CN117419053A - 具有冷却剂流动路径的水泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有冷却剂流动路径的水泵，包括：壳体；定子，布置在壳体中；转子，被定子围绕，构造成接收磁性体并且限定流动路径；轴，布置在流动路径中；第一叶片，连接到轴；第一管，与转子的内壁间隔开，并且沿内壁延伸的方向延伸以限定冷却剂流经的入口；第二管，与转子的内壁间隔开，并且沿内壁延伸的方向延伸以限定冷却剂流经的出口；以及第二叶片，连接到轴，并且布置在第一管或第二管中。

Description

具有冷却剂流动路径的水泵

技术领域

本发明涉及一种包括冷却剂流动路径的水泵，其中冷却剂流入路径和冷却剂流出路径同轴布置。

背景技术

燃料电池的热管理系统使用冷却剂来散发在燃料电池中产生电流经程中生成的反应热，并且配备有通过机械力增加冷却剂压力的泵以使冷却剂循环。一般来说，泵采用离心叶轮，这种离心叶轮结构型泵由接触冷却剂的液压区段和驱动液压区段的驱动区段组成。由于驱动区段的组件在暴露于冷却剂时可能被腐蚀，因此驱动区段与液压区段分离，使得驱动区段不暴露于冷却剂。图1示出常规的水泵，其中液压区段10与由定子23和转子25组成的驱动区段20彼此分离，其中驱动区段20不暴露于冷却剂。然而，冷却剂的压力通过连接到驱动区段20的轴21的叶轮的旋转进行调节。

然而，在常规离心泵所使用的叶轮中，入口和出口竖直布置，并且具有规定长度或更长的直管需要被固定在构成入口和出口的管中，以提高液压区段10的性能效率并且构造软管组件。此外，由于驱动区段20和液压区段10彼此分离，使得液压区段10沿冷却剂流动方向布置在驱动区段的前部，因此在泵的安装中需要大量空间来固定这种直管。因此，存在对包含泵的热管理系统的构造具有不利影响的问题。

发明内容

本发明致力于解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种水泵，该水泵容纳冷却剂沿其流动的冷却剂流动路径。

本发明的另一目的在于提供一种包括冷却剂流动路径的水泵，该冷却剂流动路径能够减少施加到支撑转子旋转的轴承的负载，同时防止冷却剂涡流。

在本发明的一方面，提供一种具有冷却剂流动路径的水泵。该水泵，包括：定子，布置在壳体中；转子，被定子围绕，构造成接收磁性体并且限定流动路径；轴，布置在流动路径中；第一叶片，连接到轴；第一管，与转子的内壁间隔开，并且沿内壁延伸的方向延伸以限定冷却剂流经的入口；第二管，与转子的内壁间隔开，并且沿内壁延伸的方向延伸以限定冷却剂流经的出口；以及第二叶片，连接到轴，并且布置在第一管或第二管中。

