CN111456943B - 一种用于新能源汽车的无刷离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于新能源汽车的无刷离心泵。水泵将电器部件和泵体的动力部件通过机壳完全的隔离且远离，即使泵体的部分老化漏水，也不会立即危及电器部件的安全。而且泄漏位置和电路板的距离较远，即使发生泄漏也有足够的警报时间。转轴设计使用石墨轴套，比传统轴承重量轻，耐磨损，自润滑，耐高温。轴芯采用氧化锆增加了泵使用寿命，轴心表面光洁度比不传统锈钢轴要高出数倍，因此水泵使用寿命增长一倍，噪音相对减小10％左右，氧化锆的轴芯加工的工艺和生产保证了它的同心度，比传统不锈钢的同心度高出数倍。氧化锆材质的轴心在生产、储存，运输、装配等过程中都不会变形，比不锈钢轴的性能更加稳定。

Description

一种用于新能源汽车的无刷离心泵

技术领域

本发明涉及水泵领域，尤其涉及一种用于新能源汽车的无刷离心泵。

背景技术

随着电动汽车的普及，水泵在新能源汽车中的应用越来越广泛。在燃油车中，一般对于水泵的密封性和耐用性并不会十分的严苛，因为传统动力汽车其水泵的更换和维修成本较低，且不会对于汽车的使用造成过大的损失。但是在新能源汽车中，全车电器化部件比例大幅度增加，一旦水泵失效或者漏电，轻则导致汽车失去动力，造成抛锚，重则会引发自燃等危险，危害生命安全。因此当前对于新能源汽车的水泵提出了新的要求。

申请号201620785706.8公开了一种微型直流排水泵，包括泵壳、转子叶轮、叶轮盖、定子铁芯，所述泵壳内具有叶轮腔和出水口，且所述叶轮盖装配到泵壳的叶轮腔开口处形成吸水口，所述出水口的中心轴平行于叶轮腔的中心轴，且所述出水口的中心轴与叶轮腔的中心轴之间的距离小于叶轮腔的半径。通过将中心轴平行于叶轮腔中心轴的出水口与叶轮腔的轴向投影重叠，不仅利于低水位抽水，也便于排空叶轮腔内气体并保持流道通畅。

申请号201920455115.8公开了一种微型无刷直流水泵，包括水泵箱，所述水泵箱顶部和底部均固定安装有两个安装卡板，四个所述安装卡板的内部均开设有安装通孔，所述水泵箱的正面固定安装有抽水座，所述抽水座的顶部固定安装有进水管，所述进水管的外表面固定安装有调节阀门。该微型无刷直流水泵，通过设置了隔离密封板，且隔离密封板为石墨套板，避免了设备抽水运行时分流槽内部水泄漏至动力槽内部的现象，通过设置了密封滚珠，且转杆轴承的外表面与转轴通孔的内壁上均均匀开设有与密封滚珠相对应的限位安装槽，达到了在设备运行时，能够有效避免水渗透至转动转子内部的现象。

申请号：201811034621.6公开了一种直流电子水泵，包括端盖、隔离衬套、转子组件、线圈定子和壳体，转子组件包括铁芯转子、转轴和泵水叶轮，泵水叶轮设置于铁芯转子上，中心设有与进水口连通的进水流道，并沿进水流道向外设有若干个泵水流道与出水口相连通，所述转子组件运动产生离心力，可将从进水口进入的水沿进进水流道流经泵水叶轮向出水口离心泵水，所述线圈定子套接于隔离衬套外端，底端连接设有驱动线路板。由无刷直流电机经控制电器驱动磁转子高度旋转，产生离心力带动水源经水泵的进水口在闭环叶片的作用下经过涡轮增压将水快速排出；水泵的闭环叶轮中特别设置的多个螺旋，压水高度可达20米，且整体结构轻巧。

传统的机械和有刷水泵的转子的转动需要用到轴承、垫片，这样整个水泵的重量和体积都比较大，且转动的时候，轴承的磨损会比较大，会降低使用寿命，噪音会比较大。

传统的机械水泵和有刷水泵要实现密封，需要采用很多密封件组件，但依然存在随着密封件的老化而漏水，要实现干湿分离，转子和定子塑胶分离。

为了解决第一个问题，采用的方法是：去除传统的轴承和垫片，只有转轴套、轴、转子和定子，轴的材质是氧化锆，并设置在前端盖上，转子由外套、内套、永磁铁、石墨轴套组成永磁转子；定子磁铁上缠绕铜线两两相连，在与pcb板相连。机壳的造型，让定子和转子完全分隔开且远离，水泵机架与机壳及接线端设计为一个整体，定子铁芯，改善水泵的温升结构，提高了水泵的工作效率。

