电动冷却剂泵的制作方法

电动冷却剂泵
1.本发明涉及一种电动冷却剂泵及其制造方法，尤其涉及一种汽车电动冷却剂泵，其用于向汽车冷却剂回路提供液体冷却剂。
2.电动冷却剂泵在内燃机的冷却回路中变得越来越普遍。电动冷却剂泵的体积流量可以独立于内燃机的转速进行控制，因此电动冷却剂泵的控制取决于发动机需求而不是发动机转速。
3.备选地，电动冷却剂泵也例如用于冷却作为电动车或混合动力电动车的驱动系统的一部分的蓄能器。
4.这种高性能的电动冷却剂泵产生大量的热，尤其驱动这种电动冷却剂泵的无刷电动马达的电力电子器件在泵壳内产生大量的热。
5.专利文献ep 3 232 543 a1公开了一种电子冷却剂泵的驱动系统布置结构，该电子冷却剂泵具有泵马达，该泵马达提供有用于分离湿区和干区的分离罐。无刷的冷却剂泵在印刷电路板处提供有换向器和电力电子部件。印刷电路板位于横向平面(原文：cross plane)中，该横向平面与分离罐的底壁具有较小的距离。分离罐底壁表面将热量传递给分离罐湿侧的循环的冷却剂。印刷电路板由泵壳内的静止的支撑装置轴向支撑。印刷电路板和不平坦的分离罐底壁之间的轴向间隙填充有导热膏，以改善印刷电路板和分离罐之间的热传递。导热膏的不同层厚度使印刷电路板和分离罐底壁之间的热传递不均匀。
6.分离罐和印刷电路板的支撑结构受到与生产有关的尺寸变化的影响，因此在每个制造的泵中，轴向间隙的高度不同。
7.本发明所要解决的技术问题是提供一种具有有效散热的低成本电动冷却剂泵以及一种用于制造该电动冷却剂泵的方法。
8.该技术问题通过具有权利要求1的特征的电动冷却剂泵和具有权利要求10的特征的方法解决。
9.根据本发明的电动冷却剂泵包括用于驱动电动冷却剂泵的电动马达、具有泵壳体的泵壳以及分离罐，该分离罐具有基本上平坦的分离罐底壁和基本上呈圆柱形的分离罐外壳。分离罐将泵壳内的湿区与干区流体分离。基本上平坦的分离罐底壁是分离罐底壁表面，该表面的主要部分由一个平坦表面限定。然而，分离罐底壁可以由两个或更多个位于不同平面的基本上平行的表面限定，这些表面例如用于加强分离罐底壁。备选地，基本上平坦的分离罐底壁可以提供有加强筋。
10.电动马达包括马达转子和马达定子，其中，马达转子和马达定子被分离罐分开。马达转子布置在分离罐外壳的内部的湿区内，直接驱动例如具有叶轮的转子轴。马达定子在分离罐外壳的外部与马达转子同中心布置，因此湿区中的马达转子由干区中的马达定子电磁驱动。因此，电动马达是无刷的并且因此是电子换向的。
11.电动冷却剂泵还包括基本上平坦的印刷电路板，该印刷电路板装备有电子部件、例如电子功率半导体，用于电激励电动马达定子的定子线圈。电子部件在电动马达的运行中产生热量。产生的热量被转移到在冷却剂泵的湿区中循环的冷却剂中，并且由此从泵壳消散。因此，电动冷却剂泵不需要单独的冷却回路来冷却电子部件。
12.印刷电路板基本上平行于用流体冷却的分离罐底壁布置，以形成热沉，该热沉允许印刷电路板和循环的冷却剂之间通过分离罐进行热传递。印刷电路板不与分离罐底壁直接接触。因此，在分离罐底壁和印刷电路板之间限定小的轴向间隙，该轴向间隙用导热装置、例如用导热膏填充。
