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Die
Erfindung betrifft elektrisch angetriebene Motoren und Pumpen mit
derartigen Motoren.
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Verschiedene
Typen von elektrisch angetriebenen Motoren sind bekannt. Beispielsweise
lehrt die japanische Patentoffenlegung mit der Nummer 2000-102210
einen bürstenlosen
elektrisch angetriebenen Motor, der ein Gehäuse, einen Stator, einen Rotor,
Magneten, ein Axiallager und eine Feder aufweist. Der Rotor hat
eine Rotorwelle, die drehbar durch das Gehäuse abgestützt ist. Die Magneten sind
auf dem Rotor und gegenüber
dem Stator mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet. Das Axiallager
ist an dem Gehäuse
montiert und stützt
das eine Ende der Rotorwelle bezüglich
einer Axialrichtung ab. Die Feder spannt den Rotor in Richtung Axiallager
vor, so dass das eine Ende des Rotors gegen das Axiallager gedrückt wird.
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Da
der Motor gemäß der oben
genannten Veröffentlichung
eine Feder braucht, um den Rotor in Richtung Axiallager vorzuspannen,
ergibt sich ein Problem bezüglich
der relativ großen
Anzahl an Teilen und der relativ großen Anzahl an Montageschritten
zum Zusammenbauen des Motors. Diese Probleme stellen eine Beschränkung dar
bei Versuchen die Größe der Motoren
zu reduzieren.
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Entsprechend
ist es eine Aufgabe der Erfindung, verbesserte Techniken zu lehren,
um die Anzahl an Teilen und die Anzahl an Montagenschritten für elektrisch
angetriebene Motoren zu reduzieren.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung, werden Motoren gelehrt, die ein Gehäuse aufweisen,
ein erstes Element, das in dem Gehäuse angeordnet und auf einer
Innenwand des Gehäuses
montiert ist, und ein zweites Element, das drehbar in dem Gehäuse sich
befindet und eine Drehwelle aufweist. Das zweite Element liegt dem
ersten Element in Radialrichtung der Drehwelle gegenüber. Ein
Axiallager ist in dem Gehäuse
montiert, um ein erstes Ende der Drehwelle in Axialrichtung der
Drehwelle abzustützen.
Ein Kern und Spulen, die um den Kern gewickelt sind, sind auf dem
ersten oder zweiten Element gebildet. Ein Satz von Magneten ist
auf dem anderen Element (von dem ersten und zweiten Element) derart
vorgesehen, dass eine Drehkraft erzeugt wird, wenn die Spulen erregt
werden, um das zweite Element relativ zu dem ersten Element zu drehen.
Der Kern und der Satz von Magneten sind derart positioniert, dass
eine Magnetkraft in einem Bereich erzeugt wird, wo ein Magnetfluss
zwischen dem Kern und dem Satz von Magneten erzeugt wird, wodurch
das zweite Element in Richtung Axiallager bewegt wird.
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Folglich
ist es nicht notwendig, eine Feder vorzusehen, um die Drehwelle
in Richtung Axiallager vorzuspannen. Als Ergebnis können die
Anzahl an Teilen und die Anzahl an Montageschritten des Motors reduziert
werden.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung sind der Kern und der Satz von Magneten
voneinander in Axialrichtung der Drehwelle versetzt. Dies ermöglicht eine
einfache Erzeugung einer Vorspannungskraft, primär durch Bestimmen der Position
des Kerns relativ zu dem Satz von Magneten.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung ist der Motor als ein Motor ohne Bürsten aufgebaut. Folglich
ist das erste Element ein Stator, der einen Kern und Spulen aufweist,
und das zweite Element ein Rotor, der einen Satz von Magneten aufweist.
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Im
Falle des bürstenlosen
Motors kann der Satz von Magneten relativ zu dem Kern in Richtung von
dem Axiallager weg versetzt sein. Zusätzlich können der Kern und der Satz
von Magneten unterschiedliche Längen
in Axialrichtung der Drehwelle aufweisen. Der Satz von Magneten
kann sich jenseits des Kerns in Richtung von dem Axiallager weg
erstrecken.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung ist der Motor als ein DC Motor konfiguriert.
Folglich ist das erste Element ein Satz von Magneten und das zweite
Element ist ein Anker, der einen Kern und Spulen aufweist.
