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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gegenstand der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Pumpe und insbesondere
eine elektrische Pumpe, die an einem Fahrzeug montiert ist und zum Zuführen oder
Umwälzen
zum Beispiel von Kühlwasser,
Brennstoff oder Öl
verwendet wird.
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Beschreibung des dazugehörigen Stands
der Technik
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Herkömmlich wird
eine an einem Fahrzeug montierte Pumpe durch die Übertragung
einer Rotation einer an einer Radialwelle eines Triebwerks angebauten
Riemenscheibe zu einer an einer Radialwelle der Pumpe angebauten
Riemenscheibe hin über
einen Riemen angetrieben. Da die Pumpe über den Riemen angetrieben
wird, muss die Pumpe an einer äußerst begrenzten
Stelle in der Nähe
des Triebwerks installiert werden. Da viele Komponenten, einschließlich des
Triebwerks, in dem kleinen Raum der Triebwerkskammer angeordnet
sind, sind der Gestaltung der Pumpe und dem Installationsraum dafür Einschränkungen
auferlegt. Deshalb hat es insofern ein Problem gegeben, als die
beschränkte
Anordnung der Pumpe im Triebwerksraum den Grad der Freiheit hinsichtlich
der Bauform verringert.
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Des
Weiteren nutzt eine mechanische Pumpe, die herkömmlich als Pumpe für Fahrzeuge
verwendet worden ist, eine Wellendichtungsstruktur. Das heißt, eine
derartige mechanische Pumpe erfordert eine Wellendichtung, was Probleme
verursacht, wie die Erzeugung von mechanischem Verlust, Leckage
und kurze Betriebslebensdauer. In Anbetracht derartiger Probleme
ist die Verwendung einer elektrischen Pumpe vorgeschlagen worden,
in der anstatt eines Triebwerks ein Elektromotor als Antriebsquelle verwendet
wird. In einer Beispielausbildung wird die Welle eines Laufrads
mittels eines Elektromotors gedreht, und ein O-Dichtring ist vorgesehen,
um eine flüssigkeitsdichte
Struktur für
die Welle zu verwirklichen. In einer weiteren Ausbildung ist eine
Magnetkupplung zwischen die Welle eines Laufrads und die Radialwelle
eines Elektromotors geschaltet. Jedoch bewirken diese Ausbildungen
Probleme wie eine Erhöhung
hinsichtlich der Gesamtlänge,
die Notwendigkeit einer sicheren Wartung von Dichtungsbauteilen,
die Notwendigkeit der Sicherung des folgenden Betriebs der Kupplung
und die Notwendigkeit zusätzlicher
Komponenten wie einer Abdeckung.
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In
einer derartigen elektrischen Pumpe wird ein bürstenartiger Elektromotor oder
ein außenrotorartiger
Elektromotor genutzt. Der bürstenartige Elektromotor
weist dem Wesen nach das Problem des Bürstenverschleißes und
der Erzeugung von Schiebegeräuschen
auf. Der außenrotorartige
Elektromotor weist ein Problem auf, da, wenn er für die Verwendung
in Wasser ausgeführt
ist, indem er mit Unterwasserlagern ausgestattet ist, sich der Kontaktbereich
zwischen dem Rotor und der Flüssigkeit
bei einer resultierenden Vergrößerung hinsichtlich
des durch Flüssigkeit
verursachten Verlusts (z.B. Wasserverlusts) vergrößert.
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In
Anbetracht des Vorangehenden ist eine elektrische Pumpe entwickelt
worden, die Flüssigkeitsdichte
sichern und die Zahl der Komponenten verringern kann. Diese elektrische
Pumpe umfasst Rotormagneten, die in gleichmäßigen winkeligen Abständen um
eine Welle herum fest angeordnet sind, was mit einem Laufrad gemein
ist; ein Gehäuse
mit einem Teilbereich, der die Rotormagneten umgibt, wobei mindestens
dieser Teilbereich aus einem nicht magnetischen Werkstoff gebildet
ist; und einen Stator, der angeordnet ist, um die Rotormagneten über das
Gehäuse
zu umgeben, und ausgeführt
ist, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen (siehe offen gelegte
japanische Patentanmeldung (kokai)
Nr. H5-010286 ).
