电动泵系统和方法
1.本技术是于国际申请日2018年6月21日提交的、2020年2月18日进入中国国家阶段的、申请号为201880053693.7、发明名称为“电动泵系统和方法”的分案申请。
2.相关申请的交叉引用
3.本pct申请要求于2018年4月4日提交的、名称为“electric pump system and method”的美国专利申请号15/944,841的优先权，并且要求于2017年6月30日提交的、名称为“electric pump system and techniques”的临时申请号62/527,699的优先权。于2018年4月4日提交的、名称为“electric pump system and method”的美国专利申请号15/944,841要求根据35u.s.c.
§
119(e)于2017年6月30日提交的美国临时申请号62/527,699号的优先权，其两者用于所有目的全部内容通过引用合并于此，并成为本pct申请的一部分。
4.本pct申请涉及于2017年6月29日提交的、名称为“system and method for monitoring stress cycles”的美国专利申请号15/637,313，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
5.本发明涉及电动泵系统，并且更具体地涉及热传递和诸如在交通工具的驱动系统中使用的那些电动泵系统的电动泵系统中的流体温度的评估。
背景技术：6.例如，在电动交通工具的驱动系统中的电动泵系统可用于向牵引马达的轴承、转子和定子等提供油，以冷却和润滑牵引马达。这种电动泵系统通常包括机械泵、马达以及用于控制电动泵系统的电子设备。
7.与设计这样的电动泵系统相关的挑战包括设计具有期望的流动特性的泵系统。传统油泵不监测油状况，并且因此需要定期更换油，因为油、泵和马达的状况无法独立验证。另一个副作用是，传统的油泵没有被设计为(不能)准确地确定温度，部分原因是任何温度传感器都位于传统的泵系统之外或代表流经泵的油的区域中。此外，传统的油泵由于不同部件的附接机构而通常大而笨拙，并且需要较大的物理空间用于泵。因此，需要一种改进的油泵，特别是电动泵系统，其被设计为与电马达一起工作。
技术实现要素：8.本公开提出了有助于克服操作冷却和润滑系统的困难，特别是在电动泵系统中管理热量的传递和流体温度的评估的方法和结构。
9.根据本公开的一个方面，提供了一种装置，该装置包括电子控制单元、机械泵以及具有第一侧和第二侧的电马达，该马达包括：定子、包括空心轴的转子，以及围绕定子和转子的壳体，其中电子控制单元连接到马达的第一侧，其中机械泵连接到马达的第二侧，其中空心轴限定轴入口以及轴出口，其中机械泵限定从第一泵入口到轴入口的第一流体通道，其中壳体限定内部马达腔，其中轴出口与内部马达腔流体连通，其中机械泵限定从第二泵
入口到泵出口的第二流体通道，并且其中马达壳体和机械泵限定经由第三泵入口从内部马达腔到泵出口的第三流体通道。
10.在一些实施例中，根据本公开的上述方面或其任何其他方面的设备，可以采用许多可选的操作和特征。一个可选特征是电子控制单元，还包括热敏电阻，用于测量从轴出口流出的流体的温度。另一个可选特征是其中壳体限定与内部马达腔流体连通的旁路入口。另一个可选特征是和第三流体通道和第二流体通道的至少一部分是共用的。另一个可选特征是机械泵是齿轮转子。另一个可选特征是电子控制单元，包括控制机械泵的微控制器。另一个可选特征是电子控制单元包括冷却肋。
11.根据本公开的一个方面，提供了在电动泵系统中泵送流体的方法，该方法包括通过第一流体通道将流体从第一泵入口泵送至轴入口，通过马达的空心轴从轴入口到轴出口，并到与轴出口流体连通的电动泵系统的内部马达腔中，通过第二流体通道从机械泵的第二泵入口到机械泵的泵出口，并且通过第三流体通道经由第三泵入口从内部马达腔到泵出口，该第三流体通道限定在电动泵系统的马达壳体中和机械泵中。
