BR112020014776A2 - Bomba de líquido de arrefecimento com arranjo de mancalização otimizado e gerenciamento térmico aprimorado - Google Patents

Abstract

uma bomba de líquido de arrefecimento elétrica, preferencialmente para uso como uma bomba de água auxiliar em um veículo, é caracterizada, em particular, pelo fato de que uma mancalização radial do eixo (4) é provido por meio de um mancal de deslizamento radial sinterizado (41) lubrificado com líquido de arrefecimento com uma porosidade definida, o qual é disposto entre o impulsor de bomba (2) e o rotor (32), e pelo fato de que um selo de eixo (5) é disposto entre o mancal de deslizamento radial (41) e a câmara de motor (13), em que pelo menos um canal de fluxo de líquido de arrefecimento (14) é provido no mancal de deslizamento sinterizado (41) na direção axial, tendo uma profundidade predeterminada a partir da extremidade do mancal de deslizamento sinterizado (41) no lado da câmara da bomba (10).

Description

BOMBA DE LÍQUIDO DE ARREFECIMENTO COM ARRANJO DE MANCALIZAÇÃO OTIMIZADO E GERENCIAMENTO TÉRMICO APRIMORADO

[001] A presente invenção se refere a uma bomba de líquido de arrefecimento elétrica, cuja estrutura é otimizada por meio de uma combinação de um mancal, selo e motor elétrico em termos de custo, espaço de instalação e vida útil para a área de aplicação de uma bomba de água auxiliar, e que possui um arranjo de rolamentos otimizado para essa área de aplicação e um gerenciamento térmico aprimorado.

[002] Tais bombas de água auxiliares elétricas são usadas para a circulação de áreas parciais de um sistema de gerenciamento térmico de um veículo com transporte de líquido de arrefecimento, o veículo sendo equipado com um motor de combustão interna e uma bomba de água principal para arrefecer flexivelmente os chamados pontos quentes em componentes de dispositivos auxiliares, como em um sistema de recirculação de gás de escape, em um turbocompressor, em um intercooler ou similares. Devido à redundância em relação à bomba de água principal e ao elevado número de linhas e pontos nodais, há uma alta pressão de preço para as bombas de água auxiliares desse tipo, bem como uma alta demanda por uma construção compacta com dimensões reduzidas para integração em um conjunto complexo dos sistemas de gerenciamento térmico modernos.

[003] Em produtos estabelecidos até o momento de bombas de água auxiliares elétricas, são utilizados motores elétricos com rotor imerso do tipo rotor interno, devido, entre outros fatores, à selagem mais simples na estrutura da bomba relativamente pequena. O emprego de motores elétricos com rotor imerso, nos quais o estator é normalmente encapsulado a seco em relação ao rotor por uma luva espaçadora ou similares, e o rotor e um mancal são concebidos para operação no meio de bombeamento, representa uma medida conhecida para solucionar o problema de um vazamento em um selo de eixo e um defeito de um mancal de eixo.

[004] Os rotores imersos, no entanto, têm uma eficiência mais baixa, uma vez que o espaço entre o estator e o rotor para acomodar uma luva espaçadora se torna maior e uma força de campo que atua no rotor é enfraquecida por conta disso. Além disso, o atrito do fluido atua no rotor, o que reduz ainda mais a eficiência, principalmente no caso de acionamentos de bomba de tamanho relativamente reduzido das bombas de água auxiliares. Além disso, rotores imersos apresentam problemas em baixas temperaturas, como a formação de gelo no espaço entre o estator e o rotor.

[005] Bombas maiores, como as bombas de água principais elétricas, também usam motores elétricos com rotor seco devido à sua melhor eficiência. Para a mancalização de eixo de bomba, que são acionados por um motor elétrico com rotor seco, são empregados principalmente rolamentos de corpos rolantes, tais como, por exemplo, rolamentos de esferas, que absorvem as cargas axiais e radiais e alcançam baixos coeficientes de atrito.

[006] No entanto, os rolamentos de corpos rolantes são geralmente sensíveis à penetração de umidade, uma vez que os materiais utilizados, particularmente aços apropriados dos corpos rolantes, não são suficientemente resistentes à corrosão para uso em umidade. Uma entrada de umidade leva a uma redução na qualidade da superfície dos corpos rolantes e pistas devido à corrosão, o que resulta em um maior atrito do rolamento, bem como na geração de calor correspondente e outros danos subsequentes aos rolamentos e selos. Como resultado, os já dispendiosos rolamentos de corpos rolantes nas bombas devem ser providos com selos também dispendiosos nos dois lados frontais, o que assegura uma selagem confiável e de baixo atrito contra as pressões de trabalho que ocorrem na câmara de bomba.