在一些实施方式中，第一管和第二管具有相同的直径，并且第一管和第二管中的每一个的中心可以与轴同轴。

在一些实施方式中，第二管的内径小于第一管的内径。

在一些实施方式中，转子的内径在从第一管朝向第二管的方向上可减小，第一管的内径等于转子的第一部分的内径，第二管的内径等于转子的第二部分的内径。

在一些实施方式中，第二叶片可限定被构造成接收轴的凹部，并且该轴通过插入凹部中的轴承连接到第二叶片。

在一些实施方式中，轴承可以是布置在流动路径中的水下轴承。

在一些实施方式中，第二叶片可结合到第一管和第二管，并且第二叶片可包括在轴延伸的方向上延伸的多个叶片部。

在一些实施方式中，轴可被构造成相对于第二叶片旋转。

在一些实施方式中，第一叶片可限定被构造成接收轴的通孔。

在一些实施方式中，第一叶片可布置在流动路径内，并且第一叶片可被设置为多个。

在一些实施方式中，多个密封部可分别沿轴延伸的方向设置在磁性体的两端，并且密封转子的内壁和第一管之间的第一间隙以及转子的内壁和第二管之间的第二间隙。

在一些实施方式中，密封壁可设置在定子和转子之间以阻碍冷却剂流入，并且密封壁可接触壳体以通过密封壁将定子与转子在空间中分离。

在一些实施方式中，在密封壁和壳体之间可布置有密封部。

在一些实施方式中，第一管和第二管可结合到壳体。

在一些实施方式中，限定流动路径的转子的内壁可以与第一管和第二管间隔开，使得冷却剂流经第一管与内壁之间的第一间隙以及第二管与内壁之间的第二间隙。

在一些实施方式中，第二叶片可通过固定部件连接到第一管和第二管中的至少一个，并且第二叶片的位置固定在第一管或第二管中。

在一些实施方式中，限定入口的第一管和限定出口的第二管同轴布置，并且连接入口和出口的流动路径形成在转子内部，使得构造水泵包装所需的空间可减少。另外，由于第一管和第二管基本上彼此平行，因此消除了布置直管所需的单独的软管组件和相关部件，从而降低了包装的整体重量和包装构造成本。

在一些实施方式中，可通过布置在第一叶片前后的第二叶片的整流作用来防止因冷却剂的流入而产生的涡流。

在一些实施方式中，由于可将轴承应用到具有相对小直径的轴并因此可减小轴承本身的尺寸，因此可减小施加至轴承的载荷。

在一些实施方式中，用于驱动水泵的组件可通过防止定子暴露于冷却剂的密封壁来防止暴露于冷却剂。

在一些实施方式中，当冷却剂流经由转子限定的流动路径时，转子可被冷却，并且冷却剂可与接触并密封定子的密封壁直接接触，从而提高定子的冷却效率。

附图说明

图1示出常规水泵的剖视图；

图2示出包括冷却剂流动路径的水泵的示例的剖视图；

图3示出水泵的示例的剖切立体图；

图4示出图2的A部放大图；

图5示出轴与第二叶片的连接关系的示例图；

图6示出包括冷却剂流动路径的水泵的示例的剖视图；

图7示出包括冷却剂流动路径的水泵的示例的剖视图；

图8示出包括冷却剂流动路径的水泵的示例的剖切立体图。

具体实施方式

图2示出包括冷却剂流动路径的水泵的示例的剖视图，图3示出水泵的示例的剖切立体图。

参照图2和图3，水泵1可包括定子110、转子130、轴200、第一叶片300和第二叶片400。水泵1可以是用于冷却从燃料电池排出的高温冷却剂的燃料电池热管理系统的组件。定子110、转子130、轴200、第一叶片300和第二叶片400可布置在壳体100中。冷却剂通过其被引入的入口和冷却剂通过其被排出的出口可限定在壳体100中。入口可由第一管510限定，出口可由第二管530限定。第一管510和第二管530可以是壳体100的一部分。

定子110和转子130可产生用以调节冷却剂压力的旋转力。定子110和转子130可布置在壳体100中。定子110可包括被施加电流的线圈，转子130可包括磁性体150。转子130可通过施加到定子110的电流而旋转。转子130可包括限定冷却剂流经的流动路径的内壁135，并且轴200可布置在由内壁135限定的流动路径中。布置在转子130中的轴200可通过转子130的旋转而旋转。磁性体150可与转子130的内壁135保持接触状态，并且内壁135可连接到第一叶片300。通过转子130的旋转，布置在由转子130限定的流动路径中的轴200可与转子130一起旋转。

轴200可布置在由转子130的内壁135限定的冷却剂流动路径中。轴200可在一个方向上延伸，并且转子130和定子110可被布置成在垂直于轴200延伸的方向的方向上重叠。换言之，转子130可布置在轴200的外侧，定子110可布置在转子130的外侧，并且壳体100可布置在定子110的外侧。

轴200可连接至第一叶片300和第二叶片400。第一叶片300可包括第一主体部310和第一叶片部330。通孔315可被限定在第一主体部310中，并且轴200可插入到在第一主体部310中限定的通孔315中。

第一叶片部330可被设置为多个，以连接到第一主体部310。第一叶片部330可在相对于轴200延伸的方向倾斜的方向上延伸。例如，第一叶片300可以是轴向型叶片。当第一叶片部330沿倾斜方向延伸时，流体可被加压。为了对流体加压，第一叶片部330的两端所限定的角度需要大于0度且小于90度。第一叶片部330的一端可以指朝向冷却剂通过其被引入的入口的一端，而第一叶片部330的另一端可以指朝向冷却剂通过其被排出的出口的一端。由于第一叶片部330的两端所限定的角度为0度意味着第一叶片部330阻挡流动路径，因此第一叶片部330的两端所限定的角度不能为0度。另外，由于第一叶片部330的两端所限定的角度为90度意味着流体不能被加压，因此第一叶片部330的两端所限定的角度不能为90度。因此，可适当地调节由第一叶片部的两端所限定的角度以对流体加压。第一叶片300可通过轴200的旋转而旋转，并且可通过第一叶片300的旋转来调节流经流动路径的冷却剂的压力。

