带有旋转阀和流体浸没式电动机的泵

技术领域

本发明总体上涉及泵。更具体地，本发明涉及一种具有集成阀和流体浸没式电动机的泵。

背景技术

泵是已知的并且通常用于移动流体，例如车辆中的冷却剂。一个示例是带有水泵的冷却系统，用于冷却车辆的不同电气部件。这些车辆是混合动力车辆或纯电动车辆，因为配备内燃机的车辆不包含任何需要冷却的电气部件。阀用于确保冷却剂在整个冷却系统中的分布。每个阀都需要带电控制的致动器和在车辆部件上的支架，这导致部件成本高。另外，驱动流体泵的泵用电动机需要动态密封元件以防止被泵送的流体进入泵用电动机的电部件及其电连接件。不仅需要密封元件将泵的流体泵送区段与电动机壳体隔离，而且还需要将泵的流体泵送区段与驱动流体叶轮的电动机轴隔离。渗入泵用电动机外壳的流体可能会导致泵发生故障。因此，本发明的一个目的在于提供一种具有集成阀和流体浸没式泵用电动机的泵。

发明内容

本发明涉及一种具有集成阀和流体浸没式电动机的泵。

在第一实施例中，公开了一种泵组件，该泵组件包括具有流体入口的泵壳体、至少一个流体出口和用于将流体从流体入口移动到至少一个流体出口的叶轮。具有浸没在/潜入流体中的磁体件的电动机组件使叶轮旋转。能旋转地安装在叶轮与所述至少一个流体出口之间的阀构件选择性地引导流体经由至少一个流体出口的流动。

在第二实施例中，公开了一种控制流体从泵组件流动的方法。泵组件包括具有流体入口的泵壳体和从泵壳体延伸出的至少一个流体出口。该方法包括，使用由浸没在流体中的磁体件驱动的叶轮将流体从流体入口移动到至少一个流体出口，并选择性地移动能旋转地安装在叶轮与至少一个流体出口之间的阀构件以引导流体经由至少一个流体出口的流动。

根据以下附图、描述和权利要求，其他技术特征对于本领域技术人员而言可能是显而易见的。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现在参考以下结合附图的描述，在附图中：

图1示出了本发明的组装好的泵组件的透视图；

图2示出了本发明的泵组件的分解图；

图3示出了本发明的泵区段的一部分的截面透视图；

图4示出了本发明的阀构件的透视图；

图5示出了穿过本发明的图4的阀构件的截面图；

图6示出了本发明的阀构件和致动电动机的组件的透视图；

图7A示出了本发明的泵组件的一部分的截面图，其中阀构件处于第一位置；

图7B示出了本发明的泵组件的一部分的截面图，其中阀构件处于第二位置；和

图8示出了穿过本发明的组装好的泵组件的截面图。

具体实施方式

在本专利文件中，下面讨论的附图和用于描述本发明原理的多个实施例仅仅是说明性的，不应以任何方式解释为限制本发明的范围。本领域的技术人员将理解，本发明的原理可以在任何类型的适当布置的设备或系统中实施。

示例性泵组件包括泵，该泵包括具有入口的壳体、至少一个出口和用于将流体从入口移动到出口的叶轮。泵用无刷直流电动机驱动叶轮移动流体。位于叶轮与出口之间的旋转阀选择性地引导流体流动通过至少一个出口。

图1示出了车辆中用于泵送流体(例如冷却剂)的示例性泵组件1。可以理解，泵组件1也可以用于非车辆应用。示例性泵组件1是泵和用于选择性地控制来自泵组件1的流量的阀的集成。泵组件1包括电动机区段2和泵区段4。电动机区段2包括电动机壳体6，电动机壳体6将泵用电动机组件10容纳在电动机壳体的内部空间9中，如图2最清楚可见。

