BR112020017549A2

BR112020017549A2 - Bomba de líquido de arrefecimento elétrica

Info

Publication number: BR112020017549A2
Application number: BR112020017549-8A
Authority: BR
Inventors: Conrad Nickel; Franz Pawellek; Jens Hoffmann
Original assignee: Nidec Gpm Gmbh
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-12-22
Also published as: WO2019166118A1; EP3759356B1; CN111801501A; EP3759356A1; US20210003147A1; US11708843B2; DE102018104770A1

Abstract

a invenção se refere a uma bomba de líquido de arrefecimento elétrica (1), particularmente para bombear fluido de arrefecimento para arrefecer um motor de combustão interna de um veículo. a bomba de líquido de arrefecimento elétrica (1) possui um impulsor de bomba (2) para acelerar o líquido de arrefecimento a ser bombeado, um eixo de rotor (3) no qual é fixado o impulsor de bomba (2), um motor elétrico (6) com um estator (8) e um rotor (7) para acionar o eixo de rotor (3), um circuito de controle (13) para controlar o motor elétrico (6) e um alojamento de bomba (10) que acomoda pelo menos o circuito de controle (13) e o motor elétrico (6). o líquido de arrefecimento a ser bombeado pode fluir através do alojamento de bomba (10). o líquido de arrefecimento a ser bombeado desse modo flui em torno do estator (8), do rotor (6) e do circuito de controle (13).

Description

BOMBA DE LÍQUIDO DE ARREFECIMENTO ELÉTRICA

[001] A invenção se refere a uma bomba de líquido de arrefecimento elétrica, particularmente para bombear fluido de arrefecimento para arrefecer um motor de combustão interna de um veículo.

[002] A partir do documento DE 698 18 392 T2, é conhecida uma bomba de refrigeração elétrica desse tipo com um impulsor de bomba fixado em um eixo de rotor e um motor elétrico acionando o eixo de rotor. Nesse caso, o líquido de arrefecimento a ser bombeado flui através do alojamento de bomba, no qual o motor elétrico é alojado. O calor residual gerado no rotor e no estator durante a operação do motor elétrico pode, dessa maneira, ser transferido para o líquido de arrefecimento e a bomba de líquido de arrefecimento pode ser correspondentemente arrefecida. Isso, por sua vez, leva a um aumento na eficiência do motor elétrico. O circuito de controle do motor elétrico, no entanto, é disposto em uma câmara de admissão isolada que é separada do alojamento de bomba de fato. Os componentes eletrônicos do circuito de controle, portanto, não estão em contato direto com o líquido de arrefecimento. O efeito de arrefecimento do líquido de arrefecimento no circuito de controle é, portanto, na melhor das hipóteses, baixo.

[003] Por conseguinte, o objetivo da presente invenção é criar uma bomba de líquido de arrefecimento elétrica com alta dissipação de calor.

[004] O objetivo da presente invenção é alcançado por meio de uma bomba de líquido de arrefecimento elétrica com as características da reivindicação 1.

[005] A bomba de líquido de arrefecimento elétrica possui um impulsor de bomba para acelerar o líquido de arrefecimento a ser bombeado, um eixo de rotor, no qual é fixado o impulsor de bomba, um motor elétrico para acionar o eixo de rotor, com um estator e um rotor, um circuito de controle para controlar o motor elétrico e um alojamento de bomba que acomoda pelo menos o circuito de controle e o motor elétrico. O líquido de arrefecimento a ser bombeado pode fluir através do alojamento de bomba. O líquido de arrefecimento a ser bombeado nesse caso flui em torno do estator, do rotor e do circuito de controle.

[006] O líquido de arrefecimento a ser bombeado flui através do alojamento de bomba durante a operação da bomba de líquido de arrefecimento. Em outras palavras, além de bombear o líquido de arrefecimento no circuito de arrefecimento de fato (por exemplo, circuito de arrefecimento para arrefecer um motor de combustão interna de um veículo motorizado), o impulsor de bomba gera um fluxo volumétrico do líquido de arrefecimento através do alojamento de bomba. O líquido de arrefecimento flui, por conseguinte, em torno dos componentes dispostos dentro do alojamento de bomba, particularmente do estator, do rotor e do circuito de controle. O calor residual gerado pelos referidos componentes pode ser dissipado dessa maneira de forma eficiente.