第二叶片400可包括第二主体部410和第二叶片部430。轴200可通过轴承600连接到第二叶片400。轴承600可分别布置在轴200的两端。具体地，轴200可插入在第二主体部410中限定的凹部中，轴承600可被插入到凹部中以连接第二主体部410和轴200。第二叶片部430可被设置为多个，使得第二叶片部在冷却剂流动的方向或者轴200延伸的方向上延伸。也就是说，第二叶片400可包括以直线形式而不是倾斜形式形成的第二叶片部430，以与冷却剂的接触面积最小同时较少地受冷却剂流动的影响。第二叶片400可用作一种整流板。分别构成第一叶片300和第二叶片400的第一叶片部330和第二叶片部430的形状可彼此不同。第一叶片部330和第二叶片部430具有不同形状，以便通过第一叶片300对冷却剂进行压力调节，并且通过第二叶片400对冷却剂进行整流。

第一叶片300可布置在由转子130的内壁135限定的流动路径中。第二叶片400可分别布置在第一管510和第二管530中。第一叶片300可通过转子130的旋转而旋转以调节冷却剂的压力。第二叶片400可分别结合到第一管510和第二管530。也就是说，第一叶片和第二叶片可被构造成使得两个第二叶片400被固定，并且第一叶片300相对于两个固定的第二叶片400旋转。此时，由于支撑第一叶片300的旋转的轴承600布置在冷却剂流经的流动路径中，因此可降低施加到轴承600的载荷。另外，由于温度随着摩擦而升高的轴承600布置在冷却剂流经的流动路径中，因此轴承600可被自然冷却。例如，轴承600可以是可应用到在水中操作的设备的水下轴承，或推力轴承。

第一管510可限定冷却剂通过其被引入的入口。第一管510可与限定流动路径的转子130的内壁135间隔开，并且可沿内壁135延伸的方向延伸。第二管530可限定冷却剂通过其被排出的出口。第二管530可与限定流动路径的转子130的内壁135间隔开，并且可沿内壁135延伸的方向延伸。由于转子130是可旋转元件，因此转子可与第一管510和第二管530间隔开。第一管510和第二管530可具有相同的直径。另外，第一管510和第二管530的直径可与转子130的内壁135的直径相同。也就是说，流动路径的直径可与第一管510和第二管530的直径相同。由于流动路径、第一管510和第二管530的直径相同，因此冷却剂的线速度在整个截面范围内都相同。因此，冷却剂的压力可根据第一叶片300的转速来确定。

第一管510和第二管530的中心可与轴200或转子130的旋转轴同轴。第二叶片400可分别结合到第一管510和第二管530。轴200可布置在由转子130的内壁135限定的流动路径中以朝向第一管510和第二管530中的每一个延伸。延伸到第一管510和第二管530中的轴200可连接到第二叶片400，该第二叶片400结合到第一管510和第二管530中的每一个。

第一管510和第二管530被同轴构造，使得冷却剂沿着基本直的流动路径流经由转子130的内壁135、第一管510和第二管530限定的流动路径。

密封壁120可设置在定子110和转子130之间以防止冷却剂流入。密封壁120可被布置成围绕转子130的外侧。密封壁120可连接到壳体100的内壁，并且定子110和转子130可通过密封壁120而在空间上分开。密封壁120可用于防止可能被引入到转子130的内壁135与第一管510和第二管530之间的间隙中的冷却剂与定子110接触。

在一些实施方式中，限定入口的第一管510和限定出口的第二管530同轴布置，并且连接入口和出口的流动路径形成在转子130的内部，从而可减少构造水泵1的包装所需的空间。另外，由于第一管510和第二管530基本上彼此平行，因此消除了布置直管所需的单独软管组件和相关部件，从而减少了包装的总重量和包装构造成本。

