펌프 모듈 및 이를 포함하는 전동식 펌프

펌프 모듈 및 이를 포함하는 전동식 펌프{PUMP MODULE AND ELECTRIC PUMP INCLUDING THE SAME}

본 발명은 펌프 모듈 및 이를 포함하는 전동식 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동식 오일 펌프에 관한 것이다.

오일 펌프(Oil Pump)는 일정한 압력으로 유량을 토출하는 역할을 한다. 오일 펌프에 의해 순환되는 오일은 유압을 사용하는 유압 시스템을 작동시키거나, 냉각 또는 윤활 효과를 위해 사용된다.

기계식 오일 펌프(Mechanical Oil Pump, MOP)는 엔진 등 기계의 힘을 사용하여 작동하는 오일 펌프이다.

최근 연비 개선 및 탄소 배출량을 감소시키는 목적으로 하이브리드 자동차 및 전기차에 대한 연구가 활발하다. 이에 따라, 엔진 등 기계의 힘으로 작동하는 기계식 오일 펌프(Mechanical Oil Pump, MOP) 대신 모터의 힘으로 작동하는 전동식 오일 펌프(Electric Oil Pump, EOP)에 대한 수요가 늘어나고 있다.

EOP는 펌프의 하우징과 모터의 하우징이 일체화된 펌프 일체형 구조를 가진다. 이러한 펌프 일체형 구조는 부피가 감소하고 무게가 가벼운 장점이 있으나, 모터 조립 시 펌프의 손상을 가져올 수 있다. 또한, EOP를 신규 개발 시 펌프의 작은 설계 변경에도 모터를 재 설계해야 하므로 표준화가 어려우며, 펌프와 모터를 조립하기 이전에 펌프를 별도로 조립하여 시험하는 것이 불가능하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 모터와 기구적으로 분리 가능한 펌프 모듈 및 이를 포함하는 전동식 펌프를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 펌프 모듈은, 모터의 회전축에 결합하는 펌프 로터와 상기 펌프 로터를 수용하는 펌프 하우징을 포함하되, 상기 펌프 하우징은, 내측에 상기 펌프 로터를 수용하는 삽입홈이 형성된 로터 수납부, 그리고 상기 로터 수납부와 일체형으로 형성되되, 유체 흡입공 및 유체 배출공이 형성된 커버를 포함한다.

상기 펌프 하우징은 상기 로터 수납부의 외면으로부터 연장되며, 체결 부재가 결합되는 돌출부를 더 포함할 수 있다.

상기 로터 수납부에서 모터 하우징이 결합하는 일면에는 오링(O-ring)과 결합하는 홈부가 형성될 수 있다.

상기 커버에서 상기 로터 수납부의 바닥면을 이루는 일면에는 유체를 수용하는 그로브(grove)가 형성될 수 있다.

상기 커버에서 상기 로터 수납부의 바닥면을 이루는 일면에는 상기 회전축이 삽입되는 삽입홀이 형성될 수 있다.

상기 펌프 로터는 상기 회전축에 결합하는 내부 로터 및 상기 내부 로터를 수용하는 외부 로터를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 전동식 펌프는, 회전축, 상기 회전축의 외주면에 결합되는 로터, 상기 로터를 수용하는 스테이터 및 상기 로터와 상기 스테이터를 수용하는 모터 하우징을 포함하는 모터 모듈, 그리고 상기 회전축에 결합하는 펌프 로터 및 상기 펌프 로터를 수용하는 펌프 하우징을 포함하는 펌프 모듈을 포함하되, 상기 펌프 하우징은, 내측에 상기 펌프 로터를 수용하는 삽입홈이 형성된 로터 수납부, 그리고 상기 로터 수납부와 일체형으로 형성되되, 유체 흡입공 및 유체 배출공이 형성된 커버를 포함한다.

상기 전동식 펌프에서, 상기 펌프 하우징은 상기 로터 수납부의 외면으로부터 외측으로 연장되는 돌출부를 더 포함하고, 상기 모터 하우징은 상기 관통홀에 대응하는 체결홈을 포함하며, 상기 관통홀 및 상기 체결홈에 순차적으로 체결되는 체결부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 전동식 오일 펌프에서 펌프와 모터를 기구적으로 분리하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동식 오일 펌프를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동식 오일 펌프를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동식 오일 펌프를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동식 오일 펌프의 펌프 하우징을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동식 오일 펌프의 모터 모듈을 도시한 사시도이다.

