CN109196228B - 包括连接组的具有电动驱动器和机械驱动器的泵组 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的电动机的冷却回路的泵组(1)，包括：‑叶轮(2)，可绕通过叶轮轴(200)移动的轴线(X‑X)旋转；‑机械驱动器(3)和机械轴(300)，该机械轴可通过机械驱动器(3)旋转并可操作地连接到叶轮轴(200)；‑电动驱动器(4)和电动轴(400)，该电动轴可通过电动驱动器(4)旋转并可操作地连接到叶轮轴(200)；‑连接组(5)，分别包括叶轮轴连接端部(205)、机械轴连接端部(305)和电动轴连接端部(405)，其中各个端部借助于第一单向联接器(51)和第二单向联接器(52)可操作地相互连接。

Description

包括连接组的具有电动驱动器和机械驱动器的泵组

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的冷却回路的泵组，优选地，用于冷却电动机(诸如内燃机)的泵组。

背景技术

众所周知，在电动机的正常使用期间，改变冷却作用的强度是合适的。

例如，当电动机在满负荷或在牵引条件下或在上坡路上或在高环境温度下工作时，强烈的冷却是适宜的。

相反，在其他使用条件中，不适宜强调冷却，例如在启动电动机时或在使用后。

现有技术公开了冷却泵，其中已解决了这种需要。

实际上已知冷却泵用于电动车辆，其中叶轮的旋转速度借助于电动驱动器来调节，并因此借助于通过其在冷却回路中的循环而流动的冷却液的量来调节。

遗憾的是，这种泵虽然在它们应用中是非常通用的，并且由于专用电子控制而具有旋转管理的可能性，但通常具有低的输送功率，其受到通过车辆的电气系统提供的电力限制。

此外，这些泵在出故障的情况下不具有“故障安全”特性，即当电机已遭受破坏时以紧急配置起作用的可能性。

机械操作的泵也是已知的，其中叶轮的旋转与内燃机的转数有关；在这些解决方案中，冷却液的量的调节被托付给位于叶轮上游或下游的特殊调节元件，其适于改变回路的贯通横截面，从而改变冷却液的流量。

遗憾的是，这种解决方案虽然适合于输送高功率并证明是显著可靠的，但是具有与电动机速度和调节元件的特性相关的较少的通用冷却管理，并且通常太大。而且，在“后运行”配置中，即在电动机关闭的情况下，不执行冷却。

最后，双驱动泵也是已知的，即其包括电动驱动器和机械驱动器。

遗憾的是，这些泵具有特别复杂的两个驱动器的管理、以及铰接的且庞大的结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于车辆的冷却回路的泵组，例如用于内燃机的泵组，其满足上述要求，克服了所述缺点。换言之，该目的是提供一种双作用泵组，其具有简化的双驱动器的管理，并且具有简单且紧凑的结构。

这种目的通过根据本发明的泵组来实现。

根据本发明，一种用于车辆的电动机的冷却回路的泵组，包括：-叶轮和叶轮轴，叶轮能绕轴线旋转，叶轮轴沿着轴线延伸并包括叶轮端部以及与叶轮端部相对的叶轮轴连接端部，叶轮一体旋转地安装在叶轮端部上；-机械驱动器和机械轴，机械轴沿着轴线延伸并包括机械轴连接端部，机械轴能由机械驱动器旋转并能操作地连接到叶轮轴；-电动驱动器和电动轴，电动轴沿着轴线延伸并包括电动轴连接端部，电动轴能由电动驱动器旋转并能操作地连接到叶轮轴，其中，电动驱动器包括电动机；泵组的特征在于还包括以下部件的事实：-连接组，分别包括叶轮轴连接端部、机械轴连接端部和电动轴连接端部以及第一单向联轴器和第二单向联轴器，第一单向联轴器使叶轮轴连接端部与机械轴连接端部能操作地连接，第二单向联轴器使叶轮轴连接端部与所述电动轴连接端部能操作地连接；其中，叶轮轴连接端部为中空的并在内部限定适于容纳以下部件的叶轮轴壳体：-第二单向联接器和电动轴连接端部，其中，叶轮轴连接端部在外部支撑第一单向联接器和机械轴连接端部，机械轴连接端部限定机械轴壳体；或者-第一单向联接器和机械轴连接端部，其中，叶轮轴连接端部在外部支撑第二单向联接器和电动轴连接端部，电动轴连接端部限定电动轴壳体。

