IT201700018662A1

IT201700018662A1 - Pompa di ricircolo di un fluido di raffreddamento di motori termici con comando motore elettrico

Info

Publication number: IT201700018662A1
Application number: IT102017000018662A
Authority: IT
Inventors: Piercarlo Boffelli
Original assignee: Baruffaldi Spa
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2018-08-20
Also published as: CN110325742B; CN110325742A; EP3583320A1; US10907528B2; EP3583320B1; US20200056533A1; WO2018150385A1; BR112019016768A2

Description

Forma oggetto del presente trovato una pompa di ricircolo del fluido di raffreddamento di motori termici, particolarmente di veicoli, con dispositivo di comando a motore elettrico indipendente dal motore termico.

E' nota nel settore della produzione dei motori, particolarmente termici, la necessità di raffreddare gli stessi tramite ricircolazione di un fluido di raffreddamento, mosso tramite una corrispondente pompa di ricircolo la cui girante è posta in rotazione da un albero azionato da una puleggia e da una cinghia collegata all'albero motore .

E' anche noto che il ricircolo del fluido di raffreddamento deve essere effettuato con portata corrispondente alla effettiva necessità di raffreddamento, determinata dalle reali condizioni di utilizzo del motore e dalla temperatura esterna, al fine di evitare di mantenere costantemente e inutilmente in rotazione a pieno regime dispositivi che assorbono potenza utile, aumentando l'usura delle varie parti componenti e i consumi del veicolo .

E' anche noto che per dare soluzione a tale problema sono stati proposti dispositivi di comando dell'albero della girante della pompa la cui rotazione dipende dall'innesto di una frizione ad attrito per la trasmissione di un moto di rotazione dipendente dai giri dell'albero motore, e da un motore elettrico che interviene invece a frizione disinnestata per una rotazione a giri controllati indipendente dall'albero motore.

Esempi di tali dispositivi sono ad esempio noti da WO 2012/142065 e da IT 102014902265953.

Sebbene funzionali tali dispositivi presentano tuttavia degli inconvenienti che ne limitano le applicazioni, in particolare in quanto la particolare configurazione della struttura obbligherebbe aumentati dimensionamenti, sia radiali che assiali, non consentiti dalle limitate dimensioni delle sedi di alloggiamento del complesso all'interno del vano motore.

Si pone pertanto il problema tecnico di realizzare una pompa di ricircolo di fluidi di raffreddamento di motori per veicoli e simili, atta a determinare una variazione della velocità di rotazione della girante in relazione alle effettive necessità di esercizio del motore.

Nell'ambito di tale problema si richiede inoltre che tale dispositivo di comando risulti di contenuti ingombri, ma atto a derogare coppie elevate anche corrispondentemente ad una velocità di rotazione ridotta del motore, in modo da risultare applicabile anche a pompe di elevata portata di veicoli pesanti con motore a basso numero di giri, oppure una rotazione della girante a basso numero di giri in condizioni di alto numero di giri del motore termico.

Si richiede inoltre che il dispositivo risulti di facile ed economica produzione ed assemblaggio e facilmente installabile sul corpo pompa senza necessità di speciali adattamenti.

Tali risultati sono ottenuti secondo il presente trovato da una pompa per il ricircolo di fluidi di raffreddamento di motori per veicoli e simili secondo le caratteristiche di rivendicazione 1.

Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione di un esempio non limitativo di attuazione dell'oggetto del presente trovato effettuata con riferimento ai disegni allegati, in cui si mostra:

in figura 1 : una vista in sezione secondo un piano diametrale verticale di un primo esempio di attuazione di una pompa di ricircolo secondo il presente trovato;

in figura 2 : una vista analoga a quella di fig.2 di un secondo esempio di attuazione di una pompa di ricircolo secondo il presente trovato;

in figura 3 : una vista analoga a quella di fig.l di un terzo esempio di attuazione di una pompa di ricircolo secondo il presente trovato e

in figura 4 : una vista analoga a quella di fig.l di un quarto esempio di attuazione di una pompa di ricircolo secondo il presente trovato.

Come illustrato in fig.l e assunta senza scopo limitativo una coppia di assi di riferimento rispettivamente longitudinale X-X, per comodità coincidente con l'asse di rotazione dell'albero della girante della pompa, e trasversale/radiale Y-Y, ortogonale alla precedente, la girante 1 di una pompa di ricircolo del fluido di raffreddamento di veicoli e simili è montata ad una prima estremità di un albero 2 supportato da un gruppo fisso 10 comprendente il corpo 11 della pompa a sua volta solidale al basamento Ila del motore del veicolo. Internamente al corpo pompa 11 sono disposti una guarnizione 12 di tenuta, coassiale all'albero 2, e un cuscinetto 13 sul cui anello interno è calettato l'albero 2 della girante.