[007] Deve-se enfatizar aqui que o líquido de arrefecimento não flui apenas em torno do estator e do rotor do motor elétrico, mas também do circuito de controle. Isso significa que os componentes eletrônicos (por exemplo, elementos do circuito de comutação eletrônico, placas de circuito, ...) do circuito de controle estão em contato direto com o líquido de arrefecimento a ser bombeado. Esse contato direto leva a um arrefecimento do circuito de controle particularmente eficaz. Em comparação com as bombas de líquido de arrefecimento elétricas convencionais, as quais não dispõem de um contato desse tipo entre o líquido de arrefecimento e o circuito de controle, a densidade de potência pode ser aumentada, o volume construtivo pode ser reduzido, a confiabilidade aprimorada e/ou a vida útil pode ser aumentada dessa maneira.

[008] O circuito de controle pode ser configurado nesse caso como uma unidade de controle eletrônico (Electric Control Unit - ECU).

[009] Configurações vantajosas da bomba de líquido de arrefecimento elétrica de acordo com a invenção são o objeto das reivindicações dependentes.

[010] Em uma modalidade vantajosa, uma abertura de entrada pode ser formada no alojamento de bomba para que o líquido de arrefecimento a ser bombeado flua para o alojamento de bomba. Tal abertura de entrada permite o fornecimento definido de líquido de arrefecimento. A direção de fluxo e o volume de fluxo podem ser ajustados de acordo com o dimensionamento e a posição da abertura de entrada. A formação da abertura de entrada na parede do alojamento voltada para o impulsor de bomba é particularmente vantajosa. Como resultado, o movimento de fluxo do líquido de arrefecimento a ser bombeado, gerado pelo impulsor de bomba, pode, diretamente, assegurar um movimento do líquido de arrefecimento dentro do alojamento de bomba.

[011] Em uma modalidade preferencial, a abertura de entrada é provida com um elemento de filtro para filtrar o líquido de arrefecimento que flui para o alojamento de bomba. Isso permite uma proteção dos componentes dispostos no alojamento de bomba contra contaminação ou danos por eventuais impurezas presentes no circuito de arrefecimento. Desse modo, pode-se evitar, por exemplo, a entrada de partículas que influenciam negativamente o funcionamento do rolamento de eixo do rotor ou do rotor.

[012] Em uma modalidade preferencial, o alojamento de bomba é preenchido com um líquido de arrefecimento dielétrico como fluido de arrefecimento a ser bombeado. De maneira vantajosa, componentes que inibem a corrosão metálica são adicionados a esse fluido de arrefecimento. Dessa maneira, garante-se uma funcionalidade amplamente livre de manutenção, robusta e duradoura da bomba de arrefecimento. Ao mesmo tempo, avarias elétricas do motor elétrico ou do circuito de controle podem ser evitadas.

[013] Em uma modalidade preferencial, a bomba de líquido de arrefecimento pode possuir também um mancal de deslizamento para mancalização do eixo de rotor no alojamento de bomba. Além da economia de custos em comparação com os possíveis rolamentos de elementos rolantes ou rolamentos de esferas, o espaço de montagem necessário também é reduzido. A bomba de líquido de arrefecimento pode ter uma estrutura correspondentemente compacta.

[014] Em uma modalidade preferencial, o alojamento de bomba pode ser produzido a partir de um material polimérico. Uma vez que a dissipação de calor do motor elétrico e do circuito de controle ocorre por meio do líquido de arrefecimento a ser bombeado, a capacidade de dissipação de calor do alojamento de bomba é de pouca importância. Um alojamento de metal pode, portanto, ser dispensado e um alojamento de bomba de baixo custo produzido a partir de um material polimérico pode ser usado. Aqui, o alojamento de bomba pode, particularmente, ser produzido a partir de um material polimérico termoplástico. Isso tem a vantagem de que uma sobremoldagem do estator pelo material do alojamento pode ser realizada de maneira simples. Isso simplifica a fabricação da bomba de líquido de arrefecimento.

[015] A invenção será explicada em mais detalhes abaixo por meio das modalidades exemplares com referência às figuras anexas, em que: A Fig. 1 mostra uma vista em corte de uma primeira modalidade exemplar da bomba de líquido de arrefecimento elétrica; A Fig. 2 mostra uma vista em corte de uma segunda modalidade exemplar da bomba de líquido de arrefecimento elétrica; e A Fig. 3 mostra outra vista em corte da primeira modalidade exemplar da bomba de líquido de arrefecimento elétrica.

[016] A estrutura de duas modalidades exemplares da bomba de líquido de arrefecimento elétrica de acordo com a invenção é descrita abaixo com referência aos desenhos.

