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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
Koreanischen Patentanmeldung 10-2009-0112236 , welche am 19. November 2009 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt in die vorliegende Anmeldung für jeden Verwendungszweck durch diesen Verweis darauf aufgenommen ist.
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Wasserpumpe. Die Erfindung betrifft insbesondere eine elektrische Wasserpumpe, die eine verbesserte Leistung und Haltbarkeit aufweist.
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Im Allgemeinen lässt eine Wasserpumpe ein Kühlmedium zu einem Motor und einer Heizung zirkulieren, so dass der Motor gekühlt und ein Fahrgastraum erwärmt wird. Das Kühlmedium, das aus der Wasserpumpe herausströmt, zirkuliert durch den Motor, die Heizung und/oder den Motorkühler und tauscht Wärme mit diesen aus und strömt in die Wasserpumpe zurück. Solche Wasserpumpen sind im Wesentlichen in mechanische Wasserpumpen und elektrische Wasserpumpen unterteilt.
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Die mechanische Wasserpumpe ist an eine Riemenscheibe angeschlossen, die an einer Kurbelwelle eines Motors festgelegt ist, und wird entsprechend der Drehung der Kurbelwelle (d. h. der Drehung des Motors) angetrieben. Deshalb wird die Kühlmediummenge, die aus der mechanischen Wasserpumpe herausströmt, entsprechend der Drehgeschwindigkeit des Motors bestimmt. Die Kühlmediummenge, die in der Heizung oder dem Motorkühler gebraucht wird, ist jedoch ein spezifischer Wert, der von der Drehgeschwindigkeit des Motors unabhängig ist. Deshalb laufen die Heizung und der Motorkühler normalerweise nicht in einem Bereich, in dem die Motorgeschwindigkeit niedrig ist, und die Motorgeschwindigkeit muss normalerweise zum Betreiben der Heizung und des Motorkühlers erhöht werden. Allerdings steigt auch der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs, wenn die Motorgeschwindigkeit erhöht wird.
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Im Gegensatz dazu ist die elektrische Wasserpumpe von einem Motor angetrieben, der von einer Steuervorrichtung gesteuert wird. Deshalb kann die elektrische Wasserpumpe die Kühlmittelmenge unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des Motors bestimmen. Da jedoch die Komponenten, die in einer elektrischen Wasserpumpe verwendet sind, elektrisch betrieben werden, ist es für die elektrisch betriebenen Komponenten wichtig, ausreichend Wasserdichtigkeit aufzuweisen. Wenn die Komponenten ausreichend Wasserdichtigkeit aufweisen, können auch die Leistung und die Haltbarkeit der elektrischen Wasserpumpe verbessert werden.
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Im Moment steigt die Anzahl der Fahrzeuge mit einer elektrischen Wasserpumpe tendenziell. Dementsprechend werden diverse Technologien zur Verbesserung der Leistung und Haltbarkeit der elektrischen Wasserpumpe entwickelt.
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Die Informationen, die vorangehend zum Hintergrund der Erfindung mitgeteilt wurden, dienen lediglich dazu, das Verständnis des allgemeinen Hintergrundes der Erfindung zu fördern, und sollen nicht als Kenntnis oder irgendeine Form der Andeutung behandelt werden, dass diese Informationen den Stand der Technik bilden, der dem Fachmann bekannt ist.
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Diverse Gesichtspunkte der Erfindung sind darauf gerichtet, eine elektrische Wasserpumpe vorzusehen, die die Vorteile einer verbesserten Leistung und Haltbarkeit aufweist, und eine elektrische Wasserpumpe vorzusehen, die einen magnetischen Streufluss eines Permanentmagneten minimiert, indem eine Motorkernform optimiert wird.
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Nach einem Aspekt der Erfindung kann die elektrische Wasserpumpe einen Körper, der eine Hohlzylinderform hat und eine Statorkammer und eine Rotorkammer darin aufweist, einen Stator, der eine Hohlzylinderform hat und in der Statorkammer angeordnet ist und entsprechend einem Steuersignal ein Magnetfeld erzeugt, wobei der Stator die Statorkammer und die Rotorkammer gegen Flüssigkeit abdichtet, einen Rotor, der in der Rotorkammer angeordnet ist und von dem Stator eingeschlossen ist, wobei der Rotor von einem Magnetfeld gedreht wird, das an dem Stator erzeugt wird, und eine Pumpenabdeckung aufweisen, die an den Körper angeschlossen ist und darin eine Diffusorkammer ausbildet, wobei die Diffusorkammer und die Rotorkammer durch ein Verbindungsloch in Fluidverbindung stehen, das durch den Körper hindurch ausgebildet ist, und ein Kühlmedium, das in die Diffusorkammer hineingeströmt ist, zu der Rotorkammer durch das Verbindungsloch zugeführt wird, wobei der Stator eine Statornut aufweist, die in einem Innenumfang des Stators ausgebildet ist, und die Statornut mit der Rotorkammer und der Diffusorkammer durch das Verbindungsloch in Fluidverbindung steht.
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Der Rotorkern mit einer Hohlzylinderform kann eine Kupplungsnut aufweisen, die entlang eines Umfangs desselben in dessen Längsrichtung ausgebildet ist, und der Rotorkern ist mit der Welle an der Kupplungsnut verkeilt.
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Der Stator kann einen Statorkern, der eine Hohlzylinderform hat, so dass der Rotor darin aufgenommen ist, und der mit einer Statornut an ihrem Innenumfang entlang ihrer Längsrichtung versehen ist, und ein Statorgehäuse aufweisen, das an beiden freien Enden des Statorkerns montiert ist, wobei das Statorgehäuse aus einer Formmasse hergestellt ist, die eine Kaliumgruppe aufweist, die einen niedrigen Kontraktionskoeffizienten aufweist.