附图说明

下面将借助于附图详细描述本发明的目的，其中：

-图1示出了的根据本发明、根据第一可能实施例的泵组的透视图；

-图2示出了图1中的泵组的横截面图；

-图2a示出了图2中所示的泵组的细节的放大横截面图。

具体实施方式

参考前述附图，参考数字1总体上表示根据本发明的一实施例变型的用于电动机(优选地为内燃机)的冷却回路的泵组。

本发明的泵组1包括可绕轴线X-X旋转的叶轮2，使得叶轮2的旋转对应于回路中的预定量的冷却液的移动。

优选地，叶轮2是径向式的，即，使得液体的进入流具有整体基本上轴向方向，并且输出中的液体流具有径向方向。

泵组1包括沿着所述轴线X-X延伸的叶轮轴200，并且包括叶轮端部202，叶轮2一体旋转地安装在该叶轮端部上。换言之，叶轮轴200的旋转动作对应于叶轮2的旋转。

泵组1提供双驱动，即，它可机械地和电力地操作。为此目的，泵组1包括机械驱动器3和电动驱动器4。

特别地，泵组1包括机械轴300，该机械轴可由机械驱动器3旋转并可操作地连接到叶轮轴200。换言之，机械轴300的移动引起叶轮轴200的移动。

在优选实施例中，机械驱动器3包括用于驱动皮带的皮带轮，该皮带轮例如通过使用运动链连接到驱动轴。

优选地，皮带轮是电磁皮带轮33。

在具有电磁皮带轮33的实施例中，这通常是接合的，并且仅当其被致动时(即，其中的线圈被电激励)，释放机构才使皮带轮与机械轴300分离。

实际上，优选地，电磁皮带轮33包括其上安装有驱动皮带的外环、内环以及包括中间线圈的中间释放机构。在该实施例中，内环是可操作地连接到机械轴300的驱动环，该机械轴借助于第一单向联接器51(如下所述)可操作地连接到叶轮轴200。

通常，当电磁皮带轮33未通电时，外环与内环一体地旋转。在这种电磁皮带轮33被禁用的这种配置下，如果内环具有大于从动环的转速，则机械轴300被机械旋转地拖动。相反，当电磁皮带轮33通电(即，线圈被电激励)时，释放机构将外环从内环释放，使得外环在被皮带旋转地驱动的同时不会向内环传递任何旋转，并因此不会传递到向机械轴300传递任何旋转。

另外，泵组1包括电动轴400，该电动轴可由电动驱动器4旋转并可操作地连接到叶轮轴200。

优选地，电动驱动器4包括电动机40，该电动机包括安装在电动轴400的电动机端部401上的叶轮41以及同轴固定至转子41的定子42。

泵组1还包括用于控制电动驱动器4和/或电磁皮带轮33的电子控制装置；优选地，所述控制装置放置在泵组1上。

根据优选实施例，本发明的泵组1还包括连接组5，该连接组适于使得叶轮轴200与机械轴300和电动轴400连接。优选地，如下所述，连接组5也适于使得叶轮轴200根据机械轴300和/或电动轴400的作用而运动。

实际上，优选地，连接组5分别包括叶轮轴连接端部205、机械轴连接端部305和电动轴连接端部405。

根据优选实施例，叶轮轴连接端部205借助于第一单向联接器51与机械轴连接端部305可操作地连接；而叶轮轴连接端部205借助于第二单向联轴器52与电动轴连接端405可操作地连接。

优选地，第一单向联接器51包括滚动轴承以用于将机械轴连接端部305旋转地支撑到叶轮轴连接端部205。例如，滚动轴承是具有滚子或滚针的类型，其具有设置于从动环和驱动环之间的滚动元件。

优选地，第二单向联轴器52包括滚动轴承以用于将电动轴连接端部405旋转地支撑到叶轮轴连接端部205。例如，滚动轴承是具有滚子或滚针的类型，其具有设置于从动环和驱动环之间的滚动元件。

