DE102009046884A1

DE102009046884A1 - Fluidpumpe zur Zuführung eines gekühlten Arbeitsfluids in einem Maschinenkühlsystem

Info

Publication number: DE102009046884A1
Application number: DE102009046884A
Authority: DE
Inventors: Chin-Chen Yongkang Chiu; Jerry Huang; Jo Beimen Chen; Schief Sinshih Chen
Original assignee: JI-EE INDUSTRY Co Ltd; JI EE INDUSTRY CO Ltd; JI-EE Industry Co Ltd Yongkang
Current assignee: JI-EE INDUSTRY Co Ltd; JI EE INDUSTRY CO Ltd; JI-EE Industry Co Ltd Yongkang
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-05-26

Abstract

Eine Fluidpumpe zum Zuführen von gekühltem Arbeitsfluid in einem Motorkühlsystem umfasst eine Gehäuseeinheit (3), die vordere und hintere Kammern (301, 302) definiert, einen Einlass (501), der stromaufwärts bezüglich eines Mittelbereichs (303) der vorderen Kammer (301) angeordnet ist, einen Auslass (502), der stromabwärts bezüglich eines Umgebungsbereichs (304) der vorderen Kammer (301) angeordnet ist, ein Kanisterelement (4), das die hintere Kammer (302) in stator- und rotorseitige Räume (305, 306) zum Aufnehmen jeweils eines Stators (61) und eines Rotors (63) trennt, einen hohlen Schaft (62), der mit dem Rotor (63) gedreht wird, um ein Flügelrad (67) im Mittelbereich (303) zu drehen, und der einen Durchtritt (620) definiert, sowie eine Hilfsleitung (7) in Kommunikation mit dem Einlass (501) und der hinteren Kammer (302), um einen Teil des Arbeitsfluids abzutrennen, um durch den inneren Kanal (321) und den Durchtritt (620) zu fließen, wobei Wärme zerstreut wird, die innerhalb der Gehäuseeinheit (3) erzeugt wird.

