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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung mit der Nr. 10-2009-0112232 , die am 19. November 2009 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hier via Bezugnahme mit aufgenommen ist.
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Wasserpumpe. Im spezielleren betrifft die Erfindung eine elektrische Wasserpumpe mit verbesserter Leistung und Haltbarkeit.
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Im Allgemeinen zirkuliert eine Wasserpumpe Kühlmittel zu einem Verbrennungsmotor und einer Heizung, um den Verbrennungsmotor zu kühlen und um eine Fahrzeuginsassenkabine zu erwärmen. Das Kühlmittel fließt von der Wasserpumpe aus und zirkuliert durch den Verbrennungsmotor, die Heizung oder den Kühler, um damit Wärme auszutauschen, und fließt zurück in die Wasserpumpe. Eine derartige Wasserpumpe ist vom Typ her im Wesentlichen unterteilt in eine mechanische Wasserpumpe und in eine elektrische Wasserpumpe.
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Die mechanische Wasserpumpe ist mit einem Riemenrad verbunden, welches an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors befestigt ist, und wird angetrieben gemäß der Drehung der Kurbelwelle (d. h., gemäß der Motordrehung). Daher wird der Kühlmittelbetrag, der aus der mechanischen Wasserpumpe ausfließt, von der Drehzahl des Verbrennungsmotors bestimmt. Jedoch ist der Kühlmittelbetrag, der in der Heizung und im Kühler erforderlich ist, ein spezifischer Wert, der unabhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors ist. Daher arbeiten die Heizung und der Kühler in einem Bereich, in welchem die Drehzahl klein ist, nicht normal, und, um die Heizung und den Kühler normal zu betreiben, muss die Motordrehzahl erhöht werden.
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Wenn jedoch die Verbrennungsmotordrehzahl erhöht wird, dann steigt auch der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs an.
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Im Gegensatz dazu wird die elektrische Wasserpumpe von einem (Elektro-)Motor angetrieben, der von einer Steuervorrichtung gesteuert wird. Daher kann die elektrische Wasserpumpe den Kühlmittelbetrag unabhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors bestimmen. Da die in der elektrischen Wasserpumpe verwendeten Komponenten jedoch elektrisch betrieben sind, ist es für die elektrisch betriebenen Komponenten wichtig, eine ausreichende Wasserdichtungsleistung zu haben. Wenn die Komponenten ausreichende Wasserdichtungsleistung aufweisen, dann sind die Leistung und die Haltbarkeit der elektrischen Wasserpumpe ebenfalls verbessert.
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Gegenwärtig tendiert die Anzahl an Fahrzeugen, die mit einer elektrischen Wasserpumpe ausgestattet sind, dazu anzusteigen. Demgemäß werden zahlreiche Technologien zum Verbessern der Leistung und Haltbarkeit der elektrischen Wasserpumpe entwickelt.
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Die in diesem Hintergrund Abschnitt offenbarte Information dient nur der Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und stellt nicht den dem Fachmann bekannten Stand der Technik dar.
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Ferner offenbart die Druckschrift
DE7115806U eine selbstansaugende Kreiselpumpe, die einen Pumpenteil und einen Antriebsmotor, die gehäusemäßig zu einem kompakten Block vereinigt sind, aufweist, wobei der Motor in einen Druckraum der Pumpe wasserdicht eingebaut ist und von Druckwasser umspült ist.
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Ferner offenbaren die Druckschrift
DE10019820C2 ,
JP 2009-150223A und
US2994213A weitere Beispiele für Pumpen.
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Zahlreiche Aspekte der Erfindung sind darauf gerichtet, eine elektrische Wasserpumpe zu schaffen, die im Hinblick auf eine verbesserte Leistung und Haltbarkeit Vorteile hat, und eine elektrische Wasserpumpe zu schaffen, welche reduziertes Gewicht und reduzierte Herstellkosten mit sich bringt.
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Dazu wird eine elektrische Wasserpumpe bereit gestellt, aufweisend einen Körper mit einer hohlzylindrischen Gestalt, von dem ein Ende offen ist und von dem das andere Ende eine vordere Fläche aufweist, einen Stator mit einer hohlzylindrischen Gestalt, der in dem Körper angeordnet ist, um gemäß einem Steuersignal ein Magnetfeld zu erzeugen, einen Rotor, der von dem Stator umgeben ist und von dem am Stator generierten Magnetfeld rotiert wird, wobei der Rotor eine hohlzylindrische Gestalt hat, eine Pumpenabdeckung mit einem Einlass, durch welchen Kühlmittel einfließt, und mit einem Auslass, durch welchen unter Druck gesetztes Kühlmittel ausfließt, wobei die vordere Fläche des Körpers und die Pumpenabdeckung eine Pumpkammer dazwischen ausbilden, wobei eine Statorkammer in dem Körper in Radialrichtung an einem Außenabschnitt ausgebildet ist und der Stator in der Statorkammer montiert ist, und wobei eine Rotorkammer an einem Innenabschnitt der Statorkammer ausgebildet ist und der Rotor in der Rotorkammer montiert ist, eine Welle, die drehbar mit der vorderen Fläche gekuppelt ist und im Rotor fixiert ist, sodass sie sich zusammen mit dem Rotor um eine zentrale Achse der Welle dreht, und die in der Rotorkammer montiert ist, und ein Pumprad, das an einem vorderen Abschnitt der Welle in der Pumpkammer befestigt ist, um zusammen mit der Welle zu rotieren, um das durch den Einlass eingeflossene Kühlmittel unter Druck zu setzen, wobei die Welle einen ersten Wellenteil, der mit dem Pumprad und einem Vorderendabschnitt des Rotors verbunden ist, und einen zweiten Wellenteil aufweist, der mit einem Hinterendabschnitt des Rotors verbunden ist, entlang der zentralen Achse der Welle gesehen, wobei der erste und der zweite Wellenteil in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, um dazwischen einen Raum im Rotor auszubilden.
