KR102585378B1

KR102585378B1 - 차량 펌프용 임펠러 및 이를 구비한 차량용 펌프

Info

Publication number: KR102585378B1
Application number: KR1020220105104A
Authority: KR
Inventors: 손종완; 김태형; 이창훈; 김정욱
Original assignee: 캄텍주식회사
Priority date: 2022-08-22
Filing date: 2022-08-22
Publication date: 2023-10-06
Anticipated expiration: 2042-08-22

Abstract

본 발명은 중공의 허브; 상기 허브의 외주면으로부터 방사형으로 연장되는 복수개의 베인; 및 상기 허브의 외주면 중심으로부터 상기 베인의 중심을 일체로 연결하는 분리판; 을 포함하고, 상기 베인의 상면, 하면 및 측면이 모두 외부에 노출되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 펌프용 임펠러를 제공한다.
또한, 본 발명은 상부에 흡입구가 형성된 커버가 결합되고, 일 측에 배출구가 형성되는 상부 하우징; 상기 상부 하우징 내부에 회전 가능하도록 배치되어 상기 흡입구로부터 상기 배출구로 유체를 유동시키는 임펠러; 상기 상부 하우징 하부에 결합되고, 내부에 상기 임펠러에 회전력을 제공하는 구동부가 마련되는 하부 하우징; 을 포함하고, 상기 임펠러의 상면, 하면 및 측면이 상기 상부 하우징과 커버 사이에 노출되는 것을 특징으로 하는 차량용 펌프를 제공한다.

Description

차량 펌프용 임펠러 및 이를 구비한 차량용 펌프{An impeller for air pump of a vehicle and the air pump for the vehicle}

본 발명은 차량 펌프용 임펠러 및 이를 구비한 차량용 펌프에 관한 것으로서, 임펠러의 형상을 개선하여 효율을 증대시키고 유량 손실을 감소시킬 수 있는 차량 펌프용 임펠러 및 이를 구비한 차량용 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 다양한 펌프가 구비되어 있다. 본 발명에 관련된 펌프는 다양한 형태로 개시되어 있지만, 본 출원인이 출원한 공개특허 10-2019-0006330에도 개시되어 있다.

위 등록특허의 경우, 임펠러가 상부 플레이트와 하부 플레이트 및 이들 사이를 연결하는 리브 형태의 블레이드를 포함하는 구조로 이루어지고, 펌프 커버와 하우징 커버 사이에서 회전 가능하도록 설치되어 있다.

이때, 임펠러는 리브가 수평방향 또는 수직방향에 대하여 일 단면이 직선 또는 평면 형상을 갖도록 이루어진다.

그러나, 종래의 임펠러 구조는 수평방향 또는 수직방향에 대하여 일 단면이 직선 또는 평면 형상을 갖도록 이루어지기 때문에 압력이 낮고, 이에 따른 효율이 떨어지는 문제가 제기되고 있다.

한국공개특허공보 제10-2019-0006330호(2019.01.18. 공개)

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 임펠러의 형상을 개선하여 종래 대비 동일 회전수에 대하여 압력이 증대되어 효율을 증대시킬 수 있는 차량 펌프용 임펠러 및 이를 구비한 차량용 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 중공의 허브; 상기 허브의 외주면으로부터 방사형으로 연장되는 복수개의 베인; 및 상기 허브의 외주면 중심으로부터 상기 베인의 중심을 일체로 연결하는 분리판; 을 포함하고, 상기 베인의 상면, 하면 및 측면이 모두 외부에 노출되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 펌프용 임펠러를 제공한다.

상기 베인은 상면 또는 측면 상에서 동일한 각도로 절곡될 수 있다.

상기 베인은 절곡된 영역의 중심을 잇는 가상의 연결선을 기준으로 내측에 배치된 내측영역과, 외측에 배치된 외측영역을 포함하고, 상기 내측영역이 외측영역에 비하여 길이가 상대적으로 길게 형성되며, 상기 가상의 직선과 내측영역이 이루는 제1절곡각이 상기 가상의 직선과 외측영역이 이루는 제2절곡각에 비하여 상대적으로 작게 형성될 수 있다.

상기 분리판은 상기 허브의 외주면으로부터 상기 가상의 연결선까지 또는 상기 가상의 직선을 넘어서 상기 외측영역까지 연장될 수 있다.

상기 베인은 선단 외주면이 두께방향에 대한 중심선을 기준으로 등각으로 절곡될 수 있다.