Description

Diese Erfindung betrifft eine Fluidpumpe, spezieller eine Fluidpumpe zum Zuführen von gekühltem Arbeitsfluid in einem Maschinen- bzw. Motorkühlsystem.
Die Verwendung von Fluidpumpen in Fahrzeugmotorkühlsystemen, in denen Tankwasser in eine Kühlleitung eines Motors gepumpt wird, ist gut bekannt. Während des Betriebs einer Fluidpumpe erzeugen der Stator, der innere Steuerkreis und dergleichen der Fluidpumpe ebenfalls Wärmeenergie. Wärmeenergie außerhalb des Stators kann mittels Ableitung oder Konvektion abgeführt werden, aber Wärmeenergie innerhalb des Stators staut sich allmählich an, so dass die Temperatur innerhalb der Fluidpumpe relativ hoch ist, was in einem Defekt der Fluidpumpe und niedriger Abführungseffizienz der Fluidpumpe resultieren kann.
Um solche Nachteile zu adressieren, wurde vorgeschlagen, dass eine Fluidpumpe, in der eine Abdeckung angeordnet ist, um einen Kanister zum Aufnehmen einer Drehachse und eines Rotors abzudecken, mit einer Mehrzahl von Löchern gebildet wird, die in Fluidkommunikation mit einer inneren Kammer des Kanisters stehen. So kann etwas Arbeitsfluid in die innere Kammer hinein und aus ihr heraus fließen, um Wärmeenergie abzuführen, die von einem Stator und einer Steuerung der Fluidpumpe erzeugt wird. Da jedoch das Arbeitsfluid durch die Durchgangslöcher hinein und heraus fließt, ist die Zirkulation des Fluids in der inneren Kammer nicht stetig und gleichmäßig, d. h. erwärmtes Fluid in der inneren Kammer kann nicht einfach durch die Löcher herausfließen, während gekühltes Fluid außerhalb der inneren Kammer nicht einfach in die gefüllte innere Kammer fließen kann. Folglich kann Wärmeenergie innerhalb der Fluidpumpe nicht effektiv abgeführt werden.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fluidpumpe bereitzustellen, die eine gute Wärmeabführungseffizienz erzielen kann.
Gemäß dieser Erfindung umfasst die Fluidpumpe eine Gehäuseeinheit, ein Kanisterelement, einen Fluidansaugmechanismus und eine Hilfsleitung. Die Gehäuseeinheit definiert eine Aufnahmekammer, die sich entlang einer Mittelachse erstreckt, und weist eine Trennwand auf, die die Aufnahmekammer in vordere und hintere Kammern trennt. Die hintere Kammer weist einen inneren Kanal auf. Die vordere Kammer weist einen Mittelbereich und einen Umgebungsbereich auf, die sich radial gegenüberliegen. Ein Einlass ist nach vorn bezüglich der vorderen Kammer und stromaufwärts bezüglich des Mittelbereichs angeordnet. Ein Auslass ist stromabwärts bezüglich des Umgebungsbereichs angeordnet. Das Kanisterelement ist in der hinteren Kammer angeordnet, um die hintere Kammer in Stator-seitige und Rotor-seitige Räume zu trennen. Das Kanisterelement umfasst ein vorderes röhrenförmiges Ende, das an der Trennwand gesichert ist, sowie eine hintere Endwand, die sich radial erstreckt, um eine Fluidkommunikation zwischen dem Stator-seitigen Raum und dem inneren Kanal zu unterbrechen, und die einen Eintrittskanal in Fluidkommunikation mit dem inneren Kanal aufweist. Der Fluidansaugmechanismus umfasst einen im Stator-seitigen Raum angeordneten Stator, einen hohlen Schaft, der im Rotor-seitigen Raum angeordnet ist, der eine Ausstoßwelle aufweist, die sich in den Mittelbereich erstreckt, und die einen Durchtritt definiert, der sich entlang der Mittelachse erstreckt, um eine Kommunikation des inneren Kanals mit dem Mittelbereich zu bilden, einen Rotor, der im Rotor-seitigen Raum montiert ist, um die äußere Welle zu drehen, sowie ein Flügelrad, das im Mittelbereich montiert ist, um mit der Ausstoßwelle gedreht zu werden, um das durch den Einlass eingeführte Arbeitsfluid zu zwingen, in Richtung des Umgebungsbereichs und aus dem Auslass heraus zu fließen. Die Hilfsleitung weist eine Einströmöffnung auf, die stromaufwärts bezüglich des Mittelbereichs und stromabwärts bezüglich des Einlasses angeordnet ist, und die sich erstreckt, um in Kommunikation mit dem inneren Kanal zu stehen, um einen Teil des eingebrachten Arbeitsfluids abzuzweigen, so dass es direkt durch den inneren Kanal und den Durchtritt hindurch und aus der Ausstoßwelle heraus fließt, wobei Wärme zerstreut wird, die als ein Ergebnis der Drehung des Rotors erzeugt wird.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden, in denen gilt:
1 ist eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform einer Fluidpumpe gemäß dieser Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform, wenn von einem anderen Winkel aus betrachtet; und
3 ist eine Schnittansicht der bevorzugten Ausführungsform.
Mit Bezug auf 1 bis 3 ist die bevorzugte Ausführungsform einer Fluidpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung zum Zuführen eines gekühlten Arbeitsfluids in einem Motorkühlsystem (nicht gezeigt) bereitgestellt, und ist derart gezeigt, dass sie eine Gehäuseeinheit 3, ein Kanisterelement 4, einen Fluidansaugmechanismus 6 und eine Hilfsleitung 7 umfasst.
