DE19937012A1

DE19937012A1 - Förderaggregat für Kraftstoff

Info

Publication number: DE19937012A1
Application number: DE19937012A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dobler; Willi Strohl; Michael Huebel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2001-02-08
Also published as: ITMI20001716A0; IT1318254B1; JP2001065420A; FR2797308A1; BR0003370A; ITMI20001716A1

Abstract

Förderaggregat für Kraftstoff mit einer als Strömungs- oder Seitenkanalpumpe ausgebildeten Förderpumpe (11), die eine in einem Gehäuse (13) ausgebildete Pumpenkammer (14) und ein in der Pumpenkammer (14) angeordnetes Pumpen- oder Laufrad aufweist, und mit einem das Laufrad antreibenden Elektromotor, wobei der Rotor (29) des Elektromotors vom Laufrad (16) der Förderpumpe (11) gebildet ist, wobei der Elektromotor als geschalteter Reluktanzmotor bzw. SR-Motor ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Förderaggregat für Kraftstoff nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem bekannten Förderaggregat dieser Art zum Fördern von Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter zu einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs (WO 95/25885) sind die Förderpumpe und der Elektromotor zu deren Antrieb in einem Gehäuse nebeneinander angeordnet. Das Pumpen- oder Laufrad, das an seinem Umfang mit Flügeln oder Laufradschaufeln besetzt ist, sitzt drehfest auf der Welle des Rotors oder Läufers, der eine in Nuten einliegende Rotor- oder Ankerwicklung trägt und in einem mit Permanentmagnetsegmenten belegten Ständer oder Stator umläuft. Die Stromzuführung zur Ankerwicklung erfolgt über einen auf der Rotorwelle sitzenden Kommutator oder Stromwender und zwei auf dem Kommutator unter Federdruck radial aufliegenden Strombürsten. Dieses Förderaggregat baut relativ groß.

Aus der DE 197 16 452 ist ein Förderaggregat für Kraftstoff mit einer als Strömungs- oder Seitenkanalpumpe ausgebildeten Förderpumpe, die eine in einem Gehäuse ausgebildete Pumpenkammer und ein in der Pumpenkammer angeordnetes Pumpen- oder Laufrad aufweist, und mit einem das Laufrad antreibenden Elektromotor, der eine Ankerwicklung und Permanentmagnete sowie Stator und Rotor aufweist, bekannt, bei welchem der Elektromotor bürstenlos ausgebildet ist und sein Rotor vom Laufrad der Förderpumpe gebildet wird. Gemäß diesem Förderaggregat ist eine Zusammenfassung von dessen drehenden Teilen verwirklicht, d. h. des Laufrads der Förderpumpe und des Rotors des Elektromotors. Durch diese Maßnahme ist ein sehr kompakter Aufbau des Förderaggregats realisiert. Insbesondere kann das Förderaggregat sehr flach, also mit geringer axialer Abmessung, ausgeführt werden. Als nachteilig bei diesem Förderaggregat werden die am Rotor befindlichen Permanentmagnete angesehen, wodurch ein relativ großer Bereitstellungs- und Fertigungsaufwand entsteht. Ferner kann es in einem derartigen Förderaggregat zu Verschleißerscheinungen aufgrund von vorhandenen ferromagnetischen Schmutzpartikeln kommen, welche an dem Magneten des Rotors haften können.

