离心泵组件

背景技术

离心式流体泵可以用作机动车辆的冷却回路泵。冷却回路例如可以用于冷却机动车辆的驱动马达、增压空气热交换器、电池和/或控制单元。为了操作和封装效率的目的，将车辆冷却系统的多个部件组合成单个集成模块可能是有用的。这种模块可包括例如冷却回路泵、流体贮存器、一个或多个流体阀、冷却系统控制器、传感器等。模块的外壳可包括内部通路，该内部通路允许模块中所包括的系统的各种部件之间的流体连通。模块外壳的部分可以被构造为替换某些部件的外壳元件。例如，模块外壳的一部分可以用于提供流体阀的盖，由此流体阀连接到模块外壳。对于其他部件，模块可以被构造成允许部件“插入”模块外壳的适当构造的部分。无论如何将部件集成到模块外壳中，这种集成对于要集成的部件提出了设计挑战。

发明内容

在离心式流体泵插入集成模块的外壳中的示例性冷却系统中，使用适当的流体密封来防止流体泵与模块外壳的相应内部通路之间的流体泄漏。然而，在一些模块中，为了在流体泵的外壳与模块外壳之间提供适当的流体密封，泵外壳流体出口的构造可以相对于一些常规的泵外壳进行修改，例如以适应流体泵外壳和模块外壳之间的密封件的存在。

参照图11，在一些常规的离心式流体泵300中，流入方向301被布置成基本上平行于、特别是同轴地到泵叶轮的旋转轴线336，并且流出方向302在垂直于或基本上垂直于旋转轴线336的径向方向上延伸。这使得泵或泵外壳的特别紧凑的设计成为可能。术语“基本上”的使用是承认在相对取向上可能发生一些微小的变化。在一些情况下，该变化可能是由于制造公差、部件的磨损等。在其他情况下，该变化可以是流体在泵外壳304内穿过的蜗壳303的形状的反映。在一些实施例中，如本文所使用的术语“基本上”是指在如所陈述的精确的正或负两度内的方向，而在其他实施例中，术语“基本上”是指在如所陈述的精确的正或负五度内的方向。

除非另有说明，轴向方向表示流体泵的轴向方向，其与泵叶轮的旋转轴线重合。径向平面垂直于或基本垂直于轴向方向，并且平行于泵外壳的蜗壳在其中延伸的平面。径向方向应理解为基本上垂直于轴向方向和/或旋转轴线延伸的方向。特别地，径向方向位于径向平面中。

在本文描述的流体泵与上述常规流体泵的不同之处在于，流体泵的流出方向基本上不垂直于流入方向，而是相对于径向平面成锐角。通过这种构造，泵外壳流体出口适应流体泵外壳和模块外壳之间的密封件的存在。来自流体泵的流出通过设置在泵外壳流体出口内的斜坡以锐角重定向。该斜坡具有相应的倾斜表面，该倾斜表面将离开蜗壳的流体朝向模块外壳的相应内部通路重定向。

在一些方面，离心泵包括泵壳，该泵壳包括泵外壳和马达筒。泵外壳的开口端连接到马达筒的开口端，并且连接的泵外壳和马达筒限定内部流体腔室。泵包括设置在流体腔室中的转子单元。转子单元包括马达的转子和连接到转子的叶轮。转子构造成驱动叶轮绕旋转轴线旋转。泵外壳包括入口和出口，所述入口限定与旋转轴线对准并且朝向叶轮引导流体的第一通路，所述出口限定与第二轴线对准的第二通路。泵外壳包括蜗壳，蜗壳设置在泵外壳的内表面上并且与入口和出口连通。该蜗壳限定了螺旋流体路径，该螺旋流体路径的截面面积沿着该路径增加，以便在蜗壳出口开口处具有最大截面面积。蜗壳出口开口面向出口，并且蜗壳出口开口沿着蜗壳排出轴线排出流体的至少一部分。马达筒开口端的端面限定蜗壳的底表面。端面位于基本上垂直于旋转轴线的平面中。此外，出口的内表面具有斜坡，该斜坡构造成使离开蜗壳的流体流动重定向，使得被重定向的流体流动相对于该平面成锐角的第一角度。