[007] Além da desvantagem de custo, os selos correspondentes sempre causam um pequeno vazamento e geralmente representam o fator limitante da vida útil de uma bomba, uma vez que estão sujeitos, per se, ao desgaste por atrito e fragilização devido a oscilações de pressão e temperatura.

[008] A partir do pedido de patente DE 196 39 928 A1l é conhecida também uma bomba de água acionada mecanicamente, na qual um eixo conectado a um impulsor de bomba é mancalizado por um mancal sinterizado e a folga de mancalização é lubrificada por parte do meio de bombeamento. À bomba de água divulgada é usada como bomba de água principal e é acionada externamente por meio de uma correia. Em contrapartida, as bombas de água usadas como bombas de água auxiliares apresentam demandas elevadas em termos de um controle variável do volume de entrega da bomba, fazendo com que uma transmissão por correia pareça inadequada nesse contexto. Devido ao uso do acionamento por correia, esta bomba de água conhecida opera em condições térmicas fundamentalmente diferentes daquelas das bombas de água elétricas com um motor elétrico integrado, uma vez que o calor introduzido pelos motores elétricos integrados é eliminado. Esse calor é particularmente importante no caso de uso de motores elétricos a seco, pois, nesse caso, o calor gerado não pode ser dissipado por um meio de bombeamento que flui ao redor do motor elétrico.

[009] Desse modo, as bombas de líquido de arrefecimento convencionais podem apresentar estados operacionais nos quais o próprio mancal de deslizamento e demais elementos geradores de calor, tal como uma unidade de controle ou placa de circuito ou o estator do motor elétrico, não são adequadamente resfriados.

[010] Nas bombas de líquido de arrefecimento convencionais com motores elétricos com rotor imerso, as folgas de mancalização no mancal de deslizamento do eixo também são bastante grandes, variando de 0,1 a 0,2 mm, a fim de se evitar que impurezas (partículas) no meio de bombeamento gerem efeitos de fixação no mancal de deslizamento e/ou danifiquem o anel de vedação do eixo. Além disso, essas grandes folgas de mancalização resultam em emissões elevadas de ruído da bomba devido a deslocamentos radiais do eixo.

[011] Além disso, mancais de deslizamento feitos de carbono técnico ou polímeros de alta qualidade são frequentemente usados nas bombas de líquido de arrefecimento conhecidas, e esses materiais são comparativamente dispendiosos.

[012] Com base nos problemas do estado da técnica em análise, um objetivo da invenção consiste em prover uma estrutura de bomba simples, de baixo custo, compacta e com uma longa vida útil para um motor elétrico com rotor seco com emissão de ruídos e resfriamento aprimorados.

[013] Tais objetivos são alcançados, de acordo com a invenção, por meio de uma bomba de líquido de arrefecimento elétrica de acordo com a reivindicação 1.

[014] A bomba de líquido de arrefecimento elétrica é caracterizada, em particular, pelo fato de que uma mancalização radial do eixo é provida por meio de um mancal de deslizamento radial sinterizado lubrificado com líquido de arrefecimento (não embebido ou impregnado com lubrificante) com uma porosidade definida, o qual é disposto entre o impulsor da bomba e o rotor, e pelo fato de que um selo de eixo é disposto entre o mancal de deslizamento radial e a câmara do motor, em que pelo menos um canal de fluxo de líquido de arrefecimento é provido no mancal de deslizamento sinterizado na direção axial, tendo uma profundidade predeterminada a partir da extremidade do mancal de deslizamento sinterizado no lado da câmara da bomba.

[015] A invenção, em sua forma mais geral, se baseia no conhecimento de que, por meio da seleção, combinação e disposição inventivas dos componentes individuais da bomba, são alcançadas uma mancalização simplificada e durável do eixo e uma dissipação de calor efetiva a partir do mancal de deslizamento e de outros elementos dispostos na câmara do motor, como o motor elétrico, para o meio de bombeamento, o que também provê as vantagens econômicas e construtivas correspondentes aos objetivos.

