CN104246227B - 电动马达驱动泵 - Google Patents

Abstract

在车辆中与发动机一起使用的、比如与其中电动马达驱动油泵由电动马达驱动以用于将液压压力供给至自动车辆的传动装置或发动机的发动机自动停止系统一起使用的电动马达驱动油泵组件中，至少在由发动机驱动的机械油泵的停止状态下，用于操作马达以用于控制油泵的控制器相邻于流动的油流体而设置在外壳中，使得流动的油流体将控制器的温度保持成低于预定温度，从而避免了控制器的电子部件的失效。

Description

电动马达驱动泵

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年2月27日提交的、序列号为No.61/603,907的美国临时专利申请的优先权，所述申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容总体涉及用于产生流体流的泵。更特别地，本公开内容涉及到一种由控制器控制的用于产生流体流的油泵，比如在车辆的发动机中使用的油泵。

背景技术

通常已知的是，油泵用来使得流体油流经过发动机以在车辆运行期间冷却和润滑传动系或发动机的部件。通常还已知用从发动机产生的动力来操作油泵。在一些应用中，通常还已知提供一种用于操作油泵的电动马达。典型地，通常还已知提供包括电路板和其他电子部件的控制器以用于在车辆的运行期间控制油泵。目前的大多数应用使控制器集成在马达壳体的背部处，在背部处控制器只能由空气流来冷却。这些应用都受限于最高环境温度以及系统在控制器的电气部件过热和关闭之前能够产生的动力量(例如，电流)。

因此，如果在车辆的发电室中提供电子控制装置，发电室内的温度通常会造成潜在的问题。虽然当车辆移动和/或操作时由于新鲜的空气流可以被用来传递来自于发电室的热，从而发电室内的空气温度可以能够保持足够低的温度，但当车辆停止时，例如在车辆高速行驶之后，空气滞留在发电室并被发动机的热加热，其结果是，在发电室内的空气温度上升到相对非常高的水平，这可能会导致部件的疲劳、失效或其他故障。

为了获得结构紧凑并能够传递高输出扭矩的电动马达，必须使大的电流适当地经过马达的线圈，并且因此，控制器必须能够为所述马达提供这种高电流。使大的电流经过马达的线圈和利用控制器来管理供给至马达的电能能够导致马达和/或控制器变热，如果加热太高，马达和/或控制器会最终失效。通常，要求马达被冷却并且控制器位于距马达和热源一定距离处，以保护控制器不受大量的热。此外，通常已知在控制器中使用昂贵的部件以能够在这样的高温下正常运转。因此，必须提供空间来定位控制器和马达从而使控制器和马达能够运转。然而，因为空间已经非常有限，尤其是在上文提到的机动车辆的应用中，所以对用于适于电动马达和控制器的安装而提供额外的空间是非常困难的。因此，很难在受限制的空间内设置电动马达和泵两者。这使得完成这种电动马达驱动泵几乎是不可能的，实现起来也是非常昂贵的。

本公开内容基于提供电动马达驱动泵和控制装置的目的，通过提供这种电动马达驱动泵和控制装置，使得避免了现有技术中的上文描述的问题。

发明内容

在一个示例性的实施方式中，公开了一种电动马达驱动泵和包括外壳的集成控制器，在外壳中，包括用于提供动力至马达的功率控制部件(例如，MOSFETS(金属氧化物半导体场效应晶体管))的控制器设置成用于控制流体泵的旋转速度和流体泵的将要被供给至车辆部件的输出。电动马达驱动泵包括位于一个端部处的马达部、位于中部的流体泵、以及入口/出口外壳部，该入口/出口外壳部包括集成部，所述集成部用于容纳控制器以及其部件使得该集成部邻近于在入口和出口中的流动流体定位并且具有足够的热导率以充分地散出来自于位于形成在入口/出口外壳部中的腔体上的控制器的热。入口/出口外壳部还可以包括一个或多个通道，该一个或多个通道平行于泵和马达的中心轴线延伸以用于接收电气联接控制器和马达的定子所需的电线，使得电线也可以穿过密封通道，该密封通道轴向地延伸通过流体泵。另外，流体穿过泵和电动驱动马达以散出来自于组件上的所有部件上的热。