12.在一些实施例中，根据本公开的上述方面或其任何其他方面的方法，可以采用许多可选的操作和特征。一个可选特征是测量流出空心轴的流体的温度。另一个可选特征是通过在马达的马达壳体中限定的旁路入口将流体提供到内部马达腔。另一个可选特征包括将流体从旁路入口泵送到内部马达腔。另一个可选特征是机械泵包括齿轮转子。另一个可选特征是利用包括微控制器的电子控制单元控制机械泵。
13.根据本公开的一个方面，提供了一种系统，该系统包括装置，该装置包括机械泵、电子控制单元以及具有第一侧和第二侧的马达，该马达包括定子、包括空心轴的转子和围绕定子和转子的壳体，其中电子控制单元连接到马达的第一侧，其中机械泵连接到马达的第二侧，其中空心轴限定轴入口以及轴出口，其中机械泵限定从第一泵入口到轴入口的第一流体通道，其中壳体限定内部马达腔，其中轴出口与内部马达腔流体连通，其中机械泵限定从第二泵入口到泵出口的第二流体通道，并且其中马达壳体和机械泵限定经由第三泵入口从内部马达腔到泵出口的第三流体通道，与泵出口流体连通的热交换器，以及与第一泵入口和第二泵入口流体连通的储油器。
14.在一些实施例中，根据本公开的上述方面或其任何其他方面的方法，可以采用许多可选的操作和特征。一个可选特征是电子控制单元还包括热敏电阻，用于测量流出轴出口的流体的温度。另一可选特征是，壳体限定与内部马达腔流体连通的旁路入口。另一可选特征是第三流体通道和第二流体通道的至少一部分是共用的。另一可选特征是机械泵是齿轮转子。另一个可选特征是电子控制单元包括控制机械泵的微控制器。另一个可选特征是电子控制单元包括冷却肋。
附图说明
15.图1示出了电动交通工具中的冷却和润滑系统的基本部件。
16.图2a和图2b分别示出了根据所公开的实施例的电动泵系统的前透视图和后透视图。
17.图3a和图3b分别示出了根据所公开的实施例的电动泵系统的沿图3a的切割线a-a的后视图和侧截面图。
18.图4a和图4b分别示出了根据所公开的实施例的电动泵系统的侧视截面图和透视图，特别示出了电动泵系统的部件的附接。
19.图5示出了根据所公开的实施例的电动泵系统的局部侧视截面图，特别示出了电动泵系统的密封。
20.图6a和图6b分别示出了根据公开的实施例的在电动泵系统中使用的齿轮转子的正视图和侧视图。
21.图7a和图7b分别示出了根据公开的实施例的在电动泵系统中使用的电马达的沿图7a的切割线b-b截取的端部视图和侧截面图。
22.图8示出了电动泵系统的局部侧视截面图，特别示出了根据所公开的实施例的在电动泵系统中使用的轴。
23.图9a、图9b和图9c分别示出了根据公开的实施例的在电动泵系统中使用的电子控制单元(ecu)的沿图9a的切割线c-c的后视图、侧视图和侧截面图。
24.图10a、图10b和图10c分别示出了根据所公开的实施例的ecu电子设备的ecu侧端部视图、侧视图和马达侧端部视图。
25.图11示出了根据公开的实施例的电动泵系统的侧截面图
26.图12示出了根据所公开的实施例的电动泵系统的侧截面图，特别示出了第一流体流动路径。
27.图13示出了根据所公开的实施例的电动泵系统的侧截面图，特别示出了第二流体流动路径。
28.图14示出了根据所公开的实施例的电动泵系统的侧视截面图，特别示出了第三流体流动路径。
29.图15示出了图11至图14的电动泵系统的端部截面图。
30.图16示出了根据所公开的实施例的电动泵系统操作的流程图。
具体实施方式
31.图1示出了根据所公开的实施例的冷却和润滑系统100的示意图，该冷却和润滑系统100用于使流体(例如，油)通过电动交通工具的电驱动单元的各个部件进行循环。其他附图的后续描述可以回到图1的组件。在图1中，通用标号可以用来指代那些图中标识的组件。此外，尽管本文描述的实施例是在基于油的系统的背景下，但是可以使用其他流体。例如，可以使用为特定应用或泵尺寸提供适当润滑、传热和流动特性的任何流体。