[016] A invenção provê, pela primeira vez, um mancal de deslizamento radial sinterizado lubrificado com líquido de arrefecimento e não embebido em lubrificante, com uma porosidade definida e um canal de fluxo de líquido de arrefecimento na direção axial para uma bomba de líquido de arrefecimento elétrica. O uso de um mancal sinterizado poroso lubrificado pelo meio de bombeamento é, por um lado, econômico, uma vez que um processo de impregnação ou impregnação subsequente do mancal sinterizado pode ser suprimido e, por outro lado, a porosidade predeterminada do mancal sinterizado juntamente com o canal de fluxo de líquido de arrefecimento permite um fluxo definido do líquido de arrefecimento através do mancal de deslizamento e uma filtragem do meio de bombeamento por meio do próprio mancal de deslizamento. Nesse contexto, a seção axial do mancal de deslizamento sinterizado poroso, em que o canal de fluxo de líquido de arrefecimento não é provido, serve como um elemento filtrante para o meio de bombeamento e nenhum elemento filtrante separado precisa ser provido. Devido ao fluxo definido de líquido de arrefecimento, o calor do próprio mancal de deslizamento e dos elementos da bomba conectados a ele, como o estator ou a unidade de controle, bem como do selo de eixo, pode ser melhor dissipado para o meio de bombeamento, permitindo assim um aprimoramento do gerenciamento térmico da bomba de líquido de arrefecimento. Além disso,

o uso do mancal de deslizamento sinterizado permite o ajuste de pequenas folgas de mancalização, uma vez que a expansão térmica do mancal sinterizado e do eixo pode ser adequadamente ajustada com a seleção apropriada do material.

[017] Configurações vantajosas da bomba de água auxiliar são o objeto das reivindicações dependentes.

[018] De acordo com um aspecto da invenção, o canal de fluxo de líquido de arrefecimento pode se estender, na direção axial a partir da extremidade do mancal de deslizamento sinterizado no lado da câmara da bomba, por aproximadamente 90% da profundidade do componente do mancal de deslizamento sinterizado.

[019] Isso permite que o meio de bombeamento seja distribuído de forma muito rápida e uniforme por todo o comprimento axial do mancal de deslizamento sinterizado poroso e penetre nele, permitindo assim que a lubrificação do ponto de mancalização seja garantida. Além disso, a seção de extremidade axial restante do mancal de deslizamento sinterizado poroso que não é provida com o canal de fluxo de líquido de arrefecimento no lado oposto à câmara da bomba, que ocupa cerca de 10% da profundidade do componente do mancal de deslizamento sinterizado na direção axial, pode garantir uma filtragem suficiente do meio de bombeamento. Além disso, essa configuração permite um ajuste mais confiável do fluxo definido de líquido de arrefecimento na direção axial através do mancal de deslizamento poroso e, em seguida, através da folga de mancalização do mancal de deslizamento e de volta à câmara da bomba.

[020] De acordo com um aspecto adicional da invenção, a folga de mancalização no mancal de deslizamento sinterizado do eixo pode ser ajustada para menos de 10 um.

[021] Devido a uma expansão térmica semelhante do mancal de deslizamento sinterizado e do eixo com uma seleção adequada de materiais (por exemplo, ferro sinterizado/bronze sinterizado, eixo de aço), uma folga de mancalização muito pequena pode ser ajustada, o que permite restringir os deslocamentos radiais do eixo do rotor e, por conseguinte, reduzir a emissão de ruídos da bomba. Além disso, a pequena folga de mancalização evita que contaminantes (partículas) no meio de bombeamento penetrem na folga de mancalização e gerem efeitos de fixação no mancal de deslizamento.

[022] De acordo com outro aspecto da invenção, a porosidade do mancal de deslizamento sinterizado pode ser ajustada em mais de 40%.

[023] Isso permite que o meio de bombeamento seja distribuído no mancal de deslizamento sinterizado poroso de forma rápida e uniforme, garantindo uma lubrificação confiável do mancal de deslizamento. Além disso, a alta porosidade permite o fluxo do meio de bombeamento no interior do mancal de deslizamento e, por conseguinte, a transferência de calor do mancal de deslizamento para o meio de bombeamento.

[024] De acordo com um aspecto adicional da invenção, o rotor pode ser construído em formato de vaso, cuja superfície interna é voltada para o selo de eixo e é fixada ao eixo sobrepondo-se axialmente a este.