附图说明

附图仅通过示例的方式图示了本公开内容的实施方式，在附图中：

图1是根据本公开内容的示例性组合式马达驱动泵和控制器以及外壳系统的立体图；

图2是根据本公开内容的图1的示例性实施方式的组合式马达驱动泵和控制器以及外壳系统的分解立体图；

图3是根据本公开内容的图1的示例性实施方式的组合式马达驱动泵和控制器以及外壳系统的截面图；

图4是根据本公开内容的图1的示例性实施方式的组合式马达驱动泵和控制器以及外壳系统的替代性实施方式的分解立体图；

图5是根据本公开内容的图1示例性实施方式的组合式马达驱动泵和控制器以及外壳系统的热图像分析的立体图；

图6是根据本公开内容的组合式电动马达驱动泵和控制器以及外壳系统的替代性示例性实施方式的立体图，示出了本新发明的细节；

图7是在控制器盖和控制器被移除的情况下图6中的示例性实施方式的另一个替代性部分立体图，示出了用于对关于控制器和马达的电线进行布线的通道；

图8是立体图并且为泵的另一个替代性实施方式，该泵用于包括在组合式马达驱动泵控制器和外壳系统中，呈现了用于将泵外壳联接至马达的另一侧以用于使控制器包括在外壳内并且影响控制器的冷却；

图9是类似于图8的用于包括在组合式马达驱动泵和控制器以及外壳系统中的泵的另外的替代性实施方式的立体图，并且示出了替代性的油入口/出口构件；

图10是截面图并且为根据本公开内容的包括在图9的示例性实施方式的马达驱动泵中的泵的另外的替代性实施方式；

图11是类似于图8的用于包括在组合式马达驱动泵和控制器以及外壳系统中的泵的另外的替代性实施方式的立体图，并且示出了替代性的油入口/出口构件；

图12为根据本公开内容的包括图11的替代性示例性实施方式的马达驱动泵中的组合式泵的另外的替代性实施方式的分解立体图，并且示出了交叉的叶片实施方式；

图13是与图12相似的包括交叉叶片的用于包含在组合式马达驱动泵和控制器以及外壳系统中的泵的另外替代性实施方式的立体图；

图14是根据本公开内容的用于包括图13的替代性示例性实施方式的组合式马达驱动泵的泵的另外替代性实施方式的部分立体图；

图15为示出了可变排量泵和交叉叶片设计的细节的、图12的另外替代性实施方式的立体图；

图16为根据本公开内容的进一步示出了可变排量泵和交叉叶片的细节的、图12和图15的另外的替代性实施方式的部分平面图；以及

图17是根据本公开内容的组合式马达驱动泵和控制器以及外壳系统的图示以及示例性框图。

具体实施方式

整体上参照所有附图，本公开内容和本文所描述的教示提供了一种组合式马达驱动泵及控制器系统，在下文中称作电动马达驱动油泵组件10，用于例如与车辆发动机或传动系——比如变速器——相结合的汽车应用中。电动马达驱动油泵组件10提供在各种系统中的润滑、冷却以及压力。该电动马达驱动油泵组件10系统的主要元件为：泵20，该泵20可以是任何已知或合适的类型的(例如，固定排量泵或可变排量泵)；马达30，具体是无刷直流(DC)型马达；以及马达控制器40，例如电力逆变器和合适的电气连接器，该合适的电气连接器用于将电动马达驱动油泵10联接至电流源(例如电池或类似类型的设备)。此外，电动马达驱动油泵组件10还可以包括已知的和/或适当的诊断和传感器信号(未示出)。电动马达驱动油泵组件10构造成使得由于包装之类的系统限制而使整个组件可以被全部集成(即，泵20、马达30、控制器40和电连接器)并且包含在单个密封(集成的)的本体60中。然而，在应用中，由于该系统直接在传动装置或发动机本体(未示出)上的安装地点和位置以及甚至有时在传动装置本体内部的定位，这种系统会暴露于高环境温度下。在这些应用中，电动马达驱动油泵组件10通常暴露于包括高环境温度的潜在的非常恶劣的环境下。对高环境温度最敏感的部件是马达控制器40，该马达控制器40具有限制电动马达驱动油泵组件10的最高操作温度的效果。目前，用于马达控制器子部件的最高操作温度一般为下述情况：对于FET结点为175摄氏度，对于马达控制单元MCU为150摄氏度，以及对于电容器为135摄氏度。

