ITMI20131176A1

ITMI20131176A1 - Pompa di ricircolo di un fluido di raffreddamento di motori termici con comando a frizione elettromagnetica con doppia bobina e motore elettrico

Info

Publication number: ITMI20131176A1
Application number: IT001176A
Authority: IT
Original assignee: Baruffaldi Spa
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-13

Description

DESCRIZIONE del Brevetto per Modello di Utilità

Forma oggetto del presente trovato una pompa di ricircolo del fluido di raffreddamento di motori termici, particolarmente di veicoli, con dispositivo di comando a frizione elettromagnetica e motore elettrico indipendente dal motore termico. E' nota nel settore della produzione dei motori, particolarmente termici, la necessità di raffreddare gli stessi tramite ricircolazione di un fluido di raffreddamento, mosso tramite una corrispondente pompa di ricircolo la cui girante è posta in rotazione da un albero azionato da una puleggia e da una cinghia collegata all'albero motore .

E' anche noto che il ricircolo del fluido di raffreddamento deve essere effettuato con portata corrispondente alla effettiva necessità di raffreddamento, determinata dalle reali condizioni di utilizzo del motore e dalla temperatura esterna, al fine di evitare di mantenere costantemente e inutilmente in rotazione a pieno regime dispositivi che assorbono potenza utile, aumentando l'usura delle varie parti componenti e i consumi del veicolo.

E' anche noto che per dare soluzione a tale problema sono stati proposti dispositivi di comando dell'albero della girante della pompa la cui rotazione dipende dall'innesto di una frizione di attrito per la trasmissione di un moto di rotazione dipendente dai giri dell'albero motore, e da un motore elettrico che interviene invece a frizione disinnestata per una rotazione a giri controllati indipendente dall'albero motore.

Esempi di tali dispositivi sono ad esempio noti da WO 2012/142065.

Sebbene funzionali tali dispositivi presentano tuttavia degli inconvenienti che ne limitano le applicazioni, in particolare in quanto prevedono la collocazione della frizione in posizione assialmente interna (quindi concentrica) alla puleggia di presa del moto dall'albero motore, determinando, conseguentemente, un aumento degli ingombri radiali dell'assieme non consentiti dalle limitate dimensioni delle sedi di alloggiamento del complesso all'interno del vano motore.

Si pone pertanto il problema tecnico di realizzare pompa di ricircolo di fluidi di raffreddamento di motori per veicoli e simili, atta a determinare una variazione della velocità di rotazione della girante in relazione alle effettive necessità di esercizio del motore.

Nell'ambito di tale problema si richiede inoltre che tale dispositivo sia atto ad attuare un funzionamento di sicurezza (fail safe) che garantisca la rotazione della girante anche in caso di avaria del circuito elettrico dì controllo e comando, e che risulti di contenuti ingombri particolarmente radiali, ma nello stesso tempo in grado di erogare coppie elevate anche corrispondentemente ad una velocità di rotazione ridotta del motore in modo da risultare applicabile anche a pompe di elevata portata di veicoli pesanti con motore a basso numero di giri, oppure una rotazione della girante a basso numero di giri in condizioni di alto numero di giri del motore termico .

Si richiede inoltre che il dispositivo risulti di facile ed economica produzione ed assemblaggio e facilmente installabile sul corpo pompa senza necessità di speciali adattamenti.

Tali risultati sono ottenuti secondo il presente trovato da una pompa per il ricircolo di fluidi di raffreddamento di motori per veicoli e simili, comprendente :

+ una girante 1 portata da un albero condotto,+almeno un innesto elettromagnetico ad attrito, interposto tra mezzi di generazione del moto e l'albero condotto 2 e comprendendo un elettromagnete fisso di comando dell'innesto/disinnesto della frizione, associato ad un elemento di chiusura del flusso magnetico, e un'ancora, assialmente disposta da parte opposte all'elettromagnete rispetto a detto elemento di chiusura del flusso,-detti mezzi di generazione del moto essendo montati su un cuscinetto calettato sul corpo 11, fisso, della pompa e collegati all'albero motore del veicolo;

