CN104136779A - 泵装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于输送流体的泵装置(20)，其具有壳体(22)、能旋转地安装的第一泵元件(24)和能旋转地安装的第二泵元件(26)，其中通过在所述第一泵元件和所述第二泵元件(24，26)之间的相对旋转运动产生流体输送作用，其中所述第一泵元件(24)能由电动机(42)驱动，所述电动机与所述第一泵元件(24)同心地设置并且所述电动机具有定子(44)和转子(46)，其中所述转子(46)固定在所述第一泵元件(24)上并且其中所述泵装置(20)构建为，使得在所述转子(46)和所述定子(44)之间的环形间隙(58)中存在流体。在此所述泵装置具有调温机构以加热所述环形间隙(58)中的流体。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于输送流体、特别是油的泵装置，其具有壳体并且具有能旋转地安装的第一泵元件、能旋转地安装的第二泵元件，其中通过在第一和第二泵元件之间的相对旋转运动产生流体输送作用，其中第一泵元件能由电动机驱动，所述电动机与第一泵元件同心地设置并且所述电动机具有定子和转子，其中所述转子固定在第一泵元件上并且其中泵装置构建为，使得在转子和定子之间的环形间隙中存在流体。
背景技术
这类泵装置特别是通常作为用于机动车辆变速器的油泵是已知的。特别地，这类泵装置作为具有内齿部的齿轮泵是已知的，其中该齿轮泵能够构成为具有或者不具有月牙(Sichel)。特别地，本发明涉及一种具有不带有月牙的内齿部的齿轮泵，所述齿轮泵作为环形齿轮泵或者摆线泵也是已知的。
从文献DE 10 2009 028 148 A1中已知一种燃料-齿轮泵，其中外部的泵元件由塑料或者烧结钢制成，其中磁体或者孔嵌入在材料中。泵元件因此形成电动机的转子，所述电动机的定子在其内环周上支撑滑动轴承，所述滑动轴承由非铁磁的材料如青铜制成。
此外文献WO 2011/012364 A2公开了一种燃料-齿轮泵，其中磁体环固定在外部的泵元件的外环周上，该泵元件的滑动支承件设立为用于实现在该泵元件和与壳体连接的轴承环之间的薄的环形间隙。
此外已知的是(DE 10 2010 029 338 A1)，轴衬固定在燃料-齿轮泵的定子的内环周上，所述轴衬形成用于转子的滑动支承件。
从文献WO2008/017543 A1中已知另一种用于燃料的内齿轮泵，其中磁体环与齿圈连接，其中磁体环根据滑动轴承的类型能旋转地容纳在定子中。在此给磁体环覆层应是有利的，以便实现在摩擦学上有利的材料配对。
出版物EP 1 674 728 A2公开了一种泵装置，其中定子设置在原来的泵壳体的外部。
在上述泵装置中，定子相应地容纳在壳体中。从US-A-2761078中已知不在外环周上遮盖定子片，以便能够更好地向外释放在定子中产生的热。此外该文献公开了用塑料浇注在定子的定子极之间的空腔，使得定子的内环周在极靴之间闭合。在此塑料应选择为，使得所述塑料与空气相比具有更好的导热性。该泵装置的转子经由轴承支承在壳体上。
发明内容
在该背景下，本发明的目的是，提出一种改进的泵装置，所述泵装置特别是关于冷启动特性被改进。
上述目的通过一开始提到的这类泵装置来实现，其中所述泵装置具有用于加热环形间隙中的流体的调温机构。
特别是在其粘度在低温时高的流体的情况下，这样的泵装置的效率通过这类调温机构提高。因为通过调温机构能够将存在于环形间隙中的流体特别是在冷启动的情况下快速地加热，使得降低环形间隙中的粘性的摩擦。由此减少了在这样的冷启动阶段期间所需要的用于驱动泵装置的驱动力矩。
通常可以将调温机构有效地构成，使得预设特殊的加热装置用于加热在环形间隙中流体，其中该加热装置能够在冷启动阶段期间接通并且如果需要的话能够在之后的时间点上关断。
然而尤其优选的是，调温机构设计为，使得通过使用电动机的废热实现对流体的加热，以便以该方式提高环形间隙中的流体温度。这类调温机构基本上不需要附加地有效地能接通或者能关断的部件，使得泵装置能够成本适宜地实现。
如果存在于环形间隙中的流体具有足够高的温度，那么降低了环形间隙中的粘性摩擦并且转子能够根据滑动轴承的类型能旋转地支承在定子中，其中所述流体优选是与借助于泵装置要输送的流体相同的流体。
所述目的因此完全地实现。
在此尤其优选的是，调温机构包含：转子与第一泵元件相比具有更低的导热性。