[025] Desse modo, gotas de fluido de um vazamento a jusante do selo de eixo são guiadas por meio da aceleração radial na superfície interna do rotor forçadamente através do entreferro do rotor seco entre as bobinas de campo aberto do estator e os polos magnéticos do rotor antes que possam entrar em uma câmara de motor com componentes eletrônicos. As gotas de vazamento são vaporizadas por meio da temperatura de operação do motor elétrico e por meio da turbulência no entreferro. Somente então o vapor de água resultante entra na câmara de motor e escapa para a atmosfera através de uma membrana. Com isso, é possível dispensar um encapsulamento do estator e evitar as desvantagens associadas à eficiência de um motor elétrico com rotor do tipo imerso.

[026] De acordo com um aspecto adicional da invenção, uma mancalização axial do eixo pode ser provida por meio de um mancal de deslizamento axial, o qual é formado por meio de uma extremidade livre do eixo e uma superfície de contato no alojamento de bomba, preferencialmente em uma tampa de bomba.

[027] Durante a operação, o impulsor de bomba produz um impulso na direção do bocal de sucção ou entrada da bomba. Por meio de uma superfície de deslizamento frontal do eixo e uma superfície de contato correspondente no lado do alojamento, um mancal axial particularmente simples, porém suficiente, é provido na direção oposta sem a necessidade de fixação axial. Como resultado, a construção e montagem podem ser ainda mais simplificadas.

[028] De acordo com um aspecto adicional da invenção, o selo de eixo pode possuir pelo menos dois lábios de vedação para selagem dinâmica na circunferência do eixo, os quais são alinhados com vedação eficaz para pelo menos um lado axial.

[029] Por meio de um selo de eixo de lábio duplo, uma proteção contra vazamento adequada e de baixo custo é provida a jusante do mancal de deslizamento axial, a qual alcança uma selagem consideravelmente melhor se comparada aos selos mecânicos, e permite a passagem apenas de um pequeno acúmulo de gotas de vazamento. Uma selagem na direção oposta, como no caso de uma estrutura de bomba com um rolamento de elementos rolantes seco, pode ser descartada devido ao mancal de deslizamento com operação imersa.

[030] De acordo com um aspecto adicional da invenção, o estator do motor elétrico pode ser disposto sobrepondo-se axialmente ao pelo menos um canal de fluxo de líquido de arrefecimento.

[031] Ao se dispor no mancal de deslizamento um ou, particularmente, uma pluralidade de canais de fluxo de líquido de arrefecimento distribuídos na circunferência do mancal de deslizamento adjacentes ao estator do motor elétrico, uma perda de energia durante a operação por transferência de calor das bobinas de campo do estator na seção de projeção do elemento separador é transmitida para o meio de bombeamento que circula nos canais de fluxo de líquido de arrefecimento do mancal de deslizamento e descarregada no fluxo de bombeamento na câmara de bomba. Esse efeito vantajoso também pode ser usado com pequenas diferenças de temperatura entre uma alta temperatura do líquido de arrefecimento e uma temperatura constantemente ainda mais alta dos enrolamentos de bobina.

[032] De acordo com um aspecto adicional da invenção, pode-se prover uma unidade de controle que seja disposta na câmara do motor na direção axial entre o elemento separador e o estator.

[033] Isso permite que a unidade de controle seja resfriada por dissipação de calor por meio do meio de bombeamento que flui no mancal de deslizamento sinterizado poroso. Devido à proximidade espacial entre a unidade de controle e o estator, o contato ou a fiação entre a unidade de controle e o estator também é simplificada e uma fiação robusta pode ser provida.

[034] De acordo com um aspecto adicional da invenção, a câmara do motor pode possuir uma abertura para a atmosfera que seja fechada por uma membrana de compensação de pressão impermeável a líquidos e permeável a vapor.

[035] Isso permite que um vapor de água gerado por gotas de vazamento na câmara do motor possa ser descarregado na atmosfera de forma eficaz.

[036] A invenção é descrita abaixo com base em uma modalidade exemplar com referência ao desenho contido na Fig. 1.

[037] Como pode ser visto a partir da vista em corte axial da Fig. 1, um alojamento de bomba 1 compreende, em um lado representado à esquerda, um bocal de sucção 16 e um bocal de pressão não mostrado que desembocam em uma câmara de bomba 10. O bocal de sucção 16 serve como uma entrada de bomba, que é montada na forma de uma tampa de bomba 11 separada em uma extremidade axial aberta do alojamento de bomba 10 e leva a um lado frontal de um impulsor de bomba 2, que é fixado em um eixo 4. À circunferência da câmara de bomba 10 é envolvida por um alojamento em espiral, que conduz tangencialmente a um bocal de pressão que forma uma saída de bomba.