상기 베인은 선단 일 측에서 상기 중심선을 기준으로 두 개의 평면이 마주하도록 형성되고, 선단 타 측에서 상기 중심선을 기준으로 적어도 둘 이상의 평면이 마주하거나 또는 곡면이 마주하도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 상부에 흡입구가 형성된 커버가 결합되고, 일 측에 배출구가 형성되는 상부 하우징; 상기 상부 하우징 내부에 회전 가능하도록 배치되어 상기 흡입구로부터 상기 배출구로 유체를 유동시키는 임펠러; 상기 상부 하우징 하부에 결합되고, 내부에 상기 임펠러에 회전력을 제공하는 구동부가 마련되는 하부 하우징; 을 포함하고, 상기 임펠러의 상면, 하면 및 측면이 상기 상부 하우징과 커버 사이에 노출되는 것을 특징으로 하는 차량용 펌프를 제공한다.

상기 임펠러는 중공의 허브와, 상기 허브의 외주면으로부터 방사형으로 연장되는 복수개의 베인 및 상기 허브의 외주면 중심으로부터 상기 베인의 중심을 일체로 연결하는 분리판을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 차량 펌프용 임펠러 및 이를 구비한 차량용 펌프에 따르면,

첫째, 임펠러를 평면에서 봤을 때 베인이 절곡된 형상을 제공하고, 측면에서 봤을 때도 절곡된 형상을 제공함으로써 외측방향으로 유체의 이동에 필요한 압력을 증대시킬 수 있고,

둘째, 임펠러의 압력이 증대됨에 따라서 유량이 증대되어 펌프의 성능을 증대시킬 수 있으며,

셋째, 동일 성능 대비 경량화 및 소형화가 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 펌프를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 차량용 펌프를 분해하여 도시하는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 차량용 펌프의 I-I' 영역을 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 차량의 펌프용 임펠러를 확대하여 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 차량의 펌프용 임펠러의 II-II' 영역을 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 4에 나타낸 차량의 펌프용 임펠러의 일부 영역을 도시하는 참고도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 펌프의 성능곡선을 도시하는 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 펌프를 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 차량용 펌프를 분해하여 도시하는 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 차량용 펌프의 I-I' 영역을 도시하는 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 펌프(100)는 상부 하우징(110)과, 임펠러(200) 및 하부 하우징(120)을 포함한다.

먼저, 상부 하우징(110)은 일 측에 배출구(111)가 형성되고, 상부에는 흡입구(112)가 형성된 상부 커버(113)가 결합된다. 상부 하우징(110) 내부에는 펌핑공간(114)이 형성되고, 상부 하우징(110)과 상부 커버(113) 사이에서 펌핑공간(114) 내부에 임펠러(200)가 배치된다. 여기서, 임펠러(200)는 흡입구(112)로부터 유체(예컨대, 공기 또는 가스)를 펌핑하여 배출구(111)로 유체를 배출하도록 펌핑공간(114) 내부에 압력을 발생시킨다. 또한, 상부 하우징(110)과 상부 커버(113) 사이에는 펌핑공간(114)을 밀폐시키는 실링부재(115)가 구비될 수 있다.

상부 하우징(110) 하부에는 하부 하우징(120)이 배치된다. 하부 하우징(120)의 내부에는 구동부(130)가 설치될 수 있도록 수납공간(121)이 형성된다.

그리고, 구동부(130)는 상부 하우징(110)을 관통하여 임펠러(200)와 연결됨으로써 임펠러(200)에 회전력을 제공한다.

구동부(130)는 임펠러(200)의 회전 중심에 연결되는 연결축(131)과, 연결축(131)의 중심 영역에 마련되는 로터(132)와, 로터(132) 주변을 감싸도록 배치되는 스테이터(133)와, 전원 및 제어신호를 제어하는 제어부(134)를 포함한다.

또한, 연결축(131)은 상부 커버(113)의 배면과 하부 하우징(120) 사이에서 회전 가능하도록 지지하는 베어링(135)이 구비될 수 있다. 물론, 상부 커버(113)의 배면과 하부 하우징(120)의 내주면 상에는 베어링(135)이 장착될 수 있는 홈이 형성될 수 있다.

본 실시예에서는 연결축(131)의 상단에 마련된 베어링(135)이 상부 하우징(110)의 내주면에 형성된 베어링홈(116)에 장착되고, 연결축(131)의 하단에 마련된 베어링(131)이 하부 하우징(120)의 내주면에 형성된 베어링홈(122)에 장착된다.

그리고, 제어부(134)는 하부 하우징(120)의 하부에 배치될 수 있으며, 하부 하우징(120) 하부에 하부 커버(140)가 결합되면서 제어부(134)를 내부에 수납할 수 있다. 하부 커버(140)의 일 측에는 전원 또는 제어신호를 전달하는 커넥터(141)가 마련될 수 있다.

이러한 구동부(130)는 브러시리스 모터(Brushless Direct Current motor)의 구조를 제공할 수 있다.