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In
dem Fall des DC Motors kann der Kern relativ zu dem Satz von Magneten
in Richtung von dem Axiallager weg versetzt sein. Zusätzlich können der Kern
und der Satz von Magneten verschiedene Längen in Axialrichtung der Drehwelle
haben. Der Kern kann sich jenseits des Satzes von Magneten in Richtung
von dem Axiallager weg erstrecken.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung enthält der Motor ferner eine erste
Endabdeckung und eine zweite Endabdeckung. Die erste Endabdeckung
ist auf einem Ende des Gehäuses
in Richtung gegenüber
des Axiallagers angeordnet. Die zweite Endabdeckung ist auf dem
anderen Ende des Gehäuses
angeordnet, auf der Seite, die das Axiallager enthält. Die
erste Endabdeckung kann integriert mit dem Gehäuse gebildet sein. Folglich
können
die Anzahl an Teilen und die Anzahl an Montageschritten des Motors
weiter reduziert werden.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung hat die Drehwelle ein zweites Ende
(in Axialrichtung) gegenüber
dem ersten Ende. Die erste Endabdeckung stützt drehbar das zweite Ende
der Drehwelle ab.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung ist das Axiallager auf der zweiten
Endabdeckung montiert.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung enthält der Motor ferner eine elektrische
Steuerschaltung, die mit den Spulen elektrisch verbunden ist, um die
Lieferung von Strom an die Spulen zu steuern. Die elektrische Steuerschaltung
ist innerhalb eines im Wesentlichen geschlossenen Raums angeordnet, der
in der ersten Endabdeckung gebildet ist. Der im Wesentlichen geschlossene
Raum verhindert zuverlässig
einen möglichen
Kurzschluss oder einen Verlust der elektrischen Verbindung.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung werden Pumpen gelehrt, die einen Motorabschnitt und
einen Pumpenabschnitt haben. Der Motor gemäß den oben genannten verschiedenen
Aspekten kann der Motorabschnitt sein. Das Gehäuse des Motorabschnitts kann
auch als Gehäuse
des Pumpenabschnitts dienen. Die Pumpen können Flüssigkeiten, beispielsweise
Wasser, Öle
und Kraftstoffe pumpen. Beispielsweise können die Pumpen Kraftstoffpumpen
sein zum Pumpen von Kraftstoff in einem Kraftstofftank eines Autos,
um den Kraftstoff an einen Verbrennungsmotor des Autos zu liefern.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende
detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und den
beigefügten
Zeichnungen besser verstanden. Es zeigen:
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1 eine
vertikale Querschnittsansicht einer Kraftstoffpumpe gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine
vertikale Querschnittsansicht einer Kraftstoffpumpe gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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3 eine
vertikale Querschnittsansicht einer Kraftstoffpumpe gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel;
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4 eine
vertikale Querschnittsansicht eines Stators gemäß 3 mit einem
integralen Gehäuseelement,
wie durch gestrichelte Linien gezeigt; und
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5 eine
vertikale Querschnittsansicht einer Kraftstoffpumpe gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel.
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Jedes
der weiteren Merkmale und Lehren, die im Vorangegangenen offenbart
sind und im Folgenden offenbart werden, können getrennt voneinander oder
in Verbindung mit anderen Merkmalen und Lehren verwendet werden,
um verbesserte Motoren und Pumpen zu schaffen, um die Anzahl an
Teilen und die Anzahl an Montageschritten zu reduzieren. Repräsentative
Beispiele der Erfindung, welche Beispiele viele dieser zusätzlichen
Merkmale und Lehren sowohl separat als auch in Verbindung miteinander
aufweisen, werden jetzt im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Diese detaillierte Beschreibung dient lediglich dazu
einen Fachmann auf diesem Gebiet weitere Einzelheiten zu lehren,
um bevorzugte Aspekte der vorliegenden Lehren in der Praxis umzusetzen, und
dient nicht zur Beschränkung
des Schutzbereichs der Erfindung. Nur die Ansprüche definieren den Schutzbereich
der beanspruchten Erfindung. Folglich können Kombinationen der Merkmale
und der Schritte, die in der folgenden detaillierten Beschreibung
offenbart sind, nicht notwendig sein zur praktischen Realisierung
der Erfindung in ihrem breitesten Sinn, und dienen lediglich dazu,
bestimmte beschriebene repräsentative
Ausführungsbeispiele
der Erfindung zu lehren. Darüber
hinaus können
verschiedene Merkmale der repräsentativen
Ausführungsbeispiele
unter der unabhängigen
Ansprüche
in einer Weise kombiniert werden, die nicht speziell genannt ist,
um weitere nützliche
Ausführungsformen der
vorliegenden Lehren zu schaffen.
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Verschiedene
repräsentative
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden jetzt unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Wie
in 1 gezeigt, ist eine Kraftstoffpumpe 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
in einem Auto (nicht gezeigt) montierbar und hat einen bürstenlosen
DC Motor als Motorabschnitt 10. Wie in der vertikalen Querschnittsansicht
in 1 gezeigt, enthält die Kraftstoffpumpe 1 einen
Pumpenabschnitt 50 zusätzlich
zu dem Motorabschnitt 10. Der Pumpenabschnitt 50 ist
auf der unteren Seite des Motorabschnitts 10 angeordnet.
