CN116557128A - 一种采用磁力轴承系统的汽车电子水泵 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种采用磁力轴承系统的汽车电子水泵，包括机体，机体的顶部安装有蜗壳，机体的底部安装有驱动壳，机体内部上方法兰面和驱动壳法兰面之间安装有屏蔽套，屏蔽套的上下两端均放置有密封圈，防止了机体内腔中的水外泄；所述屏蔽套的中间部分设有用于容纳转子的空腔，转子轴承的上下两端各套有一磁力轴承，转子上下两端与磁力轴承径向重合的部分内嵌有永磁体，作为磁力轴承转子；所述屏蔽套的外侧和机体的内侧之间设置有定子，定子与磁力轴承转子配合构成磁力轴承系统。具有以下优点：能够避免电机转子的摩擦损耗，从根本上解决了高转速汽车电子水泵的轴承损耗问题，提升水泵工作效率，增加使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子水泵领域，尤其涉及一种采用磁力轴承系统的汽车电子水泵。
背景技术
汽车水泵是汽车上用于输送发动机冷却液的装置，按驱动方式可以分为机械水泵和电动水泵，电动水泵按是否有碳刷又可分为有刷电动水泵和无刷电动水泵。机械水泵必须靠发动机驱动，水泵转速与发动机转速成固定比率，不能满足低速大负荷工况下的散热要求，且在发动机停止工作时，不能满足新能源汽车主驱电机等部件的冷却需求，以及房车上的供水要求；有刷电动水泵抗电磁干扰能力较差、且碳刷易产生电火花，干扰其他电子器件，同时因换向碳刷的磨损影响，有刷电动水泵的寿命较短。不适用于新能源汽车。因此，目前直流无刷电子水泵越来越多的应用在高端汽车、新能源汽车和房车上。
磁力轴承是基于反馈控制，靠磁场力支承载荷或悬浮转子的一种支承形式。近年来，这种轴承发展很快，特别在高速、低摩阻、高(低)温及真空环境下的应用。磁力轴承完全消除磨损，理论寿命是无限的，功耗为普通轴承的10％，无润滑、密封装置，没有环境污染，可在高温、深冷及真空环境下运转。
现有汽车电子水泵技术基本都是在转子一端或者两端放置轴承，当水泵开始工作，电机转子就与轴承相互作用开始传递扭矩，一旦冷却液内有细沙等杂质进入，容易卡在转子和轴承之间，磨损加剧，导致主轴偏心，甚至对轴承造成破坏，从而导致水泵损坏失效。当水泵转速升高时，轴承损耗加剧，外界杂质、震动对水泵的影响更加严重，转速越高，水泵寿命越低，为高转速水泵的发展造成了很大的制约。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种采用磁力轴承系统的汽车电子水泵，能够避免电机转子的摩擦损耗，从根本上解决了高转速汽车电子水泵的轴承损耗问题，提升水泵工作效率，增加使用寿命，而且有效解决现有汽车电子水泵采用普通轴承结构导致的当冷却液中混入细沙等杂质时水泵可靠性低下的以及高转速下寿命低的问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种采用磁力轴承系统的汽车电子水泵，包括机体，机体的顶部安装有蜗壳，机体的底部安装有驱动壳，机体内部上方法兰面和驱动壳法兰面之间安装有屏蔽套，屏蔽套的上下两端均放置有密封圈，防止了机体内腔中的水外泄；
所述屏蔽套的中间部分设有用于容纳转子的空腔，转子轴承的上下两端各套有一磁力轴承，转子上下两端与磁力轴承径向重合的部分内嵌有永磁体，作为磁力轴承转子；
所述屏蔽套的外侧和机体的内侧之间设置有定子，定子与磁力轴承转子配合构成磁力轴承系统。
进一步的，所述转子的顶端安装有叶轮。
进一步的，两个所述磁力轴承分别放置在空腔内部上下两端，位于空腔上端的磁力轴承安装在机体上，位于空腔下端的磁力轴承安装在驱动壳上。
进一步的，所述定子通过机体内侧径向与轴向的凸台限制了其转动与轴向窜动，定子由矽钢片以及缠绕在矽钢片上的绕组组成。
进一步的，所述驱动壳通过螺钉连接有后端盖，形成控制器腔，配合密封圈形成静密；
所述驱动壳通过螺栓连接有接插件，接插件与驱动壳通过螺栓连接，配合密封圈形成静密封。
进一步的，所述控制器腔内安装有控制器，定子的绕组由控制器控制并提供可变磁场；控制器工作时会释放热量，在控制器上贴有散热片。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
磁力轴承系统的采用有效减免了转子运动过程中的磨损，提升了水泵效率，很大程度上避免了因管道腐蚀产生的氧化物杂质以及细小沙石等杂质混入对水泵造成的损害，增加了水泵效率和可靠性。同时使得传统汽车电子水泵的转速能够突破目前上限，为超高转速汽车电子水泵的寿命提供可靠保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明中汽车电子水泵的结构示意图；
图2为本发明中磁力轴承模型示意图。
具体实施方式
实施例1，如图1所示，一种采用磁力轴承系统的汽车电子水泵，包括机体3，机体3的顶部安装有蜗壳1，机体3的底部安装有驱动壳8，机体3内部上方法兰面和驱动壳8法兰面之间安装有屏蔽套5，屏蔽套5的上下两端均放置有密封圈，防止了机体3内腔中的水外泄。