32.从可能包括油底壳或干油底壳系统的储油器102(驱动单元外部的储油器)开始，油流过网状过滤器104到达电动泵系统106。从电动泵系统106泵送出的油经过油过滤器108和热交换器110，并在通向马达112的第一分支和通向齿轮箱114的另一个分支之间分配。来自两个分支的油排回到储油器102。
33.本文结合各种实施例描述了冷却和润滑系统100的各种操作问题。一个操作问题涉及电动泵系统106内的热交换。另一个操作问题涉及评估和控制冷却和润滑系统100中的油的温度。可以通过热交换器110中的热传递来控制油的温度，即，交通工具冷却剂和机油之间的热交换。固件或软件通常控制引擎控制单元(ecu)和电动泵系统106，引擎控制单元在图1中未示出。。
206的沿图9a的切割线c-c的后视图、侧视图和侧截面图。冷却肋214附接到ecu盖902(或ecu盖902的一部分)。冷却肋214提供热界面以将来自电子器件的热量通过ecu盖902散发到环境。还显示了电容器、标记为906的一个或多个晶体管(例如mosfet)，以及微芯片908，电容器中的一个标记为904。ecu可以捕获信息，诸如温度、泵速、泵电流组成、油压以及其他信息。然后，由ecu捕获的信息可以输入到专有算法中，该算法监测油泵和整个驱动单元健康。该算法可以提供服务指示，例如何时必须更换油或何时需要对驱动传动系统进行维护。
42.图10a、图10b和图10c分别示出了根据所公开的实施例的ecu电子设备的ecu侧视端部图、侧视图和马达侧端部视图。如图10a所示，从ecu侧，ecu电子设备1000包括印刷电路板(pcb)1002和电子组件，电子组件中的一个标记为1004。电子组件可以包括用于运行固件和/或软件的处理器或微控制器、通信收发器、电流感测组件、马达控制、栅极驱动器和电容器，电容器中的一个标记为1008。另一电子组件可以包括用于测量pcb 1002和电子组件的温度的热敏电阻1010，该温度被称为“印刷电路板组件”(pcba)温度。图10b的侧视图示出了支撑pcb 1002的安装脚1006。从马达侧开始，如图10c所示，ecu电子设备1000可包括用于控制泵系统的处理器或微控制器1012、马达控制集成电路1014和油温热敏电阻1016。ecu电子设备1000还可以包括引导加载程序软件，用于加载软件更新的目的。
43.图11示出了根据公开的实施例的电动泵系统的侧截面图。如其中所示，电马达204具有ecu侧1102(其也可以称为第一侧)和泵侧1104(其也可以称为第二侧)。ecu 206连接到ecu侧1102，机械泵202连接到泵侧1104。还显示了定位在转子704和定子1106周围的马达壳体404，从而限定内部马达腔1108，流体可通过该内部马达腔1108在马达内流动并且穿过转子704和定子1106。转子704包括空心轴706，并且定子1106包括端部绕组702。空心轴706限定轴入口1110和轴出口1112。
44.在图11中还示出了，机械泵202限定从次级泵入口1116到轴入口1110的穿过其中的流体通道1114。经由空心轴706，进入轴入口1110的流体前进到与内部马达腔1108流体连通的轴出口1112。内部马达腔1108又与泵入口1124流体连通。机械泵202和马达壳体404一起限定从内部马达腔1108经由泵入口1124到泵出口208的流体通道1126。
45.在图11中还示出了，油温热敏电阻1016被定位在轴出口1112附近，使得可以直接或通过可追溯的关系在被电动泵系统106充分加热之前确定存在于轴出口1112的流体的温度(即，当在热敏电阻处测量的温度＝x时，则在出口处的流体的温度y＝函数f(x))。尽管在图10c中示出了油温热敏电阻1016的特定位置，油温热敏电阻1016可以被放置ecu上的任何位置。在图10c的特定实施例中，油温热敏电阻1016被放置在安装脚1006附近，该安装脚1006可用于将热量传递到ecu206。这样，油温热敏电阻1016可以用于读取安装脚1006的高电导率和热导率材料和安装脚1006附近的ecu迹线(未显示)的温度。
