BR112020009918A2 - bomba de líquido de arrefecimento com estrutura otimizada para uso e gerenciamento térmico aprimorado - Google Patents

Abstract

Uma bomba de fluido de arrefecimento elétrica, preferencialmente para uso como uma bomba de água auxiliar em um veículo, é caracterizada pelo fato de que um rolamento radial do eixo (4) é provido por meios de um rolamento de deslizamento radial (41) lubrificado com líquido de arrefecimento no elemento separador (12) que é disposto entre o impulsor de bomba (2) e o rotor (32); um motor elétrico de funcionamento a seco (3) com um estator radialmente interno (31) e um rotor radialmente externo (32) é acomodado dentro da câmara de motor (13); uma vedação de eixo (5) é disposta entre o rolamento de deslizamento radial (41) e a câmara de motor (13); o rotor (32) é formado em formato de taça, a superfície interna que é voltada para a vedação de eixo (5) e é fixado ao eixo (4) de modo que se sobreponha axialmente; a câmara de motor (13) possui uma abertura para a atmosfera que é fechada por meio de uma membrana de compensação de pressão (6) permeável a vapor e impermeável a liquido; o elemento separador (12) é configurado como um flange de suporte com uma seção de separação (12a) e uma projeção axial (12b) na câmara de motor (13) que o estator (31) é anexado; e a unidade de controle (18) é disposta entre o elemento separador (12) e o estator (31) na direção axial.

Description

BOMBA DE LÍQUIDO DE ARREFECIMENTO COM ESTRUTURA OTIMIZADA PARA USO E GERENCIAMENTO TÉRMICO APRIMORADO

[001] A presente invenção refere-se a uma bomba de líquido de arrefecimento elétrica, cuja estrutura é otimizada por meio de uma combinação de um rolamento, vedação 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 gerenciamento térmico aprimorado e um contato ou fiação simplificados entre os componentes elétricos individuais da bomba de líquido de arrefecimento.

[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 número crescente 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 vedação 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 rolamento são concebidos para operação no meio de bombeamento, representam uma medida conhecida para solucionar o problema de um vazamento em uma vedação de eixo e um defeito de um rolamento 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 o rolamento de eixos 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 ao ingresso de umidade, uma vez que os materiais utilizados, particularmente aços apropriados dos corpos rolantes, não são suficientemente resistentes à corrosão para uso em umidade. A ocorrência 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 vedações. Como resultado, os já dispendiosos rolamentos de corpos rolantes nas bombas devem ser providos com vedações também dispendiosos nos dois lados frontais, o que assegura uma vedação confiável e de baixo atrito contra as pressões de trabalho que ocorrem na câmara de bomba.

[007] Além da desvantagem de custo, as vedações 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 10 2015 114 783 B3, do mesmo requerente, é conhecida uma bomba de líquido de arrefecimento elétrica projetada para uso como bomba de água principal, na qual o eixo de bomba é montado por meio de um único, assim chamado, rolamento de bomba de água com duas fileiras de corpos rolantes entre o impulsor de bomba e o motor elétrico. A fim de se superar o problema de uma ingresso de vazamento para dentro do rolamento e nos componentes eletrônicos localizados a jusante de um motor elétrico com rotor seco, uma câmara de vazamento é provida no alojamento da bomba entre uma vedação de eixo e o rolamento de bomba de água, na qual um vazamento pode ser coletado e eliminado sem que entre em contato com o rolamento de bomba de água. Uma vedação de vazamento localizada atrás evita, por sua vez, que um vazamento a ser eliminado entre em uma seção do alojamento na qual são acomodados os componentes do motor e um sistema eletrônico. Se um vazamento a partir do espaço de vazamento passar diretamente para a seção do alojamento do motor, a temperatura de operação do motor faria com que vapor de água penetrasse no rolamento na direção oposta pelo lado não vedado e desprotegido do rolamento de bomba de água e o destruísse a longo prazo.

[009] A provisão de um tal espaço de vazamento entre a câmara de bomba e o acionamento acarreta a desvantagem do espaço adicional de instalação, o que aumenta a dimensão axial da estrutura de bomba.