在一些实施例中，所述斜坡具有面向蜗壳出口开口的表面。该表面相对于该平面成第一角度。

在一些实施例中，当沿平行于旋转轴线的方向观察时，蜗壳排出轴线与在蜗壳出口开口处离开蜗壳的流体流动的一部分相切，并且第二轴线与蜗壳排出轴线对准。

在一些实施例中，蜗壳排出轴线相对于平面成锐角的第二角度，并且第一角度大于第二角度。

在一些实施例中，第一角度是第二角度的至少两倍。

在一些实施例中，第一角度在5度至20度的范围内。

在一些实施例中，出口的截面面积沿着出口通路增加，并且出口在最靠近蜗壳出口开口的位置处具有最小尺寸。

在一些方面，泵组件包括泵壳，所述泵壳具有泵外壳和马达筒。泵外壳的开口端连接到马达筒的开口端。连接的泵外壳和马达筒限定内部流体腔室。另外，泵组件包括设置在流体腔室中的叶轮，叶轮可围绕旋转轴线旋转。泵外壳包括限定第一通路的主入口，该第一通路与旋转轴线对准并且朝向叶轮引导流体。泵外壳包括限定与第二轴线对准的第二通路的主出口。另外，泵外壳包括设置在泵外壳的内表面上的蜗壳。蜗壳构造成从主入口接收流体并将所接收的流体引向主出口。该蜗壳限定了螺旋流体路径，该螺旋流体路径的截面面积沿着该路径增加，以便在蜗壳出口开口处具有最大截面面积。蜗壳出口开口面向主出口。蜗壳出口开口沿着蜗壳排出轴线排出所述流体的至少一部分。所述马达筒开口端的端面限定所述蜗壳的底表面，所述端面位于基本上垂直于所述旋转轴线的平面中。此外，出口的内表面具有斜坡，该斜坡构造成使离开蜗壳的流体流动重定向，使得被重定向的流体流动相对于该平面成锐角的第一角度。

在一些实施例中，所述斜坡具有面向所述蜗壳出口开口的表面，所述表面相对于所述平面成所述第一角度。

在一些实施例中，当在平行于旋转轴线的方向上观察时，蜗壳排出轴线与在蜗壳出口开口处离开蜗壳的流体流动的一部分相切。此外，第二轴线与蜗壳排出轴线对准。

在一些实施例中，蜗壳排出轴线相对于平面成锐角的第二角度，并且第一角度大于第二角度。

在一些实施例中，第一角度是第二角度的至少两倍。

在一些实施例中，第一角度在5度至20度的范围内。

在一些实施例中，主出口的截面面积沿着第二通路增大，并且主出口在最靠近蜗壳出口开口的位置处具有最小尺寸。

在一些实施例中，泵组件包括包围泵外壳的至少一部分的次级外壳（secondaryhousing）。次级外壳包括次级入口和次级出口，所述次级入口被构造成将流体引导到主流体入口中，所述次级出口被构造成从主流体出口接收流体。

在一些实施例中，次级出口限定排出流体通路，并且排出流体通路的至少一部分基本上平行于蜗壳排出轴线并且相对于蜗壳排出轴线轴向偏移。

在一些实施例中，次级出口限定排出流体通路。排出流体通路包括这种部分，在所述部分中，该部分的截面面积沿着该部分增加。此外，该部分在最靠近主出口的位置处具有最小尺寸。

在一些实施例中，泵组件包括第二密封件和第三密封件。第二密封件环绕主入口的外表面并在主入口的外表面与次级外壳的内表面之间提供不透流体的密封，并且第三密封件环绕主泵外壳的外表面并在主泵外壳的外表面与次级外壳的内表面之间提供不透流体的密封。

在一些实施例中，所述次级出口被构造成与所述流体泵的内部空间连通，所述内部空间被限定在所述次级外壳的内表面、所述主外壳的外表面、所述第二密封件和所述第三密封件之间。