为了确保在最高环境温度操作(Ta＝138摄氏度)期间，不超过记录的温度限值，油泵20用油流来冷却控制器40。主要地，根据本公开内容的电动马达驱动油泵组件10的优点在于，电动马达驱动油泵组件10能够在相对较高的环境温度条件下操作，同时电动马达驱动油泵组件10提供了通过使用与已知系统相比具有较低温度级的电子部件来降低成本的可能性。如图5中清楚所示，根据一组示例性的操作条件(即，环境空气在138摄氏度)，流动通过泵20的油在入口处和出口处的温度保持在125摄氏度，该温度低于记录的温度限值。类似地，在图6中油以4.5升每分钟(升每分钟)流动，并且控制器40位于与油泵组件20联接的入口/出口外壳44的第一部分上。入口/出口外壳44的第一部分包括第一腔体42，该第一腔体42用于在该第一腔体42中接收控制器40并且该第一腔体42具有盖46，该盖46固定至入口/出口外壳以用于将控制器40及其部件密封在第一腔体中。入口/出口外壳44的材料优选地选择具有相对高的热导率，如铝或铝合金之类的金属、或其他已知或合适的材料。入口/出口外壳44中的第一腔体42至少包括从第一腔体42延伸至泵20并且通往无刷直流马达30的定子的第一通道45。如图4的实施方式中清楚所示，汇流条可以包含在马达组件30中，汇流条联接至定子并且包括延伸部，该延伸部用于穿过延伸通过泵20的密封通道并且进入入口/出口外壳的通道中以与入口/出口外壳的通道中的控制器40联接和电气连接。

如图3中所示的截面，控制器40位于第一腔体中以合理地紧密地定位成邻近于在入口/出口外壳44中的入口通道和出口通道，使得控制器40与流动通过控制器40的流体之间具有高效的热传递。当油流入组件10时，油将具有比通过马达30产生的热相对更低的温度，并且将流动通过泵20，通过马达30，然后返回通过马达30，并从入口/出口外壳44排出，在入口/出口外壳44处，油将具有液压压力并且并流动至车辆部件，比如变速器或发动机以及可选地热交换器，在热交换器处，油通过使用任何已知或合适的系统而被冷却并且然后返回至组件10。在示出的实施方式中，马达30能够被完全地密封，使得流动通过马达的流体被完全地密封，从而流体不会并且不能够与马达30的电气部件或控制器40的电气部件中的任一者接触。对于会导致电气部件短路的流体——比如水——而言，该完全密封的组件10是非常有意义和重要的。替代性地，对于将不会导致电气部件短路的流体而言，马达30和控制器40能够被部分地密封或不被密封，使得流体被允许与电气部件接触，进而增大了从电部件离开的热传递。

在图8至图14所示出的替代实施方式中，泵120示出为具有位于泵20一侧表面处的控制器140。特别地，可以使用结合了本新发明的教示和公开内容的、比如图9和图10中的外转子叶片泵以及图11至图15中的交叉叶片泵之类的不同类型的泵。根据本公开内容应当理解的是，可以将本新发明的教示和公开内容结合到这样的马达设计中：该马达设计提供多种性能要求和包括内外转子的规格并且具有介于至少12伏特和300伏特之间的应用。而且，能够设计这样的控制器：所述控制器用于提供如FOC和Block、12V和300V的应用之类的多种设计需求，并且包括多种控制策略(即，基于马达速度、扭矩和电流以及基于泵压力的控制策略)。因此，还应当理解的是，本公开内容中的组件10提供了可被利用的各种通讯协议，包括但不限于PWM、K线、LINE、CAN或其他任何已知的或合适的协议。因此，可以提供一种组件10，该组件10针对显著的多种设计规格和选择是优化的。

特别地，可以预期的是，根据本公开内容的组件10提供了这样的新颖马达设计：该新颖马达设计用于提高整体电动马达驱动泵的性能，同时提高组件10的效率和可靠性，同时减少控制器40的部件的成本从而减少组件10的整体成本。

现在特别参考示出油泵200的图13至16中的交叉叶片泵。泵200包括顶板、马达、以及泵外转子和泵内转子，如图15和16清楚所示。特别地，应当理解的是，泵外转子和泵内转子均相对于固定衬套转动。进一步需要注意的是，泵200包括第一叶片、第二叶片以及第三叶片(分别是叶片1、叶片2以及叶片3)。与上述组件10相似，泵200包括联接至基板并且位于顶板(或盖)的下方的控制器(或PCB(印刷电路板))，如在图13和14清楚所示。控制器(PCB)被安装在基板的背部，因此控制器的热可以通过从入口流动至出口的流体来散掉。