根据优选实施例，机械轴305和电动轴405沿着所述旋转轴线X-X延伸。

优选地，叶轮2、机械驱动器3和电动驱动器4沿着旋转轴线X-X对准。换言之，机械驱动器3设置于叶轮和电动驱动器4之间。

根据优选实施例，连接组5沿着轴线X-X定位在叶轮2和机械驱动器3之间。

包含在连接组5中的单向联轴器51、52适于在润滑条件下操作；优选地，连接组5包括密封元件55，该密封元件适于关于相应的轴径向地操作，以密封地包含第一单向联接器51和第二单向联接器52的润滑用润滑剂。

在优选实施例中，叶轮轴连接端部205是中空的并在其中限定叶轮轴壳体205'，该叶轮轴壳体适于容纳第二单向联接器52和电动轴连接端部405。同时叶轮轴连接端部205在外部支撑第一单向联接器51和机械轴连接端部305，该机械轴连接端部限定机械轴壳体305'。优选地，实际上，机械轴壳体305'在长度上延伸以包含电动轴连接端部405、第一单向联接器51、叶轮轴连接端部205和第二单向联接器52。

还提供了这样的实施例，其中连接端部具有与上述那些不同的形状，但是构造成容纳和支撑往复部分和单向联接器，以便与叶轮轴200可操作地连接，特别是与叶轮轴连接端部205可操作地连接。

例如，在另一实施例中(在附图中未示出)，叶轮轴连接端205是中空的并在其中限定叶轮轴壳体205'，该叶轮轴壳体适于容纳第一单向联接器51和机械轴连接端部305。同时叶轮轴连接端部205在外部支撑第二单向联接器51和电动轴连接端部405，该电动轴连接端部限定电动轴壳体305'。优选地，实际上，电动轴壳体405'在长度上延伸以包含机械轴连接端部305、第二单向联接器52、叶轮轴连接端部205和第一单向联接器51。

优选地，泵单元1包括泵体10，该泵体将叶轮2容纳在特殊成形的叶轮室120中。

泵体10特别地设计成适于可旋转地支撑叶轮轴200和连接元件5。

泵组1实际上包括旋转装置60，该旋转装置适于将叶轮轴200和连接组5可旋转地支撑到泵体10。优选地，旋转装置60包括可操作地连接到叶轮轴200的至少一个第一滚动元件61；此外，优选地，旋转装置60包括可操作地连接到连接组5的至少一个第二滚动元件62。

此外，根据优选实施例，旋转装置60还包括至少一个动态密封件65，该动态密封件接合泵体10和叶轮轴200以密封地关闭叶轮室120。

此外，在优选实施例中，泵组1包括节流阀(未示出)，该节流阀装配在泵体中，以便沿着来自叶轮室120的出口管道放置。该阀可使用致动器(未示出)控制，该致动器例如是电动的、液压的或真空的，优选地可由控制装置来控制。这种阀的特征在本申请人名下的文献EP2534381、EP13188771、EP13801735、WO2015/059586和BS2014A000171中公开。

另外，根据另一实施例，泵组1在叶轮2上游包括调节筒(未示出)，该调节筒适于调节朝向叶轮的冷却液的量。所述闭塞器筒的特征例如在本申请人名下的文献WO2015/004548中示出。

根据上述实施例，电动驱动器4和/或任何电磁皮带轮33根据在车辆的使用期间出现的某些状况电子地控制。

在正常配置中，电磁皮带轮33未通电且电动驱动器4关闭，使得叶轮轴200仅通过电磁皮带轮33移动，即，通过机械轴300的旋转而移动。

例如，当启动车辆时，如果发动机仍然是冷的(所谓的“预热”配置)，则电磁皮带轮33被激活，以便在电动驱动器4停止的同时解除机械轴300上的动作。结果，叶轮2保持静止，液体不在回路中循环，并且电动机更快地预热。

根据另一示例，在重载条件下，诸如当车辆牵引拖车或努力上坡时，通常以低速(并因此具有低发动机转速)，电动驱动器4被激活，以使叶轮轴200以大于由机械驱动器3引起的速度旋转。

