DE60215758T2

DE60215758T2 - Elektromotor

Info

Publication number: DE60215758T2
Application number: DE60215758T
Authority: DE
Inventors: c/o Johnson Engineering GmbH Georg Strobl; c/o Johnson Engineering GmbH Benno Blase; c/o Johnson Engineering GmbH Michel Tennoun
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric SA
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2022-12-14
Also published as: BR0205069A; EP1324474A2; CN1434557A; JP2003224948A; EP1324474A3; EP1720235A3; DE60229615D1; CN100454721C; US20030173924A1; CN100342626C; US7215052B2; US7057318B2; EP1324465A3; JP2003204664A; US20030173925A1; US20050212367A1; MXPA02012633A; US7394174B2; GB0130602D0; CN1441531A

Description

Folgende Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere, aber keineswegs ausschließlich, einen Motor, der in Verbindung mit einer Kraftstoffpumpe verwendet wird.
Aus US 5788210 ist bekannt, dass ein Motor bereitgestellt wird, der an einem externen Gerät angebracht ist, indem der exponierte Teil eines Radiallagers des Motors in eine Einrast-Vertiefung des externen Geräts eingefügt wird und somit eine Ausrichtung des Motors und des externen Geräts erreicht wird. Allerdings ist der elektronische Schaltkreis von einem potenziellen Flußpfad nicht getrennt, der zwischen der Außenvorrichtung und dem Motor definiert wird.
Das Dokument US 505366 umfasst eine motorisierte Kraftstoffpumpe, einschließlich eines bürstenlosen Motors, ein Motorgehäuse für die Unterbringung des Motors und einen Pumpbereich, welcher durch den Motor betrieben wird. Das Gehäuse besitzt auch einen Steuerkreiskasten.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein Motor zur Verfügung gestellt, der folgende Elemente umfasst: einen Ständer, einen Rotor, eine Hülse an einem Ende des Motors für die Unterstützung bzw. die Definition der Lagerung des Rotors und für die Anbringung an eine Kraftstoffpumpe durch den Anschluss an ein Loch im Gehäuse der Kraftstoffpumpe, Wicklungen des Ständers, Sensoren für die Erkennung der Rotorposition in Bezug auf den Ständer, einen elektronischen Schaltkreis für die Stromschaltung in den Wicklungen als Reaktion auf die Sensorausgänge, sodass ein Rotieren des Rotors in Hinblick auf den Ständer hervorgerufen wird und ein Gehäuse, welches den Rotor, den Ständer, die Sensoren und den elektronischen Schaltkreis umfasst, die Sensoren und mindestens einen Teil des elektronischen Schaltkreises, der in einem elektrisch isolierenden und kraftstoffresistenten Material in einem Container im Gehäuse am anderen Ende des Motors eingekapselt ist, wobei der Container über eine interne Hülse verfügt, wodurch sich eine Achse des Rotors erstreckt und wodurch Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe abfließen kann, wenn die Kraftstoffpumpe an den Motor angeschlossen wird.
Bevorzugte und/oder optionale Eigenschaften der Erfindung werden in den Ansprüchen 2 bis einschließlich 7 fortgesetzt.
Im Folgenden soll die Erfindung beispielhaft, anhand der angeführten Abbildungen genauer beschrieben werden, wobei:
1 gemäß der vorliegenden Erfindung die perspektivische Ansicht von einem Ausführungsbeispiel eines elektrischen Motors darstellt;
2 ein Schnittbild des in 1 dargestellten Motors ist;
3 eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht des Gehäuses ist, welches die elektronische Schaltung des Motors aus 1 und 2 umfasst;
4 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses aus 3 ist, welches am Ständer angebracht ist und die elektronische Schaltung umfasst;
5 eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Gehäuses aus 3 ist;
6 eine perspektivische Ansicht eines Vorderisolators des Motors ist;
7 eine perspektivische Ansicht des Rotors des Motors ist;
8 ist eine teilweise aufgebrochene Ansicht des Rotors aus 7 ist;
9 den Grundriss der Rotor- und Ständerschichtungen des Motors darstellt;
10 den Grundriss des zweiten Beispiels für eine modifizierte Rotorschichtung eines Motors darstellt;
11 den Grundriss einer anderen modifizierten Rotorschichtung darstellt;
12 eine perspektivische bruchstückartige Ansicht eines alternativen Ständers darstellt;
13 eine perspektivische Ansicht des Ständers aus 11 mit hinzugefügten Flusselementen darstellt und
14 gemäß der Erfindung eine Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Motors in Kombination mit einer Kraftstoffpumpe darstellt;
Was die Zeichnungen angeht, so verfügt der dort abgebildete bürstenlose Gleichstrommotor über ein tiefgezogenes Gehäuse 10, einen Rotor 11 mit einer Rotorwelle 12, die am Überstand des geschlossenen Endes des Gehäuses 10 einen geraden Abschnitt 12a hat, einen gewickelten, den Rotor 11 umschließenden Ständer 13, eine Endkappe 14, die das offene Ende des Gehäuses 10 abschließt und einen im Gehäuse befindlichen Behälter 16, der die Sensoren und den elektronischen Schaltkreis umfasst. Der gewickelte Ständer 13 verfügt über eine Ständerwicklung 19, die um einen Stapel Ständerschichtungen 30 gewickelt ist.