Aus der geschalteten Reluktanzmotortechnik (englisch: "switched reluctance") sind sogenannte SR-Motoren bekannt, welche sowohl das hohe Spitzenmoment und den hohen Wirkungsgrad des Gleichstrommotors als auch die Wirtschaftlichkeit und Feldschwächungscharakteristik des Induktionsmotors in sich vereinigen. Bei derartigen SR- Motoren wird die Anzugskraft eines Elektromagneten gegen Eisen ausgenutzt. Das heißt, der magnetische Kreis versucht sich dem Punkt der minimalen Reluktanz zu nähern. Es sind beispielsweise SR-Motoren mit 8 Stator- und 6 Rotorpolen bekannt, welche einen vierphasigen Aufbau aufweisen. Jeder Statorpol weist eine Erregerspule auf. Gegenüberliegende Pole werden elektrisch zusammengeschaltet, um das Nord-/Süd polpaar einer Phase zu bilden. Die Phase wird über zwei elektronische Schalter in einer Stromrichtung erzeugt, wobei Dioden zur Stromregenerierung einsetzbar sind. Wenn Strom in eine Phase eingeprägt wird, wird ein entsprechendes Drehmoment erzeugt. Die Phase bleibt erregt, bis Rotor- und Statorspule aufeinander ausgerichtet sind. Eine sequentielle Erregung der Phasen bewirkt das kontinuierliche Drehen des Motors.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Förderaggregats für Kraftstoff, mit welchem die oben beschriebenen Nachteile, welche bei herkömmlichen Förderaggregaten auftraten, vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Förderaggregat für Kraftstoff mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines SR-Motors im Rahmen des Förderaggregats kann auf Permanentmagnete, wie sie bei herkömmlichen Förderaggregaten Verwendung fanden, vollständig verzichtet werden. Hierdurch ergeben sich Möglichkeiten der Kosten- und Verschleißreduzierung. Das erfindungsgemäße Förderaggregat eignet sich für extrem flach bauende Bauformen von Elektrokraftstoffpumpen. Durch den Entfall einer Permanentmagnetisierung ergeben sich gegenüber herkömmlichen Förderaggregaten Montagevorteile. Auf eine Strahlpumpe, welche herkömmlicherweise zur Topfbefüllung verwendet wurde, kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen Förderaggregats verzichtet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Förderaggregats sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es erweist sich als zweckmäßig, den erfindungsgemäß verwendeten SR-Motor als 4phasigen Motor auszubilden. Bei Verwendung derartiger Motoren ergibt sich gegenüber Ausführungsformen mit kleinerer Phasenzahl eine geringere Drehmomentenwelligkeit, wodurch sich Vorteile bei der Geräuschentwicklung ergeben.

Es ist ferner bevorzugt, daß der Rotor aus einem Weicheisenwerkstoff besteht.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Förderaggregats wird nun anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen beschrieben. In dieser zeigt:

Fig. 1 einen Längs- oder Meridialschnitt des Förderaggregats, wobei der Schnitt in der oberen Hälfte der Darstellung durch das ausgebildete Strömungsgebiet, und in der unteren Hälfte der Darstellung durch den Ansaugbereich des Förderaggregats geführt ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Motorgeometrie eines erfindungsgemäß bei einem Förderaggregat einsetzbaren SR-Motors, und

Fig. 3 eine um 90° bezüglich der Fig. 3 gedrehte Ansicht eines SR-Motors.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Förderaggregat dient zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Üblicherweise wird das Förderaggregat in Verbindung mit einem Filtertopf als sogenannte Tankeinbaueinheit in dem Kraftstoffbehälter oder Kraftstofftank des Fahrzeugs angeordnet. Das Förderaggregat weist eine als Strömungs- oder Seitenkanalpumpe ausgebildete Förderpumpe 11 und einen die Förderpumpe 11 antreibenden Elektromotor 12 auf.

Förderpumpe und Elektromotor 12 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 13 aufgenommen. Der Aufbau und die Wirkungsweise der Förderpumpe 11 ist bekannt und beispielsweise in der DE 40 20 521 A1 beschrieben. Im Gehäuse 13 ist eine Pumpenkammer 14 ausgebildet, die in Achsrichtung von zwei sich radial erstreckenden, voneinander axial beabstandeten Seitenwänden 141, 142 und in Umfangsrichtung von einer die beiden Seitenwände miteinander verbindenden Peripherwand 143 begrenzt ist. In der Pumpenkammer 14 ist ein Pumpen- oder Laufrad 16 angeordnet, das drehfest auf einer Welle 17 sitzt. Die Welle 17 ist mit ihren jeweiligen Wellenenden in zwei Lagern 18, 19, aufgenommen, die in den Seitenwänden 141 bzw. 142 ausgebildet sind. Die Achse der Welle 17 ist kolinear mit der Laufradachse 161 und der Achse der Pumpenkammern 16 ausgebildet. Das Laufrad 16 weist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, radialen Laufradschaufeln 20 auf, von denen in der Zeichnung nur zwei zu sehen sind. Die Laufradschaufeln 20 sind durch einen Außenring 21 miteinander verbunden. Jeweils 2 Laufradschaufeln 20 begrenzen zwischen sich eine Schaufelkammer 22, die axial offen ist. Es sei angemerkt, daß es auch möglich ist, weitere Schaufelkammern vorzusehen, welche bezüglich der dargestellten Kammern 22 radial weiter innen liegen. Das Laufrad 16 liegt mit Spaltabstand den Seitenwänden 141, 142 gegenüber, und der Außenring 21 schließt mit der Peripherwand 143 der Pumpenkammer 14 einen radialen Spalt ein. In jeder Seitenwand 141, 142 der Pumpenkammer 14 ist ein zur Pumpenkammer 14 hin offener, nutartiger Seitenkanal 23 bzw. 24 ausgebildet, der konzentrisch zur Laufradachse 161 angeordnet und in Umfangsrichtung nahezu über 330° von einem Seitenkanalanfang bis zu einem Seitenkanalende verläuft, wobei zwischen dem Seitenkanalende und dem Seitenkanalanfang eine Unterbrechung verbleibt. In der Zeichnung sind im unteren Schnittbild lediglich die Seitenkanalanfänge 231 und 241 der Seitenkanäle 23, 24 zu sehen. Das Seitenkanalende ist demgegenüber um etwa 330° umfangswinkelversetzt angeordnet. Jeder Seitenkanal steht über einen radial ausgerichteten Zuströmkanal 25 bzw. 26 mit einer Ansaugöffnung 27 des Förderaggregats in Verbindung. Die hier nicht zu sehenden Seitenkanalenden der beiden Seitenkanäle 23, 24 stehen über je einen Ablaufkanal mit einem Druckstutzen des Förderaggregats in Verbindung.