[017] A bomba de líquido de arrefecimento elétrica (1) mostrada na Fig. 1 serve para bombear um líquido de arrefecimento em um circuito de arrefecimento representado esquematicamente. Esse circuito de arrefecimento pode ser usado, por exemplo, para arrefecer um motor de combustão interna de um veículo motorizado e consiste fundamentalmente em canais de arrefecimento, por meio dos quais o líquido de arrefecimento é alimentado para os componentes a serem arrefecidos e então para um dissipador de calor (por exemplo, radiador). Esses canais de arrefecimento não são representados em detalhes nas figuras. O líquido de arrefecimento pode ser, por exemplo, um fluido de arrefecimento dielétrico, ao qual são adicionados os componentes que inibem a corrosão metálica. Esse líquido de arrefecimento é circulado por meio de um impulsor de bomba 2 da bomba de líquido de arrefecimento 1 dentro do circuito de arrefecimento. A direção de movimento do líquido de arrefecimento dentro do circuito de arrefecimento é indicada por setas nas figuras.

[018] O impulsor de bomba 2 é fixado em um eixo de rotor 3. Esse eixo de rotor 3 é, por sua vez, montado em um corpo base do alojamento de bomba 5 por meio de um mancal de deslizamento 4. Para sustentação do mancal de deslizamento 4, uma parede interna com formato cilíndrico é formada no corpo base do alojamento de bomba 5, a qual serve como um suporte para o mancal de deslizamento 4. Um motor elétrico 6 aciona o eixo de rotor 3 e, com isso, o impulsor de bomba 2. Para essa finalidade, um rotor 7 do motor elétrico 6 é flangeado no eixo de rotor 3. Mais precisamente, o rotor 7 é um rotor 7 em formato de vaso ou em formato de sino, que é conectado ao eixo de rotor 3 com uma primeira região de extremidade e compreende a parede interna cilíndrica supramencionada na parte radialmente externa com uma segunda região de extremidade. Um estator 8, disposto de maneira rotacionalmente fixa com o corpo base do alojamento de bomba 5, circunda o rotor 7 na parte radialmente externa. O estator 8 desloca o rotor 7 ao rotacionar e, dessa maneira, assegura o acionamento do impulsor de bomba 2.

[019] O corpo base do alojamento de bomba 5 é configurado essencialmente em formato de vaso e, juntamente com uma tampa de alojamento 9, forma o alojamento de bomba 10. A superfície frontal do corpo base do alojamento de bomba 5 oposta à tampa de alojamento 9 é atravessada pelo eixo de rotor 3, de modo que o impulsor de bomba 2 se situe fora do alojamento de bomba 10, mas em proximidade direta e paralelamente à superfície frontal supramencionada dentro do circuito de arrefecimento (isto é, particularmente dentro de um canal de arrefecimento). Nessa superfície frontal é formada uma abertura de entrada 11, a qual é provida com um filtro 12 para filtrar o líquido de arrefecimento que flui para o alojamento de bomba. A abertura de entrada 11 é disposta nesse caso de modo que se situe dentro da região de uma projeção do impulsor de bomba 2 perpendicular à superfície frontal.

[020] Na região de extremidade do alojamento de bomba 10 oposta ao impulsor de bomba 2, isto é, na região da tampa de alojamento 9, é disposto um circuito de controle 13 do motor elétrico 6. O circuito de controle 13 é configurado como uma ECU. Nesse caso, os componentes eletrônicos do circuito de controle 13 são orientados em direção ao interior do alojamento de bomba

10.

[021] O alojamento de bomba 10 é configurado para ser estanque a fluidos em relação à atmosfera, de modo que o líquido de arrefecimento que se encontra dentro do alojamento de bomba 10 não possa escapar para o ambiente. O corpo base do alojamento de bomba 5 e a tampa de alojamento 9 são produzidos a partir de um material polimérico termoplástico.

[022] Durante a circulação do líquido de arrefecimento no circuito de arrefecimento por meio do impulsor de bomba 2, uma parte do líquido de arrefecimento é introduzida no alojamento de bomba 10 através da abertura de entrada 11, flui em torno dos componentes fixados no interior do alojamento de bomba 10 e deixa o alojamento de bomba 10 na região do mancal de deslizamento 4 e retorna pela abertura do eixo do rotor 3 através do lado frontal na região do impulsor de bomba 2. O fluxo de líquido de arrefecimento do líquido de arrefecimento dentro do alojamento de bomba 10 é também representado por setas nas figuras. Nesse caso, o líquido de arrefecimento introduzido flui particularmente em torno do estator 8, do circuito de controle 13 e do rotor 7, para depois novamente deixar o compartimento de bomba 10 na região do mancal de deslizamento 4. O rotor 7, o estator 8 e os componentes eletrônicos do circuito de controle 13 estão, portanto, em contato direto com o líquido de arrefecimento a ser bombeado. Esse contato direto permite um arrefecimento particularmente eficaz dos componentes.