Die Gehäuseeinheit 3 definiert eine Aufnahmekammer 30, die sich entlang einer Mittelachse erstreckt. Speziell umfasst die Gehäuseeinheit 3 eine hintere Umfangswand 31, die die Mittelachse umgibt, eine hintere Montagewand 32, die sich radial erstreckt, und die einen inneren Kanal 321 aufweist, der sich dort hindurch entlang der Mittelachse erstreckt, eine Trennwand 33, die wasserdicht mit der hinteren Umfangswand 31 verbunden ist, und die sich radial erstreckt, um mit der hinteren Umfangswand 31 und der hinteren Montagewand 32 zusammenzuwirken, um eine hintere Kammer 302 zu definieren, sowie eine Abdeckung 34, die eine Umgebungswand 341 aufweist, die mit der Trennwand 33 verbunden ist, die sich nach vorn und in Richtung der Mittelachse erstreckt, um bei einem Einlass 501 zu enden, und die mit der Trennwand 33 zusammenwirkt, um eine vordere Kammer 301 zu definieren. Die vordere Kammer 301 weist einen Mittelbereich 303 und einen Umgebungsbereich 304 auf, die radial, einander gegenüber angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Umgebungsbereich 304 derart konfiguriert, dass er sich spiralförmig relativ zur Mittelachse ausgehend vom Mittelbereich 303 erstreckt und bei einem Auslass 502 endet. Folglich ist der Einlass 501 nach vorn bezüglich der vorderen Kammer 301 und stromaufwärts bezüglich des Mittelbereichs 303 angeordnet. Der Auslass 502 ist stromabwärts bezüglich des Umgebungsbereichs 304 angeordnet. Ferner weist die Trennwand 33 eine ringförmige Tragwand 331 auf, die die Mittelachse umgibt.
Das Kanisterelement 4 ist in der hinteren Kammer 302 angeordnet, und ist konfiguriert, um die hintere Kammer 302 in Stator-seitige und Rotor-seitige Räume 305, 306 wasserdicht zu trennen. Das Kanisterelement 4 umfasst ein vorderes röhrenförmiges Ende 43, das an der Trennwand 33 gesichert ist, sowie eine hintere Endwand 41, die sich radial erstreckt, um eine Fluidkommunikation zwischen dem Stator-seitigen Raum 305 und dem inneren Kanal 321 zu unterbrechen, und die einen Eintrittskanal 411 aufweist, der sich entlang der Mittelachse erstreckt, um in Fluidkommunikation mit dem inneren Kanal 321 zu stehen.
Der Fluidansaugmechanismus 6 umfasst einen Stator 61, einen hohlen Schaft 62, einen Rotor 63 und ein Flügelrad 67. Der Stator 61 ist im Stator-seitigen Raum 305 angeordnet und wird mittels einer Steuereinheit 66 in einer bekannten Art und Weise gesteuert. Der hohle Schaft 62 ist im Rotor-seitigen Raum 306 angeordnet, und weist vordere und hintere gelagerte Enden 621, 622 auf, die um die Mittelachse drehbar jeweils an der ringförmigen Tragwand 331 und der hinteren Endwand 41 durch Lagereinheiten 64, 65 montiert sind, um davon abgehalten zu werden, sich axial zu bewegen. Das vordere gelagerte Ende 621 erstreckt sich ferner in den Mittelbereich 303, um als eine Ausstoßwelle 624 zu dienen. Der hohle Schaft 62 definiert einen Durchtritt 620, der sich entlang der Mittelachse erstreckt, um eine Kommunikation des inneren Kanals 321 mit dem Mittelbereich 303 herzustellen. Der Rotor 63 wird im Rotor-seitigen Raum 306 aufgenommen und ist an den hohlen Schaft 62 montiert, um die äußere Spindel 624 um die Mittelachse zu drehen. Das Flügelrad 67 wird im Mittelbereich 303 aufgenommen und ist auf der Ausstoßwelle 624 montiert, um mit der Ausstoßwelle 624 gedreht zu werden. Folglich, wenn die Fluidpumpe mit Energie versorgt wird, erzeugt der Statur 61 ein magnetisches Feld, welches bewirkt, dass sich der Rotor 63 und der hohle Schaft 62 drehen. Die Drehung des hohlen Schafts 62 treibt das Flügelrad 67 an, so dass das durch den Einlass 501 eingeführte gekühlte Arbeitsfluid gezwungen wird, in Richtung des Umgebungsbereichs 304 und durch den Auslass 502 heraus zu fließen.
Die Hilfsleitung 7 umfasst ein hinteres Segment 71, das rückwärtig bezüglich der hinteren Montagewand 32 der Gehäuseeinheit 3 angeordnet ist, und das sich radial erstreckt, um in Fluidkommunikation mit dem inneren Kanal 321 zu stehen, sowie ein verlängertes Segment 72, das sich nach vorn vom hinteren Segment 71 entlang der hinteren Umfangswand 31 erstreckt, sowie ein vorderes Segment 73, das an der Umgebungswand 341 an der Abdeckung 34 angeordnet ist, und das sich nach vorn bezüglich des Umgebungsbereichs 304 und unterhalb des Einlasses 501 erstreckt. Das vordere Segment 73 erstreckt sich ferner in Richtung der Mittelachse und definiert eine Einströmöffnung 730, die in Fluidkommunikation mit dem Einlass 501 steht. Folglich ist die Hilfsleitung 7 stromaufwärts bezüglich des Mittelbereichs 303 und stromabwärts bezüglich des Einlasses 501 angeordnet und steht in Kommunikation mit dem inneren Kanal 321.
Während der Drehung des Flügelrads 67, wenn das gekühlte Arbeitsfluid in den Mittelbereich 303 eingebracht wird, wird ein Teil des eingebrachten gekühlten Arbeitsfluids mittels einer Negativdruck-Saugkraft, die innerhalb der Hilfsleitung 7 und des Durchtritts 620 erzeugt wird, angesaugt werden, um direkt durch die Einströmöffnung 730, die Hilfsleitung 7, den inneren Kanal 321, den Eintrittskanal 411 und den Durchtritt 620 und aus der Ausstoßwelle 624 heraus zu fließen, um zurück in den Mittelbereich 303 zu fließen, wo er mit dem gekühlten Arbeitsfluid von relativ niedriger Temperatur, das im Mittelbereich 303 vorliegt, vor dem Ausfließen durch den Auslass 502 vermischt wird Deshalb kann durch das Durchführen eines Teils des gekühlten Arbeitsfluids durch den Durchtritt 620 die Wärme, die als ein Ergebnis der Drehung des Rotors 63 erzeugt wird, zerstreut werden, und die Temperatur der Fluidpumpe kann gesenkt werden.

