CN104011990B - 无刷直流电动机中电解腐蚀的减小 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于降低无刷直流电动机(3)中电解腐蚀的控制装置(1)。所述控制装置(1)设计成控制无刷直流电动机(3)的相(9、11、13)。所述控制装置(1)具有电位均衡接口(5)和电位均衡线(7)。电位均衡线(7)设计成使无刷直流电动机(3)与电位均衡接口(5)连接。抗蚀电阻(RK)设置在电位均衡线(7)上，抗蚀电阻设计成降低无刷直流电动机(3)的相(9、11、13)和电位均衡线(7)之间的电流。
Description
背景技术
电动机在许多技术领域中获得了应用。例如，电动机可用于驱动泵。电动机位于导电介质中，因而存在导电介质且电位不同的部件之间发生材料侵蚀。这些所谓的电解效应可能导致电动机中保护层的材料侵蚀。因此，电动机的铁芯材料可能暴露，这又因电解效应而继续发生材料侵蚀，此后因导电和侵蚀介质而停止腐蚀。
通过影响所述导电介质内部的电路来降低介质中的材料转移，增加导电介质的电阻以降低电解效应。这例如能够通过构建障碍，例如墙，来延长电位不同的部件之间形成有效电路。此外，这还通过构建细长的通道，例如密封件，来缩小导电介质中有效的电流横截面而实现。另外，所述电解效应降低，以使不同部件上的电压暂时中断。以这种方式使导电介质中只出现受限制的电流，从而降低材料侵蚀。
在电动机的一些应用中，设置电位均衡线是有意义的。这条线能够暂时不考虑相同的电位，例如电动机的其它部件。
发明内容
本发明的任务是减小导电介质中电动机的部件和电位均衡线之间的电解效应。
这个任务通过根据独立权利要求所揭示的本发明的主题解决。在从属权利要求中阐述本发明的有利实施例。
下面详细讨论根据本发明实施例的装置的特征、细节和可能的优点。
本发明的第一方面提出了一种用于减小无刷直流电动机中电解腐蚀的控制器。所述控制器实施成控制所述无刷直流电动机的相。所述控制器具有电位均衡接口和电位均衡线。所述电位均衡线实施成连接无刷直流电动机与电位均衡接口。在所述电位均衡线上设置抗蚀电阻，所述抗蚀电阻实施成减小所述无刷直流电动机的相和电位均衡线之间的电流。
另外，本发明的构思基础是，在所述电位均衡线上设置高欧姆的电阻，以使所述无刷直流电动机的部件和电位均衡线之间的不希望的电流及相关的腐蚀效应达到最小。所述高欧姆在这里意味着所述电位均衡线上的电阻明显高于电动机中和控制器中存在的其余电阻。具体而言，这个抗蚀电阻大于导电介质的实际电阻，其中所述电位均衡线和无刷直流电动机布置在所述导电介质中。使用高欧姆电阻会使电位均衡线中流过在正常情况下部存在的电流。以这种方式，通过高欧姆抗蚀电阻影响或限制所述控制器不存在的功能。
因此，所述无刷直流电动机的相和电位均衡线之间的电解效应在有效性和低成本方面明显降低。另外，通过设置抗蚀电阻，使在所述无刷直流电动机的电触点(例如插座连接线)和控制器的电触点之间的电解效应减小。此外，所述直流电动机的各个电位不同的部件之间的电解效应受到限制。
所述控制器能够装配成例如控制电力输送泵中的直流电动机，其中所述电力输送泵尤其是电力燃料泵(EKP)。所述燃料泵能够是无刷直流电动机(无刷DC，BLDC)驱动的燃料泵，用于向内燃机供给燃料。在这里，所述燃料泵能够与直流电动机一起布置在燃料箱中。所述控制器能够布置在燃料箱外侧，并且通过箱凸缘而与电力输送泵，和特别是与无刷直流电动机电连接。所述电力输送泵输送的介质因而能够是导电的燃料。这些输送的介质则能够至少部分地环绕所述直流电动机和电位均衡线。
所述控制器在这里能够是例如用于控制所述无刷直流电动机的相或相支路(derStrang)。所述无刷直流电动机能够是电力换向的永久磁铁励磁的三相同步电动机。例如，所述直流电动机能够具有三相U、V和W，这三相U、V、W通过所述控制器控制，以所谓120°闭塞运转。因为电解效应在使用无刷直流电动机时比使用具有机械换向系统的电动机时明显减小，因此这里使用无刷直流电动机是有利的。