[010] Além disso, o emprego e a montagem da vedação de eixo e da vedação de vazamento estão associados a custos que não encontraram aceitação para produtos de uma bomba de água auxiliar. A fim de se minimizar o risco de o rolamento de bomba de água ser danificada pelo ingresso de vapor de água, seria necessário, além disso, o emprego e a montagem de outra vedação de rolamento no lado desprotegido do rolamento de bomba de água.

[011] A partir de um uso distante do tipo em questão, é conhecida, além disso, uma bomba de circulação para sistemas de aquecimento a partir do pedido de patente WO 2015/011268 A1, a qual, por sua vez, é acionada por meio de um motor elétrico com rotor imerso. O eixo da bomba é montado por meio de um rolamento de deslizamento radial e um rolamento axial disposto atrás deste com uma vedação de eixo. O rolamento de deslizamento é lubrificado com o meio de bombeamento por meio de uma alimentação dentro do eixo da bomba. Um espaço de rotor adjacente situado axialmente atrás é separado por meio de uma membrana com uma função de vedação estática em relação a um espaço de acomodação do estator.

[012] O problema do vazamento na vedação de eixo não será abordado no presente documento. No entanto, um caso crítico refere-se à interligação da membrana, que leva a um ingresso de fluido na seção elétrica do espaço de acomodação, e deve ser evitada por meio de um filtro na alimentação da lubrificação.

[013] Além disso, nas bombas de líquido de arrefecimento elétricas convencionais, podem ocorrer estados de operação nos quais elementos geradores de calor, como uma unidade de comando ou placa de circuito ou o estator do motor elétrico, não são arrefecidos adequadamente, e a fiação entre a unidade de comando ou o sistema eletrônico e o motor elétrico é frequentemente de difícil implementação e suscetível a danos por cargas dinâmicas devido às posições de disposição desses elementos.

[014] Por exemplo, o documento JP 2017-110 593 A divulga uma bomba de líquido de arrefecimento elétrica na qual a placa de circuito e o estator são dispostos em lados axialmente opostos de uma câmara de motor. Isso dificulta a fiação desses elementos e, devido à sua distância espacial, esta fica suscetível a danos devido a cargas dinâmicas durante a operação. Além disso, a disposição do estator de maneira quase encapsulada entre uma seção de alojamento e um rotor, por um lado, e um par de ímãs e um rotor adicional, por outro lado, torna a dissipação de calor mais difícil.

[015] O documento DE 10 2015 213 201 A1 também descreve uma bomba de líquido de arrefecimento na qual a dissipação de calor a partir do estator pode ser insuficiente devido à sua disposição na câmara de motor no alojamento de bomba, uma vez que o alojamento de bomba pode ser aquecido por unidades auxiliares, no caso de um conjunto vedado no espaço de instalação da bomba de líquido de arrefecimento, e, por conseguinte, a dissipação de calor a partir do estator pode ser insuficiente.

[016] Com base nos problemas do estado da técnica em análise, um objeto da invenção consiste em prover uma estrutura de bomba simples, de baixo custo e compacta para um motor elétrico com rotor seco.

[017] Um aspecto adicional da invenção consiste em se prover uma estrutura de bomba na qual um espaço de vazamento entre uma vedação de eixo e o motor elétrico com rotor seco possa ser dispensado em favor de uma estrutura axial mais curta da bomba.

[018] Um aspecto adicional da invenção consiste em se prover uma alternativa de baixo custo e durável com relação ao rolamento e a vedação de um eixo.

[019] Um aspecto adicional da invenção consiste em se prover um melhor arrefecimento da unidade de comando e do estator.

[020] Um aspecto adicional da invenção consiste em se prover um contato ou fiação simples e robustos entre a unidade de comando e o estator.