Wie in der folgenden Tabelle dargestellt, wenn die Temperatur des Arbeitsfluids, das durch den Einlass 501 hindurchtritt, 80°C ist, wird die Temperatur um die Steuereinheit 66 in dieser Erfindung 86,1°C (etwa 359,1°K) sein, was vergleichsweise niedriger als 92,6°C etwa 365,6°K), der Temperatur um die Steuerung der zuvor erwähnten herkömmlichen Fluidpumpe, ist.

Pumpe dieser Erfindung		Herkömmliche Pumpe
Zeit (Sek.)	Temperatur (°K)	Zeit (Sek.)	Temperatur (°K)
0	0	0	0
1.9913816E–03	0	1.9913816E–03	0
3.9271740E–03	7.1896209E–09	3.9271740E–03	9.1314355E–08
6.0127615E–03	2.9321601E+02	6.0127615E–03	2.1237245E+02
8.2076415E–03	3.3627246E+02	8.2076415E–03	3.3615823E+02
1.0071468E–03	3.4574462E+02	1.0071468E–03	3.4986239E+02
1.1728488E–03	3.4999071E+02	1.1728488E–03	3.5319681E+02
1.4351077E–03	3.5562096E+02	1.4351077E–03	3.6123448E+02
1.5867259E–03	3.5705531E+02	1.5867259E–03	3.6317741E+02
1.8437840E–03	3.5830933E+02	1.8437840E–03	3.6531281E+02
2.0372916E–03	3.5911732E+02	2.0372916E–03	3.6557956E+02

Wie dargestellt, kann mittels der Hilfsleitung 7, die auswärts bezüglich der hinteren Umfangswand 31 angeordnet ist, ein Teil des gekühlten Arbeitsfluids in den Durchtritt 620 des hohlen Schafts 62 von der Außenseite der Gehäuseeinheit 3 fließen, so dass dieser Teil des Fluids relativ kühl gehalten wird, bevor er in den Durchtritt 620 eintritt. Folglich kann während des Betriebs der Fluidpumpe dieser Erfindung ein relativ kühles Fluid innerhalb des Inneren der Gehäuseeinheit 3 zirkulieren, um Wärme um die Steuereinheit 66, den Stator 61 und den hohlen Schaft 62 herum abzuführen, um effizient und schnell die Temperatur um die Steuereinheit 66 herum abzusenken, wobei die Betriebsdauer der Fluidpumpe verlängert wird. Darüber hinaus kann, da das Fluid in einem relativ kühlen Zustand gehalten werden kann, die Wärmeabführeffizienz der Fluidpumpe verbessert werden.

