CN112262262B - 电动冷却剂泵 - Google Patents

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Abstract

一种电动冷却剂泵(10)，包括：泵壳体(12)，限定：泵送室(20)，在泵操作期间填充有冷却剂，具有：径向内部的泵入口(22)，径向外部的泵出口(24)，和从泵入口(22)的下游延伸到泵出口(24)的泵蜗壳(26)，以及马达室(28)，通过基本上在径向平面中延伸的分隔侧壁(18)与泵送室(20)流体地分隔，电马达(30)，具有可旋转的马达转子(32)，静止的马达定子(34)，具有相对于马达转子(32)在马达室(28)中侧向布置的单个紧凑的定子线圈装置(50)，和在马达室(28)中布置的马达电子器件(36)，用于激励定子线圈装置(50)；以及泵轮(58)，布置在泵送室(20)中并且与马达转子(32)可共同旋转地连接，其中，定子线圈装置(50)在轴向上与泵蜗壳(26)的蜗壳冷却区段(60)相邻地设置，并与由蜗壳冷却区段(60)限定的、分隔侧壁(18)的冷却部段(62)热接触，泵蜗壳的蜗壳冷却区段(60)从泵出口(24)开始在120°的蜗壳角(A)上延伸。

Description

电动冷却剂泵
技术领域
本发明涉及电动冷却剂泵，优选地，涉及用于机动车辆的电动冷却剂泵。
背景技术
通常提供机动车辆电动冷却剂泵，以使机动车辆冷却回路的冷却剂流通，主要用于冷却机动车辆的内燃机。为了避免损坏内燃机，电动冷却剂泵必须可靠且具有故障保护功能。由于机动车辆发动机室中的可用空间有限，因此电动冷却剂泵通常设计得非常紧凑。电动冷却剂泵可以例如配备有具有紧凑的定子线圈装置的电马达，其仅需要很小的空间用于马达定子。然而，紧凑的定子线圈装置必须以高的驱动能量密度来驱动以允许高的机械泵性能。定子线圈装置中的高能量密度会产生大量热量，这是由电阻加热引起的。必须有效地散发产生的热量，以避免电马达、特别是热敏感的马达电子器件的过热，并允许高马达效率。
例如在WO 2017/220119 A1中公开了一种用于机动车辆的电动冷却剂泵。冷却剂泵设有泵壳体，该泵壳体限定了泵送室和马达室。泵送室填充有冷却剂并且包括径向内部的泵入口，径向外部的泵出口和从泵入口的下游延伸到泵出口的泵蜗壳。马达室通过基本上在径向平面中延伸的分隔侧壁与泵送室流体地分隔。冷却剂泵配备有具有电马达，该电马达具有可旋转的马达转子，具有紧凑的定子线圈装置的马达定子以及用于为定子线圈装置供电的马达电子器件。定子线圈装置由相对于马达转子侧向布置的单个定子线圈限定。马达定子和马达电子器件布置在干马达室中。冷却剂泵包括布置在泵送室中的泵轮，该泵轮通过轴向延伸的转子轴与马达转子可共同旋转地连接，从而泵轮由电马达驱动。
定子线圈装置在轴向上邻近泵蜗壳的蜗壳冷却区段设置。马达线圈装置与分隔侧壁热接触，特别是与分隔侧壁的由蜗壳冷却区段限定的冷却部段热接触，从而通过被泵送通过蜗壳冷却区段并沿侧壁冷却部段流动的冷却剂来冷却定子线圈装置。但是，侧壁冷却部段面积相对较小。结果，至少定子线圈装置的相对于蜗壳冷却区段在径向上更靠外侧定位的部分未被有效地冷却，从而该定子线圈装置相对较快地加热。定子线圈装置的温度越高，其电磁效率越低。结果，必须以更高的驱动能量来驱动定子线圈装置以实现预定的马达性能，这又增加了在定子线圈装置中产生的热量。另外，较高的驱动能量引起马达电子器件的额外加热，从而将驱动能量提供给定子线圈装置。结果，马达、尤其是马达电子器件会过热，这会导致电动冷却剂泵的故障或甚至失灵。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高泵性能的紧凑且可靠的电动冷却剂泵。
该目的通过具有权利要求1的特征的电动冷却剂泵来实现。
