CN213185703U - 一种耐高温电隔离冷却泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种耐高温电隔离冷却泵，包括泵壳、控制器壳体和内部固定安装有电机的电机外壳，泵壳通过电机外壳连接控制器壳体，电机包括电机轴、转子组件和定子组件，电机轴固定安装有转子组件，电机轴的前端伸入到泵壳内的部位安装有叶轮，转子组件和定子组件之间设置有金属屏蔽套筒，金属屏蔽套筒的外部设置有电隔离层，并通过非金属电隔离套连接控制器壳体，金属屏蔽套筒还设置有电隔离薄膜，电机外壳通过法兰固定连接泵壳，法兰与电机外壳的接触部位设置有非金属电隔离垫，本实用新型解决冷却液泵内部水路与电机外壳电隔离问题及现有技术中冷却液泵在大功率燃料电池系统高温工质下运行稳定性差无法自冷却的问题。

Description

一种耐高温电隔离冷却泵

技术领域

本实用新型涉及一种车用燃料电池系统冷却液泵技术领域，尤其涉及一种耐高温电隔离冷却泵。

背景技术

车用燃料电池发动机系统是一种将氢气和空气通入燃料电池质子膜进行发电然后带动电机从而驱动汽车的系统。然而在燃料电池发电过程会产生热量，如果不把这部分热量控制住，就会造成电堆温度过高从而无法进行发电。燃料电池热管理系统就是利用冷却液泵驱动冷却工质进行循环从而保证电堆工作温度满足要求。

目前燃料电池系统主要应用于商用车平台并且燃料电池系统逐步向大功率100KW以上级发展。电堆功率越大发热量越高，冷却液泵驱动工质为经过电堆换热后的高温介质，温度可达90℃以上，如此高介质温度对冷却液泵的耐温性能是极大考验；另一方面，燃料电池系统还对工质对水泵的外壳有电隔离的要求。

针对燃料电池系统要求，屏蔽式冷却液泵为车用燃料电池系统最佳选择。屏蔽式冷却液泵内部屏蔽套分为金属式和非金属式两种。非金属式屏蔽套可以满足电隔离要求，但其耐高温能力差、高温下热稳定差容易发生热变形同时非金属套筒热传导性能差，无法使电机通过内循环进行有效的自冷却电机必须通过外部散热。

外部散热方式一方面造成电机体积、重量较大影响安装，另一方面，燃料电池冷却液泵需集成在发动机封闭的机舱内部无有利的外部对流散热条件，因此仅靠外部散热的方式无法满足长期可靠运行的要求。

实用新型内容

本实用新型提供了一种商用车大功率燃料电池发动机冷却系统耐高温电隔离冷却液泵，解决现有技术中冷却液泵在大功率燃料电池系统高温工质下运行稳定性差无法自冷却的问题，同时采用金属套筒表面喷塑以及缠绕电隔离层实现泵壳和内部工质的电隔离，其技术方案如下所述：

一种耐高温电隔离冷却泵，包括泵壳、控制器壳体和内部固定安装有电机的电机外壳，所述泵壳通过电机外壳连接所述控制器壳体，所述电机包括电机轴、转子组件和定子组件，电机轴固定安装有转子组件，所述电机轴的前端伸入到泵壳内的部位安装有叶轮，叶轮与泵壳之间形成用于通过冷却介质的间隙，所述转子组件和定子组件之间设置有金属屏蔽套筒，所述金属屏蔽套筒的外部设置有电隔离层，其端部通过非金属电隔离套连接控制器壳体，所述非金属电隔离套固定于所述控制器壳体，所述金属屏蔽套筒的端面还设置有电隔离薄膜，所述电机外壳通过法兰固定连接所述泵壳，所述法兰与所述电机外壳的接触部位设置有非金属电隔离垫。