Der Elektromotor ist als geschalteter Reluktanzmotor bzw. SR-Motor 12 mit einem Rotor 29 und einem Stator 28 ausgebildet. Der SR-Motor 12 ist vorzugsweise als vier phasiger Motor mit acht Stator- und sechs Rotorpolen ausgebildet, wie dies beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Die Statorpole sind hier jeweils mit Bezugszeichen 1, und die Rotorpole mit Bezugszeichen 2 bezeichnet. Jeder Statorpol 1 ist mit einer Erregerspule 3 ausgebildet, von denen lediglich 2 eingezeichnet sind. Gegenüberliegende Pole werden elektrisch zusammengeschaltet, um das Nord-/Süd polpaar einer Phase zu bilden. Die Phase wird über zwei elektronische Schalter S1, S2 geregelt, wobei die eingezeichneten Dioden D1, D2 der Stromregenerierung dienen. Wenn Strom in die Phase eingeprägt wird, wird ein Drehmoment erzeugt. Die Phase bleibt erregt, bis Rotor- und Statorpole aufeinander ausgerichtet sind. Eine sequentielle Erregung der Phasen bewirkt das kontinuierliche Drehen des SR-Motors 12.

In der Darstellung der Fig. 1 sind die Rotorpole 2 radial außen bezüglich des Außenringes 21 auf diesem angebracht. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Rotorpole 2 radial innen bezüglich des Außenringes vorzusehen.

In Fig. 3 ist eine bezüglich der Fig. 3 um 90° gedrehte Darstellung der wesentlichen Komponenten des SR-Motors gezeigt.

In Fig. 1 erkennt man den in das Förderaggregat eingebaute SR-Motor 12, mit seinen wesentlichen Komponenten, nämlich Stator 1, Rotor 2 und Statorwicklungen 3. Der SR-Motor ist zur Erzielung einer flachen Bauweise des Förderaggregats in das Laufrad 16 der Förderpumpe 11 integriert. Seine Magnetpole werden, wie beschrieben, durch die jeweilige elektrische Zusammenschaltung gegenüberliegender Statorpole zu Nord-/Südpolpaaren gebildet. Die Rotorpole 2 sind auf dem Außenring 21 des Laufrades 16 befestigt. Die Statorpole sind koaxial zur Laufradachse 161 im Gehäuse 13 angeordnet.

Claims

1. Förderaggregat für Kraftstoff mit einer als Strömungs- oder Seitenkanalpumpe ausgebildeten Förderpumpe (11), die eine in einem Gehäuse (13) ausgebildete Pumpenkammer (14) und ein in der Pumpenkammer (14) angeordnetes Pumpen- oder Laufrad aufweist, und mit einem das Laufrad antreibenden Elektromotor (12), wobei der Rotor (29) des Elektromotors vom Laufrad (16) der Förderpumpe (11) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor als geschalteter Reluktanzmotor bzw. SR-Motor (12) ausgebildet ist.

2. Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der SR-Motor als vierphasiger Motor ausgebildet ist.

3. Förderaggregat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (29) des SR-Motors (12) aus einem Weicheisenwerkstoff hergestellt ist.

4. Verwendung eines SR-Motors zum Antrieb eines Laufrades einer als Strömungs- oder Seitenkanalpumpe ausgebildeten Förderpumpe (11) eines Förderaggregats für Kraftstoff, wobei der Rotor (29) des SR-Motors in das Laufrad (16) der Förderpumpe (11) integriert ist.