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Der am häufigsten im Automobilbereich verwendete Elektromotor ist der radiale, bürstenlose Gleichstrommotor. Dieser Motortyp wird in einem weiten Produktbereich der Automobilindustrie verwendet, beispielsweise als Aktor für Antriebselemente, Steuereinheiten und Pumpenantriebe für Kühlung und Stellfunktionen. Beispielsweise kann ein radialer, bürstenloser Gleichstrommotor verwendet werden, um eine volumetrische Pumpe (Gerotor-Pumpe) für unterschiedliche Anwendungen (Ölkühlung, hydraulische Stellfunktionen) zu betreiben.
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US 6,995,494 B2 offenbart eine bürstenlose Doppelstator-Axialspalt-Gleichstrommaschine, die mit einem ersten und einem zweiten Stator mit gleichen Polzahlen, einem gegebenen Polbogen und einem gegebenen Schlitzbogen versehen ist. Ein Rotor ist zwischen dem ersten und dem zweiten Stator angeordnet und weist eine Polzahl auf, die größer als die des ersten und des zweiten Stators ist. Das Polzahlverhältnis zwischen jedem Stator und dem Rotor beträgt sechs bis acht. Der zweite Stator hat einen bestimmten Grad an Winkelverschiebung relativ zum ersten Stator, der kleiner ist als 3/4, 1/2 oder 1/4 des Polbogens der Statoren, jedoch nicht kleiner als der Schlitzbogen der Statoren. Wenn der erste und der zweite Stator jeweils eine Polzahl von 18 und der Rotor eine Polzahl von 24 haben, beträgt der Statorpolbogen 20 Grad, der Rotorpolbogen 15 Grad und der vorgegebene Grad der Winkelverschiebung weniger als 20 Grad, 15 Grad, 10 Grad oder 5 Grad.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Pumpenanordnung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Eine erfindungsgemäße Pumpenanordnung umfasst:
- - eine Pumpe mit zumindest einem Pumpenrotor, und
- - einen Elektromotor, umfassend einen Stator und einen Rotor,
wobei der Rotor des Elektromotors mit dem zumindest einen Pumpenrotor integriert ist.
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In einer Ausführungsform ist der Elektromotor als ein axialer Gleichstrommotor ausgebildet, dessen Rotor axial vom Stator angeordnet ist.
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Vorliegend wird anstatt eines radialen, bürstenlosen Gleichstrommotors ein axialer Elektromotor verwendet. Die Nachteile des radialen, bürstenlosen Gleichstrommotors ergeben sich aus seiner hohen Anzahl an Einzelteilen und seinem infolgedessen höheren Fertigungs- und Montageaufwand. Beispielsweise ist beim radialen, bürstenlosen Gleichstrommotor zur Übertragung rotatorischer Bewegungen eine Welle am Rotor vorgesehen, die mittels Lagern in einer eng tolerierten Position gehalten wird, wobei die Lager in besonders vorgesehenen Aufnahmen in einem Gehäuse oder Lagerträger oder Lagerschild gehalten werden.
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Durch den Einsatz eines axialen Elektromotors anstatt eines radialen, bürstenlosen Gleichstrommotors und durch die Integration des Rotors mit dem zumindest einen Pumpenrotor kann eine Welle zwischen dem Rotor des Motors und einem Pumpenrotor entfallen. Infolgedessen entfällt auch eine Lagerung der Welle.
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Durch den Entfall von Lagern wird auch kein Lagerträger oder Lagerschild benötigt. Hierdurch reduziert sich die Anzahl der benötigten Einzelteile und die Pumpenanordnung wird kleiner, einfacher und kostengünstiger.
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In einer Ausführungsform ist die Pumpe als eine Gerotor-Pumpe mit einem äußeren Zahnrad und einem damit kämmenden inneren Zahnrad ausgebildet, wobei das äußere Zahnrad als Pumpenrotor mit dem Rotor des Elektromotors integriert ist.
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In einer Ausführungsform sind im oder am Rotor ein oder mehrere Permanentmagnete angeordnet.