5 zeigt eine Querschnittsansicht der
herkömmlichen
elektrischen Pumpe.
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Da
der Stator von den Rotormagneten der Pumpe mittels des Gehäuses isoliert
ist, kann die Flüssigkeitsdichte
der Pumpe zuverlässig
aufrechterhalten werden. Darüber
hinaus, da der Stator seinem Wesen nach über keinen Rotierteilbereich
verfügt, wird
dessen Betrieb nicht nachteilig von Schmutz oder Staub beeinflusst.
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Wie
in 5 gezeigt, ist eine Nabe 104 an der Welle 103 eines
Laufrads 102 befestigt; und eine Vielzahl von Permanentmagneten;
d.h. Rotormagneten 105, in gleichmäßigen winkeligen Abständen um die
Welle 103 herum angeordnet, sind an der Außenfläche der
Nabe 104 befestigt. Die Welle 103 wird rotierbar
mittels der Lager 111 und 112 gestützt, die
fest in einem Gehäuse 101 angeordnet
sind.
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Indessen
ist der Stator vorgesehen, um die Rotormagneten 105 über das
Gehäuse 101 zu
umgeben. Der Stator enthält
einen Kern 106 und eine Spule 107, die um die
Magnetpole des Kerns 106 herum gewunden ist. Mindestens
ein Teilbereich des Gehäuses 101,
der zwischen den Rotormagneten 105 in einer Sandwich-Konstruktion
eingeschoben ist, und des Stators ist aus einem nicht magnetischen
Werkstoff wie Harz gebildet, um das Fließen von Induktionsstrom zu
verhindern.
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In
der in 5 gezeigten elektrischen Pumpe muss die Dicke
des Gehäuses 101 reduziert
sein, um eine starke Magnetanziehungs-/-abstoßungskraft zwischen den Rotormagneten 105 und
dem Kern 106 mit der gewundenen Spule 107 darauf
herzustellen.
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Jedoch
muss das Gehäuse 101 eine
ausreichende Stärke
(z.B. Dicke) zur Anbringung des Kerns 106 mit der Spule 107 und
zum Tragen des Rotors aufweisen. Des Weiteren muss das Gehäuse 101 eine
Dicke aufweisen, die größer als
der vorgegebene Wert ist, um dem mittels des Laufrads 102 erzeugten
Wasserdruck zu widerstehen. Des Weiteren, weil mindestens ein Teilbereich
des Gehäuses 101 aus
einem nicht magnetischen Werkstoff wie Harz gebildet sein muss,
ist das Reduzieren der Dicke des Gehäuses schwierig. Deshalb ist
dem Magnetkupplungsvorgang zwischen den Rotormagneten 105 und
dem Kern 106 mit der Spule 107 eine Einschränkung auferlegt,
und folglich hat der ausgebildete Elektromotor schlechte Rotationseigenschaften.
Des Weiteren bewirkt das Lager 111 einen unregelmäßigen Flüssigkeitsfluss;
d.h. erzeugt Wirbel und verringert dadurch die Effizienz der Pumpe.
Der Elektromotor ist in Wechselstromart.
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Das
Dokument
GB 1320841 umfasst
eine von einem Motor angetriebene Pumpe, die eine zylindrische Muffe
mit einem Ende umfasst, das in wasserdichter Art an einem Aufnahmeteil
eines Motorgehäuses
befestigt ist, einen Statorkern für den Motor, der an der äußeren Oberfläche der
Muffe montiert ist, und eine ringförmige Endplatte mit einer inneren
Begrenzungsfläche,
die wasserdicht am anderen Ende der Muffe befestigt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In
Anbetracht des Vorangehenden besteht eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, eine elektrische Pumpe vorzusehen, in der ein Gehäuse eine
reduzierte Wanddicke aufweist, um eine starke Magnetanziehungs-/-abstoßungskraft
zwischen den Rotormagneten und einem Statorkern mit einer Spulenwindung
darauf herzustellen; in der eine Welle für einen Rotor in solch einer
Weise gestützt
wird, dass ein gleichmäßiger Flüssigkeitsfluss
bewirkt wird; und die eine kompakte Gesamtausbildung aufweist.