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Der Raum kann fluiddicht abgeschlossen und gegenüber der Rotorkammer abgedichtet sein.
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Ein erster Vorsprungabschnitt kann an einem Hinterendabschnitt des ersten Wellenteils radial vorstehen, und eine erste Montagefläche zum Einsetzen in den Vorderendabschnitt des Rotors kann sich von dem ersten Vorsprungabschnitt aus nach hinten erstrecken.
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Ein erstes Lager kann an einem Vorderendabschnitt des ersten Wellenteils zwischen dem ersten Vorsprungabschnitt und der vorderen Fläche des Körpers angeordnet sein, um die Drehreibung der Welle zu reduzieren.
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Ein zweiter Vorsprungabschnitt kann an einem Vorderendabschnitt des zweiten Wellenteils radial vorstehen, und eine zweite Montagefläche zum Einsetzen in den Hinterendabschnitt des Rotors kann sich von dem zweiten Vorsprungabschnitt aus nach vorne erstrecken.
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Die erste Montagefläche und die zweite Montagefläche können an einem Hinterendabschnitt des zweiten Wellenteils im vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sein, um den Raum dazwischen im Motor auszubilden.
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Ein zweites Lager kann zwischen dem zweiten Vorsprungabschnitt des zweiten Wellenteils und einer Gehäusefläche eines Ansteuerungsgehäuses angeordnet sein, um die Drehreibung der Welle zu reduzieren.
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Die elektrische Wasserpumpe kann aufweisen: das Ansteuerungsgehäuse, welches lösbar mit einem Hinterendabschnitt des Körpers gekuppelt ist und welches darin eine Ansteuerungskammer hat, und eine Ansteuerungsvorrichtung, die in der Ansteuerungskammer montiert ist und die das Steuersignal auf den Stator ausübt.
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Der Stator kann von dem Körper in einem vorbestimmten Abstand entlang eines Innenumfangs des Körpers angeordnet sein, und ein Hinterendabschnitt des Stators ist lösbar mit der Gehäusefläche des Ansteuerungsgehäuses gekuppelt.
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Der Stator kann aufweisen: einen Statorkern, der durch Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von Stücken, die aus einem Magnetmaterial gemacht sind, geformt ist, einen Isolator, der die Mehrzahl von Stücken des Statorkerns miteinander verbindet, eine Wicklung, die den Statorkern umwickelt, um einen Magnetpfad zu bilden, und ein Statorgehäuse, das den Statorkern, den Isolator und die Wicklung umgibt und abdichtet.
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Das Statorgehäuse kann mit der Gehäusefläche des Ansteuerungsgehäuses lösbar gekuppelt sein, welches mit dem Körper lösbar gekuppelt ist.
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Das Statorgehäuse kann aus einer Reaktionsmasse (BMC) gemacht sein, welche z. B. aus der Kaliumfamilie ist, mit einem niedrigen Kontraktionskoeffizienten.
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Der Stator kann ferner einen Hallsensor aufweisen, der die Position des Rotors erfasst, und kann eine Hallsensorplatine aufweisen, die das Steuersignal, das dem Stator zugeführt wird, gemäß der von dem Hallsensor erfassten Position des Rotors steuert, wobei der Hallsensor und die Hallsensorplatine von dem Statorgehäuse umgeben und abgedichtet sind, um mit dem Stator einen einzelnen Körper zu bilden.
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Der Rotor kann aufweisen: einen Rotorkern mit einer hohlzylindrischen Gestalt, um darin die Welle aufzunehmen, einen Permanentmagneten, der um einen Außenumfang des Rotorkerns montiert ist, eine Rotorabdeckung, die an beiden distalen Enden des Rotorkerns und des Permanentmagneten montiert ist, um dadurch den Rotorkern und den Permanentmagneten aneinander zu fixieren, und ein Rotorgehäuse, das einen Außenumfang des Rotorkerns und des Permanentmagneten umgibt, um dadurch den Rotorkern und den Permanentmagneten in einem Zustand aneinander zu fixieren, in welchem der Rotorkern und der Permanentmagnet an die Rotorabdeckung montiert sind.
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Das Rotorgehäuse kann aufweisen einen vorderen Rotorgehäuseteil, der den Rotorkern und den Permanentmagneten an einer Vorderseite des Rotors fixiert, wobei der erste Vorsprungabschnitt den vorderen Rotorgehäuseteil an dem Hinterendabschnitt des ersten Wellenteils in einer rückwertigen Richtung hin abstützt, und einen hinteren Rotorgehäuseteil, der den Rotorkern und den Permanentmagneten an einer Hinterseite des Rotors fixiert, wobei der zweite Vorsprungabschnitt den zweiten Rotorgehäuseteil (hinterer Rotorgehäuseteil) an dem Vorderendabschnitt des zweiten Wellenteils in einer Vorderrichtung hin abstützt.
