专利名称：双动力输入流体泵的制作方法
双动力输入流体泵相关申请的交叉引用本申请要求2009年6月9日提交的美国临时申请第61/185,2 号的权益。上述申请的全部公开内容在此通过引用并入。领域本公开内容涉及用于交通工具的流体泵送系统。更具体地，润滑系统包括作为第一动力源的内燃发动机和作为第二动力源的电动机。背景很多机动交通工具装备有泵以将加压流体传递至遍及交通工具的许多位置。当今生产的大多数交通工具装备有由交通工具的内燃发动机驱动的一个或多个泵。这样的泵的实例包括燃油泵、水泵、内燃发动机油泵、传动油泵(transmission oil pump)、增压器、涡轮增压器、动力转向泵、空调系统压缩机以及流体泵，该流体泵为诸如自动变速器、分动器、 离合器和许多其它的交通工具泵送需要件的装置的致动系统提供动力。虽然在过去这些泵中的很多都良好地运转，但存在少许的忧虑。例如，很多泵被配置为固定排量泵以最小化组装的成本。通常将固定排量泵的尺寸制定成提供基于系统的高峰需量的最大流速和压力。然而，在多数交通工具运转期间不需要高峰需量。这样，当需要相对低的输出时泵可能不能有效率地提供相对高的输出。与提供代替较低输出的较高输出相关的能量被视为能量浪费。此外，一些更新的交通工具结构(包括混合交通工具)不总是运转内燃发动机。具体地，设想混合交通工具可以被构造成包括内燃发动机和一些其它动力源诸如电池和电驱动电机。为了实现最大化节约燃料，混合交通工具的内燃发动机在交通工具运转期间可被关闭和多次打开。这样，将内燃发动机作为流体泵的唯一动力源可能是不希望的。在机动交通工具应用中也可使用由电动机驱动的泵。然而，仅由电动机供以动力的泵不能提供与由内燃发动机机械地驱动的泵相同的运转效率。因此，在本领域中存在以下需求具有双动力源的泵以改善交通工具能量效率并根据需要在不同模式的交通工具运转期间提供被泵送的流体。概述此部分提供了本公开内容的一般概述，并且不是其全部范围或其所有特征的全面公开。一种用于具有内燃发动机的交通工具的流体泵送系统包括壳体、电动机、控制电动机速度的控制器、包括第一构件、第二构件和第三构件的行星齿轮组，第一构件适合由内燃发动机驱动，第二构件由电动机驱动。泵由行星齿轮组的第三构件驱动。壳体容纳电动机、泵和控制器。一种用于具有内燃发动机的交通工具的流体泵送系统包括电动机和行星齿轮组， 行星齿轮组包括第一构件、第二构件和第三构件，第一构件适合由内燃发动机驱动，第二构件由电动机驱动。泵由行星齿轮组的第三构件驱动。控制器可操作成电力地互连电动机的场(fields of the electric motor)以提供电力制动器(electrical brake)并选择性地限制第二构件的旋转以改变由行星齿轮组提供的齿轮齿数比。
一种在包含内燃发动机的交通工具内泵送流体的方法包括驱动地互连行星齿轮组的第一构件与内燃发动机的输出端。电动机被驱动地耦合到行星齿轮组的第二构件。行星齿轮组的第三构件被驱动地连接到泵的输入部。该方法包括确定流体需求和确定目标电动机速度，以在目标电动机速度下旋转第二构件以从泵提供流体需求。电动机被控制成在目标速度下旋转。另外领域的适用性将从本文提供的描述中变得显而易见。本概述中的描述和特定的实施例仅旨在为了举例说明的目的而非旨在限制本公开内容的范围。附图本文描述的附图仅为了所选择的实施方案的举例说明的目的并不是全部可能的实施，且不旨在限制本公开内容的范围。
