DE3633479A1 - Elektrisch angetriebene kraftstoffpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe zur Förderung von Kraftstoff, wie Benzin, Leichtöl oder Schweröl nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

In bekannten Kraftstoffpumpen sind der Pumpteil und ein Motor in einer Einheit zusammengefaßt und Kraftstoff wird von einer Ansaugöffnung in den Motor angesaugt und über eine Auslaß­ öffnung weitergefördert. Bei Kraftstoffpumpen dieses Typs treten Verschleißprobleme des Kommutators auf. Um diese Probleme zu lösen, wurde ein bürstenloser Motor verwendet, wie er in der Japanischen Offenlegungsschrift No. 56-88 982 beschrieben ist.

Für den Betrieb des bürstenlosen Motors ist es notwendig, einen elektrischen Schaltkreis zum Abtasten der Winkelstellung des Rotors vorzusehen, der entscheidet, welche Wicklung des Stators gemäß der Abtastung zu erregen ist und der entsprechend dieser Entscheidung die Erregung der Wicklung an- und abschaltet. Dazu ist zu bemerken, daß mindestens die Vorrichtung zum Abtasten der Rotorstellung in der Kraft­ stoffpumpe enthalten sein muß. Weiterhin ist es zur Vereinfachung der Handhabung vor­ teilhaft, den gesamten elektrischen Schalt­ kreis zusammen mit der Vorrichtung zum Ab­ tasten der Rotorstellung in die Kraftstoff­ pumpe einzubauen. Dabei muß allerdings die Art der Anordnung der Vorrichtung zum Fest­ stellen der Rotorstellung und der Widerstand der elektrischen Schaltung gegen Öl berück­ sichtigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe zu schaffen, die eine elektrische Schalt­ einheit mit Vorrichtung zur Abtastung der Stellung des Rotors im Inneren der Kraftstoff­ pumpe aufweist und die eine sichere Abdichtung des Inneren der Schalteinheit gegen das Ein­ dringen von Kraftstoff und dergleichen auch über einen längeren Zeitraum hinaus bei einfachem Aufbau gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit dem Oberbegriff gelöst.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe zur Förderung von Kraftstoff, wie Benzin, Leichtöl und Schweröl mit einem Pumpengehäuse, einem in der Mitte des Gehäuses eingekapselten Motor mit drehender Welle vorgesehen, der einen Rotor, bestehend aus einem auf der Welle befestigten Permanentmagneten und einen um den Rotor herum angeordneten Stator aufweist, der eine Vielzahl von Wicklungen besitzt, die nacheinander erregt werden, um den Motor in Drehung zu versetzen. In dem Gehäuse unter­ halb des Motors sind Mittel zum Pumpen ange­ ordnet, die mit der Welle des Motors in Wirk­ verbindung stehen. Weiterhin ist eine elektrische Schalteinheit aus öl- und wasserbeständigem Material in dem Gehäuse oberhalb des Motors aufgenommen, die öldicht eine Mehrzahl von Sensoren zum Feststellen der Winkelstellung des Rotors einkapselt, wobei der zum Rotor benachbarte Bereich der elektrischen Schalt­ einheit aus paramagnetischem Material besteht. Insbesondere umfaßt die elektrische Schalteinheit einen Träger, eine öldicht mit dem Träger verbundene Kappe, wobei der Träger sich über den äußeren Umfang der Kappe heraus erstreckt, und ein auf den Träger aufgedrucktes Leiter­ muster zur elektrischen Verbindung. Vorteilhafter­ weise ist die elektrische Schalteinheit mit Gas oder Flüssigkeit dichtend gefüllt, die einen Druck gleich dem oder etwas größer als der Pumpendruck aufweisen, so daß die Öl­ dichtigkeit aufrechterhalten wird, selbst wenn ein Lunker oder ein Nadelloch vorhanden ist.

Durch die in den weiteren Unteransprüchen ange­ gebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiter­ bildungen und Verbesserungen möglich.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Kraftstoffpumpe entsprechend der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Schnittlinie II-II nach Fig. 1, und

Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich zu dem nach Fig. 2, der ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung zeigt.

In den Fig. 1 und 2 ist ein bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Bezugszeichen 1 eine Kraftstoffpumpe bezeichnet, die eine obere und eine untere Abschlußplatte 4, 42 und eine Seitenwand 20 als Gehäuse aufweist. In der oberen Abschlußplatte 4 ist eine Auslaßöffnung 2 vorgesehen, während die untere Abschlußplatte 42 eine Ansaugöffnung 44 aufweist. Das Innere der Pumpe 1 ist durch eine Trennwand 28 abgeteilt, wodurch eine Motorkammer oberhalb der Trennungs­ wand gebildet wird. Eine Welle 48 des Motors ist drehbar an ihrem einen Ende in einem mit der oberen Abschlußplatte 4 über drei Arme 5 a, 5 b, 5 c befestigten Lager und an ihrem anderen Ende ebenfalls in einem mit der Trennungswand 28 verbundenen Lager 47 gelagert. Die Drehwelle 48 ist in eine axiale Durchbohrung eines zylin­ drischen Permanentmagneten 50 hindurchgeführt und fest mit diesem verbunden, der radial magnetisiert ist und den Rotor des Motors bildet. Um den Rotor herum ist ein Stator 24 aus ferromagnetischem Material ange­ ordnet, der sich in axialer Richtung erstreckt. Der Stator ist mit sechs Polen versehen, die sich nach innen zum Rotor hin erstrecken. Um diese Pole herum sind Wicklungen 26 gewickelt. Die Wicklungen 26 sind elektrisch miteinander und mit einem gemeinsamen Anschluß in der Weise verbunden, daß entgegengesetzte Pole gleichzeitig erregt werden. Entsprechend ist die elektrische Verbindung der Wicklungen über drei Phasen und den gemeinsamen Anschluß realisiert.