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Das Statorgehäuse kann mit einer Befestigungsnut versehen sein und ein Antrieb, der das Steuersignal vorsieht, ist daran verschiebbar und lösbar gekuppelt.
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Der Rotor kann aufweisen: einen Rotorkern, der eine Hohlzylinderform hat, so dass eine Welle darin aufgenommen ist, und mit einer Mehrzahl von Aussparungen versehen ist, die von einer Mehrzahl von Führungsvorsprüngen ausgebildet sind, die an dem Außenumfang desselben entlang dessen Längsrichtung ausgebildet sind, eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die jeweils in der Mehrzahl von Aussparungen des Rotorkerns montiert sind, eine Rotorabdeckung, die an beiden freien Enden des Rotorkerns und der Mehrzahl von Permanentmagneten montiert ist, so dass der Rotorkern und die Mehrzahl von Permanentmagneten aneinander festgelegt sind, und ein Rotorgehäuse, das den Außenumfang des Rotorkerns und die Mehrzahl der Permanentmagneten einschließt, so dass der Rotorkern und die Mehrzahl der Permanentmagneten in einem Zustand aneinander angeschlossen sind, in dem der Rotorkern und die Mehrzahl der Permanentmagneten an der Rotorabdeckung montiert sind, wobei das Rotorgehäuse aus Formmasse hergestellt sein kann, die eine Kaliumgruppe aufweist, die einen niedrigen Kontraktionskoeffizienten hat.
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Die Mehrzahl der Permanentmagneten kann auf eine solche Weise montiert sein, dass wahlweise N-Pole und S-Pole angeordnet sind.
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Die Rotorabdeckung kann mit einer Mehrzahl von Ausgleichslöchern versehen sein, und eine Auswuchtung des Rotors kann vorgenommen werden, indem die Positionen der Ausgleichslöcher geändert werden.
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Außerdem kann das Statorgehäuse mit einer Mehrzahl von Ausgleichslöchern versehen sein und eine Auswuchtung des Stators kann vorgenommen werden, indem die Positionen der Ausgleichslöcher geändert werden.
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Die Methoden und Vorrichtungen gemäß dieser Erfindung haben weitere Eigenschaften und Vorteile, die aus den beigefügten Zeichnungen und aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien dieser Erfindung zu erläutern, hervorgehen oder detailliert dargestellt sind.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen elektrischen Wasserpumpe gemäß der Erfindung.
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2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 1.
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3 ist eine perspektivische Ansicht, aus der ein Stator einer exemplarischen elektrischen Wasserpumpe gemäß der Erfindung ersichtlich ist.
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4 ist eine perspektivische Ansicht einer Rotorabdeckung, die bei einer exemplarischen elektrischen Wasserpumpe gemäß der Erfindung verwendet wird.
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5 ist eine perspektivische Ansicht, aus der die Gestalt eines Rotorkerns ersichtlich ist, der bei einer exemplarischen elektrischen Wasserpumpe gemäß der Erfindung verwendet wird.
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6 ist ein schematisches Diagramm, aus dem die Abläufe zum Montieren der Rotorabdeckungen an beide Enden eines Rotorkerns und eines Permanentmagneten bei einer exemplarischen Wasserpumpe gemäß der Erfindung ersichtlich werden.
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7 ist ein schematisches Diagramm, aus dem die Abläufe zum Herstellen eines Rotors ersichtlich sind, der bei einer exemplarischen elektrischen Wasserpumpe gemäß der Erfindung verwendet wird.
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Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung diverser Merkmale zur Erläuterung der grundlegenden Prinzipien der Erfindung zeigen. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale der Erfindung, wie hierin aufgezeigt, einschließlich beispielsweise spezifischer Maße, Ausrichtungen, Lagen und Formgebungen, werden teilweise durch besondere beabsichtigte Anwendungsbereiche und durch die Umgebung bestimmt.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Teile.
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Nun wird im Detail auf diverse Ausführungsformen der Erfindung hingewiesen, von der Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und im Folgenden beschrieben sind. Auch wenn die Erfindung zusammen mit exemplarischen Ausführungsformen erläutert wird, versteht es sich, dass diese Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese exemplarischen Ausführungsformen einzuschränken. Die Erfindung deckt, im Gegenteil, nicht nur die exemplarischen Ausführungsformen ab, sondern auch diverse Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die im Schutzumfang der Erfindung liegen.
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Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen wird hierin eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung detailliert beschrieben.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Wasserpumpe gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung und 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 1.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, weist eine elektrische Wasserpumpe 1 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung eine Pumpenabdeckung 10, einen Körper 30, ein Antriebsgehäuse 50 und eine Antriebsabdeckung 70 auf. Der Körper 30 ist mit dem hinteren Ende der Pumpenabdeckung 10 in Eingriff, so dass eine Diffusorkammer 16 ausgebildet ist, das Antriebsgehäuse 50 ist mit dem hinteren Ende des Körpers 30 in Eingriff, so dass eine Rotorkammer 38 und eine Statorkammer 42 ausgebildet sind, und die Antriebsabdeckung 70 ist mit dem hinteren Ende des Antriebsgehäuses 50 in Eingriff, so dass eine Antriebskammer 64 ausgebildet ist.
