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KR101117553B1 - 방수구조를 갖는 워터펌프 모터 및 이를 이용한 워터펌프 - Google Patents

방수구조를 갖는 워터펌프 모터 및 이를 이용한 워터펌프 Download PDF

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KR101117553B1
KR101117553B1 KR1020100011546A KR20100011546A KR101117553B1 KR 101117553 B1 KR101117553 B1 KR 101117553B1 KR 1020100011546 A KR1020100011546 A KR 1020100011546A KR 20100011546 A KR20100011546 A KR 20100011546A KR 101117553 B1 KR101117553 B1 KR 101117553B1
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오영식
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주식회사 아모텍
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Abstract

본 발명은 스테이터를 밀폐하는 커버를 사용하여 모터의 방수구조를 구현하는 워터 펌프 모터 및 이를 이용한 워터 펌프에 관한 것이다.
본 발명은 플랜지의 상부로 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 상기 스테이터의 내측과 실링상태로 분리되어 배치되며 중앙에 상기 회전축이 결합되어 회전하는 로터; 및 상기 하부 케이스에 반전된 컵형상으로 상기 스테이터 케이스의 상부면 및 측면을 밀봉하도록 결합되는 상부 케이스를 포함한다.

Description

방수구조를 갖는 워터펌프 모터 및 이를 이용한 워터펌프{Waterproof Water Pump Motor and Water Pump Using the Same}
본 발명은 세탁기 등의 방수구조를 필요로 하는 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 모터에 사용되는 베어링 구조가 미국 등록특허 4,277,115호에 개시되었다.
개시된 캔커버를 구비하는 워터펌프 모터에 사용되는 베어링구조는 캘로트 베어링(calotte bearings)과 베어링 지지 부재 사이에 배치된 탄성체 또는 펠트(felt)의 링(ring)과 상기 링 근처의 지지 부재와 상기 캘로트 베어링에 형성된 요홈을 포함하여 구성한다. 탄성체 또는 펠트의 링을 캘로트 베어링과 지지부재 사이에 배치하고, 캘로트 베어링과 지지부재는 상기 링의 근처에 형성된 요홈을 제공한다.
캘로트 베어링 마운트는 연료 전지 유닛에서 특히 전해질 액체의 전달을 위한 캔드 모터를 가진 유용한 펌프이다.
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 이물질등을 배수할 때 이물질이 임펠러와 상부하우징 사이로 유입되면서 임펠러의 배면에 부착되는 현상이 발생하며, 이러한 현상은 임펠러의 회전운동을 저해하여 모터의 성능저하를 일으키는 문제가 발생한다.
(특허자료1)US4,277,115B
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 삽입하여 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.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 플랜지의 상부로 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 상기 스테이터의 내측과 실링상태로 분리되어 배치되며 중앙에 상기 회전축이 결합되어 회전하는 로터; 및 상기 하부 케이스에 반전된 컵형상으로 상기 스테이터 케이스의 상부면 및 측면을 밀봉하도록 결합되는 상부 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방수구조를 갖는 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 권선된후 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, 플랜지의 상부로 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 상기 스테이터의 내측과 실링상태로 분리되어 배치되며 중앙에 상기 회전축이 결합되어 회전하는 로터; 상기 하부 케이스에 반전된 컵형상으로 상기 스테이터 케이스의 상부면 및 측면을 밀봉하도록 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.
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, 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 BMC를 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.
21: 백 요크 22a,22c: 등방성 주자석
22b: 이방성 보조자석 23: 스테이터 코어
24: 코일 25: 로터
26: 스테이터 27: 회전축
29 : 스테이터 케이스 31 : 하부 케이스
32 : 상부 케이스 33 : 미들 케이스
36 : 콘트롤 PCB 37 : 임펠러
38 : 펌프 드레인 하우징

Claims (19)

  1. 플랜지의 상부로 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 상기 스테이터의 내측과 실링상태로 분리되어 배치되며 중앙에 상기 회전축이 결합되어 회전하는 로터; 및
    상기 하부 케이스에 반전된 컵형상으로 상기 스테이터 케이스의 상부면 및 측면을 밀봉하도록 결합되는 상부 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방수구조를 갖는 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 방수구조를 갖는 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 방수구조를 갖는 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 방수구조를 갖는 워터펌프 모터.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 백요크와 상기 주자석의 상하부면에 형성되어 일체화시키기 위한 로터지지체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방수구조를 갖는 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 방수구조를 갖는 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 방수구조를 갖는 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 방수구조를 갖는 워터펌프 모터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 스테이터는
    다수의 티스에 코일이 권선된후 외주부가 실링용 수지로 몰딩된 것을 특징으로 하는 방수구조를 갖는 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 방수구조를 갖는 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 방수구조를 갖는 워터펌프 모터.
  12. 제10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 보조자석은 이방성자석으로 이루어지고, 상기 주자석은 등방성 자석으로 이루어지는 특징으로 하는 방수구조를 갖는 워터펌프 모터.
  13. 플랜지의 상부로 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 상기 스테이터의 내측과 실링상태로 분리되어 배치되며 중앙에 상기 회전축이 결합되어 회전하는 로터;
    상기 하부 케이스에 반전된 컵형상으로 상기 스테이터 케이스의 상부면 및 측면을 밀봉하도록 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. 제14항 또는 제15항에 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.
  19. 제13항에 있어서, 상기 스테이터케이스의 상부면과 이에 대응하는 상부케이스 사이에 설치된 실링용 제1 0-링; 및
    상기 상부케이스와 펌프드레인 하우징 사이에 설치된 실링용 제2 O-링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
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