用于车辆的冷却液泵的制作方法

1.本发明涉及一种用于使车辆的冷却流体再循环的泵，特别是用于车辆燃烧发动机的冷却流体，该泵有控制系统，该控制系统包括电磁摩擦联轴器和独立的电马达。


背景技术：

2.在用于制造车辆(特别是发动机，例如燃烧发动机)的领域中已知需要通过冷却流体的再循环来冷却所述发动机，该冷却流体由相应的再循环泵来驱动，该再循环泵的叶轮通过轴来旋转，该轴由用于接受旋转运动的装置(该装置通常包括带轮)以及通过与运动源(例如特别是驱动轴)连接的皮带来驱动。
3.还已知冷却流体的再循环必须根据由发动机的实际使用条件和外部温度所确定的实际冷却要求而以一定流量来进行，以避免一直和不必要地在装置(该装置吸收有用功率)的全速下操作，从而增加各个部件的磨损和车辆的燃料消耗。
4.还已知，为了解决这个问题，已经提出了用于控制泵叶轮的操作的装置，该泵叶轮的旋转取决于摩擦联轴器的接合和取决于电马达，该摩擦联轴器用于根据驱动轴的转数来传递旋转运动，而该电马达将在摩擦联轴器脱开时驱动，以便保证独立于驱动轴的控制速度旋转。
5.这些装置的示例例如从wo2012/142065和wo2018/229669中已知，权利要求1的前序部分基于这些文献。
6.尽管实现了它们的功能，但是这些装置仍然有限制其应用的缺点，特别是因为它们设想将摩擦联轴器定位成沿轴向在带轮外侧的位置中，用于接收来自驱动轴的运动，从而导致组件的轴向尺寸增加，这与用于将组件容纳在发动机舱内的座的小尺寸不相容。在二级或辅助冷却回路(该二级或辅助冷却回路并不直接设计成冷却发动机)的情况下出现类似的问题，但是它们在任何情况下都需要冷却流体的再循环。


技术实现要素：

7.因此提出的技术问题是提供一种用于再循环冷却流体(特别是用于车辆发动机等的冷却流体)的泵，它能够根据实际需要来产生叶轮转速的变化。
8.关于这个问题，还需要该装置应当有较小尺寸-特别是轴向尺寸，但还有径向尺寸-但是同时应当能够在发动机的低转速下产生高扭矩，因此也可用于发动机以低转速rpm操作的重型车辆的高性能泵，或者在燃烧发动机以高转速rpm操作的情况下低速旋转的叶轮。
9.还要求该装置应当容易和便宜地生产和装配，并能够很容易地安装在泵体上，而不需要特殊适配。
10.根据本发明，这些结果通过一种根据权利要求1的特征的、用于再循环车辆等的发动机的冷却流体的泵而获得。
11.由于根据权利要求1所述的泵构造，其中，运动接收装置(特别成带轮形式)形成在
成形圆环的外周边缘上(该成形圆环形成电磁摩擦联轴器的转子的一部分)，安装在泵体外侧的轴承上，并布置在沿径向处于电磁体和/或摩擦联轴器的电枢更外侧的位置处，它能够获得一种泵，该泵的叶轮可以根据实际要求而旋转驱动，且该泵沿轴向非常紧凑，同时在运动接收装置和/或钟形部件和/或电磁联轴器和外部轴承的尺寸设计方面能够有很大程度的灵活性。
12.实际上，根据本发明的泵在运动接收装置的尺寸设计方面为设计者提供了很大的自由度，运动接收装置例如成具有合适轴向长度的带轮的形式，以便与皮带连接，而且在支承该运动接收装置的轴承的设计以及电磁联轴器的可传递扭矩方面也提供了自由度，且没有增加轴向尺寸。而且，用于通过电马达来操作的转子和钟形部件可以在它们的尺寸方面更自由地设计。因此，能够使得该泵适应车辆的实际冷却要求，同时使它的总体轴向尺寸保持紧凑。
13.特别是，在优选实施例中，运动接收装置可以布置在沿径向处于钟形部件更外侧的位置处，从而导致它的轴向尺寸的设计有最大的自由度，和/或导致增加在运动接收装置和泵体的、容纳叶轮的部分之间的容积。
14.根据优选构造，运动接收装置可以至少局部轴向布置在电磁体上方，优选是布置成与它同心。电马达和/或钟形部件可以布置在相对于运动接收装置的轴向外侧位置(并不布置在它们上方)。