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In einer Ausführungsform ist ein Sensormagnet im oder am inneren Zahnrad angeordnet, wobei ein Sensor zur Detektion eines vom Sensormagneten verursachten magnetischen Flusses zur Ermittlung einer Rotationsposition und Geschwindigkeit des inneren Zahnrads vorgesehen ist.
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In einer Ausführungsform ist ferner ein elektronisches Spannungsversorgungs- und Steuermodul vorgesehen, das zumindest mit dem Stator elektrisch verbunden ist. Weiter kann das elektronische Spannungsversorgungs- und Steuermodul über eine Schnittstelle, beispielsweise einen Steckverbinder, mit einer externen Steuerung und Spannungsversorgung verbunden sein.
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In einer Ausführungsform ist das elektronische Spannungsversorgungs- und Steuermodul ferner mit dem Sensor verbunden.
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In einer Ausführungsform ist der Stator innerhalb eines Gehäuses angeordnet, wobei ein am Gehäuse angeflanschtes Pumpengehäuse vorgesehen ist, in dem die Pumpe angeordnet ist.
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In einer Ausführungsform ist das elektronische Spannungsversorgungs- und Steuermodul in einer Kammer angeordnet, die axial von der Pumpe auf einer dem Stator gegenüberliegenden Seite der Pumpe angeordnet ist.
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In einer Ausführungsform ist das elektronische Spannungsversorgungs- und Steuermodul seitlich von der Pumpe angeordnet.
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Die Pumpenanordnung kann beispielsweise zur Ölkühlung oder für hydraulische Stellfunktionen in einem Fahrzeug verwendet werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine Querschnittsansicht einer Pumpenanordnung,
- 2 eine schematische Ansicht einer Pumpenanordnung, umfassend einen axialen Gleichstrommotor mit einer integrierten Pumpe,
- 3 eine detailliertere schematische Querschnittsansicht des axialen Gleichstrommotors mit der integrierten Pumpe,
- 4 eine schematische Explosionsansicht des axialen Gleichstrommotors mit der integrierten Pumpe,
- 5 eine weitere schematische Explosionsansicht des axialen Gleichstrommotors mit der integrierten Pumpe,
- 6 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Pumpenanordnung, umfassend einen axialen Gleichstrommotor mit einer integrierten Pumpe,
- 7 eine schematische Explosionsansicht des axialen Gleichstrommotors mit der integrierten Pumpe, und
- 8 eine schematische Explosionsansicht des axialen Gleichstrommotors mit der integrierten Pumpe.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Pumpenanordnung 1, umfassend einen radialen, bürstenlosen Gleichstrommotor 2 in einem Gehäuse 3, beispielsweise einem Druckguss-Gehäuse, das beispielsweise auch als Kühlkörper für elektronische Baugruppen verwendet wird. Der Gleichstrommotor 2 umfasst einen innerhalb eines Stators 16 laufenden permanentmagnetischen Rotor 4, der an einer Welle 5 befestigt ist, die eine Pumpe 6, beispielsweise eine Gerotor-Pumpe antreibt. Die Welle 5 ist im Gehäuse 3 mittels zweier Lager 7.1, 7.2 gelagert, beispielsweise eines im Gehäuse 3 mittels Presssitz gehaltenen Lagers 7.1 auf einer Seite und mittels eines in einem Lagerträger 8 gehaltenen Lagers 7.2 auf der anderen Seite. Die Pumpe 6 ist zwischen dem Gehäuse 3 des Gleichstrommotors 2 und einem daran angeflanschten Pumpengehäuse 9 eingeschlossen. Ein elektronisches Spannungsversorgungs- und Steuermodul 10 ist am Gehäuse 3 befestigt und weist einen Steckverbinder 11 für Spannungsversorgung und Kommunikation sowie einen Sensor zur Bestimmung der Rotationsposition und Geschwindigkeit der Welle 5 über einen Sensormagneten 12 auf. Das elektronische Spannungsversorgungs- und Steuermodul 10 ist mit einer Abdeckung 13, beispielsweise aus Blech, abgedeckt. Alle Kontaktstellen zwischen Komponenten, an denen Substanzen zwischen der Umgebung und dem Geräteinneren ausgetauscht werden könnten, sind mit Dichtungen versehen, beispielsweise Nassdichtungen oder O-Ringe.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer Pumpenanordnung 1, umfassend einen axialen Gleichstrommotor 2 mit einer integrierten Pumpe 6. Der Rotor 4 des Gleichstrommotors 2 ist mittels Permanentmagneten 14, die fest mit einem äußeren Zahnrad 15 der als Gerotor-Pumpe ausgebildeten Pumpe 6 verbunden sind, mit dem äußeren Zahnrad 15 integriert. Die Pumpenfunktionalität wird mittels des magnetischen Flusses vom Stator 16 zu den Permanentmagneten 14 im äußeren Zahnrad 15 erzielt, welches ein inneres Zahnrad 17 dreht, um ein Arbeitsfluid zu pumpen. Ein Sensormagnet 12 ist im inneren Zahnrad 17 angeordnet um einen magnetischen Fluss in einem Sensor im elektronischen Spannungsversorgungs-und Steuermodul 10 zur Ermittlung der Rotationsposition und Geschwindigkeit des inneren Zahnrads 17 zu verursachen.