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

[022] A bomba de líquido de arrefecimento elétrica se caracteriza particularmente pelo fato de que um rolamento radial do eixo é provida por meio de um rolamento de deslizamento radial lubrificado com líquido de arrefecimento em um elemento separador entre uma câmara de bomba e uma câmara de motor dentro de um alojamento de bomba formada por um alojamento do motor, o qual é disposto entre o impulsor de bomba e um rotor de um motor elétrico com rotor seco; o motor elétrico é acomodado dentro da câmara de motor com um estator radialmente interno e um rotor radialmente externo; uma vedação de eixo é disposto entre o rolamento de deslizamento radial e a câmara de motor; o rotor é formado em um formato de taça, cuja superfície interna é voltada para a vedação de eixo e é fixada a este sobrepondo- se axialmente ao eixo; a câmara de motor possui uma abertura para a atmosfera que é fechada por meio de uma membrana de compensação de pressão permeável a vapor e impermeável a líquido; o elemento separador é configurado como um flange de suporte com uma seção de separação e uma projeção axial na câmara de motor, à qual o estator é anexado; e a unidade de comando é disposta entre o elemento separador e o estator na direção axial.

[023] A invenção, em sua forma mais geral, se baseia no conhecimento de que, por meio da seleção, combinação e disposição inventivas dos componentes individuais de bomba, uma cadeia funcional complementar de uma redução de pressão para restringir um vazamento em uma vedação de eixo, uma evaporação ideal de um vazamento e uma dissipação de um vazamento evaporado é alcançada ao se aproveitar as condições operacionais na bomba, bem como uma dissipação de calor eficaz da unidade de comando, ou da placa de circuito, e do estator através do elemento separador do meio de bombeamento, o que também provê as vantagens econômicas e construtivas correspondentes aos objetos.

[024] Pela primeira vez, a invenção provê, para um motor elétrico com rotor seco, a criação de uma região de pressão reduzida para uma vedação de eixo a montante de um meio de bombeamento, a qual é formada axialmente a jusante de um rolamento de deslizamento lubrificado por meio do meio de bombeamento. Devido à pressão mais baixa do meio de bombeamento em comparação a uma superfície de vedação correspondente dentro da câmara de bomba, um vazamento que atravessa a vedação de eixo é menor.

[025] Além disso, a invenção provê pela primeira vez o uso de um motor elétrico com rotor seco do tipo rotor externo com um rotor em formato de taça a jusante da vedação de eixo, cuja superfície interna, preferencialmente fechada, é voltada para a vedação de eixo. Por conseguinte, as gotas de fluido de um vazamento a jusante da vedação de eixo são guiadas por meio da aceleração radial na superfície interna do rotor forçadamente por meio 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] Além disso, uma alternativa ao uso de rolamentos de corpos rolantes de alto custo e de uma vedação em ambos os lados é criada com o emprego de um rotor seco.

[027] Como resultado, a desvantagem de uma vida útil limitada de cada vedação de rolamento, que está sempre presente mesmo em tipos de vedação dispendiosos, é eliminada, de tal modo que uma vida útil mais longa da bomba de água auxiliar possa ser esperada sem qualquer defeito no rolamento de eixo.

[028] Ao mesmo tempo, a eliminação de vedações de eixo e vedações de motor ou de um recipiente espaçador permite uma estrutura de bomba com menos componentes e mancais de deslizamento de baixo custo.

[029] Finalmente, de acordo com a invenção, é alcançada uma estrutura de bomba compacta com dimensão axial reduzida, na qual, apesar da eliminação de um espaço de vazamento, provê-se um ambiente operacional permanentemente seguro para um rotor seco no alojamento de bomba.

[030] Além disso, a invenção provê pela primeira vez a disposição de um estator em contato com um flange de suporte que serve como elemento separador entre a câmara de bomba e a câmara de motor, e a disposição da unidade de comando ou da placa de circuito na direção axial entre o elemento separador e o estator, por meio do que o estator e a unidade de comando podem ser arrefecidos eficazmente por meio de uma dissipação de calor através do elemento separador em direção ao meio de bombeamento. Devido à proximidade espacial entre a unidade de comando e o estator, o contato ou a fiação entre a unidade de comando e o estator também é simplificada e uma fiação robusta pode ser provida.

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

[032] De acordo com um aspecto da invenção, um material de enchimento pode ser introduzido entre a unidade de comando e o elemento separador como um enchimento de espaço.

[033] Como resultado, a resistência térmica entre a unidade de comando e o elemento separador pode ser reduzida por meio do entreferro entre esses elementos e a dissipação de calor a partir do estator e da unidade de comando através do elemento separador para o meio de bombeamento pode, assim, ocorrer com ainda mais eficácia, uma vez que o material de enchimento possui uma condutividade térmica mais alta que o ar.