15.根据更优选的构造，运动接收装置至少局部布置在电枢和(可选的)钟形部件的轴向上方。特别是，圆环(运动接收装置形成在该圆环的外周边缘上)可以从安装在外部轴承上的转子的本体朝向固定在钟形部件上的从动轴的端部轴向凸出，可选地也直到它轴向布置在钟形部件自身上方。
16.其它优选实施例在从属权利要求中介绍。
附图说明
17.进一步的细节可以从下面参考附图提供的、本发明主题实施例的非限定示例的说明中获得，附图中：
18.图1：表示了根据本发明装置的一个示例实施例的局部剖视图，处于摩擦联轴器闭合和马达通电的状态；
19.图2：表示了与图1相似的视图，处于摩擦联轴器打开和马达未通电的状态；
20.图3：表示了根据本发明的泵的还一实施例的、类似于图1的视图。
21.图4：表示了根据本发明的泵的第三实施例；以及
22.图5：表示了根据本发明的泵的第四实施例。
具体实施方式
23.如图1中所示，用于再循环车辆等的冷却流体的泵的叶轮1安装在轴2的第一端，该轴2由包括泵体11的固定组10来支承，该泵体11再固定至车辆发动机的底座11a上。
24.与轴2同轴的密封装置(特别是密封垫圈12)布置在泵体11内部。
25.叶轮的轴2设计成相对于泵体11旋转，特别是通过内部轴承13旋转，所述轴2键接在该内部轴承13的内圈上。
26.外部轴承40键接在泵体11的外侧上，外部轴承40的外圈40a与合适形状的圆环21a成一体，该圆环21a的外周边缘有形成于其上的运动接收装置，在示例中成带轮21c的形式，该运动接收装置适合与皮带3连接，用于从燃烧发动机的轴接收运动和向环21a自身传动，从而产生用于泵的轴2的旋转运动。
27.由于皮带3的拉力传递至外部轴承40上，因此能够限制不承受动态负载的内部轴承13的尺寸，从而增加工作寿命和限制总体尺寸。
28.圆环21a形成电磁联轴器20的转子21的一部分，该电磁联轴器包括容纳在转子21自身的相应座21b内的固定电磁体22，和布置成在叶轮1的相对侧面向电磁体22的电枢23。
29.电枢23与弹性收回薄片24连接，该弹性收回薄片24又固定在钟形部件14上以便旋转(在后面更详细介绍)，并设计成允许电枢轴向移动，但防止它相对于所述钟形部件进行相对旋转运动。
30.转子21可以设置有沿轴向方向的通孔，用于确定磁流的通路，该磁流能够确定电枢23的吸引力。
31.通过这种连接布置，电枢23能够执行沿轴向方向朝向/远离转子21的运动，并在电磁体22通电或断电时防止相对于钟形部件14的相对旋转。
32.如图1中所示，还设想在电马达50中，定子51设置在带轮21c和摩擦联轴器20的轴向外侧的位置处，该定子51由泵体11支承，且该电马达50的转子53与钟形部件14连接，该钟形部件14再与泵轴2的、与叶轮1相对的端部轴向连接。
33.在钟形部件和轴之间的连接使用常规装置14a(未详细介绍)进行。
34.如图所示，电马达50(该电马达50优选是无刷或异步类型)布置在电磁体22的轴向外侧的位置处。电磁联轴器20优选是轴向布置在泵叶轮和电马达之间。
35.如图所示，形成运动接收装置的带轮21c形成于转子21的圆环的外边缘上，径向处于电磁体22的座21b的外侧。在该实施例中，带轮21c也位于沿径向在电枢23和钟形部件14更外侧的位置处。
36.优选是，运动接收装置(特别是带轮21c)和电磁联轴器(特别是至少电磁体22)同心地布置。通过这种构造，能够保证钟形部件14和电马达50的尺寸(包括径向尺寸)的最大设计自由度，特别是当运动接收装置布置在所述钟形部件14和(可选的)电枢23的轴向外侧位置时(且并不布置在它们上方)。
37.用于马达的电源可以例如通过与能量源(例如用于发动机的电源)连接的电缆52来设置。
38.独立于马达50的电源，提供了用于通过电线52a来激励电磁体的第二电源。
39.通过这种构造，泵的操作原理如下：
40.a)当电磁体22通电时(图2)，感应的磁场克服弹性薄片24的收回作用，使得电枢23抵靠转子23轴向收回，这使得钟形部件14旋转，并因此使得与该钟形部件14连接的泵轴旋转，这又使得叶轮1以与带轮21c和环21a相同的转数旋转；