在一些实施方式中，可通过布置在第一叶片300的前后的第二叶片400的整流作用来防止因冷却剂流入而产生的涡流。

随着旋转体的直径增大，用于支撑旋转体旋转的轴承600承受更大的载荷。在一些实施方式中，由于轴承600能够被应用到具有相对小直径的轴200，因此可减小轴承600本身的尺寸，因此可减小施加至轴承600的载荷。

在一些实施方式中，当冷却剂流经由转子限定的流动路径时，转子可被冷却，并且冷却剂能够与接触并密封定子的密封壁直接接触，从而提高定子的冷却效率。

图4是图2的A部的放大图。

参照图2和图4，密封壁120可连接到壳体100的内表面。密封壁120可在空间上将定子110和转子130彼此分开。另外，布置定子110的空间可由密封壁120密封。密封壁120可用于防止定子110暴露于冷却剂。

第一间隙51可限定在转子130的内壁135和第一管510之间，第二间隙53可限定在转子130的内壁135和第二管530之间。冷却剂可通过第一间隙51和第二间隙53引入以冷却定子110和转子130。然而，由于密封壁120，冷却剂不会与定子110直接接触。由于与定子110直接接触的密封壁120与冷却剂接触，因此定子110可被间接冷却。

密封壁120可与壳体100接触。壳体100可包括朝向定子110和转子130延伸的延伸部101和103。例如，延伸部101和103可由第一延伸部101和第二延伸部103组成，其被构造成朝向布置在定子110和转子130之间的密封壁120延伸。第一延伸部101和第二延伸部103中的每一个可与密封壁120接触，第一延伸部101和第二延伸部103与密封壁120之间可布置有密封部700。也就是说，密封部700可布置在壳体100与密封壁120之间以防止冷却剂流入。例如，密封部700可形成有例如由弹性材料制成的O形环。

图5示出轴与第二叶片之间的连接关系的示例图。

参照图2和图5，凹部405可限定在第二叶片400中。凹部405可限定在第二叶片400的第二主体部410中，使得凹部405的一端开放，从而使轴200可被插入，而凹部405的另一端可被阻挡。轴200可被插入到在第二叶片400中限定的凹部405中。轴承600可布置在凹部405内。换言之，轴承600可布置在轴200的两端，其中轴200的布置有轴承600的两端可放置在两个第二叶片400的凹部405中。由于第二叶片400结合到第一管510和第二管530，因此轴200可相对于第二叶片400旋转。第一叶片300通过轴200的旋转而旋转以调节冷却剂的压力。

在一些实施方式中，轴200可通过转子130的旋转而旋转，并且用于支撑旋转的轴承600可布置在轴200的两端，该轴200布置在流动路径内而不是在流动路径或转子130外侧，从而可减小轴承600的尺寸。随着轴承600的尺寸减小，施加到轴承600的负载也减小，从而提高水泵1本身的耐久性。

图6示出包括冷却剂流动路径的水泵的示例的剖视图。为了描述的简洁，将省略与图2重叠的内容的描述。

参照图6，水泵2的性能可以由第一叶片300的转速来决定。为了提高水泵2的性能，可设置多个第一叶片300。多个第一叶片300可布置在由转子130的内壁135限定的流动路径中。在本发明中，由于冷却剂通过其被引入和排出的第一管510和第二管530具有相同的直径，并且彼此同轴布置，因此冷却剂压力可由第一叶片300的操作来确定。为了随着第一叶片300的旋转增加冷却剂的流速和压力，除了第一叶片300的转速，还可增加第一叶片300的数量。即使第一叶片300的数量增加，构成水泵2的部件的数量也可保持不变。

图7示出包括冷却剂流动路径的水泵的示例的剖视图。为了简化描述，省略了重叠内容的描述。

参照图7，限定冷却剂通过其被引入的入口的第一管510和限定冷却剂通过其被排出的出口的第二管530可结合到壳体100。第一管510和第二管530可以是壳体100的一部分。第一管510和第二管530可以与限定流动路径的转子130的内壁135间隔开并且可沿内壁延伸的方向延伸。由于转子130是可旋转元件，因此转子可与第一管510和第二管530间隔开。