46.在图11中还示出了，与内部马达腔1108流体连通的旁路入口216。在泵内发生阻塞而阻止油流过轴入口1110的情况下，旁路入口216允许油流入内部马达腔1108。如果发生阻塞，则油可能仍流经旁路入口216并流至泵出口208，从而为电马达和其他组件提供润滑。尽管在图11中未具体示出，在ecu 206与马达壳体404之间还可以可选地存在小的周向间隙，以允许油流入内部马达腔体1108。根据公开的实施例，空心轴706可以用实心轴代替，在这种情况下，一个或两个旁路入口216的轴向间隙和周向间隙可用于向内部马达腔1108提供油。可选地，电动泵系统106不需要使用旁路入口216和/或周向间隙，而是依靠空心轴706将
油输送至内部马达腔1108。
47.在图11中还示出了，由机械泵202限定的并且从主泵入口1120延伸通过齿轮转子600到泵出口208的流体通道1115。这样，流体通道1115和1126的一部分可以是共用的(即，通过齿轮转子600并且到泵出口208)。
48.流体通道1115也可以被称为第一流体通道。主泵入口1120也可以被称为第一泵入口。流体通道1126也可以被称为第二流体通道。泵入口1124也可以被称为第二泵入口。流体通道1114也可以被称为第三流体通道。次级泵入口1116也可以被称为第三泵入口。
49.图12至图14示出了根据所公开的实施例的电动泵系统106的侧截面图。图12示出了根据公开的实施例的电动泵系统106的侧视截面图，其详细示出了利用第一流体通道的第一油流路径。特别地，图12示出了第一油流动路径，该第一油流动路径包括油经由主泵入口1120进入电动泵系统106，流经齿轮转子600并从泵出口208流出。
50.图13示出了根据所公开的实施例的电动泵系统106的侧截面图，其详细示出了利用第二流体通道1126和第三流体通道1114的可选的第二油流动路径。图13示出了第二油流动路径，在第二油流动路径中，油经由次级泵入口1116进入电动泵系统106，流入轴入口1110，从轴出口1112流入内部马达腔1108，流过定子1106和转子704，并最终通过马达壳体404进入泵入口1124，通过齿轮转子600并从泵出口208流出。
51.图14示出了根据所公开的实施例的电动泵系统106的侧截面图，其详细示出了利用第二流体通道1126的可选的第三油流动路径。特别地，图14示出了第三油流动路径，在第三油流动路径中，油经由旁通入口216进入电动泵系统106，流过定子1106和转子704，通过马达壳体404，进入泵入口1124，通过齿轮转子600，并从泵出口208流出。如上文关于图11提出的，油也可以选择通过ecu 206和马达壳体404之间的周向间隙接收，并遵循与通过旁通入口216流入马达壳体404的油相似的路径。
52.图15示出了图11至图14的电动泵系统的截面端部视图，示出了电动泵系统106、次级泵入口1116、主泵入口1120和泵出口208。
53.图16是示出根据所公开的实施例的电动泵系统操作的流程图。参考图图11-14。图16呈现了根据所公开的实施例的通过电动泵系统泵送流体的方法。根据该方法，沿着三个不同的路径泵送油。经由第一路径，油在机械泵主入口处被接收，并流过第一齿轮转子入口，并流出泵出口(步骤1602)。可选地，在机械泵的次级入口处接收油，并经由第二路径泵送，通过空心轴从轴入口到轴出口，到内部马达腔，通过马达壳体到第二齿轮转子入口，并从泵出口泵送出(步骤1604)。可选地，机油在旁路入口处和/或通过ecu与马达壳体之间的周向间隙接收，并可选地经由第三路径流到内部马达腔，并通过马达壳体流到第二齿轮转子入口，并从泵出口泵送出(步骤1606)。
54.所公开的实施例的系统和方法的益处在于，当流体离开空心轴706时，来自电动泵系统106的操作的流体吸收了非常少的热量。通过在这一点进行测量，ecu 206可以因此在流体被电动泵系统106充分加热之前可以获得准确的流体读数，而不必使用位于泵入口处或附近的传感器，这将需要用于将信息中继到ecu 206的通信通道，从而增加了费用、复杂性以及其他故障点。关于在被电泵系统106充分加热之前的流体的温度的信息可以用于确定需要从流体中排走多少热量以及对相关交通工具的操作做出什么改变(例如减小扭矩)的目的。
