CN105275573A - 使热量散热至冷却剂的冷却剂泵 - Google Patents

Abstract

一种车辆冷却剂泵，该冷却剂泵带有用于内部电子器件和电路板的热防护，这些电子器件和电路板用于该冷却剂泵的运行。邻近所述电子器件和电路板布置的间隙填充物将热量传送至发动机中的冷却剂流体中。

Description

使热量散热至冷却剂的冷却剂泵

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年7月15日提交的美国专利申请62/024,492的权益。

技术领域

本发明涉及车辆冷却剂泵，并且更具体地涉及带有热防护的改善的冷却剂泵。

背景

现今，用于冷却流体在车辆中循环的冷却剂泵和其他冷却系统一直在使用。存在各种不同类型的冷却剂泵，其中大部分冷却剂泵达到了不同的满意度。

一些冷却剂泵包含电气系统和/或电磁部件和系统，并且进而包含热敏电子部件，例如电路板。对于可能包含电机和电磁机构的双模式冷却剂泵而言尤其如此。如果这些电气和电子部件以及系统未被维持在常规的工作温度内，则冷却剂泵失效或失灵。

因此需要通过使得电动或电子部件以及系统免于过热的改善方法来提供冷却剂泵。

发明概述

本发明的目的是提供一种改善的冷却剂泵，该泵满足这些需要并且提供了优于已知的冷却剂泵的益处和优点。

在本发明的一个优选的实施例中，提供了一种双模式冷却剂泵，该泵选择性地使冷却剂流体壳体内的叶轮旋转。该双模式冷却剂泵包括多个壳体，在这些壳体中布置了一个电机驱动机构和用于旋转该叶轮的一个机械驱动机构。该冷却剂流体壳体被附接到车辆发动机上并且具有一个用于接收冷却剂流体的输入端口和一个用于将冷却剂流体传输到发动机缸体中的一个输出端口。

该电机(该电机优选是无刷直流电机)以及用于机械驱动机构的电磁离合器机构都是电操作的。一个电路板(CB)位于邻近该冷却剂流体壳体的冷却剂泵壳体中，并且包含用于运行该电机和电磁离合器机构的多个电子部件。电力是从车辆电气系统中供应的，该电气系统包括电子控制单元(ECU)。如果没有电力，该电机可以由车辆电池来供电。

间隙填充物被布置在该泵壳体中、邻近该电路板并且与之相接触。该间隙填充物起到散热器的作用并且将来自该电路板和其部件的热量传送经过该泵壳体并且进入该冷却剂流体中。因为典型地冷却剂流体所处的温度低于该电路板部件的温度，本发明的这个实施例通过将这些热敏电子部件维持在其可接受的温度限度内来对它们进行保护。

本发明的另外的实施例、以及本发明的附加特征和益处将在以下书面说明书、附图连同所附权利要求书中进行披露。

附图的简要说明

图1描绘了本发明的一个实施例。

图2是图1的实施例的一个分解视图。

图3是图1所描绘的冷却剂泵的截面视图。

图4示意性地描绘了与本发明的一个实施例相关的一个冷却系统以及一个相关联的控制系统。

优选实施方式的说明

图1中示出了本发明的一个实施例10的透视图、并且在图2中描绘了一个分解图。本实施例包括一个双模式冷却剂泵20和一个叶轮壳体30。该叶轮壳体30被适配成连接至一个车辆发动机缸体40或者至少与该车辆发动机缸体处于流体连通。

该冷却剂泵20包括一个电机壳体22、一个电机24、一个螺线管壳体26、一个摩擦式离合器机构33(在图3中更好的示出)以及一个皮带轮构件29。该皮带轮构件29被适配成通过一个发动机皮带来旋转。用于此目的的一个发动机皮带在图4中示出并且由参考号31来指示。该发动机皮带还被附接到位于该车辆发动机缸体40上的一个皮带轮构件32上。该皮带轮构件29通过发动机、以由皮带轮传动比确定的一个速度(“输入速度”)旋转。

该冷却剂泵20在图3中以截面描绘。在2014年1月7日提交的且题为“利用摩擦式离合器和电机辅助驱动(AccessoryDriveWithFrictionClutchandElectricMotor)”的美国专利申请序列号14/149,683中披露并且详细地讨论了可以与本发明一起使用的一种优选双模式冷却剂泵，该双模式冷却剂泵的披露通过引用结合于此。

一个电机24被布置在该电机壳体22中。该电机壳体优选由一种具有良好热导率的金属材料(例如铝)制成。该电机优选是无刷直流电机、并且包括一个线圈式定子构件25和一个转子构件27。该转子构件被固定地附接到中央泵轴构件28上。