优选的，在所述电机轴靠近叶轮1处开有平衡孔。

优选的，所述电隔离薄膜厚度小于0.1mm。

优选的，所述叶轮与泵壳之间的间隙部位设置有固定在所述泵壳内壁上的密封环。

优选的，所述电机轴的后端和中间部位加工成阶梯结构，分别配合安装后轴承和前轴承，转子组件位于后轴承和前轴承之间，所述前轴承和后轴承均采用全陶瓷轴承。

优选的，所述前轴承的一侧沿着所述电机轴的轴向依次安装有调整垫和用于压紧所述前轴承的轴承压盖。

优选的，所述后轴承和所述前轴承安装在所述金属屏蔽套筒内，所述后轴承与所述金属屏蔽套筒之间安装有弹性垫。

优选的，所述转子组件包括转子磁钢和套装其外部的磁钢外套，并通过磁钢外套将所述磁钢与所述金属屏蔽套筒进行隔离，所述磁钢外套与所述金属屏蔽套筒形成有用于冷却介质通过的间隙。

优选的，所述金属屏蔽套筒后端连接控制器壳体，二者接触部位为换热面，所述控制器壳体前端与电机外壳连接并通过O型圈进行密封，控制器壳体后端固定连接控制器盖板，二者接触部位采用密封线密封，在所述控制器壳体的内部设置有PCB控制板，其上设置的IGBT模块与所述控制器壳体上的前端内表面贴合，并形成后IGBT模块换热面，所述PCB控制板通过电线与设置在所述控制器壳体上的电连接器相连接。

优选的，所述控制器壳体上还设置有透气阀。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、通过金属屏蔽套筒外部表面采用喷塑处理技术进行电隔离处理及外部缠绕安装有电隔离层，和非金属电隔离套、电隔离薄膜、电隔离垫，解决冷却液泵内部水路与电机外壳电隔离问题，满足车用冷却液泵的电隔离要求。

2、采用内循环自冷却技术解决电机自身和控制器散热问题，可以不依靠环境进行散热，因此不需要散热翅片结构，冷却液泵尺寸小便于安装，提高冷却液泵耐温性能，冷却液泵最高可用于120℃高温工质。

3、通过金属屏蔽套筒，实现电机定子组件和转子磁钢与冷却介质的完全隔离，同时定子组件和转子组件采用灌溉密封方式，提高传热和抗力学能力。

附图说明

附图1本实用新型的整体结构示意图；

附图2本实用新型的立体图；

附图3本实用新型的金属屏蔽套筒结构示意图；

附图4本实用新型电隔离传热结构示意图；

附图5本实用新型冷却液内循环流动示意图；

在图中：1、叶轮；2、泵壳；3、密封环；4、轴端螺母；5、轴承压盖；6、调整垫；7、O型圈；8、电机轴；9、定子组件；10、金属屏蔽套筒；11、前轴承；12、后轴承；13、电机外壳；14、控制器壳体；15、PCB控制板；16、控制器盖板；17、电连接器；18、透气阀；19、电隔离层；20、电隔离垫；21、转子磁钢外套；22、弹性垫；23、IGBT模块；24、非金属电隔离套；25、电隔离薄膜；27、IGBT换热面；28、换热面；29、泵壳入口；30、法兰；31、泵壳出口。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、图2所示的耐高温电隔离冷却泵，包括泵壳2、内部固定安装有电机的电机外壳13和控制器壳体14，所述泵壳2通过法兰30连接所述电机外壳13，二者接触部位通过O型圈7进行密封。

所述电机包括电机轴8、转子组件和定子组件9，所述电机轴8为中空结构，所述电机轴8的后端和前端加工有阶梯结构，分别配合安装有后轴承12和前轴承11，转子组件位于后轴承12和前轴承11之间，所述前轴承11和所述后轴承12采用全陶瓷轴承。

所述后轴承12和所述前轴承11固定安装在电机屏蔽套筒10内部，所述后轴承12与所述电机屏蔽套筒10之间安装有弹性垫22，所述弹性垫22可以自动补偿电机轴8轴向位移提供运行可靠性。

所述前轴承11的一侧沿着所述电机轴8的轴向依次安装有调整垫6和用于压紧所述前轴承的轴承压盖5，并通过轴承压盖5顶住前轴承11实现电机轴8的轴向限位，所述轴承压盖5通过螺栓连接法兰30。