根据本发明的电动冷却剂泵设置有泵壳体，该泵壳体限定了泵送室和马达室，二者均通过基本上在径向平面中延伸的分隔侧壁彼此流体分隔。泵送室在泵操作期间填充有冷却剂，并且包括径向内部的泵入口和径向外部的泵出口。优选地，泵入口基本在轴向马达方向上延伸，并且泵出口基本在径向平面上延伸，使得泵入口相对于泵出口基本垂直地延伸。泵入口和泵出口通过在径向平面上从泵入口的下游延伸到泵出口的泵蜗壳被流体地连接。泵蜗壳的流动横截面从泵入口到泵出口增大，以提供有效的冷却剂排放。
电动冷却剂泵包括电马达，该电马达具有可旋转马达转子，静止马达定子和用于向定子线圈装置供电的马达电子器件。可旋转的马达转子由马达定子磁驱动。优选地，马达转子是永磁的，从而不需要易磨损的滑动触点来电磁地磁化马达转子。电气部件，即马达电子器件和电磁马达定子，对冷却剂敏感，因此被布置在干马达室内。
马达定子具有单个紧凑的定子线圈装置，该定子线圈装置可以由单个定子线圈限定或者可以包括多个定子线圈。在任何情况下，定子线圈装置的所有定子线圈都集中地布置成紧凑的簇，即，所有定子线圈都彼此直接相邻地布置。定子线圈装置相对于马达转子侧向布置，使得定子线圈装置的所有定子线圈都布置在马达转子的同一侧。定子线圈不沿马达转子的圆周分布。结果，定子线圈装置仅需要很小的空间。
电动冷却剂泵设置有与马达转子可共同旋转地连接的泵轮，使得泵轮由电马达驱动。泵轮可与马达转子一体地设置，或者可替代地，例如通过转子轴与马达转子可共同旋转地连接。泵轮布置在泵送室中，用于将冷却剂从泵入口通过泵蜗壳泵送到泵出口。优选地，泵轮位于泵蜗壳的径向中心，使得经由优选地轴向的泵入口进入泵送室的冷却剂基本上轴向地逆着泵轮流动，并通过旋转的泵轮被径向向外地加速。
根据本发明，定子线圈装置轴向地邻近于泵蜗壳的蜗壳冷却区段定位。蜗壳冷却区段限定了侧壁冷却部段，该侧壁冷却部段在轴向上将蜗壳冷却区段与马达室分开。侧壁冷却部段由流经蜗壳冷却区段的冷却剂冷却。定子线装置置与侧壁冷却部段热接触，即，定子线圈装置与侧壁冷却部段之间没有气隙。结果，可以通过通过泵蜗壳泵送的冷却剂来冷却定子线圈装置。
蜗壳冷却区段从泵出口开始在120°的蜗壳角上延伸，即，蜗壳冷却区段位于泵出口处。结果，由于泵蜗壳的流动横截面从泵入口到泵出口增加，所以蜗壳冷却区段限定了相对较大的侧壁冷却部段面积。这允许整个定子线圈装置的有效冷却，这降低了定子线圈装置的温度以及热量被定子线圈装置散发到马达室中。
降低的定子线圈装置温度提高了导电率，并且因此提高了定子线圈装置的电磁效率，从而需要较低的驱动能量来实现预定的泵性能。这减少了马达电子器件中的废热产生。减少马达电子器件中产生的废热，并减少定子线圈装置向马达室中的热量散发，避免了马达电子器件的过热。另外，改进的电磁效率允许对于预定的驱动能量具有更高的泵性能。结果，根据本发明的电动冷却剂泵可以可靠地提供高机械泵性能。
除了定子线圈装置的较高电导率之外，定子线圈装置的有效冷却还允许经由侧壁冷却部段将更多的热量耗散到冷却剂中，从而可以在定子线圈装置中产生更多的热量而不会使定子线圈装置过热。结果，定子线圈装置的有效冷却允许减小定子线圈装置的线圈线横截面而不会损失马达效率并且不会使定子线圈装置过热。这允许更紧凑的定子线圈装置，并且因此允许紧凑的电马达。
优选地，定子线圈装置由单个定子线圈限定，该单个定子线圈相对于马达转子侧向地和卫星状地布置。单个定子线圈允许定子线圈装置的非常紧凑的实施，并因此允许电动冷却剂泵的非常紧凑的实施。另外，单个定子线圈可以容易地沿轴向布置在侧壁冷却部段附近并且与侧壁冷却部段热接触。