一个螺线管构件34被布置在该螺线管壳体26中。该螺线管壳体优选是由一种金属材料(例如低碳钢)制成的。

用于电机24和螺线管构件34的电子器件被包含在该电路板(“CB”)50中。该电路板包括电控制该电机和螺线管构件运行(包括将其打开和关闭)的电子部件。来自该电路板50的电力通过引线架52被供应到该电机24上、并且通过引线架57被供应到该螺线管构件34。

电力是通过连接器构件60(在图1和图2中示出)而被供应到该电路板50上的。该连接器构件60具有多个连接至该电路板上的引线。这些引线包括：两条线，这两条线对该电路板提供电力；以及多条其他线，该多条其他线是信号线以用来提供运行该电机和螺线管构件的信号。该电路板50通过多个紧固件(例如螺纹构件53)而被连接到该电机壳体22上。

一个间隙填充构件55被布置在该电路板50与该电机壳体的内壁之间。该填充构件将来自该电路板的热量传导到该铝制电机壳体22中，在此，热量进而被分散到在该叶轮壳体30中循环的冷却剂流体中。

该间隙填充构件55可以是用于在一个CB热源与一个散热器表面之间提供热传递的任何常规的类型。间隙填充物典型地是具有低硬度的软材料并且这些软材料具有良好的热导率。间隙填充物可以被用来填充热的部件之间的间隙。这些材料可以是柔性的、具有弹性特性并且可以覆盖粗糙表面，或者是单独地或者是层叠的或者是成组的。在本发明中，热量是通过该间隙填充物55而被传导离开该电路板50并且被传导到铝制电机壳体22，在此热量被传导到较凉的冷却剂流体中。典型地在车辆冷却系统中，冷却剂流体具有大约129℃的最高温度，而大多数电路板部件具有150℃或更高的额定温度。

该电机壳体22的壁72面向该冷却剂流体并且与该冷却剂流体相接触。该壁72具有多个流体凹陷或凹座70，并且可以是独立的凹陷或环形凹槽。图3中示出了这些凹陷70中的一些凹陷。可以提供任何数量的凹陷、凹座或凹槽。这些项目70使该电机壳体壁72在多个点处、多个地方或区域中变得更薄，这有助于将来自该电路板50和间隙填充物55的热量传送或者传导到该冷却剂流体中。优选地，该电机壳体壁的厚度在这些凹陷底部大约是五毫米至二十毫米(5mm至20mm)。这在图3中以距离D表示。这些凹陷、凹座、凹槽等的末端处的表面应尽可能的薄以便协助传送来自该电路板的热量，而不会牺牲该电机壳体壁72或该电机壳体自身的完整性和耐用性。

该冷却剂泵轴28被布置在壳体22和26的中央，其中该电机24和摩擦式离合器机构33绕该轴28被轴向对齐地布置。一个叶轮构件80被连接到叶轮轴29上，该叶轮轴与该冷却剂泵轴28的一端28A相连。该叶轮构件80与叶轮轴29从电机壳体伸出并且延伸至该叶轮壳体30的内部。

该叶轮壳体30是由一种金属材料(例如铝)制成的并且具有一个中心室90、用于冷却剂流体输入的一个输入端口92、以及一个用于冷却剂流体进入该发动机缸体40的通道的一个输出端口(未示出)。当该叶轮80通过该双模式冷却剂泵20而旋转时，冷却液通过该输出口被泵送至并且通过该发动机以及该发动机冷却系统的剩余部件而随后被返回到该冷却剂泵输入端口92。

在本发明的一个替代实施例中，还可以提供一个冷却剂控制阀(CCV)。冷却剂控制阀控制着冷却剂进入该发动机缸体时的流动方向和流量。

如上所述，该电机24的转子27被固定地附接到该冷却剂泵轴28上并且随其旋转。当该电机被致动时，轴28和29、以及叶轮构件80也旋转。该叶轮构件的旋转致使冷却剂流体流动穿过该叶轮壳体以及该冷却剂系统的其他部件。

优选地，该冷却剂泵轴28在需要冷却剂泵的大多数期间内通过该电机而旋转。当需要额外冷却剂流动时，例如当车辆拉载重负荷并且需要更多冷却时，该泵轴28以输入速度机械地旋转。为此目的，该螺线管构件34被取消激励，这样允许电枢构件110轴向地移动离开该螺线管。这允许使弹簧偏置的摩擦板114上的摩擦衬片构件112与盖构件116接触。因为该盖构件116是被附接到该皮带轮构件29上的并随之旋转，这提供了该冷却剂泵轴以输入速度旋转。这些部件，包括该螺线管构件、电枢构件、摩擦板、摩擦衬片以及偏置弹簧构件，整体上被称为摩擦式离合器机构33。

在正常运行下，当该冷却剂泵轴和叶轮通过该电机而旋转时，该螺线管构件34被电致动。这吸引由磁性金属材料制成的电枢构件110并且防止该摩擦板114被偏置而抵靠该盖，在此，该摩擦板114上的这些摩擦衬片112可以与该盖构件的内表面相接触并且致使这些轴28和29以及叶轮80的机械旋转。