所述屏蔽套5的中间部分设有用于容纳转子7的空腔，转子7的顶端安装有叶轮2，转子7轴承的上下两端各套有一磁力轴承4，转子7上下两端与磁力轴承4径向重合的部分内嵌有永磁体，作为磁力轴承转子，2个磁力轴承4分别放置在空腔内部上下两端，位于空腔上端的磁力轴承4安装在机体3上，位于空腔下端的磁力轴承4安装在驱动壳8上。
所述屏蔽套5的外侧和机体3的内侧之间设置有定子6，定子6与磁力轴承转子配合构成磁力轴承系统，定子6通过机体3内侧径向与轴向的凸台限制了其转动与轴向窜动，定子6由矽钢片以及缠绕在矽钢片上的绕组组成。
所述驱动壳8通过螺钉连接有后端盖10，配合密封圈形成静密封，后端盖10通过螺钉与驱动壳8连接，形成控制器腔；驱动壳8通过螺栓连接有接插件11，接插件11与驱动壳8通过螺栓连接，配合密封圈形成静密封。
所述控制器腔内安装有控制器9，定子6的绕组由控制器9控制并提供可变磁场；控制器9工作时会释放热量，在控制器上贴有散热片。
本发明在工作时，将外连接器与接插件11插接，控制器9驱动定子6产生磁场，从而引起转子7转动，叶轮2随转子转动，叶轮2中心的水被向四周甩出，并以一定的压力从蜗壳1出水口泵出。同时由于叶轮2中心处压力下降，冷却液将从蜗壳1进水口被泵入，从而在车辆上实现冷却液的循环流动。在水泵工作过程中，转子7会产生不可避免的晃动、偏心，此时磁力轴承位移传感器检测到发生的位移，将该位移信号转换为电信号传输至控制器9，再由控制器9驱动磁力轴承定子产生磁场作用于磁力轴承转子，使得转子7回到平衡位置。
所述磁力轴承系统原理：所述径向磁力轴承系统可以看作是由多个单自由度控制系统所构成的系统，简化后的原理图如图示2，将磁力轴承简化后，加上闭环控制系统，就构成了磁力轴承系统。图中，i为线圈电流；A0为定子与转子铁心间气隙的横截面积；Ar为转子铁心磁路的横截面积；x为定子与转子铁心间气隙的长度；As为定子铁心的磁路横截面积。
根据图示2右侧简化的磁力轴承模型，由麦克斯韦吸引力公式，可得出磁力轴承定子与转子之间的总吸引力为：
根据磁路安倍环路定律，图示回路通电后，磁力轴承定子和转子之间气隙中的电磁感应强度可近似为：
将式2代入式1，得其中，/>当磁力轴承结构参数一定时，k为一常数。
因此，通过式3可看出，本发明所述磁力轴承的工作原理为：由磁力轴承位置传感器检测磁力轴承转子的位移信号，并转换为电信号输入控制器，由控制器按照设定程序输出与接收到的电信号相对应的电信号至磁力轴承定子，再由磁力轴承定子产生磁场来使得转子回到平衡位置，即通过控制电流i的大小来控制电磁力的大小，从而使转子保持平衡。
磁力轴承系统的采用有效减免了转子运动过程中的磨损，提升了水泵效率，很大程度上避免了因管道腐蚀产生的氧化物杂质以及细小沙石等杂质混入对水泵造成的损害，增加了水泵效率和可靠性。同时使得传统汽车电子水泵的转速能够突破目前上限，为超高转速汽车电子水泵的寿命提供可靠保障。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (6)
1.一种采用磁力轴承系统的汽车电子水泵，其特征在于：包括机体(3)，机体(3)的顶部安装有蜗壳(1)，机体(3)的底部安装有驱动壳(8)，机体(3)内部上方法兰面和驱动壳(8)法兰面之间安装有屏蔽套(5)，屏蔽套(5)的上下两端均放置有密封圈，防止了机体(3)内腔中的水外泄；
所述屏蔽套(5)的中间部分设有用于容纳转子(7)的空腔，转子(7)轴承的上下两端各套有一磁力轴承(4)，转子(7)上下两端与磁力轴承(4)径向重合的部分内嵌有永磁体，作为磁力轴承转子；
所述屏蔽套(5)的外侧和机体(3)的内侧之间设置有定子(6)，定子(6)与磁力轴承转子配合构成磁力轴承系统。
2.如权利要求1所述的一种采用磁力轴承系统的汽车电子水泵，其特征在于：所述转子(7)的顶端安装有叶轮(2)。
3.如权利要求1所述的一种采用磁力轴承系统的汽车电子水泵，其特征在于：两个所述磁力轴承(4)分别放置在空腔内部上下两端，位于空腔上端的磁力轴承(4)安装在机体(3)上，位于空腔下端的磁力轴承(4)安装在驱动壳(8)上。
4.如权利要求1所述的一种采用磁力轴承系统的汽车电子水泵，其特征在于：所述定子(6)通过机体(3)内侧径向与轴向的凸台限制了其转动与轴向窜动，定子(6)由矽钢片以及缠绕在矽钢片上的绕组组成。
5.如权利要求1所述的一种采用磁力轴承系统的汽车电子水泵，其特征在于：所述驱动壳(8)通过螺钉连接有后端盖(10)，形成控制器腔，配合密封圈形成静密；
所述驱动壳(8)通过螺栓连接有接插件(11)，接插件(11)与驱动壳(8)通过螺栓连接，配合密封圈形成静密封。
6.如权利要求5所述的一种采用磁力轴承系统的汽车电子水泵，其特征在于：所述控制器腔内安装有控制器(9)，定子(6)的绕组由控制器(9)控制并提供可变磁场；控制器(9)工作时会释放热量，在控制器上贴有散热片。
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