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3 zeigt eine detailliertere schematische Querschnittsansicht des axialen Gleichstrommotors 2 mit der integrierten Pumpe 6. Der Stator 16 ist innerhalb eines Gehäuses 3 angeordnet, das gegen das Pumpengehäuse 9 abgedichtet ist. Der Stator 16 ist durch eine Statorabdeckung 18 abgedeckt und wird vom elektronischen Spannungsversorgungs- und Steuermodul 10 durch einen elektrischen Verbinder 19, beispielsweise einen Drahtverbinder versorgt und gesteuert. Die Pumpe 6 befindet sich im Pumpengehäuse 9, wo sie mit geringem Spiel angeordnet ist, um frei drehen zu können und eine angemessene volumetrische Effizienz zu erzielen. Das äußere Zahnrad 15 der Pumpe 6 stellt gleichzeitig den Rotor 4 dar, dessen Funktionalität durch die darin angeordneten Permanentmagnete 14 gegeben ist.
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Das elektronische Spannungsversorgungs- und Steuermodul 10 ist in einer Kammer 20 angeordnet, die sich zwischen Pumpengehäuse 9 und Abdeckung 13 ergibt. Das elektronische Spannungsversorgungs- und Steuermodul 10 wird von außen über den Steckverbinder 11 mit Spannung versorgt und gesteuert.
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4 ist eine schematische Explosionsansicht des axialen Gleichstrommotors 2 mit der integrierten Pumpe 6. Zwischen der Abdeckung 13 und dem Pumpengehäuse 9 ist ein Dichtring 21 vorgesehen. Weiterhin ist ein Dichtring 21 zwischen dem Pumpengehäuse 9 und dem Gehäuse 3 vorgesehen. Zwei weitere Dichtringe 21 sind zwischen dem Gehäuse 3 und der Statorabdeckung 18 vorgesehen. Die Verbindung der Komponenten kann mittels Schrauben 22 erfolgen.
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5 ist eine weitere schematische Explosionsansicht des axialen Gleichstrommotors 2 mit der integrierten Pumpe 6. Dargestellt sind auch zwei Anschlüsse 23 der Pumpe 6 am Gehäuse 3, die als Einlass und Auslass dienen können. Ferner ist die Pumpenanordnung 1 in montiertem Zustand in perspektivischer Ansicht dargestellt.