+ un motore elettrico, ausiliario, di azionamento dell'albero condotto indipendentemente dal motore termico, disposto in posizione assialmente esterna ai mezzi di generazione del moto dell'innesto;

in cui l'elettromagnete di comando del disinnesto della frizione elettromagnetica comprenda almeno due bobine alimentate in modo da generare una corrente iniziale nelle stesse atta a determinare una elevata forza iniziale di richiamo dell'ancora verso il piatto di flusso e una successiva corrente di mantenimento atta a determinare una ridotta forza di trattenuta dell'ancora stessa contro il piatto di flusso.

Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione di un esempio non limitativo di attuazione dell'oggetto del presente trovato effettuata con riferimento ai disegni allegati, in cui si mostra:

in figura 1 : una vista parzialmente sezionata di un esempio di attuazione del dispositivo secondo il presente trovato, in condizioni dì frizione innestata .

Come illustrato in fig. 1, la girante 1 di una pompa di ricircolo del fluido di raffreddamento di veicoli e simili è montata ad una prima estremità di un albero 2 supportato da un gruppo fisso 10 comprendente il corpo 11 della pompa a sua volta solidale al basamento Ila del motore del veicolo. Internamente al corpo pompa 11 sono disposti una guarnizione 12 di tenuta, coassiale all'albero 2, e un cuscinetto 13 sul cui anello interno è calettato l'albero 2 della girante.

Esternamente al corpo pompa 11 è calettato un secondo cuscinetto 40 il cui anello esterno 40a è solidale ad una campana 21, opportunamente sagomata, sul cui bordo circonferenziale esterno è formata una puleggia 21a, atta all'accoppiamento con una cinghia 3 per la presa del moto dall'albero del motore termico e la sua trasmissione alla campana 21 stessa, generando il moto per l'albero 2 della pompa.

Poiché il tiro della cinghia 3 si scarica sul cuscinetto esterno 40 è possibile contenere il dimensionamento del cuscinetto interno 13, che non è sottoposto a carichi dinamici, a tutto vantaggio della durata e del contenimento degli ingombri complessivi .

La campana 21 presenta una estensione in senso assiale 21b che costituisce il rotore di un innesto elettromagnetico 20 che comprende un elettromagnete 22, fisso, il cui corpo 22b è fissato ad una struttura 55 a sua volta fissata al corpo pompa 11 tramite viti 55a, e un'ancora 23 disposta frontalmente all'elettromagnete 22 da parte opposta a quest'ultimo rispetto ad un elemento 22a fisso di chiusura del flusso magnetico generato dall'eccitazione dell'elettromagnete 22; l'ancora 23 è mobile in traslazione nei due sensi della direzione assiale, ed è guidata nella traslazione da boccole 26a integrate in viti 26 che costituiscono l'elemento di vincolo di una estensione radiale 21c della campana 21 assialmente disposta da parte opposta all'elettromagnete 22 rispetto all'ancora 23.

L'ancora 23 è assialmente spaziata rispetto a detta estensione radiale 21c della campana 21 di una quantità tale da consentire l'introduzione di un disco flottante 24 formato da un'anima interna 24a sulle opposte facce della quale è applicato un materiale di attrito 24b; il disco 24 è dotato di denti radiali 14b inseriti all'interno di una sede 14a assiale ricavata sul bordo anulare di una flangia 14 a sua volta solidale alla estremità dell'albero 2 opposta a quella della girante 1; il disco flottante 24 è pertanto solidale in rotazione con la flangia 14 stessa; la sede assiale 14 presenta lunghezza tale da consentire il movimento assiale al suo interno del disco flottante 24.

L'ancora 23 è soggetta alla spinta esercitata in direzione assiale, nel senso del distacco dall'elettromagnete 22, da una pluralità di molle 25 assialmente contenute in corrispondenti sedi 25a dell'estensione assiale 21b della campana 21 contro cui reagiscono.