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Um
die obige Aufgabe zu erfüllen,
nutzt die vorliegende Erfindung folgende Mittel zur Lösung.
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Die
vorliegende Erfindung nutzt hauptsächlich eine dicht verschlossene
Struktur einschließlich eines
Behälters
und einer Dichtung zur Verwirklichung einer flüssigkeitsdichten Struktur;
eine einstückige
Struktur aus Laufradschaufeln und einem Rotorhauptkörper; eine
einstückige
Struktur aus Laufradschaufeln und einer Laufradabdeckung; eine fliegende
Stützstruktur
für die
Welle; Vergussformung für
die Spulen; Bildung einer dicht verschlossenen Struktur durch das
Vergießen;
eine Hutmutter zum Übermitteln
einer hemisphärischen
Form an das Ende der Welle, um dadurch den Flüssigkeitsfluss zu regulieren;
ein Entlüftungsloch
im Rotorhauptkörper; einen
innenrotorartigen, bürstenlosen
Gleichstrommotor; einen kühlmittelbeständigen Werkstoff
für das Gehäuse; unterwasserartige
Keramiklager; Mittel zum Angleichen des Laufraddurchmessers an den des
Rotorhauptkörpers,
um dadurch Belegungsfläche
zu reduzieren; Oberflächenbehandlung
der Welle für
ein einfaches Lager; Mittel zum Positionieren, Verbinden und Hindern
des Magneten und eines Jochs an einer Trennung vom Rotorhauptkörper; und einen
Werkstoff für
die Welle, um die Welle hart und schiebbar zu machen.
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Speziell
sieht die vorliegende Erfindung Folgendes vor.
- (1)
Eine elektrische Pumpe, die einen innenrotorartigen, bürstenlosen
Gleichstrommotor verwendet, wobei ein Gehäuse der elektrischen Pumpe
von einem Pumpengehäuse
und einem Hauptgehäuse
gebildet wird; eine Sensor-Stator-Baugruppe in einem Raum zwischen
einem Seitenwandteilbereich des Hauptgehäuses und einem Behälter angeordnet
ist und mit einem Harz abgedichtet ist; ein erstes elastisches Dichtungsbauteil,
in einer flüssigkeitsdichten
und komprimierten Weise, zwischen dem Behälter und dem Hauptgehäuse angeordnet
ist; ein zweites elastisches Dichtungsbauteil, in einer flüssigkeitsdichten
und komprimierten Weise, zwischen dem Pumpengehäuse und dem Hauptgehäuse angeordnet
ist; und das Pumpengehäuse
und das Hauptgehäuse
zusammen befestigt sind, wobei die Sensor-Stator-Baugruppe (14)
eine Sensoreinheit (20) und eine Statoreinheit (19)
umfasst, wobei die Sensoreinheit (20) ein magnetempfindliches
Element (25) umfasst.
- (2) In der unter (1) oben beschriebenen elektrischen Pumpe ist
der Behälter
aus einem nicht magnetischen Harz, einem nicht magnetischen Stahlwerkstoff
oder beiden diesen Werkstoffen gebildet und verfügt über solch eine Wanddicke und
-elastizität,
dass der Behälter
das erste und zweite elastische Dichtungsbauteil zur Herstellung
von Flüssigkeitsdichte
pressen kann und die Sensor-Stator-Baugruppe pressen und halten kann.
- (3) In der unter (1) oben beschriebenen elektrischen Pumpe ist
ein Lager des innenrotorartigen, bürstenlosen Gleichstrommotors
ein unterwasserartiges Keramiklager, welches eine Schmierungswirkung
hat, wenn es in ein Kühlmittel
eingetaucht wird.
- (4) In der unter (3) oben beschriebenen elektrischen Pumpe ist
das unterwasserartige Keramiklager aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbid,
Aluminiumoxid oder Reiskleiekeramik (Rice Bran Ceramic) gebildet.