该冷却剂泵轴28被安装在该壳体中并且被允许通过一对轴承构件120和122而旋转。该电动转子27在该轴28上被布置在这两个轴承构件120、122之间。

皮带轮构件29通过该轴承构件124而被安装在该冷却剂泵中并且被允许围绕该摩擦式离合器机构自由地旋转。电枢构件110通过多个螺旋弹簧构件130而在该冷却剂泵中被偏置。该双模式冷却剂泵结构的额外细节以及其操作包含在美国专利申请序列号14/149,683中，该专利申请的披露通过引用结合于此。

图4描绘了根据本发明的用于操作该冷却剂泵20和车辆冷却系统130的一个优选的系统和过程。该冷却剂泵20是双模式冷却剂泵并且包括一个电机24、和一个摩擦式离合器机构33。与一个皮带轮构件29相结合的机构33包括一个机械驱动器“M”。该双模式冷却剂泵20使该叶轮壳体30中的叶轮构件80旋转。

该冷却剂泵20的运行是通过控制逻辑140来操作的，该控制逻辑接收来自发动机电子控制单元(“ECU”)142的合适的数据和信息。该发动机ECU142接收来自一个或多个温度传感器150、其他发动机和车辆传感器152的数据和信息、以及来自车辆ECU160的控制指令和信号。这些ECU和控制逻辑操作着该冷却剂泵20和叶轮旋转以将该冷却剂流体的温度维持在可接受的限度内。

来自该冷却剂泵20的冷却剂流体流入并且经过该发动机40。该冷却剂流体然后离开该发动机并且流动经过一个热交换器184，例如一个散热器，在此该冷却剂流体被冷却。该冷却剂的温度可以由恒温器190来读取。接着流动经过该热交换器，较凉的冷却剂流体186然后被返回到该冷却剂泵20。

本发明提供一种改善的冷却剂泵和发动机冷却系统，该发动机冷却系统不仅将该冷却剂流体维持在合适的温度限度内，还将该冷却剂泵电子器件和电路板的温度维持在其合适的温度限度内。这样提供了一种冷却剂泵和有效、耐用且持久的冷却系统。

尽管本发明已参照多个优选实施例进行了说明，还应当理解的是本发明不是如此受限制的，因为可以在由下述权利要求所描述的本发明的全部范围内进行改变和修改。

Claims (12)

1.一种用于车辆发动机的冷却系统，该冷却系统包括：

(a)一个冷却剂泵，所述冷却剂泵包括一个驱动机构和一个从动机构，其中，所述驱动机构包括一个机械驱动机构，并且所述从动机构包括一个电机，所述电机被布置在一个电机壳体中；

(b)一个用于运行所述冷却剂泵的控制系统，所述控制系统包括至少一个温度传感器、一个ECU、以及一个电路板；以及

(c)间隙填充物，该间隙填充物被布置在所述电机壳体中并且与所述电路板接触；

其中，来自所述电路板的热量通过所述间隙填充物和所述电机壳体而被传送并且进入冷却剂流体中。

2.如权利要求1所述的冷却系统，其中所述冷却剂泵是一种双模式冷却剂泵。

3.如权利要求1所述的冷却系统，其中所述电机是无刷直流电机。

4.如权利要求1所述的冷却系统，其中所述电机壳体具有至少一个壁构件，该至少一个壁构件被布置在所述电路板与该冷却剂流体之间，并且其中所述间隙填充物被布置在所述至少一个壁构件与所述电路板之间。

5.如权利要求1所述的冷却系统，其中在所述至少一个壁构件的第一侧上提供多个凹陷，所述至少一个壁构件与冷却剂流体相接触，并且其中所述间隙填充物被布置在与至少一个壁构件的所述第一侧相对的一侧上。

6.如权利要求5所述的冷却系统，其中所述凹陷底部的壁厚大约为5毫米至20毫米。

7.如权利要求1所述的冷却系统，进一步包括一个轴构件和一个叶轮构件，所述轴构件由所述驱动机构和所述从动机构选择性地驱动。

8.如权利要求7所述的冷却系统，其中所述轴构件是通过一对轴承构件而被支撑在所述冷却剂泵中，并且所述电机被布置在所述轴承构件之间。

9.如权利要求1所述的冷却系统，其中所述冷却剂泵的运行至少部分地受控于控制逻辑。

10.如权利要求1所述的冷却系统，其中所述机械驱动机构包括一个螺线管构件和一个摩擦式离合器构件。

11.如权利要求10所述的冷却系统，其中所述螺线管构件的致动防止所述机械驱动机构使所述轴构件旋转。

12.如权利要求10所述的冷却系统，其中所述螺线管构件的致动允许所述机械驱动机构使所述轴构件旋转。