Con tale accoppiamento l'ancora 23 è in grado di compiere movimenti in senso assiale verso/da la campana 21, risultando bloccata alla rotazione relativa rispetto alla flangia 14 in condizione di elettromagnete 22 diseccitato.

Come evidenziato in fig.l si prevede anche che in posizione assiale esterna alla puleggia e interna alla frizione 20 sia previsto un motore elettrico 50 il cui statore 51 è supportato dal corpo 22b dell'elettromagnete 22 cui è vincolato tramite viti 55c, e il cui rotore 53 è collegato all'albero 2 della pompa tramite una flangia sagomata 53a; l'alimentazione elettrica del motore è ottenuta tramite un cavo 52 collegato ad una fonte di energia elettrica del motore.

Preferibilmente il cavo 52 comprende anche una diramazione 52a i cui fili attuano l'eccitazione dell'elettromagnete 22.

Secondo il trovato si prevede che l'elettromagnete 22 di comando del disinnesto della frizione elettromagnetica 20 comprenda almeno due bobine 22c e 22d alimentabili, in modo da ottenere:

- una elevata forza iniziale di richiamo dell'ancora 23, atta a vincere la forza sommata delle molle 25 di spinta sull'ancora, e

una successiva ridotta forza di mantenimento dell'ancora 23 stessa contro il piatto di flusso 22a .

Secondo una prima forma di attuazione dell'elettromagnete 22, le due bobine 22c,22d sono una più potente e una meno potente; in questo caso ad un'iniziale eccitazione della bobina più potente per il disinnesto della frizione 20 segue, a richiamo dell'ancora 23 avvenuto, un'eccitazione della sola bobina meno potente per la trattenuta dell'ancora 23, minimizzando in tal modo la potenza assorbita per il disinnesto e il mantenimento della condizione di disinnesto della frizione.

Secondo una ulteriore forma di attuazione le due bobine 22c,22d possono essere di uguale potenza e collegate tramite un circuito di alimentazione commutabile da parallelo a serie e viceversa. In questo caso per il disinnesto della frizione 20 il circuito di connessione delle due bobine 22c,22d è posto nella condizione di alimentazione in parallelo delle stesse, determinando così una iniziale eccitazione in parallelo di entrambe le bobine ed una conseguente elevata forza iniziale di attrazione dell'ancora verso l'elettromagnete 22; a richiamo dell'ancora 23 avvenuto il circuito di alimentazione commuta ad un'alimentazione in serie delle due bobine 22c,22d, garantendo la trattenuta dell'ancora stessa in posizione di richiamo assiale ma con un assorbimento di potenza da parte dell'elettromagnete 22 molto ridotto.

Quindi in tutte le configurazioni, le bobine sono eccitate tramite una iniziale elevata quantità di corrente per vincere la elevata resistenza dell'ancora mantenuta a distanza dall'elettromagnete dall'azione della molla 25, e una successiva ridotta quantità di corrente sufficiente alla trattenuta dell'ancora, a quel punto già assialmente vicina all'elettromagnete stesso, ottenendo in tal modo oltre al disinnesto della frizione anche l'effetto tecnico di ridurre gli assorbimenti di potenza e il surriscaldamento delle varie parti.

Con tale configurazione il funzionamento della pompa è il seguente:

-) in condizioni di elettromagnete 22 diseccitato, (Fig.l) l'ancora 23 è costantemente spinta dalle molle 25 in allontanamento assiale dall'elettromagnete 22 stesso serrando i materiali di attrito del disco flottante 24 tra l'ancora stessa e l'estensione radiale 21c della campana 21; il disco flottante 24 trasmette pertanto la rotazione della puleggia alla flangia 14 e quindi all'albero 2 condotto, ponendo in rotazione quest'ultimo che ruota, assieme alla girante 1, con gli stessi giri della puleggia 21a;