- (5) In der unter (3) oben beschriebenen elektrischen Pumpe ist
ein Wellenstützteilbereich
auf einem Unterplattenteilbereich des Hauptgehäuses in so einer Weise vorgesehen
ist, dass der Wellenstützteilbereich
zur Mitte des Innenbereichs des Hauptgehäuses hin ragt; ein Stützwellenteilbereich
einer Welle an einem Sackloch befestigt ist, das im Wellenstützteilbereich
gebildet wird; und das Lager auf einem Schiebewellenteilbereich
der Welle vorgesehen ist.
- (6) In der unter (5) oben beschriebenen elektrischen Pumpe wird
die Welle aus einem Werkstoff gebildet, der aus einer aus Nickel-Chrom-Molybdän-Stahl,
DD-Werkstoff, ASK 8000, SUS303, SUJ2 bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
- (7) In der unter (5) oben beschriebenen elektrischen Pumpe ist
die Oberfläche
der Welle mit Hartverchromung, Nitrierbehandlung, Titankarbidbeschichtung,
Titannitridbeschichtung, Titanaluminiumnitridbeschichtung oder DLC
(Diamond-like-carbon)-Beschichtung
behandelt.
- (8) In der unter (1) oben beschriebenen elektrischen Pumpe sind
die Laufradschaufeln an einem Rotorhauptkörper des innenrotorartigen,
bürstenlosen
Gleichstrommotors einstückig
vorgesehen.
- (9) In der unter (8) oben beschriebenen elektrischen Pumpe sind
die Laufradschaufeln über
eine Laufradabdeckung miteinander verbunden.
- (10) In der unter (8) oben beschriebenen elektrischen Pumpe
wird ein Entlüftungsloch
im Rotorhauptkörper
gebildet, wobei das Entlüftungsloch den
Rotorhauptkörper
in einer Richtung parallel zur Welle durchdringt.
- (11) In der unter (8) oben beschriebenen elektrischen Pumpe
sind ein zylinderförmiges
Joch und ein zylinderförmiger
Magnet an einem ringförmigen
gestuften Teilbereich des Rotorhauptkörpers einstückig angebracht; und eine Endabdeckung ist
an dem Joch und dem Magneten angebracht, um zu verhindern, dass
das Joch und der Magnet vom Rotorhauptkörper getrennt werden.
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Die
elektrische Pumpe mit den oben beschriebenen strukturellen Merkmalen
sieht folgende Wirkungen vor.
- (1) Die Verwendung
eines innenrotorartigen, bürstenlosen
Gleichstrommotors überwindet
die Nachteile, die andernfalls auf Grund der Verwendung eines herkömmlichen
bürstenartigen
Gleichstrommotors aufträten,
und reduziert beträchtlich die
Fläche
des Kontakts zu Flüssigkeit
im Vergleich zum Fall eines außenrotorartigen,
wobei der Wasserverlust reduziert werden kann.
- (2) Da eine dicht verschlossene Struktur durch die Verwendung
eines Behälters
und einer Dichtung verwirklicht wird (eine flüssigkeitsdichte Struktur wird
durch die Verwendung eines Behälters
verwirklicht), kann die gewünschte
elektrische Isolierung ungeachtet der Verwendung eines unterwasserartigen
einfachen Lagers erreicht werden.
- (3) Da das Lager eine schmierende Wirkung der Flüssigkeit
wie eines Kühlmittels
nutzt, können eine
herkömmlich
verwendete Wellendichtung beseitigt, der von der Reibung herrührende mechanische
Verlust beseitigt und eine zufriedenstellende Schiebeleistung lange
Zeit aufrechterhalten werden.
- (4) Da die Laufradschaufeln und der Rotorhauptkörper integriert
und die Laufradschaufeln und die Laufradabdeckung, falls notwendig,
integriert sind, kann die Größe der Pumpe,
einschließlich des
Motors, reduziert werden.
- (5) Da die Welle freitragend ist, muss kein Lagerteilbereich
am Einlassdüsenteilbereich
des Pumpengehäuses
vorgesehen sein, welcher in herkömmlichen
elektrischen Pumpen vorgesehen worden ist, wobei die Flusslinien
der Flüssigkeit gleichmäßig gemacht
werden können,
um dadurch die Effizienz der Pumpe zu verbessern.