布置在所述控制器上的电位均衡接口与所述电位均衡线一起使导电构件的可能电位达到最小，这些导电构件例如是无刷直流电动机的壳体或电力燃料泵的壳体。所述电位均衡接口也能够称作地线，与例如所述控制器的电源电压的负极相对应。所述电位均衡接口和电位均衡线也能够称作框架接地线(GND)。
所述电位均衡线在这里还具有阻止输送介质中不受控制的静电放电的功能。这项功能也称作静电释放功能(ESD)。所述电位均衡线还能够用于抑制所述无刷直流电动机和其它部件(例如汽车)之间的不希望的电力交互作用或电磁交感作用。这项功能称作电磁兼容(EMV)功能。
所述抗蚀电阻也能够称作阻尼电阻，是设置在电位均衡线上的电阻。即所述抗蚀电阻与所述电位均衡线电连接或直接整合到所述电位均衡线中。在这里，所述抗蚀电阻使导电介质中的电流减小或达到最小，其中所述直流电动机布置在所述导电介质中。在这里，例如所述电位均衡线和所述无刷直流电动机的相或相接口线之间的电流能够减小。所述直流电动机的电位不同的其它部件之间的电流也能够减小。
根据本发明的实施例，所述电位均衡线具有线电阻。所述电位均衡线能够例如用铜制成或者具有铜。所述线电阻在这里可能明显低于例如1欧姆。所述抗蚀电阻在这里明显或显著大于所述线电阻。
根据另一实施例，所述抗蚀电阻位于100千欧至1兆欧的范围内。优选地，所述抗蚀电阻位于150至500千欧之间。特别地，所述抗蚀电阻位于200至300千欧之间。这里有利地选择低于1兆欧的抗蚀电阻，以便不影响所述电位均衡线的上述ESD功能。此外，抗蚀电阻也可能比导电介质中所述直流电动机的相和电位均衡线之间的电阻高约30至50倍。导电介质中的这个电阻约是5至15千欧。
根据又一实施例，所述控制器还具有位于电位均衡线上的至少一个电容器。所述电容器在这里平行于所述电位均衡线连接或布置，以使来自电位均衡线的高频干扰信号解耦。通过设置电容器保证所述电位均衡线的EMV功能。所述电容器也能够称作EVM旁通电容。所述电容器能够与所述抗蚀电阻一起用作低通滤波器，从而减弱电位均衡线中的高频电信号。例如，所述电容器能够电连接到所述控制器中的电位均衡线的底点上。所述电容器能够尤其是低感应的电容器。电容器的电容量可例如位于1至100纳法拉第的范围内。这个电容器有利地实施为陶瓷电容器。
为了同样的目的，必要时也可设置复杂的电路，例如在电位均衡线上设置多个其它电容器、电阻和感应线圈。
根据本发明的第二方面提出一种用于降低无刷直流电动机中电解腐蚀的系统。所述系统具有一个上述控制器和电力输送泵。无刷直流电动机整合到所述输送泵中。即所述输送泵与所述直流电动机一起工作或者利用直流电动机驱动。电位均衡线在这里连接所述电力输送泵或者所述电力输送泵的具有电位均衡接口的壳体。
根据本发明的另一实施例，所述电力输送泵实施成输送导电的输送介质。所述输送介质能够例如是导电的燃料。所述燃料可能具有例如污物。特别地，所述燃料可能含有酒精。这种燃料可能被称作“劣质燃料”。所述输送介质在这里具有位于所述无刷直流电动机的相和电位均衡线之间的例如虚拟输送介质电阻。所述抗蚀电阻与这个输送介质电阻串联连接或布置在控制器中。另外，所述抗蚀电阻实施为关于输送介质电阻的长电阻。
根据本发明的又一实施例，所述抗蚀电阻布置在所述控制器中。替代地，所述抗蚀电阻可布置在凸缘上，尤其是箱凸缘上。所述箱凸缘可以布置在例如电力输送泵和控制器之间的燃料箱上。根据本发明的又一实施例，所述电力输送泵实施为电力燃料泵。
根据本发明的第三方面提出一种制造上述控制器的方法。所述方法具有下述步骤：提供一个控制器，所述控制器实施成控制无刷直流电动机的相；提供位于控制器上的电位均衡接口；提供电位均衡线，所述电位均衡线实施成使所述无刷直流电动机与电位均衡接口连接；在所述电位均衡线上设置抗蚀电阻。所述抗蚀电阻在这里实施成减小所述无刷直流电动机的相和电位均衡线之间的电流。
附图说明
参考下面的附图，显然，本领域技术人员从有利实施例的下述说明，得到本发明的其它特征和优点，然而本发明不限于此。其中：