Esternamente al corpo pompa 11 è calettato un motore elettrico 50:

+ il cui statore 51, radialmente interno, è supportato dal corpo pompa 11 stesso, e

+ il cui rotore 52, radialmente esterno allo statore 51, è collegato all'albero motore 2 tramite un mezzo di rinvio formata da una flangia 54, comprendente almeno un ramo 54a, esteso parallelamente alla direzione longitudinale X-X, al quale è vincolato il rotore stesso.

L'alimentazione elettrica del motore è ottenuta tramite conduttori 53 collegati ad una fonte di energia elettrica (non illustrata) del motore.

Secondo forme preferite di attuazione si prevede che:

+ il motore sia di tipo brushless con magneti permanenti solidali al rotore 52 mosso in rotazione tramite una opportuna alimentazione elettrica degli avvolgimenti statorici;

+ il motore 10 comprenda almeno due coppie di avvolgimenti sui poli dello statore collegati in parallelo ad un azionamento 70 che pilota il motore brushless; l'azionamento 70 comprende a sua volta una configurazione a doppia sezione con una CPU 71 che controlla un primo 72a e un secondo 72b driver di pilotaggio un rispettivo primo 73a e secondo 73b ponte; è in tal modo possibile attuare una configurazione nota con il termine di "fail safe" tale per cui, in caso di malfunzionamento o rottura di uno degli avvolgimenti e/o di una delle due sezioni dell'azionamento 70, entra comunque in funzione l'altro, garantendo il moto della girante 1 e quindi il ricircolo del fluido di raffreddamento del motore termico.

Si prevede inoltre che i due avvolgimenti possano comprendere un differente numero di polarità per attuare differenti coppie, ad esempio: elevata per il normale funzionamento e ridotta per il funzionamento fail safe di emergenza.

Come illustrato in fig.2 si prevede un ulteriore forma di attuazione della pompa di ricircolo del fluido di raffreddamento, la quale comprende un innesto 60 ad attrito e comando di tipo elettromagnetico.

In dettaglio l'innesto comprende:

+ un elettromagnete 61 fisso al corpo pompa 11;

+ un rotore 62 sostanzialmente in forma di "C" disposto esternamente all'elettromagnete 61 e collegato ad un cannotto 66 calettato sull'albero 2 della girante 1;

+ un anello circolare 63, assialmente esterno al rotore 62 da parte opposta rispetto alla girante 1 e opportunamente sagomato, sul cui bordo circonferenziale esterno è formata una puleggia 63a atta all'accoppiamento con una cinghia 3 per la presa del moto dall'albero del motore termico; l'anello 63 è fissato tramite viti 64a ad un cuscinetto 64 a sua volta calettato sul detto cannotto 66 solidale all'albero 2 della girante 1; un'ancora 65 disposta frontalmente all'elettromagnete 61 da parte opposta a quest'ultimo rispetto al rotore 62 e collegata all'anello 63 tramite una membrana elastica 65a atta a consentire movimenti in senso assiale dell'ancora, impedendone però la rotazione relativa rispetto all'anello stesso.

Come illustrato il braccio assiale 62a, radialmente esterno del rotore 62 a "C" è solidale, oppure preferibilmente in corpo unico, al braccio 54a di supporto del rotore 52 del motore elettrico 50.

In fig.3 è illustrata una terza forma di attuazione della pompa secondo il trovato che prevede in questo caso

+ ) un primo motore 50 con statore 51 calettato sul corpo pompa 11 e un secondo motore 150 con statore 151 calettato sul corpo pompa coassialmente al primo motore 50;

+ il rotore 52, radialmente esterno allo statore 51, del primo motore 50 e il rotore 152, radialmente esterno allo statore 151, del secondo motore 350 sono collegati all'albero 2 della girante 1 tramite un mezzo di rinvio formato da una flangia 354, comprendente almeno un ramo 354a, esteso, parallelamente alla direzione longitudinale X-X, per un lunghezza tale da consentire il vincolo dei due rotori 52,152 stessi.

L'alimentazione elettrica del motore è ottenuta in modo convenzionale tramite conduttori 53 collegati ad una fonte di energia elettrica (non illustrata) del motore.

Anche per il motore 150 si prevede la possibilità di funzionamento fail safe con doppi avvolgimenti statorici controllati da un rispettivo secondo azionamento 170 analogo a quello 70 di controllo del primo motore 50 della pompa e pertanto non descritto nuovamente nel dettaglio.

