CN210622915U - 具有电驱动器和机械驱动器的泵组 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的发动机的冷却系统的泵组(1)，包括叶轮(2)和叶轮轴(20)，叶轮(2)一体地连接到该叶轮轴。泵组(1)首先包括机械驱动器(3)和可由机械驱动器(3)旋转的机械轴(30)且其次包括包含电动机(40)的电驱动器(4)。叶轮轴(20)通过第一单向离合器(51)可操作地连接到机械轴(30)并通过第二单向离合器(52)连接到电动机(4)。

Description

具有电驱动器和机械驱动器的泵组

技术领域

本实用新型涉及用于车辆的冷却系统的泵组，优选地用于冷却发动机，例如内燃机。

背景技术

如已知的，在发动机的正常使用过程中，冷却作用的强度应不同。例如，当发动机以全速或在牵引条件下或在上坡路上或在高环境温度下运行时，需要进行强冷却。相反，在其他使用条件下，建议冷却不要太强，例如当发动机启动时或在其使用结束时。

冷却泵在现有技术中是已知的，其中已解决了这一需求。

事实上，用于电动车辆的冷却泵是已知的，其中叶轮的转速通过电驱动器来调节，因此调节在冷却系统中循环移动的冷却液的量。

不幸的是，尽管这些泵在其应用上以及在由于专用电子控制而管理旋转的可能性方面用途极其广泛，但它们通常具有低输出功率，受车辆电气系统所提供的电功率的限制。

此外，这些泵在发生故障时不具有“故障保护”特性，即，当电动机损坏时在紧急配置下运行的可能性。

机械驱动泵也是已知的，其中叶轮的旋转与内燃机的转数有关；在这种解决方案中，冷却液的量的调节被委托给合适的调节元件，该调节元件被置于叶轮的上游或下游，适用于改变回路的一段通道，从而改变冷却液的流速。

不幸的是，尽管这些解决方案适用于传递高功率，因此特别可靠，但它们具有不太通用的冷却管理，与发动机转速和调节元件的特性有关，并且通常尺寸过大。此外，在“运行后”配置中，即在发动机关闭时，不执行冷却。

最后，双致动泵也是已知的，即，包括电驱动器和机械驱动器。

不幸的是，这些泵具有特别复杂的两个驱动器的管理、以及铰接式的庞大结构。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于车辆的冷却系统(例如用于内燃机)的泵组，其满足上述要求，克服上述缺点。换言之，本实用新型的目的在于提供一种双驱动器组，其中简化了两个驱动器的管理并提供了简单且紧凑的结构。

该目的通过根据本实用新型的泵组来实现

根据本实用新型，提供了一种具有电驱动器和机械驱动器的泵组，包括：-叶轮，能绕轴线旋转；-叶轮轴，所述叶轮轴沿所述轴线延伸并包括叶轮端，所述叶轮一体地连接到所述叶轮端；-机械驱动器和机械轴，所述机械轴能通过所述机械驱动器旋转；-电驱动器，包括电动机，所述电动机包括转子和定子；其特征在于，所述叶轮轴包括与所述叶轮端相对的机械端和位于所述叶轮端和所述机械端之间的电气部分，所述机械端通过第一单向离合器与所述机械轴能操作地连接，所述电气部分通过第二单向离合器能操作地连接至所述转子。

进一步地，所述机械轴沿所述轴线延伸。

进一步地，所述机械轴包括接合端，所述接合端通过所述第一单向离合器与所述叶轮轴的所述机械端能操作地连接。

进一步地，所述接合端包括容纳所述机械端和所述第一单向离合器的轴壳体。

进一步地，所述第一单向离合器是一体的、或者是所述机械轴的整体部分，并且所述第二单向离合器一体地连接至所述转子。

进一步地，所述第一单向离合器包括优选地具有滚针的滚动轴承。

进一步地，所述第二单向离合器包括优选地具有滚针的滚动轴承。

进一步地，所述机械驱动器和所述电驱动器放置在所述叶轮的后方。

进一步地，所述机械驱动器包括安装在所述机械轴的控制端处的电磁滑轮，所述电磁滑轮通常被接合，能电动激发，以使所述机械驱动器与所述机械轴脱离。

进一步地，所述电动机中包含的所述转子为干式。

进一步地，具有电驱动器和机械驱动器的泵组进一步包括泵体，所述泵体分别通过旋转轴承和机械轴承支撑所述叶轮轴和所述机械轴，所述泵体确定容纳所述机械驱动器和所述旋转轴承以及所述机械轴承的壳体室。