- (6) Die Verwendung einer Hutmutter mit einem hemisphärischen
Kopfteilbereich gleicht die Flusslinien der Flüssigkeit aus, die in die Pumpe aufgenommen
wird.
- (7) Das Verhältnis
(Durchmesserverhältnis)
des Durchmessers des Rotorhauptkörpers
zu dem des Laufrads ist vorzugsweise so festgesetzt, dass es in
den Bereich von etwa 50% zu etwa 100% fällt. Vorzugsweise ist das Durchmesserverhältnis auf
etwa 100% festgesetzt. Diese Festsetzung reduziert die Höhe der elektrischen
Pumpe, um dadurch das Volumen der elektrischen Pumpe zu reduzieren.
- (8) Das Vorsehen des Entlüftungslochs
im Rotorhauptkörper
reduziert die Axialbelastung, die auf Grund der Druckdifferenz zwischen
den entgegengesetzten Enden des Entlüftungslochs erzeugt wird.
- (9) Zwei unterwasserartige einfache Lager, die die schmierende
Wirkung eines Kühlmittels
nutzen, sind fest im Laufradrotor vorgesehen, während sie in der axialen Richtung
getrennt sind. Diese Struktur beseitigt die Notwendigkeit einer
Wellendichtung, unterdrückt
Flüssigkeitsleckage
und mechanischen Verlust und verlängert die Betriebslebensdauer.
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Weitere
Vorgänge
und Wirkungen werden in der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht einer elektrischen Pumpe gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, in der nur ein oberer halber Teilbereich
unterteilt ist;
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2 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren des Zusammenbauens von Komponenten
der elektrischen Pumpe von 1 zeigt;
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3 ist
eine Vorderansicht eines Stators der elektrischen Pumpe, gebildet
aus einem Laminat von gestanzten Stahlplatten;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht der elektrischen Pumpe von 1;
und
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5 zeigt
eine Schnittansicht einer herkömmlichen
elektrischen Pumpe.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine
elektrische Pumpe gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben.
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1 ist
eine Seitenansicht einer elektrischen Pumpe gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, in der die obere Hälfte
einen Querschnitt zeigt und die untere Hälfte eine Außenansicht
zeigt.
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Ein
in der elektrischen Pumpe der vorliegenden Ausführungsform verwendeter Elektromotor
ist ein innenrotorartiger, bürstenloser
Gleichstrommotor, der Sensoren und einen Kraftstromkreis vollständig nutzt,
um zu verursachen, dass ein Rotor mit Permanentmagneten in einem
von Magnetpolen eines Stators umgebenen Raum rotiert. Da es sich
um einen Motor in bürstenloser
Art handelt, können
der Verschleiß von
Bürsten
und mechanischer Verlust beseitigt werden, zusammen mit der Mitführung von
fremdem Material wie Bürstenstaub
in die Flüssigkeit.
Des Weiteren kann die Erzeugung von Elektrorauschen und akustischem
Rauschen, das herkömmliche Bürsten erzeugen,
verhindert werden. Des Weiteren, da kein Kontaktausfall eintritt,
der andernfalls wegen des Bürstenverschleißes einträte, werden
Wartungsarbeiten und andere verbundene Arbeiten einfacher. Darüber hinaus
kann der Platz für
Bürsten
eliminiert werden.
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Da
es sich um einen Elektromotor in Innenrotorart handelt, wird, wenn
der Motor in Flüssigkeit
wie Kühlwasser
verwendet wird, die Fläche
des Kontakts zu Flüssigkeit
relativ klein im Vergleich zum Fall eines außenrotorartigen Motors. Deshalb
kann Wasserverlust reduziert werden, tritt unregelmäßige Rotation kaum
auf und wird eine ausgewogene Rotation erreicht.
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Da
es sich um einen Elektromotor in bürstenloser Gleichstromart handelt,
sind zum Erfassen des Drehwinkels des Rotors mit darauf vorgesehenen Permanentmagneten
Sensoren eingebaut, und Statorspulen, die später beschrieben werden, werden mittels
beispielsweise eines zweipoligen Antriebs auf der Grundlage von
Positionsinformationen angetrieben und gesteuert. Deshalb weist
der Gleichstrommotor wünschenswerte
Eigenschaften auf, wie einen großen Geschwindigkeitsbereich
von geringer Geschwindigkeit bis zu hoher Geschwindigkeit, unterdrückte Erzeugung
von Rauschen und erleichterte Steuerung.