-) in condizioni di elettromagnete 22 eccitato, il campo magnetico indotto vince l'azione di spinta delle molle 25 e, richiamando assialmente l'ancora 23, libera il disco^ flottante 24 dall'impegno con la campana 21, determinando una condizione di folle dell'albero 2;

+) se in concomitanza alla condizione di folle dell'albero 2 è richiesta una rotazione della girante 1 con un numero di giri inferiore a quello determinato dalla puleggia 21a, si alimenta il motore elettrico 50 in modo che il moto del suo rotore 53 ponga in rotazione l'albero 2 con la desiderata velocità di rotazione atta a determinare il ricircolo del fluido effettivamente necessario. Risulta pertanto come la pompa secondo il trovato consenta di ottenere un efficace ricircolo del fluido di raffreddamento di veicoli che può essere variato in relazione alla effettiva necessità tramite l'azionamento alternativo da motore termico o da motore elettrico ausiliario, mantenendo, tuttavia, ingombri radiali contenuti grazie alla particolare disposizione del motore elettrico disposto in posizione assialmente esterna alla puleggia di collegamento al motore termico stesso. Tale contenimento dio ingombri radiali, consente di ottenere una puleggia 21a di ridotto diametro con conseguente moltiplicazione dei giri trasmessi dalla cinghia 3, il che rende il dispositivo, e quindi la pompa, adatta anche ai veicoli con motori che girano a basso numero di giri, ma richiedono una elevata velocità di rotazione della pompa di raffreddamento .

Oltre a ciò la pompa secondo il trovato assicura la rotazione della girante 1 anche in caso di guasto elettrico, condizione nella quale l'ancora è sempre vincolata al rotore dalla spinta delle molle 25, garantendo il ricircolo del fluido di raffreddamento ( = "fail safe").

Si prevede inoltre che, in condizioni di elettromagnete 22 eccitato, la pompa possa essere azionata dal motore elettrico 50 con numero di giri indipendente dal numero di giri del motore termico, in particolare:

- con basso numero di giri in condizioni di alto numero di giri del motore termico; e

con appropriato numero di giri anche a motore o

termico spento, al fine di garantire il ricircolo e quindi un raffreddamento del motore termico anche nel caso di soste temporanee come, ad esempio, nei casi di sosta e ripartenza (stop and go) ai semafori .

Grazie alla conformazione dell'elettromagnete 22 con due bobine alimentabili in corrente in modo da ottenere una elevata forza iniziale di richiamo dell'ancora 23 ed una successiva ridotta forza di mantenimento dell'ancora 23 stessa contro il piatto di flusso 22a, è possibile ottenere un risparmio energetico nel controllo del disinnesto della frizione elettromagnetica 20, oltre ad un facile e modulabile controllo delle diverse modalità di funzionamento .