在本发明的优选实施例中，通过在轴向上布置在侧壁冷却部段和定子线圈装置之间并与侧壁冷却部段和定子线圈装置直接接触的传热元件来提供定子线圈装置和侧壁冷却部段之间的热接触。传热元件具有至少1W/(m·K)的高导热率。优选地，传热元件是相对柔性的，使得传热元件可适合于定子线圈装置的轮廓。这允许传热元件和定子线圈装置之间的大接触面积，并且因此允许非常有效地将热量从定子线圈装置具有传热元件和侧壁冷却部段散发到冷却剂中，从而有效冷却定子线圈装置。
优选地，至少分隔侧壁的冷却部段由具有高导热率的材料制成，例如由铝制成。优选地，侧壁冷却部段材料的导热率高于10W/(m·K)，但是导热率至少高于塑料材料的导热率。这允许从定子线圈装置经由侧壁冷却部段到冷却剂的有效热传递，结果是定子线圈装置的有效冷却。
由于在马达操作期间马达电子器件中会产生大量热量，因此需要对马达电子器件进行充分的冷却，以避免马达电子器件发生故障或损坏，从而避免电动冷却剂泵出现故障。在本发明的优选实施例中，马达电子器件设置成与分隔侧壁热接触，使得马达电子器件被泵送通过冷却剂泵的冷却剂冷却。这提供了可靠的电马达，并且因此提供了可靠的电动冷却剂泵。优选地，马达电子器件的几何形状适合于泵蜗壳的几何形状，从而可以设置整个马达电子器件与分隔侧壁热接触。
优选地，马达转子设置在转子室中，该转子室通过分隔罐与马达室流体地分隔。分隔罐延伸穿过马达转子和马达定子之间的气隙，并且由对马达定子产生的磁场具有渗透性的材料制成。由于转子室与马达室流体分隔，因此转子室不必相对于泵送室密封。这允许马达转子与泵轮的简单的可共同旋转的连接，而不需要昂贵且易于磨损的任何复杂的密封元件。
附图说明
参考附图描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出了根据本发明的电动冷却剂泵的示意性局部截面侧视图，
图2示出了图1的冷却剂泵的电马达的示意性局部截面俯视图，以及
图3示出了图1的冷却剂泵的泵送室盖的示意性俯视图。
具体实施方式
电动冷却剂泵10包括多部分的泵壳体12，该泵壳体具有泵送室盖元件14，马达室盖元件16和基本上在径向平面中延伸的分隔侧壁18。在本发明的当前实施例中，分隔侧壁18由具有高导热率的材料制成，例如由铝制成。泵送室盖元件14和分隔侧壁18限定了在泵操作期间填充有冷却剂的泵送室20。泵送室20包括径向内部的泵入口22，径向外部的泵出口24以及在径向平面上从泵入口22的下游延伸到泵出口24的泵蜗壳26。泵入口22基本在轴向马达方向上延伸，并且泵出口24基本在径向平面上延伸，使得泵入口22相对于泵出口24基本垂直地布置。泵蜗壳26的流动横截面从泵入口22到泵出口24增加。马达室盖元件16和分隔侧壁18限定马达室28，该马达室26通过分隔侧壁18与泵送室20流体分隔。
冷却剂泵10包括电马达30，该电马达30具有可旋转的永磁马达转子32，静止的电磁马达定子34和用于给马达定子34供电的马达电子器件36。马达转子32位于转子室38中，该转子室44通过分隔罐40与马达室28流体地分隔。马达定子34和马达电子器件36布置在干马达室28中。
马达转子32被可共同旋转地固定到可绕旋转轴线R旋转的转子轴42。转子轴42通过两个合适的轴轴承44、46可旋转地支撑在分隔罐40和分隔侧壁18中。转子轴42从转子室38轴向延伸到泵送室20中。
马达定子34设有层叠的定子主体48和单个电磁定子线圈装置50。在本发明的本实施例中，定子线圈装置50由相对于马达转子32侧向且卫星状地布置的单个定子线圈52限定。定子线圈装置50与马达电子器件36电连接并由马达电子器件36通电。定子线圈装置50和马达电子器件36相对于马达转子32沿直径相对地布置。
马达电子器件36包括布置在印刷电路板56上的多干个功率半导体54。在本发明的本实施例中，马达电子器件36的印刷电路板56与分隔侧壁18直接热接触，使得马达电子器件36被通过泵蜗壳26泵送的冷却剂冷却。