[038] O impulsor de bomba 2 é um impulsor de bomba radial conhecido com uma abertura central adjacente ao bocal de sucção. O fluxo de bombeamento, que flui em direção ao impulsor de bomba 2 através do bocal de sucção 16, é acelerado e desviado radialmente para fora por meio das pás internas para o alojamento em espiral da câmara de bomba 10.

[039] Em um lado representado à esquerda, o alojamento de bomba 1 compreende uma cavidade designada como uma câmara de motor 13, que é separada da câmara de bomba 10 por meio de um elemento separador configurado como um flange de suporte 12.

[040] O flange de suporte 12 é produzido a partir de um material com uma condutividade térmica elevada, como, por exemplo, metal, para permitir uma boa transferência de calor entre a câmara de motor 13 e a câmara de bomba 10 ou uma boa dissipação de calor da câmara de motor 13 para o meio de bombeamento na câmara de bomba 10. No caso da modalidade exemplar representada na Fig. 1, o flange de suporte 12 é feito a partir de uma liga de alumínio. O flange de suporte 12 possui uma seção de separação 12a que provê a separação entre a câmara de motor 13 e a câmara de bomba 10, e uma projeção ou seção de projeção 12b na qual o estator 31 é montado ou fixado.

[041] Como mostrado na FIG. 1, o alojamento de bomba 1 possui um alojamento de motor em formato de vaso 17, que forma a câmara do motor

13. O flange de suporte 12 e a tampa da bomba 11 são acomodados em um lado axialmente aberto do alojamento do motor 17, o flange de suporte 12 encosta contra uma superfície de batente provida no alojamento do motor 17 e a tampa da bomba 11 é fixada nesta posição no alojamento do motor 17. Um elemento de vedação, como um anel de vedação em O, é disposto entre o flange de suporte 12 e o alojamento de bomba 11, a fim de se evitar um vazamento do meio de bombeamento na câmara de bomba 10. Como mostrado na FIG. 1, o elemento de vedação na presente modalidade exemplar é disposto em uma superfície circunferencial externa da seção de separação 12a do flange de suporte 12, no entanto, o elemento de vedação também pode, por exemplo, ser disposto na superfície lateral da seção de separação 12a voltada para a tampa de bomba 11 na direção axial. A configuração descrita acima permite um posicionamento simples e preciso do flange de suporte 12 e da tampa de bomba 11 na direção radial.

[042] Um motor elétrico 3 sem escova do tipo com rotor externo é acomodado na câmara de motor 13. Um estator 31 com bobinas de campo do motor elétrico 3 é fixado em torno da seção de projeção 12a do flange de suporte 12, o qual possui, por exemplo, uma configuração cilíndrica, de tal modo que o estator 31 permaneça em contato com a seção de projeção 12a.

Isso assegura uma dissipação de calor muito boa a partir do estator 31 na câmara de motor 13 através do flange de suporte 12 para o meio de bombeamento na câmara de bomba 10. Um rotor 32 com polos de rotor magnético permanente é fixado no eixo 4 para que possa rotacionar em torno do estator 31.

[043] Uma unidade de controle ou placa de circuito 18 da bomba mostrada na Fig. 1, incluindo os componentes eletrônicos de potência do motor elétrico 3, é disposta na direção axial entre a seção de separação 12a do flange de suporte 12 e o estator 31. Devido à proximidade espacial entre a placa de circuito 18 e o flange de suporte 12, por um lado, e o estator 31 e a placa de circuito 18, por outro, é possível uma boa dissipação de calor a partir da placa de circuito 18 através do flange de suporte 12 para o meio de bombeamento, e bons pré-requisitos para um contato ou fiação robustos e simples entre a placa de circuito 18 e o motor elétrico 3 são alcançados.

[044] Um material de enchimento, como um enchimento de espaço, com uma condutividade térmica elevada pode ser disposto no entreferro entre a seção de separação 12a e a placa de circuito 18, de tal modo que a transferência de calor da placa de circuito 18 para o meio de bombeamento na câmara de bomba 10 possa ser aprimorada.