进一步地，所述壳体室通过装配在所述叶轮轴上的动态密封件紧密地密封。

进一步地，所述机械驱动器悬臂式地安装在所述泵体上，从而提供容纳于所述壳体室内部的所述机械轴、优选地接合端的一部分。

进一步地，具有电驱动器和机械驱动器的泵组进一步包括电子控制单元，所述电子控制单元适于控制所述电驱动器和/或所述电磁滑轮，所述电子控制单元进而在靠近所述壳体室的侧壁的位置中容纳于所述壳体室中并平行于轴线延伸。

附图说明

下面将借助附图详细描述本实用新型的目的，其中：

图1a和1b示出了根据一个可能的实施例的本实用新型的泵组客体的分离部件的两个透视图；

图2示出了根据一个优选实施例的图1a和1b中的泵组的纵向剖视图。

具体实施方式

参照上表，附图标记1整体上表示用于发动机的冷却系统的泵组，优选地为内燃机。

本实用新型的泵组1客体包括可绕轴线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运动。

优选地，叶轮2是径向式的，即，它使得入口处的流体具有大致轴向的整体方向，并且出口处的流体具有径向方向。

泵组1具有双驱动器，即叶轮2可被机械和电气地驱动。为此，泵组 1包括机械驱动器3和电驱动器4。

具体地，泵组1包括沿轴线X-X延伸的叶轮轴20，并且叶轮2整体地安装在该叶轮轴上，优选地安装在其叶轮端22处；叶轮轴20的受控旋转对应于叶轮2的旋转。

根据本实用新型，机械驱动器3和电驱动器4可操作地连接到叶轮轴 20以控制其转速。如下文广泛所述，机械驱动器3和电驱动器4分别通过第一单向离合器51和第二单向离合器52可操作地连接到叶轮轴20。

根据本实用新型，叶轮轴20包括机械端23，该机械端与叶轮端22 相对地可操作地连接到机械驱动器3。此外，轴包括位于叶轮端22和机械端23之间的电气部分24，并且机械端23可操作地连接到电驱动器4。

特别地，泵组1包括机械轴30，该机械轴可由机械驱动器3旋转并可操作地连接到叶轮2，并且特别地连接到该叶轮的机械端23。优选地，所述机械轴30沿轴线X-X延伸。

换言之，机械轴30包括通过第一单向离合器51与叶轮轴20的机械端23可操作地连接的接合端32。

在一个优选实施例中，接合端32包括容纳机械端23和第一单向离合器51的轴壳体320。该实施例在泵组配置中极为有利，其中机械轴具有的尺寸，特别是直径，大于叶轮轴的尺寸。然而，构思了可能的解决方案，其中旋转轴容纳机械轴的接合端和第一单向离合器。

在一个优选实施例中，机械驱动器3包括用于传动带的滑轮300，该传动带通过例如运动链连接到驱动轴。优选地，机械轴30包括与其上安装有滑轮300的接合端32相对的控制端33。

优选地，滑轮300为电磁滑轮。在具有电磁滑轮的实施例中，其通常为接合状态，并且只有当它被激活(例如其中包括的线圈通电)时，释放机构使滑轮300与机械轴脱离。

事实上，优选地，电磁滑轮包括外环301(传动带安装在该外环上)、内环302和包括中间线圈的中间释放机构305。在该实施例中，内环302 构成可操作地连接到机械轴30的导电环，该机械轴通过第一单向离合器 51可操作地连接到叶轮轴20。

当电磁滑轮未通电时，外环301与内环302一体旋转。另一方面，当电磁滑轮300被激活(即线圈通电)时，释放机构305将外环301与内环 302分离，从而外环301虽然由带驱动旋转，但不将任何旋转传递给内环 302，因而不将任何旋转传递给机械轴30。

根据该优选实施例，内环301整体地连接到机械轴30，特别是在其控制端33处。

根据一个优选实施例，电驱动器4包括电动机40，该电动机包括转子 41和与转子41同轴的固定定子42。

优选地，所述转子41安装在叶轮轴20上，该叶轮轴通过第二单向离合器52可操作地连接到其电气部分24。

根据一个优选实施例，转子41为干转子类型。

根据一个优选实施例，第一单向离合器51包括优选地具有滚针的滚动轴承。例如，滚动轴承是滚子或滚针类型，具有设置在从动环和驱动环之间的滚动元件。

优选地，根据一个优选实施例，第二单向离合器52包括优选地具有滚针的滚动轴承。例如，滚动轴承是滚子或滚针类型，具有设置在从动环和驱动环之间的滚动元件。

此外，在本实用新型的一个优选实施例中，第一单向离合器51是一体的、或者机械轴30的一体部分，并且第二单向离合器52整体地连接到转子41。因此，优选地，叶轮轴20的旋转不影响较慢的单向离合器(即，不将旋转运动传递到轴的单向离合器)的旋转。