An dem unteren Ende der Drehwelle 48 ist eine Lagerscheibe 38 befestigt, die zwei an gegen­ überliegenden Stellen angeordnete, sich nach unten erstreckende Arme 36 a, 36 b aufweist. Die Arme 36 a, 36 b treten mit zwei Flügelrädern 34 a, 34 b in Eingriff, um diese um eine mit der unteren Abschlußplatte 42 verbundene Achse 40 zu drehen. Wenn die Flügelräder 34 a, 34 b gedreht werden, wird Kraftstoff über die Ansaugöffnung 44 angesaugt und durch den Kanal 46 der Motorkammer zugeführt.

An dem oberen Ende des Motors ist eine elektrische Schalteinheit 14 vorgesehen. Diese Schalteinheit 14 umfaßt einen Keramik­ träger 18 und eine in etwa wulstförmige Metall­ kappe 12, die an der oberen Oberfläche des Keramikträgers 18 befestigt ist. Drei Hallgeber 56 a bis 56 c und eine Steuereinheit 16 sind auf dem Keramikträger 18 in der elektrischen Schalteinheit 14 durch Löten befestigt, wie es allgemein in bekannten Hybrid-ICs vorgesehen ist. Die Steuereinheit 16 vergleicht Ausgangs­ signale von den Hallgebern 56 a bis 56 c mit einer Referenzspannung und liefert ein Signal an eine Schaltervorrichtung für die zu erregende Wicklung. Die elektrische Verbindung zwischen den Gebern und den anderen elektrischen Bauelementen wird durch ein auf den Keramik­ träger 18 aufgedruckten Leiterzug in ge­ wünschtem Muster realisiert. Ein Satz von fünf Anschlußstiften 8 a bis 8 e sind an einem Bereich des Trägers 18 außerhalb der Kappe 12 vorge­ sehen. Die Anschlüsse 8 a und 8 e dienen zur Verbindung an eine Spannungsversorgung, während die Anschlüsse 8 b bis 8 d Signalanschlüsse sind, die an die Basis eines nicht dargestellten Leistungstransistors geschaltet werden, der außerhalb der Pumpe angeordnet ist und die drei Phasen der Wicklung 26 schaltet.

Die elektrische Verbindung der Anschlußstifte 8 a bis 8 d zu den Hallgebern 56 a bis 56 c und die Steuereinheit 16 wird durch gedruckte Leiterzüge auf dem Träger 18 hergestellt. Der Keramikträger 18 ist mit der Metallkappe 12 unter Verwendung von niedrigschmelzendem Glas verbunden, um die Dichtigkeit gegen Eindringen von Kraftstoff oder dergleichen sicherzustellen. Auf diese Weise wird die elektrische Schalteinheit 14 sicher für lange Zeit öldicht gehalten. Der zwischen der Kappe 12 und einem Trägerzylinder 22 definierte Raum ist mit Kunststoff 10 ausgegossen, wodurch die elektrische Schalteinheit 14 sicher positioniert und die Anschlüsse 8 a bis 8 e und die Elektroden 58 a bis 58 d stabilisiert werden. Die Elektroden 58 a bis 58 d gehen durch den keramischen Träger 18 hindurch und sind mit Elektroden 54 verbunden, die über Anschluß­ leitungen 52 an die Windungen 26 angeschlossen sind. Die Elektroden 58 a bis 58 d sind nur durch den Keramikträger hindurchgeführt und nicht mit der elektrischen Schalteinheit 14 verbunden. Obwohl die Hallgeber 56 a bis 56 c gegenüberliegend zum Permanentmagneten 50 unter Zwischenschaltung des Keramikträgers 18 angeordnet sind, kann die Rotorwinkelstellung genügend genau festgestellt werden, wenn die Dicke des Keramikträgers 18 2 bis 3 mm beträgt. Der Werkstoff des Trägers 18 ist nicht auf Keramik begrenzt, sondern es können auch paramagnetische Materialien, wie Aluminium oder nicht rostender Stahl verwendet werden. Die Kappe 12 kann aus einem wasserbeständigen und ölbeständigen Material hergestellt werden, das beispielsweise Keramik umfassen kann.