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Außerdem ist ein Laufrad 22 in der Diffusorkammer 16 montiert, ein Rotor 200 (siehe 7), der an einer Welle 82 festgelegt ist, ist in der Rotorkammer 38 montiert, ein Stator 101 ist in der Statorkammer 42 montiert, und ein Antrieb 80 ist in der Antriebskammer 64 montiert. Die Welle 82 hat eine Mittelachse x und der Rotor 200 und die Welle 82 drehen sich um diese Mittelachse x. Der Stator 101 ist koaxial mit der Mittelachse x der Welle 82 angeordnet.
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Die Pumpenabdeckung 10 ist mit einem Einlass 12 an ihrem vorderen Endabschnitt und mit einem Auslass 14 an ihrem Seitenabschnitt versehen. Deshalb strömt das Kühlmedium durch den Einlass 12 in die elektrische Wasserpumpe 12 und das mit Druck beaufschlagte Kühlmedium in der elektrischen Wasserpumpe 1 strömt durch den Auslass 14 heraus. Eine geneigte Fläche 18 ist an einem hinteren Endabschnitt des Einlasses 12 der Pumpenabdeckung 10 ausgebildet und ein hinterer Endabschnitt 20 der Pumpenabdeckung 10 erstreckt sich von der geneigten Fläche 18 nach hinten. Der hintere Endabschnitt 20 der Pumpenabdeckung 10 ist mit einem Abdeckungsbefestigungsabschnitt 44 des Körpers 30 in Eingriff durch Festlegen eines Mittels wie zum Beispiel eines Bolzens B. Die geneigte Fläche 18 ist relativ zu der Mittelachse x der Welle 82 geneigt und ein Schnittpunkt P von Mantellinien, die sich entlang der geneigten Fläche 18 erstrecken, ist auf der Mittelachse x der Welle 82 angeordnet.
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Die Diffusorkammer 16 zum Beaufschlagen des Kühlmediums mit Druck ist in der Pumpenabdeckung 10 ausgebildet und das Laufrad 22 zum Beaufschlagen mit Druck und zum Ablassen des Kühlmediums durch den Auslass 14 ist in der Diffusorkammer 16 montiert. Das Laufrad 22 ist an einem vorderen Endabschnitt der Welle 82 festgelegt und wird zusammen mit der Welle 82 gedreht. Zu diesem Zweck ist ein Bolzenloch 29 in einem Mittelabschnitt des Laufrades 22 ausgebildet und ein Gewinde ist an dem Innenumfang des Bolzenloches 29 ausgebildet. Deshalb ist ein Laufradbolzen 28, der in das Bolzenloch 29 eingesetzt ist, an dem vorderen Endabschnitt der Welle 82 derart verschraubt, dass das Laufrad 22 an der Welle 82 festgelegt ist. Eine Unterlegscheibe w kann zwischen das Laufrad 22 und den Laufradbolzen 28 eingesetzt sein.
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Das Laufrad 22 ist mit einer Stirnfläche 26 versehen, die zu der geneigten Fläche 18 an seinem vorderen Endabschnitt 18 korrespondiert. Deshalb liegt ein Schnittpunkt der Mantellinien, die sich entlang der Stirnfläche 26 erstrecken, ebenfalls auf der Mittelachse x der Welle 82. Das Kühlmedium, das in die Wasserpumpe 1 hineingeströmt ist, kann widerstandsarm geführt werden und die Leistung der Wasserpumpe 1 kann verbessert werden als Folge des Anordnens der Zentren des Laufrades 22 und des Rotors 200, die Drehelemente der Wasserpumpe 1 sind, und des Zentrums des Stators 101, der ein ortsfestes Element der Wasserpumpe 1 ist, auf der Mittelachse x.
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Außerdem wird das Laufrad 22 von einer Mehrzahl von Schaufelblättern 24 in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt. Das Kühlmedium, das in die Mehrzahl von Bereichen hineingeströmt ist, wird durch die Drehung des Laufrades 22 mit Druck beaufschlagt.
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Der Körper 30 hat eine Hohlzylinderform, die nach hinten offen ist, und ist mit dem hinteren Ende der Pumpenabdeckung 10 in Eingriff. Der Körper 30 weist eine vordere Fläche 32, die mit der Pumpenabdeckung 10 die Diffusorkammer 16 ausbildet, die Statorkammer 42, die an einem Außenumfangsabschnitt des Körpers 30 ausgebildet ist und in dem der Stator 101 montiert ist, und die Rotorkammer 38 auf, die an einem Innenumfangsabschnitt der Statorkammer 42 ausgebildet ist und in der der Rotor 200 montiert ist.
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Die vordere Fläche 32 des Körpers 30 ist mit dem Abdeckungsbefestigungsabschnitt 44, einer ersten Statorbefestigungsfläche 40, einer ersten Lagerbefestigungsfläche 48 und einem Vorsprungsloch 34 versehen, die von ihrem Außenumfang zu ihrem Zentrum aufeinanderfolgend ausgebildet sind.
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Der Abdeckungsbefestigungsabschnitt 44 ist mit dem hinteren Endabschnitt 20 der Pumpenabdeckung 10 in Eingriff. Ein Dichtungsmittel wie zum Beispiel ein O-Ring O kann zwischen den Abdeckungsbefestigungsabschnitt 44 und den hinteren Endabschnitt 20 eingesetzt sein, so dass ein Ausströmen des Kühlmediums aus der Diffusorkammer 16 verhindert wird.
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Die erste Statorbefestigungsfläche 40 steht nach hinten von der vorderen Fläche 32 hervor und legt eine Grenze zwischen der Statorkammer 42 und der Rotorkammer 38 fest. In einem Zustand, in dem das Dichtungsmittel, wie zum Beispiel ein O-Ring O, an der ersten Statorbefestigungsfläche 40 montiert ist, ist das vordere Ende des Stators 101 an der ersten Statorbefestigungsfläche 40 montiert.