根据一个优选实施例，泵组1包括支撑叶轮轴20和机械轴30的泵体 10。优选地，泵体10适于在其中支撑和/或容纳机械驱动器3和电驱动器 4。

优选地，泵体10包括叶轮室120，叶轮2容纳在该叶轮室中，通过叶轮2，冷却液在该叶轮室中流动，通过入口管道121进入并通过出口管道 122流出。

此外，泵体10包括与叶轮室120相邻的壳体室100(图2中示意性地所示)，但因此密封地分开。

优选地，机械驱动器4，即电动机40，容纳于壳体室100中。实际上，优选地，叶轮轴20在两个室之间纵向延伸，使得叶轮端22容纳于叶轮室 120中，而机械端23和电气部分24容纳于壳体室100中。

根据一个优选实施例，泵体10包括安装在叶轮轴20上的动态密封件 190，其适于将叶轮室120与壳体室100分离。

根据一个优选实施例，机械驱动器3悬臂式地安装在泵体10上，从而提供容纳于壳体室100内部的机械轴30、优选地接合端32的一部分。

在一个优选实施例中，泵体100包括旋转轴承161和机械轴承162，其进而容纳于容纳腔100内，分别可操作地连接到叶轮轴20和机械轴30，用于各自的旋转支撑。换言之，除了通过单向离合器的相互接合之外，通过上述两个轴承获得叶轮轴20和机械轴30的支撑。

根据泵体10的该实施例，机械驱动器3和电驱动器4两者都位于叶轮2的后方。

如附图中广泛所示，适于控制电驱动器4和/或电磁滑轮300的电子控制单元进而容纳于所述壳体室100中。特别地，电子控制单元平行于轴线 X-X纵向延伸并定位于泵体10中的横向位置中。优选地，电子控制单元定位于泵体10的侧壁附近。优选地，电子控制单元可相对于轴线X-X在径向方向上插入泵体10中。优选地，在一个优选实施例中，电子控制单元包含电子板，在泵体10中的横向位置时被空气冷却。有利地，电子控制单元的所述位置包括使泵组1沿轴线X-X的总尺寸最小化。

设想泵组1的其他优选实施例，包括一个优选实施例，在该优选实施例中，泵组1包括节流阀(未示出)，该节流阀可插入泵体中，以便从叶轮室120沿着出口管道布置。该阀可由致动器(未示出)控制，该致动器例如为电动的、油压的或真空的，优选地可由控制装置控制。该阀的特征在本申请人名下的文献EP2534381、EP13188771、EP13801735、 WO2015/059586和BS2014A000171中说明。

此外，根据又一实施例，泵组1在入口管道中在叶轮2的上游包括调节筒(未示出)，该调节筒适用于调节朝向叶轮的冷却液的量。所述调节筒的特征在例如本申请人名下的文献WO2015/004548中说明。

根据一个优选实施例，此外，泵组1包括用于控制电驱动器4和/或电磁滑轮300的电子控制单元。

根据上述实施例，在车辆使用期间，根据特定条件的发生，电驱动器 4和/或电磁滑轮300被电子地控制。

例如，在电磁滑轮未通电且电驱动器4停用的构造中，叶轮轴20仅通过电磁滑轮300移动，该电磁滑轮旋转驱动机械轴30，该机械轴通过第一单向离合器51与叶轮轴20一起工作。

在另一构造中，例如当车辆启动时，当发动机仍然是冷的(所谓的“预热”构造)时，电磁滑轮300被激活，以便在电驱动器4处于停用状态时，分离其在机械轴30上的运动。因此，叶轮2保持静止，液体不在回路中循环，并且电机更快地进行加热。

根据另一实施例，在高负载条件下，例如当车辆拖着拖车或面对上坡道路时，通常处于低速下(因此，处于低发动机转速下)，电驱动器4以这样的方式起动，即，使得转子41以比机械驱动器3和机械轴30所引起的旋转速度大的旋转速度旋转，从而使得通过第二单向离合器52使叶轮轴20以转子41所引起的速度旋转。有利地，在该构造中，第一单向离合器51使转子2与机械轴30脱离，从而减小由电驱动器4旋转的质量。