发明内容

针对上述内容，为解决上述问题，提供一种用于新能源汽车的无刷离心泵，包括前端盖、转子、轴芯、定子、机壳、后盖；其特征在于：转子腔内无通电材料，转子包括外套、内套、永磁铁、石墨轴套、叶轮；机壳包括外筒和内桶一体成型；外筒和内桶均只有一端开口，且内筒设置于外筒内，外筒和内桶的开口方向相反；定子设置于机壳的外筒开口内，转子、轴芯部分设置在内筒开口内，转子、轴芯、定子同心且定子通电后可以驱动转子绕轴芯转动；端盖与机壳设置内筒开口的一端相配合，端盖和机壳配合形成的空间可以将转子和轴芯密封内；后盖处设置PCB板和通电部件，并进行灌封胶处理，完全解决了机械水泵和有刷水泵的密封泄漏的问题。

端盖、机壳、后盖的连接顺序为端盖、机壳、后盖，且端盖、机壳的连接位置为第一连接处，机壳、后盖的连接位置为第二连接处，第一连接处和第二连接处的间距大于定子的轴向长度。

轴芯采用氧化锆材料制成，

外套和内套套接，永磁转芯设置于外套和内套之间，石墨轴套设置于内套内部；叶轮设置于外套上。

定子采用六槽定子，三对极设置，定子磁铁上缠绕铜线两两相连，再与pcb板相连，PCB控制三对绕组中会循环不断的有一对绕组不通电，在旋转的磁场中产生反电动势，以此检测磁铁的位置以达到换向的目的。

还设置有套筒，套筒设置于机壳外部，套筒与机壳连接处设置有减震垫。

由于泵体的不同位置泄漏对于整个汽车的影响是不同的，因此本发明还在PCB电路板中设置安全检测功能，根据三对绕组的反电动势确定的转子的位置，确定转子的转速，并将转速数据发送给外接的控制器；同时泵体入口和泵体出口设置流量检测器，检测泵体入口的单位时间流量A、出口的单位时间流量B。

控制器接收转子的数据，根据泵体入口的单位时间流量A、出口的单位时间流量B计算C＝B-A；如果C大于一定的阈值，则说明泵体发生泄漏，则立即关闭泵体的供电，切断和泵体直接连接的所有电路；同时计算kR-A和B-kR；如果B-kR大于一定的阈值，则说明是入水口发生泄漏，如果kR-A大于一定的阈值则说明是出水口发生泄漏，则在切断和泵体连接的所有电路时对泄漏检测的泄漏位置信息进行警报。其中k为转速流速系数。

本发明的水泵将电器部件和泵体的动力部件通过机壳完全的隔离且远离，即使泵体的部分老化漏水，也不会立即危及电器部件的安全。而且泄漏位置和电路板的距离较远，即使发生泄漏也有足够的警报时间。

前端盖的泵腔采涡轮增压，进水管路设计成叠压式，水泵叶片设计成闭环式；水泵效率提高了15％以上。转轴设计使用石墨轴套，比传统轴承重量轻，耐磨损，自润滑，耐高温。轴芯采用氧化锆增加了泵使用寿命，轴心表面光洁度比不传统锈钢轴要高出数倍，因此水泵使用寿命增长一倍，噪音相对减小10％左右，氧化锆的轴芯加工的工艺和生产保证了它的同心度，比传统不锈钢的同心度高出数倍。氧化锆材质的轴心在生产、储存，运输、装配等过程中都不会变形，比不锈钢轴的性能更加稳定。氧化锆材质的轴心重量比不锈钢要轻，因重量轻装配新能源汽车上从而使降低能耗提高续航里程。水泵机架与机壳及接线端设计为一个整体，定子铁芯，改善水泵的温升结构，提高了水泵的工作效率。采用汽车级控制芯片，驱动信号采用正弦波，具有过流、过压、过热、失相保护；有故障编码和数据通信功能。三相直流水泵是指水泵的绕组是三对极，水泵采用无传感器驱动，三对绕组中会循环不断的有一对绕组不通电，在旋转的磁场中产生反电动势，以此检测磁铁的位置以达到换向的目的。