通过该措施避免了：由电动机的运行而产生的热被导入到第一泵元件中，所述第一泵元件由于其质量和其材料能够构成为散热器。
因此由电动机产生的热更好地被使用，以便加热环形间隙中的流体。此外第一泵元件通常接触存在于泵元件之间的流体，所述第一泵元件由于冷启动阶段期间的低温而同样是散热器。
相对于第一泵元件给转子配备更低的导热性的措施因此也用于防止：在定子中产生的热虽然经由环形间隙被引导，然而随后直接经由形成散热器的、由第一泵元件和在泵元件之间的流体构成的装置导出。在该实施方式中转子类似用作为“隔热屏”，所述隔热屏“反射”在定子中产生的热从而将其保持在环形间隙中，以便以该方式尽可能快速地加热在该处存在的流体。
根据另一个优选的实施方式，定子具有至少一个定子极，在所述定子极上设置有电的定子绕组，其中调温机构包含：定子极直接邻接环形间隙。
与如下解决方案相反，在该解决方案中在定子的内环周上设置有通常隔热的滑动轴衬等，因此在本文中提出：通常由金属构成的定子极能直接邻接环形间隙。因此在定子绕组中产生的由于与定子极的紧密接触而被导入到该定子极中的热直接被导入到环形间隙中。
该措施也导致在泵装置冷启动的情况下对环形间隙中的流体快速地加热。
泵装置能够由任意的材料制成，然而尤其优选地，第一泵元件由金属材料制成，例如钢。
在该情况下，第二泵元件优选同样由这样的金属材料制成。特别地，在用于车辆变速器的、其中流体温度能够位于在例如-40℃和大于100℃之间的范围中的油泵中，使用由金属材料制成的泵元件是尤其优选的。
转子优选构成为环形元件。
特别地，有利的是，转子构成为与第一泵元件分开制造的环形元件。
转子在此能够是磁阻转子。
然而尤其优选的是，转子具有多个在环周上分布的磁体，所述磁体优选构成为永磁体。
在该实施例中，电动机能够具有高的效率。
此外尤其有利的是，磁体嵌入到构成为环形元件的转子中。在此一方面可能的是，环形元件构成为由塑料或合成树脂材料或者陶瓷材料以及能磁化的材料构成的复合构件。在此可能的是，这类环形元件根据需要磁化为，使得适当数量的磁体在环形元件的环周上分布式地设置。换句话说，通过磁化步骤能够影响磁体的数量和设计方案。磁体在此优选径向地被磁化。
在这类复合-环形元件的情况下，不能磁化的复合材料确保，转子具有相对低的导热性，在任何情况下相对于与之连接的第一泵元件具有更低的导热性。
此外尤其优选的是，转子在朝向环形间隙的一侧上和/或在背离环形间隙的一侧上构成有隔热层。
隔热层能够作为单独的层涂覆到环形元件上，然而也能够集成到环形元件中，其中隔热层例如通过不能磁化的复合材料形成。在此优选的是，隔热层具有塑料材料、合成树脂材料和/或陶瓷材料。
根据另一个整体上优选的实施方式，转子的极对数量等于第一泵元件的齿数或者是其整数的多倍。
通过该措施能够实现：在转子的相邻的极(例如磁体)之间的磁场线适配第一泵元件的齿形。对此优选转子以适当的方式沿环周方向与第一泵元件对准，使得例如极(例如磁体)沿环周方向与第一泵元件的齿和/或齿隙(“外肾形的凹部”)对准。
在转子的这类设计方案中，进入到第一泵元件中的磁场线基本上不受干扰地在第一泵元件中伸展，使得能够改善电动机的效率。
电动机例如能够具有极对数量组合12/14，其中电动机具有带有十二个绕组的定子和带有14个转子磁极的转子。在该情况下，第一泵元件的齿的数量(或外肾形凹部的数量)例如为7。在环形齿轮泵中，内部的泵元件比外部的泵元件通常少一个齿，使得在所述情况下第二泵元件优选具有6个齿(外肾形的凹部)。
在电动机具有9/10的极对数量组合的情况下，第一泵元件以相应的方式包含优选五个齿(外肾形的凹部)。
根据结合权利要求1的前序部分描述本发明的另一个优选的实施方式，壳体具有至少一个第一壳体部段和第二壳体部段，所述第一壳体部段和第二壳体部段设置在泵元件的在轴向上相对置的侧上，其中壳体部段中的一个通过朝向壳体的内腔流体密封的电路板结构形成。
在该实施方式中，泵装置以结构上简单的方式与电子部件例如用于控制电动机的电子部件组合，所述电子部件优选集成到电路板结构中。此外在此另一个优点是：在泵元件之间的待输送的流体能够用于冷却集成到电路板结构中的电子部件(例如功率-半导体器件)。此外可能的是，改进泵装置的冷启动特性，因为电子部件的热能够有助于加热流体。
电路板结构在此优选形成用于泵元件的泵运行面。电路板结构例如能够由材料FR4或者由陶瓷或者由它们的复合材料制成。
整体上有利的是，包含在环形间隙中的流体具有强烈依赖于温度的粘度并且特别是油，如在车辆变速器中和/或在转向传动装置中和/或在内燃机中所使用的油。