根据另一实施例，在车辆使用结束时，如果冷却液仍然很热，则电驱动器4起动以保持叶轮轴20旋转(因此该阶段被称为“后运行”阶段)。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，因为车辆发动机静止。具体而言，例如，电磁滑轮没有通电，因为不需要移动叶轮轴。在这种情况下，第一单向离合器51使转子2从机械轴30上分离，从而减小由电驱动器4旋转的质量。

因此，一般情况下，当需要增加冷却能力时，电驱动器4起动，而与机械驱动器3无关，受限于发动机转速。

例如，在一个实施例中，泵组1包括机械驱动器3，其具有机械型(因此不可电子控制)的“传统滑轮”的，并且具有上述节流阀，在上述“预热”步骤中，发动机仍然是冷的并希望尽快获得加热，则通过控制节流阀的位置来调节循环的冷却液的量。

创新地，本实用新型的泵组客体满足了发动机冷却要求并克服了上述缺点。

首先，有利地，根据本实用新型的泵组非常灵活，因为它根据实际需求来响应车辆的冷却需求，而不取决于发动机速度或系统的电功率的可用性。也就是说，有利地，泵组特别适用于整体管理冷却系统中的冷却液的量，例如管理除了发动机之外的车辆的其他部件(如涡轮组)的冷却，避免了需要特定的电泵来使这些部件中的预定量的冷却液移动，从而得以获得发动机舱中的另外的空间。

此外，有利地，泵组特别紧凑并且尺寸有限，特别适于安置在机动车辆的发动机舱中。

例如，有利地，叶轮(以及带蜗壳的叶轮室)更紧凑且尺寸不会过大，并且始终在关于已知泵组的最佳效率条件下运行，在已知泵组中叶轮通常过大以补偿机械泵的低灵活性和电动泵的有限功率。

另一个有利的方面在于，泵组需要有限数量的动态密封件：具体而言，仅需要动态密封件，其对于将叶轮室与壳体室分开是唯一必要的。有利地，本实用新型的泵组客体的电动机可以是干转子类型，设置有适于实现高电效率(相对于具有湿转子的电动机)的减小的气隙。因此，有利地，电动机没有由于冷却液的存在而引起的摩擦，因此其运行不受冷却液的流体动力制动效果影响。

有利地，泵体中包含的动态密封件在尺寸上是紧凑的，使得必须承受由于摩擦而引起的低强度动作。

有利地，设计师对机械驱动器和电驱动器的设计进行了极大简化和优化；有利地，电磁滑轮(如果提供)不需要特别的设计更新；有利地，电动机的转子直接安装在叶轮轴上，而不需要合适的屏蔽轴承，从而限制了转子的轴向尺寸。

此外，有利地，通过单向离合器机械地管理从电驱动器到机械驱动器的切换以及从机械驱动器到电驱动器的切换。因此，有利地，泵组的电子管理非常简单。

有利地，泵组能够防止冷却作用，尽管发动机在运行，但例如在“变热”条件下，建议对发动机进行加热。在另一个有利的方面中，泵组具有“故障保护”功能；事实上，在电驱动器发生故障的情况下，泵组由于机械驱动器和第二单向离合器继续确保叶轮的运动。根据另一个有利的方面，泵组在“后运行”条件下操作，即在发动机关闭时操作。有利地，在“后运行”条件下，可以避免给电磁滑轮通电，从而节省了电力。

此外，机械驱动器、电驱动器和叶轮之间的运动链被极大地简化。

有利地，在其中叶轮通过电驱动器旋转的构造中，第一单向离合器允许将机械部件引起的摩擦归零，因此不存在例如滑轮或设置在其中的轴承的能量吸收。此外，有利地，在其中叶轮通过机械驱动器旋转的构造中，第二单向离合器允许转子不被轴旋转地驱动；因此，不会产生磁摩擦(转子定子组件也不作为发电机而工作)。

此外，有利地，第一单向离合器和第二单向离合器可根据由于电驱动器或机械驱动器引起的不同动作而选择具有不同特征。

另一个优点在于，第一单向离合器可与机械轴成一体，并且第二单向离合器可固定在转子内部，从而避免不与叶轮轴接合的单向离合器的任何拖曳。

有利地，电驱动器完全独立于动态密封件和支撑机械轴的轴承，因此具有更高的电效率和更宽的电操作范围。

另一个有利的方面是，机械轴由泵体支撑，使得所有负载(例如由于高带负载而导致的、与带作用或带张力相关的负载)都被泵体吸收且不会释放到叶轮轴上。有利地，设计师可以根据待支撑的负载自由地设计需要的叶轮轴的尺寸、大小和直径，所述负载主要与叶轮动作相关而不与机械驱动器相关。因此，有利地，叶轮轴可设计成具有紧凑的尺寸、长度和直径；因此，类似地，支撑叶轮轴的轴承和装配在其上的动态密封件也可以设计成具有紧凑的尺寸。因此，相对于现有技术中已知的解决方案，紧凑尺寸(并不是过大尺寸)的轴承和密封件的存在允许实现泵组的更好能效。