41.b)当电磁体22断电时(图1)，电枢23通过弹性薄片24远离转子21和抵靠钟形部件14而轴向收回，该钟形部件14再脱开由与燃烧发动机连接的皮带3提供的驱动运动；从动轴2空转，叶轮静止；
42.c)当在轴2的空转的状态下需要叶轮1以独立转数来旋转时(例如小于由电磁联轴
器20的转子21b确定的转数)，电马达50通电，从而电动转子53的运动使得钟形部件14旋转，因此轴2以适合确定实际需要的流体再循环的所希望旋转速度来旋转。
43.在第一实施例中，电马达设计成在定子的极上有单个绕组，当使用的材料量和成本要保持最小时，所述形式很有利。
44.根据还一实施例，设想电马达50包括在定子极上的至少一对绕组，该绕组与控制马达的驱动器70串联连接，该马达例如可以是无刷或异步马达。
45.驱动器70又可以包括具有cpu 71的两部分构造，该cpu 71控制用于驱动相应第一桥路73a和第二桥路73b的第一驱动器72a和第二驱动器72b；这样，可以提供称为术语“故障安全”的构造，以使得在一个绕组和/或一个驱动器70部分出现故障或损坏的情况下，另一绕组仍然可以操作，从而保证叶轮1的运动和因此保证用于燃烧发动机的冷却流体的再循环。
46.如图所示，驱动器可以设置在马达的外侧(图1)，或者布置在泵上，优选是在钟形部件14的轴向尺寸内或容积内部，如图3中示意所示。
47.还设想两个绕组可以包括不同数量的极性，用于提供不同的驱动扭矩：例如用于正常操作的高扭矩和用于紧急故障安全操作的低扭矩。
48.在任何情况下，故障安全功能始终可以由独立驱动器通过与不同运动接收装置连接的电马达或电磁联轴器来保证。
49.在优选实施例中(它的优选示例在图4中表示)，运动接收装置(特别是带轮121c)布置在沿径向在钟形部件14更外侧的位置处，且至少局部布置在电枢23的轴向上方。
50.在这些实施例中，运动接收装置121c可以延伸成至少局部布置在钟形部件14上方并也可选地布置在电马达50上方。
51.更详细地，成形圆环121a(运动接收带轮121c形成在该成形圆环121a的外周圆形边缘上)至少局部由联轴器的转子121的凸出同轴延伸部分构成；即，转子包括本体121，该本体121键接至外部轴承40上(并且包括用于电磁体的座122)，且圆环121a的至少一部分沿从动轴2的、固定于钟形部件14上的端部的方向从该本体121轴向凸出。
52.通过这种构造，运动接收装置可以沿轴向至少局部布置在电枢23上方，且还可选地布置在钟形部件14上方，这能够有很大的自由度来增加运动接收装置的轴向尺寸和因此增加皮带3的拉力，而并不增加泵的总体轴向尺寸；这样，在皮带边缘3和从动轴2的、固定于钟形部件14上的端部之间的空间将减小。
53.如图4中所示，还能够将具有带轮121c的整个环部件121a朝向从动轴的钟形部件端部移动，优选是使得它沿轴向处于电磁体22的外侧，以便对于相同的总体轴向尺寸增大在运动接收装置和泵的本体11的、容纳叶轮1的部分之间的容积。
54.这种更大容积能够有更大的自由度来设计外部轴承40和/或电磁联轴器的尺寸，从而能够最佳地确定联轴器的可传递扭矩值和/或防止任何结构复杂(例如由于焊接孔眼)。本领域技术人员显然知道，在这种构造中，运动接收装置121c也可以布置成处于摩擦联轴器的电磁体22的径向更内侧。
55.图5表示了根据本发明的泵的还一实施例，它与图4中所示的泵的区别在于，电动转子153形成由塑性磁性材料制造的单个本体的一部分，该单个本体还形成固定于从动轴2上并与电磁联轴器的电枢23连接的钟形部件。