13.如果应用具有相对较小且基本上恒定的层厚度的导热装置，则该导热装置是最有效的，因此需要具有限定的标称间隙高度的高度恒定的轴向间隙。印刷电路板由高度调整过的至少三个支撑装置支撑，这些支撑装置优选由塑料的支撑装置体限定。用至少三个支撑装置意味着印刷电路板沿轴向被支撑。在支撑装置端部处的单独的三个支撑面的远距离布置结构限定静定的系统。支撑装置的数量可以备选地小于或大于三，从而接受静不定的系统，该静不定系统具有印刷电路板的不太精确的空间定向。
14.由于分离罐或泵壳体的生产有关的尺寸变化，分离罐底壁的轴向位置在每个制造的泵中都略有不同。标称间隙高度由印刷电路板在高度永久地调整过的支撑装置处的轴向支撑限定。每个支撑装置的远侧尖端在泵的装配之前已被修整到特定的高度。因此，标称间隙高度可以单独调整，以适应分离罐底壁的轴向位置与标称轴向位置的任何类型的偏差。
15.精确调整过且高度恒定的轴向间隙允许可靠的散热，方式是通过恒定分层的导热装置将热量直接且恒定地传导至分离罐底壁。热量从底壁对流式地转移到接触分离罐底壁的湿侧的循环的冷却剂，从而被运送远离泵壳。
16.调整过的轴向间隙允许分离罐和支撑装置的较粗糙的制造公差，因为支撑面和分离罐底壁之间的限定轴向间隙高度的距离单独被调整并且因此针对每个制造的泵被标准化。这使得制造的电动冷却剂泵的成本降低。
17.在根据本发明的电动冷却剂泵的优选实施例中，泵壳体由塑料材料制成，并且支撑装置体是泵壳体的整体部分。支撑装置体可以例如模制或者铸造在塑料泵壳体中。泵壳内的防止泵壳积聚热量从而防止过热的有效散热允许提供塑料泵壳体的应用。因此，与具有铸造的金属泵壳的泵相比，使用塑料泵壳体大大降低泵的生产成本。此外，泵的总重量也因塑料泵壳而减少。
18.在本发明的优选实施例中，印刷电路板的横向位置由至少一个、优选由至少两个单独的定位销限定。每个定位销贯穿印刷电路板中的相应孔，从而避免印刷电路板的横向移动。印刷电路板通过定位销径向定位，从而保证分离罐底壁和印刷电路板的传热面的最大程度的重叠并且确保向冷却剂的大量传热。
19.优选的是，例如通过热铆接过程使每个贯穿印刷电路板的定位销的头部变形，以便轴向将印刷电路板沿与被支撑装置支撑的方向相反的轴向固定，从而印刷电路板完全固定在泵壳内。
20.在根据本发明的电动冷却剂泵的优选实施例中，定位销基本上居中地布置在两个支撑装置之间。这两个支撑装置与定位销相邻且基本上等距地布置。因此，印刷电路板沿第一轴向支撑在两个支撑装置上并且沿第二轴向由定位销的变形的头部固定。因此，支撑装置和定位销限定作为泵壳体的整体部分的支撑和固定布置结构。
21.在本发明的优选实施例中，支撑装置体呈楔形或圆锥形，因此支撑装置体的横截面朝远侧逐渐变细。因此，支撑装置体的支撑面相对较小，但支撑装置体在结构上相对坚固。
22.优选地，分离罐底壁和印刷电路板之间的轴向间隙的标称间隙高度小于1.0mm。在更优选的实施例中，该轴向间隙小于0.8mm。分离罐底壁和印刷电路板之间的小的轴向间隙减小填充轴向间隙的导热装置的层厚度。这导致导热装置的应用量最小，从而降低材料成本。此外，导热材料的减小的层厚度导致总壁厚度小，因此不同材料层的总热阻减少，并且热运送被改善。
23.在根据本发明的电动冷却剂泵的优选实施例中，支撑装置由收集槽包围。尤其如果支撑装置体的远侧尖端通过热加工被修整，收集槽收集熔融材料。
24.根据本发明的用于制造电动冷却剂泵的方法包括至少三个必要的过程步骤：
25.在第一制造步骤中，电动冷却剂泵处于预装配状态，在该预装配状态中印刷电路板未安装。在该预装配状态中，泵壳体和分离罐已经安装在一起。相对于泵壳体处的参考点、例如相对于每个原始支撑装置体测量分离罐底壁的轴向位置。