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Das Rotorgehäuse kann aus einer Reaktionsmasse aus z. B. der Kaliumfamilie sein, mit einem niedrigen Kontraktionskoeffizienten.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, die aus den angehängten Zeichnungen und der nachfolgenden Detailbeschreibung davon besser ersichtlich werden.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen elektrischen Wasserpumpe gemäß der Erfindung.
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2 ist eine Querschnitts Ansicht entlang der in 1 mit A-A bezeichneten Linie.
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Es wird bemerkt, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, und dass sie die zahlreichen Merkmale, die für die Grundprinzipien der Erfindung illustrativ sind, in teilweise vereinfachter Darstellung zeigen. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale der Erfindung, wie hierin offenbart, umfassend z. B. spezifische Abmessungen, Orientierungen, Positionierungen und Gestaltungen, werden teilweise durch die speziell vorgesehene Anwendung und durch die Verwendungsumgebung bestimmt.
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In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für gleiche und gleichwertige Elemente über die gesamten Figuren hinweg verwendet.
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Es wird nun mehr im Detail Bezug genommen auf die zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von denen Beispiele in den angehängten Zeichnungen dargestellt und nachfolgend erläutert werden. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit exemplarischen Ausführungsformen beschrieben wird, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diese exemplarischen Ausführungsformen eingeschränkt ist. Im Gegensatz dazu soll die Erfindung nicht nur diese exemplarischen Ausführungsformen umfassen, sondern sie umfasst auch Alternativen, Modifikationen, Abwandlungen und weitere Ausführungsformen, insofern vom Umfang der Patentansprüche abgedeckt.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Wasserpumpe gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung, und 2 ist eine Querschnittansicht entlang der in 1 mit A-A bezeichneten Linie.
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Wie aus 1 und aus 2 ersichtlich ist, weist eine elektrische Wasserpumpe 1 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung auf: eine Pumpenabdeckung 10, einen Körper 30, ein Ansteuerungsgehäuse 50 und eine Ansteuerungsabdeckung 70. Der Körper 30 ist mit einem hinteren Ende der Pumpenabdeckung 10 im Eingriff, um eine Pumpkammer 16 (schneckenförmige Pumpkammer) zu bilden, das Ansteuerungsgehäuse 50 ist im Eingriff mit einem hinteren Ende des Körpers 30, um eine Rotorkammer 38 und eine Statorkammer 42 auszubilden, und die Ansteuerungsabdeckung 70 ist im Eingriff mit einem hinteren Ende des Ansteuerungsgehäuses 50, um eine Ansteuerungskammer 64 auszubilden.
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Zusätzlich ist ein Pumprad 22 in der Pumpkammer 16 montiert, ein an einer Welle 83 fixierter Rotor 84, 86, 88 und 90 ist in der Rotorkammer 38 montiert, ein Stator 102, 104, 108 und 109 ist in der Statorkammer 42 montiert und eine Ansteuerungsvorrichtung 80 ist in der Ansteuerungskammer 64 montiert. Die Welle 83 hat eine zentrale Achse x, und der Rotor 84, 86, 88 und 90 sowie die Welle 83 rotieren um die zentrale Achse x. Der Stator 102, 104, 108 und 109 ist koaxial zur zentralen Achse x der Welle 83 angeordnet.
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Die Pumpenabdeckung 10 ist mit einem Einlass 12 an einem Vorderendabschnitt davon und mit einem Auslass 14 an einem Seitenabschnitt davon ausgestattet. Daher fließt Kühlmittel durch den Einlass 12 in die elektrische Wasserpumpe 1 und unter Druck gesetztes Kühlmittel in der elektrischen Wasserpumpe 1 fließt durch den Auslass 14 heraus. Eine Schrägfläche 18 ist an einem Hinterendabschnitt des Einlasses 12 der Pumpenabdeckung 10 ausgebildet, und ein Hinterendabschnitt 20 der Pumpenabdeckung 10 erstreckt sich von der Schrägfläche 18 aus nach hinten. Der Hinterendabschnitt 20 der Pumpenabdeckung 10 ist mit einem Abdeckungsmontageabschnitt 44 des Körpers 30 im Eingriff, und zwar durch ein Fixiermittel, wie z. B. eine Schraube B. Die Schrägfläche 18 ist mit Bezug auf die zentrale Achse x der Welle 83 geneigt, und ein Schnittpunkt P von Linien, die sich entlang der Schrägflache 18 erstrecken, liegt auf der zentralen Achse x der Welle 83.
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Die Pumpkammer 16 zum Unter-Druck-Setzen des Kühlmittels ist in der Pumpenabdeckung 10 ausgebildet, und das Pumprad 22 zum Unter-Druck-Setzen und Ausgeben des Kühlmittels durch den Auslass 14 ist in der Pumpkammer 16 montiert. Das Pumprad 22 ist an einem Vorderendabschnitt der Welle 83 fixiert und rotiert zusammen mit der Welle 83. In der Zeichnung ist es exemplarisch dargestellt, dass eine Wellenaussparung 27 am Hinterendabschnitt des Pumprads 22 ausgebildet ist und dass das Pumprad 22 mittels Einpressens der Welle 83 in einen Innenumfang der Wellenaussparung 27 an der Welle 83 fixiert ist. Jedoch kann das Pumprad 22 auch mittels eines Fixiermittels, wie z. B. einer Schraube, an der Welle 83 fixiert sein.