转子130的内壁135可以是锥形的。具体地，由内壁135限定的流动路径的直径可从第一管510到第二管530的方向逐渐减小。第一管510和第二管530的内表面的直径可对应于转子130的壁135。第一管510的内表面的直径可与相邻的内壁135的直径相同。也就是说，第一管的内径可等于转子130的第一部分的内径。第二管530的内表面的直径可与相邻内壁135的直径相同。也就是说，第二管的内径可等于转子130的第二部分的内径。因此，第二管530的内表面的直径可小于第一管510的内表面的直径。

在一些实施方式中，当第二管530的内径小于第一管510的内径时，流经流动路径的冷却剂具有被压缩的效果，这提高了冷却剂的压缩效率。因此，可以解决水泵1因水泵的体积较大而难以将冷却剂压力增大到所需压力的问题。

图8示出包括冷却剂流动路径的水泵的示例的剖切立体图。为了简化描述，省略了重叠内容的描述。

参照图8，第一叶片300可布置在由转子130的内壁135限定的流动路径中。第二叶片400可分别布置在第一管510和第二管530中。第二叶片400可分别结合到第一管510和第二管530。第二叶片400可通过固定部件450连接到第一管510和第二管530。换言之，连接到第一叶片300的两个第二叶片400可通过固定部件450连接到第一管510和第二管530。因此，第二叶片400可用于将旋转的第一叶片300固定在由转子130限定的流动路径中。

Claims (16)

1.一种水泵，包括：

壳体；

定子，布置在所述壳体中；

转子，被所述定子围绕，构造成接收磁性体并且限定流动路径；

轴，布置在所述流动路径中；

第一叶片，连接到所述轴；

第一管，与所述转子的内壁间隔开，并且沿所述内壁延伸的方向延伸以限定冷却剂流经的入口；

第二管，与所述转子的内壁间隔开，并且沿所述内壁延伸的方向延伸以限定所述冷却剂流经的出口；以及

第二叶片，连接到所述轴，并且布置在所述第一管或所述第二管中。

2.根据权利要求1所述的水泵，其中，所述第一管和所述第二管具有相同的直径，并且所述第一管和所述第二管中的每一个的中心与所述轴同轴。

3.根据权利要求1所述的水泵，其中，所述第二管的内径小于所述第一管的内径。

4.根据权利要求3所述的水泵，其中：

所述转子的内径在从所述第一管朝向所述第二管的方向上减小，

所述第一管的内径等于所述转子的第一部分的内径，

所述第二管的内径等于所述转子的第二部分的内径。

5.根据权利要求1所述的水泵，其中，所述第二叶片限定被构造成接收所述轴的凹部，并且

其中，所述轴通过插入到所述凹部中的轴承连接到所述第二叶片。

6.根据权利要求5所述的水泵，其中，所述轴承是布置在所述流动路径中的水下轴承。

7.根据权利要求6所述的水泵，其中，所述第二叶片结合到所述第一管和所述第二管，并且所述第二叶片包括在所述轴延伸的方向上延伸的多个叶片部。

8.根据权利要求7所述的水泵，其中，所述轴被构造成相对于所述第二叶片旋转。

9.根据权利要求1所述的水泵，其中，所述第一叶片限定被构造成接收所述轴的通孔。

10.根据权利要求1所述的水泵，其中，所述第一叶片布置在所述流动路径内，并且所述第一叶片被设置为多个。

11.根据权利要求1所述的水泵，还包括多个密封部，所述密封部在所述轴延伸的方向上分别设置在所述磁性体的两端，并且密封所述转子的内壁与所述第一管之间的第一间隙以及所述转子的内壁与所述第二管之间的第二间隙。

12.根据权利要求1所述的水泵，还包括布置在所述定子与所述转子之间的密封壁，所述密封壁被构造成阻碍冷却剂流入，并且接触所述壳体以将所述定子与所述转子分离。

13.根据权利要求12所述的水泵，还包括布置在所述密封壁与所述壳体之间的密封部。

14.根据权利要求1所述的水泵，其中所述第一管和所述第二管结合到所述壳体。

15.根据权利要求1所述的水泵，其中限定流动路径的所述转子的内壁与所述第一管和所述第二管间隔开，使得冷却剂流经所述第一管与所述内壁之间的第一间隙以及所述第二管与所述内壁之间的第二间隙。

16.根据权利要求1所述的水泵，其中，所述第二叶片通过固定部件连接到所述第一管和所述第二管中的至少一个，并且所述第二叶片的位置固定在所述第一管或所述第二管中。