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Die erste Lagerbefestigungsfläche 48 steht von der vorderen Fläche 32 nach hinten hervor. Ein erstes Lager 94 ist zwischen die erste Lagerbefestigungsfläche 48 und den vorderen Endabschnitt der Welle 82 eingesetzt, so dass die Welle 82 widerstandsarm gedreht wird und verhindert wird, dass die Welle 82 geneigt wird.
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Das Vorsprungsloch 34 ist an einem Mittelabschnitt der vorderen Fläche 32 derart ausgebildet, dass der vordere Endabschnitt der Welle 82 durch das Vorsprungsloch 34 zu der Diffusorkammer 16 hin hervorsteht. Das Laufrad 22 ist an der Welle 82 in der Diffusorkammer festgelegt. Es ist exemplarisch in dieser Beschreibung beschrieben, dass das Laufrad 22 von dem Laufradbolzen 28 an der Welle 82 festgelegt ist. Jedoch kann das Laufrad 22 mittels einer Presspassung an dem Außenumfang der Welle 82 befestigt sein.
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Unterdessen ist ein Verbindungsloch 36 an der vorderen Fläche 32 zwischen der ersten Statorbefestigungsfläche 40 und der ersten Lagerbefestigungsfläche 48 ausgebildet. Deshalb steht die Rotorkammer 38 mit der Diffusorkammer 16 in Fluidverbindung. Wärme, die an der Welle 82, dem Rotor 200 und dem Stator 101 erzeugt wird, wird durch Betreiben der Wasserpumpe 1 von dem Kühlmedium gekühlt, das durch das Verbindungsloch 36 hinein- und herausströmt. Deshalb kann die Haltbarkeit der Wasserpumpe 1 verbessert sein. Außerdem wird verhindert, dass Schwimmstoffe in dem Kühlmedium in der Rotorkammer 38 angesammelt werden.
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Die Rotorkammer 38 ist in einem Mittelabschnitt des Körpers 30 ausgebildet. Die Welle 82 und der Rotor 200 sind in der Rotorkammer 38 montiert.
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Ein Stufenabschnitt 83, dessen Durchmesser größer als der des anderen Teils ist, ist in einem Mittelabschnitt der Welle 82 ausgebildet. Entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung kann eine Hohlwelle 82 verwendet werden. Ein Keilabschnitt (nicht abgebildet) kann an einem Außenumfang des Stufenabschnittes 83 entlang der Mittelachse x ausgebildet sein.
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Der Rotor 200 ist an einem Stufenabschnitt 83 der Welle 82 festgelegt und in einer unsymmetrischen Gestalt ausgebildet. Schub wird auf die Welle 82 zu der vorderen Fläche 32 durch die unsymmetrische Form des Rotors 200 und eine Druckdifferenz zwischen der Diffusorkammer 16 und der Rotorkammer 38 ausgeübt. Der an der Welle 82 erzeugte Schub schiebt die Welle 82 zu der vorderen Fläche 32 hin. Dadurch kann der Stufenabschnitt 83 der Welle 82 stören und mit dem ersten Lager 94 zusammenstoßen und das erste Lager 94 kann dementsprechend beschädigt werden. Zum Verhindern eines Störens und Zusammenstoßens des Stufenabschnittes 83 der Welle 82 und des ersten Lagers 94 ist eine Kalotte 100 zwischen dem Stufenabschnitt 83 der Welle 82 und dem ersten Lager 94 montiert. Eine solche Kalotte 100 ist aus elastischem Gummimaterial hergestellt und baut den Schub der Welle 82 ab, der auf das erste Lager 94 ausgeübt wird.
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Unterdessen kann, wenn die Kalotte 100 das erste Lager 94 direkt berührt, der Schub der Welle 82 abgebaut werden, der auf das erste Lager 94 ausgeübt wird. Jedoch kann Rotationsreibung zwischen dem ersten Lager 94 und der Kalotte 100 aus Gummimaterial erzeugt werden, wodurch die Leistung der Wasserpumpe 1 verschlechtert werden kann. Deshalb ist ein Schubring 98 zwischen der Kalotte 100 und dem ersten Lager 94 montiert, so dass die Rotationsreibung zwischen dem ersten Lager 94 und der Kalotte 100 reduziert wird. Das heißt, die Kalotte verringert den Schub der Welle 82 und der Schubring 98 verringert die Rotationsreibung der Welle 82. Es ist in dieser Beschreibung exemplarisch beschrieben, dass eine Nut an dem Außenumfang der Kalotte 100 ausgebildet ist und der Schubring 98 in der Nut montiert ist. Jedoch ist die Methode zum Anbauen des Schubrings 98 an die Kalotte 100 nicht auf die exemplarische Ausführungsform der Erfindung beschränkt. Zum Beispiel kann eine Nut an einem Mittelabschnitt der Kalotte 100 ausgebildet sein und der Schubring 98 kann in dieser Nut montiert sein. Ferner soll verstanden werden, dass jeder beliebige Schubring 98, der zwischen die Kalotte 100 und das erste Lager 94 gesetzt ist, vorgesehen sein kann.
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Der Rotor 200 weist einen Rotorkern 86, einen Permanentmagneten 88, eine Rotorabdeckung 84 und ein Rotorgehäuse 90 auf.