附图说明

被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。

图1为本发明主体结构示意图；

图2为本发明转子结构示意图；

图3为本发明结构爆炸图；

图4本发明轴芯实物图

图5本发明转子实物图

图6本发明机壳实物图。

其中 前盖1、轴芯3、转子4、定子5、机壳8、后盖10；爆炸图仅表明结构形状，不代表本发明实际组装方式。

具体实施方式

本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。

实施例1：

结合图1-6，一种用于新能源汽车的无刷离心泵，包括端盖1、转子3、轴芯4、定子5、机壳8、后盖10；其特征在于：转子内无通电材料，转子包括外套、内套、永磁转芯、石墨轴套、叶轮；机壳包括外筒和内桶一体成型；外筒和内桶均只有一端开口，且内筒设置于外筒内，外筒和内桶的开口方向相反；定子设置于机壳的外筒开口内，转子、轴芯部分设置在内筒开口内，转子、轴芯、定子同心且定子通电后可以驱动转子绕轴芯转动；端盖与机壳设置内筒开口的一端相配合，端盖和机壳配合形成的空间可以将转子和轴芯密封内；后盖处设置PCB板和通电部件。

端盖、机壳、后盖的连接顺序为端盖、机壳、后盖，且端盖、机壳的连接位置为第一连接处，机壳、后盖的连接位置为第二连接处，第一连接处和第二连接处的间距大于定子的轴向长度。

轴芯采用氧化锆材料制成，

外套和内套套接，永磁转芯设置于外套和内套之间，石墨轴套设置于内套内部；叶轮设置于外套上。

定子采用六槽定子，三对极设置，定子磁铁上缠绕铜线两两相连，再与pcb板相连，PCB控制三对绕组中会循环不断的有一对绕组不通电，在旋转的磁场中产生反电动势，以此检测磁铁的位置以达到换向的目的。

还设置有套筒，套筒设置于机壳外部，套筒与机壳连接处设置有减震垫。

实施例2：

本发明还在PCB电路板中设置安全检测功能，根据三对绕组的反电动势确定的转子的位置，确定转子的转速，并将转速数据发送给外接的控制器；同时泵体入口和泵体出口设置流量检测器，检测泵体入口的单位时间流量A、出口的单位时间流量B。

控制器接收转子的数据，根据泵体入口的单位时间流量A、出口的单位时间流量B计算C＝B-A；如果C大于一定的阈值，则说明泵体发生泄漏，则立即关闭泵体的供电，切断和泵体直接连接的所有电路；同时计算kR-A和B-kR；如果B-kR大于一定的阈值，则说明是入水口发生泄漏，如果kR-A大于一定的阈值则说明是出水口发生泄漏，则在切断和泵体连接的所有电路时对泄漏检测的泄漏位置信息进行警报。其中k为转速流速系数，转速R乘以k后得到流速。

水泵还设置有稳定性传感器，所述稳定性传感器设置在水泵出口的管路上。稳定性传感器设置有两个超声探头，一个为超声发射探头，另一个为超声接收探头；超声发射探头和超声接收探头分别设置在管路的两侧，并且相对设置；使得超声发射探头发出的超声信号可以穿过管路和其内部的水之后到达超声接收探头；

超声发射探头和超声接收探头均连接至控制器，控制器内对超声发射探头和超声接收探头的数据进行一个差分(由于超声发射探头和超声接收探头其信号的发送和接收的时间差非常小，因此直接对信号进行差分并不会影响其检测的精度)，差分后的信号即是超声信号的衰减量，衰减量表征了管路内部的水的流动情况，且受到水流的影响。

控制器同时获取泵体的转动速度，然后得到转速随之间的变化信号a以及超声信号的衰减量随时间的变化b；然后获得a、b单位时间内其数值变化超过一定阈值的时间点分别记为两个一维矩阵，数列内的量为时间点，即a单位时间内其数值变化超过一定阈值的时间点矩阵为[t_a1,t_a2,t_a3,t_a4,……],b单位时间内其数值变化超过一定阈值的时间点矩阵为[t_b1,t_b2,t_b3,t_b4,……]；并将两个时间点进行对比，如果b的变化和a的变化时随动的，这说明泵体是稳定的，其流量的变化随转速变化；如果b的变化和a的变化不是随动的，这说明泵体在某些时刻其泵体的转速和流量的变化不是稳定的，说明某些时刻泵体可能在空转，这时进行检漏的检测会导致不准确，这时就关闭检漏的功能。