图1示出发生电解效应的导电介质；
图2示出用于控制无刷直流电动机的相的控制信号；
图3示出在120°闭塞运转时，电位均衡线和无刷直流电动机的相之间的电位曲线；
图4示出了根据本发明实施例的、具有控制器和无刷直流电动机的系统。
具体实施方式
所有视图都仅仅示意性地示出了根据本发明的装置或根据本发明的实施例的构件。特别地，视图中的距离和尺寸大小不是等比例绘制的。在不同的视图中，相应的元件用相同的附图标记表示。
在视图中示出了控制器1和系统25，以BLDC驱动的电力燃料泵为例。电力燃料泵和因而无刷直流电动机3都处于燃料中。因而电力燃料泵的使用寿命取决于燃料品质。有些部件处于不同的电位，即不同的电压，这些部件在腐蚀性和导电的燃料中发生部件之间的电解效应。这些部件可以是电动机的构件。图1示意性地示出了在导电的介质25中发生电解效应或材料剥蚀和腐蚀31。在这里，在阳极29和阴极27之间施加电源33的电压。图4清楚地示出无刷直流电动机3的第一相9用作阳极29，电位线7用作阴极27。此时，阳极29的材料被剥蚀，累积在阴极27上。
如果不同的部件之间在更长的时间间隔上存在电位差，则在这里发生这种电解效应。这种电解效应使导电介质中产生电流，进而造成材料剥蚀。在无刷直流电动机3的各个相或相接线U、V、W之间一般存在不同电位。从平均时间角度来讲，相接线之间的电解效应及有关的腐蚀非常小。图2示出了例如控制器1的控制信号，用于在120°闭锁运转时控制无刷直流电动机3的相9、11、13。在这里，图2A示出了120°B6逆变器39的末级晶体管T1、T2、T3、T4、T5、T6的信号。图2B示出了120°B6逆变器39的相电流的包络线。x轴表示电的相位角α，y轴表示电压或电流。在图2B中，点线表示电流，实线表示极电压。如图2所见，各相9、11、13或U、V、W之间的电位差或电流按照时间平均近似为零或非常小。
当然，也从时间平均角度来看，电位均衡线7和各相9、11、13之间的电位差保持不变。这在例如图3中清楚地示出。图3示出了第一相9或U和电位均衡线7之间的电压43的包络线。第二相11或V和第三相13或W发生相位偏移，产生对于电位均衡线7相同的电压差。可能的同步效应此处忽略不计。图3的x轴表示电的相位角α，y轴表示电压43，这里电压43以伏(v)表示。在图3的实例中，按照时间平均，第一相9和电位均衡线7之间得到6v的电压。
为了避免这个电压导致电解效应，如图4所示，在电位均衡线7中设置高欧姆抗蚀电阻RK。这个抗蚀电阻RK与输送介质电阻RF串联，并且使相9、11、13和电位均衡线7之间的电流明显减小。
相9、11、13和电位均衡线7之间发生的输送介质电阻RF可以位于例如5和15千欧之间。为了使电解效应明显减小，抗蚀电阻R比输送介质电阻RF大30至50倍。抗蚀电阻RK位于例如100和500千欧之间。在图4的实例中，抗蚀电阻RK例如在控制器1中直接装配到尤其不流通电流的电位均衡线7上。尽管电位均衡线7的接线具有高电阻，但因为抗蚀电阻RK小于1兆欧，电位均衡线7具有ESD功能。此外，为了保证EMV功能，高频干扰信号在电位均衡线7的抗蚀电阻RK之前被低感应地解耦。为此，在控制器1中安装低感应的电容器C。在图4的实施例中，电容器C的底点例如连接到电位均衡线7。可替代地，电位均衡线7与控制器1中其它适当的点或部件高频连接。
具体地，图4示出的系统25具有控制器1和电力输送泵15，其中无刷直流电动机3驱动电力输送泵15。电力输送泵15是EKP，并且位于燃料箱21的燃料箱输送模块19中。导电的输送介质17，即燃料，在周围冲刷无刷直流电动机3。电力输送泵15的壳体和进而无刷直流电动机3通过电位均衡线7而与控制器1上的电位均衡接口5电连接。