泵区段4包括泵壳体31和阀壳体34，阀壳体34从泵壳体31的与电动机壳体6相对的一端延伸。流体入口36，例如用于吸入流体(在本例中为冷却剂)的吸入口，定位在阀壳体34和泵壳体31的旋转轴线的中心。泵壳体31还包括至少一个流体出口，用于从泵区段4排出流体。在该实施例中，示出了两个流体出口38、39。第一流体出口38和第二流体出口39从泵壳体31延伸出来并且彼此轴向偏置，使得在该示例中流体出口38、39的中心彼此成90度定向。本领域的技术人员将理解，流体出口38和39可以以任何其他方便的角度彼此偏置。致动电动机壳体5从泵区段4正交地延伸出。致动电动机壳体5例如通过注塑成型与泵区段4一体成型并且适于在其中容纳致动电动机80。

参考图2，示出了本发明的示例性泵组件1的分解图。电动机组件10包括容纳在电动机壳体的内部空间9中的无刷直流(BLDC)电动机。电路板11具有从电路板11延伸出的电端子12。电端子12布置成能延伸到连接器壳体13中，连接器壳体13布置成接收电连接到端子12的电连接器(未示出)。电路板还可以包含电子电路和使BLDC电动机组件10电子换向的控制器。连接器布置成向电路板11提供电能。

电路板11安装到容纳在套筒14内的电磁子组件。该电磁子组件具有带有铜绕组的钢板叠层，其形成套筒14并围绕开口15定位，用于形成BLDC电动机组件的定子。开口15在铜绕组叠层之间轴向地延伸穿过套筒14。套筒14的铜绕组叠层使用任何方便的方式以三相布置电连接到电路板11上的BLDC控制器。电路板11上的控制器可以向铜绕组叠层提供电流的电脉冲以控制BLDC电动机的速度和扭矩。通向铜绕组叠层的三相直流信号也可以在泵组件1的外部产生，例如在工作的控制电路处产生，并通过连接器经由端子12施加到电路板11。

电动机组件10还包括将电动机组件与由泵区段4泵送的流体隔离的泵/电动机分隔壳体16。分隔壳体16包括由外表面17和圆筒形容器腔室19限定的圆筒形容器。容器腔室19从位于分隔壳体16第一端的凸缘18处的开口穿过分隔壳体16延伸到圆锥形底板构件101，在图8中看得最清楚。凸缘18一体地模制到表面17的外周并围绕表面17的外周延伸。心轴20从圆锥形底板穿过从凸缘18向外延伸的分隔壳体16居中地沿轴向取向安装。分隔壳体16的表面17布置成安装在套筒14的电磁子组件的开口15内。凸缘18包括从凸缘18的第一表面22周向延伸的壁。第一表面22包括沿第一表面22的外周延伸的沟槽23。弹性密封元件如O形密封圈24布置成安装在沟槽23中。第二表面25也包括沿第二表面25的外周延伸的沟槽26。弹性密封元件如O形密封圈27布置成安装在沟槽26中。

套筒14的电磁组件和电路板11安装在电动机的内部空间9内，其中端子12安装在连接器壳体13内。分隔壳体16的表面17与套筒14的开口15对准并插入套筒14的开口15中，其中凸缘18的第二表面25周向接合壳体6的互补内表面8，O形密封圈27抵靠表面25和表面8密封。电动机壳体凸缘7从电动机壳体6延伸出并且包括多个紧固突部，其具有穿过每个突部定位的螺孔3’。

泵区段4还包括凸缘30，该凸缘30具有多个紧固突部和穿过每个突部定位的无螺纹孔3，其分别与凸缘7和凸缘18的突部和孔3、3’对准。通过将凸缘18和凸缘30对准并将泵区段4拉到电动机区段2的凸缘7来将泵区段4组装到电动机区段2。凸缘18的第一表面22周向接合泵壳体32的互补内表面，其中O形密封圈24密封第一表面22和壳体32。

在将电动机区段2放置到泵区段4上并将安装突部与孔3、3’对准后，使用合适的螺纹紧固件100将电动机区段2固定到泵区段4。螺纹紧固件100穿过孔3以拧入电动机壳体的螺纹孔3’。可以理解，其它类型的紧固装置或技术可用于将泵区段4和电动机区段2固定在一起。