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Das Pumprad 22 ist mit einer Gegenfläche 26 an einem Vorderendabschnitt davon ausgestattet, die zur Schrägfläche 18 korrespondiert. Daher liegt ein Schnittpunkt von Linien, die sich entlang der Gegenfläche 26 erstrecken, ebenfalls auf der zentralen Achse x der Welle 83. Das in die Wasserpumpe 1 geströmte Kühlmittel kann sanft geführt werden und die Leistung der Wasserpumpe 1 kann verbessert werden; beides als Konsequenz des Anordnens der Mitten des Pumprads 22 und des Rotors 84, 86, 88 und 90, welche die rotierenden Elemente der Wasserpumpe 1 bilden, und einer Mitte des Stators 102, 104, 108 und 109, welcher ein feststehendes Element der Wasserpumpe 1 darstellt, auf der zentralen Achse X.
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Zusätzlich ist das Pumprad 22 in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt durch eine Mehrzahl von Blättern 24. Das in die Mehrzahl der Bereiche geflossene Kühlmittel wird durch die Drehung des Pumprads 22 unter Druck gesetzt.
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Der Körper 30 hat eine hohlzylindrische Gestalt, die nach hinten hin offen ist, und ist im Eingriff mit dem hinteren Ende der Pumpenabdeckung 10. Der Körper 30 weist auf: eine vordere Fläche 32, die zusammen mit der Pumpenabdeckung 10 die Pumpkammer 16 ausbildet, die Statorkammer 42, die an einem Außenumfangsabschnitt des Körpers 30 ausgebildet ist und in welcher der Stator 102, 104, 108 und 109 montiert ist, und die Rotorkammer 38, die an einem Innenumfangsabschnitt der Statorkammer 42 ausgebildet ist, und in welcher der Rotor, 84, 86, 88 und 90 montiert ist.
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Die vordere Fläche 32 des Körpers 30 ist ausgestattet mit dem Abdeckungsmontageabschnitt 44, einer ersten Statormontagefläche 40, einer ersten Lagermontagefläche 48 und einem Durchgangsloch 34, ausgebildet sequenziell von einem Außenumfang zu einer Mitte davon hin.
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Der Abdeckungsmontageabschnitt 44 ist mit dem Hinterendabschnitt 20 der Pumpenabdeckung im Eingriff. Ein Dichtungsmittel, wie z. B. ein O-Ring O, kann zwischen dem Abdeckungsmontageabschnitt 44 und dem Hinterendabschnitt 20 angeordnet sein, um Leckage des Kühlmittels von der Pumpkammer 16 zu verhindern.
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Die erste Statormontagefläche 40 steht von der vorderen Fläche 32 nach hinten hin vor und definiert eine Grenze zwischen der Statorkammer 42 und der Rotorkammer 38. In einem Zustand, in welchem das Dichtmittel, wie z. B. ein O-Ring O, an der ersten Statormontagefläche 40 montiert ist, ist das vordere Ende des Stator 102, 104, 108 und 109 an der ersten Statormontagefläche 40 montiert.
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Die erste Lagermontagefläche 48 steht von der vorderen Fläche 32 nach hinten hin vor. Ein erstes Lager 94 ist zwischen der ersten Lagermontagefläche 48 und dem Vorderendabschnitt der Welle 83 angeordnet, um die Welle 83 sanft rotieren zu lassen, und um zu verhindern, dass die Welle 83 schräg steht.
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Das Durchgangsloch 34 ist in einem Mittelabschnitt der vorderen Fläche 32 ausgebildet, sodass der Vorderendabschnitt der Welle 83 durch das Durchgangsloch 34 in die Pumpkammer 16 vorsteht. Das Pumprad 22 ist an der Welle 83 in der Pumpkammer 16 fixiert.
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Ferner ist ein Verbindungsloch 36 an der vorderen Fläche 32 zwischen der ersten Statormontagefläche 40 und der ersten Lagermontagefläche 48 ausgebildet. Daher ist die Rotorkammer 38 mit der Pumpkammer 16 fluidverbunden. Wärme, die an der Welle 83, dem Rotor 84, 86, 88 und 90 und dem Stator 102, 104, 108 und 109 durch den Betrieb der Wasserpumpe 1 erzeugt wird, wird durch das Kühlmittel, das durch das Verbindungsloch 36 ein- und ausfließt gekühlt. Daher kann die Haltbarkeit der Wasserpumpe 1 verbessert werden. Zusätzlich werden Schwimmmaterialien im Kühlmittel daran gehindert, sich in der Rotorkammer 38 anzuhäufen.
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Die Rotorkammer 38 ist an einem Mittelabschnitt im Körper 30 ausgebildet. Die Welle 83 und der Rotor 84, 86, 88 und 90 sind in der Rotorkammer 38 montiert.