26.在第二制造步骤中，将每个原始的支撑装置体修整到与分离罐底壁的所测量的轴向位置有关的限定的修整高度。在所有支撑装置体被相应地修整后，每个支撑装置体的轴向支撑面与分离罐底壁之间的距离基本上相等。
27.在第三制造步骤中，将印刷电路板装配到修整过的支撑装置体上。由于对支撑装置的单独修整，轴向间隙基本上是恒定的，并且印刷电路板和分离罐底壁的相对的传热面基本上平行。
28.优选地，在装配步骤之前提供额外的制造步骤：在将印刷电路板插入泵壳之前，给分离罐底壁或印刷电路板提供导热装置。在印刷电路板安装到支撑装置上之后，所应用的导热装置、例如导热膏填充印刷电路板和分离罐底壁之间的轴向间隙。印刷电路板和分离罐底壁之间的热传递因此而增加。
29.优选地，支撑装置通过用机器加工原始的支撑装置体来修整。因此，支撑装置体被机械地修整，例如通过铣削或者通过超声切割，这使得输入支撑装置的热量相对较低。
30.备选地，通过热加工原始的支撑装置体来修整支撑装置。例如，使支撑装置体的支撑面热成型。因此，材料被熔融并且优选通过周围的槽收集，从而在修整方法步骤中不产生切割碎片。
31.在根据本发明的电动冷却剂泵的优选制造方法中，在每个支撑装置体的修整方法步骤中的材料去除量为至少0.1mm。因此，每个支撑装置体的远端在与分离罐底壁的限定距离处提供有基本上平坦的支撑面，以确保印刷电路板和分离罐底壁之间的恒定的轴向间隙。
32.参照附图描述本发明的实施例，其中
33.图1示出根据本发明的电动冷却剂泵的实施例的示意性横剖面图，该电动冷却剂泵具有高度调整过的支撑装置，
34.图2示出图1的放大局部，并且
35.图3示出原始的支撑装置的实施例的示意性透视图。
36.在图1中示出电动冷却剂泵10的实施例。电动冷却剂泵10包括静止的泵壳30，该泵壳由塑料的泵壳体32、涡旋状的泵盖35和马达盖38限定。电动冷却剂泵10还包括金属的壶式的分离罐20，该分离罐具有平坦的且呈圆盘形的分离罐底壁25、圆柱形的分离罐外壳28和环形分离罐凸缘26。分离罐20将电动冷却剂泵10的泵壳30内的湿区12与干区14流体分
离。
37.电动冷却剂泵10由无刷的电动马达50驱动，该电动马达具有圆柱形的马达转子52，该马达转子与圆柱形的分离罐外壳28同中心地布置在分离罐20的径向内侧的湿区12中。马达转子52通过可旋转的转子轴60与叶轮62可共同旋转地连接。转子轴60由轴承(未示出)旋转支承。电动马达50包括基本上呈圆柱形的马达定子54，该马达定子与圆柱形的分离罐外壳28同中心地布置在分离罐20的径向外侧的干区14中，并且由此马达定子包围分离罐外壳28和湿区12中的马达转子52。干区14中的马达定子54通过激发定子线圈(未示出)以电磁方式驱动湿区12中的马达转子52并且以电子方式使定子线圈的磁场换向。
38.为了以电子方式驱动无刷电动马达50，电动冷却剂泵10还包括圆盘状的印刷电路板40，该印刷电路板与分离罐底壁25同中心且平行地布置。印刷电路板40由轴向延伸的高度调整过的多个支撑装置70轴向支撑，如图1和图2所示。每个支撑装置70由弧形的支撑装置体72限定，该支撑装置体具有轴向的远侧尖端71和围绕支撑装置体72的收集槽74。弧形的支撑装置体72的弧与分离罐外壳28同中心地布置并且在印刷电路板40的边缘区域中支撑该印刷电路板。支撑装置体72成形为塑料的泵壳体32的整体部分。支撑装置体72呈楔形，因此它沿轴向方向朝远侧逐渐变细。在安装之前通过修整支撑装置体72的远侧尖端71来限定平坦的支撑面76，以便轴向支撑印刷电路板40。