[045] No entanto, a placa de circuito 18 da bomba também pode ser disposta em outro local na câmara de motor 13, como na seção de fundo do alojamento de motor 17 voltada para a extremidade axial do motor elétrico. Além disso, a placa de circuito 18 da bomba também pode ser disposta fora da câmara de motor 13.

[046] O motor elétrico 3 é do tipo com rotor seco, cujas bobinas de campo são expostas de uma maneira não-encapsulada ou aberta no entreferro para o rotor 32 em relação à câmara de motor 13. O rotor 32 possui um formato de vaso típico de um rotor externo, que assenta na extremidade livre do eixo 4 representada à esquerda e suporta os polos de rotor magnético permanente na região axial do estator 31.

[047] O eixo 4, que se estende entre a câmara de bomba 10 e a câmara de motor 13, é montado radialmente no flange de suporte 12 por meio de um mancal de deslizamento radial sinterizado 41. Além disso, o eixo 4 é suportado axialmente na extremidade livre direita. A mancalização de deslizamento axial é realizada por meio de um par de superfícies de deslizamento entre o lado frontal do eixo 4 e uma superfície de contato que é provida na tampa de bomba 11 por meio de uma projeção ou uma escora no bocal de sucção 16 posicionada de correspondente a montante do impulsor de bomba 2. Durante a operação, o impulsor de bomba 2 empurra o eixo 4 por sucção contra a superfície de contato na direção do bocal de sucção 16, de modo que uma absorção da carga axial da mancalização de eixo nessa direção seja suficiente. Uma vez que uma folga de mancalização entre as superfícies de deslizamento é envolvida pelo fluxo de bombeamento, o mancal de deslizamento axial também é lubrificado com líquido de arrefecimento, pelo menos na forma de um umedecimento inicial das superfícies de deslizamento por meio do líquido de arrefecimento sob vibrações ou turbulências.

[048] O mancal de deslizamento 41 lubrificado com líquido de arrefecimento é construído como um mancal sinterizado com uma porosidade definida acima de 40%, para o qual podem ser utilizados, por exemplo, materiais padrão conhecidos para rolamentos deslizantes sinterizados, como ferro sinterizado e bronze sinterizado. Por meio da seleção desses materiais sinterizados, ao se utilizar um eixo de aço, uma folga de mancalização muito pequena, de menos de 10 um, pode ser ajustada em razão da expansão térmica semelhante do mancal sinterizado e do eixo de aço. Desse modo, os deslocamentos radiais do eixo do rotor podem ser amplamente suprimidos e a emissão de ruídos da bomba pode ser reduzida. Além disso, o material sinterizado poroso é rapidamente preenchido com o meio de bombeamento, permitindo, assim, que o calor gerado no próprio mancal de deslizamento e o calor transferido de outros elementos da bomba para o mancal de deslizamento sejam transferidos para o meio de bombeamento com eficiência.

[049] O mancal de deslizamento sinterizado 41 mostrado na FIG. 1 também possui dois canais axiais de fluxo de líquido de arrefecimento 14 com uma profundidade predeterminada a partir da extremidade do mancal de deslizamento sinterizado 41 no lado da câmara da bomba 10. Assim, durante a operação da bomba, em razão das condições de pressão predominantes na bomba, o meio de bombeamento pode fluir com altas pressões em uma direção de fluxo definida a partir da área radialmente externa da câmara de bomba 10 através da área da câmara da bomba 10 entre o impulsor da bomba 2 e o flange de suporte 12 e com pressões decrescentes radialmente para dentro, através dos canais de fluxo de líquido de arrefecimento 14 e da seção de extremidade axial do mancal de deslizamento 41 no lado oposto ao impulsor de bomba 2 sem canal de fluxo de líquido de arrefecimento 14 (seção de filtragem) até o espaço entre o mancal de deslizamento sinterizado 41 e o selo de eixo 5, através da folga de mancalização do mancal de deslizamento 41 e, finalmente, de volta em direção à região radialmente interna da câmara de bomba 10 com pressões ainda mais baixas. A circulação axial do líquido de arrefecimento na folga de mancalização em combinação com o movimento rotativo entre as superfícies de deslizamento garante uma distribuição e lubrificação uniformes da folga de mancalização com o líquido de arrefecimento. O líquido de arrefecimento contém um aditivo anticongelante com uma propriedade de redução de atrito, como, por exemplo, glicol, silicato ou similares. Ao mesmo tempo, partículas de uma abrasão do par de superfícies de deslizamento são transportadas para a câmera de bomba para o fluxo de bombeamento.