有利地，在该配置中，第一单向联接器51使叶轮200与机械轴300旋转地分离，从而减小由电动驱动器4旋转地拖动的质量。

根据另一示例，在使用车辆后，如果冷却液仍然非常热，则启动电动驱动器4，以使叶轮轴2旋转(因此该阶段被称为“后运行”)。

这样，叶轮2以预定的转速旋转，而机械驱动器3完全不起作用，因为车辆发动机关闭。具体地，例如，电磁皮带轮33不通电，不需要旋转轴的运动。同样在这种情况下，第一单向联接器51使叶轮轴200与机械轴300旋转地分离，从而减小由电动驱动器4旋转地拖动的质量。

因此，通常，每当需要增加冷却能力时，无论与发动机转速有关的机械驱动器3如何，电动驱动器4被激活。

例如，在其中泵组1包括机械驱动器3的实施例中，该机械驱动器具有“经典皮带轮”，该经典皮带轮是机械式的，因此不是电子地控制的，并且包括上述节流阀，在其中发动机仍然是冷的并需要尽可能快地加热的上述“预热”阶段中，通过控制节流阀的位置来调节循环中的冷却剂的量。

新颖地，根据本发明的泵组满足了发动机的冷却要求并克服了以上提到的缺点。

首先，有利地，根据本发明的泵组是非常灵活的，因为它根据实际需求而不是发动机速度或系统的电力的可用性来响应车辆的冷却需求。也就是说，有利地，泵组证明特别适于完全管理冷却系统中的冷却液的量，例如通过管理除发动机之外的其他车辆部件(诸如涡轮组)的冷却，从而避免需要具有专用电动泵来使这些部件中的预定量的冷却液移动，从而允许在发动机舱中获得额外的空间。

此外，有利地，泵组是特别紧凑的且尺寸小，使得其特别适于容纳在机动车辆的发动机舱中。

例如，有利地，叶轮(以及具有蜗壳的叶轮室)是更紧凑的且不会过大，并且与已知的泵组(其中叶轮通常过大，以弥补机械泵的不良灵活性和电动泵的有限功率)相比总是在最佳性能状况下操作。

另一个有利方面在于，连接组简化了泵组的结构，与现有技术的技术方案相比，其尺寸是更紧凑的。

又一个有利方面是由于这样的事实：液压和机械负载以优化的方式分布在叶轮轴上。例如，与现有技术的技术方案相比，叶轮轴具有特别紧凑的尺寸。

此外，又一个有利方面在于这样的事实：泵组需要有限数量的动态密封件。

有利地，电动驱动器的设计由设计者简化并可优化。

此外，有利地，从电动驱动器过渡到机械驱动器以及从机械驱动器过渡到电动驱动器通过单向联接器机械地操作。因此，有利地，泵组的电子管理非常简单。

此外，有利地，即使发动机在运转，例如，在“预热”的状况下，其适合加热电动机，泵组能够避免冷却作用。

在另一个有利方面，泵组具有“故障安全”特性；实际上，在电动驱动器出故障的情况下，由于机械驱动器和第二单向联接，泵组继续确保叶轮的移动。

根据另一个有利的方面，泵组在“后运行”状态下(即，在发动机关闭的情况下)运行。有利地，在“后运行”的状态下，可以避免给电磁皮带轮供电，从而节省电力。

另一个有利方面在于以下事实：与标准机械泵相比，泵组具有更有限的功率吸收。

此外，有利地，第二单向联接器允许在其中通过机械驱动器使得叶轮旋转的构造中，转子不会通过轴而旋转；因此不产生磁摩擦(或者转子-定子组也不作为发电机而工作)。

显然，本领域技术人员可以对上述泵组做出修改以满足依情况而定的要求，所有这些都包含在由以下权利要求限定的保护范围内。

另外，描述为属于可能实施例的每个变型可以独立于所述其他实施例而实现。

Claims (13)

1.一种用于车辆的电动机的冷却回路的泵组(1)，包括：

-叶轮(2)和叶轮轴(200)，所述叶轮(2)能绕轴线(X-X)旋转，所述叶轮轴沿着所述轴线(X-X)延伸并包括叶轮端部(202)以及与所述叶轮端部(202)相对的叶轮轴连接端部(205)，所述叶轮(2)一体旋转地安装在所述叶轮端部上；