[034] De acordo com um aspecto da invenção, o elemento separador pode ser acomodado, pelo menos parcialmente, dentro de uma tampa de bomba do compartimento de bomba na direção axial.

[035] Como resultado, o número de interfaces entre os elementos individuais do alojamento de bomba pode ser reduzido e a vedação da bomba pode ser simplificada. Além disso, o elemento separador pode ser posicionado na direção radial com exatidão e de maneira simples.

[036] De acordo com um aspecto da invenção, um rolamento axial do eixo pode ser provido por meio de um rolamento de deslizamento axial, que é disposto a montante do impulsor de bomba em uma direção de fluxo do líquido de arrefecimento.

[037] Como resultado, uma carga axial no eixo é absorvida por meio de um rolamento de deslizamento, por meio do qual, de acordo com o objeto da invenção, é provido um rolamento de eixo simples e de baixo custo, que consiste exclusivamente em dois mancais de deslizamento lubrificados por meio do líquido de arrefecimento.

[038] De acordo com um aspecto da invenção, o rolamento de deslizamento axial pode ser formado por meio de uma extremidade livre do eixo e uma superfície de arranque no alojamento de bomba, preferencialmente em uma tampa de bomba.

[039] Durante a operação, o impulsor de bomba produz um impulso na direção do bocal de admissão ou entrada da bomba. Por meio de uma superfície de deslizamento frontal do eixo e uma superfície de arranque correspondente no lado do alojamento, um rolamento 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.

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

[041] Por meio de uma vedação de eixo de lábio duplo, uma proteção contra vazamento adequada e de baixo custo é provida a jusante do rolamento de deslizamento axial, a qual alcança uma vedação consideravelmente melhor, comparada às vedações mecânicas, e permite apenas a passagem de um pequeno acúmulo de gotas de vazamento. Uma vedação na direção oposta, como no caso de um conjunto de bomba com um rolamento de elemento rolante seco, pode ser descartado devido ao rolamento de deslizamento com operação imersa.

[042] De acordo com um aspecto da invenção, o elemento separador pode possuir pelo menos um canal de lubrificação que conecta a câmara de bomba a uma extremidade traseira do rolamento de deslizamento radial oposta à câmara de bomba.

[043] Através de uma ou mais conexões da extremidade axial dianteira e traseira do rolamento de deslizamento com a câmara de bomba, a lubrificação do rolamento de deslizamento pode ser provida não apenas com uma aplicação estática unilateral com fluido a ser transportado até que a folga do rolamento seja saturada, mas com uma circulação contínua do fluido a ser transportado na folga do rolamento. Isso permite alcançar uma distribuição de pressão mais uniforme do fluido a ser transportado na folga do rolamento, bem como uma remoção de partículas por abrasão das superfícies do rolamento em favor de uma melhor lubrificação ou atrito reduzido.

[044] De acordo com um aspecto da invenção, pelo menos um filtro pode ser associado ao pelo menos um canal de lubrificação.

[045] Na medida em que uma direção de circulação é provida por meio da configuração das vias de fluxo, na qual o fluido a ser transportado flui inicialmente através de um canal de lubrificação e, em seguida, através da folga do rolamento, um filtro em cada canal de lubrificação ou um filtro para todos os canais de lubrificação impede que impurezas em forma de partículas entrem na folga do rolamento ou na vedação de eixo. Devido à natureza e espessura do filtro, uma queda de pressão adequada pode ser definida, o que, em comparação com a câmara de bomba, resulta em uma área de pressão reduzida que alivia a vedação de eixo e ainda assegura uma circulação suficiente através da folga do rolamento.

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

[047] Ao se dispor um ou, particularmente, uma pluralidade de canais de lubrificação distribuídos radialmente adjacentes ao estator do motor elétrico, uma perda de energia durante a operação, por transferência de calor, das bobinas de campo do estator no alojamento de bomba é transmitida para o fluido a ser transportado que circula nos canais de lubrificação e descarregada para o fluxo a ser transportado 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 mais alta dos enrolamentos de bobina.

[048] A invenção é descrita abaixo por meio de um exemplo de modalidade com referência ao desenho contido na Fig. 1.