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6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Pumpenanordnung 1, umfassend einen axialen Gleichstrommotor 2 mit einer integrierten Pumpe 6. Die Ausführungsform stimmt weitgehend mit den in den 2 bis 5 gezeigten Ausführungsformen überein. Der Rotor 4 des Gleichstrommotors 2 ist mittels Permanentmagneten 14, die fest mit einem äußeren Zahnrad 15 der als Gerotor-Pumpe ausgebildeten Pumpe 6 verbunden sind, mit dem äußeren Zahnrad 15 integriert. Die Pumpenfunktionalität wird mittels des magnetischen Flusses vom Stator 16 zu den Permanentmagneten 14 im äußeren Zahnrad 15 erzielt, welches ein inneres Zahnrad 17 dreht, um ein Arbeitsfluid zu pumpen. Ein Sensormagnet 12 ist im inneren Zahnrad 17 angeordnet, um einen magnetischen Fluss in einem Sensor 24 im elektronisches Spannungsversorgungs- und Steuermodul 10 zur Ermittlung der Rotationsposition und Geschwindigkeit des inneren Zahnrads 17 zu verursachen. Der Stator 16 ist innerhalb eines Gehäuses 3 angeordnet, das gegen die Pumpe 6 abgedichtet ist. Der Stator 16 ist durch eine Statorabdeckung 18 abgedeckt und wird vom elektronischen Spannungsversorgungs- und Steuermodul 10 versorgt und gesteuert. Die Pumpe 6 befindet sich in einem Pumpengehäuse 9, wo sie mit geringem Spiel angeordnet ist, um frei drehen zu können und eine angemessene volumetrische Effizienz zu erzielen. Das äußere Zahnrad 15 der Pumpe 6 stellt gleichzeitig den Rotor 4 dar, dessen Funktionalität durch die darin angeordneten Permanentmagnete 14 gegeben ist.
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Das elektronische Spannungsversorgungs- und Steuermodul 10 ist seitlich von der Pumpe 6 und vom Gleichstrommotor 2 angeordnet. Dies ermöglicht eine direktere elektrische Verbindung zum Gleichstrommotor 2 ohne lange Kabel oder Drähte. Der Sensor 24 ist jedoch trotzdem im Bereich einer Rotationsachse der Pumpe 6 angeordnet und daher über einen Verbinder 25, beispielsweise eine flexible Leiterplatte, mit dem elektronischen Spannungsversorgungs- und Steuermodul 10 verbunden. Das elektronische Spannungsversorgungs- und Steuermodul 10 ist mit einer Abdeckung 13, beispielsweise aus Blech, abgedeckt. Das elektronische Spannungsversorgungs- und Steuermodul 10 wird von außen über einen Steckverbinder 11 mit Spannung versorgt und gesteuert. Eine weitere Abdeckung 26, beispielsweise aus Blech, ist zum Schutz des Sensors 24 und des Verbinders 25 vorgesehen. Der Sensor 24 kann auf einer Leiterplatte 27 angeordnet sein, an die der Verbinder 25 angeschlossen ist.
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Die Ausführungsform gemäß 6 hat den Vorteil, dass das äußere Zahnrad 15 der Pumpe 6 weniger massiv ist und daher weniger Massenträgheitsmoment aufweist.
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7 ist eine schematische Explosionsansicht des axialen Gleichstrommotors 2 mit der integrierten Pumpe 6.
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8 ist eine weitere schematische Explosionsansicht des axialen Gleichstrommotors 2 mit der integrierten Pumpe 6. Ferner ist die Pumpenanordnung 1 in montiertem Zustand in zwei perspektivischen Ansichten dargestellt.
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In nicht dargestellten Ausführungsformen kann auf den Sensormagneten 12 und den Sensor 24 verzichtet werden.
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In nicht dargestellten Ausführungsformen kann das elektronische Spannungsversorgungs- und Steuermodul 10 in einem Verguss angeordnet sein.
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In nicht dargestellten Ausführungsformen kann statt einer Gerotor-Pumpe eine Flügelpumpe oder eine Kreiselpumpe vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpenanordnung
- 2
- Gleichstrommotor
- 3
- Gehäuse
- 4
- Rotor
- 5
- Welle
- 6
- Pumpe
- 7.1
- Lager
- 7.2
- Lager
- 8
- Lagerträger
- 9
- Pumpengehäuse
- 10
- elektronisches Spannungsversorgungs- und Steuermodul
- 11
- Steckverbinder
- 12
- Sensormagnet
- 13
- Abdeckung
- 14
- Permanentmagnet
- 15
- äußeres Zahnrad
- 16
- Stator
- 17
- inneres Zahnrad
- 18
- Statorabdeckung
- 19
- Verbinder
- 20
- Kammer
- 21
- Dichtring
- 22
- Schraube
- 23
- Anschluss
- 24
- Sensor
- 25
- Verbinder
- 26
- Abdeckung
- 27
- Leiterplatte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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