도 4는 도 2에 나타낸 차량의 펌프용 임펠러를 확대하여 도시하는 사시도이고, 도 5는 도 4에 나타낸 차량의 펌프용 임펠러의 II-II' 영역을 도시하는 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 차량의 펌프용 임펠러(200)는 허브(210)와, 베인(220) 및 분리판(230)을 포함한다.

허브(210)는 상술한 연결축(도 2 참조, 131)의 상단이 결합되도록 내부가 중공의 구조를 갖는다.

이때, 허브(210)와 연결축(131) 사이에는 부시(bush, 도 3 참조, 117)가 마련될 수 있다.

허브(210)는 대략 중공의 원형 단면을 가지며, 외주면에 복수개의 베인(220)이 구비된다. 이때, 허브(210)와 베인(220) 사이에는 분리판(230)이 배치된다.

허브(210)는 하나의 중공형 원통으로 이루어질 수 있고, 복수의 원통이 연결된 구조로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 높이가 큰 제1허브(211) 외측에 상대적으로 제1허브(211)에 비하여 폭이 작은 제2허브(212)가 일체로 연결되고, 제2허브(212) 외측에 제2허브(212)와 동일한 폭을 가지는 제3허브(213)가 일체로 연결된 허브(210)가 적용된 것을 일 예로써 설명한다.

그리고, 허브(210)는 제2허브(212)와 제3허브(213)의 원주방향 중심을 연결하는 연결판(214)을 포함하고, 연결판(214)이 제1허브(211)의 외주면까지 연장될 수 있다.

그러면, 보다 정확하게는 제3허브(213)의 외주면 상에서 복수개의 베인(220)이 방사형으로 배치된다. 또한, 제3허브(213)의 외주면 상에서 각 베인(220)들은 등간격 또는 등각으로 배치되는 것이 바람직하다.

이때, 제3허브(213)의 외측에는 원주방향을 따라서 동일한 크기로 돌출되는 분리판(230)이 마련된다. 분리판(230)은 각 베인(220)의 중심영역까지 연장되면서 베인의 강성을 보강함과 동시에, 복수개의 베인(220)들을 연결하는 기능을 제공한다.

베인(220)은 허브(210)와 가까운 일 단부로부터 외측 선단인 타 단부까지 절곡된 형상을 갖는다. 여기서, 분리판(230)은 베인(220)의 절곡된 중심을 잇는 가상의 제1연결선(221)을 넘어서는 가상의 제2연결선(231)까지 연장될 수 있다.

그리고, 분리판(230)은 제3허브(213)에 인접한 영역이 선단에 비하여 두껍게 형성될 수 있다. 예컨대, 분리판(230)은 제3허브(213)의 상단과 하단으로부터 완만한 곡선을 그리면서 두께가 작아지도록 형성될 수 있다.

도 6a는 도 4에 나타낸 차량의 펌프용 임펠러의 상면을 일부 확대하여 도시하는 평면도이고, 도 6b는 도 4에 나타낸 차량의 펌프용 임펠러의 측면을 일부 확대하여 도시하는 측면도이다.

도 6a를 참조하면, 베인(220)은 절곡된 중심을 기준으로 내측에 배치된 내측영역(222)과 외측에 배치된 외측영역(223)을 포함한다.

그리고, 임펠러(200)의 회전 중심(C)으로부터 베인(220)과 분리판(230)이 만나는 점을 잇는 하나의 직선(L1)을 그렸을 때, 베인의 절곡된 정도를 쉽게 확인할 수 있다.

즉, 도 6a에서 하나의 직선(L1)이 분리판(230)을 중심으로 베인(220)의 내측영역(222)과 이루는 제1절곡각(θ1)은 외측영역(223)과 이루는 제2절곡각(θ2) 보다 작게 형성된다. 따라서, 제2절곡각(θ2)이 상대적으로 제1절곡각(θ1)에 비하여 반경방향(외주방향)으로 갈수록 크기 때문에 베인(220)의 외측영역(223)이 내측영역(222) 보다 급격하게 절곡됨으로써 유체의 펌핑 압력을 증대시킬 수 있다. 이와 관련한 실험 데이터는 도 7의 그래프를 토대로 설명한다.

또한, 도 6b를 참조하면, 베인(220)은 외측 선단에서 봤을 때, 쉐브론(chevron) 형상(V자형)으로 절곡된 형상을 갖는다. 또한, 베인(220)의 선단 일 측(예컨대, 상측)은 두 개의 평면(224)이 마주하도록 각이 진 형상으로 이루어진다. 이때, 서로 마주하는 두 개의 평면(224)은 두께방향의 중심선(L2)을 기준으로 등각으로 배치될 수 있다.

그리고, 베인(220)의 선단 타 측(예컨대, 하측)은 두께방향의 중심선(L2)을 기준으로 곡면(225)이 대치하도록 형성된다. 물론, 선단 타 측의 양 단부 영역은 일부 평면으로 이루어질 수 있고, 선단 타 측에서 곡면이 아닌 평면으로 마주하도록 배치될 수도 있다.