附图说明

图1是示出包括集成模块的流体输送系统的示意图，该集成模块采用被构造成驱动其中的流体的蜗壳式离心流体泵。

图2是包括次级外壳和设置在次级外壳的凹部中的泵的湿部分的组件的透视图。

图3是次级外壳的透视图。

图4是图2的组件的分解图。

图5是蜗壳式离心流体泵的分解图。

图6是沿图2的线6-6看到的组件的截面图。

图7是泵外壳的顶部透视图。

图8是泵外壳的底部透视图。

图9是沿图2的线9-9看到的组件的截面图。

图10是沿图2的线10-10看时的组件的截面图。

图11是现有技术的离心式流体泵的截面图。

具体实施方式

参照图1-图4，流体输送系统1包括多端口旋转阀6，其能够控制由一个或多个蜗壳式离心流体泵30驱动的在系统1内的三个、四个、五个或更多个单独的流体线路之间的流体流动。旋转阀6可用于例如控制电动车辆的车辆冷却系统1中的冷却剂的分配和流动。在该示例中，第一泵30(1)可在旋转阀6和散热器5之间驱动冷却剂流体，所述散热器是车辆客舱加热和冷却系统7的一部分，其中来自散热器5的冷却剂也可冷却电池8和电池管理系统9。另外，第二泵30(2)可将冷却剂流体驱动到热交换器10、11，所述热交换器支持其他车辆装置和系统的温度控制，所述其他车辆装置和系统是诸如电驱动马达、车辆电子器件和/或电子控制单元和/或油供应装置。在一些车辆中，流体输送系统的若干部件可以集成到提供集成冷却功能的单个模块3中。模块3可包括泵30(1)、30(2)、阀6、流体贮存器(未示出)、传感器(未示出)、控制器(未示出)以及其它辅助部件和装置，这些辅助部件和装置设置在模块外壳4中。在图2-图4、图6、图9和图10中，仅示出了模块外壳4的一部分12，并且在本文将其称为次级外壳12。次级外壳12是模块外壳4的容纳和保持泵30的泵外壳82的部分。泵外壳82，也称为主外壳82，包括允许其联接到次级外壳12同时优化泵性能和最小化压力损失的结构特征。现在将详细描述包括次级外壳12和泵30的组件2。

次级外壳12包括设置在其外表面16中的凹部15。凹部15的形状和尺寸被设计成以间隙配合的方式容纳泵30的泵外壳(主外壳) 82。次级外壳12还包括次级入口13和次级出口14。次级流体入口13和次级流体出口14中的每一者与凹部15流体连通，并且被构造成引导流体进出凹部15。

在所示的实施例中，次级入口13和次级出口14示出为突出的管状结构，所述管状结构成形为允许连接到外部流体软管(未示出)。在其他实施例中，次级入口13和次级出口14可被实施为内部管状流体通路，例如，被实施为次级外壳12内的内部空缺部。

参见图2-图3、图6和图9，次级入口13的内表面13(1)为圆柱形，并限定次级入口通路13(2)。次级入口13包括在紧邻凹部15的位置处的内径的阶跃变化。特别地，次级流体入口15在与凹部15的交点13(3)处具有增大直径部分13(5)，并且在增大直径部分13(5)与次级流体入口13的其余部分之间的过渡处形成肩部13 (4)。

所述次级流体出口14的内表面14(1)在沿其长度的任意点处具有圆形截面形状，并且所述截面的面积在与所述凹部15的交点14(2)处为最小值。所述次级流体出口包括均匀直径部分14(3)和在所述均匀直径部分14(3)和所述凹部15之间延伸的扩散器部分14(4) 。所述扩散器部分14(4)具有逐渐且平滑地增大的内径，其中最大直径设置在远离与所述凹部15的所述交点14(2)的位置14(5)处。所述扩散器部分14(4)的长度由所述特定应用的要求确定。在所示的实施例中，扩散器部分14(4)的中线略微弯曲，而均匀直径部分14(3)为线性的。此外，次级出口14的均匀直径部分14(3)限定了次级出口轴线22，所述次级出口轴线垂直于或基本上垂直于并偏移于由次级入口13限定的次级入口轴线20。

参照图5-图6，蜗壳式离心流体泵30包括：限定了“湿区域”的泵壳80，流体通过该湿区域被泵送；以及驱动泵30的电驱动装置32。泵壳80由称为泵外壳82的第一壳部分和称为马达筒100的第二壳部分形成。泵外壳82和马达筒100是凹形结构，当装配在一起时，所述凹形结构形成封闭的流体腔室81。流体腔室81形成泵30的湿区域。马达筒100将湿区域与干区域分开，干区域包括电驱动装置32的大部分部件。下面将在电驱动装置32的描述之后详细描述泵壳80。