Der Motor hat eine allgemeine Beschaffenheit wie ein konventioneller Dauermagnet-Gleichstrommotor mit gleichrichtenden Teilen einschließlich eines Kommutators und eines Bürsten/Lamellen-Systems. Der Motor wird besonders als Kraftstoffpumpenmotor eingesetzt, hat aber auch andere Anwendungen.
In Hinblick auf die 3 und 5 muss angemerkt werden, dass der Behälter 16 über eine zylinderförmige Mulde 17 mit einer einstückig geformten Hülse 18 verfügt, die auf der Muldenbasis steht. Der Behälter wird gewöhnlich aus Polyacetal (POM) hergestellt und besitzt Sensoren, üblicherweise in der Form von Hall-Effekt-Sensoren, um die Position des Rotors 11 in Bezug auf den Ständer 13 auszumachen, wie auch einen elektronischen Schaltkreis, welcher an einer ringförmigen Printplatte 20 angebracht ist, die über die Hülse 18 passt. Im Idealfall liegen die Hall-Effekt-Sensoren flach auf der Printplatte 20. Der Vorteil im Vergleich zu konventionellen „stehenden" Sensoren liegt darin, dass die angeführte Vorrichtung leichter montiert werden kann und widerstandsfähiger gegenüber Kraftstoff und durch volle Kapselung entstehende Vibrationen ist. Außerdem ermöglicht sie auch eine Verminderung des Abstands zwischen den Sensoren und der flachen Oberfläche des Dauermagnet-Rotors. Als Reaktion auf die Sensorausgänge sendet die Schaltung Strom in die Ständerwindungen, um ein Rotieren des Rotors in Bezug auf den Ständer zu bewirken. Die Sensoren und der elektronische Schaltkreis sind in elektrisch isolierendes Material eingekapselt, gewöhnlich in Epoxydharz, welches den Behälter 16 vollständig oder fast vollständig füllt. Die Hülse 18 ist so dimensioniert, dass sich die Rotorwelle 12 hindurch erstrecken kann und der Kraftstoff der Kraftstoffpumpe hindurch fließen kann.
Die Sensoren und der Großteil der elektronischen Bestandteile, sowie deren elektrisch leitenden Elemente sind vollständig eingekapselt. Lediglich Teile wie z.B. elektrische Klemmen und/oder große Kondensatoren sind nicht vollständig eingekapselt.
Wie bereits in 5 veranschaulicht wurde, verfügt die Unterseite der Basis der Mulde 17 über vier Steckverbinder für isolierte Kabel 21 für die direkte Verbindung mit den Windungen des Ständers 13.
Auf Grund der Kühlwirkung des Kraftstoffs 18, der durch die Hülse strömt, kann die Wärmeleitfähigkeit des verkapselten Materials nicht allzu hoch sein.
6 bietet eine detaillierte Darstellung eines Vorderisolators 22, der sich auf dem Ständer befindet und der über dieselbe Anzahl von Schlitzen 23 verfügt (in diesem Beispiel vier), um die Ständerwindungen und die Steckverbinder für isolierte Kabel 21 auf dem Behälter 16 zu erfassen.
Statt die Sensoren und den elektronischen Schaltkreis auf eine Printplatte zu montieren, könnte ein elektrisches Leiterbild auf die innere Bodenfläche des Behälters 16 gedruckt werden. Diese könnte die Form einer heißgepressten Folie haben, die mithilfe eines Heißpressstempels angebracht wird. Alle elektronischen Komponenten können dann automatisch an die Innenfläche der Mulde montiert werden und anschließend verkapselt werden. Einen weiteren Vorteil dieser Methode bietet eine zusätzliche Verringerung des Abstands zwischen den Hall-Sensoren und der planaren Oberfläche des Rotormagneten, die eine größere Magnetfeldstärke zur Positionserkennung zur Folge hat.
Der Motor ist auch mit einem Hinterisolator 24 ausgestattet, der dem Vorderisolator 22 ähnlich ist, diesem aber nicht gleicht.
Die Endkappe 14 ist mit dem Gehäuse 10 verbunden und zwar dadurch, dass der Rand des Gehäuses 10 z.B. an zwei Stellen über den Kappenrand gebogen wird. Diese Endkappe 14 unterstützt bzw. definiert das Lager einer Rotorwelle 12 und verfügt außerdem auch über feste Bestandteile, die für die Kraftstoffpumpe des Kunden notwendig sind. Die Endkappe 14 ist mit einem Abschluss 26 ausgestattet, um die Verbindung mit einer Fremdeinspeisung zu gewährleisten.
Das andere Ende des Motors ist mit einer Hülse 15 ausgestattet. Diese Hülse 15 besteht gewöhnlich aus Polyphenylensulfid (PPS). Dieses Material weist eine hohe Formbeständigkeit bei Hitze, eine geringe Längenänderung und eine große Widerstandsfähigkeit gegen alle Arten von aggressiven Kraftstoffen auf Die Hülse 15 unterstützt bzw. definiert das Lager einer Rotorwelle 12 und dient außerdem zur Befestigung an der Kraftstoffpumpe des Kunden. Dies erfolgt durch Presspassung in eine Öffnung des Kraftstoffpumpen-Gehäuses. Ursprünglich war die Hülse 15 ein Bestandteil des Pumpengehäuses. Sie gehört nun zum Motor und erfüllt den Zweck, das Lager einer Rotorwelle 12 zu unterstützen bzw. zu definieren, dient aber gleichzeitig auch als Verbindungs- bzw. Ausrichtungselement für das Pumpgehäuse und ermöglicht eine vollständige Überprüfung des Motors vor der Übergabe an den Kunden. Die Hülse 15 stellt die einzige Möglichkeit dar, um das Pumpenrad und den Rotor 11 des Motors auszurichten.