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Die Welle 83 ist in einen ersten Wellenteil 81 und einen zweiten, vom ersten Wellenteil separaten, Wellenteil 82 unterteilt, und der erste und der zweite Wellenteil 81 und 82 sind durch den Rotor 84, 86, 88 und 90 miteinander verbunden.
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Der erste Wellenteil 81 ist an einem vorderen Abschnitt der Welle 83 angeordnet, und ein Vorderendabschnitt des ersten Wellenteils 81 durchdringt das Durchgangsloch 34 und ist mit dem Pumprad 22 gekuppelt. Ein erster Vorsprungabschnitt 130 steht an einem Hinterendabschnitt des ersten Wellenteils 81 radial vor, und eine erste Montagefläche 132 erstreckt sich von dem ersten Vorsprungabschnitt 130 aus nach hinten. Die erste Montagefläche 132 ist in den Vorderendabschnitt des Rotors 84, 86, 88 und 90 gepresst, und der erste Vorsprungabschnitt 130 definiert einen Presssitzanschlag des Rotors 84, 86, 88 und 90.
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Der zweite Wellenteil 82 ist an einem hinteren Abschnitt der Welle 83 angeordnet. Ein zweiter Vorsprungabschnitt 134 steht an einem Vorderendabschnitt des zweiten Wellenteils radial vor, und eine zweite Montagefläche 136 erstreckt sich von dem zweiten Vorsprungabschnitt 134 aus nach vorne. Die zweite Montagefläche 132 ist in den hinteren Endabschnitt des Rotors 84, 86, 88 und 90 gepresst, und der zweite Vorsprungabschnitt 130 definiert einen Presssitzanschlag für den Rotor 84, 86, 88 und 90.
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Zusätzlich ist ein (Hohl-)Raum 138 im Rotor 84, 86, 88 und 90 ausgebildet durch Verbinden des ersten und des zweiten Wellenteils 81 und 82 mit dem Rotor 84, 86, 88 und 90. Der Raum 138 ist gegenüber der Rotorkammer 38 abgedichtet und abgeschlossen und damit fluiddicht. Gemäß einer herkömmlichen elektrischen Wasserpumpe ist die Welle als ein Stück ausgebildet, und der Raum 138 ist mit dem gleichen Material, aus dem die Welle ist, gefüllt.
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Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung jedoch ist die Welle 83 in den ersten Wellenteil 81 und den zweiten Wellenteil 82 unterteilt, und der Raum ist durch die Verbindung der ersten und der zweiten Welle 81 und 82 mit dem Rotor 84, 86, 88 und 90 ausgebildet. Daher kann das Gewicht der Welle 83 und damit der Wasserpumpe 1 reduziert werden.
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Der erste und der zweite Wellenteil 81 und 82 sind dadurch miteinander verbunden, dass sie in den Rotor 84, 86, 88 und 90 eingepresst bzw. pressgepasst sind, und der Rotor 84, 86, 88 und 90 ist in einer unsymmetrischen Gestalt ausgebildet. Durch die unsymmetrische Gestalt des Rotors 84, 86, 88 und 90 wird Schub auf die Welle 83 in Richtung zu der vorderen Fläche 32 ausgeübt, und es liegt eine Druckdifferenz zwischen der Pumpkammer 16 und der Rotorkammer 38 vor. Der an der Welle 83 ausgeübte Schub drückt die Welle 83 in Richtung zu der vorderen Fläche 32. Dadurch kann der erste Vorsprungabschnitt 130 des ersten Wellenteils 81 mit dem ersten Lager 94 interferieren und kollidieren, und das erste Lager 94 kann demgemäß beschädigt werden. Um ein solches Interferieren und eine Kollision des ersten Vorsprungabschnitts 130 des ersten Wellenteils 81 und des ersten Lagers 94 zu verhindern, kann eine Manschette (nicht dargestellt) zwischen dem ersten Vorsprungabschnitt 130 des ersten Wellenteils 81 und dem ersten Lager 94 montiert sein. Eine solche Manschette ist aus einem elastischen Gummimaterial gemacht und baut den Schub der Welle 83, der auf das erste Lager 94 ausgeübt wird, ab.
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Im Falle, dass die Manschette das erste Lager 94 direkt kontaktiert, kann der auf das erste Lager 94 ausgeübte Schub der Welle 83 abgebaut werden. Jedoch kann Drehreibung zwischen dem ersten Lager 94 und der Manschette aus Gummimaterial erzeugt werden, und dadurch kann die Leistung der Wasserpumpe 1 verschlechtert werden. Daher kann ein Schubring (nicht gezeigt) zwischen der Manschette und dem ersten Lager 94 montiert sein, um die Drehreibung zwischen dem ersten Lager 94 und der Manschette zu reduzieren. D. h., die Manschette reduziert den Schub der Welle 83 und der Schubring reduziert die Drehreibung der Welle 83.
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Der Rotor 84, 86, 88 und 90 weist einen Rotorkern 86, einen Permanentmagneten 88, eine Rotorabdeckung 84 und ein Rotorgehäuse 90 auf. Der Rotor 84, 86, 88 und 90 kann eine hohlzylindrische Gestalt haben.
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Der Rotorkern 86 hat eine zylindrische Gestalt und ist mit einer Mehrzahl von Aussparungen (nicht dargestellt) ausgestattet, die entlang einer Längsrichtung davon am Außenumfang davon ausgebildet sind. Der Permanentmagnet 88 ist in die jeweilige Aussparung eingesetzt montiert.