Oltre a ciò il serraggio del disco flottante 24 tra la ganascia formata dall'ancora 23 e dalla estensione radiale 21c della campana 21 determina un ulteriore importante effetto costituito dalla assenza di carichi assiali sia sui cuscinetti di sostegno dell'albero della girante sia sui cuscinetti di supporto della puleggia, a vantaggio della durata dei cuscinetti stessi.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Pompa di ricircolo di un fluido di raffreddamento di veicoli, comprendente: una girante (1) portata da un albero (2) condotto, o almeno un innesto (20) ad attrito, interposto tra mezzi (21,21a) di generazione del moto e l'albero condotto (2) detti mezzi (21,21a) di generazione del moto sono montati su un cuscinetto (40) calettato sul corpo (11), fisso, della pompa e collegati (3) all'albero motore del veicolo; + un motore elettrico (50) , ausiliario, di azionamento dell'albero condotto (2) indipendentemente dal motore termico; caratterizzata dal fatto che detto motore elettrico (50) è disposto in posizione assialmente esterna ai mezzi (21,21a) di generazione del moto dell'innesto (20); detto innesto (20) ad attrito è di tipo elettromagnetico e comprende: + un elettromagnete (22) fisso di comando dell'innesto/disinnesto della frizione (20), associato ad + un elemento (22a) di chiusura del flusso magnetico, e + un'ancora (23), assialmente disposta da parte opposte all'elettromagnete (22) rispetto a detto elemento (22a) di chiusura del flusso e dal fatto che l'elettromagnete (22) di comando del disinnesto della frizione elettromagnetica (20) comprende almeno due bobine (22c,22d) alimentate in modo da generare una corrente iniziale nelle bobine atta a determinare una elevata forza di richiamo dell'ancora (23) verso il piatto di flusso (22a) e una successiva corrente di mantenimento atta a determinare una ridotta forza di trattenuta dell'ancora (23) stessa contro il piatto di flusso (22a).
2. Pompa secondo rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detto motore elettrico (50) è disposto in posizione concentrica all'innesto (20) ad attrito.
3. Pompa secondo rivendicazione 1 o 2 caratterizzata dal fatto che detti mezzi di generazione del moto comprendono una campana (21), sul cui bordo circonferenziale esterno è formata una puleggia (21a), atta all'accoppiamento con una corrispondente cinghia (3) di trasmissione del moto proveniente dall'albero del motore termico.
4. Pompa secondo qualsiasi rivendicazione precedente caratterizzata dal fatto che il motore (50) presenta rotore (53) collegato all'albero (2) della girante (1).
5. Pompa secondo qualsiasi rivendicazione precedente caratterizzata dal fatto che le due bobine (22c,22d) sono una più potente e una meno potente .
6. Pompa secondo rivendicazione 5 caratterizzata dal fatto che le due bobine (22c,22d) sono collegate tra loro in parallelo.
7. Pompa secondo rivendicazione 5 caratterizzata dal fatto che per determinare detta forza iniziale di richiamo dell'ancora (23) viene eccitata la bobina più potente, e per determinare detta ridotta forza di mantenimento dell'ancora (23) a richiamo avvenuto, viene eccitata la sola bobina meno potente .
8. Pompa secondo qualsiasi rivendicazione da 1 a 4 caratterizzata dal fatto che le due bobine (22c,22d) sono di uguale potenza e collegate tramite un circuito di alimentazione commutabile da parallelo a serie e viceversa.
9. Pompa secondo la rivendicazione precedente caratterizzata dal fatto che per determinare detta forza iniziale di richiamo dell'ancora (23) le due bobine (22c,22d) sono connesse in parallelo ed eccitate, e che, a richiamo avvenuto, le due bobine (22c,22d) sono connesse in serie ed eccitate, per determinare detta ridotta forza di trattenuta dell'ancora (23).
10. Pompa secondo qualsiasi rivendicazione precedente caratterizzata dal fatto che su detto albero condotto (2) è montata una flangia (14) circolare, assialmente disposta alla estremità dell'albero (2) opposta alla girante (1).
11. Pompa secondo la rivendicazione precedente caratterizzata dal fatto che detta flangia (14) porta un disco (24) flottante assialmente sulle cui opposte superfici è applicato un materiale di attrito (24a).
12 . Pompa secondo rivendicazione 10 caratterizzata dal fatto che detto disco (24) flottante presenta denti radiali 14b inseriti con un certo grado di libertà di movimento assiale all'interno di una sede (14a) ricavata sul bordo assiale della flangia (14).
13 . Pompa secondo qualsiasi rivendicazione precedente caratterizzata dal fatto che la campana (21b) presenta una estensione radiale (21c) assialmente disposta da parte opposta all'ancora (23) rispetto all'elettromagnete (22).
14 . Pompa secondo rivendicazione 9 caratterizzata dal fatto che l'estensione radiale (21c) è fissata alla campana (21) tramite viti (26) assiali.
15. Pompa secondo rivendicazione 10 caratterizzata dal fatto dette viti (26) portano boccole assiali (26a) lisce che costituiscono l'elemento di guida della traslazione assiale dell'ancora (23).