[049] Como pode ser visto a partir da vista em corte axial na Fig. 1, um alojamento de bomba 1 compreende, em um lado representado à esquerda, um bocal de admissão 16 e um bocal de pressão 17 que desembocam em uma câmara de bomba 10. O bocal de admissão 16 serve como uma entrada de bomba, que é anexada na forma de uma tampa de bomba 11 separada em uma extremidade axial aberta do compartimento de bomba 10 e leva a um lado frontal de um impulsor de bomba 2, que é fixado em um eixo 4. A circunferência da câmara de bomba 10 é envolvida por um alojamento em espiral, que conduz tangencialmente a um bocal de pressão 17, que forma uma saída de bomba.

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

[051] Em um lado representado à direita, o compartimento 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 12 configurado como um flange de suporte 12.

[052] 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 anexado ou fixado.

[053] Como mostrado na FIG. 1, a tampa de bomba 11 abrange a seção de separação 12a do flange de suporte 12 em um lado circunferencial externo do flange de suporte 12, de tal modo que a seção de separação 12a do flange de suporte 12 seja acomodada, pelo menos parcialmente, dentro da tampa de bomba 11 na direção axial. Um elemento de vedação, como um O-ring, é disposto entre o flange de suporte 12 e a tampa de bomba 11, a fim de 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 pode, por exemplo, ser disposto também na superfície lateral da seção de separação 12a voltada para a tampa de bomba 11 na direção axial. A configuração descrita acima permite o posicionamento simples e exato do flange de suporte 12 na direção radial e também uma estrutura e uma vedação simplificadas do alojamento de bomba 1, uma vez que toda a seção de separação 12a do flange de suporte 12 está localizada radialmente no interior da seção de conexão entre a tampa de bomba 11 e o alojamento de motor 17 e, por conseguinte, há menos interfaces de alojamento em comparação a um caso no qual a tampa de bomba 11 é conectada ao alojamento de motor 17 por meio da seção de separação 12a.

[054] 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 girar em torno do estator 31.

[055] A Fig. 1 mostra que uma unidade de comando ou placa de circuito 18 da bomba, 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 robusta entre a placa de circuito 18 e o motor elétrico 3 são alcançados.

[056] Um material de enchimento, como um enchimento de espaço, com uma condutividade térmica elevada é 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 aperfeiçoada.

[057] 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 taça típico de um rotor externo, que assenta na extremidade livre do eixo 4 representada à direita e suporta os polos de rotor magnético permanente na região axial do estator 31. No entanto, de maneira atípica para um corpo de rotor, o rotor 32 preferencialmente não possui aberturas em uma seção que se estende radialmente, como é convencionalmente habitual para redução da massa acelerada de corpos de suporte rotativos. Por conseguinte, o rotor em formato de taça 32 possui, preferencialmente, no interior fechado, que é aberto apenas no lado esquerdo para acomodar o estator 31.

[058] O eixo 4, que se estende entre a câmara de bomba 10 e a câmara de motor 13, é suportado radialmente no flange de suporte 12 por meio de um rolamento de deslizamento radial 41. As superfícies de deslizamento na circunferência do eixo e na sede de rolamento do rolamento de deslizamento 41 são lubrificadas por meio do líquido de arrefecimento transportado por meio da bomba de água auxiliar, que penetra na folga do rolamento entre as superfícies de deslizamento, como será descrito a seguir.

[059] Além disso, o eixo 4 é montado axialmente na extremidade livre esquerda. O rolamento de deslizamento axial 42 é realizado por meio de um par de superfícies de deslizamento entre o lado frontal do eixo 4 e uma superfície de arranque, que é provida na tampa de bomba 11 por meio de uma projeção ou uma escora no bocal de admissão 16 posicionada correspondentemente a montante do impulsor de bomba 2. Durante a operação, o impulsor de bomba 2 empurra o eixo 4 por sucção na direção do bocal de admissão 16 contra a superfície de arranque, de modo que uma absorção de carga axial do rolamento de eixo nessa direção seja suficiente. Uma vez que uma folga de rolamento entre as superfícies de deslizamento é envolvida pelo fluxo a ser transportado, o rolamento de deslizamento axial 42 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.

