弹簧调节式可变流量电动水泵制造技术

本发明专利技术公开了一种电动水泵，其具有带有可轴向移动的转子单元的马达。旋转泵构件固定成用于与转子单元一起轴向地移动以改变旋转泵构件在泵室内的位置，从而改变通过泵室的流量。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求于2015年3月31日提交的美国临时专利申请No.62/140,854的权益。以上申请的全部内容通过参引并入本文中。
本公开总体上涉及用于机动车辆的水泵。更具体地，本公开涉及配备有可轴向移动的转子/叶轮组件的可变流量电动水泵。
技术介绍
本部分提供了与本公开有关的背景信息，该背景信息并不一定是现有技术。众所周知，水泵通常作为热管理系统的部件用在机动车辆中以用于泵送流体冷却剂，从而在车辆预热和操作期间促进冷却剂与内燃机之间的热传递。最普遍地，具有诸如叶轮之类的旋转泵构件的离心水泵构造成将冷却剂抽吸到轴向入口中并将冷却剂经径向排放出口排出。在许多车辆布置中，叶轮固定至通过发动机的曲柄(经由附加的驱动系统)以可旋转的方式驱动的叶轮轴。因此，叶轮速度与发动机速度成正比例。为了向该轴驱动式水泵提供可变流量特征，已知的是允许叶轮在泵室内进行受限制的轴向移位。例如，美国专利No.7,789,049公开了这样一种水泵：该水泵具有电磁致动器和可轴向移动的叶轮，其中，该可轴向移动的叶轮通过花键安装至发动机驱动的轴，该电磁致动器能够操作成控制叶轮沿着所述轴在伸展位置与收缩位置之间轴向地移动以可变地调节流体入口与排放出口之间的流体流量特性。类似地，美国专利No.5,800,120公开了这样一种水泵：该水泵具有配备有可轴向移动的叶片的轴驱动式叶轮，该可轴向移动的叶片的位置经由液压致动器进行控制。同样众所周知的是，将诸如电动水泵之类的辅助水泵安装在发动机冷却剂系统中以提供对整体流体流量的加强控制。通常，电动水泵包括电动马达，该电动马达具有驱动地联接至叶轮的转子以及静止的定子。在共同所有的名称为“Electric Water Pump With Stator Cooling(通过定子冷却的电动水泵)”的美国公报No.US2013/0259720和名称为“Submerged Rotor Electric Water Pump with Structural Wetsleeve(具有结构湿套的浸没式转子电动水泵)”的美国公报No.US2014/0017073中公开了电动水泵的示例，这些申请的全部内容通过参引并入本文中。与许多常规的电动水泵相关联的一个缺陷在于需要在电动马达内设置转子编码器或其他类型的速度传感器以有助于经由闭环马达控制系统进行精确的低速(即，小于600RPM)式泵控制。此外，为了满足顾客期望，需要在与马达速度不成正比例的这种低速下提供可变流量。鉴于以上情况，在本领域中需要设计并研发这样的简化且低成本的电动水泵：所述电动水泵能够提供可变流量特性并且能够容易地替代机动车辆应用中的其他常规电动水泵。
技术实现思路
本部分提供了本公开的总体概述并且不意在用作其全部范围或其所有特征、优势、目的和方面的全面且详尽的公开。本公开的目的在于提供一种电动水泵，该电动水泵满足以上指出的需求并且与常规电动水泵相比提供了技术进步。本公开的另一目的在于提供一种配备有电动马达的电动水泵，该电动马达具有静止的定子组件以及可轴向移动的转子单元，该可轴向移动的转子单元适于使旋转泵构件在泵室内同时轴向地移动以用于可变地调节与泵室连通的入口与出口之间的流体流量。本公开的类似目的在于提供一种电动水泵，该电动水泵具有转子/叶轮组件，该转子/叶轮组件能够相对于静止的定子组件轴向地移动以用于改变叶轮与泵室中的螺旋状部之间的间隙的大小。本公开的相关目的在于控制转子/叶轮组件的运动以在低转子速