所述电机轴8的前端向前延伸到泵壳2内，且伸出部位通过锁紧螺母4固定安装有叶轮1，在所述叶轮1靠近所述电机轴8的部位设置有多个平衡孔，通过平衡孔的设置可以减少所述前轴承11所受的轴向力，提高轴承的使用寿命；所述叶轮1的外表面与泵壳2之间形成用于通过冷却介质的间隙，在间隙部位设置有固定在所述泵壳2的内壁上的密封环3，用于节流该间隙处的冷却介质的，采用此种结构的好处是可以对通过的冷却介质起到节流的作用，同时通过采用高转速设计可以，提高泵效率和重量，有利于电子水泵在车用燃料电池系统的集成，并采用内循环自冷却技术解决电机自身和控制器散热问题，可以不依靠环境进行散热，因此不需要散热翅片结构，冷却液泵尺寸小便于安装，提高冷却液泵耐温性能，冷却液泵最高可用于120℃高温工质。

所述转子组件和定子组件9通过金属屏蔽套筒10分离，且所述转子组件9和所述金属屏蔽套筒10之间形成用于通过冷却介质的间隙。

所述转子组件包括转子磁钢和套装其外部的磁钢外套，所述磁钢外套将所述磁钢与所述金属屏蔽套筒10进行隔离，且所述磁钢外套与所述金属屏蔽套筒10之间形成用于冷接介质通过的间隙，且所述转子组件的磁钢外套内部采用灌封工艺将转子磁钢完全灌封，防止转子磁钢接触冷却介质时发生腐蚀，提高传热和抗力学能力。

所述定子组件采用灌封工艺处理提高其抗力学性能，从而满足车用要求。

所述金属屏蔽套筒10为圆筒形，且前端开口，安装在电机外壳13内，并与法兰30一体焊接固定，所述电机外壳13通过法兰30固定连接所述泵壳2，所述法兰30与所述电机外壳13接触部位安装有用于电隔离的非金属电隔离垫20，所述非金属电隔离垫20采用非金属PTFE材料制成，具有耐高温、低吸水性、较高强度等功能可实现1000VDC绝缘，其整体为圆筒形，中部中空，且沿筒的边缘向外延伸有凸台，所述非金属电隔离垫20能够实现所述法兰30和所述电机外壳13的电隔离。

如图3所示，所述金属屏蔽套筒10圆柱表面采用喷塑处理技术进行电隔离处理，同时在安装过程在所述金属屏蔽套筒10外部缠绕安装有电隔离层19，所述电隔离层19为厚度0.1mm聚酰亚胺薄膜材料，耐高温、抗氧化可以实现2500VDC绝缘。

所述金属屏蔽套筒10的后端部位通过非金属电隔离套24固定连接控制器壳体14，所述非金属电隔离套24整体为圆筒形，中部中空，且前端沿圆周周向向外延伸有凸台，并采用过盈配合安装在所述控制器壳体14外部的凹槽处，通过与控制器壳体14配合实现对所述金属屏蔽套筒10的轴向定位，同时可以起到电隔离和支撑定位的作用。

所述金属屏蔽套筒10的后端表面通过粘附电隔离薄膜25与所述控制器壳体14进行电隔离，所述电隔离薄膜25形状为圆形且厚度小于0.1mm，此种设计的好处是能够绝缘的同时又不影响此处换热，进一步所带来的好处是实现了所述金属屏蔽套筒10以内的冷却介质与电机外壳13的完全电隔离，同时需要说明的是金属屏蔽套筒10主要在电机定转子之间主要起屏蔽隔离的密封作用，不会影响电机正常工作。

进一步，所述金属屏蔽套筒10的后端与所述控制器壳体14的前端相接触的部位形成换热面28。

本实用新型使用的冷却介质是乙二醇水溶液。

如图4所示，所述电机外壳13的后端通过螺钉固定连接控制器壳体14，二者接触部位通过O型圈进行密封，所述控制器壳体14的后端通过螺钉固定连接控制器盖板16，二者接触部位采用密封线密封，在所述控制器壳体14的内部设置有PCB控制板15，其上设置的IGBT模块23与所述控制器壳体14的前端内表面贴合，并形成GBT换热面27，所述PCB控制板15通过电线连接设置在所述控制器壳体14上的电连接器17，所述电连接器17用于外部供电以及通讯的功能，所述控制器壳体14上还设置有透气阀18。