La presenza del secondo motore 150 in aggiunta al primo 50 consente, tra l'altro, di ridurre le dimensioni complessive e in particolare radiali, degli stessi, semplificando le operazioni di montaggio, nonché una suddivisione dell'assorbimento in corrente di ciascun motore rispetto a quello di un unico motore di elevate dimensioni .

Per tutte le configurazioni di fig.l, fig.2 e fig.3 il funzionamento della pompa è il seguente:

-) in condizioni di normale funzionamento, l'alimentazione di una corrente variabile allo statore 51 determina un campo magnetico che concatenandosi con i magneti permanenti del rotore 52, porta in rotazione quest'ultimo e quindi la flangia 54 (fig.l) o rotore 62 (fig.2) o flangia 354 (fig.3) che a loro volta azionano l'albero 2 della pompa e quindi la girante 1;

-) in caso di malfunzionamento e/o rottura di qualche parte dell'assieme, interviene il dispositivo di fail safe comprendente:

— nel caso di fig.l il subentro di uno o l'altro dei due avvolgimenti statorici ancora attivo;

-- nel caso di fig.2 l'intervento della frizione 60 che tramite l'eccitazione dell'elettromagnete 61 richiama l'ancora 65, collegando il rotore 62 all'anello 63 e quindi al motore termico tramite la puleggia 63a e la cinghia 3;

-- nel caso di fig.3 il subentro di uno o l'altro dei due motori 50,150.

Risulta pertanto come la pompa secondo il trovato consenta di ottenere un efficace ricircolo del fluido di raffreddamento di veicoli che può essere variato in relazione alla effettiva necessità tramite il dimensionamento/alimentazione del motore elettrico e con un migliorato rendimento di coppia trasmessa dal motore elettrico alla girante 1 della pompa, grazie all'aumentato braccio di copia determinato dalla disposizione radialmente esterna del rotore collegato all'albero della pompa.

La realizzazione del rotore del motore esternamente allo statore consente, inoltre, nella forma preferita, di avere un pezzo unico di collegamento all'albero della pompa o al rotore della frizione elettromagnetica determinando risparmi di lavorazione e assemblaggio, nonché riduzione di masse e quindi risparmi energetici sia in fase di produzione sia a pompa montata sul motore termico. Oltre a ciò la pompa secondo il trovato assicura la rotazione della girante 1 anche in caso di guasto elettrico, consentendo di evitare il fermo del veicolo non ancora giunto a destinazione.