图2和图8示出了本发明的叶轮子组件。该叶轮子组件包括圆筒形磁体件95、围绕磁体件95的一端周向延伸的叶片板96和叶轮97。叶轮97包括从叶片板96的外表面延伸出的多个叶轮叶片99，所述多个叶轮叶片99从叶片板96的中心点到外周缘以彼此等距地径向间隔的图案布置。如图8最清楚地可见，磁体件95可以包括容纳在磁体件95的内部的具有北极或南极的至少一个永磁体。优选地，磁体件包括容纳在磁体件95内部的多个永磁体93。具有相反磁极性的磁体93布置在磁体件95的相对两侧。位于中心的内孔91穿过磁体件95延伸到在叶轮叶片99中心的开口92。内孔91包括包围内孔91的一部分的衬套94。磁体件95布置成安装在分隔壳体16的容器腔室19内，心轴20插入内孔91和衬套94中。心轴20的顶部部分向外延伸到开口92上方并且布置成能接纳心轴20上的保持套环98以将叶轮子组件保持到心轴20并允许叶轮子组件绕心轴20自由旋转。

当安装在容器腔室19中时，磁体件95将磁体93置于由套筒14的铜绕组叠层产生的电磁场内。铜绕组叠层产生的电磁场使磁体件充当BLDC电动机的转子，以使磁体件95和叶轮97绕心轴20快速旋转。叶轮97如稍后将解释的那样位于泵组件的泵区段4中。由泵/电动机分隔壳体16的外表面17和容器腔室19形成的容器充填有由泵组件泵送的流体。因此，容器腔室19布置成对由叶轮97泵送的流体开放，因此磁体件95下潜并在浸没在容器腔室19中容纳的流体中时操作，而电磁子组件的套筒14和电路板11保持与流体隔离。

如图2所示，泵区段4的泵壳体31形成为圆筒形并且包括外周壁32。流体入口36，例如用于吸入流体(在该示例中为冷却剂)的吸入口，位于泵壳体31的旋转轴线的中心。泵壳体31还包括至少一个流体出口，用于从泵区段4排出流体。在该实施例中，示出了两个流体出口38、39。第一流体出口38和第二流体出口39从外周壁32延伸并且彼此轴向偏置，使得流体出口38、39的中心在该示例中彼此成90度定向。本领域的技术人员将理解，流体出口38、39可以以任何其他方便的角度彼此偏置。流体出口38、39流体连接到泵腔室50。

图2-5示出了本发明的示例性可调节的阀构件42。阀构件42在径向上位于叶轮97的外部和泵腔室50的内部。阀构件42布置成能切换通过相应流体出口38、39的流体。阀构件42包括环形的阀元件41，该环形的阀元件41具有包括外壁表面49和内壁表面46的环形壁45以及延伸穿过环形壁45的矩形开口44。在该示例中，环形的阀元件的环形壁45从开口44的第一端47处的总体上较厚的壁区段螺旋延伸到开口44的第二端48处的总体上较薄的壁区段。叶轮97布置成在环形阀元件41和螺旋形的内壁表面46内侧旋转。泵壳体31包括延伸到泵腔室50中的止动构件52。壁45还包括位于开口44的第一端47处的止动表面40。

本发明的示例性阀构件42包括位于阀构件42的上部区段43处的圆筒形入口构件47。阀构件42的上部区段43还包括环形外表面56和由环形内表面58围出的内部通路57。上部区段43的外表面56包括外部密封组件125，该外部密封组件包括通过间隔件62隔开的第一弹性密封构件60和第二弹性密封构件61。外部密封组件125绕外表面56的外周周向定位。内部通路57还包括内部密封组件126，该内部密封组件包括通过间隔件72隔开的第三密封构件70和第四密封构件71，如图5所示。内部密封组件126与外部密封组件125平行并直接相对。外部密封组件和内部密封组件用于在阀构件42与阀壳体34之间提供流体密封。