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Wie aus 2 und aus 5 ersichtlich ist, hat der Rotorkern 86 eine Hohlzylinderform und ist an dem Stufenabschnitt 83 der Welle 82 durch eine Presspassung oder durch Schweißen festgelegt, oder ist mit dem Stufenabschnitt 83 der Welle 82 verkeilt. Es ist in dieser Beschreibung exemplarisch beschrieben, dass der Rotorkern 86 mit dem Stufenabschnitt 83 der Welle 82 verkeilt ist. Zu diesem Zwecke ist eine Kupplungsnut 204 an dem Innenumfang des Rotorkerns 86 entlang der Mittelachse x ausgebildet und mit dem Stufenabschnitt 83 verkeilt.
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Eine Mehrzahl von Führungsvorsprüngen 202 ist an dem Außenumfang des Rotorkerns 86 entlang der Mittelachse x ausgebildet und eine Mehrzahl von Aussparungen 203 ist zwischen den Führungsvorsprüngen 202 entlang der Mittelachse x ausgebildet. Außerdem sind die Permanentmagneten 88 in die jeweilige Aussparung 203 eingesetzt montiert. Deshalb verhindert die Mehrzahl von Führungsvorsprüngen 202, dass der Permanentmagnet 88 gedreht wird. Außerdem deckt die Mehrzahl von Führungsvorsprüngen 202 nicht beide Enden des Permanentmagneten 88 ab, so dass eine Axialbewegung des Permanentmagneten eingeschränkt wird. Wenn der Führungsvorsprung 202 beide Enden des Permanentmagneten 88 abdeckt, kann der magnetische Fluss, der von dem Permanentmagneten 88 erzeugt wird, Streuverluste aufweisen. Ein solcher Streuverlust eines magnetischen Flusses bewirkt, dass ein Permanentmagnet 88 mit größerer Wirkung und größerer Abmessung verwendet werden sollte. Deshalb kann die Größe der Wasserpumpe 1 zunehmen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung deckt jedoch der Führungsvorsprung 202 nicht beide Enden des Permanentmagneten 88 ab und dadurch wird der Streuverlust des magnetischen Flusses verringert. Deshalb kann eine ausreichende Kapazität der Wasserpumpe 1 ohne ein Vergrößern der Wasserpumpe 1 erreicht werden.
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Der Permanentmagnet 88 ist in der Aussparung 203 montiert, die an dem Außenumfang des Rotorkerns 86 ausgebildet ist. Der Permanentmagnet 88 weist einen N-Pol und einen S-Pol auf und ist auf eine solche Weise montiert, dass der N-Pol und der S-Pol im Wechsel angeordnet sind.
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Wie aus der 2 und der 4 ersichtlich ist, ist ein Paar von Rotorabdeckungen 84 an den beiden Enden des Rotorkerns 86 und des Permanentmagneten 88 montiert. Ein Permanentmagnetführungselement 201 ist an dem Innenumfang der Rotorabdeckung 84 derart ausgebildet, dass eine Bewegung des Permanentmagneten 88 unterbunden ist, der an den Rotorkern 86 entlang der Mittelachse x montiert ist. Deshalb legt die Rotorabdeckung 84 zuerst den Rotorkern 86 und den Permanentmagneten 88 fest und ist aus Kupfer oder aus Edelstahl mit hohem spezifischem Gewicht hergestellt. Außerdem ist die Rotorabdeckung 84, wie aus 7 ersichtlich ist, mit einer Mehrzahl von Ausgleichslöchern 205 ausgebildet. Wenn der Rotor 200 hergestellt wird, wird geprüft, ob der Rotor 200 ausgewuchtet ist. Wenn der Rotor 200 nicht ausgewuchtet ist, kann es beim Betreiben der Wasserpumpe 1 zu Geräuschen und Vibration kommen. Dadurch kann die Leistung der Wasserpumpe 1 verringert werden. Deshalb werden Positionen der Ausgleichslöcher 205 so geändert, dass der Rotor 200 ausgewuchtet ist.
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In einem Zustand, in dem der Rotorkern 86 und der Permanentmagnet 88 an der Rotorabdeckung montiert sind, umgibt das Rotorgehäuse 90 die Außenumfänge des Rotorkerns 86 und des Permanentmagneten 88, so dass diese indirekt festgelegt werden. Das Rotorgehäuse 90 ist aus einer Formmasse (BMC) hergestellt, die eine Kaliumgruppe aufweist, die einen geringen Kontraktionskoeffizienten aufweist. Ein Verfahren zum Herstellen des Rotorgehäuses 90 wird kurz beschrieben.
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Der Rotorkern 86 und der Permanentmagnet 88 werden an die Rotorabdeckung 84 montiert und die Rotorabdeckung 84, an der der Rotorkern 86 und der Permanentmagnet 88 montiert sind, wird in eine Form (nicht abgebildet) eingesetzt. Danach wird die Formmasse, die die Kaliumgruppe aufweist, geschmolzen und BMC mit hoher Temperatur (z. B. 150°C) und hohem Druck fließt in die Form. Dann kühlt das BMC in der Form ab. Wie oben beschrieben, kann das Rotorgehäuse 90 präzise gefertigt werden, wenn das Rotorgehäuse 90 aus BMC mit einem geringen Kontraktionskoeffizienten hergestellt wird. Im Allgemeinen ist der Kontraktionskoeffizient von Harz bei 4/1000 – 5/1000, aber der Kontraktionskoeffizient von BMC ist etwa 5/10000. Wenn das Rotorgehäuse 90 durch Hineinfließen des Harzes mit hoher Temperatur in die Form hergestellt wird, zieht sich das Rotorgehäuse 90 zusammen und hat keine Zielform. Deshalb kann das Zusammenziehen des Rotorgehäuses 90, wenn das Rotorgehäuse 90 aus BMC hergestellt ist, das die Kaliumgruppe aufweist, die einen geringen Kontraktionskoeffizienten aufweist, durch Abkühlen verringert werden und das Rotorgehäuse 90 kann präzise gefertigt werden. Außerdem kann der Rotor unabhängig gekühlt werden, da die BMC, die die Kaliumgruppe aufweist, eine gute Wärmestrahlungsleistung aufweist. Deshalb kann verhindert werden, dass die Wasserpumpe 1 durch Wärme bzw. Hitze beschädigt wird.