[050] De acordo com a invenção, embora sejam mostrados dois canais de fluxo de líquido de arrefecimento 14 na FIG. 1, é suficiente que seja provido pelo menos um desses canais de fluxo de líquido de arrefecimento 14. Além disso, também podem ser provido mais de dois canais de fluxo de líquido de arrefecimento 14. No exemplo mostrado na FIG. 1, os canais de fluxo de líquido de arrefecimento 14 são formados como sulcos na circunferência externa do mancal de deslizamento sinterizado 41. No entanto, os canais de fluxo de líquido de arrefecimento 14 também podem ser providos como orifícios cegos que se estendem axialmente no mancal de deslizamento sinterizado 41. Além disso, pelo menos um canal de fluxo de líquido de arrefecimento 14 configurado como um sulco pode ser formado em espiral em torno da circunferência do mancal de deslizamento sinterizado 41.

[051] Por meio do fluxo de líquido de arrefecimento definido descrito acima, as superfícies de deslizamento na circunferência do eixo e na sede de mancal do mancal de deslizamento 41 são lubrificadas por meio do líquido de arrefecimento transportado por meio da bomba de água auxiliar, que penetra na folga de mancalização entre as superfícies de deslizamento. Nesse contexto, o mancal de deslizamento sinterizado poroso 41 também serve como um elemento filtrante para o meio de bombeamento que flui através do sistema, de modo que apenas o líquido de arrefecimento filtrado alcance a região a montante do anel de vedação de eixo e a folga de mancalização. Portanto, não é necessário um elemento filtrante separado para o meio de bombeamento.

[052] Um selo de eixo 5 é disposto entre o mancal de deslizamento radial 41 e a câmara de motor 13, o qual sela uma extremidade aberta da seção de projeção 12b do flange de suporte 12 em relação ao eixo 4. O selo de eixo 5 é um selo de lábio duplo que é pressionado na seção de projeção 12b do flange de suporte 12 e possui dois lábios de selagem (não representados) que são dispostos sucessivamente e direcionados na direção do mancal de deslizamento radial 41 para selagem dinâmica unilateral na circunferência do eixo.

[053] No entanto, o pequeno vazamento inevitável que passa gota a gota ao longo do tempo através do selo de eixo 5 a partir da circulação do líquido de arrefecimento, não entra em contato direto com as bobinas de campo ou com eventuais componentes eletrônicos do motor na câmara de motor 13. Durante a operação, as gotas de vazamento a jusante do selo de eixo alcançam a superfície interna do rotor 32 em rotação e são transportadas radialmente para fora por meio de força centrífuga. Devido a redemoinhos nos polos do rotor ou ímãs permanentes e à temperatura de operação que resulta da perda de energia nas bobinas de campo, as gotas de vazamento no entreferro entre o estator 31 e o rotor 32 se evaporam sem chegar a umedecer em fase líquida, ou seja, sem exercer um efeito corrosivo sobre o estator 32 radialmente interno.

[054] Devido ao formato de vaso do rotor 32, as gotas de vazamento não podem alcançar o compartimento de motor 13 diretamente na direção axial, e são coletadas na superfície interna do rotor 32 e transportadas para o entreferro para evaporação. A fim de se manter um volume baixo do entreferro, ele é configurado para complementar as circunferências do estator

32.

[055] A transição das gotas de vazamento da fase líquida para a fase gasosa é associada a um aumento de volume, o que levaria a um aumento de pressão no caso de um volume fechado da câmara de motor 13,

independentemente de uma oscilação de pressão devido a oscilações de temperatura entre a operação e a não-operação da bomba.

