, 그에 따른 열손실을 감안하더라도 제어블럭(210)의 측정온도는 85~90℃ 정도를 유지하게 된다. 이때, 상기 제어블럭(210)은 후술할 제어기판(700)이 내부에 안착 고정될 수 있도록 외주방향으로 개구부(221)가 개구되고, 이러한 제어블럭(210)의 개구부(221)를 폐쇄하도록 제어블럭커버(300)가 설치된다. 제어블럭(210)은 방열부재(130)와의 열교환을 통하여 제어블럭(210)은 모터케이스(200)의 하부측 보다 훨씬 낮은 온도를 유지하면서도 계속적인 방열기능을 수행할 수 있는 구조이다.
제어기판(700)은 이러한 제어블럭(210)의 내부에 안착 고정되고, 상기 스테이터(500)와 전기적으로 연결되어 전기적 신호에 따라 상기 스테이터(500)에 회전자계를 형성시켜 상기 회전체(600)의 로터(620)를 회전시킨다. 제어블럭(210)이 방열부재(130)와 열교환하면서 낮은 온도를 유지하게 되고, 제어블럭(210)의 내부에 안착 고정된 제어기판(700)으로부터 발열하는 각종 전자소자를 방열시킬 수 있는 것이다.
상술한 임펠러케이스(100)의 방열부재(130)는 임펠러케이스(100)의 외주면 어느 일측에 설치되더라도 제어블럭(210)과의 열교환을 통해 제어기판(700)의 방열기능은 충분히 달성될 수 있다. 다만, 제어기판(700)의 방열성능을 더욱 제고하고자 다음과 같은 구조적 특징을 더 포함할 수 있다.
첫째, 임펠러케이스(100)의 유입구(110)를 통해 배출구(120)로 배출되는 냉각수의 유량이 가장 많은, 즉 접촉면적이 가장 넓은 위치에 방열부재(130)가 설치된다면 더욱 방열성능이 좋을 것임은 자명하다. 따라서, 상기 방열부재(130)는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 상기 임펠러케이스(100)의 배출구(120)와 인접하도록 상기 배출구(120)의 측면에 형성될 수 있다. 당연히, 제어블럭(210)은 상면이 방열부재(120)의 하면과 밀착 결합되므로 모터케이스(200)의 외주면 일측에 설치되는 제어블럭(210) 역시 임펠러케이스(100)의 배출구(120)와 인접하게 배출구(120)의 측면에 형성될 것임은 자명하다.
둘째, 제어기판(700)이 제어블럭(210)의 내부에 설치되는 것은 분명하지만, 제어블럭(210)의 외주방향 개구부(211)측, 즉 제어블럭커버(300)에 설치되는 것보다는 도 3에 도시된 바와 같이 모터케이스(200)의 외주면으로부터 확장된 상기 제어블럭(210)의 내면(212)에 결합되는 것이 방열성능에는 더욱 좋을 것이다. 왜냐하면, 방열부재(130)와 제어블럭(210)은 직접 밀착되어 열교환하기 때문에 제어블럭(210)의 내면(212)의 측정온도가 제어블럭커버(300)의 측정온도보다 더 낮을 것이기 때문이다.
셋째, 제어기판(700)이 제어블럭(210)의 내면(212)에 결합될 때, 제어기판(700)을 이루는 각종 전자소자 중에서도 특히 발열이 높은 전력소자(710)가 안착된 면이 상기 제어블럭(210)의 내면(212)을 바라보도록 결합되는 것이 방열성능을 높이는 데는 더욱 좋을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전동식 워터 펌프는, 종래 일반화된 구조로부터 탈피하여 제어기판(700)의 설치위치를 임펠러케이스(100) 및 모터케이스(200)의 측면으로 변경시키고, 방열부재(130) 및 제어블럭(210) 각각이 임펠러케이스(100) 및 모터케이스(200)와 각각 일체로 형성되어 가공이나 조립 및 설치의 용이성을 담보할 수 있다.
특히, 위치 변경된 제어기판(700)은 냉각수의 유량이 많은 방열부재(130)와 밀착된 제어블럭(210)의 내부에 배치되어 냉각수로부터 방열부재(130)를 거쳐 제어블럭(210)을 직접 방열함으로써 제어블럭(210)의 내부에 위치하는 제어기판(700)의 방열성능을 제고할 수 있고, 방열부재(130)를 임펠러케이스(100)의 배출구(120)와 인접하게 배치하거나, 제어기판(700)을 제어블럭(210)의 내면(212)에 결합하고, 특히 제어기판(700)의 발열이 높은 전력소자(710)가 안착된 면이 제어블럭(210)의 내면(212)을 바라보도록 결합시켜 제어기판(700)의 방열성능을 더욱 제고할 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
본 발명은 자동차 엔진을 냉각하기 위한 냉각수를 순환시키는 전동식 워터 펌프를 제조하는 산업에 이용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 냉각수가 유입되는 유입구가 상부에 형성되고, 상기 냉각수가 배출되는 배출구가 일측면에 형성되며, 외주면의 일측에 돌출 연장된 방열부재가 일체로 형성된 임펠러케이스와,
    외주면의 일측에 돌출 연장된 중공의 제어블럭이 일체로 형성되고, 상기 방열부재의 하면이 상기 제어블럭의 상면에 밀착 결합되도록 상기 임펠러케이스의 하부에 고정 결합되는 모터케이스와,
    상기 제어블럭의 외주방향으로 개구된 개구부를 폐쇄하는 제어블럭커버와,
    상기 모터케이스의 중앙 하부에 하단이 고정되고, 상단이 상기 임펠러케이스의 내부까지 돌출된 임펠러샤프트와,
    상기 모터케이스의 내경측에 고정 설치된 스테이터와,
    상기 임펠러샤프트에 삽입되어 회전 가능하게 설치되고, 상부에 임펠러가 형성되어 상기 임펠러케이스의 내부에 배치되며, 하부에 로터가 인서트되어 상기 스테이터의 내경방향으로 배치되도록 일체로 성형 제작된 회전체와,
    상기 제어블럭의 내부에 안착 고정되고, 상기 스테이터와 전기적으로 연결되어 전기적 신호에 따라 상기 스테이터에 회전자계를 형성시켜 상기 회전체의 로터를 회전시키는 제어기판을 포함하여 이루어진 전동식 워터 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 임펠러케이스의 방열부재는,
    상기 임펠러케이스의 배출구와 인접하도록 상기 배출구의 측면에 형성된 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기판은,
    상기 모터케이스의 외주면으로부터 확장된 상기 제어블럭의 내면에 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어기판은,
    발열이 높은 전력소자가 안착된 면이 상기 제어블럭의 내면을 바라보도록 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프.
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