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

[061] Na parede da seção de projeção 12b do flange de suporte 12 também é introduzido um canal de lubrificação 14, que, por um lado, desemboca na câmara de bomba 10 em um lado traseiro do impulsor de bomba 2 e, por outro lado, leva a uma cavidade anular que envolve o eixo 4 entre a extremidade traseira do rolamento de deslizamento radial 41 e a vedação de eixo 5. Durante a operação, o líquido de arrefecimento flui a partir da câmara de bomba 10 através do canal de lubrificação 14 para o eixo 4 e, delimitado pela vedação de eixo 5, penetra na folga do rolamento entre a circunferência de eixo e a sede de rolamento do rolamento de deslizamento radial 41, de modo que flua de volta na direção oposta. A circulação axial do líquido de arrefecimento em combinação com o movimento rotacional entre as superfícies de deslizamento garante uma distribuição e lubrificação uniformes da folga de rolamento 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 longe da câmara de bomba e para o fluxo a ser transportado. No caso do exemplo de modalidade mostrada na Fig. 1, apenas um canal de lubrificação 14 é provido, contudo, uma pluralidade de tais canais de lubrificação 14 pode ser provida na seção de projeção 12a do flange de suporte 12.

[062] Por outro lado, um filtro 15 é disposto na região da abertura do canal de lubrificação 14 para a câmara da bomba 10, o que impede que as impurezas em forma de partículas, como abrasão metálica ou similar, sejam liberadas do fluxo para a folga de rolamento do rolamento de deslizamento radial 41 ou para a folga de vedação da vedação de eixo 5. Quando o líquido de arrefecimento circula através do canal de lubrificação 14 e do rolamento de deslizamento radial 41, uma pressão reduzida atua na cavidade anular entre o rolamento de deslizamento radial 41 e a vedação de eixo 5 em comparação à câmara de bomba 10 devido a uma resistência ao fluxo do filtro 15. A pressão reduzida, que, além da configuração do filtro, também é definida por meio do número e da seção transversal de fluxo do canal de lubrificação 14, atenua a circulação por meio do rolamento de deslizamento radial, e também alivia a vedação de eixo 5, resultando em uma vida útil mais longa dos lábios de vedação devido ao atrito reduzido e um menor vazamento. No entanto, o pequeno vazamento inevitável que passa gota a gota ao longo do tempo através da vedação de eixo 5 a partir da circulação do canal de lubrificação 14, não entra em contato direto com as bobinas de campo ou com os componentes eletrônicos do motor na câmara de motor 13. Durante a operação, as gotas de vazamento passam a jusante da vedação do eixo 5 para 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 em perda de energia nas bobinas de campo, as gotas de vazamento evaporam no entreferro entre o estator 31 e o rotor 32 sem chegar a umedecer em fase líquida, ou seja, sem exercer um efeito corrosivo sobre o estator 32 radialmente interno.

[063] Devido ao formato de taça fechado do rotor 32, as gotas de vazamento não podem alcançar o compartimento de motor 13 na direção axial, mas são coletadas na superfície interna do rotor 32 e alimentadas para o entreferro para evaporar. A fim de se manter um volume baixo do entreferro, ele é configurado para complementar as circunferências do estator 32. Devido à disposição entre o flange de transporte 12 e o estator 31, a unidade de controle 18 é protegida contra as gotas de vazamento ou o vazamento evaporado.

[064] 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.

[065] No entanto, uma membrana 6 é provida entre a câmara de motor 13 e a atmosfera do entorno, a qual é anexada ao alojamento de motor 17 em formato de taça na câmara do motor 13. No caso dessa modalidade exemplar, a membrana 6 é 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 estrutura permeável ou com poros abertos, que é configurada de modo que a membrana 6 seja suficientemente protegida e não seja danificada durante testes com jatos de alta pressão. A membrana 6 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 em 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 devido à evaporação na câmara de motor 13, o ar quente carregado de umidade pode atravessar a membrana 6, de modo que as gotas de vazamento evaporadas sejam descarregadas com eficácia na atmosfera. Na direção oposta, a membrana 6 protege, por sua vez, contra o ingresso de respingos de água ou similares durante a operação do veículo.

[066] Na parte superior do alojamento de bomba 1 é disposto também um conector para fonte de alimentação externa.