显然，本领域技术人员可以对上述泵组进行改变以满足附带需要，所有这些都落入以下权利要求限定的保护范围内。此外，被描述为属于可能的实施例的每个变型可以独立于所描述的其他变型来实施。

Claims (17)

1.具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，包括：

-叶轮(2)，能绕轴线(X-X)旋转；

-叶轮轴(20)，所述叶轮轴沿所述轴线(X-X)延伸并包括叶轮端(22)，所述叶轮(2)一体地连接到所述叶轮端；

-机械驱动器(3)和机械轴(30)，所述机械轴能通过所述机械驱动器(3)旋转；

-电驱动器(4)，包括电动机(40)，所述电动机包括转子(41)和定子(42)；

其特征在于，所述叶轮轴(20)包括与所述叶轮端(22)相对的机械端(23)和位于所述叶轮端(22)和所述机械端(23)之间的电气部分(24)，所述机械端通过第一单向离合器(51)与所述机械轴(30)能操作地连接，所述电气部分通过第二单向离合器(52)能操作地连接至所述转子(41)。

2.根据权利要求1所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，其特征在于，所述机械轴(30)沿所述轴线(X-X)延伸。

3.根据权利要求1或2所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，其特征在于，所述机械轴(30)包括接合端(32)，所述接合端通过所述第一单向离合器(51)与所述叶轮轴(20)的所述机械端(23)能操作地连接。

4.根据权利要求3所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，其特征在于，所述接合端(32)包括容纳所述机械端(23)和所述第一单向离合器(51)的轴壳体(320)。

5.根据权利要求1或2所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，其特征在于，所述第一单向离合器(51)是一体的、或者是所述机械轴(30)的整体部分，并且所述第二单向离合器(52)一体地连接至所述转子(41)。

6.根据权利要求1或2所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组，其特征在于，所述第一单向离合器(51)包括滚动轴承。

7.根据权利要求1或2所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组，其特征在于，所述第二单向离合器(52)包括滚动轴承。

8.根据权利要求1或2所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，其特征在于，所述机械驱动器(3)和所述电驱动器(4)放置在所述叶轮(2)的后方。

9.根据权利要求1或2所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，其特征在于，所述机械驱动器(3)包括安装在所述机械轴(30)的控制端(33)处的电磁滑轮(300)，所述电磁滑轮通常被接合，能电动激发，以使所述机械驱动器与所述机械轴脱离。

10.根据权利要求1或2所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，其特征在于，所述电动机(40)中包含的所述转子(41)为干式。

11.根据权利要求9所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，进一步包括泵体(10)，所述泵体分别通过旋转轴承(161)和机械轴承(162)支撑所述叶轮轴(20)和所述机械轴(30)，所述泵体(10)确定容纳所述机械驱动器(4)和所述旋转轴承(161)以及所述机械轴承(162)的壳体室(100)。

12.根据权利要求11所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，其特征在于，所述壳体室(100)通过装配在所述叶轮轴(20)上的动态密封件(190)紧密地密封。

13.根据权利要求11所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，其特征在于，所述机械驱动器(3)悬臂式地安装在所述泵体(10)上，从而提供容纳于所述壳体室(100)内部的所述机械轴(30)的一部分。

14.根据权利要求11所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，进一步包括电子控制单元，所述电子控制单元适于控制所述电驱动器(4)和/或所述电磁滑轮(300)，所述电子控制单元进而在靠近所述壳体室的侧壁的位置中容纳于所述壳体室(100)中并平行于轴线(X-X)延伸。

15.根据权利要求6所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，其特征在于，所述滚动轴承具有滚针。

16.根据权利要求7所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，其特征在于，所述滚动轴承具有滚针。

17.根据权利要求13所述的具有电驱动器和机械驱动器的泵组(1)，其特征在于，所述机械驱动器(3)悬臂式地安装在所述泵体(10)上，从而提供容纳于所述壳体室(100)内部的接合端(32)的一部分。

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