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Der
Motorabschnitt 10 wird jetzt beschrieben. Der Motorabschnitt 10 enthält im Allgemeinen ein
Gehäuse 11,
einen Rotor 20, der drehbar in dem Gehäuse 11 abgestützt ist,
und einen Stator 30, der fest in dem Gehäuse 11 montiert
ist. Das Gehäuse 11 hat
eine im Wesentlichen zylindrische Gehäuseröhre 13, eine obere
Endabdeckung 15, die an dem oberen Ende der Gehäuseröhre 13 montiert
ist, und ein Pumpengehäuse 51 und
eine Pumpenabdeckung 53, die an dem unteren Ende der Gehäuseröhre 13 montiert sind.
Eine axiale Abstützungsöffnung 16 ist
in einer Innenwand der oberen Endabdeckung 15 gebildet (die
untere Wand in 1) und erstreckt sich im Wesentlichen
entlang der zentralen Achse der Gehäuseröhre 13. Ein im Wesentlichen
zylindrischer Ausgabeanschluss 17 ist in der oberen Endabdeckung 15 definiert,
um zwischen dem Inneren und dem Äußeren der
oberen Endabdeckung 15 eine Verbindung zu erlauben. Der
Ausgabeanschluss 17 erstreckt sich parallel zu der zentralen
Achse der Gehäuseröhre 13,
ist jedoch von dieser mit einem kleinen Abstand versetzt.
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Der
Rotor 20 hat eine Rotorwelle 21, ein Paar von
oberen und unteren Halterungen 23, die auf die Rotorwelle 21 pressgepasst
sind, ein zylindrisches Joch 25, das auf die Halterungen 23 pressgepasst
ist, und einen Permanentmagneten 27; der mit der äußeren Peripherie
des Jochs 25 mittels eines Klebers aus Harz gebondet ist.
Die Halterungen 23 können
aus rostfreiem Stahl sein. Das Joch 25 ist ebenfalls aus
rostfreiem Stahl, kann jedoch elektrisch magnetisiert sein. Der
Permanentmagnet 27 liegt dem Stator 30 über eine
vorbestimmte Lücke
gegenüber.
Der Permanentmagnet 27 hat vier Magnetpole, die in Umfangsrichtung
angeordnet sind.
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Das
Pumpengehäuse 51 stützt drehbar
den unteren Bereich der Rotorwelle 21 über ein Lager 28 ab.
Andererseits stützt
die axiale Abstützungsöffnung 16 drehbar
das obere Ende der Rotorwelle 21 über ein Lager 29 ab.
Die Rotorwelle 21 hat ein unteres Ende 21a, das
sich weiter nach unten jenseits des Lagers 28 erstreckt.
Das untere Ende 21a hat einen im Wesentlichen D-förmigen Querschnittsabschnitt und
ist in eine entsprechende D-förmige
Ausnehmung 59a eingeführt,
die in einem Flügelrad 59 gebildet
ist. Zusätzlich
hat das untere Ende 21 eine sphärische untere Endoberfläche 21b,
die die obere Fläche
eines Axiallagers 57 kontaktiert. Das Axiallager 57 ist
in der Pumpenabdeckung 53 montiert.
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Der
obere und der untere Halter 23 haben jeweils entsprechende
Flanschbereiche 23a. Der Flanschbereich 23a des
oberen Halters 23 kann an das obere Ende des Jochs 25 und
das obere Ende des Magneten 27 mittels eines Klebers aus
Harz gebondet sein. Ähnlich
kann der Flanschbereich 23a der unteren Halterung 23 an
das untere Ende des Jochs 25 und das untere Ende des Magneten 27 mittels
eines Klebers aus Harz gebondet sein.
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Der
Stator 30 hat einen Statorkern 31, einen Halter 32 aus
Harz und dient zum Halten des Statorkerns 31, und eine
Statorspule 33, die um den Statorkern 31 gewickelt
ist. Der Stator 30 passt eng in die Gehäuseröhre 13. Ein Anschlussende 33a der
Statorspule 33 ist elektrisch mit einem unteren Ende eines
Anschlusses 35 mittels Schmelzschweißen oder dergleichen verbunden.
Das obere Ende des Anschlusses 35 wird in eine Anschlussaufnahmeöffnung 15a eingeführt, die
in der oberen Endabdeckung 15 gebildet ist, um sich in
eine Ausnehmung 18 zu erstrecken. Die Ausnehmung 18 ist
in der oberen Endabdeckung 15 zum Aufnehmen einer Steuerschaltung 40 gebildet.
Das obere Ende des Anschlusses 35 wird dann elektrisch
mit einer Verbindungsleiterplatte 38 verbunden, die ebenfalls
in der Ausnehmung 18 gebildet ist. Die Verbindungsleiterplatte 38 ist
in der Ausnehmung 18 mittels einer geeigneten Abstützung (nicht
gezeigt) abgestützt.