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Außerdem ist entsprechend einem konventionellen Verfahren zum Herstellen des Rotors der Permanentmagnet an dem Außenumfang des Rotorkerns mittels Klebstoffs festgelegt. Jedoch werden hohe Temperatur und hoher Druck in der Nähe des Rotors erzeugt, wenn der Rotor gedreht wird. Dadurch kann der Klebstoff schmelzen oder der Permanentmagnet kann von dem Rotorkern gelöst werden. Der Permanentmagnet 88, der an den Rotorkern 86 montiert ist, wird im Gegensatz dazu erstens von der Rotorabdeckung 84 und indirekt von dem Rotorgehäuse 90 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung festgelegt. Dadurch kann der Permanentmagnet 88 nicht von dem Rotorkern 86 gelöst werden.
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Die Statorkammer 42 ist in dem Körper 30 an einem radialen Außenabschnitt der Rotorkammer 38 ausgebildet. Der Stator 101 ist in der Statorkammer 42 montiert.
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Der Stator 101 ist an dem Körper 30 direkt oder indirekt festgelegt, und weist einen Statorkern 102, einen Isolator 104, eine Spule 108 und ein Statorgehäuse 109 auf.
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Der Statorkern 102 wird durch Aufeinanderschichten einer Mehrzahl von Teilen ausgebildet, die aus einem magnetischen Material hergestellt sind. Das heißt, die Mehrzahl von dünnen Teilen ist derart aufeinandergeschichtet, dass der Statorkern 102 eine Zieldicke aufweist.
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Der Isolator 104 verbindet die Teile, aus denen der Statorkern 102 besteht, miteinander und ist durch Harzgießen hergestellt. Das heißt, der Statorkern 102, der durch Aufeinanderstapeln der Mehrzahl von Teilen ausgebildet ist, wird in eine Form eingesetzt (nicht abgebildet) und dann wird verflüssigtes Harz in die Gussform hineingespritzt. Dadurch wird der Statorkern 102 hergestellt, an dem der Isolator 104 montiert ist. Unterdessen sind Spulenbefestigungsaussparungen am vorderen und am hinteren Endabschnitt des Statorkerns 102 und des Isolators 104 ausgebildet.
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Die Spule 108 wird an einem Außenumfang des Statorkerns 102 aufgewickelt, so dass ein magnetischer Pfad ausgebildet ist.
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Das Statorgehäuse 109 umhüllt den Statorkern 102, den Isolator 104 und die Spule 108 und dichtet sie ab. Das Statorgehäuse 109, das gleich dem Rotorgehäuse 90 ist, ist mittels Einsatzgießens des BMC hergestellt, das die Kaliumgruppe aufweist.
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Außerdem können auch ein Hall-Sensor 112 und eine Hall-Sensorplatte 110 einsatzgegossen werden, wenn das Statorgehäuse einsatzgegossen ist. Das heißt, der Stator 101, der Hall-Sensor 112 und die Hall-Sensorplatte 110 können als eine Komponente einstückig hergestellt werden.
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Der Hall-Sensor 112 erfasst die Position des Rotors 200. Eine Markierung (nicht abgebildet) zum Darstellen seiner Position ist an dem Rotor 200 ausgebildet und der Hall-Sensor 112 erfasst die Markierung, so dass die Position des Rotors 200 erfasst wird.
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Ein Steuersignal, das dem Statur 101 entsprechend der Position des Rotors 200, die von dem Hall-Sensor erfasst ist, zugeführt ist, wird von der Hall-Sensorplatte 110 gesteuert. Das heißt, die Hall-Sensorplatte 110 erkennt ein starkes Magnetfeld, das an dem einen Teil des Stators 101 erzeugt wird, und ein schwaches Magnetfeld, das an dem anderen Teil des Stators 101 entsprechend der Position des Rotors 200 erzeugt wird. Dadurch wird die Anfangsbeweglichkeit der Wasserpumpe 1 verbessert.
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Ein Gehäusebefestigungsabschnitt 46 ist an einer Außenfläche des hinteren Endes des Körpers 30 ausgebildet.
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Das Antriebsgehäuse 50 ist mit dem hinteren Ende des Körpers 30 in Eingriff und ist aus einer Gehäusefläche 52 an seinem vorderen Endabschnitt ausgebildet. Die Rotorkammer 38 und die Statorkammer 42 sind in dem Körper 30 ausgebildet, indem das Antriebsgehäuse 50 mit dem hinteren Abschnitt des Körpers 30 in Eingriff ist. Ein Körperbefestigungsabschnitt 60 ist an dem Außenumfang des vorderen Endabschnittes des Antriebsgehäuses 50 ausgebildet und mit dem Gehäusebefestigungsabschnitt 46 durch Festlegen eines Mittels wie zum Beispiel eines Bolzens B in Eingriff.
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Die Gehäusefläche 52 ist mit einem Einsetzabschnitt 54, einer zweiten Statorbefestigungsfläche 56 und einer zweiten Lagerbefestigungsfläche 58 versehen, die von ihrem Außenumfang zu ihrem Zentrum aufeinanderfolgend ausgebildet sind.