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.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

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 일 실시 예에 따른 전동식 오일 펌프(Electric Oil Pump, EOP)를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 EOP를 도시한 측단면도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 EOP를 도시한 분해 사시도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 EOP의 펌프 하우징을 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 EOP의 모터 모듈을 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 EOP는 모터 모듈(100)과 펌프 모듈(200)을 포함한다.

모터 모듈(100)은 회전축(shaft, 110), 로터(rotor, 120), 스테이터(stator, 130), 모터 하우징(motor housing, 140), 제1커버(150), 실링부재(160) 및 베어링(bearing, 170)을 포함한다.

회전축(110)은 로터(120)의 중심부에 일체형으로 결합되며, 로터(120)의 회전에 따른 회전력을 펌프 모듈(200)로 전달하는 기능을 수행한다.

로터(120)는 로터 코어(rotor core, 121)와 로터 코어(121)에 장착되는 로터 마그네트(rotor magnet, 122)를 포함한다.

한편, 도 2에서는 모터 모듈(100)이 로터 마그네트(122)가 로터 코어(121) 내부에 삽입되는 매립형 영구자석(Internal Permanent Magnet, IPM) 타입인 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명의 실시 예는 이로 한정되지 않는다. 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모터 모듈은 로터 마그네트가 로터의 외주면에 부착되는 표면부착형 영구자석(Surface Permanent Magnet, SPM) 타입일 수도 있다.

스테이터(130)는 모터 하우징(140)의 내주면에 고정되며, 내측에 로터(120)를 수용하는 공간이 형성된다.

스테이터(130)는 스테이터 코어(stator core, 131)와 스테이터 코어(131)에 권선되는 코일(coil, 132)을 포함한다.

스테이터(130)의 코일(132)에 전류가 인가되면, 스테이터(130)와 로터(120)의 전자기적인 상호 작용에 의해 로터(120)가 회전한다. 이에 따라, 로터(120)에 결합된 회전축(110)이 로터(120)와 함께 회전하여 회전력을 펌프 모듈(200)에 전달할 수 있다.

모터 하우징(140)은 상부가 개방된 원통 형상의 부재로, 내부 공간에 로터(120)와 스테이터(130)를 수용한다. 본 문서에서는 설명의 편의를 위해 도 2를 기준으로 모터 모듈(100) 측을 '상부'라 정의하고, 펌프 모듈(200) 측을 '하부'사용한다.

모터 하우징(140)의 상부에는 제1커버(150)가 결합되어 밀폐된다.

모터 하우징(140)의 바닥면에는 회전축(110)이 관통하는 관통홀이 형성되고, 관통홀 주변에는 실링부재(160)을 수납하기 위한 실링부재 수납부(141)가 형성된다.

실링부재(160)는 회전축(110)의 외면을 감싸도록 회전축(110)과 결합하며, 펌프 모듈(200)에서 순환되는 유체가 모터 모듈(100) 측으로 유입되지 않게 차단하는 역할을 수행한다.

실링부재(160)는 오일 실(oil seal) 등을 포함할 수 있다.

베어링(170)은 회전축(110)의 외면에 결합되어 회전축(110)을 회전 가능하게 지지한다.

모터 모듈(200)은 제1커버(150) 상부에 결합되는 회로기판(180)과 제2커버(190)를 더 포함한다.

회로기판(180)은 인버터(inverter) 및 인버터 구동회로를 포함하며, 스테이터(130)에 전류를 공급하여 로터(120)를 회전시키는 역할을 수행한다.

제2커버(190)는 제1커버(150) 상에 결합하여 회로기판(180)을 밀폐한다.

펌프 모듈(200)은 펌프 로터(210) 및 펌프 하우징(220)을 포함한다.

펌프 로터(210)는 회전축(110)의 일단에 결합되어 회전축(110)으로부터 회전력을 전달받는 내부 로터(211)와 내부 로터(211)가 수용되는 외부 로터(121)를 포함한다.

내부 로터(211)의 외면에는 N 개의 로브가 형성되고 외부 로터(212)에는 N+1 개의 로브가 형성되어 (N+1)/N의 회전비로 회전한다.

펌프 모듈(200)은 내부 로터(211)가 회전축(110)으로부터 회전력을 받아 회전할 때 일정한 편심 구조를 갖게 되는데, 이러한 편심에 의해 내부 로터(211)와 외부 로터(212) 사이에 유체 연료를 운반할 수 있는 체적이 발생하게 된다. 즉, 펌프 로터(210)의 회전 운동 시 체적이 증가한 부분은 압력 강하로 주위의 유체를 흡입하고, 체적이 감소한 부분은 압력의 증가로 유체를 토출하게 된다.