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Die
Ausnehmung 18 ist als eine Ausnehmung mit Boden konfiguriert
und an der oberen externen Oberfläche der oberen Endabdeckung 15 offen. Die
Steuerschaltung 40 ist ebenfalls in der Ausnehmung 18 über eine
geeignete Abstützung
(nicht gezeigt) abgestützt
und dient zur Steuerung der Lieferung von Strom an die Statorspule 33 des
Stators 30. Die Steuerschaltung 40 enthält eine
spulenseitige Leiterplatte 41, die einen Verbindungsanschluss 42 aufweist,
und eine abdeckungsseitige Leiterplatte 43, die einen Eingangsanschluss 44 aufweist.
Ein Ende (das untere Ende in 1) des Verbindungsanschlusses 42 ist
mit der Verbindungsleiterplatte 38 verbunden. Ein Ende
(das obere Ende, in 1) des Eingangsanschlusses 44 erstreckt
sich von dem offenen oberen Ende der Ausnehmung 18 zu dem Äußeren der
Kraftstoffpumpe 1 über
eine Hilfsabdeckung 46, die das offene obere Ende der Ausnehmung 18 schließt. Obwohl
nicht in den Zeichnungen dargestellt, kann die Steuerschaltung 40 Leistungs-MOS-FETs
und eine Antriebsschaltung enthalten. Die MOS-FETs erlauben und
unterbrechen die Lieferung von Strom an einen U-Phasenbereich, einen
V-Phasenbereich und einen W-Phasenbereich der Statorspule 33.
Die Treiberschaltung dient zum Steuern des Betriebs der MOS-FETs.
Speziell aktiviert die Treiberschaltung in vorbestimmten Überlappungsumkehrzeitperioden
die MOS-FETs, um
die jeweiligen Phasenbereiche der Statorspule 33 zu erregen.
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Die
Hilfsabdeckung 46 ist an der oberen Endabdeckung 15 mittels
eines geeigneten Anbringungsmittels angebracht, beispielsweise durch
Kleben, Wärmecrimpen
oder mechanisches Befestigen durch Schrauben oder andere Befestigungsvorrichtungen
(nicht gezeigt), so dass das offene obere Ende der Ausnehmung 18 dicht
verschlossen wird. Eine Anschlusseinführungsöffnung 46a ist in
der Hilfsabdeckung 46 gebildet, so dass das obere Ende (wie
in 1 gezeigt) des Eingangsanschlusses 44 der
Steuerschaltung 40 sich nach außerhalb der Pumpe 1 durch
die Anschlusseinführungsöffnung 46a erstreckt.
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Die
obere Endabdeckung 15 ist in die Gehäuseröhre 13 über ein
offenes oberes Ende 13b presseingepasst, wodurch verhindert
wird, dass sich die obere Endabdeckung 15 relativ zu der
Gehäuseröhre 13 dreht.
Das offene obere Ende 13b der Gehäuseröhre 13 wird dann erwärmt und
nach innen gegen das untere Ende der oberen Endabdeckung 15 gefalzt.
Als Ergebnis wird zuverlässig
verhindert, dass die obere Endabdeckung 15 sich relativ
zu der Gehäuseröhre 13 bewegt
und die obere Endabdeckung 15 verschließt dicht die obere Öffnung der
Gehäuseröhre 13.
Darüber
hinaus passt ein ringförmiger
oberer Abstandshalter 19 in die Gehäuseröhre 13, um zwischen
gegenüberliegenden
Bereichen der oberen Endabdeckung 15 und dem Halter 32 des Stators 30 angeordnet
zu sein.
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Wie
in 1 gezeigt, ist der Permanentmagnet 27 vom
Stator 30 mit einem vorbestimmten Abstand in Axialrichtung
von dem Pumpenabschnitt 50 weg angeordnet. In dem Bereich
des Stators 30 und des Magneten 27, wo der Magnetfluss
eintritt oder austritt, wird eine magnetische Kraft erzeugt, um
das Ungleichgewicht des resultierenden Magnetflusses auszugleichen.
Eine derartige magnetische Kraft kann den Rotor 20 in Axialrichtung
zum Pumpenabschnitt 50 bewegen (die Richtung nach unten
in 1). Folglich kann die sphärische Endoberfläche 21b der
Rotorwelle 21 des Rotors 20 gegen das Axiallager 57 gedrückt werden.
Als Ergebnis kann ein Wobbeln während
der Rotation verhindert oder minimiert werden. Mit anderen Worten,
der Rotor 20 und das Flügelrad 59 können stabil
und gleichmäßig drehen.
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Die
Größe der Magnetkraft,
die den Rotor 20 mit Kraft beaufschlagt, kann durch Änderung
des Abstandes der Versetzung zwischen dem Stator 30 und dem
Permanentmagneten 27 eingestellt werden. Alternativ kann
die Größe der magnetischen
Kraft auch durch Änderung
der Länge
des Stators 30 oder der Länge des Permanentmagneten 27 relativ
zueinander eingestellt werden. Eine Vergrößerung des Abstandes, so dass
das obere Ende des Permanentmagneten 27 sich jenseits des
oberen Endes des Stators 30 erstreckt, kann beispielsweise
die Größe der magnetischen
Kraft erhöhen.
Der Versetzungsabstand zwischen dem Permanentmagneten 27 und dem
Stator 30 und der Abstand, mit dem sich der Permanentmagnet 27 jenseits
des Stators 30 erstreckt, muss jedoch derart gewählt werden,
dass die Erzeugung der notwendigen Drehkraft für den Rotor 20 sichergestellt
ist.
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Der
Pumpenabschnitt 50 wird jetzt beschrieben. Wie in 1 gezeigt,
hat der Pumpenabschnitt 50 ein Pumpengehäuse 51 (direkt
unterhalb des Bodens des Motorabschnitts 10 angeordnet),
eine Pumpenabdeckung 53 und ein Flügelrad 59. Das Pumpengehäuse 51 ist
in die Gehäuseröhre 13 über ein unteres
offenes Ende 13a presseingepasst, wobei das Pumpengehäuse 51 davor
bewahrt wird, relativ zu der Gehäuseröhre 13 zu
drehen. Nach dem Einpassen des Pumpengehäuses 51 wird auch
die Pumpenabdeckung 53 auch in die Gehäuseröhre 13 über das
untere offene Ende 13a presseingepasst, während die
Pumpenabdeckung 53 vor einer Drehung relativ zu der Gehäuseröhre 13 bewahrt
wird. Eine Pumpenkammer 56 ist zwischen dem Pumpengehäuse 51 und
der Pumpenabdeckung 53 definiert. Nachdem die Pumpenabdeckung 53 in
die Gehäuseröhre 13 eingepasst
worden ist, wird das untere offene Ende 13a erwärmt und
nach innen gefalzt, so dass die Pumpenabdeckung 53 gegen
das Pumpengehäuse 51 gepresst
gehalten wird. Das Crimpen kann auch verhindern, dass das Pumpengehäuse 51 und
die Pumpenabdeckung 53 von der Gehäuseröhre 13 versehentlich
entfernt werden. Darüber
hinaus kann die Pumpenkammer abgedichtet werden, um eine ungewollte
Verbindung mit der äußeren Umgebung
der Pumpe 1 zu verhindern.
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Ein
Sauganschluss 54 ist in der Pumpenabdeckung 53 definiert
und mit der Ausgabeseite der Pumpenkammer 56 in Verbindung.
Ein Ausgabeanschluss 52 ist in dem Pumpengehäuse 51 definiert und
mit der Ausgabeseite der Pumpenkammer 56 in Verbindung.
Das Pumpengehäuse 51 dient
auch als untere Endabdeckung des Motorabschnitts 10. Ein im
Wesentlichen ringförmiger
unterer Abstandshalter 39 ist in die Gehäuseröhre 13 eingepasst,
um zwischen gegenüberliegenden
Bereichen des Pumpengehäuses 51 und
des Halters 32 des Stators 30 angeordnet zu sein.
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Wie
oben beschrieben, trägt
das Pumpengehäuse 51 das
untere Ende der Rotorwelle 21 des Rotors 20 über das
Lager 28 drehbar. Das Flügelrad 59 ist zwischen
dem Pumpengehäuse 51 und
der Pumpenabdeckung 53 angeordnet. Eine D-förmige Ausnehmung 59a ist
in einem zentralen Bereich des Flügelrads 59 gebildet.
Das untere Ende 21a der Rotorwelle 21, das einen
entsprechenden T-förmigen Querschnittsabschnitt
aufweist, greift in die D-förmige
Ausnehmung 29a, so dass das Flügelrad 59 zusammen
mit der Rotorwelle 21 dreht (rotiert). Das Axiallager 57 ist
in eine Axialöffnung
presseingepasst, die in einer Innenwand (die obere Wand in 1)
der Pumpenabdeckung 53 gebildet ist. Wie bereits oben beschrieben,
kontaktiert die sphärische Endoberfläche 21b der
Rotorwelle 21 die obere Fläche des Axiallagers 57.
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Der
Betrieb der Kraftstoffpumpe 1 wird beschrieben. In der
praktischen Anwendung der Kraftstoffpumpe 1 gemäß der Erfindung,
obwohl nicht in den Zeichnungen dargestellt, kann ein Filter mit
dem Sauganschluss 34 verbunden sein und eine Kraftstofflieferleitung
kann mit dem Ausgabeanschluss 17 verbunden sein. Eine praktische
Anwendung der Kraftstoffpumpe 1 kann das Liefern von Kraftstoff
an eine Kraftstoffeinspritzvonichtung eines Autos sein. Die gesamte
Kraftstoffpumpe 1 kann in einem Kraftstofftank durch eine
geeignete Haltevorrichtung abgestützt (gehalten) werden, vorzugsweise
durch Stege oder andere Typen mechanischer oder chemischer (beispielsweise
haftende) Haltevorrichtungen.
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Wenn
Energie an den Eingangsanschluss 44 der Steuerschaltung 40 geliefert
wird, arbeitet der Treiberbereich der Steuerschaltung 40 darauf
hin, um die MOS-FETs mit vorbestimmter Überlappungszeit zu aktivieren,
so dass jeweilige Phasenbereiche der Statorspule 33. entsprechend
erregt werden. Der Rotor 20 kann als Ergebnis dieses Dreiphasenhalbwellenantriebs
drehen. Wenn der Rotor 20 dreht, dreht ebenfalls das Flügelrad 59,
so dass der Kraftstoff aus dem Inneren des Kraftstofftanks in die Pumpkammer 56 über den
Sauganschluss 54 angesaugt wird. Der Kraftstoff kann dann
von der Ausgabeseite der Pumpenkammer 56 in das Gehäuse 11 über den
Ausgabeanschluss 52 des Pumpengehäuses 51 ausgegeben
werden. Der in das Gehäuse 11 ausgegebene
Kraftstoff kann durch die Lücke
zwischen dem Stator 30 und dem Rotor 20 fließen und letztendlich
nach außen über den
Ausgabeanschluss 17 der oberen Endabdeckung 15 ausgegeben
werden.
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Entsprechend
der Kraftstoffpumpe 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
ist der Motorabschnitt 10 als bürstenloser Motor aufgebaut,
der in der Kraftstoffpumpe 1 montiert ist. Wie oben beschrieben,
wird in dem Bereich des Stators 30 und des Magneten 27,
wo der Magnetfluss ein- oder austritt, eine magnetische Kraft erzeugt,
so dass der Rotor 20 mit Kraft beaufschlagt wird, um die
sphärische Endoberfläche 21b der
Rotorwelle 21 gegen das Axiallager 57 zu drücken. Dieser
Aufbau benötigt
keine separate Feder, die bei einem herkömmlichen bürstenlosen Motor erforderlich
ist, um den Rotor 20 gegen das Axiallager 57 vorzuspannen.
Folglich können
die Anzahl an Teilen und die Anzahl an Montageschritten des Motors
reduziert werden. Als Ergebnis kann der Motorabschnitt kleiner ausgebildet
werden und die Montage des Motorabschnitts kann wirkungsvoller durchgeführt werden.
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Da
eine separate Feder zum Vorspannen des Rotors 20 in Richtung
Axiallager 57 nicht erforderlich ist, kann darüber hinaus
der mögliche
Drehmomentverlust aufgrund des Kontakts der Feder mit der Rotorwelle 21 ebenfalls
beseitigt werden. Da keine Feder um die Rotorwelle 21 herum angeordnet
ist; ist folglich kein Platz für
eine derartige Feder erforderlich. Somit kann der Motorabschnitt 10 verkleinert werden.
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Unter
Bezugnahme auf die 2 bis 5 wird ein
zweites bis viertes Ausführungsbeispiel
beschrieben. Das zweite bis vierte Ausführungsbeispiel zeigt jeweils
Modifikationen des ersten Ausführungsbeispiels.
Folglich werden in den 2 bis 5 ähnliche
Elemente mit gleichen Bezugsziffern versehen, wie in 1,
und eine Erklärung
dieser Elemente wird nicht wiederholt.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf 2 ein zweites
Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur
dadurch, dass die Verbindungsleiterplatte 38 in dem Gehäuse 11 ausgebildet
ist. Folglich ist die Verbindungsleiterplatte 38 mit dem
Anschluss 35 an einer Stelle innerhalb des Gehäuses 11 verbunden.
In diesem Fall erstreckt sich der Verbindungsanschluss 42 der
spulenseitigen Leiterplatte 41 durch die Anschlussöffnung 15a,
die in der oberen Endabdeckung 15 gebildet ist, so dass
sie elektrisch mit der Verbindungsleiterplatte 38 verbunden
ist. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel
können
im Wesentlichen der gleiche Betrieb und die gleichen Vorteile erzielt
werden, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird jetzt ein drittes Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von dem ersten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass die Gehäuseröhre 13 und
die obere Endabdeckung 15 des Gehäuses 11 integriert
miteinander in einem integralen Gehäuseelement 12 durch
einen Harzformprozess geformt sind. Darüber hinaus sind der obere Abstandshalter 19 und
der untere Abstandshalter 39 integriert mit dem Gehäuseelement 12 geformt.
Der Stator 30, der das Anschlussende 33a der Statorspule 33 enthält, die
mit dem Anschluss 35 verbunden ist, ist mit der Gehäuseröhre 13 integriert
ausgebildet, also mit dem Gehäuseelement 12,
indem ein Spritzgussverfahren verwendet wird. Beispielsweise kann
der Stator 30 in eine Ausnehmung der Form, die zum Formen
des Gehäuseelements 12 verwendet
wird, eingesetzt werden. Ein Harzmaterial kann dann in die Ausnehmung
eingespritzt werden, wodurch der Stator 30 mit dem Gehäuseelement 12 integriert
wird. 4 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des
Stators 30 vor dem Formprozess. Die gestrichelten Linien
geben an, wo das Gehäuseelement 12 geformt
werden wird. Dieses Ausführungsbeispiel
kann eine Reduzierung der Anzahl an Teilen des Motorabschnitts 10 sowie
eine Reduzierung der Anzahl der Montageschritte für den Motorabschnitt 10 zur
Folge haben.
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Zusätzlich zu
den gleichen Vorteilen, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, können ferner
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
die Anzahl an Teilen des Motorabschnitts 10 und die Anzahl
an Montageschritten für
den Motorabschnitt 10 weiter reduziert werden. Der Motorabschnitt 10 kann
weiter verkleinert werden. Es ist folglich nicht notwendig, die Gehäuseröhre 13 und
die obere Endabdeckung 15 separat herzustellen, da der
Stator 30 integriert mit dem integralen Gehäuseelement 12 geformt
wird, welches die Gehäuseröhre 13 und
die obere Endabdeckung 15 enthält. Folglich kann der Montageschritt des
Pressens der oberen Endabdeckung 15 in die Gehäuseröhre 13 wegfallen.
Da der Stator 30, der die Statorspule 33 aufweist,
die um den Statorkern 31 gewickelt ist, mit dem integralen
Gehäuseelement 12 durch
ein Spritzgussverfahren geformt wird, kann darüber hinaus der Montageschritt
des engen Einpassens des Stators 30 in die Gehäuseröhre 13 wegfallen.
Als Ergebnis können
die Schritte, die beim ersten Ausführungsbeispiel erforderlich
sind, um die obere Endabdeckung 15 und den Stator 30 in
die Gehäuseröhre 13 einzubauen,
wegfallen.
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Die
Kraftstoffpumpe 1, die mit dem oben beschriebenen Motorabschnitt 10 montiert
wird, kann die gleichen Vorteile haben, in Verbindung mit dem Motorabschnitt 10.
Gemäß der Kraftstoffpumpe 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
sind darüber
hinaus die Statorspule 33 des Stators 30, der
Anschluss 35 und die Steuerschaltung 40 derart
angeordnet, dass sie nicht dem Kraftstoff ausgesetzt sind. Folglich
können
mögliche
Fehler, wie beispielsweise ein Kurzschluss und ein Brechen der elektrischen
Verbindungen verhindert werden, was aufgrund einer elektrischen
Korrosion dieser Teile verursacht werden kann.
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Da
das Gehäuseelement 12 mit
Harz geformt wird, hat es Vorteile bezüglich einer leichten Konstruktion
und weniger Lärm.
Ferner kann die Ausnehmung 18 zum Aufnehmen der Steuerschaltung 40 (die
zur Steuerung der Energielieferung an die Statorspule 33 verwendet
wird) gleichzeitig mit dem Formprozess für das integrale. Gehäuseelement 12 gebildet
werden.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird jetzt ein viertes Ausführungsbeispiel
beschrieben. Das vierte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass
der Motorabschnitt 10 als Motor mit Bürste aufgebaut ist. Mit anderen
Worten, der Motorabschnitt 10 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel
ist ein DC Motor. Wie in 5 gezeigt, ersetzt in diesem
Ausführungsbeispiel ein
Anker 60 den Rotor 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Anker 60 ist drehbar in dem Gehäuse 11 abgestützt. Eine
vorbestimmte Anzahl an Permanentmagneten 70 ist an der
Innenwand des Gehäuses 11 angebracht
und mit einer vorbestimmten Lücke
zu einem Ankerkern 62 des Ankers 60 radial beabstandet.
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Der
Anker 60 enthält
eine Ankerwelle 61 und einen Kommutator 64 zusätzlich zu
dem Ankerkern 62. Spulen (nicht gezeigt) sind um den Ankerkern 62 gewickelt.
In gleicher Weise, wie die Rotorwelle 21 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
trägt das Pumpengehäuse 51 drehbar
den unteren Bereich der Ankerwelle 61 über das Lager 28.
Umgekehrt trägt
die axiale Abstützöffnung 16 der
oberen Endabdeckung 15 drehbar das obere Ende der Ankerwelle über das
Lager 29. Zusätzlich
hat die Ankerwelle 61 ein unteres Ende 61a, das
konfiguriert ist, um einen im Wesentlichen D-förmigen Querschnitt aufzuweisen, ähnlich zu
dem unteren Ende 21a der Rotorwelle 21 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Das untere Ende 61a der Ankerwelle 61 wird in
eine entsprechende D-förmige
Ausnehmung 59a des Flügelrads 59 eingeführt. Ferner
hat das untere Ende 61a eine sphärische untere Endfläche 61b ähnlich zu
der sphärischen
unteren Endfläche 61b der
Rotorwelle 61 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Die untere Endfläche 61b der
Ankerwelle 61 kontaktiert die obere Fläche des Axiallagers 57,
das an der Pumpenabdeckung 53 montiert ist.