[056] No entanto, uma membrana 1 é provida entre a câmara de motor 13 e a atmosfera do entorno, a qual é fixada ao alojamento de motor 17 em formato de vaso na câmara de motor 13. A membrana pode ser provida, por exemplo, com uma abertura 20 do alojamento de motor 17, mostrada na FIG. 1, na circunferência externa do alojamento do motor 17. A membrana poda ainda ser colada a uma seção radialmente central de uma superfície interna do alojamento de motor 17 voltada para o rotor na direção axial e permite uma compensação das oscilações de pressão da câmara de motor 13 para a atmosfera. Como resultado, uma membrana adesiva de baixo custo e grande área pode ser empregada em uma posição protegida. Nessa região, o alojamento de motor 17 possui uma abertura ou uma estrutura permeável ou com poros abertos, que é configurada de modo que a membrana seja suficientemente protegida e não seja danificada durante testes com jatos de alta pressão. A membrana é semipermeável com relação a uma permeabilidade à água, ou seja, não permite que a água passe em fase líquida, enquanto o ar carregado de umidade pode se dispersar até um limite com relação a um tamanho de gota ou a uma densidade de gotas que se aglomeram na superfície da membrana. Por conseguinte, no caso de uma expansão de volume em razão da evaporação na câmara de motor 13, o ar quente carregado de umidade pode atravessar a membrana, de modo que as gotas de vazamento evaporadas sejam descarregadas com eficácia na atmosfera. Na direção oposta, a membrana protege, por sua vez, contra a entrada de respingos de água ou similares durante a operação do veículo.

Claims (11)

REIVINDICAÇÕES

1. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica para transporte de líquido de arrefecimento em um veículo, compreendendo: um alojamento de bomba (1) com uma câmara de bomba (10) na qual um impulsor de bomba (2) é acomodado de forma rotativa, e uma entrada (16) e uma saída que são conectadas à câmara de bomba (10); um eixo (4) que é mancalizada rotativamente em um elemento separador (12) entre a câmara de bomba (10) e uma câmara de motor (13) separada da câmara de bomba (10), e na qual o impulsor de bomba (2) é fixado; um motor elétrico de funcionamento a seco (3) com um estator radialmente interno (31) e um rotor radialmente externo (32), o qual é acomodado na câmara de motor (13); caracterizada pelo fato de que uma mancalização radial do eixo (4) é provida por meio de um mancal de deslizamento radial (41) lubrificado com líquido de arrefecimento com uma porosidade definida, o qual é disposto na direção axial entre o impulsor de bomba (2) e o rotor (32); um selo de eixo (5) é disposto entre o mancal de deslizamento radial (41) e a câmara de motor (13); em que, no mancal de deslizamento sinterizado (41) é provido pelo menos um canal de fluxo de líquido de arrefecimento (14) na direção axial com uma profundidade predeterminada a partir da extremidade do mancal de deslizamento sinterizado (41) no lado da câmara da bomba (10).

2. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica de acordo com a reivindicação 1, em que o canal de fluxo de líquido de arrefecimento (14) se estende a partir da extremidade do mancal de deslizamento sinterizado no lado da câmara de bomba (10) na direção axial para além de 90% da profundidade do componente do mancal de deslizamento sinterizado (41).

3. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a folga de mancalização no mancal de deslizamento sinterizado (41) do eixo (4) é ajustado em menos de 10 um.

4, Bomba de líquido de arrefecimento elétrica de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, em que a porosidade do mancal de deslizamento sinterizado (41) é ajustada em mais de 40%.

5. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, em que o rotor (32) é configurado em formato de vaso, cuja superfície interna é voltada para o selo de eixo (5) e é fixada no eixo (4) sobrepondo-se axialmente a este.

6. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, em que uma mancalização do mancal axial do eixo (4) é provida por meio de um mancal de deslizamento axial, o qual é formado por uma extremidade livre do eixo (4) e uma superfície de contato no alojamento de bomba (1), preferencialmente em uma tampa de bomba (11).

7. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, em que o selo de eixo (5) possui pelo menos dois lábios de selagem para selagem dinâmica na circunferência de haste, os quais são alinhados com vedação eficaz para pelo menos um lado axial.

8. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, em que o estator (31) do motor elétrico (3) é disposto sobrepondo-se axialmente ao pelo menos um canal de fluxo de líquido de arrefecimento (14).

9. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, compreendendo adicionalmente uma unidade de controle (18) que é disposta na câmara de motor (13) entre o elemento separador (12) e o estator (31) na direção axial.

10. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, em que a câmara de motor (13) possui uma abertura (20) para a atmosfera que é fechada por meio de uma membrana de compensação de pressão impermeável a líquidos e permeável a vapor.

11. Uso de uma bomba de líquido de arrefecimento elétrica de acordo com uma das reivindicações 1 a 10 como uma bomba de água auxiliar em um sistema de transporte de líquido de arrefecimento em um veículo com um motor de combustão interna e uma bomba de água principal.