Die Verwendung eines bürstenlosen Gleichstrommotors im Gegensatz zu einem konventionellen Kommutator-Motor ermöglicht eine radiale und axiale Verringerung der Maße des Motors.
Was die 7 bis 11 angeht, so besteht der Rotor aus einer Rotorwelle 12 und einem Blechkern 27, der mit einem Material 33 überzogen ist, das nach seiner Formgebung magnetisiert wurde.
Der Blechkern 27 besteht aus einem Paket von Rotorblechen 29. Wie aus 9 hervorgeht, werden diese Bleche aus einer Blechtafel gestanzt, was zum selben Zeitpunkt geschehen kann wie das Stanzen der Statorbleche 30. Die Rotorbleche 29 besitzen drei gleichwinklig angeordnete, sich radial nach innen erstreckende Schlitze 31 und eine zentrale Apertur 32, um die Bleche auf der Rotorwelle 12 zu befestigen. Ein Stapel dieser Bleche 30 ist mit magnetisierbarem Material 33 überzogen. Üblicherweise werden die thermoplastisch gebundene NdFeB-Verbindung und dieses (isotrope) Material 33 nach der Formgebung magnetisiert (wie aus 7 hervorgeht). Zum Überziehen kann auch ein einstückig gebildeter Ring 34 eingesetzt werden, der wie eine Kodierungsplatte geladen werden kann, um in Achsrichtung ein stärkeres Magnetfeld zu erzeugen (notwendig für die Hall-Sensoren).
Ein auf diese Weise hergestellter Rotor benötigt keinen Klebstoff und kann ohne Weiteres zusammengesetzt werden. Außerdem ist kein Ausgleich erforderlich. Schließlich werden die Schlitze 31 durch die Formmasse 33 gefüllt.
10 zeigt ein alternatives Rotorblech mit sechs Aperturen 35. Diese Aperturen 35 sind gleichwinklig angeordnet und drei davon sind größer als die übrigen. Dadurch wird das Gewicht des Blechkerns 27 reduziert, obwohl die Endbleche keine derartigen Aperturen 35 besitzen, um Kavitationsverluste am Impeller der Kraftstoffpumpe (d.h. Verluste, die durch Turbulenzen des Rotors in der Flüssigkeit hervorgerufen werden) zu verhindern.
11 stellt ein weiteres Rotorblech dar, das keine Schlitze 31, sondern eine unebene, gerändelte Umfangsfläche und sechs gleich große Aperturen 35' hat.
Die in 9 dargestellten Statorbleche 30 werden auf dieselbe Weise gestanzt wie die Rotorbleche und umfassen einen äußeren Ring 36, vier gleichwinklig angeordnete, sich radial nach innen erstreckende Polstücke 37, worum Windungen (nicht gezeigt) gewickelt sind und vier Flussstücke, die sich zwischen den Polstücken 37 befinden. Ein Stapel dieser Bleche kann auf Grund der kleinen Spalte zwischen den Polstücken 37 und den Flussstücken 38 nur schwer gewunden werden. Außerdem wird eine externe Spulenwindung um Polstücke mit anschließender Einfügung in den äußeren Ring für kleine Motoren nicht empfohlen.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung und gemäß der 12 und 13 umfasst ein alternativer Stator 13' einen äußeren Ring 36', eine Vielzahl an winklig angeordneten Polstücken 37', die sich vom äußeren Ring 36' radial nach innen erstrecken und eine Vielzahl an Flussstücken 38', die sich zwischen den Polstücken 37' befinden. Die Flussstücke 38' werden vom Ring 36' und den Polstücken 37' getrennt und werden in Schlitze 39' geschoben, die im Anschluss an die Wicklung der Polstücke 37' vom äußeren Ring 36' definiert werden. Dadurch wird der Wicklungsvorgang vereinfacht und eine optimale Formung der Flussstücke 38 gewährleistet.
Der Ring 36' und die Polstücke 37' sind einstückig geformt. Sie können zum Beispiel durch Laserschweißen oder Pressen von gestanzten bzw. miteinander verbundenen Blechen hergestellt werden, werden aber vorzugsweise in einer einheitlichen Konstruktion durch die Formung von weichmagnetischen Sinterwerkstoffen hergestellt.
14 stellt eine andere Ausführungsform eines Motors dar, in Kombination mit einer Kraftstoffpumpe 40 mit einem Flügelrad 41. In diesem Fall handelt es sich bei dem Motor um einen konventionellen PMDC-Motor, der einen Kommutator 42 und ein Bürstensystem 43 hat. Wie in 14 veranschaulicht wird, existiert ein äußeres Gehäuse 45, das den Motor und die Kraftstoffpumpe 40 umfasst. Es besteht eine Lücke zwischen dem Motor und dem äußeren Gehäuse, damit der Motor ausschließlich durch eine Muffe 15 an die Pumpe 40 angeschlossen wird. Der Pumpenkörper wird in ein Ende des äußeren Gehäuses 45 gepresst, um am Pumpenende des äußeren Gehäuses eine Dichtung zu bilden, während es am anderen Ende, zwischen dem äußeren Gehäuse 45 und einer Ausgangskappe 47 einen O-förmigen Dichtungsring 46 gibt. Es wird eine ähnliche Anordnung geben, um den bürstenlosen Motor aus den 1 bis 13 und die Kraftstoffpumpe unterzubringen.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sollen lediglich als Beispiel dienen und verschiedene Veränderungen dürfen von Fachleuten vorgenommen werden, ohne dass die Reichweite der vorliegenden Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert, verlassen wird. So kann zum Beispiel der Rotor den Stator umgeben, insbesondere wenn er als Lüftermotor oder Speichergetriebe verwendet wird.