그리고, 베인(220)의 선단 일 측에서 하나의 평면이 두께방향으로 형성된 가상의 직선(L2)과 이루는 각도(θ3)는 30°로 이루어지는 것이 바람직하다. 물론, 각도(θ3)는 펌프의 성능과 유체의 종류 또는 효율을 고려하여 설정된 범위 내에서 가감될 수 있다.

여기서, 베인(220)은 상술한 펌핑공간(도 2 참조, 114) 내부에서 상면, 하면 및 측면이 모두 노출된다. 따라서, 흡입구(도 2 참조, 112)가 상부에 위치하고 배출구(도 2 참조, 111)가 측방향에 위치한 상부 하우징(도 2 참조, 110)의 구조에 최적화 될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 펌프의 성능곡선을 도시하는 그래프이다.

도 7을 참조하면, 원형 포인트와 연두색으로 표현한 스트레이트형과, 삼각 포인트와 보라색으로 표현한 쉐브론형으로 구분되는데, 여기서 스트레이트형이 종래기술을 의미하고, 쉐브론형이 본 발명을 의미한다.

P-Q선도(P-Q Curve, 성능곡선)에서 나타난 바와 같이, 스트레이트형의 그래프는 쉐브론형의 그래프에 비하여 유량과 압력이 작게 형성되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 쉐브론형의 베인을 가지는 본 발명의 차량용 펌프의 효율이 증대되고, 유량 손실 감소를 통하여 성능 개선이 이루어진 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 차량 펌프용 임펠러 및 이를 구비한 차량용 펌프에 따르면, 임펠러를 평면에서 봤을 때 베인이 절곡된 형상을 제공하고, 측면에서 봤을 때도 절곡된 형상을 제공함으로써 외측방향으로 유체의 이동에 필요한 압력을 증대시킬 수 있고, 임펠러의 압력이 증대됨에 따라서 유량이 증대되어 펌프의 성능을 증대시킬 수 있으며, 동일 성능 대비 경량화 및 소형화가 가능한 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위+에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의해 결정되어야 한다.

100: 차량용 펌프
110: 상부 하우징
120: 하부 하우징
130: 구동부
140: 하부 커버
200: 임펠러

Claims

중공의 허브;
상기 허브의 외주면으로부터 방사형으로 연장되는 복수개의 베인; 및
상기 허브의 외주면 중심으로부터 상기 베인의 중심을 일체로 연결하는 분리판; 을 포함하고,
상기 베인의 상면, 하면 및 측면이 모두 개방되어 외부에 노출되도록 배치되며,
상기 베인은,
절곡된 영역의 중심을 잇는 가상의 연결선을 기준으로 내측에 배치된 내측영역과, 외측에 배치된 외측영역을 포함하고,
상기 내측영역이 외측영역에 비하여 길이가 상대적으로 길게 형성되며,
상기 가상의 직선과 내측영역이 이루는 제1절곡각이 상기 가상의 직선과 외측영역이 이루는 제2절곡각에 비하여 상대적으로 작게 형성되고,
상기 외측영역은 분리판의 최외곽 보다 반경방향으로 더 연장되는 것을 특징으로 하는 차량의 펌프용 임펠러.
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상부에 흡입구가 형성된 커버가 결합되고, 일 측에 배출구가 형성되는 상부 하우징;
상기 상부 하우징 내부에 회전 가능하도록 배치되어 상기 흡입구로부터 상기 배출구로 유체를 유동시키는 임펠러;
상기 상부 하우징 하부에 결합되고, 내부에 상기 임펠러에 회전력을 제공하는 구동부가 마련되는 하부 하우징; 을 포함하고,
상기 임펠러의 상면, 하면 및 측면이 모두 개방되어 상기 상부 하우징과 커버 사이에 노출되며,
상기 임펠러는,
중공의 허브와,
상기 허브의 외주면으로부터 방사형으로 연장되는 복수개의 베인 및
상기 허브의 외주면 중심으로부터 상기 베인의 중심을 일체로 연결하는 분리판을 포함하고,
상기 베인은,
절곡된 영역의 중심을 잇는 가상의 연결선을 기준으로 내측에 배치된 내측영역과, 외측에 배치된 외측영역을 포함하고,
상기 내측영역이 외측영역에 비하여 길이가 상대적으로 길게 형성되며,
상기 가상의 직선과 내측영역이 이루는 제1절곡각이 상기 가상의 직선과 외측영역이 이루는 제2절곡각에 비하여 상대적으로 작게 형성되고,
상기 외측영역은 분리판의 최외곽 보다 반경방향으로 더 연장되는 것을 특징으로 하는 차량용 펌프.
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