度下提供低流量输出并在高转子速度下提供高流量输出。就这点而言，转子/叶轮组件在以低转子速度旋转时位于相对于定子组件的低流量位置中，并且转子/叶轮组件在以高转子速度旋转时位于相对于定子组件的高流量位置中。根据依照本公开的目的构造并操作的电动水泵的第一实施方式，转子/叶轮组件在正常情况下通过设置在泵壳体内的静止构件与转子单元之间的机械偏置装置朝向转子/叶轮组件的低流量位置偏置。转子/叶轮组件的从其低流量位置朝向其高流量位置的运动是在叶轮的上部(即，外部)与下部(即，内部)之间产生的压力差(ΔP)的结果，并且该压力差是转子/叶轮组件的旋转速度的函数。根据依照本公开的目的构造并操作的电动水泵的第二实施方式，转子/叶轮组件在正常情况下通过磁性偏置装置——该磁性偏置装置由定子组件与转子单元之间的由在叶轮的方向上具有增大长度的转子磁体形成的轴向偏移磁场提供——定位在其低流量位置中，以在低速操作期间提供与定子组件的定心关系。本公开涉及一种用于在机动车辆的发动机冷却剂系统中使用的可变流量电动水泵，该可变流量电动水泵包括：泵壳体，该泵壳体限定流体室和马达室，流体室包括流体入口和排放出口以用于提供经流体室的冷却剂流；电动马达，该电动马达设置在马达室中并且包括转子单元以及静止的定子组件，其中，该转子单元具有被支承成用于绕纵向轴线旋转并且至少部分地延伸到流体室中的转子轴；叶轮，该叶轮固定成用于与转子轴一起旋转并且设置在流体室内，并且叶轮能够操作成将冷却剂从流体入口泵送至排放出口；以及偏置装置，该偏置装置能够操作成用于在正常情况下将转子单元定位在相对于定子组件轴向地偏移的第一位置中，以用于将叶轮定位在流体室内的收缩位置中，从而在叶轮由转子轴以可旋转的方式以低叶轮速度被驱动时在流体入口与排放出口之间提供低流量特性。本公开的可变流量电动水泵还能够操作成在叶轮以可旋转的方式以较高叶轮速度被驱动时将叶轮强制地移动至流体室内的伸展位置，以抵抗通过偏置装置施加的预负载，从而用于使转子单元定位在与定子组件轴向地对准的第二位置中。本公开的可变流量电动水泵可以配备有机械偏置装置，该机械偏置装置构造成在正常情况下在转子单元上施加选定成将转子单元朝向其第一位置偏置的偏置力。机械偏置装置可以包括诸如一个或多个弹性构件之类的机械偏置构件，该机械偏置构件设置在转子单元的上部与泵壳体的静止构件或静止部分之间。本公开的可变流量电动水泵可以可选地配备有磁性偏置装置，该磁性偏置装置构造成在正常情况下将转子单元定位在其第一位置中。本公开的可变流量电动水泵还可以包括限定凸缘表面的界面，该界面在泵壳体中形成于流体入口与排放出口之间。叶轮可以构造成包括外边缘表面，该外边缘表面与凸缘表面对准使得在叶轮位于其收缩位置中时在外边缘表面与凸缘表面之间形成第一较大的间隙。第一较大的间隙用以在叶轮由电动马达以低叶轮速度被驱动时形成低流量特性。相反地，当叶轮位于其伸展位置中时形成第二较小的间隙，以在叶轮由电动马达以高叶轮速度被驱动时形成高流量特性。其他应用领域将从文中所提供的详细描述而变得明显。如指出的，在本概述中公开的目的、方面、特征和特定实施方式的描述仅意欲说明而并非意在限制本公开的范围。附图说明文中描述的附图仅出于说明所选实施方式而不是说明所有可能的实施形式的目的，同样，其并不意在限制本公开内容的范围。图1是根据本公开的第一实施方式的构造成包括机械偏置的转子/叶轮组件的可变流量电动水泵的剖视图，该机械偏置的转子/叶轮组件被示出为位于相对于静止的定子组件的第一位置或低流量位置中；图2是图1中示出的可变流量电动水泵的另一剖视图，该剖视图现在示出了位于相对于定子组件的第二位置或高流量位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在机动车辆的发动机冷却剂系统中使用的可变流量的电动水泵，所述电动水泵包括：泵壳体，所述泵壳体限定流体室和马达室，所述流体室包括流体入口和排放出口以用于提供经所述流体室的冷却剂流；电动马达，所述电动马达设置在所述泵壳体的所述马达室内并且包括转子单元以及静止的定子组件，其中，所述转子单元具有支承成绕纵向轴线旋转并延伸到所述流体室中的转子轴；泵构件，所述泵构件固定至所述转子轴以在所述流体室中转动，并且所述泵构件能够操作成将冷却剂从所述流体入口泵送至所述排放出口；以及偏置装置，所述偏置装置用于在正常情况下将所述转子单元定位在相对于所述定子组件轴向地偏移的第一位置中，以将所述泵构件定位在所述流体室内的收缩位置中，从而在所述泵构件由所述转子轴以低转子速度可旋转地驱动时在所述流体入口与所述排放出口之间提供低流量特性；其中，所述叶轮的以高叶轮速度进行的转动使所述转子单元移动到与所述定子组件轴向对准的第二位置中并且使所述泵构件移动到所述流体室内的伸展位置中，以在所述流体入口与所述排放出口之间提供高流量特性。