电动马达驱动油泵200的内部部件总体包括马达转子、泵外转子、叶片1、叶片2、叶片3、泵内转子以及衬套，所有内部部件都如图所示地联接在一起。入口和出口位于基板上并被联接至泵200以用于使流体流动通过采用如所示的交叉叶片设计的泵。

泵外转子优选地被按压至马达转子中。泵外转子包括在泵外转子的内孔上处于第一位置的半圆或扇形部以用于接收叶片1的第一端部。叶片1从泵外转子的内孔中的扇形部延伸，并延伸经过定位成横向地穿过泵内转子的第一狭槽。叶片2和叶片3被安装在泵内转子的第二狭槽和第三个狭槽中，并且叶片2和叶片3中的每一者由泵外转子的孔或通道的内圆周的成型轮廓来引导。泵外转子的孔或通道的内圆周的轮廓成形为在泵200的转子旋转期间影响叶片1、叶片2和叶片3的操作从而以符合所需设计需求的方式来执行。当马达200工作时，马达转子和泵外转子将沿着图15所示的顺时针方向旋转，并且将驱动叶片1和泵内转子，然后将驱动叶片2和叶片3，但是，这三个叶片只会在与泵转子相关的某些角度范围内来回摆动而使流体运动经过泵200，从而导致了油从入口通过泵而流动至出口。

根据本公开内容，泵200的构型被选择为使得泵外转子是驱动构件，内转子通过与泵外转子连接的叶片1驱动。这种类型的泵驱动方法和构型是独特的，因此泵外转子的孔或通道的内圆周的轮廓是预先选择的曲线，使得当泵外转子旋转时，三个叶片1、2和3就仅在与泵转子相关的某些角度范围内来回摆动。

本公开内容的泵200从当前的设计中特别获益，因为该电动马达驱动油泵200可以在高环境温度条件下工作，同时提供以下可能性：通过在控制器(PCB)中使用低温度级的电子部件来显著降低成本，并且与常规叶片泵相比减少了构成泵200的机械部件的数量从而进一步降低成本。

在文中或附图中所列举的任何数值都是用来包括从下限值到上限值以一个单位值增长的所有数值，只要在任何下限值与任何上限值之间存在至少两个单位值的差值。作为示例，如果文中指出，部件数量或方法变量的值——例如温度、压力、时间等——例如从1到90，优选地从20到80，更优选地从30到70，这旨在表明诸如15到85、22到68、43到51、30到32等数值被明确地列举在本说明书中。对于小于1的数值，一个单位可以根据情况考虑为0.0001、0.001、0.01或0.1。这些仅是特别说明的示例，并且所列举的最低值与最高值之间的所有可能的数值组合可以考虑以类似的方式明确地陈述在本申请中。如能够观察到的，在文中表示为“重量份数”的量的教示还考虑依据重量百分比来表示相同的范围。因此，在发明的具体实施方式中关于生成的聚合物混合组分的重量份数“x”的范围的表述的也可以考虑为生成的聚合物混合组分的相同列举的量“x”的范围的教示。

除非另有说明，所有范围包括端点以及端点之间的所有数值。与范围相关的“大约”或“近似”的使用适用于该范围的两个端值。因此，“大约20至30”意在涵盖“大约20至大约30”，包含至少指定的端点。

出于所有目的，包括专利申请和出版物在内的所有文章和参考文献的公开内容通过引用而结合于本文。用于描述组合的术语“基本上包括”应包括所指出的元件、成分、组分或步骤以及实质上不影响该组合的本质和新颖性特征的其他这样的元件、成分、组分或步骤。在文中用于描述元件、成分、组分或步骤的组合的术语“包含”或“包括”的使用还考虑了基本包括元件、成分、组分或步骤的实施方式。本文中通过使用术语“可以”，意图是“可以”被包括的任何所描述的属性是可选择的。

多个元件、成分、组分或步骤可以由单个集成元件、成分、组分或步骤来提供。替代性地，单一的集成元件、成分、组分或步骤可以被分为单独的多个元件、成分、组分或步骤。描述元素、成分、组分或步骤的“一个”或“一”的公开内容并非旨在预先排除额外的元件、成分、组分或步骤。