在这类流体的情况下，根据本发明的优点尤其是显著的。然而通常可能的是，借助于根据本发明的这类泵装置也输送其它的流体，例如燃料、尿素等。
通常可以考虑的是，泵装置是具有月牙的内齿泵。然而尤其有利的是，泵装置构成为，使得第一和第二泵元件形成环形齿轮泵或者摆线泵。
根据另一个整体上优选的实施方式，在定子上设置有至少一个转子位置传感器。
转子位置传感器例如能够是磁性传感器，如霍尔传感器。
借助于这类转子位置传感器不仅可以开环控制地驱动电动机而且可以闭环控制地驱动电动机。换句话说，电动机的转子的旋转运动能够以低损耗产生。
此外尤其优选的是，在定子的至少两个定子极之间的腔由电绝缘材料如塑料材料或合成树脂材料填充。
电绝缘材料在此应是耐温的。此外在这个实施方式中，其中定子极直接邻接于环形间隙，定子的内部运行面沿环周方向通过定子极和电绝缘材料的部段交替地形成。在此通过电绝缘材料防止了流体与定子的绕组接触。只要在定子上设置有至少一个转子位置传感器，那么尤其优选的是，该转子位置传感器嵌入在定子极之间的电绝缘材料中。
由此转子位置传感器能够在结构上尤其有利地集成到泵装置中。
此外在这个实施方式中，其中壳体部段通过电路板结构形成，转子位置传感器的电接头能够相对简单地实现，因为所述转子位置传感器的电接头能够通过绝缘材料直接被转送到电路板结构中。
替选地，对此也可能的是，转子位置传感器集成到电路板结构中。在该情况下，结构上的构造能够进一步地简化。
应理解的是，在上文中提到的和仍要在下文中阐述的特征不仅能在相应提出的组合中使用，而且也能在其它的组合中或者单独使用，而没有脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下述描述中详细阐述。附图示出：
图1示出根据本发明的泵装置的一个实施方式的示意性的轴向视图和机动车辆的动力传动系，在所述动力传动系中能够使用这类泵装置；
图2示出图1的适应性的细节视图II；
图3示出根据本发明的泵装置的另一个实施方式的示意性的轴向视图；
图4示出穿过根据本发明的泵装置的另一个实施方式的示意性的轴向剖视图；以及
图5示出在适当地选择第一泵元件的极对数量和齿数的情况下转子和与之连接的第一泵元件的用于描述第一泵元件内部的场线走向的示意性的展开图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出用于机动车辆的动力传动系并且通常以10来标记。动力传动系10包含驱动马达12如内燃机，离合器装置14以及变速器15和功率分流装置18，驱动功率借助于所述功率分流装置能够被分配到被驱动的车轮上。
在这类动力传动系中输送不同流体是必要的。这特别适用于内燃机12的油以及变速器16的油。
此外在这样的动力传动系10中待输送的流体是用于内燃机的燃料。
图1以示意性的形式示出泵装置20，所述泵装置适合于输送这类流体、特别是用于输送其粘度强烈地依赖于温度的流体，例如油、特别是变速器油如ATF油或者准双曲面齿轮油。
泵装置20包含壳体22，所述壳体在横截面中基本上是圆形的。此外泵装置20具有第一泵元件24和第二泵元件26。当前泵元件24、26形成环形齿轮泵或者摆线泵，其中第一泵元件24形成外转子并且第二泵元件26形成内转子。
这类环形齿轮泵或者摆线泵的工作方式通常是已知的。在此流体从示意性说明的抽吸口28被输送到示意性说明的排出口30，其方式在于开始在第一和第二泵元件24、26之间的相对旋转运动。
第一泵元件24与第一轴线32共轴。第二泵元件26与第二轴线34共轴，其中轴线32、34在径向上彼此错开。第一泵元件24当前具有内齿部36，并且第二泵元件26当前具有外齿部38，其中内齿部36和外齿部38根据环形齿轮泵的类型彼此接合。内齿部36和外齿部38的齿廓特别是圆弧状的或者是长短辐旋轮线状的。第一泵元件24当前具有七个齿，在所述齿之间形成相同数量的外肾形凹部。第二泵元件26少一个齿从而具有六个齿或者相同数量的外肾形凹部。
第二泵元件26能旋转地支承在壳体22上。支承在图1中示意性地以40来标记。
泵装置20此外包含电动机42。电动机42具有定子44和转子46。定子44固定在壳体22上并且与第一泵元件24同心地设置。定子44包含定子芯48，在所述定子芯上构成有多个基本上径向定向的定子极50。在定子极50上固定有各个绕组52。定子极的数量当前是12。