冷却剂泵10包括泵轮58，该泵轮54定位在泵送室20中，用于将冷却剂从泵入口22通过泵蜗壳26泵送到泵出口24。泵轮58与转子轴42可共同旋转地连接，使得泵轮58由电马达30驱动。泵轮58设置在泵送室20中，使得经由泵入口22进入泵送室20的冷却剂基本上轴向地逆着泵轮58流动，并通过旋转的泵轮58被径向向外地加速。
定子线圈装置50在轴向上邻近于泵蜗壳26的蜗壳冷却区段60布置。蜗壳冷却区段60在蜗壳角A＝120°上延伸，从泵出口24开始并且沿泵蜗壳26的面向泵入口的周向方向延伸。蜗壳冷却区段60限定了侧壁冷却部段62，该侧壁冷却部段58在轴向上朝向马达室28限制蜗壳冷却区段60。侧壁冷却部段62由流经蜗壳冷却区段60的冷却剂冷却。
定子线圈装置50在横向上位于侧壁冷却部段62的横向范围内。传热元件64轴向地布置在侧壁冷却部段62和定子线圈装置50之间。传热元件64由具有高导热率的柔性材料制成。在本发明的本实施例中，传热元件64是具有至少1W/(m·K)的热导率的市售导热垫。传热元件64与侧壁冷却部段62和定子线圈装置50直接大面积接触，从而传热元件64在定子线圈装置50和侧壁冷却部段62之间提供热接触。结果，通过在泵操作期间泵送通过泵蜗壳20的冷却剂来有效地冷却定子线圈装置50。
参考标记列表
10电动冷却剂泵
12泵壳体
14泵送室盖元件
16马达室盖元件
18分隔侧壁
20泵送室
22泵入口
24泵出口
26泵蜗壳
28马达室
30电马达
32马达转子
34马达定子
36马达电子器件
38转子室
40分隔罐
42转子轴
44轴轴承
46轴轴承
48定子主体
50定子线圈装置
52定子线圈
54功率半导体
56印刷电路板
58泵轮
60蜗壳冷却区段
62侧壁冷却部段
64传热元件
A蜗壳角
R旋转轴线

Claims (6)

1.一种电动冷却剂泵(10)，包括：
泵壳体(12)，限定：
泵送室(20)，在泵操作期间填充有冷却剂，具有：
径向内部的泵入口(22)，
径向外部的泵出口(24)，和
从泵入口(22)的下游延伸到泵出口(24)的泵蜗壳(26)，以及
马达室(28)，通过基本上在径向平面中延伸的分隔侧壁(18)与泵送室(20)流体地分隔，
电马达(30)，具有
可旋转的马达转子(32)，
静止的马达定子(34)，具有相对于马达转子(32)在马达室(28)中横向布置的单个紧凑的定子线圈装置(50)，和
在马达室(28)中布置的马达电子器件(36)，用于激励定子线圈装置(50)；以及
泵轮(58)，布置在泵送室(20)中并且与马达转子(32)可共同旋转地连接，
其中，定子线圈装置(50)在轴向上与泵蜗壳(26)的蜗壳冷却区段(60)相邻地设置，并与由蜗壳冷却区段(60)限定的、分隔侧壁(18)的冷却部段(62)热接触，和
其中，泵蜗壳的蜗壳冷却区段(60)从泵出口(24)开始在120°的蜗壳角(A)上延伸。
2.根据权利要求1所述的电动冷却剂泵(10)，其中，所述定子线圈装置(50)由单个定子线圈(52)限定。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电动冷却剂泵(10)，其中，通过在轴向上布置在侧壁冷却部段(62)和定子线圈装置(50)之间并与侧壁冷却部段和定子线圈装置直接接触的传热元件(64)来提供定子线圈装置(50)和侧壁冷却部段(62)之间的热接触。
4.根据权利要求1或2所述的电动冷却剂泵(10)，其中，侧壁冷却部段(62)由高导热率材料构成。
5.根据权利要求1或2所述的电动冷却剂泵(10)，其中，马达电子器件(36)设置成与分隔 侧壁(18)热接触。
6.根据权利要求1或2所述的电动冷却剂泵(10)，其中，马达转子(32)布置在转子室(38)中，该转子室通过分隔罐(40)与马达室(28)流体地分隔。
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