应当理解的是，上文的描述旨在是说明性的而不是限制性的。对本领域的技术人员而言当阅读上文描述时，除了所提供的示例之外的许多实施方案和许多应用都是显而易见的。因此，本发明的范围应该不参考以上的描述来确定，而应该参照所附的权利要求连同等同于这些权利要求所享有的全部范围来确定。出于所有目的，包括专利申请和出版物在内的所有文章和参考文献的公开内容通过引用被结合于本文。在本文中所公开的任何方面的主题的所附权利要求中的省略不是对这种主题的否认，也不应被视为该发明者没有考虑这种主题为所公开发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种用于液压压力流体供给的电动马达驱动泵组件，所述组件包括：

具有壳体的电动马达；

其中，所述电动马达包括定子和联接至所述定子的汇流条；

泵，所述泵具有泵外壳，所述泵外壳具有第一端部和第二端部，并且其中，所述马达壳体联接至所述泵外壳的所述第一端部，所述泵包括连接至所述马达的泵流体通道以用于将所述流体传送至所述马达；

入口/出口外壳，所述入口/出口外壳具有联接至所述泵外壳的所述第二端部的第一端部；所述入口/出口外壳包括用于接收所述流体的入口通道和用于传送所述流体的出口通道，所述入口通道连接至所述泵流体通道以用于将所述流体传送至所述泵并且使流体通过所述马达，从而在所述流体流回至所述泵并且通过所述入口/出口外壳的所述出口通道从所述组件流出之前将热从所述马达传送至所述流体，其中，所述入口/出口外壳的第一部分相邻于所述入口通道和所述出口通道定位以提供所述流体与所述第一部分之间的热传递；

控制器，所述控制器位于所述入口/出口外壳的所述第一部分中并且电连接至所述马达以将动力供给至所述马达，从而控制所述泵的速度以及流体从所述泵的输出，其中，由所述控制器产生的热被传递至流过所述入口通道和所述出口通道的流体；

所述入口/出口外壳还包括位于所述第一部分中的腔体和从所述腔体延伸至所述泵的第一通道；

所述泵包括从所述入口/出口外壳的所述第一通道延伸至所述电动马达的密封通道；

并且，所述电动马达的所述汇流条包括延伸部，所述延伸部穿过所述泵的所述密封通道并进入所述入口/出口外壳的所述第一通道中，并且所述汇流条联接至所述控制器；

所述泵还包括：

固定衬套；

泵内转子，所述泵内转子围绕所述固定衬套并且相对于所述固定衬套旋转；

泵外转子，所述泵外转子围绕所述泵内转子并且相对于所述固定衬套旋转；以及

多个叶片，所述多个叶片彼此间隔开并且从所述固定衬套延伸通过所述泵内转子且延伸至所述泵外转子。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述控制器位于所述腔体中，并且其中，所述入口/出口外壳的所述第一通道用于接收待联接至所述控制器和所述马达的引线。

3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述泵和所述马达被密封以防止流体与所述控制器接触。

4.根据权利要求2所述的组件，其中，所述泵和所述马达不被密封，使得流过所述泵的流体能够与所述控制器接触以在所述控制器或所述马达中不造成电短路的同时提供从所述控制器至所述流体的热传递。

5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述入口通道和所述出口通道沿着基本上垂直于所述组件的轴线的方向延伸。

6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述控制器相对于所述组件的所述轴线以一定角度对准。

7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述入口/出口外壳由铝构成，并且所述控制器包括至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管以用于供给引起磁场的导电力从而控制和驱动所述电动马达。

8.根据权利要求1所述的组件，其中，所述电动马达包括马达转子，并且所述泵外转子被按压至所述马达转子中；

所述泵内转子包括狭槽，以允许所述叶片延伸通过所述狭槽；

其中，所述马达转子和所述泵外转子沿着相同的方向旋转，驱动所述泵内转子和所述叶片中的第一叶片，随后驱动所述叶片中的第二叶片和所述叶片中的第三叶片，所述叶片以关于呈现所述泵外转子的所述内孔的曲线成一定角度的方式来回摆动，并且其中所述泵外转子具有接收所述第一叶片的端部的内孔。

9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述电动马达包括用于传送所述流体的马达流体通道，并且所述泵流体通道连接至所述马达流体通道以用于将所述流体传送至所述马达。

10.根据权利要求1所述的组件，其中，所述泵和所述电动马达均沿中心轴线延伸，并且其中所述第一通道平行于所述中心轴线延伸。