电驱动装置32具有转子单元33、定子43，并包括总体上由附图标记42表示的控制电子装置。在图5中，示意性地示出了电驱动装置32。由于合适的电动马达的结构和功能从现有技术中充分已知，因此为了描述的简洁和简单起见，省略了对电驱动装置32的详细描述。

转子单元33设置在流体腔室81中，并包括转子34 (转子34在图6中使用虚线示意性地示出)和叶轮35，它们以旋转固定的方式彼此连接，由此转子34的运动被传递到叶轮35。当泵30处于操作时，转子单元33借助于叶轮35将流体输送通过湿区域。

定子43设置在马达筒100的外部(例如，定子43设置在干区域中)并且由控制电子器件42控制。定子43包括多个线圈44，所述线圈沿着转子34的周向部分在转子34附近围绕马达筒100。当电驱动装置32处于操作时，定子线圈44产生旋转磁场，借助于该旋转磁场驱动转子单元33围绕旋转轴线36旋转。

转子单元33经由轴承49、50可旋转地安装在泵轴48上。泵轴48相对于泵壳80固定。在一些实施例中，轴承50 (图4中省略)被设计为滑动轴承或滑动衬套。旋转轴线36在轴向方向上延伸穿过泵轴48的中心并且因此对应于泵轴48的中心轴线。

泵轴48的第一端48(1)面对泵外壳的主入口83，并以旋转固定的方式连接到止动元件51，该止动元件从泵外壳82的内表面突出，以便在主入口83附近以旋转轴线36为中心。特别地，轴承49设置在轴的第一端48(1)上，并且滑动轴承50围绕泵轴48并在马达筒100和轴承49之间延伸。止动元件51是用于转子单元33的支承点的一部分并且防止泵轴48在径向和轴向方向上移动。止动元件51具有圆形轮廓并且经由保持腹53连接到泵壳80。保持腹53布置在止动元件51的周向部分上并且连接到泵外壳主入口83的内表面。在相对端48(2)，泵轴48例如通过嵌件成型（insert molding）相对于马达筒100的内表面固定。止动元件51最小化或限制轴承49或滑动轴承50在轴向方向上的偏转，并且因此最小化或限制叶轮35的轴向偏转。在操作期间，叶轮35的这种轴向偏转可例如通过转子34的轴向推力产生。

滑动轴承50设计为转子34的一部分，并因此在操作期间相对于止动元件51移动(例如，旋转)。为了使滑动轴承50和止动元件51之间的高摩擦力以及转子34的相关的迟滞和止动元件51的由此引起的磨损最小化，在止动元件51和轴承49之间设置止推垫圈52。止推垫圈52优选地设计成使得在止推垫圈52和轴承49之间存在摩擦优化的材料配对。

叶轮35经由设置在叶轮35的轮毂45中的金属插入件46连接到转子34。通过这种构造，叶轮35与转子34一起绕旋转轴线36旋转。叶轮35包括基板37、以基板37为中心并从其一侧突出的轮毂45、从基板37的相对侧突出的叶轮叶片38、以及弯曲的护罩39。基板37在径向方向上延伸为基本上平的盘。叶轮叶片38布置在基板37上并围绕旋转轴线36以螺旋形式延伸。叶轮叶片38布置在基板37和护罩39之间并面向主入口83。叶轮35布置在流体腔室81内，使得基板37设置在马达筒100的开口端，并且护罩39设置在基板37和泵外壳82之间以便覆盖叶轮叶片38。特别地，护罩39的外表面面向泵外壳82的内表面并相对于所述泵外壳82的内表面紧密地间隔开。护罩39包括面向泵外壳82的主入口83的中心开口40。中心开口40允许来自入口83的流体被引导到叶轮叶片38中。护罩39设计成沿入口83的方向渐缩。叶轮35与旋转轴线36同心布置，并经由结合到泵外壳82中的蜗壳85将流体的主要体积流沿径向方向重定向到流体腔室81之外。