【技术特征摘要】
2015.03.31 US 62/140,8541.一种用于在机动车辆的发动机冷却剂系统中使用的可变流量的电动水泵，所述电动水泵包括：泵壳体，所述泵壳体限定流体室和马达室，所述流体室包括流体入口和排放出口以用于提供经所述流体室的冷却剂流；电动马达，所述电动马达设置在所述泵壳体的所述马达室内并且包括转子单元以及静止的定子组件，其中，所述转子单元具有支承成绕纵向轴线旋转并延伸到所述流体室中的转子轴；泵构件，所述泵构件固定至所述转子轴以在所述流体室中转动，并且所述泵构件能够操作成将冷却剂从所述流体入口泵送至所述排放出口；以及偏置装置，所述偏置装置用于在正常情况下将所述转子单元定位在相对于所述定子组件轴向地偏移的第一位置中，以将所述泵构件定位在所述流体室内的收缩位置中，从而在所述泵构件由所述转子轴以低转子速度可旋转地驱动时在所述流体入口与所述排放出口之间提供低流量特性；其中，所述叶轮的以高叶轮速度进行的转动使所述转子单元移动到与所述定子组件轴向对准的第二位置中并且使所述泵构件移动到所述流体室内的伸展位置中，以在所述流体入口与所述排放出口之间提供高流量特性。2.根据权利要求1所述的电动水泵，其中，所述偏置装置是机械偏置装置，所述机械偏置装置包括构造成在所述转子单元上施加预负载的偏置构件。3.根据权利要求2所述的电动水泵，其中，所述偏置构件是设置在所述泵壳体的一部分与所述转子单元之间的螺旋弹簧。4.根据权利要求1所述的电动水泵，其中，所述偏置装置是磁性偏
\t置装置，所述磁性偏置装置包括从所述转子单元轴向向外地延伸的多个磁体，并且所述磁性偏置装置能够操作成使与所述转子单元相关联的磁场的中心和与所述定子组件相关联的磁场的中心对准，以将所述转子单元定位在所述转子单元的所述第一位置中。5.根据权利要求1所述的电动水泵，其中，所述转子轴能够相对于所述泵壳体轴向地移动，并且所述转子轴具有第一端部和第二端部，所述第一端部由第一引导衬套可滑动地且可旋转地支承，所述第二端部由第二引导衬套可滑动地且可旋转地支承。6.根据权利要求1所述的电动水泵，其中，所述泵壳体在所述流体入口与所述流体室之间包括限定凸缘表面的界面，其中，所述泵构件是叶轮，所述叶轮具有与所述泵壳体的所述凸缘表面对准的外边缘表面，其中，当所述叶轮位于所述叶轮的所述收缩位置中时，在所述叶轮的所述外边缘表面与所述泵壳体的所述凸缘表面之间形成有大的间隙，并且其中，所述大的间隙构造成减小所述流体入口与所述排放出口之间的冷却剂流量。7.根据权利要求6所述的电动水泵，其中，当所述叶轮位于所述叶轮的所述伸展位置中时，在所述泵壳体的所述凸缘表面与所述叶轮的所述边缘表面之间形成有小的间隙，并且其中，所述小的间隙构造成增大所述流体入口与所述排放出口之间的冷却剂流量。8.根据权利要求7所述的电动水泵，其中，响应于增大的叶轮速度而在所述叶轮两侧上形成的压力差能够操作成使所述叶轮从所述叶轮的所述收缩位置移动到所述叶轮的所述伸展位置中，并且其中，所述叶轮的所述轴向运动使所述转子单元相对于所述定子组件从所述转子单元的所述第一位置同时轴向地移动到所述转子单元的所述第二位置中。9.根据权利要求1所述的电动水泵，其中，响应于增大的转子单元
\t速度而在所述泵构件两侧上形成的压力差能够操作成使所述泵构件从所述泵构件的所述收缩位置移动到所述泵构件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·林科尔恩·毛里诺，埃内斯托·乔瓦尼·阿诺尔迪，
申请(专利权)人：麦格纳动力系有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA