DE102013104826A1

DE102013104826A1 - Motor und Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE102013104826A1
Application number: DE102013104826A
Authority: DE
Inventors: Yiu Chung Wu; Chi Hang To; Ping Wo POON
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric SA
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-11-21
Also published as: BR102013011986A2; CN103427529A; CN203554130U; US20130309109A1

Abstract

Ein Motor hat einen Stator und einen in dem Stator angeordneten Rotor. Der Stator hat ein Gehäuse und eine Mehrzahl von Magneten, die an einer Innenfläche des Gehäuses befestigt sind. Der Rotor hat eine Welle mit einem Rotorkern und einem Kommutator. Wicklungen sind um den Rotorkern herumgeführt und enden an dem Kommutator. Der Rotorkern hat eine Mehrzahl von sich nach außen erstreckenden Zähnen, um die Wicklungen herumgeführt sind. Radial äußere Flächen der Zähne sind mit einem Zn-Al-Film beschichtet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein einen Elektromotor und insbesondere einen Elektromotor mit hoher Korrosionsbeständigkeit, der in einer Kraftstoffpumpe verwendet wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kraftstoffpumpen werden in Fahrzeugen verwendet, um flüssigen Kraftstoff – normalerweise Benzin oder Diesel – von einem Kraftstofftank zu einer Brennkraftmaschine zu befördern. Die Pumpe hat ein Pumpenrad, das durch einen Motor angetrieben wird. Wenn die Pumpe arbeitet, fließt Kraftstoff durch das Innere des Motors. Aufgrund der korrosiven Arbeitsumgebung der Kraftstoffpumpe müssen Metalloberflächen des Motors zur Verhinderung einer Korrosion mit einer Schutzschicht versehen werden, was üblicherweise durch Elektroplattieren der Metalloberfläche mit einem Zinnfilm geschieht. Das Elektroplattierverfahren ist jedoch kein umweltfreundliches Verfahren. Hinzukommt, dass der Verzinnungsfilm dem Salzsprühtest (ASTM b-117) nur bis zu 46 Stunden standhalten kann und damit den Anforderungen nicht gerecht wird, wenn der Motor mit Kraftstoffen arbeitet, die stärker korrosiv sind.
Aus diesem Grund wird ein Motor für eine Kraftstoffpumpe gewünscht, der über eine höhere Korrosionsbeständigkeit verfügt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Demzufolge wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Motor angegeben, der einen Stator und einen in dem Stator angeordneten Rotor hat. Der Stator hat ein Gehäuse und einen oder mehrere Magnete, die an einer Innenfläche des Gehäuses befestigt sind. Der Rotor hat eine Welle, die einen Rotorkern und einen Kommutator trägt. Wicklungen sind um den Rotorkern herumgeführt und enden an dem Kommutator. Der Rotorkern hat eine Mehrzahl von Zähnen, die sich nach außen erstrecken. Radial äußere Flächen der Zähne sind mit einem Zn-Al-Film beschichtet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Motor angegeben, der einen Stator und einen in dem Stator angeordneten Rotor hat. Der Rotor hat eine Welle, an der ein Rotorkern befestigt ist. Ein oder mehrere Magnete sind an dem Rotorkern befestigt. Der Stator hat ein Gehäuse, einen in das Gehäuse eingepressten Statorkern und Wicklungen, die um den Statorkern herumgeführt sind. Der Stator hat eine Mehrzahl von sich nach innen erstreckenden Zähnen. Radial innere Flächen der Zähne sind mit einem Zn-Al-Film beschichtet.
Vorzugsweise besteht der Zn-Al-Film aus einem Gemisch aus Klebstoff, Zn und Al. Idealerweise ist der Klebstoff ein Reaktionsharz.
Vorzugsweise liegen das Zn und das Al in Flockenform vor.
Vorzugsweise erfolgt der Auftrag des Zn-Al-Films durch ein Tauch-Schleuder-Verfahren und/oder ein Sprühverfahren.
Vorzugsweise hat der Zn-Al-Film eine Dicke in einem Bereich von 5 μm bis 30 μm.
Vorzugsweise hat der Zn-Al-Film eine Dicke in einem Bereich von 8 μm bis 15 μm.
Vorzugsweise ist von der Innenfläche und der Außenfläche des Gehäuses zumindest eine mit einer Zn-Al-Beschichtung versehen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftstoffpumpe angegeben, die ein Pumpenrad und einen Motor umfasst. Der Motor hat einen Rotor und einen den Rotor umschließenden Stator. Der Rotor hat eine Welle, die mechanisch mit dem Pumpenrad verbunden ist. In dem Motor ist ein Weg gebildet, der den Durchfluss von Kraftstoff durch den Motor ermöglicht. Zumindest ein Teil der Metalloberfläche des Motors, der direkt mit dem Kraftstoff in Berührung ist, ist mit einem Zn-Al-Film beschichtet.
Vorzugsweise hat der Rotor ferner einen Rotorkern, der an der Welle befestigt ist, und Wicklungen die um den Rotorkern herumgeführt sind. Der Rotorkern hat eine Mehrzahl von Zähnen, die sich nach außen erstrecken. Der Stator hat ein Gehäuse, das den Rotorkern umschließt, und einen oder mehrere Magnete, die an einer Innenfläche des Gehäuses befestigt sind. Der Weg ist zwischen einer radial äußeren Fläche des Rotors und einer Innenfläche des Gehäuses definiert.
Vorzugsweise hat der Rotor ferner einen Rotorkern, der an der Welle befestigt ist, und eine Mehrzahl von Magneten, die an dem Rotorkern befestigt sind. Der Stator hat ein Gehäuse, einen in das Gehäuse eingepressten Statorkern und Wicklungen, die um den Statorkern herumgeführt sind. Der Statorkern hat eine Mehrzahl von Zähnen, die sich nach innen erstrecken. Der Weg ist zwischen einer Innenfläche des Stators und einer Außenfläche des Rotors definiert.
Vorzugsweise ist in einer radial äußeren Fläche des Ständerkerns mindestens eine Ausnehmung gebildet, die einen weiteren Weg in dem Motor bildet, wobei die Metalloberflächen des Stators, die direkt mit dem Kraftstoff in Berührung sind, mit einem Zn-Al-Film beschichtet sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand von Beispielen erläutert, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
1 ist eine Schnittansicht einer Kraftstoffpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt einen Rotor des Motors, der in der Kraftstoffpumpe von 1 verwendet wird;
3 zeigt einen Rotorkern des Rotors von 2;
4 ist eine metallographische Mikroskopdarstellung eines Bereichs des in 3 gezeigten Rotorkerns;
5 ist eine Schnittansicht einer weiteren Kraftstoffpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
6 zeigt den in der Kraftstoffpumpe von 5 verwendeten Motor.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen. Eine Kraftstoffpumpe 100 hat ein Gehäuse 10, zwei Endkappen 20, die mit den offenen Enden des Gehäuses 10 verbunden sind, ein Pumpenrad 30 und einen Motor für den Antrieb des Pumpenrads 30. Ein Einlass 22 ist in einer Endkappe 20 definiert, und ein Auslass 24 ist in der anderen Endkappe 20 definiert, damit Kraftstoff durch das Gehäuse fließen kann. Das Pumpenrad 30 treibt den Kraftstoff von dem Einlass 22 zu dem Auslass 24.
Der Motor ist ein Bürstenmotor mit einem Stator und einem gewickelten Rotor 40. Der Stator hat eine Gehäuse und eine Mehrzahl von Magneten 50, die an einer Innenfläche des Gehäuses befestigt sind. In dieser Ausführungsform hat das Gehäuse 10 auch die Funktion des Gehäuses des Motors und ist direkt mit den beiden Endkappen verbunden. Ein optionaler Mantel deckt das Gehäuse und zumindest einen Teil der beiden Endkappen ab, um die Endkappen weiter an dem Gehäuse festzulegen, und verbessert die Abdichtung zwischen den Endkappen und dem Gehäuse. Der Rotor 40 wird in dem Stator aufgenommen und kann sich relativ zu dem Stator drehen. Zwischen der äußeren Peripherie des Rotors 40 und einer Innenfläche des Gehäuses 10 oder den Magneten 50 ist ein Weg definiert.
Der Rotor 40 hat eine Welle 41, die einen Rotorkern 42 und einen Kommutator 43 trägt. Der Rotorkern 42 ist mit Wicklungen versehen, die an dem Kommutator 43 enden. Die Welle 41 des Rotors 40 ist durch Lager 45 gestützt, die an den Endkappen 20 montiert sind. Das Pumpenrad 30 ist an einem Ende der Welle 41 derart befestigt, dass sich das Pumpenrad 30 mit der Welle dreht. Durch die Drehung saugt das Pumpenrad 30 über den Einlass 22 Kraftstoff von außen in das Gehäuse. Der Kraftstoff fließt durch den Weg und dann über den Auslass 24 aus dem Gehäuse.
Es wird auf 3 Bezug genommen. Der Rotorkern 42 ist vorzugsweise durch eine Mehrzahl von Stahllamellen gebildet, die aufeinandergeschichtet sind. Der Rotorkern 42 hat einen Kernbereich 47 und eine Mehrzahl von Zähnen 48, die sich von einer Peripherie des Kernbereichs 47 nach außen erstrecken. Jeder Zahn 48 hat einen Hals 481, der sich von dem Kernbereich 47 radial erstreckt, und einen Kopf 482, der sich an ein radial äußeres Ende des Halses 481 anschließt. Der Kopf 482 erstreckt sich auf beiden Seiten des entsprechenden Halses in Umfangsrichtung. Die radial äußere Fläche 482 jedes Kopfes, die der Innenfläche des Gehäuses 10 oder den Magneten 50 gegenüberliegt, bildet eine Polfläche 49 des Rotors.
Der Rotor 40 umfasst auch ein Schutzmaterial 44, das die Wicklungen einkapselt und die Schlitze zwischen den Wicklungen und dem Statorkern 42 füllt. Dadurch werden die Wicklungen in dem aggressiven Kraftstoff durch das Schutzmaterial 44 geschützt. Vorzugsweise ist das Schutzmaterial 44 Kunststoff oder Harz. Für eine gute magnetische Verbindung oder Interaktion mit dem Stator sind die Polflächen 49 des Rotors 40 exponiert. Dadurch ist die Polfläche in dem Weg exponiert und kommt direkt in Berührung mit dem Kraftstoff.
Es wird auf 4 Bezug genommen. Ein Zn-Al-Film 60 ist auf den Polflächen 49 des Rotors 40 aufgebracht, um die Korrosionsbeständigkeit der Polflächen 49 gegenüber dem Kraftstoff zu erhöhen, selbst gegenüber einem hoch korrosiven Kraftstoff. Der Zn-Al-Film 60 umfasst ein Gemisch aus einem Klebstoff, zum Beispiel Reaktionsharze, und Zn und Al. Zn und Al liegen vorzugsweise in Form von Flocken vor. Wahlweise können Zn und Al auch in Partikelform vorliegen. Vorzugsweise hat der Zn-Al-Film 60 eine Dicke in einem Bereich von 5 μm bis 30 μm und idealerweise in einem Bereich von 8 μm bis 15 μm.
Während der Beschichtung mit dem Zn-Al-Film 60 wird ein Gemisch aus Zn, Al und flüssigem Klebstoff auf die Polflächen 49 des Rotors aufgetragen, wozu ein Tauch-Schleuder-Verfahren und/oder ein Sprühverfahren angewendet werden, und anschließend lässt man das Gemisch fest werden. Deshalb reagiert das Gemisch an den Polflächen und bildet eine Klebeverbindung. Der Zn-Al-Film 60 ist umweltfreundlich, da er weder Blei noch Quecksilber, Cadmium und Chrom enthält. Da der Zn-Al-Film 60 durch ein nichtelektrolytisches Verfahren aufgebracht wird, ist eine Wasserstoffversprödung irrelevant.
Der Rotorkern 42 besteht aus Stahl, der ein höheres Potential als entweder Zn oder Al hat, und dadurch bildet der Zn-Al-Film 60 einen kathodischen Schutz für den Rotorkern 42 in dem Kraftstoff. Speziell wenn eine Korrosion auftritt, wird nicht der Rotorkern 42 oxidiert, sondern vielmehr das Al und Zn. Wenn das Al oxidiert wird, entsteht ein dichter Aluminiumoxidfilm, der einen guten Schutz für die Polflächen 49 des Rotors 40 bietet. Zinkoxid, das entsteht, wenn Zn oxidiert wird, bedeckt und füllt die Poren des Aluminiumoxidfilms und verbessert dadurch den Schutz für die Polflächen des Rotors. Der Zn-Al-Film kann dem Salzsprühtests (ASTM B-117) mehr als 480 Stunden standhalten, was wesentlich länger ist als bei einer Verzinnung eines üblichen Motors.
Vorzugsweise sind die Innenflächen und/oder Außenflächen des Gehäuses 10, die direkt mit dem Kraftstoff in Berührung kommen können, ebenfalls mit dem Zn-Al-Film 60 versehen. Eine Korrosion des Gehäuses 10 wird auf diese Weise verhindert.
Eine Kraftstoffpumpe 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform ist in den 5 und 6 gezeigt. Die Kraftstoffpumpe 200 unterscheidet sich von der ersten dadurch, dass der Motor ein bürstenloser Motor ist. Der Motor hat einen gewickelten Stator 70, der in das Gehäuse 10 eingepresst ist, und einen Rotor 80, der in dem Stator 70 drehbar aufgenommen wird. Der Rotor 80 hat eine Welle 82, einen an der Welle 82 befestigten Rotorkern 84 und Permanentmagnete 86, die an dem Rotorkern 84 befestigt sind. Ein Pumpenrad ist an der Welle 82 befestigt. Der Stator 70 hat einen Statorkern 71 und Wicklungen 72, die um den Statorkern 71 herumgeführt sind. Zur Verhinderung von Korrosion sind die Wicklungen 72 in einem Schutzmaterial eingekapselt.
Der Statorkern 71 hat ein ringförmiges Joch, eine Anzahl von gewickelten Zähnen 74 und nichtgewickelten Zähnen 75, die sich von dem Joch 73 nach innen erstrecken. Die Anzahl von nichtgewickelten Zähnen 75 ist gleich der Anzahl von gewickelten Zähnen 74. Die gewickelten Zähne 74 und die nichtgewickelten Zähne 75 sind in Umfangsrichtung des Statorkerns 71 alternierend angeordnet.
Der Statorkern 71 hat eine Außenfläche, die der Innenfläche des Gehäuses 10 entspricht, mit der Ausnahme, dass eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Ausnehmungen 77 in der radial äußeren Fläche des Statorkerns 71 gebildet ist. Die Ausnehmungen 77 bilden primäre Kraftstoffwege 78 zwischen dem Standerkern 71 und dem Gehäuse 10, wodurch der Kraftstoff durch den Motor fließen kann. Zur Verhinderung von Korrosion sind die radial äußeren Flächen des Statorkerns 71 zumindest in Bereichen, die den primären Kraftstoffweg definieren, mit dem Zn-Al-Film 60 beschichtet. Vorzugsweise sind die inneren und äußeren Flächen des Gehäuses 10 mit dem Zn-Al-Film 60 beschichtet.
Ein schmaler Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor bildet einen zusätzlichen Kraftstoffweg in dem Motor. Die Polflächen 76 des Stators 70, d. h. die radial inneren Flächen der Zähne 74, 75, sind ebenfalls mit dem Zn-Al-Film 60 beschichtet, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.
Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
Wenngleich die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM b-117 [0002]
ASTM B-117 [0030]

Claims

Elektromotor, umfassend: einen Stator mit einem Gehäuse (10) und mindestens einem Elektromagnet (50), der an einer Innenfläche des Gehäuses befestigt ist; und einen Rotor (40), der in dem Gehäuse angeordnet ist und eine Welle (82), einen Rotorkern (84), der an der Welle befestigt ist und eine Mehrzahl von sich nach außen erstreckenden Zähnen (48) aufweist, einen an der Welle befestigten Kommutator (43) und Wicklungen, die um den Rotorkern herumgeführt und mit dem Kommutator verbunden sind, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass radial äußere Flächen (49) der Zähne (48) mit einem Zn-Al-Film (60) beschichtet sind.
Elektromotor, umfassend: einen Stator (70) mit einem Gehäuse (10), einem Statorkern (71), der in das Gehäuse eingepresst ist, wobei der Stator eine Mehrzahl von sich nach innen erstreckenden Zähnen (74, 75) aufweist, und Wicklungen (72), die um den Statorkern (71) herumgeführt sind; und einen Rotor (80), der in dem Stator angeordnet ist und eine Welle (82), einen an der Welle befestigten Rotorkern (84) und mindestens einen an dem Rotorkern befestigten Magneten (86) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die radial inneren Flächen (76) der Zähne (74, 75) mit einem Zn-Al-Film (60) beschichtet sind.
Motor nach Anspruch 2, wobei mindestens eine Ausnehmung (77) in einer radial äußeren Fläche des Statorkerns (71) gebildet und mit dem Zn-Al-Film (60) beschichtet ist.
Motor nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Zn-Al-Film (60) ein Gemisch aus Klebstoff, Zn und Al umfasst.
Motor nach Anspruch 4, wobei das Zn und das Al in Flockenform vorliegen.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Zn-Al-Film (60) durch ein Tauch-Schleuder-Verfahren und/oder Sprühverfahren aufgebracht ist.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Zn-Al-Film (60) eine Dicke in einem Bereich von 5 μm bis 30 μm hat.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Zn-Al-Film (60) eine Dicke in einem Bereich von 8 μm bis 15 μm hat.
Kraftstoffpumpe, umfassend ein Pumpenrad (30) und einen Motor, wobei der Motor umfasst: einen Rotor (40, 80) mit einer Welle (41, 82), die mechanisch mit dem Pumpenrad verbunden ist; und einen den Rotor umschließenden Stator; dadurch gekennzeichnet, dass in dem Motor ein Weg (78) gebildet ist, durch welchen Kraftstoff durch den Motor fließen kann, und dass zumindest ein Teil der Metalloberfläche des Motors, der mit dem Kraftstoff direkt in Berührung ist, mit einem Zn-Al-Film (60) beschichtet ist.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 9, wobei der Motor ein Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.