Come illustrato in fig.4 si prevede una ulteriore forma di attuazione della pompa secondo il trovato secondo la quale sul corpo 11 della stessa è montato un gruppo ventola 100 di raffreddamento del radiatore (non illustrato) di contenimento del fluido di raffreddamento del motore termico ricircolato dalla pompa. In tale configurazione il gruppo ventola è assialmente interposto tra la girante 1 della pompa e il motore 50 di azionamento della stessa. Il gruppo 100 comprende un cuscinetto 103 calettato sul copro 11 della pompa e il cui anello esterno porta un disco 102 al quale è vincolata la ventola 101; allo stesso disco 102 è vincolata una flangia 154 il cui braccio longitudinale 154a porta il rotore 152 di un motore 150 il cui statore 151 è montato fisso sul corpo pompa 11. Anche per il motore 150 della ventola 101 si prevede la possibilità di funzionamento fail safe con doppi avvolgimenti statorici controllati da un rispettivo azionamento 170 analogo a quello 70 di controllo del motore 50 della pompa e pertanto non descritto nuovamente nel dettaglio. Benché descritta nel contesto di alcune forme di realizzazione e di alcuni esempi preferiti di attuazione dell'invenzione si intende che l'ambito di protezione del presente brevetto sia determinato solo dalle rivendicazioni che seguono.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Pompa di ricircolo di un fluido di raffreddamento di veicoli, comprendente: + una girante (1) portata da un albero (2) condotto, + almeno un primo motore elettrico (50) di azionamento dell'albero (2) della girante (1) indipendentemente dal motore termico; caratterizzata dal fatto che - detto motore elettrico (50) comprende uno statore (51) radialmente interno montato sul corpo (11) della pompa e un rotore (52) radialmente esterno collegato all'albero (2) della girante (1) della pompa tramite mezzi di rinvio (54,54a;354,354a;54a,66).
2. Pompa secondo rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detto mezzo di rinvio comprende una flangia (54) dotata di bordo anulare (54a), esteso parallelamente alla direzione longitudinale X-X, cui è vincolato il rotore (52).
3. Pompa secondo rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che comprende un dispositivo fail safe.
4. Pompa secondo rivendicazione 3 caratterizzata dal fatto che detto dispositivo fail safe comprende almeno due coppie di avvolgimenti sui poli dello statore (51) collegati in parallelo ad un azionamento (70) che pilota il motore brushless.
5. Pompa secondo rivendicazione 3 caratterizzata dal fatto che detto dispositivo fail safe comprende almeno un innesto (60) ad attrito, interposto tra mezzi (3) di presa del moto dall'albero del motore termico e l'albero (2) della girante (1) della pompa .
6. Pompa secondo rivendicazione 5 caratterizzata dal fatto che detto innesto (60) ad attrito è di tipo elettromagnetico.
7. Pompa secondo rivendicazione 6 caratterizzata dal fatto che detto innesto (60) ad attrito comprende un elettromagnete (61) fisso al corpo pompa (11), un rotore (62) sostanzialmente in forma di "C" disposto attorno all'elettromagnete (61) e collegato al detto cannotto (66) calettato sull'albero (2) della girante (1); + un anello circolare (63), assialmente esterno al rotore (62) da parte opposta rispetto alla girante (1), sul cui bordo circonferenziale esterno è formata una puleggia (63a) atta all'accoppiamento con una cinghia (3) per la presa del moto dall'albero del motore termico, l'anello (63) essendo fissato ad un cuscinetto (64) a sua volta calettato sul detto cannotto (66) solidale all'albero (2) della girante (1); + un'ancora (65) disposta frontalmente all'elettromagnete (61) da parte opposta a quest'ultimo rispetto al rotore (62) e collegata all'anello (63) tramite una membrana elastica (65a) atta a consentire movimenti in senso assiale dell'ancora, impedendone però la rotazione relativa rispetto all'anello stesso.
8. Pompa secondo rivendicazione 7 caratterizzata dal fatto che il rotore (62) dell'innesto (60) è solidale ad un supporto (54a) del rotore (52) del motore elettrico (50).
9. Pompa secondo rivendicazione 8 caratterizzata dal fatto che il rotore (62) dell'innesto (60) è in corpo unico con detto supporto (54a) del rotore (52) del motore elettrico (50).
10. Pompa secondo rivendicazione 3 caratterizzata dal fatto che detto dispositivo fail safe comprende un secondo motore (150) montato sul corpo pompa (11) coassialmente al primo motore (50) e pilotato da un secondo azionamento (170).
11. Pompa secondo rivendicazione 10 caratterizzata dal fatto che detti mezzi di rinvio comprendono una flangia (354) dotata di bordo anulare (354a), esteso parallelamente alla direzione longitudinale X-X, per un lunghezza per un lunghezza tale da consentire il vincolo dei due rotori (52,152).
12. Pompa secondo qualsiasi rivendicazione precedente caratterizzata dal fatto che i motori (50;150) sono di tipo brushless.
13. Pompa secondo qualsiasi rivendicazione precedente caratterizzata dal fatto che detti azionamenti (70;170) dei motori (50;150) comprendono una configurazione a doppia sezione con una CPU (71) di controllo di un primo (72a) e un secondo (72b) driver di pilotaggio di un rispettivo primo (73a) e secondo (73b) ponte.
14. Pompa secondo rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che sul corpo (11) della pompa è montato un gruppo ventola (100) coassialmente interposto tra il primo (50) e un secondo (150) motore di azionamento della ventola stessa.
15. Pompa secondo rivendicazione 14 caratterizzata dal fatto che il gruppo (100) comprende un cuscinetto (103) calettato sul corpo (11) della pompa e il cui anello esterno porta un disco (102) al quale è vincolata la ventola (101), allo stesso disco (102) essendo vincolata una flangia (154) il cui braccio longitudinale (154a) porta il rotore (152) del secondo motore (150) il cui statore (151) è montato fisso sul corpo pompa (11).
16. Pompa secondo rivendicazione 14 caratterizzata dal fatto che detto gruppo ventola (100) comprende un dispositivo fail safe.
17. Pompa secondo rivendicazione 16 caratterizzata dal fatto che detto dispositivo fail safe comprende almeno due coppie di avvolgimenti sui poli dello statore (151) collegati in parallelo ad un azionamento (170) che pilota il motore brushless.
18. Pompa secondo rivendicazione 17 caratterizzata dal fatto che detto azionamento (170) comprende una configurazione a doppia sezione con una CPU (71) di controllo di un primo { 12 a.) e un secondo (72b) driver di pilotaggio di un rispettivo primo (73a) e secondo (73b) ponte.