结合图3-5所示，工作时，冷却介质通过泵壳入口29进入，经过叶轮1进行增压后绝大部分通过泵壳出口31流出，其中有一部分冷却介质经过叶轮1外部与泵壳2内壁之间的间隙进入耐高温电隔离冷却泵内部，并依次经过轴承压盖5、前轴承11进入到电机屏蔽套筒10和所述转子组件之间的间隙，并经过后轴承12，通过电机轴8的通孔回流到叶轮1，并经叶轮1的内部通道从泵壳出口31流出形成循环；通过此种主动的内循环散热方式可以快速的将定子组件9和PCB控制板15产生的热量带走，从而有效的控制定子组件9和PCB控制板15的温度，通过采用主动散热的结构可以不依靠环境进行散热，解决了传统依靠被动散热电子水泵在车上无法进行有效散热的问题，保证电子水泵长期稳定运行，同时通过所述非金属电隔离垫20、非金属电隔离套24和所述电机屏蔽套筒10外部设置的电隔离层19、电隔离薄膜25，实现了所述电机屏蔽套筒10内的冷却介质与电机外壳13的完全电隔离，满足整车绝缘检测要求。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐高温电隔离冷却泵，其特征在于：包括泵壳、控制器壳体和内部固定安装有电机的电机外壳，所述泵壳通过电机外壳连接所述控制器壳体，所述电机包括电机轴、转子组件和定子组件，电机轴固定安装有转子组件，所述电机轴的前端伸入到泵壳内的部位安装有叶轮，叶轮与泵壳之间形成用于通过冷却介质的间隙，所述转子组件和定子组件之间设置有金属屏蔽套筒，所述金属屏蔽套筒的外部设置有电隔离层，通过非金属电隔离套连接控制器壳体，所述非金属电隔离套固定于所述控制器壳体，所述金属屏蔽套筒还设置有电隔离薄膜，所述电机外壳通过法兰固定连接所述泵壳，所述法兰与所述电机外壳的接触部位设置有非金属电隔离垫。

2.根据权利要求1所述的耐高温电隔离冷却泵，其特征在于：在所述叶轮靠近所述电机轴的部位开有平衡孔。

3.根据权利要求1所述的耐高温电隔离冷却泵，其特征在于：所述电隔离薄膜厚度小于0.1mm。

4.根据权利要求1所述的耐高温电隔离冷却泵，其特征在于：所述叶轮与泵壳之间的间隙部位设置有固定在所述泵壳内壁上的密封环。

5.根据权利要求1所述的耐高温电隔离冷却泵，其特征在于：所述电机轴的后端和中间部位加工成阶梯结构，分别配合安装后轴承和前轴承，转子组件位于后轴承和前轴承之间，所述前轴承和后轴承均采用全陶瓷轴承。

6.根据权利要求5所述的耐高温电隔离冷却泵，其特征在于：所述前轴承的一侧沿着所述电机轴的轴向依次安装有调整垫和用于压紧所述前轴承的轴承压盖。

7.根据权利要求5所述的耐高温电隔离冷却泵，其特征在于：所述后轴承和所述前轴承安装在所述金属屏蔽套筒内，所述后轴承与所述金属屏蔽套筒之间安装有弹性垫。

8.根据权利要求1所述的耐高温电隔离冷却泵，其特征在于：所述转子组件包括转子磁钢和套装其外部的磁钢外套，并通过磁钢外套将所述磁钢与所述金属屏蔽套筒进行隔离，所述磁钢外套与所述金属屏蔽套筒形成有用于冷却介质通过的间隙。

9.根据权利要求1所述的耐高温电隔离冷却泵，其特征在于：所述金属屏蔽套筒连接控制器壳体，二者接触部位为换热面，所述控制器壳体前端与电机外壳连接并通过O型圈进行密封，控制器壳体后端固定连接控制器盖板，二者接触部位采用密封线密封，在所述控制器壳体的内部设置有PCB控制板，其上设置的IGBT模块与所述控制器壳体上的前端内表面贴合，并形成后IGBT模块换热面，所述PCB控制板通过电线与设置在所述控制器壳体上的电连接器相连接。

10.根据权利要求1所述的耐高温电隔离冷却泵，其特征在于：所述控制器壳体上还设置有透气阀。

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