Claims

Fluidpumpe zum Zuführen von gekühltem Arbeitsfluid in einem Motorkühlsystem, wobei die Fluidpumpe Folgendes umfasst: eine Gehäuseeinheit (3), die eine Aufnahmekammer (30) definiert, die sich entlang einer Mittelachse erstreckt und die eine Trennwand (33) aufweist, die sich radial erstreckt, um die Aufnahmekammer (30) wasserdicht in vordere und hintere Kammern (301, 302) zu trennen, wobei die hintere Kammer (302) eine hintere Umfangswand (31) umfasst, die die Mittelachse umgibt, sowie eine hintere Montagewand (32), die sich radial erstreckt, wobei die vordere Kammer (301) einen Mittelbereich (303) und einen Umgebungsbereich (304) aufweist, die radial einander gegenüber angeordnet sind; einen Einlass (501), der nach vorn bezüglich der vorderen Kammer (301) und stromaufwärts bezüglich des Mittelbereichs (303) angeordnet ist; einen Auslass (502), der stromabwärts bezüglich des Umgebungsbereichs (304) angeordnet ist; ein Kanisterelement (4), das in der hinteren Kammer (302) angeordnet ist und konfiguriert ist, um die hintere Kammer (302) in Stator-seitige und Rotor-seitige Räume (305, 306) wasserdicht zu trennen, wobei das Kanisterelement (4) ein vorderes röhrenförmiges Ende (43) umfasst, das an die Trennwand (33) gesichert ist; einen Stator (61), der in dem Stator-seitigen Raum (305) angeordnet ist; einen hohlen Schaft (62), der in dem Rotor-seitigen Raum (306) angeordnet ist, und der eine Ausstoßwelle (624) aufweist, die sich in den Mittelbereich (303) erstreckt; einen Rotor (63), der in dem Rotor-seitigen Raum (306) montiert ist, um die äußere Welle (624) um die Mittelachse zu drehen; und ein Flügelrad (67), das in dem Mittelbereich (303) montiert ist, um mit der Ausstoßwelle (624) gedreht zu werden, und das konfiguriert ist, um das durch den Einlass (501) eingeführte Arbeitsfluid zu zwingen, in Richtung des Umgebungsbereichs (304) und durch den Auslass (502) heraus zu fließen, wenn das Flügelrad (67) mit der Ausstoßwelle (624) gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, dass: die hintere Montagewand (32) einen inneren Kanal (321) aufweist, der sich dort hindurch entlang der Mittelachse erstreckt; das Kanisterelement (4) eine hintere Endwand (41) umfasst, die sich radial erstreckt, um eine Fluidkommunikation zwischen dem Stator-seitigen Raum (305) und dem internen Kanal (321) zu unterbrechen, und die einen Eintrittskanal (411) aufweist, der sich entlang der Mittelachse erstreckt, um in Fluidkommunikation mit dem inneren Kanal (321) zu stehen; der hohle Schaft (62) einen Durchtritt (620) definiert, der sich entlang der Mittelachse erstreckt, um eine Kommunikation des inneren Kanals (321) mit dem Mittelbereich (303) zu bewirken; die Fluidpumpe ferner eine Hilfsleitung (7) umfasst, die eine Einströmöffnung (730) aufweist, die stromaufwärts bezüglich des Mittelbereichs (303) und stromabwärts bezüglich des Einlasses (501) angeordnet ist, und die sich erstreckt, um in Fluidkommunikation mit dem inneren Kanal (321) zu stehen, um einen Teil des eingeführten gekühlten Arbeitsfluids abzuzweigen, um direkt durch den inneren Kanal (321) und den Durchtritt (620) und aus der Ausstoßwelle (624) heraus zu fließen, wobei Wärme zerstreut wird, die als ein Ergebnis der Drehung des Rotors (63) erzeugt wird.
Fluidpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebungsbereich (304) konfiguriert ist, um sich spiralförmig relativ bezüglich der Mittelachse ausgehend vom Mittelbereich (303) zu erstrecken und beim Auslass (502) zu enden.
Fluidpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsleitung (7) ein hinteres Segment (71), das rückwärtig bezüglich der hinteren Montagewand (32) der Gehäuseeinheit (3) angeordnet ist, und das sich radial erstreckt, um in Fluidkommunikation mit dem inneren Kanal (321) zu stehen, ein verlängertes Segment (72), das sich vorwärts von dem hinteren Segment (71) entlang der hinteren Umfangswand (31) erstreckt, und ein vorderes Segment (73) umfasst, das sich in Richtung der Mittelachse ausgehend von dem verlängerten Segment (72) erstreckt, und das die Einströmöffnung (730) definiert, wobei die Einströmöffnung (730) in Fluidkommunikation mit dem Einlass (501) steht.
Fluidpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseeinheit (3) eine Abdeckung (34) aufweist, die eine Umgebungswand (341) aufweist, die mit der Trennwand (33) verbunden ist, die sich nach vorn und in Richtung der Mittelachse erstreckt, um den Einlass (501) zu begrenzen, und die mit der Trennwand (33) zusammenwirkt, um die vordere Kammer (301) zu definieren, wobei das vordere Segment (73) der Hilfsleitung (7) auf der Umgebungswand (341) angeordnet ist und sich nach vorn bezüglich des Umgebungsbereichs (304) und unterhalb des Einlasses (501) erstreckt, um die Einströmöffnung (730) der Hilfsleitung (7) zu definieren.
Fluidpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (33) eine ringförmige Tragwand (331) aufweist, die die Mittelachse umgibt, wobei der hohle Schaft (62) vordere und hintere gelagerte Enden (621, 622) aufweist, die drehbar jeweils auf der ringförmigen Tragwand (331) und der hinteren Endwand (41) um die Mittelachse herum montiert sind, wobei sich das vordere gelagerte Ende (621) in den Mittelbereich (303) erstreckt, um als die Ausstoßwelle (624) zu dienen.