图1是描绘包括双动力输入泵的流体泵送系统的示意图；图2是双动力输入泵的分解的透视图；图3是图2中描绘的泵的片断的透视图；图4是图2中显示的泵的另一个片断的透视图；图5是描绘作为发动机转速函数的电动机转速、链轮转速和泵转速的曲线图；图6是描绘泵流量对比传输需求和机械泵流量的曲线图；图7是描绘作为发动机转速函数的泵功率消耗和机械泵功率消耗的曲线图；图8是描绘作为发动机转速函数的电动机转速、链轮转速和泵转速的另一个曲线图；图9是描绘另一个可选择的流体泵送系统的示意图；图10是描绘另一个可选择的流体泵送系统的示意图；图11是可选择的流体泵送系统的横截面图；和图12是图11中显示的泵送系统的分解的透视图。详述图1是描述与示例性内燃发动机12相关联以限定流体泵送系统13的双动力输入泵10的示意图。应该理解的是，泵10可配置用于在交通工具内的许多位置处使用，并可用作燃油泵、水泵、内燃发动机油泵、传动油泵、增压器、涡轮增压器、动力转向泵、空调系统压缩机和大多数任何其它的流体泵。泵10可对变速器、分动器、离合器或类似装置的致动器提供加压流体。内燃发动机12对泵10提供第一动力源且电动机14对泵10提供第二动力源。如示意图中所示，来自内燃发动机12的输出轴16包括被固定到输出轴16的驱动链轮 18。柔性传动构件20驱动地互连主动链轮18与从动链轮22。如将被更加详细地描述的， 从动链轮22与泵10的行星齿轮组M关联。中空的输出轴沈被固定以随同行星齿轮组M 的恒星齿轮观旋转。输出轴沈由电动机14驱动。行星齿轮组M的承载器30用作输出端并且被耦合到泵输入轴32。当输入轴32旋转时，低压流体在入口 34处进入且高压在出口 36处离开。图2提供了泵10的更详细的视图。具体地，泵10包括容纳电动机14的壳体40。 设想电动机14是无刷电动机。输入轴32穿过壳体40中形成的孔42延伸通过中空的输出轴沈，并被固定以随同承载器30旋转。输出轴沈与恒星齿轮观一体地形成并被固定以随同电动机14的输出端而旋转。这样，轴沈的至少一部分被定位于壳体40内。轴承46支撑输入轴32以在壳体40内旋转。端杯(end cup) 48通过扣环50而被固定于壳体40。端杯48包括钻孔52，钻孔52接纳可旋转地对轴沈进行支撑的轴承M。端杯48接合密封件以将电动机14和电动机控制器60密封地封入壳体40内。电连接器62伸出壳体40外部以提供用于电连接的端子64，从而对电动机控制器60和电动机14提供动力。行星齿轮组M包括被固定以随同承载器30旋转的多个小齿轮轴66。小齿轮68 各自被支撑以在各自的一个小齿轮轴66上旋转。小齿轮68与恒星齿轮观和内环形齿轮 70持久地啮合接合。环形齿轮70与从动链轮22—体地形成。盖板72邻近环形齿轮70和从动链轮22组合的端面74。盖板72被固定以随同承载器30旋转并相对于环形齿轮70而自由旋转。多个弹簧限位器76定位于小齿轮轴66上所形成的槽78内，以将盖板72联接到承载器30。在泵10的相对端，转子82被固定以随同输入轴32旋转。多个周向地间隔分开的叶片84与转子82关联，以便将每个叶片固定以随同转子82旋转并相对转子82径向地可移动。中间板86包括接纳转子82和叶片84的腔88。腔88相对转子82的旋转轴线而被同轴地定位，以便在转子82旋转时通过叶片84对增加和减小容积的腔室进行限定。压板 92将间板86夹在壳体40和压板92之间。多个紧固件94穿过压板92延伸并与壳体40螺纹地接合。在安装中间板86和压板92之前可将定位销98联接到壳体40以保证适当的组件定向。泵10可被配置成浸没在贮器中的11. 5cc/rev高效机械泵以提供更好的泵启动。 电动机14可形成为具有集成的电动机控制器60的150瓦特无刷电动机。行星齿轮组24 可被构造成提供5. 1的传动比。此配置可通过形成具有74个齿的环形齿轮70、每个小齿轮68具有30个齿以及在恒星齿轮观上形成14个齿而实现。小齿轮68可由塑性材料诸如尼龙构造成以减少噪声和成本。利用这种布置，设想不需要再循环电路或阀来操作泵10。作为一个实例，泵10可被配置成是与传输壳体的油箱(sump) —起定位的传动油泵。可选择地，泵10可被配置成交通工具水泵。