在定子极20和包含在其中的绕组52之间的区域用电绝缘材料54来填充，所述电绝缘材料例如能够由塑料或者合成树脂形成。
转子46包含多个在当前情况下为14个的磁极56，所述磁极在环周上分布地设置并且优选在径向上磁化。转子46在此优选构成为环形元件并且设置在第一泵元件24的外环周上并且抗扭地与该第一泵元件连接，例如通过挤压、粘接等。
在转子46和定子44之间设立有环形间隙58。泵装置20的结构使得在泵元件24、26之间的待输送的流体也位于环形间隙58中。由此能够避免在环形间隙的区域中的耗费的密封件。
定子44构成为，使得其定子极50直接与环形间隙58邻接。定子的内环周因此由定子极50和电绝缘材料54交替地形成。该内表面构成为或者加工为，使得所述内表面对于转子46能够形成一类滑动轴承。
在两个定子极50之间的区域中预设至少一个转子位置传感器60，借助于所述转子位置传感器能够检测转子位置。
在图1中此外示意性地示出控制装置62，所述控制装置设计为控制动力传动系10和/或泵装置20。应理解的是，转子位置传感器60能够与这样的控制装置62连接。
在泵装置20工作时电动机42工作，使得转子46与第一泵元件24一起沿着旋转方向64相对于壳体22和第二泵元件26旋转，如在64中所示出的那样。由此开始流体从抽吸口28到排出口30的输送作用。
图2示出图1的细节视图II。
在此可以看出，转子46由多个磁体56形成，在所述磁体的径向外侧上构成有第一隔热层66并且在其径向内侧上构成有第二隔热层68。
位于环形间隙58中的流体在低温中、如在能够出现在机动车辆动力传动系中的低度中能够具有非常高的粘度，使得在现有技术的摆线泵中的冷启动特性能够是有问题的。
在当前情况下在冷启动时在绕组52中产生的热被引导到定子极50中并且从那直接被供给给环形间隙58中的流体，使得该流体快速地加热，由此降低了粘度。
此外通过第一隔热层66和/或通过第二隔热层68实现了热基本上保留在环形间隙58中并且不直接排到第一泵元件24上和与其接触的流体上。这也导致环形间隙中的流体快速地加热，使得改进了泵装置20中的冷启动特性。
图3示出泵装置20’的一个替选的实施方式，所述泵装置关于构造和工作方式通常相应于图1和2的泵装置20。因此相同的元件通过相同的附图标记来表示。在下文中基本上阐述区别。
在当前情况下泵装置20’构成为，使得第一泵元件24’是内转子并且第二泵元件26’是外转子。在此电动机与内转子24’同心地设置，其中电动机42’在该情况下构成为外转子马达，所述外转子马达具有在径向上位于内部的定子44’和在径向上位于外部的转子46’。在该情况下调温机构也能够构成为如在上文中在参考图1和2的情况下所描述的那样以相同的或者类似的方式用于快速地加热环形间隙58中的流体。
图4示出泵装置20的另一个替选的设计方案，所述泵装置关于构造和工作方式通常能够相应于图1至3的泵装置中的一个。相同的元件因此通过相同的附图标记来表示。在下文中基本上阐述区别。
图4的泵装置20包含壳体22，所述壳体具有第一壳体部段72。第一壳体部段72包含径向部段74，所述径向部段设置在泵装置的轴向侧上。此外第一壳体部段72具有基本上柱形的轴向部段76，所述轴向部段与径向部段74一件式地连接并且在外环周上包围泵装置。
壳体22此外具有第二壳体部段78，所述第二壳体部段设置在泵装置的在轴向上相对置的侧上并且根据盖子的类型与第一壳体部段72连接，以便流体密封地包围泵装置。
第二壳体部段78在当前情况下构成为电的电路板结构，所述电路板结构能够由如FR4的材料或者陶瓷制成。电路板结构设计为朝向壳体22的内腔是流体密封的。电路板结构78在此优选形成用于泵元件24、26的轴向的运行面。
在图4中此外示出，嵌入到电绝缘材料54中的转子位置传感器60能够直接与电路板结构78连接。对此替选地，将转子位置传感器60集成到电路板结构78中是可行的。
在电路板结构78的轴向外侧上能够预设电子构件，如在80中所示意性说明的那样。
电路板结构80在此也能够包含引导功率的器件例如功率晶体管。这些器件优选能够设置在电路板结构78上，使得它们沿环周方向和/或沿径向方向与泵装置的相应的空间部段连接，在所述空间部段中流体从抽吸口被输送到排出口。由此流体能够有助于冷却电路板结构78上的电子的或电气的器件。此外可行的是，改进泵装置的冷启动特性，因为电子部件的热能够有助于加热流体。
电气构件80也能够集成到这样的电路板中，其中该电路板优选构成有隐藏的埋线(“burried wires”)。