39.由于支撑装置体72的修整高度，在分离罐底壁25和印刷电路板40之间限定高度恒定的轴向间隙75，该轴向间隙具有标称轴向间隙高度h。该标称间隙高度h优选小于1.0mm，并且尤其优选小于0.8mm。在电动冷却剂泵10的本实施例中，理想的标称间隙高度h是0.5mm。轴向间隙75完全用导热膏78填充，以改善印刷电路板40和分离罐底壁25之间的热运送。印刷电路板40提供有电力电子部件45。电力电子部件45在导热装置的应用区域内布置在印刷电路板40的相反侧，以便允许将热量直接从电力电子部件45转移到湿区12中的循环的冷却剂的相对较高的热流率。
40.电动冷却剂泵10包括圆柱形的定位销80，用于沿径向和沿支撑装置70的相反轴向固定印刷电路板40。每个定位销80沿轴向延伸并且在其远端具有定位销头81。圆柱形的定位销80贯穿印刷电路板40中的相应孔，因此，印刷电路板40的位置由此径向固定。在将印刷电路板40安装到定位销80上后，使定位销头81热变形，从而使铆接的定位销头81’轴向将印刷电路板40沿支撑装置70的相反轴向固定。
41.图3示出支撑装置70处于弧形的支撑装置体72的远侧尖端71被修整之前的原始状态的实施例。在该实施例中，两个支撑装置72成对地布置在位于中央且呈圆柱形的定位销80的两侧，该定位销具有锥形的定位销头81。这两个支撑装置70与中央的定位销80相邻且等距地布置。因此，支撑装置70和定位销80限定整体模制的安装单元90，该安装单元是塑料泵壳体32的整体部分。安装单元90以弧形布置结构与分离罐外壳28同中心地布置，以便在印刷电路板40的边缘区域中支撑和固定该印刷电路板40。支撑装置体72呈楔形并且由收集槽74包围，该收集槽用于收集通过热加工支撑装置体72的远侧尖端71产生的熔融材料。

技术特征：
1.一种电动冷却剂泵(10)，用于向汽车冷却回路提供冷却剂，该电动冷却剂泵具有用于驱动所述电动冷却剂泵(10)的电动马达(50)；由泵壳体(32)限定的泵壳(30)；分离罐(20)，该分离罐包括位于横向平面中的基本上平坦的分离罐底壁(25)和基本上呈圆柱形的分离罐外壳(28)，该分离罐用于将所述电动冷却剂泵(10)的所述泵壳(30)内的湿区(12)与干区(14)流体分离；和印刷电路板(40)，该印刷电路板提供有用于驱动电动马达(50)的电子部件(45)，该平坦的印刷电路板(40)基本上平行于所述分离罐底壁(25)布置且不与之直接接触，以便在所述分离罐底壁(25)和所述印刷电路板(40)之间限定小的轴向间隙(75)，该轴向间隙填充有导热装置(77)，其中，所述印刷电路板(40)由高度永久地调整过的至少三个支撑装置(70)轴向支撑，而每个支撑装置(70)的远侧尖端(71)已被修整，以便在所述印刷电路板(40)和所述分离罐底壁(25)之间限定高度恒定的轴向间隙(75)，该轴向间隙具有标称间隙高度(h)。2.根据前述权利要求所述的电动冷却剂泵(10)，其中，所述支撑装置(70)由塑料材料制成的支撑装置体(72)限定。3.根据前述权利要求中任一项所述的电动冷却剂泵(10)，其中，所述支撑装置体(72)是塑料的所述泵壳体(32)的整体部分。4.