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Der Einsetzabschnitt 54 ist an dem Außenumfang der Gehäusefläche 52 ausgebildet und steht nach vorne hervor. Der Einsetzabschnitt 54 ist in einen hinteren Endabschnitt des Körpers 30 eingesetzt und ist in engem Kontakt dazu. Ein Dichtungsmittel, wie zum Beispiel ein O-Ring O, ist zwischen den Einsetzabschnitt 54 und den hinteren Endabschnitt des Körpers 30 eingesetzt, so dass die Statorkammer 42 geschlossen und abgedichtet ist.
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Die zweite Statorbefestigungsfläche 56 steht von der Gehäusefläche 52 nach vorne hervor, so dass die Grenze zwischen der Statorkammer 42 und der Rotorkammer 38 definiert ist. Das hintere Ende des Stators 101 ist an die zweite Statorbefestigungsfläche 56 montiert, wobei ein Dichtungsmittel wie zum Beispiel ein O-Ring O dazwischengesetzt ist. Die Statorkammer 42 steht durch den O-Ring O, der zwischen die erste Statorbefestigungsfläche 40 und das vordere Ende des Stators 101 eingesetzt ist, und durch den O-Ring O, der zwischen die zweite Statorbefestigungsfläche 56 und das hintere Ende des Stators 101 eingesetzt ist, nicht in Fluidverbindung mit der Rotorkammer 38. Deshalb strömt das Kühlmedium, das in die Rotorkammer 38 geströmt ist, nicht in die Statorkammer 42 hinein.
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Die zweite Lagerbefestigungsfläche 58 steht von der Gehäusefläche 52 nach vorne hervor. Ein zweites Lager 96 ist zwischen die zweite Lagerbefestigungsfläche 58 und den hinteren Endabschnitt der Welle 82 gesetzt, so dass die Welle widerstandsarm gedreht wird und verhindert wird, dass die Welle 82 geneigt wird.
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Das hintere Ende des Antriebsgehäuses 50 ist offen. Die Antriebskammer 64 ist zwischen dem Antriebsgehäuse 50 und der Antriebsabdeckung 70 ausgebildet, indem die Antriebsabdeckung 70 mit einer Scheibenform an dem hinteren Ende des Antriebs 50 durch Festlegen eines Mittels wie zum Beispiel eines Bolzens B in Eingriff gebracht ist. Zu diesem Zweck steht ein Vorsprungabschnitt 72 von dem Außenumfang der Antriebsabdeckung 70 hervor und dieser Vorsprungabschnitt 72 ist in den Außenumfang 62 des hinteren Endes des Antriebsgehäuses 50 eingesetzt und in engem Kontakt mit diesem. Ein Dichtungsmittel wie zum Beispiel ein O-Ring O ist zwischen den Vorsprungabschnitt 72 und den Außenumfang 62 eingesetzt, so dass verhindert wird, dass Fremdkörper wie Staub in die Antriebskammer 64 gelangen.
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Der Antrieb 80, der den Betrieb der Wasserpumpe 1 steuert, ist in der Antriebskammer 64 montiert. Der Antrieb 80 weist Mikroprozessoren und eine Leiterplatte (PCB) auf. Der Antrieb 80 ist mit dem Steuerelement (nicht abgebildet) elektrisch verbunden, das am Äußeren der elektrischen Wasserpumpe 1 mittels eines Verbinders 74 angeordnet ist, und empfängt ein Steuersignal des Steuerelements. Außerdem ist der Antrieb 80 mit der Hall-Sensorplatte 110 elektrisch verbunden, so dass das Steuersignal, das von dem Steuerelement empfangen wird, zu der Hall-Sensorplatte übertragen wird.
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Unterdessen ist die Antriebskammer 64 von der Rotorkammer 38 durch die Gehäusefläche 52 isoliert. Deshalb strömt das Kühlmedium in der Rotorkammer 38 nicht in die Antriebskammer 64 hinein.
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Im Folgenden wird der Stator 101 der elektrischen Wasserpumpe 1 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 3 detaillierter beschrieben.
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3 ist eine perspektivische Ansicht, aus der ein Stator einer elektrischen Wasserpumpe gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung ersichtlich ist.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, ist eine Mehrzahl von Festlegenuten 105 an dem Außenumfang des hinteren Endes des Statorgehäuses 109 ausgebildet. Der Einsetzabschnitt 54 ist in die Festlegenut 105 eingesetzt, so dass Dreh- und Axialbewegungen des Stators 101 entsprechend der Drehung des Rotors 200 eingeschränkt werden. Eine solche Festlegenut 105 kann zusammen mit dem Statorgehäuse ausgebildet sein, wenn das Statorgehäuse einsatzgegossen ist, und es ist kein zusätzlicher Fertigungsschritt oder keine zusätzliche Vorrichtung zum Ausbilden der Festlegenut 105 erforderlich. Deshalb steigt die Anzahl der Fertigungsschritte des Stators 101 nicht an. Außerdem kann der Stator 101 ohne Probleme von dem Körper 30 abgebaut werden, da der Stator 101 an dem Körper 30 weder mit Klebstoff noch mittels einer Presspassung festgelegt ist. Deshalb kann der Stator 101 ohne Probleme ersetzt werden, wenn der Stator 101 nicht funktionsfähig ist.