马达筒100是杯形结构，包括面向泵外壳82的开口端101。开口端101的端面102基本上位于径向第一平面91中。

参见图4和图6-图10，泵外壳(主外壳) 82为具有面向马达筒100的开口端82(3)的大致杯形结构。泵外壳82包括主入口83、主出口84和蜗壳85。流体经由主入口83被吸入，并且然后经由主出口84排出。流体的主要体积流沿轴向方向通过主入口83流入流体腔室81，并且然后沿相对于离开蜗壳85的流体的流体流动方向成角度的流出方向经由出口流出流体腔室81，如将在下面详细描述的。

主入口83是管状结构，所述管状结构从泵外壳82的外表面82(1)突出并限定主入口通路83(1)。当沿平行于旋转轴线36的方向观察时，主入口通路83(1)具有以旋转轴线36为中心的圆形截面形状。该截面的直径沿轴向方向平滑地变化，使得主入口83的内径在主入口83的相对端处比在主入口83的中点处稍大。因此，主入口83沿与旋转轴线36重合的主入口轴线88延伸。

蜗壳85限定在主泵外壳82的内表面82(2)上。蜗壳85形成以主入口83为中心的螺旋流体路径86，并构造成有效地收集来自叶轮35的流体。螺旋流体路径86部分地环绕旋转轴线36。尽管螺旋流体路径86的弧长由特定应用的要求确定，但示例性的螺旋流体路径86可具有约330度的弧长。

蜗壳85是开放的，以便面向马达筒100的端面102，由此马达筒端面102提供了螺旋流体路径86的位于第一平面91中的底表面。第一平面91垂直于或基本上垂直于主入口轴线88，由此螺旋流体路径86位于径向平面中。该螺旋流体路径86的截面面积沿着该螺旋流体路径86增加，以便在蜗壳出口开口87处具有最大截面面积。该蜗壳出口开口87面向该主出口84，并且被构造为沿着蜗壳排出轴线90朝向该主出口84排出流体。

所述主出口84不平行于所述主入口83且不与其相交，且提供流体通路84(1)，所述流体通路84(1)将流体从所述蜗壳85引导到所述次级外壳12的所述次级出口14 。所述主出口84为管状结构，所述管状结构从所述泵外壳82的外表面82(1)突出且限定主出口通路84(1)。当在平行于径向平面的方向上观察时，主出口通路84(1)具有圆形截面形状。该截面的直径沿着主出口84的长度平滑地增加，使得主出口通路84(1)的直径在最靠近次级外壳12且最远离蜗壳出口开口87的端部84(2)处最大。在组件2中，泵外壳82设置在次级外壳凹部15中，使得主出口84与次级出口14流体连通，并且次级出口14的扩散器部分14(4)与主出口84一起形成组件2的扩散器。

参照图6和图9，泵外壳82和马达筒100经由紧固件(未示出)保持在所示的装配的构造中。泵30包括设置在马达筒100和泵外壳82之间的环形第一密封件110。第一密封件110设置在马达筒100的外周上，以便围绕开口端101的端面102。此外，第一密封件110邻接主泵外壳82的内表面82(2)，以便在径向平面中包围蜗壳85。第一密封件110在泵外壳82和马达筒100之间提供不透流体的密封。

通过将泵外壳82插入到次级外壳凹部15中，使泵外壳82的外表面82(1)面向凹部15的表面15(1)，将泵30与次级外壳12组装。在组件2中，主入口83伸入次级入口13的增大直径部分13(2)中，并且主入口83的端面83(2)邻接肩部13(4)。次级入口轴线20、主入口轴线88和旋转轴线36基本上同轴。第二密封件114围绕主入口83的外表面并邻接增大直径部分13(2)的内表面。第二密封件114在泵外壳82的主入口83和次外壳12的次级入口13之间提供不透流体的密封。

组件2包括第三密封件112，所述第三密封件112在邻近泵外壳开口端82(3)的位置处环绕主泵外壳82的外表面82(1)。特别地，第三密封件112设置在泵外壳开口端82(3)和主出口84之间。第三密封件112在泵外壳外表面82(1)与次级外壳12的内表面(例如，和凹部15的表面15(1))之间提供不透流体的密封。通过这种布置，主出口84设置在第二密封件114和第三密封件112之间。薄的环形金属衬垫113可以插置在第三密封件112与泵外壳82的一部分之间。衬垫113不提供密封功能，而是保护第三密封件112免于由于在该附近存在紧固件(未示出，并用于将泵外壳82固定到次级外壳12)而意外磨损。