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Eine
Bürste 65 und
eine Feder 66 sind in der oberen Endabdeckung 15 montiert.
Die Bürste 65 kontaktiert
gleitend den Kommutator 64 des Ankers 60 und bildet
zwischen diesen eine elektrische Verbindung. Die Feder 66 dient
zum Vorspannen der Bürste;
um einen Bürstendruck
gegen den Kommutator 64 zu haben. Ein Ende einer Drosselspule 67 ist elektrisch
mit der Bürste 65 verbunden.
Das andere Ende der Drosselspule 67 ist mit einem Anschluss zur
weiteren Verbindung mit einer externen Schaltung (nicht gezeigt)
verbunden. Ein Klappenventil 72 ist in den Ausgabeanschluss 17 der
oberen Endabdeckung 15 eingepasst. Die Ausnehmung 18 der oberen
Endabdeckung 15, die Steuerschaltung 40, die in
der Ausnehmung 18 aufgenommen ist, der obere Abstandshalter 19,
der untere Abstandshalter 39 und die Hilfsabdeckung 46 sind
in dem vierten Ausführungsbeispiel
weggelassen.
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Wie
in 5 gezeigt, ist der Ankerkern 62 des Ankers 60 von
den Permanentmagneten 70 mit einem vorbestimmten Abstand
in Axialrichtung von dem Pumpenabschnitt 50 weg beabstandet.
In dem Bereich des Ankerkerns 62 und der Permanentmagneten 70,
wo der Magnetfluss ein- oder
austritt, wird folglich eine magnetische Kraft erzeugt, um das Ungleichgewicht
des resultierenden Magnetflusses auszugleichen. Eine derartige magnetische
Kraft kann den Anker 60 mit Kraft beaufschlagen, um in
Richtung Pumpenabschnitt 50 bewegt zu werden (nach unten
in 5). Die sphärische
Endfläche 61b der Ankerwelle 61 des
Ankers 60 kann folglich gegen das Axiallager 57 gedrückt werden.
Als Ergebnis kann ein Wobbeln des Ankers 60 während der
Rotation oder des Betriebs des Motors minimiert oder verhindert werden.
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Gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
ist es nicht notwendig, eine separate Feder vorzusehen, um den Anker 60 in
Richtung Axiallager 57 vorzuspannen. Als Ergebnis können die
Anzahl an Teilen des Motors und die Anzahl an Montageschritten des Motors
reduziert, der Motorabschnitt verkleinert und die Montage des Motorabschnitts
effizienter durchgeführt
werden.
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(Mögliche alternative Anordnungen
der ersten bis vierten Ausführungsbeispiele)
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern
kann in vielerlei Weise modifiziert werden. Beispielsweise, obwohl
der Motorabschnitt 10 der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
ausgelegt ist, um einen Pumpenabschnitt 50 einer Kraftstoffpumpe 1 anzutreiben,
kann der Motorabschnitt 10 verwendet werden als Antriebsvorrichtung
für einen
anderen Mechanismus. Obwohl das integrale Gehäuseelement 12 aus
Harz gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel geformt
wird, kann anstelle von Harz ein anderes formbares Material verwendet
werden, um das integrale Gehäuseelement 12 zu
formen. Darüber
hinaus kann die Ausnehmung 18 der oberen Endabdeckung 15 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
weggelassen werden, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel. Ferner, obwohl
der Pumpenabschnitt 50 ausgelegt ist, um Kraftstoff zu
pumpen gemäß den oben beschriebenen
Ausführungsbeispielen,
kann der Pumpenabschnitt 50 verwendet werden zum Pumpen
einer anderen Flüssigkeit
anstelle von Kraftstoff, beispielsweise Wasser. Obwohl der Pumpenabschnitt 50 als
Flügelradpumpe
aufgebaut ist, die bekannt ist als eine Westco-Pumpe oder eine regenerative Pumpe,
kann der Pumpenabschnitt, 50 durch einen anderen Pumpentyp
ersetzt werden.
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Es
wird ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass sämtliche
in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarte Merkmale separat
und unabhängig
voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung
sowie zum Zweck der Beschränkung der
beanspruchten Erfindung unabhängig
von der Zusammenstellung der Merkmale in den Ausführungsbeispielen
und/oder den Ansprüchen
offenbart sind. Es wird ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass sämtliche
Wertbereiche oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen
Zwischenwert oder Zwischeneinheit zum Zweck der ursprünglichen
Offenbarung sowie zum Zweck der Beschränkung der beanspruchten Erfindung
umfassen, insbesondere die Grenzwerte der Wertebereiche.