[023] A bomba de líquido de arrefecimento 101 elétrica mostrada na Fig. 2 difere da bomba de líquido de arrefecimento elétrica 1 mostrada na Fig. 1 apenas pela formação da mancalização do eixo de rotor e pela ausência do filtro 12 na abertura de entrada 11. Em vez do mancal de deslizamento 4 da Fig. 1, o eixo de rotor 3 nessa modalidade é mancalizado por meio de uma mancalização por rolamentos 104 no corpo base do alojamento da bomba 5.

[024] A Fig. 3 representa outra vista em corte da bomba de líquido de arrefecimento elétrica 1 representada na Fig. 1. Enquanto na Fig. 1 a entrada do líquido de arrefecimento através do circuito de arrefecimento é mostrada apenas esquematicamente, a Fig. 3 mostra uma extremidade do alojamento 14 no lado do impulsor configurada como uma tampa que, juntamente com o corpo base do alojamento de bomba 5 e o impulsor de bomba 2, forma uma estrutura específica para um espaço de fluxo para o líquido de arrefecimento na região da bomba de líquido de arrefecimento 1.

[025] Uma extensão 15, que serve como um mancal axial para o eixo de rotor 3, é formada na extremidade do alojamento 14 no lado do impulsor, coaxialmente em relação ao eixo central do eixo de rotor 3. Juntamente com o mancal de deslizamento 4, essa extensão 15 assegura, assim, uma mancalização estável do eixo de rotor 3 e do impulsor de bomba 2 fixado ao eixo de rotor 3.

[026] Na modalidade da bomba de líquido de arrefecimento 1 representada na Fig. 3, o rolamento axial do eixo de rotor 3 é configurado na extremidade do alojamento 14 no lado do impulsor. No entanto, também é possível formar o rolamento axial do eixo no corpo base do alojamento de bomba 5 ou, eventualmente, também na tampa de alojamento 9.

LISTA DE NÚMEROS DE REFERÊNCIA 1 Bomba de líquido de arrefecimento 2 Impulsor de bomba 3 Eixo de rotor 4 Mancal de deslizamento 5 Corpo base do alojamento de bomba 6 Motor elétrico 7 Rotor 8 Estator 9 Tampa de alojamento 10 Alojamento de bomba 11 Abertura de entrada 12 Filtro 13 Circuito de controle

14 Extremidade do alojamento no lado do impulsor 15 Extensão 101 Bomba de líquido de arrefecimento 104 Mancalização por rolamentos

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica (1), caracterizada pelo fato de que tem: um impulsor de bomba (2) para acelerar o líquido de arrefecimento a ser bombeado; um eixo de rotor (3), no qual é fixado o impulsor de bomba (2); um motor elétrico (6) para acionar o eixo de rotor (3), que possui um estator (8) e um rotor (7), um circuito de controle (13) para controlar o motor elétrico (6), e um alojamento de bomba (10) que acomoda pelo menos o circuito de controle (13) e o motor elétrico (6), em que o líquido de arrefecimento a ser bombeado pode fluir através do alojamento de bomba (10), e em que o líquido de arrefecimento a ser bombeado desse modo flui em torno do estator (8), do rotor (6) e do circuito de controle (13).

2. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma abertura de entrada (11) é formada no alojamento de bomba para que o líquido de arrefecimento a ser bombeado flua para o alojamento de bomba (10).

3. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a abertura de entrada (11) é formada na parede de alojamento do alojamento de bomba (10) voltada para o impulsor de bomba (2).

4. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que a abertura de entrada (11) é provida com um filtro (12) para filtrar o líquido de arrefecimento que flui para dentro.

5. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o alojamento de bomba (10) é preenchido com um líquido de arrefecimento dielétrico como líquido de arrefecimento a ser bombeado.

6. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que tem um mancal de deslizamento (4) para mancalização do eixo de rotor (3) no alojamento de bomba (10).

7. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o alojamento de bomba (10) é produzido a partir de um material polimérico.

8. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o estator (8) é sobremoldado com o material polimérico.

9. Invenção de produto, processo, sistema, kit, meio ou uso, caracterizada pelo fato de que compreende um ou mais elementos descritos no presente pedido de patente.