图5示出图1和2的转子46的和与之连接的第一泵元件24的示意性的展开图。
磁体56的数量在此相应于第一泵元件24的齿数。磁体的极相应地设置在内齿部36的齿根的区域中。由此在第一泵元件24中产生在相邻的永磁体之间的场线分布，如在图5中示例性地作为单一的场线84所说明的那样。场线分布84基本上与内齿部36的齿的轮廓的分布重合，使得磁阻被最小化从而能够得到电动机42的高的效率。在图5的第一泵元件24和转子46的这种设置中，因此转子的极对数量等于第一泵元件的齿数。极对数量也能够是齿数的两倍或者优选整数多倍并且尤其是偶数多倍。在该情况下也可能如前面一样实现上述优点，即使可能不是以这样的方式。
Claims (15)
1.一种用于输送流体的泵装置(20)，其具有壳体(22)、能旋转地安装的第一泵元件(24)和能旋转地安装的第二泵元件(26)，其中通过在所述第一泵元件和所述第二泵元件(24，26)之间的相对旋转运动产生流体输送作用，其中所述第一泵元件(24)能由电动机(42)驱动，所述电动机与所述第一泵元件(24)同心地设置并且所述电动机具有定子(44)和转子(46)，其中所述转子(46)固定在所述第一泵元件(24)上并且其中所述泵装置(20)构建为，使得在所述转子(46)和所述定子(44)之间的环形间隙(58)中存在流体，
其特征在于，
所述泵装置(20)具有调温机构以加热所述环形间隙(58)中的流体。
2.根据权利要求1所述的泵装置，其特征在于，所述调温机构包含：所述转子(46)与所述第一泵元件(24)相比具有更低的导热性。
3.根据权利要求1或2所述的泵装置，其特征在于，所述定子(44)具有至少一个定子极(50)，在所述定子极上设置有电的定子绕组，其中所述调温机构包含：定子极(50)直接与所述环形间隙(58)邻接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述第一泵元件(24)由金属材料制成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述转子(46)构成为环形元件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述转子(46)具有多个在所述环周上分布的磁体(56)，所述磁体优选构成为永磁体。
7.根据权利要求6所述的泵装置，其特征在于，所述转子(46)在朝向所述环形间隙(58)的一侧上和/或在背离所述环形间隙的一侧上构成有隔热层(66)。
8.根据权利要求7所述的泵装置，其特征在于，所述隔热层(66)具有塑料材料、合成树脂材料和/或陶瓷材料。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述转子(46)的极对数量与所述第一泵元件(24)的齿数相同或者是其整数的多倍。
10.根据权利要求1至9中任一项或者根据权利要求1的前序部分所述的泵装置，其特征在于，所述壳体(20)具有至少一个第一壳体部段(72)和第二壳体部段(78)，所述第一壳体部段和所述第二壳体部段设置在所述泵元件(24，26)的在轴向上相对置的侧上，其中所述壳体部段中的一个(78)通过朝向所述壳体(20)的内腔流体密封的电路板结构形成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的泵装置，其特征在于，包含在所述环形间隙(58)中的所述流体具有强烈依赖于温度的粘度并且特别是油、优选ATF油。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述第一泵元件和所述第二泵元件(24，26)形成环形齿轮泵。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的泵装置，其特征在于，在所述定子(44)上设置有至少一个转子位置传感器(66)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的泵装置，其特征在于，在所述定子(44)的至少两个定子极(50)之间的腔由电绝缘材料(54)填充。
15.根据权利要求13和14所述的泵装置，其特征在于，其中所述转子位置传感器(66)嵌入在所述定子极(50)之间的材料(54)中。
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