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Außerdem bildet, wie aus 2 ersichtlich ist, der Innenumfang des Statorgehäuses 109 einen Teil der Rotorkammer 38. Wie oben beschrieben, strömt das Kühlmedium in die Rotorkammer 38 hinein und wird in die Rotorkammer 38 durch Drehung der Welle 82 und des Rotors 200 hineinbewegt. Da die Statornut 122 an dem Innenumfang des Statorgehäuses 109 entlang dessen Längsrichtung ausgebildet ist, strömt das Kühlmedium in die Rotorkammer 38 entlang der Statornut 122 und entfernt Schwimmstoffe, die sich am Innenumfang des Statorgehäuses 109 angelagert haben. Die Form der Statornut 122 kann ohne Probleme von einer Person bestimmt werden, die mit der Technik bezüglich des Strömens des Kühlmediums in der Rotorkammer 38 vertraut ist.
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Ferner ist eine Mehrzahl von Dämpflöchern 120 an dem Statorgehäuse 109 ausgebildet, so dass Vibrationen und Geräusche entsprechend der Drehung des Rotors 200 reduziert werden und Vibrationen reduziert werden, die beim Fahren eines Fahrzeuges erzeugt werden. Vibrationen und Geräusche entsprechend der Drehung des Rotors 200 und Vibrationen, die beim Fahren des Fahrzeuges erzeugt werden, werden von der Gasbewegung in der Statorkammer 42 durch die Dämpflöcher 120 hindurch absorbiert. Die Position und die Form des Dämpfloches 120 kann ohne Probleme von einer Person bestimmt werden, die mit der Technik der Vibrationsfrequenz und Druckfrequenz des Stators 101 vertraut ist. Außerdem konnen geschäumtes Harz oder geräuschabsorbierendes Material in das Dämpfloch 120 gefüllt werden, so dass Vibrationen und Geräusche noch weiter reduziert werden.
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Unterdessen können die Statornut 122 und das Dämpfloch 120 an dem Rotor 200 ausgebildet sein. Das heißt, Nuten (nicht abgebildet) können an dem Außenumfang des Rotorgehäuses 90 derart ausgebildet sein, dass das Kühlmedium in der Rotorkammer 38 entlang der Nuten strömt und die Schwimmstoffe entfernt werden, die sich an dem Außenumfang des Rotorgehäuses 90 angelagert haben. Außerdem können Vibrationen und Geräusche entsprechend der Drehung des Rotors (84, 86, 88, 90) und Vibrationen beim Fahren des Fahrzeugs durch Formen von Löchern (nicht abgebildet) an dem Rotorgehäuse 90 absorbiert werden.
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7 ist ein schematisches Diagramm, aus dem die Abläufe zum Herstellen eines Rotors ersichtlich sind, der in einer elektrischen Wasserpumpe gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
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Wenn der Rotorkern 86, der mit der Mehrzahl von Aussparungen 203 an seinem Außenumfang versehen ist, wie aus 7A ersichtlich, ausgeführt ist, werden die Permanentmagneten 88 in die jeweilige Aussparung 203 eingesetzt, wie aus 7B ersichtlich ist. Zugleich werden die Permanentmagneten 88 auf eine solche Weise montiert, dass der N-Pol und der S-Pol im Wechsel angeordnet sind.
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Danach werden die Rotorabdeckungen 84 an beiden Enden des Rotorkerns 86 und des Permanentmagneten 88, wie aus 7C ersichtlich ist, montiert. Dadurch sind die Permanentmagneten 88 zuerst an dem Rotorkern 86 festgelegt.
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Danach wird das Rotorgehäuse 90 an den Außenumfang des Rotorkerns 86 und des Permanentmagneten 88, wie aus 7D ersichtlich ist, formgepresst.
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Wenn der Rotor 200 wie oben beschrieben hergestellt wird, wird überprüft, ob der Rotor 200 ausgewuchtet ist. Wenn der Rotor nicht ausgewuchtet ist, werden Positionen der Ausgleichlöcher 205 bestimmt, so dass die Auswuchtung des Rotors 200 erhalten wird. Dann werden die Ausgleichlöcher 205 in der Rotorabdeckung 84 ausgebildet.
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Da ein Stator und ein Rotor, die elektrisch betrieben werden, von einem Harzgehäuse umhüllt sind, der Wasserdichtigkeit aufweist, entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung, kann die Leistung und die Haltbarkeit einer elektrischen Wasserpumpe verbessert werden.
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Weil außerdem ein Hall-Sensor und eine Hall-Sensorplatte in dem Stator montiert sind und ein Steuersignal entsprechend einer Anfangsposition des Rotors verändert wird, kann die Anfangsbeweglichkeit der elektrischen Wasserpumpe verbessert werden.
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Ferner kann die Form des Rotorkerns optimiert werden, so dass der Magnetfluss des Permanentmagneten minimiert wird. Deshalb kann ausreichend Kapazität der Wasserpumpe erzielt werden, ohne die Wasserpumpe zu vergrößern.
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Zur Vereinfachung der Erläuterung und für eine genaue Definition in den Ansprüchen sind die Begriffe „innen/innere” und „außen/äußere” zur Beschreibung von Merkmalen gemäß der exemplarischen Ausführungsform verwendet, wobei auf die Positionen solcher Merkmale, wie sie in den Figuren dargestellt sind, Bezug genommen ist.
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Die vorangehenden Beschreibungen von spezifischen, exemplarischen Ausführungsformen dieser Erfindung wurden zum Zwecke der Darstellung und Beschreibung vorgestellt. Es ist nicht beabsichtigt, dass sie erschöpfend sind oder die Erfindung auf die konkreten, aufgezeigten Ausgestaltungen einschränken, und es sind viele Modifikationen und Variationen angesichts der obigen Erläuterungen möglich. Die exemplarischen Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern und um dadurch technische Fachleute in die Lage zu versetzen, verschiedene Ausführungsformen dieser Erfindung, sowie hiervon Alternativen und Modifikationen, zu gestalten und anzuwenden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2009-0112236 [0001]