55.如本领域技术人员将理解的，缓慢旋转的齿轮需要特定粘度的油粘附到其表面。具有更高的转速的相同尺寸的齿轮例如在上述齿轮之前的减速齿轮级，由于离心力高得多，因此可能需要不同温度的油以使其粘在齿轮表面上。如果温度相同，则由于变速箱中没有两个单独的油温，一个快速旋转的齿轮可能会使用更多的油孔。
56.根据本文所述的实施例，流体温度可用于控制并试图优化交通工具的冷却和润滑系统，从而提高相关的电驱动单元的效率。具体地，可以控制流体温度以实现某些润滑性能。例如，较热的油具有较低的粘度，这降低了泵送流体的阻力和液压动力，从而可以提高效率。但是，如果油太热，将无法提供足够的冷却。
57.油泵的流体温度读取特征可以监测电驱动单元系统中流体的总体健康状况和性能。例如，如果机油温度过高，则机油泵可能会警告汽车计算机出现故障，因为机油温度过高会损坏或/和缩短驱动器上某些组件的使用寿命。
58.陈述了流体的温度可以用来监测驱动单元的健康和性能的另一种方式。ecu可以捕获除温度以外的其他信息，诸如泵送速度、泵电流组成、油压或其他信息。然后，由ecu捕获的信息可以输入到专有算法中，该算法监测油泵和整个驱动单元健康。该算法可以提供服务指示，例如何时必须更换机油或何时需要对驱动传动系统进行维护。
59.在前述说明书中，已经参考特定实施例描述了本公开。然而，如本领域技术人员将理解的，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以以各种其他方式修改或以其他方式实现本文公开的各种实施例。因此，该描述应被认为是说明性的，并且是为了教导本领域技术人员制造和使用所公开的系统、方法和计算机程序产品的各种实施例的方式。应当理解，本文示出和描述的公开形式将被视为代表性实施例。等效元件、材料、过程或步骤可以代替这里代表性地示出和描述的那些。此外，本公开的某些特征可独立于其他特征的使用而被利用，所有这些对于受益于本公开的描述的本领域技术人员而言将是显而易见的。
60.如本文所用，术语“包括”、“包含”、含有”、“具有”或其任何上下文变体旨在覆盖非排他性包含。例如，包括一系列元素的过程、产品、物品或设备不一定仅限于那些元素，而是可以包括未明确列出或此类过程、产品、物品或设备固有的其他元素。此外，除非明确指出相反的意思，否则“或”是指包含性的或而不是排他性的或。例如，以下任一条件都满足条件“a或b”：a为真(或存在)、b为假(或不存在)、a为假(或不存在)、b为真(或存在)、以及a和b都为真(或存在)。
61.尽管步骤、操作或计算可以以特定顺序呈现，但是该顺序可以在不同的实施例中改变。在一些实施例中，就在本说明书中多个步骤被示为顺序的程度而言，在备选实施例中的这些步骤的某种组合可以同时执行。本文描述的操作序列可以被另一过程中断、暂停、反转或以其他方式控制。
62.还应当理解，在图/附图中描绘的一个或多个元件也可以以更分离或更集成的方式来实现，或者甚至在某些情况下被移除或使其不可操作，如根据特定的应用程序是有用的。
技术特征：1.一种用于泵送流体的装置，包括：马达(112、204)，具有第一侧和第二侧，所述马达(112、204)包括：定子(1106)；转子(704)，包括空心轴(706)；和壳体(210、402、404)，围绕所述定子(1106)和所述转子(704)，并且限定内部马达腔(1108)；电子控制单元(206)，连接到所述马达(112、204)的所述第一侧；机械泵(202)，包括第一泵入口(1120)，第二泵入口(1116)以及泵出口(208)，所述机械泵通过所述第一泵入口连接到所述马达(112、204)的所述第二侧，并且还通过第二泵入口连接到所述马达的所述第二侧；第一流体通道，其从所述第一泵入口到所述泵出口(208)；以及第二流体通道(1126)，经由所述第二泵入口延伸穿过所述空心轴和穿过所述内部马达腔(1108)到所述泵出口；所述电子控制单元包括热敏电阻(1016)，所述热敏电阻被配置为测量在第二流体通道中离开所述空心轴的流体的温度；以及其中所述第二流体通道中的所述流体的所述温度确定对与所述马达相关联的交通工具的操作的改变。