펌프 하우징(220)은 내측에 펌프 로터(210)를 수용하는 로터 수납부(221) 및 제3커버(222)를 포함하며, 돌출부(223)에 의해 모터 하우징(140)의 일측에 결합된다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 로터 수납부(221)는 일측이 개방된 원통 형상으로 내측에 펌프 로터(210)가 수납되는 삽입홈(231)이 형성된다. 삽입홈(231)의 깊이는 펌프 로터(210)의 두께와 동일하게 제작될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제3커버(222)는 로터 수납부(221)와 일체형으로 형성되며, 로터 수납부(221)의 바닥면을 형성한다.

제3커버(222)에서 로터 수납부(221)의 바닥면을 이루는 일면에는, 중심부에 모터 모듈(100)의 회전축(110)이 삽입되는 삽입홀(232)과 유체를 수용하기 위한 공간인 메인 그로브(main grove, 234)가 형성된다. 또한, 유체 흡입공 및 유체 배출공이 두께 방향으로 관통 형성된다.

로터 수납부(221)에서 모터 하우징(140)에 접하는 일면에는 오링(O-ring, 320)이 결합되는 홈부(233)가 형성된다. 오링(320)은 펌프 하우징(220)이 모터 하우징(140)의 일단에 결합되며 압력이 가해지면, 변형되어 두 하우징(140, 220) 간의 간극을 막아준다.

로터 수납부(221)의 외주면에는 복수의 돌출부(223)가 연장 형성된다.

각 돌출부(223)의 중심부에는 관통홀(235)이 형성되며, 관통홀(235)의 내주면에는 체결부재(bolt, 310)와 결합하기 위한 나사산이 형성된다.

모터 하우징(140)에서 펌프 하우징(220)이 결합되는 일면에는 체결부(142)가 돌출 형성된다.

체결부(142)는 링 형상으로 단면 형상이 로터 수납부(221)의 단면 형상에 대응한다. 체결부(142)는 로터 수납부(221)의 일면과 맞물려 로터 수납부(221)를 밀폐한다.

체결부(142)이 바닥면에는 유체가 수용되는 서브 그로브(sub grove, 145)가 형성될 수도 있다. 서브 그로브(145)의 깊이는 펌프 하우징(220)에 형성된 메인 그로브(234)에 비해 작게 설계될 수 있다.

모터 하우징(140)에서 펌프 하우징(220)이 결합하는 일면에는 펌프 하우징(220)의 각 관통홀(235)에 대향하는 체결홈(143)이 형성된다. 체결홈(143)의 내주면에는 체결부재(310)가 체결되는 나사산이 형성된다.

펌프 하우징(220)의 각 관통홀(235)과 모터 하우징(140)의 각 체결홈(143)은 모터 하우징(140)과 펌프 하우징(220)의 결합 시 일직선 상에 배치된다. 체결부재(310)는 관통홀(235)과 체결홈(143)에 순차적으로 체결되어, 모터 모듈(100)과 펌프 모듈(200)을 결합한다.

체결부재(310)는 외주면에 나사산이 형성된 볼트 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 EOP는 오일 펌프로 동작할 수 있으나, 필요에 따라 워터 펌프와 같이 다양한 유체를 펌핑하는 구조로 적절히 변형 사용될 수 있다.

전술한 구조의 EOP는 유체 채널의 거리를 최단거리로 설계할 수 있어 유량 마찰에 의한 용적 손실이 줄어드는 장점이 있으며, 컴팩트한 설계가 가능하다.

또한, 모터 하우징에서 펌프 로터의 수납 기능을 제거하고, 펌프 커버에 펌프 로터 수납공간을 일체화함으로써, 모터 하우징을 단순화하는 것이 가능하다.

또한, 펌프 모듈과 모터 모듈을 기구적으로 분리하여 별도로 조립하고 검사하는 것이 가능하며, 모터의 표준화가 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 모터 모듈 110: 회전축
120: 로터 130: 스테이터
140: 모터 하우징 160: 실링부재
170: 베어링 180: 인쇄회로기판
200: 펌프 모듈 210: 펌프 로터
221: 로터 수납부 222: 펌프 커버
223: 돌출부 310: 체결부재
320: 오링