[067] Além da modalidade representada e descrita, a invenção pode ser implementada também por meio de configurações alternativas com características adicionais ou dispensando-se características descritas. Como pode ser visto a partir das explicações para se alcançar o objetivo, a bomba pode ser implementada também sem os canais de lubrificação 14 e filtros 15, ou com um rolamento axial que não seja o rolamento de deslizamento 42 na área do bocal de admissão 16, ou com uma vedação de eixo 5 diferente daquele com dois lábios de vedação. Em um caso no qual nenhum canal de lubrificação 14 é provido, é possível utilizar pelo menos uma lubrificação estática ajustável através da folga de rolamento do rolamento de deslizamento radial 41 por meio da pressão operacional a partir da câmara de bomba 10, em que, por sua vez, uma pressão reduzida em comparação à câmara de bomba 10 atua sobre a vedação de eixo 5 a jusante do rolamento de deslizamento radial 41.

Claims (11)

REIVINDICAÇÕES

1. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica para transporte de líquido de arrefecimento dentro de 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, uma entrada (16) e uma saída (17), que são conectadas à câmara de bomba (10); um elemento separador (12) entre a câmara de bomba (10) e uma câmara de motor (13) dentro do alojamento de bomba (1) formado por um alojamento de motor (17); um eixo (4) no qual o impulsor de bomba (2) é fixado; uma unidade de controle (18), que é disposta dentro da câmara de motor (13); caracterizada pelo fato de que um rolamento radial do eixo (4) é provido por meio de um rolamento de deslizamento radial (41) lubrificado com líquido de arrefecimento no elemento separador (12), o qual é disposto entre o impulsor de bomba (2) e o rotor (32); um motor elétrico de funcionamento a seco (3) com um estator radialmente interno (31) e um rotor radialmente externo (32) é acomodado dentro da câmara de motor (13); uma vedação de eixo (5) é disposta entre o rolamento de deslizamento radial (41) e a câmara de motor (13); o rotor (32) é formado em um formato de taça, cujo a superfície interna é voltada para a vedação de eixo (5) e fixado ao eixo (4) de modo que se sobreponha axialmente; a câmara de motor (13) possui uma abertura para a atmosfera que é fechada por meio de uma membrana de compensação de pressão (6) permeável a vapor e impermeável a líquido;

o elemento separador (12) é configurado como um flange de suporte com uma seção de separação (12a) e uma projeção axial (12b) na câmara de motor (13), à qual o estator (31) é anexado; e a unidade de controle (18) é disposta entre o elemento separador (12) e o estator (31) na direção axial.

2. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um material de enchimento é introduzido entre a unidade de controle (18) e o elemento separador (12) como um enchimento de espaço.

3. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o elemento separador (12) é acomodado, pelo menos parcialmente, dentro de uma tampa de bomba (11) do alojamento de bomba (1) na direção axial.

4. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que um rolamento axial do eixo (4) é provido por meio de um rolamento de deslizamento axial, que é disposto a montante do impulsor de bomba (2) em uma direção de fluxo do líquido de arrefecimento.

5. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o rolamento de deslizamento axial (42) é formado por meio de uma extremidade livre do eixo (4) e uma superfície de arranque no alojamento de bomba (1), preferencialmente em uma tampa de bomba (11).

6. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a vedação de eixo (5) possui pelo menos dois lábios de vedação para vedação dinâmica na circunferência do eixo, que são alinhados em pelo menos um lado axial de modo a ser eficaz na vedação.

7. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o elemento separador (12) possui pelo menos um canal de lubrificação (14) que conecta a câmara de bomba (10) a uma extremidade traseira do rolamento de deslizamento radial (41) oposto à câmara de bomba (10).

8. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que pelo menos um filtro (15) é associado ao pelo menos um canal de lubrificação (14).

9. Bomba de líquido de arrefecimento elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o estator (31) do motor elétrico (3) é disposto de modo que se sobreponha axialmente ao pelo menos um canal de lubrificação (14).

10. Uso de uma bomba de líquido de arrefecimento elétrica, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que é 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.

11. Invenção de produto, processo, sistema, kit, meio ou uso, caracterizada pelo fato de que compreende um ou mais elementos descritos no presente pedido de patente.