2.根据权利要求1所述的装置，还包括：旁路入口(216)，与所述内部马达腔(1108)流体连通，所述旁路入口旁路所述机械泵。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一流体通道和所述第二流体通道(1126)的至少一部分是共用的。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述机械泵是齿轮转子。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述电子控制单元包括控制所述机械泵(202)的微控制器(1012)。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述电子控制单元包括冷却肋。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第一泵入口、所述第二泵入口以及所述泵出口中的每一者位于所述马达的所述第二侧。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中对所述交通工具的所述操作的所述改变包括：减小扭矩。9.一种用于泵送流体的装置，包括：马达(112、204)，所述马达(112、204)包括：定子(1106)；转子(704)，包括空心轴(706)；和壳体(210、402、404)，围绕所述定子(1106)和所述转子(704)，并且限定内部马达腔(1108)；电子控制单元(206)，连接到所述马达(112、204)，所述电子控制单元包括热敏电阻(1016)，所述热敏电阻被配置为测量流体的温度；机械泵(202)，包括第一泵入口(1120)，第二泵入口(1116)，以及泵出口(208)，所述机械泵通过所述第一泵入口连接到所述马达(112、204)，并且还通过第二泵入口连接到所述
马达；第一流体通道，从所述第一泵入口到所述泵出口(208)；第二流体通道(1126)，经由所述第二泵入口延伸穿过所述内部马达腔(1108)到所述泵出口；其中所述流体的所述温度被用于确定对与所述装置相关联的交通工具的操作的改变。10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一流体通道和所述第二流体通道(1126)的至少一部分是共用的。11.根据权利要求9所述的装置，其中所述机械泵是齿轮转子。12.根据权利要求9所述的装置，其中所述电子控制单元包括控制所述机械泵(202)的微控制器(1012)。13.根据权利要求9所述的装置，还包括：旁路入口(216)，与所述内部马达腔(1108)流体连通，所述旁路入口旁路所述机械泵。14.根据权利要求9所述的装置，其中对与所述装置相关联的所述交通工具的所述操作的所述改变包括：减小扭矩。
技术总结一种电动泵系统和操作电动泵系统的方法，涉及通过被限定在机械泵中的流体通道将流体从泵入口泵送到马达的空心轴，通过空心轴将流体泵送到由马达的壳体限定的内部马达腔，并通过引导到泵出口的、被限定在马达壳体和机械泵中的另一流体通道通。该系统和方法还包括将流体通过被限定在机械泵中的另一流体通道从又一泵入口泵送到泵出口。离开空心轴的流体的温度可以由电动泵系统的电子控制单元(ECU)进行评估和使用，以对其进行控制。电动泵系统可以是例如用于电动交通工具变速器、变速箱、差速器或分动箱的冷却和润滑系统的一部分。器或分动箱的冷却和润滑系统的一部分。器或分动箱的冷却和润滑系统的一部分。
技术研发人员：S
受保护的技术使用者：特斯拉公司
技术研发日：2018.06.21
技术公布日：2022/11/1