这里的是否随动的检测的方式是，将矩阵[t_a1,t_a2,t_a3,t_a4,……]和矩阵[t_b1,t_b2,t_b3,t_b4,……]内的每个量进行逐个的相减，得到的差分矩阵[t_a1-t_b1,t_a2-t_b2,t_a3-t_b3,t_a4-t_b4,……]，如果差分矩阵内的所有量的方差小于一定的阈值这说明是随动的，如果方差大于一定的阈值则说明其不是随动的。

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种用于新能源汽车的无刷离心泵，包括端盖、转子、轴芯、定子、机壳、后盖；其特征在于：转子内无通电材料，转子包括外套、内套、永磁转芯、石墨轴套、叶轮；机壳包括外筒和内筒一体成型；外筒和内筒均只有一端开口，且内筒设置于外筒内，外筒和内筒的开口方向相反；定子设置于机壳的外筒开口内，转子、轴芯部分设置在内筒开口内，转子、轴芯、定子同心且定子通电后可以驱动转子绕轴芯转动；端盖与机壳设置内筒开口的一端相配合，端盖和机壳配合形成的空间可以将转子和轴芯密封内；后盖处设置PCB板和通电部件；

端盖、机壳、后盖的连接顺序为端盖、机壳、后盖，且端盖、机壳的连接位置为第一连接处，机壳、后盖的连接位置为第二连接处，第一连接处和第二连接处的间距大于定子的轴向长度；轴芯采用氧化锆材料制成；

外套和内套套接，永磁转芯设置于外套和内套之间，石墨轴套设置于内套内部；叶轮设置于外套上；

定子采用六槽定子，三对极设置，定子磁铁上缠绕铜线两两相连，再与PCB板相连，PCB控制三对绕组中会循环不断的有一对绕组不通电，在旋转的磁场中产生反电动势，以此检测磁铁的位置以达到换向的目的；

还设置有套筒，套筒设置于机壳外部，套筒与机壳连接处设置有减震垫；

根据采集流量信息与设定阈值对比对是否泄漏进行检测，并对泄漏检测的泄漏位置信息进行警报；

根据三对绕组的反电动势确定的转子的位置，确定转子的转速，并将转速数据发送给外接的控制器；同时泵体入口和泵体出口设置流量检测器，检测泵体入口的单位时间流量A、出口的单位时间流量B；

控制器接收转子的数据，根据泵体入口的单位时间流量A、出口的单位时间流量B计算C＝B-A；如果C大于阈值，则说明泵体发生泄漏，则立即关闭泵体的供电，切断和泵体直接连接的所有电路；同时计算kR-A和B-kR；如果B-kR大于阈值，则说明是入水口发生泄漏，如果kR-A大于阈值则说明是出水口发生泄漏，则在切断和泵体连接的所有电路时对泄漏检测的泄漏位置信息进行警报；其中k为转速流速系数，转速R乘以k后得到流速；

水泵还设置有稳定性传感器，所述稳定性传感器设置在水泵出口的管路上；稳定性传感器设置有两个超声探头，一个为超声发射探头，另一个为超声接收探头；超声发射探头和超声接收探头分别设置在管路的两侧，并且相对设置；使得超声发射探头发出的超声信号可以穿过管路和其内部的水之后到达超声接收探头；

超声发射探头和超声接收探头均连接至控制器，控制器内对超声发射探头和超声接收探头的数据进行一个差分，差分后的信号即是超声信号的衰减量，衰减量表征了管路内部的水的流动情况，且受到水流的影响；

控制器同时获取泵体的转动速度，然后得到转速随时间的变化信号a以及超声信号的衰减量随时间的变化b；然后获得a、b单位时间内其数值变化超过阈值的时间点分别记为两个一维矩阵，数列内的量为时间点，即a单位时间内其数值变化超过阈值的时间点矩阵为[t_a1,t_a2,t_a3,t_a4,……],b单位时间内其数值变化超过阈值的时间点矩阵为[t_b1,t_b2,t_b3,t_b4,……]；并将两个时间点进行对比，如果b的变化和a的变化是随动的，这说明泵体是稳定的，其流量的变化随转速变化；如果b的变化和a的变化不是随动的，这说明泵体在某些时刻其泵体的转速和流量的变化不是稳定的，说明某些时刻泵体可能在空转，这时进行检漏的检测会导致不准确，这时就关闭检漏的功能。

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