在水泵布置中，控制器60可操作泵10以在发动机启动时提供很小的冷却剂流量或不提供冷却剂流量从而提供减少的发动机预热时间。可提供传感器以向控制器60输出对发动机冷却剂温度进行指示的信号。控制器60 可基于温度信号来操作泵10。此外，当关闭内燃发动机12以冷却内燃发动机12或向交通工具乘客室提供热空气时可维持流量。具体地，控制器60基于内燃发动机12的速度来改变电动机14的旋转速度从而改变泵10的输出。图5描绘了作为内燃发动机速度函数的电动机14旋转速度、从动链轮22旋转速度和转子82旋转速度。图6涉及泵送系统流体需求并描绘了系统流量需求，流量由泵10 提供和流量由常规的被机械地驱动的泵提供。如图6所清楚地描述，从泵10输送的流量比常规的泵输出更加紧密地匹配系统需求。通过利用泵送系统13增加了能量效率。输送的流量可接近于整个操作范围的系统需求或可任意地设置成偏离在任何内燃发动机速度下的需求曲线。控制器60可操作成确定系统流量需求。可对控制器提供许多输入以计算系统流量需求，所述输入包括内燃发动机速度、环境温度、泵送流体温度、压力、交通工具速度等等。控制器60可操作成控制电动机14的旋转速度。控制器60基于内燃发动机速度确定目标电动机速度，以提供系统流量需求。控制器60输出一信号以引起电动机14的输出构件以目标速度旋转。泵10的操作可描述如下当内燃发动机12关闭并以Orpm操作时，电动机14由控制器60控制，以在接近5000rpm下旋转，从而对转子82提供SOOrpm的输入。当内燃发动机 12以接近500rpm空转时，电动机速度减小至接近^OOrpm以维持相似的泵速。当内燃发动机以1200rpm旋转时，电动机14将以其接近5700rpm的全速来旋转，以对泵提供1800rpm。 从这点看，电动机14的旋转速度将减小至0，且然后将反向旋转达到2500rpm。转子82的泵 rpm将在1800-2000rpm的范围内维持相对地稳定以满足需求。内燃发动机速度在4000rpm 以上，由于电动机的动力限制，电动机14速度将从2500rpm下降至1900rpm。泵rpm可从 2000rpm升至3500rpm且提供比所需求的稍微更多的输出。图7呈现了泵10和通常的机械泵的功率消耗的对比。除了总计的总功率曲线外， 由内燃发动机12和电动机14提供的功率的部分单独地绘图。如图中所描绘的，当发动机旋转速度大于1650rpm时，泵10需要比通常的机械泵基本上更小的能量。可选择地，可能希望提供不需要电动机以两个不同的旋转方向来操作的流体泵送系统。图8描绘了可选择的控制方案，其中电动机14的速度维持在0以上，并且对于内燃发动机12的全部旋转速度均保持以相同的旋转方向。由此，可以采用用于电动机14的简化的控制算法。如图5所描绘的，电动机14也可被控制成作为制动器代替以相反方向旋转。电动机14的场可以彼此电力地连接以形成电流制动器或涡流制动器。使电动机14的输出轴旋转的尝试将在电动机14内被内部地抵制。能量可转化成热量或可被用于对电能存储装置诸如电池再充电。设想电动机14可浸没在待被泵送的流体的油箱中。在一些操作条件下， 诸如在寒冷的天气启动情形下，可能希望加热待被泵送的流体而不需添加另外的装置诸如障碍物或传输流体加热器。在此实例中电动机14可同时作为制动器和加热器。图9提供了以参考数字13a标识的另一个可选择的流体泵送系统的示意图。除了单向离合器99被定位在行星齿轮组M和电动机14之间以及传动构件和从动构件已改变以外，流体泵送系统13a与流体泵送系统13基本上相同。具体地，电动机14可操作成通过离合器99而选择性地驱动承载器30。链轮22继续由内燃发动机12通过驱动链轮18和柔性构件20来驱动。从行星齿轮组M的输出由恒星齿轮观提供至泵的输入轴32。