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Der Permanentmagnet 88 ist am Außenumfang des Rotorkerns 86 montiert.
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Ein Paar von Rotorabdeckungen 84 ist am vorderen Ende und am hinteren Ende des Rotorkerns 86 und des Permanentmagneten 88 montiert. Die Rotorabdeckung 84 fixiert den Rotorkern 86 und den Permanentmagnet 88 primär aneinander und ist aus Kupfer oder aus rostfreiem Stahl mit einer hohen spezifischen Dichte. Zusätzlich ist ein Paar von Rotorabdeckungen 84 jeweils in die erste Montagefläche 132 des ersten Wellenteils 81 und die zweite Montagefläche 136 des zweiten Wellenteils 82 gepresst.
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In einem Zustand, in welchem der Rotorkern 86 und der Permanentmagnet 88 an die Rotorabdeckung 84 montiert sind, umgibt das Rotorgehäuse 90 die Außenumfänge des Rotorkerns 86 und des Permanentmagnet 88, um diese sekundär an einander zu fixieren. Das Rotorgehäuse 90 ist aus einer Reaktionsmasse (BMC), aufweisend z. B. eine Kaliumfamilie, mit niedrigem Kontraktionskoeffizienten. Ein Verfahren zum Herstellen des Rotorgehäuses 90 wird nachfolgend kurz erläutert.
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Der Rotorkern 86 und der Permanentmagnet 88 sind an die Rotorabdeckung 84 montiert, und die Rotorabdeckung 84, an welche der Rotorkern 86 und der Permanentmagnet 88 montiert sind, ist in eine Form (nicht dargestellt) eingesetzt. Hiernach wird Reaktionsmasse aus z. B. der Kaliumfamilie geschmolzen, und bei hoher Temperatur (z. B. 150°C) und hohem Druck wird die Reaktionsmasse in die Form eingegeben, z. B. eingespritzt. Dann wird die Reaktionsmasse in der Form gekühlt. Falls, wie oben beschrieben das Rotorgehäuse 90 aus der Reaktionsmasse gemacht ist, welche einen niedrigen Kontraktionskoeffizienten hat, kann das Rotorgehäuse 90 präzise hergestellt werden. Im Allgemeinen ist der Kontraktionskoeffizient eines Harzes 4/1000–5/1000, wobei jedoch der Kontraktionskoeffizient der Reaktionsmasse etwa 5/10000 beträgt. Wenn das Rotorgehäuse 90 durch Einbringen des Hochtemperaturharzes in die Form hergestellt wird, dann zieht sich das Rotorgehäuse 90 zusammen und hat nicht die Zielgestalt. Daher, wenn das Rotorgehäuse 90 durch die Reaktionsmasse aus der Kaliumfamilie mit niedrigem Kontraktionskoeffizienten hergestellt wird, dann kann die Kontraktion des Rotorgehäuses 90 auf Grund des Abkühlens reduziert werden, und das Rotorgehäuse 90 kann präzise hergestellt werden. Zusätzlich, da die Reaktionsmasse aus der Kaliumfamilie eine gute Wärmestrahlleistung hat, kann der Rotor unabhängig gekühlt werden. Daher kann die Wasserpumpe vor einer Wärmebeschädigung bewahrt werden.
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Zusätzlich, gemäß einer herkömmlichen Vorgehensweise zum Herstellen des Rotors, ist der Permanentmagnet mittels eines Klebers am Außenumfang des Rotorkerns befestigt. Wenn jedoch der Rotor rotiert, werden nahe dem Rotor hohe Temperatur und hoher Druck erzeugt. Dadurch kann der Kleber schmelzen, oder der Permanentmagnet kann sich von dem Rotorkern lösen. Gemäß der exemplarischen Ausführungsform der Erfindung ist im Gegensatz dazu der Permanentmagnet 88, der an dem Rotorkern 86 anmontiert ist, primär durch die Rotorabdeckung 84 fixiert und sekundär durch das Rotorgehäuse 90 fixiert. Daher kann sich der Permanentmagnet 88 nicht vom Rotorkern 86 lösen. Da ferner das Kühlmittel in die Rotorkammer 38 fließt, wird der Rotor 84, 86, 88 und 90 kontinuierlich gekühlt.
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Die Statorkammer 42 ist im Körper 30 an einer radialen äußeren Position der Rotorkammer 38 ausgebildet. Der Stator 102, 104, 108 und 109 ist in der Statorkammer 42 montiert.
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Der Stator 102, 104, 108 und 109 ist am Körper 30 direkt oder indirekt fixiert und weist einen Statorkern 102, einen Isolator 104, eine Wicklung 108 und ein Statorgehäuse 109 auf.
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Der Statorkern 102 ist ausgebildet durch Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von Stücken, die aus Magnetmaterial gemacht sind.
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D. h., die Mehrzahl von dünnen Stücken wird aufeinander gestapelt, sodass der Statorkern 102 eine Zieldicke erreicht bzw. hat.