主出口84提供流体通路84(1)，所述流体通路84(1)将流体从蜗壳85引导到次级外壳12的次级出口14。在组件2中，主出口84在蜗壳出口开口87和次级出口14之间延伸。由于在泵外壳(主外壳) 82的外表面82(1)和凹部15的表面15(1)之间存在第一密封件110，次级出口14相对于包括螺旋流体路径86的第一平面91轴向偏移。为了适应次级出口14的轴向偏移，主出口84的内表面提供斜坡84(3)，所述斜坡84(3)将流体流动从蜗壳排出轴线90朝向次级出口14重定向。特别地，面对蜗壳出口开口87的斜坡84(3)的表面84(4)相对于第一平面91成锐角的第一角度94。因此，当在垂直于旋转轴线36的方向上观察组件2时，主出口84(例如，由出口通路84(1)限定的轴线)相对于第一平面91以第一角度94延伸。在一些实施例中，第一角度94可以在5度至20度的范围内。在其他实施例中，第一角度94可在7度至18度的范围内。在另外的其它实施例中，第一角度94可为大约12度。

通过提供斜坡84(3)，使离开蜗壳的流体流动相对于径向平面以锐角成角度，避免了流体通路84(1)的阶跃变化。然而，以平滑地使得流体重定向的方式模制泵外壳82是有挑战性的。特别地，斜坡84(3)需要在注塑模具(未示出)中的滑道(未示出)，其必须沿直线从工具中移除。通过使流动在蜗壳之后成角度(此时其是相切的)并通过组件扩散器扩展，提供了直线矢量，该直线矢量允许移除滑块，并且与突变台阶相比，还允许实施斜坡84(3)。

如前所述，蜗壳出口开口87面对主出口84，并且被构造成沿着蜗壳排出轴线90朝向主出口84排出流体。因为螺旋流体路径86的截面面积沿着螺旋流体路径86增加，并且因为螺旋流体路径86的底部位于径向平面(例如，第一平面91)中，所以当在垂直于旋转轴线36 (图9)的方向上观察时，蜗壳排出轴线90略微不平行于径向平面92。特别地，蜗壳排出轴线90相对于径向平面92成小的、锐角的第二角度95。该第二角度95对应于蜗壳85的扩展角度的大约一半，其中蜗壳85的扩展角度近似对应于[ (蜗壳出口开口87的直径)除以(螺旋流体路径86的长度) ]的反正切。在所示的实施例中，例如，第二角度95为大约两度。第二角度95相对于第一角度94较小。例如，第一角度94可在第二角度95的二至五倍的范围内。

此外，当从平行于旋转轴线36的方向观察时(图10)，离开蜗壳出口开口87的流体的一部分在蜗壳出口开口87处沿与螺旋曲线相切的方向流动。根据离开蜗壳85的流体的流速，切向地流动的流体的该部分可以沿着蜗壳85的径向最内壁、沿着蜗壳85的径向最外壁或沿着蜗壳85的中线定位。为了讨论的目的，将假设离开蜗壳85的流体的流速适于为离开蜗壳85的流体的至少一部分提供沿着蜗壳85的中线的流体流动的切向方向，特别是为离开蜗壳85的流体的主要体积提供流体流动的切向方向。流体流动方向由图10中的箭头表示。

通过这种构造，次级外壳12包围泵外壳82的至少一部分，次级入口13将流体引导到主入口82中，并且次级出口14从主出口84接收流体。为此，次级出口14与组件2的内部空间流体连通，该内部空间限定在次级外壳12的内表面15(1)、泵外壳82的外表面82(1)、第二密封件114和第三密封件112之间。

以上相当详细地描述了包括泵组件的车辆冷却系统的选择性说明性实施例。应当理解，在本文仅已经描述了被认为是阐述流体输送系统和泵组件所必需的结构。其他常规结构以及车辆冷却系统和泵组件的附属和辅助部件的那些结构被假定为是本领域技术人员已知和理解的。此外，虽然上面已经描述了车辆冷却系统和泵组件的工作示例，但是车辆冷却系统和泵组件不限于上面描述的工作示例，而是可以在不脱离如权利要求中所阐述的车辆冷却系统和/或泵组件的情况下执行各种设计变更。