图10提供了以参考数字200标识的另一个可选择的流体泵送系统的示意图。内燃发动机12向从动链轮202提供动力，从动链轮202被固定以随同第一输入轴204旋转。 输入轴204对单向离合器206提供输入。单向离合器206的输出端被驱动地耦合到泵210 的第一泵输入轴208。电动机212驱动地耦合到泵210的第二输入轴214。泵210的旋转速度由第一输入轴208和第二输入轴214的速度确定。更具体地，以最高速率旋转的输入轴限定泵的旋转速度。图11和12描绘了以参考数字300标识的另一个可选择的流体泵送系统。除了电动机的输出端驱动行星齿轮组的承载器而内燃发动机的输出端驱动使行星齿轮组的环形齿轮以外，泵送系统300与泵送系统13基本上相同。恒星齿轮对泵提供扭矩。泵送系统300包括电动机子组件302，电动机子组件302具有电动机壳体310、电动机盖312、定子314、转子316、中空的转子轴318、绝缘体320和电动机轴承322。帽螺钉3 将电动机盖312固定至电动机壳体310。定位螺钉幻6将定子314固定到壳体310内。行星齿轮组子组件3 包括承载器330、承载器盖332、承载器隔离件334、多个管状销336、环形齿轮338、多个行星齿轮340和轴承342。螺钉344将承载器盖332连接到承载器330，将管状销336夹于其间。行星齿轮组子组件3 还包括恒星齿轮346。行星齿轮 340与恒星齿轮346和环形齿轮338两者持久地啮合接合。泵轴350被固定以随同恒星齿轮346旋转并穿过承载器330和中空的转子轴318而延伸。叶片泵子组件352包括前板354、压板356、中板358、转子360、多个叶片362、管状隔离件364、泵衬套366和轴承368。螺纹紧固件369穿过压板356、中板358和前板354 延伸以将泵子组件352固定到壳体310。泵系统300可被配置成包括通过紧固件而彼此互连的电动机子组件302、行星齿轮组子组件3 和叶片泵子组件352的三个单独的模块。可选择地，整体的一件式壳体可形成为包括电动机、行星齿轮组和泵的部件中的一些或全部。如前所述，通过行星齿轮组子组件328的功率通量由使转子轴318和承载器330 驱动的转子316而产生。内燃发动机的输出端被固定以随同固定到环形齿轮338的多个驱动销370旋转。动力通过恒星齿轮346从行星齿轮组子组件3 输出到泵轴350。应该理解的是，驱动销370仅仅是示例性的，并设想了在环形齿轮338上以相似的方式给前述的且显示于图3中的从动链轮22提供多个外齿。为了说明和描述的目的提供了实施方案的上述描述。其不意味着是详尽的或用于限制本公开内容。特定的实施方案的个体的元件或特征通常不限于特定的实施方案，但是， 可应用的地方是可互换的并可用于选择的实施方案，即使没有特别地显示或描述。相同的部分还可以以很多方式变化。这样的变型不视为偏离本公开内容，且所有这样的修改意味着将被包括在本公开内容的范围内。
权利要求
1.一种流体泵送系统，用于具有内燃发动机的交通工具，所述泵送系统包括壳体；电动机；控制器，其控制所述电动机的速度；行星齿轮组，其包括第一构件、第二构件和第三构件，所述第一构件适于由所述内燃发动机驱动，所述第二构件由所述电动机驱动；以及泵，其由所述行星齿轮组的所述第三构件驱动，其中所述壳体容纳所述电动机、所述泵和所述控制器。
2.如权利要求1所述的流体泵送系统，其中所述泵包括定位于所述壳体的一端处的可旋转的流体泵送构件和定位于所述壳体的相对端处的所述行星齿轮组。
3.如权利要求2所述的流体泵送系统，还包括泵输入轴，所述泵输入轴延伸穿过所述壳体，具有被固定以随同所述可旋转的流体泵送构件旋转的一端和被固定以随同所述行星齿轮组的所述第三构件旋转的相对端。
4.如权利要求1所述的流体泵送系统，其中所述泵、所述电动机和所述控制器均浸没在待泵送的流体内。