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Der Isolator 104 verbindet die Stücke, die den Statorkern 102 ausbilden, miteinander und ist durch Formen eines Harzes ausgebildet. D. h., der Statorkern 102, der durch Aufeinanderstapeln der Mehrzahl von Stücken ausgebildet ist, wird in eine Form (nicht dargestellt) eingesetzt, und dann wird geschmolzenes Harz in die Form eingespritzt. Hierdurch wird der Statorkern 102, an den der Isolator 104 anmontiert ist, hergestellt. Zu dieser Zeit werden auch Wicklungsmontageaussparungen 106 an einem vorderen Endabschnitt und einem hinteren Endabschnitt des Statorkerns 102 und des Isolators 104 ausgebildet.
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Die Wicklung 108 ist um den Außenumfang des Statorkerns 102 gewickelt, um einen Magnetpfad zu bilden.
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Das Statorgehäuse 109 umgibt und dichtet den Statorkern 102, den Isolator 104 und die Wicklung 108 ab. Das Statorgehäuse 109, gleiches gilt auch für das Rotorgehäuse 90, ist durch Einsatzformen der Reaktionsmasse umfassend die Kaliumfamilie hergestellt. Eine Mehrzahl von Fixiernuten 105 ist an dem hinteren Endabschnitt eines Außenumfangs des Statorgehäuses 109 ausgebildet.
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Zusätzlich, wenn das Statorgehäuse 109 einsatzgeformt wird, dann werden gleichzeitig auch ein Hallsenor 112 und eine Hallsensorplatine bzw. Hallsensorleiterplatine 110 einsatzgeformt. D. h., der Stator 102, 104, 108 und 109, der Hallsensor 112 und die Hallsensorplatine 110 können als eine einzige Komponente integral hergestellt sein.
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Der Hallsensor 112 detektiert die Position des Rotors 84, 86, 88 und 90. Eine Markierung (nicht dargestellt) zum Anzeigen der Position davon ist an dem Rotor 84, 86, 88 und 90 ausgebildet und der Hallsensor 112 detektiert diese Markierung, um die Position des Rotors 84, 86, 88 und 90 zu detektieren.
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Die Hallsensorplatine 110 steuert ein Steuersignal, das dem Stator 101 zugeführt wird, gemäß der Position des Rotors 84, 86, 88 und 90, die von dem Hallsensor detektiert wird. D. h., die Hallsensorplatine 110 bewirkt, dass ein starkes Magnetfeld an einem Teil des Stators 110 generiert wird, und dass ein schwaches Magnetfeld an dem anderen Teil des Stators 102, 104, 108 und 109 generiert wird, gemäß der Position des Rotors 84, 86, 88 und 90. Dadurch kann eine anfängliche Mobilität der Wasserpumpe 1 verbessert werden.
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Ein Gehäusemontageabschnitt 46 ist an einem Außenumfang des hinteren Endes des Körpers 30 ausgebildet. Das Ansteuerungsgehäuse 50 ist mit dem hinteren Ende des Körpers 30 im Eingriff und ist mit einer Gehäusefläche 52 an einem Vorderendabschnitt davon ausgebildet. Die Rotorkammer 38 und die Statorkammer 42 sind in dem Körper 30 ausgebildet durch den Eingriff des Ansteuerungsgehäuses 50 mit dem Hinterendabschnitt des Körpers 30. Ein Körpermontageabschnitt 60 ist am Außenumfang des Vorderendabschnitts des Ansteuerungsgehäuses 50 ausgebildet und ist im Eingriff mit dem Gehäusemontageabschnitt 46 durch ein Fixiermittel, wie z. B. durch eine Schraube 8.
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Die Gehäusefläche 52 ist ausgebildet mit einem Einsetzabschnitt 54, einer zweiten Statormontagefläche 56 und einer zweiten Lagermontagefläche 58, die sequenziell von einem Außenumfang aus bis zu einer Mitte davon hin ausgebildet sind.
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Der Einsetzabschnitt 54 ist an einem Außenumfangsabschnitt der Gehäusefläche 52 ausgebildet und steht nach vorne hin vor. Der Einsetzabschnitt 54 ist in den Hinterendabschnitt des Körpers 30 eingesetzt und in engem Kontakt damit. Ein Dichtmittel, wie z. B. ein O-Ring O, ist zwischen dem Einsetzabschnitt 54 und dem Hinterendabschnitt des Körpers 30 angeordnet, um die Statorkammer 42 abzuschließen und abzudichten. Zusätzlich ist der Einsetzabschnitt 54 in die Fixiernut 105 eingesetzt, die am Statorgehäuse 109 ausgebildet ist, um die Drehbewegung und die Axialbewegung des Stators 102, 104, 108 und 109, die gemäß der Rotation des Rotors 84, 86, 88 und 90 bewirkt würde, zu begrenzen bzw. zu verhindern. Die Fixiernut 105 kann gebildet werden, wenn das Statorgehäuse 110 einsatzgeformt wird. Damit können zusätzliche Vorgänge oder zusätzliche Vorrichtungen entfallen, und die Anzahl der Herstellverfahrensschritte erhöht sich nicht. Zusätzlich, da der Stator 102, 104, 108 und 109 nicht am Körper 30 mittels eines Klebers oder mittels eines Presssitzes am Körper 30 fixiert ist, kann der Stator 102, 104, 108 und 109 leicht vom Körper 30 abgenommen werden. Daher, wenn der Stator 102, 104, 108 und 109 kaputt ist, kann der Stator 102, 104, 108 und 109 einfach repariert werden.