56.特别是，转子/钟形部件153有形成为单个压制部件的本体，该本体包括与从动轴2同轴的空心圆柱体和固定于所述轴上的圆形后部封闭板；所述本体由塑性磁性材料来制造，特别是通过注射模制，该塑性磁性材料基本包括塑性粘接剂以及至少50％、优选是至少80％、更优选是至少90％、93％、95％或99％重量百分比的铁磁金属，该铁磁金属能够以永久方式来磁化，例如铁氧体、钕或钐钴。形成为单件的本体通过halbach磁化来进行磁化，以便在形成电动转子一部分的空心圆柱体内部复制具有至少两个磁极的永磁场以及在空心圆柱体外部复制基本为零的磁场。
57.塑性粘接剂可以是聚酰胺，优选是pa6、pa12、pa66或pps。单件的本体例如由塑性磁性材料的预制件来注射模制。在空心圆柱体内部的磁场可以例如有至少2个、至少4个或至少8个磁极，这些磁极成角度等距离地布置在圆柱体的内部容积的周边延伸部分上。转子磁场的磁极可以以预定相交角倾斜，例如20
°
。
58.如图5中所示，钟形部件/转子153有穿过板的中心通孔，该中心通孔设置成稳定地容纳用于与泵轴连接的元件，特别是金属衬套和/或固定螺钉。优选是，孔和可选的衬套可以在注射模制步骤中形成。
59.如图所示，由塑性磁性材料制造的单件本体还可以包括周边径向基部，电磁联轴器的电枢以与上述钟形部件14类似的方式连接在该周边径向基部上。
60.用于形成由塑性磁性材料制造的外部转子153的方法的示例可以例如包括以下步骤：
[0061]-制备由塑性磁性材料制造的预制件，例如球形件，该塑性磁性材料基本包括至少50％、优选是至少80％、更优选是90％、甚至更优选是至少93％、95％或99％重量百分比的可永久磁化金属特别是铁氧体或钕或钐钴，且其余部分是塑性粘接剂，特别是聚酰胺，优选是pa6、pa12、pa66或pps；
[0062]-在模具内模制(优选是通过注射)该预制件，以便形成转子本体，该转子本体包括空心圆柱体，该空心圆柱体环绕纵向轴线延伸，并和在它的两个基部中的一个处由圆形板封闭；
[0063]-磁化本体的至少空心圆柱体，以便提供halbach阵列，该halbach阵列产生转子的永磁场，该转子有在空心圆柱体的内部容积中的至少两个磁极，且在该空心圆柱体的外部基本为零。
[0064]
因此，显然知道通过根据本发明的泵能够怎样通过外部运动源(例如燃烧发动机)或辅助电马达的交替操作来获得可以根据实际要求而变化的、用于车辆的冷却流体的有效再循环，同时由于旋转运动接收装置的特殊布置而保持总体轴向尺寸较小，该旋转运动接收装置设计成用于与燃烧发动机自身连接，并布置在叶轮和钟形部件之间，且沿径向处于电磁体、电枢以及可选的钟形部件和电马达的更外侧，使得在各驱动器的设计阶段的尺寸确定还可以适应车辆的实际冷却要求，同时保持总体轴向尺寸紧凑。
[0065]
除了上面所述之外，带轮(该带轮也包含电磁联轴器的转子功能)的较小径向尺寸使得该装置(因此泵)也适用于发动机在低转速(rpm)下运行但需要较高冷却泵转速的车辆。由于带轮沿轴向方向从转子本体伸出，因此还能够有利地增加皮带的拉力和/或增大用于泵的其它部件的容积，而并不增加总体轴向尺寸。
[0066]
另外，根据本发明的泵在两个独立的电源电路(即马达或电磁联轴器)中的任意一
个电故障的情况下也保证叶轮1的旋转，从而保证冷却流体的再循环(“故障安全模式”)。
[0067]
还可以设想，当电磁体122断电时，泵可以：
[0068]-当燃烧发动机有较高转速时通过电马达50来以较慢速度操作；以及
[0069]-在燃烧发动机未运行时也通过电马达50来以合适速度操作，以便在临时停止的情况下(例如在交通灯附近的走走停停的情况下)也保证燃烧发动机的再循环和因此冷却。
[0070]
根据本发明的结构的还一有利效果在于由于皮带3的拉力而没有作用在支承叶轮轴的轴承上的径向负载，所述没有径向负载有助于增加轴承的工作寿命和减少故障危险。
[0071]
尽管参考用于冷却车辆燃烧发动机的回路进行了介绍，但是可以设想，根据本发明的泵可以通过在可能情况下使得运动来源于不同于驱动轴的其它源而执行用于冷却车辆的其它次级或辅助回路的流体的再循环。