如图8所示，阀构件42的上部区段43布置成能组装在阀壳体34内部形成的环形安装腔室150内。环形安装腔室150在由壁131限定的阀壳体34内部延伸。安装腔室150在其中接纳阀构件42的上部区段43。安装腔室150包括上环形支承表面152和下环形支承表面154。阀构件42的内表面58的上部部分横越并抵靠上支承表面152并且阀构件42的内表面58的下部部分横越并抵靠下支承表面154。

内部通路57接纳流体入口36的管状部分136，该管状部分将低压流体引导到叶轮97。外部密封组件125抵靠安装腔室150的内表面133密封。内部密封组件126抵靠安装腔室150的表面138密封。密封组件125和126包括例如由诸如乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶等弹性体材料制成的O形密封圈。

重新参考图4和图5，阀构件42的上部区段43还包括致动环66，该致动环66具有绕外表面56的外周附接的花键齿式齿带81。如图6所示，齿带81的齿被布置成能与附接到致动电动机80的轴82上的蜗杆构件84机械接合。阀构件42可绕中心轴线A旋转，以调节从泵腔室50到流体出口38、39的流体流动。在这方面，阀构件42可被认为是旋转阀。

参考图1、图2和图6，示出了本发明的示例性致动电动机80。致动电动机80布置成收纳在泵区段4的致动电动机壳体5内。致动电动机80包括附接到蜗杆构件84上的电动机轴82，蜗杆构件84接合致动环66的齿带81。蜗杆构件84对齿带81的转动引起阀构件42绕中心轴线A转动。

致动电动机80使用电连接器(未示出)通过致动电动机80的背面上的电路区段85电连接到远程定位的控制器。控制器选择性地向致动电动机80发送信号以旋转蜗杆构件84，从而致使阀构件42旋转。如图2所示，致动电动机80使用紧固件86固定到致动电动机壳体5上，紧固件86接合位于致动电动机80的正面上的螺纹孔87，并且后盖板88安装在电区段85上。在操作中，阀构件42的旋转选择性地定位开口44以将流体流从泵腔室50切换到第一流体出口38或第二流体出口39，从而控制流体从泵区段4的排放。

参照图7A和7B，现在将解释阀构件42的操作。泵壳体31的泵腔室50包括由磁体件95驱动在阀构件42内旋转的叶轮97。叶轮97通过延伸穿过阀构件42的内部通路57的管状部分136从流体入口36接收流体。叶轮97驱动引入泵腔室50中的流体。在图7A中，致动电动机80已使阀构件42的致动环66逆时针旋转，以将开口44置于与第二流体出口39对准的第一位置。位于开口44的第一端47处的止动表面40接合止动构件52并抵靠其止动，从而提供开口44与第二流体出口39对准的明确指示。在第一位置，由叶轮97驱动的流体完全转向通过第一流体出口39。阀构件42的壁45关闭并阻碍流体流向第一流体出口38。

在图7B中，致动电动机80已使阀构件42的致动环66顺时针旋转到使开口44与第一流体出口38对准的第二位置。在第二位置，开口44的第二端48的端部部分接合止动构件52并抵靠其止动，从而提供开口44与第一流体出口38对准的明确指示。在第二位置，壁45关闭并阻碍流体流向第二流体出口39，从而切换由叶轮97驱动的流体被引导通过第一流体出口38。

本领域的技术人员将很好地理解，基于开口44的位置，流体可以同时从两个流体出口38和39排出。开口44可以定位成允许大约一半的流体体积通过第一流体出口38输出，并且允许大约剩余的一半的流体体积通过第二流体出口39输出。开口44也可以定位成提供从流体出口38、39的其他比例的输出。例如，致动电动机80可选择性地旋转致动环66以定将开口44定位成引导60％的流体流动通过第一流体出口38，40％的流体流动通过第二流体出口39。因此，通过控制开口44的位置，阀构件42不仅能选择性地控制流体从哪个流体出口排出，而且还能控制从两个流体出口38、39排出的流体量。

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虽然本发明已经描述了某些实施例和通常相关联的方法，但是这些实施例和方法的变更和排列对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，以上对示例性实施例的描述不限定或限制本发明。在不脱离通过所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，其他变更、替换和变化也是可能的。