无刷直流电动机3具有三个相9、11和13，这三个相9、11和13通过相接口U、V和W而与控制器1连接。控制器1在这里布置在燃料箱21外侧。相接口U、V和W以及电位均衡线7通过燃料箱21外部的凸缘23被引导到控制器1。控制器1具有一个B6逆变器39，其中B6逆变器39具有六个主晶体管T1、T2、T3、T4、T5和T6。此外，所述控制器具有接口以连接电源，例如连接电池(+、-)。此外，在控制器1中设置脉冲拓宽模块41。电位均衡线7的线电阻RL明显小于抗蚀电阻RK。在控制器1内部，电位均衡线7也称作接地母线。
下面说明因导电输送介质17中的电解可能形成的电路：电流从控制器1的正极或(+)接线柱通过B6-桥式逆变器39流到相接口U、V或W。此外，电流通过导电的输送介质17引起的输送介质电阻RF流到电位均衡线7和控制器1的接地母线，并从那儿通过抗蚀电阻R流到控制器1的负极或(-)接线柱。
下面指出，表述，例如“具有”等类似词语，不应理解为排他性的，而是也可设置其它元件或提供步骤。此外，“一”或“一个”也不限制数量。另外，不同实施例的特征可任意相互结合。这里还指出，权利要求中的附图标记不应解释为限制权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种控制器(1)，用于降低无刷直流电动机(3)中的电解腐蚀，所述控制器(1)具有
电位均衡接口(5)；
电位均衡线(7)，其中所述电位均衡线(7)实施成使无刷直流电动机(3)与电位均衡接口(5)连接；
其中所述控制器(1)实施成控制所述无刷直流电动机(3)的相(9、11、13)；
其特征在于，
抗蚀电阻(RK)设置在所述电位均衡线(7)上，所述抗蚀电阻(RK)实施成减小所述无刷直流电动机(3)的相(9、11、13)和电位均衡线(7)之间的电流。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，
所述电位均衡线(7)具有线电阻(RL)；
其中所述抗蚀电阻(RK)大于所述线电阻(RL)。
3.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，
所述抗蚀电阻(RK)位于100千欧到1兆欧之间的范围中。
4.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，
所述控制器(1)还具有电容器(C)，所述电容器(C)平行于所述抗蚀电阻(RK)连接，以使来自所述电位均衡线(7)的高频干扰信号解耦。
5.一种用于降低无刷直流电动机(3)中电解腐蚀的系统(25)，所述系统(25)具有
根据权利要求1至4中任一项所述的控制器(1)，
电力输送泵(15)，其中所述无刷直流电动机(3)整合到所述电力输送泵(15)中；
其中，电位均衡线(7)使所述电力输送泵(15)与电位均衡接口(5)连接。
6.根据权利要求5所述的系统(25)，其特征在于，
所述电力输送泵(15)的导电的输送介质(17)具有位于所述相(9、11、13)和电位均衡线(7)之间的输送介质电阻(RF)；
其中所述抗蚀电阻(RK)与输送介质电阻(RF)串联连接。
7.根据权利要求5和6中任一项所述的系统(25)，其特征在于，
所述抗蚀电阻(RK)布置在控制器(1)中或者布置在位于所述电力输送泵(15)和控制器(1)之间的凸缘(23)上。
8.根据权利要求5或6所述的系统(25)，其特征在于，
所述电力输送泵(15)实施为电力燃料泵。
9.一种用于制造权利要求1至4中任一项所述的控制器(1)的方法，所述方法具有如下步骤：
提供控制器(1)，其中所述控制器(1)实施成控制无刷直流电动机(3)的相(9、11、13)；
在所述控制器(1)上提供电位均衡接口(5)；
提供电位均衡线(7)，其中所述电位均衡线(7)实施成使所述无刷直流电动机(3)与电位均衡接口(5)连接；
其特征在于，
所述方法还具有
在所述电位均衡线(7)上设置抗蚀电阻(RK)；
其中所述抗蚀电阻(RK)实施成，减小所述无刷直流电动机(3)的相(9、11、13)和电位均衡线(7)之间的电流。
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