Claims

Motor, der Folgendes umfasst: einen Ständer (13), einen Kolben (11), eine Hülse (15) an einem Ende des Motors, für die Unterstützung oder die Definition der Lagerung des Kolbens und für die Anbringung an eine Kraftstoffpumpe, durch den Anschluss an ein Loch im Gehäuse der Kraftstoffpumpe, die an den Motor angeschlossen werden kann, Wicklungen (19) des Ständers, Sensoren für die Erkennung der Kolbenposition in Bezug auf den Ständer, einen elektronischen Schaltkreis für die Stromschaltung in den Wicklungen als Reaktion auf die Sensorausgänge, sodass ein Rotieren des Kolbens in Hinblick auf den Ständer hervorgerufen wird und ein Gehäuse (10), welches den Kolben, den Ständer, die Sensoren und den elektronischen Schaltkreis umfasst, wobei die Sensoren und wenigsten einen Teil des elektronischen Schaltkreises in einem elektrisch isolierenden und kraftstoffresistenten Material in einem Container (16) eingekapselt sind, der sich innerhalb des Gehäuses (10) am anderen Ende des Motors befindet, wobei der Container (16) über eine interne Hülse (18) verfügt, wodurch sich eine Achse (12) des Kolbens erstreckt und wodurch Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe abfließen kann, wenn die Kraftstoffpumpe an den Motor angeschlossen wird.
Motor nach Anspruch 1, wobei die Hülse (15) die einzige Möglichkeit darstellt, um den Kolben und ein Laufrad (41) der Kraftstoffpumpe, die an den Motor angeschlossen werden kann, auszurichten.
Motor nach Anspruch 1, worin der Ständer (13) den Kolben (11) umgibt.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in Kombination mit einer Kraftstoffpumpe (40).
Kombination nach Anspruch 4, wobei ein äußeres Gehäuse (45) den Motor und die Kraftstoffpumpe (40) unterbringt.
Kombination nach Anspruch 5, wobei eine Spalte zwischen dem Motor und dem äußeren Gehäuse (45) die Ausrichtung des Motors und der Pumpe gewährleisten soll.
Kombination nach Anspruch 6, wobei die Kraftstoffpumpe (40) eine Presspassung im äußeren Gehäuse (45) darstellt um eine Dichtung am Pumpenende des äußeren Gehäuses zu bilden.