Obwohl der Träger 18 in dem angeführten Ausführungsbeispiel mit der Kappe 12 durch Schmelzen unter Verwendung von niedrig­ schmelzendem Glas verbunden ist, kann der Träger 18 zusammen mit der Kappe 12 durch Aufdrucken eines Leitermusters auf den Träger 18, Laminieren einer Keramikabdeckung auf das Leitermuster, Aufbringen von Metall durch Sputtern auf die Keramikabdeckung und Ver­ schweißen der Metallkappe mit der gesputterten Metallschicht hergestellt werden.

Im Betrieb bestimmt die Vorrichtung zum Fest­ stellen der Winkelstellung des Rotors welche Windung erregt werden soll und liefert ein Signal zur Schalteranordnung, um den Motor drehen zu lassen. Daraufhin wird Kraftstoff durch die Ansaugöffnung 44 in die Motor­ kammer gesaugt und wird durch eine Spalte zwischen dem Rotor und der Windung der Auslaßöffnung 2 zugeführt.

Der Befestigungsvorgang des Trägers 18 mit der Kappe 12 kann bei einem Druck gleich oder leicht höher als der Pumpendruck (ungefähr 2 kg/cm²) durchgeführt werden. In diesem Fall wird der Kraftstoff nicht in die elektrische Schalteinheit 14 eindringen, selbst wenn ein Lunker oder ein Nadelloch in der Kappe 12 vorhanden ist, da der Druck in der elektrischen Schalteinheit 14 gleich oder leicht höher als der Pumpendruck ist. Dadurch wird die Kraftstoffdichtigkeit noch stark verbessert. Obwohl diese Wirkung selbstverständlich durch Einschließen von Luft in der elektrischen Schalteinheit 14 erzielt wird, ist sie noch effektiver, wenn vorzugsweise Silikongel in der elektrischen Schalteinheit 14 enthalten ist.

Fig. 3 zeigt ein anderes bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel, bei dem drei Leistungs­ transistoren 60 a bis 60 c in der elektrischen Schalteinheit 14 angeordnet sind, um die Erregung der Windungen 26 an- und abzuschalten. Die Leistungstransistoren 60 a bis 60 c sind mittels eines auf den Träger 18 aufgedruckten Leitungsmusters miteinander elektrisch ver­ bunden. In diesem Fall wird der Träger 18 vorzugsweise mit einer Aluminiumoberfläche versehen, um die Wärmestrahlung von den Leistungstransistoren 60 a bis 60 c abzuführen.

Der Träger 18 schließt Anschlüsse 8 a bis 8 e, die mit der Spannungsversorgung verbunden sind und Anschlüsse 54 a bis 54 d ein, die mit der Windung verbunden sind. Bei diesem Ausführungs­ beispiel ist es nicht nötig, die Signal­ anschlüsse 8 b bis 8 d, die an den Leistungs­ transistor außerhalb der Pumpe angeschlossen sind,und die Elektroden 58 a bis 58 d vorzusehen, die den Strom von den Leistungstransistoren zu den Windungen liefern.

Claims (8)

1. Elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe zur Förderung von Kraftstoff, wie Benzin, Leichtöl und Schweröl mit einem Pumpengehäuse, einen in der Mitte des Gehäuses eingekapselten Motor mit drehender Welle, wobei der Motor einen Rotor, bestehend aus einem auf der Welle be­ festigten Permanentmagneten und einem um den Rotor herum angeordneten Stator, aufweist, der eine Vielzahl von Wicklungen besitzt, die nach­ einander erregt werden, um den Rotor in Drehung zu versetzen, mit in dem Gehäuse unterhalb des Motors aufgenommenen Mitteln zum pumpen, die mit der Welle des Motors in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Schalteinheit (14) aus Öl- und wasserbeständigem Material in dem Gehäuse (20, 4, 42) oberhalb des Motors aufgenommen ist, die öldicht eine Mehrzahl von Sensoren (56 a bis 56 c) zum Feststellen der Winkelstellung des Rotors (50) einkapselt, wobei der zum Rotor benachbarte Bereich der elektrischen Schalteinheit (14) aus paramagnetischem Material besteht.

2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schalt­ einheit (14) einen Träger (18), eine öl­ dicht mit dem Träger verbundene Kappe, wobei der Träger sich über den äußeren Umfang der Kappe herauserstreckt, und ein auf den Träger (18) aufgedrucktes Leiter­ muster zur elektrischen Verbindung aufweist.

3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schalt­ einheit (14) Gas oder Flüssigkeit abdichtet, die einen Druck gleich dem oder etwas größer als der Pumpendruck aufweisen.

4. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Leistungs­ transistor zum An- und Abschalten der Er­ regung der Windungen vorgesehen ist, der außerhalb der Schalteinheit (14) angeordnet ist.

5. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Leistungs­ transistor (60 a-60 c) zum An- und Abschalten der Erregung der Windungen (26) vorgesehen ist, der innerhalb der elektrischen Schalt­ einheit (14) angeordnet ist.

6. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren zum Fest­ stellen der Winkelstellung des Rotors Hallsensoren (56 a-56 c) sind.

7. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in der elektrischen Schalteinheit (14) abgedichtete Gas Luft ist.

8. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der elektrischen Schalteinheit (14) abgedichtete Flüssigkeit Silikongel ist.