5.如权利要求1所述的流体泵送系统，其中所述第一构件包括环形齿轮，所述第二构件包括承载器，且所述第三构件包括恒星齿轮。
6.如权利要求1所述的流体泵送系统，其中所述第一构件包括环形齿轮，所述第二构件包括恒星齿轮，且所述第三构件包括承载器。
7.如权利要求1所述的流体泵送系统，还包括适于由所述内燃发动机驱动的主动链轮、被固定于所述行星齿轮组的所述第一构件的从动链轮和驱动地互连所述主动链轮和所述从动链轮的柔性传动构件。
8.如权利要求7所述的流体泵送系统，其中所述第三构件适于围绕与内燃发动机输出轴的旋转轴线偏离的轴线而旋转。
9.如权利要求1所述的流体泵送系统，其中所述电动机在第一范围的内燃发动机速度内以第一方向旋转且对于不同范围的内燃发动机速度以第二相反方向旋转。
10.如权利要求1所述的流体泵送系统，还包括传感器，所述传感器用于向所述控制器提供对发动机冷却剂温度进行指示的信号，其中所述控制器基于该信号来改变所述泵的输出O
11.如权利要求1所述的流体泵送系统，其中所述控制器基于所述内燃发动机的速度来改变所述电动机的速度。
12.如权利要求1所述的流体泵送系统，还包括离合器，所述离合器定位在所述行星齿轮组和所述电动机之间。
13.一种流体泵送系统，用于具有内燃发动机的交通工具，所述流体泵送系统包括电动机；行星齿轮组，其包括第一构件、第二构件和第三构件，所述第一构件适于由所述内燃发动机驱动，所述第二构件由所述电动机驱动；泵，其由所述行星齿轮组的所述第三构件驱动；以及控制器，其可操作成电力地互连所述电动机的场以提供电力制动器并选择性地限制所述第二构件的旋转以改变由所述行星齿轮组提供的齿轮齿数比。
14.如权利要求13所述的流体泵送系统，其中所述控制器可操作成改变所述电动机的速度。
15.如权利要求14所述的流体泵送系统，其中所述控制器可操作成确定所述内燃发动机的旋转速度并基于所述内燃发动机的速度来确定目标电动机速度。
16.如权利要求13所述的流体泵送系统，其中所述电动机浸没在待泵送的流体内，且所述控制器应用所述电力制动器来加热待泵送的流体。
17.—种泵送流体的方法，用于在包括内燃发动机的交通工具内泵送流体，所述方法包括驱动地互连行星齿轮组的第一构件与所述内燃发动机的输出端； 驱动地将电动机耦合到行星齿轮组的第二构件； 驱动地将行星齿轮组的第三构件连接到泵的输入部； 确定流体需求；确定目标电动机速度，以在所述目标电动机速度下旋转所述第二构件以从所述泵提供所述流体需求；以及控制所述电动机以便以所述目标速度旋转。
18.如权利要求17所述的方法，还包括在第一范围的内燃发动机速度内以第一方向旋转所述电动机且对于不同范围的内燃发动机速度以第二相反方向旋转所述电动机。
19.如权利要求17所述的方法，还包括将所述电动机浸没在待泵送的流体中。
20.如权利要求17所述的方法，还包括电力地互连所述电动机的场以限定电力制动器来限制所述第二构件的旋转。
21.如权利要求20所述的方法，还包括在所述电动机作为电力制动器来操作时用所述电动机加热待泵送的流体。
全文摘要
一种用于具有内燃发动机的交通工具的流体泵送系统，包括壳体、电动机、控制电动机的速度的控制器、行星齿轮组，所述行星齿轮组包括第一构件、第二构件和第三构件，第一构件适于由内燃发动机驱动，第二构件由电动机驱动。泵由行星齿轮组的第三构件驱动。壳体容纳电动机、泵和控制器。
文档编号B60R17/00GK102459844SQ201080034819
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月9日 优先权日2009年6月9日
发明者安德鲁·科瓦尔斯基, 理查德·D·穆伊泽拉尔, 雅罗斯拉夫·鲁托斯拉夫斯基 申请人:麦格纳动力系有限公司