根据前述权利要求中任一项所述的电动冷却剂泵(10)，其中，所述印刷电路板(40)的横向位置由至少一个、优选由至少两个单独的定位销(80)限定，每个定位销(80)贯穿所述印刷电路板(40)中的相应孔。5.根据权利要求4所述的电动冷却剂泵(10)，其中，所述定位销(81)变形以便轴向固定所述印刷电路板(40)。6.根据权利要求4或5所述的电动冷却剂泵(10)，其中，所述定位销(80)布置在两个支撑装置(70)之间，这两个支撑装置与所述定位销(80)相邻且基本上等距地布置。7.根据前述权利要求中任一项所述的电动冷却剂泵(10)，其中，所述支撑装置体(72)呈楔形。8.根据前述权利要求中任一项所述的电动冷却剂泵(10)，其中，所述标称间隙高度(h)小于1.0mm，并且优选小于0.8mm。9.根据前述权利要求中任一项所述的电动冷却剂泵(10)，其中，所述支撑装置(70)由收集槽(74)包围。10.一种用于制造电动冷却剂泵(10)的方法，包括以下制造步骤：i.在所述电动冷却剂泵(10)的预装配状态下测量分离罐底壁(25)的轴向位置，在所述预装配状态下印刷电路板(40)未安装，ii.修整原始的支撑装置(70)来调整与所述分离罐底壁(25)的所测量的轴向位置有关的标称间隙高度(h)，并且iii.将所述印刷电路板(40)装配到修整过的支撑装置体(72)上。11.根据权利要求10所述的用于制造电动冷却剂泵(10)的方法，其中，所述支撑装置(70)通过用机器加工原始的支撑装置体(72)来修整。12.根据权利要求10所述的用于制造电动冷却剂泵(10)的方法，其中，所述支撑装置
(70)通过热加工原始的支撑装置体(72)来修整。13.根据权利要求10至12中任一项所述的用于制造电动冷却剂泵(10)的方法，其中，在每个支撑装置体(72)的修整方法步骤中的材料去除量为至少0.1mm。14.根据权利要求10所述的用于制造电动冷却剂泵(10)的方法，其中，在装配步骤之前提供以下制造步骤：-在所述分离罐底壁或所述印刷电路板处提供导热装置。

技术总结
本发明涉及一种电动冷却剂泵(10)，其用于向汽车冷却回路提供冷却剂。电动冷却剂泵(10)提供有用于驱动电动冷却剂泵(10)的电动马达(50)、由泵壳体(32)限定的泵壳(30)、用于将电动冷却剂泵(10)的泵壳(30)内的湿区(12)与干区(14)流体分离的分离罐(20)和提供有用于驱动电动马达(50)的电子部件的印刷电路板(40)，所述分离罐包括位于横向平面中的基本上平坦的分离罐底壁(25)和基本上呈圆柱形的分离罐外壳(28)。平坦的印刷电路板(40)基本上平行于分离罐底壁(25)布置且不与之直接接触，以便在分离罐底壁(25)和印刷电路板(40)之间限定小的轴向间隙(75)。印刷电路板(40)由高度永久地调整过的至少三个支撑装置(70)轴向支撑，而每个支撑装置(70)的远侧尖端(71)已被修整，以便在印刷电路板(40)和分离罐底壁(25)之间限定高度恒定的轴向间隙(75)，该轴向间隙具有标称间隙高度(h)。轴向间隙(75)填充有导热装置(77)，以便将电子部件产生的热量有效地传递给湿区(12)中的循环的冷却剂。湿区(12)中的循环的冷却剂。湿区(12)中的循环的冷却剂。


技术研发人员：R
受保护的技术使用者：皮尔伯格泵技术有限责任公司
技术研发日：2020.11.09
技术公布日：2023/8/13