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Die zweite Statormontagefläche 56 steht von der Gehäusefläche 52 aus nach vorne vor, um eine Grenze zwischen der Statorkammer 42 und der Rotorkammer 38 zu definieren. Das hintere Ende des Stators 102, 104, 108 und 109 ist an der zweiten Statormontagefläche 56 montiert, wobei ein Dichtmittel, wie z. B. ein O-Ring O, zwischengelegt ist. Die Statorkammer 42 ist nicht in Fluidverbindung mit der Rotorkammer 38, und zwar auf Grund des O-Rings O, der zwischen die erste Statormontagefläche 40 und das vordere Ende des Stators 102, 104, 108 und 109 gelegt ist, und auf Grund des O-Rings O, der zwischen der zweiten Statormontagefläche 56 und dem hinteren Ende des Stators 102, 104, 108 und 109 angeordnet ist. Daher fließt das Kühlmittel, das in die Rotorkammer 38 geströmt ist, nicht in die Statorkammer 42.
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Die zweite Lagermontagefläche 58 steht von der Gehäusefläche 52 aus nach vorne hin vor. Ein zweites Lager 96 ist zwischen der zweiten Lagermontagefläche 58 und dem hinteren Endabschnitt der zweiten Welle 82 angeordnet, um zu bewirken, dass die Welle 83 sanft rotiert, und um zu verhindern, dass die Welle 83 schräg verläuft.
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Das hintere Ende des Ansteuerungsgehäuses 50 ist offen. Die Ansteuerungskammer 64 ist zwischen dem Ansteuerungsgehäuse 50 und der Ansteuerungsabdeckung 70 ausgebildet durch den Eingriff der Ansteuerungsabdeckung 70, die in Scheibenform ist, mit dem hinteren Ende des Ansteuerungsgehäuses 50 mittels eines Fixiermittels, wie z. B. einer Schraube B.
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Zu diesem Zweck steht ein Vorsprungabschnitt 72 vom Außenumfang der Ansteuerungsabdeckung 70 aus nach vorne vor, und dieser Vorsprungabschnitt 72 ist in einen Außenumfang 62 des hinteren Endes des Ansteuerungsgehäuses 50 eingesetzt und damit in engem Kontakt. Ein Dichtmittel, wie z. B. ein O-Ring O, ist zwischen dem Vorsprungabschnitt 72 und dem Außenumfang 62 angeordnet, um zu verhindern, dass Fremdsubstanzen, wie z. B. Schmutz und Staub, in die Ansteuerungskammer 64 eindringen.
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Die Ansteuerungsvorrichtung 80, die den Betrieb der Wasserpumpe 1 steuert, ist in der Ansteuerungskammer 64 montiert. Die Ansteuerungsvorrichtung 80 weist Mikroprozessoren und eine Leiterplatine PCB auf. Die Ansteuerungsvorrichtung 80 ist über einen Verbinder 74 mit einer Steuervorrichtung (nicht dargestellt), die außerhalb der elektrischen Wasserpumpe 1 angeordnet ist, elektrisch verbunden, und erhält von der Steuervorrichtung ein Steuersignal. Zusätzlich ist die Ansteuervorrichtung 80 mit der Hallsensorplatine 110 elektrisch verbunden, um das Steuersignal, das sie von der Steuervorrichtung erhält, an die Hallsensorplatine 110 weitergeben zu können.
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Die Ansteuerungskammer 64 ist von der Rotorkammer 38 durch die Gehäusefläche 52 isoliert bzw. abgetrennt. Daher kann Kühlmittel in der Rotorkammer 38 nicht in die Ansteuerungskammer 64 strömen.
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Da der Stator und der Rotor, die elektrisch betrieben sind, von einem Harzgehäuse umgeben sind, welches Wasserdichtungseigenschaften aufweist, gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung, sind die Leistung und die Haltbarkeit der elektrischen Wasserpumpe verbessert.
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Zusätzlich, da ein Hallsensor und eine Hallsensorplatine im Stator montiert sind und ein Steuersignal gemäß einer Anfangsposition des Rotors geändert wird, ist die anfängliche Mobilität der elektrischen Wasserpumpe verbessert.
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Ferner, da die Welle in einen ersten Wellenteil und in einen zweiten Wellenteil unterteilt ist, und der erste Wellenteil und der zweite Wellenteil über den Rotor miteinander verbunden sind, sind Gewicht und Kosten der elektrischen Wasserpumpe reduziert.
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Für die Erleichterung der Erklärung und der akkuraten Definition in den angehängten Ansprüchen, sind Ausdrücke, wie „innerer”, „äußerer” und „außen” dazu verwendet, um Merkmale der exemplarischen Ausführungsformen mit Bezug auf die Positionen derartiger Merkmale wie in den Figuren dargestellt zu beschreiben.
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Die vorrausgehenden Beschreibungen der spezifischen exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung wurden zum Zwecke der Illustration und Beschreibung vorgestellt. Sie sind nicht erschöpfend und beschränken die Erfindung nicht auf die speziellen darin beschriebenen Gestaltungen, sondern es sind Modifikationen und Variationen hiervon möglich, ohne von dem durch die Ansprüche definierten Schutzumfang abzuweichen.