-机械驱动器(3)和机械轴(300)，所述机械轴沿着所述轴线(X-X)延伸并包括机械轴连接端部(305)，所述机械轴(300)能由所述机械驱动器(3)旋转并能操作地连接到所述叶轮轴(200)；

-电动驱动器(4)和电动轴(400)，所述电动轴沿着所述轴线(X-X)延伸并包括电动轴连接端部(405)，所述电动轴(400)能由所述电动驱动器(4)旋转并能操作地连接到所述叶轮轴(200)，其中，所述电动驱动器(4)包括电动机(40)；

所述泵组(1)的特征在于还包括以下部件的事实：

-连接组(5)，分别包括所述叶轮轴连接端部(205)、所述机械轴连接端部(305)和所述电动轴连接端部(405)以及第一单向联轴器(51)和第二单向联轴器(52)，所述第一单向联轴器使所述叶轮轴连接端部(205)与所述机械轴连接端部(305)能操作地连接，所述第二单向联轴器使所述叶轮轴连接端部(205)与所述电动轴连接端部(405)能操作地连接；

其中，所述叶轮轴连接端部(205)为中空的并在内部限定适于容纳以下部件的叶轮轴壳体(205')：

-所述第二单向联接器(52)和所述电动轴连接端部(405)，其中，所述叶轮轴连接端部(205)在外部支撑所述第一单向联接器(51)和所述机械轴连接端部(305)，所述机械轴连接端部限定机械轴壳体(305')；或者

-所述第一单向联接器(51)和所述机械轴连接端部(305)，其中，所述叶轮轴连接端部(205)在外部支撑所述第二单向联接器(52)和所述电动轴连接端部(405)，所述电动轴连接端部限定电动轴壳体。

2.根据权利要求1所述的泵组(1)，其中，所述叶轮(2)、所述机械驱动器(3)和所述电动驱动器(4)沿着所述轴线(X-X)对准地布置。

3.根据权利要求2所述的泵组(1)，其中，所述连接组(5)沿着所述轴线(X-X)定位在所述叶轮(2)和所述机械驱动器(3)之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的泵组，其中，所述连接组(5)包括密封元件(55)，所述密封元件适于关于它们各自的轴径向地操作，以密封地包含所述第一单向联接器(51)和所述第二单向联接器(52)的润滑用润滑剂。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的泵组，其中，所述机械轴壳体(305')在长度上延伸并在内部容纳所述电动轴连接端部(405)。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的泵组，其中，所述第一单向联接器(51)包括用于旋转地支撑所述机械轴连接端部(305)的滚动轴承。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的泵组，其中，所述第二单向联接器(52)包括用于旋转地支撑所述电动轴连接端部(405)的滚动轴承。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的泵组(1)，还包括泵体(10)，所述泵体将所述叶轮(2)容纳在叶轮室(120)中，其中所述泵体(10)能旋转地支撑所述叶轮轴(200)和所述连接组(5)。

9.根据权利要求8所述的泵组(1)，包括旋转装置(60)，所述旋转装置适于将所述叶轮轴(200)和所述连接组(5)旋转地支撑到所述泵体(10)，其中，所述旋转装置(60)包括能操作地连接到所述叶轮轴(200)的至少一个第一滚动元件(61)以及能操作地连接到所述连接组(5)的至少一个第二滚动元件(62)。

10.根据权利要求9所述的泵组(1)，其中，所述旋转装置(60)还包括至少一个动态密封件(65)，所述动态密封件与所述泵体(10)和叶轮轴(200)接合以密封地关闭所述叶轮室(120)。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的泵组(1)，其中，所述机械驱动器(3)包括电磁皮带轮(33)，所述电磁皮带轮安装在所述机械轴(300)的皮带轮端部(303)处，其中，所述电磁皮带轮通常接合、能电激励以使所述机械驱动器与所述机械轴分离。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的泵组(1)，其中，所述电动驱动器(4)包括转子(41)和固定的定子(42)，所述转子安装在所述电动轴(400)的电机端部(401)上、与所述电动轴连接端部(405)相对，所述定子与所述转子(41)同轴。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的泵组(1)，包括用于控制所述电动驱动器(4)和/或电磁皮带轮(33)的电子控制装置，所述电子控制装置放置在所述泵组(1)上。

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