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Das
Gehäuse
der elektrischen Pumpe besteht aus einem Pumpengehäuse 2 und
einem Hauptgehäuse 3.
Das Pumpengehäuse 2 und
das Hauptgehäuse 3 verfügen über entsprechende Flanschteilbereiche 1a und 1b,
die zusammen angebaut und befestigt sind.
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Das
Pumpengehäuse 2 verfügt über einen im
Wesentlichen zylinderförmigen
Einlassdüsenteilbereich 4,
an dem ein Schlauch (nicht gezeigt) angebracht ist, um der elektrischen
Pumpe Flüssigkeit
zuzuführen;
einen im Wesentlichen kreisförmigen
Laufradabdeckungsteilbereich 6, der sich gegenüber einer
Laufradabdeckung 5 mit einem dazwischen gebildeten Zwischenraum
befindet, wobei die Laufradabdeckung 5 die Enden der entsprechenden Laufradschaufeln 41 verbindet;
einen ringförmigen Flusswegteilbereich 7,
der sich vom Laufradabdeckungsteilbereich 6 radial nach
außen
hin erstreckt und einen ringförmigen
Flussweg in Kooperation mit anderen Komponenten abgrenzt; einen
Auslassdüsenteilbereich
(nicht gezeigt), der sich vom ringförmigen Flusswegteilbereich 7 weg
erstreckt; und den oben erwähnten
ringförmigen
Flanschteilbereich 1a, der sich vom ringförmigen Flusswegteilbereich 7 axial
nach innen hin erstreckt.
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Das
Hauptgehäuse 3 verfügt über den
oben erwähnten
ringförmigen
Flanschteilbereich 1b; einen zylinderförmiger Seitenwandteilbereich 8,
der sich axial vom Flanschteilbereich 1b weg erstreckt;
einen ringförmigen
Unterplattenteilbereich 9, der sich vom Ende des Seitenwandteilbereichs 8 gegenüber dem Flanschteilbereich 1b radial
nach innen hin erstreckt; und einen Wellenstützteilbereich 10,
der sich axial vom Unterplattenteilbereich 9 zur Innenseite
hin erstreckt, um eine konische Form zu bilden. Ein ringförmiger Vorsprung 11 ist
auf der Innenseite des Unterplattenteilbereichs 9 vorgesehen.
Ein Sackloch 12 wird in der Mitte des Wellenstützteilbereichs 10 gebildet.
Ein relativ langer Stützwellenteilbereich 13 einer Welle 27 ist
in dem Sackloch 12 fest angebracht, wobei die Welle 27 in
freitragender Weise gestützt
wird. Da die Welle 27 freitragend ist, muss kein Lagerteilbereich
am Einlassdüsenteilbereich
des Pumpengehäuses
vorgesehen werden, welcher in herkömmlichen elektrischen Pumpen
vorgesehen worden ist, wobei die Flusslinien der Flüssigkeit
gleichmäßig gemacht
werden können,
um dadurch die Effizienz der Pumpe zu verbessern.
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Zur
Herstellung einer Sensor-Stator-Baugruppe 14 können mehrere
Verfahren angewendet werden. Beispielsweise werden eine Statoreinheit 19 und
eine Sensoreinheit 20 wie in 2 gezeigt
zusammengebaut und dann in einen Raum zwischen dem aus Aluminiumdruckguss
gebildeten Hauptgehäuse 3 und
einem Behälter 21 gesetzt.
Anschließend
wird Harz in einem Warmschmelzzustand (erwärmten Zustand) mittels Vergießens über eine
Harzeinspritzungsöffnung,
die im Hauptgehäuse 3 gebildet
wird, in den Raum gefüllt
und vergießt
dadurch die Sensor-Stator-Baugruppe 14. Da das aus Aluminiumdruckguss
gebildete Hauptgehäuse 3 und
der Behälter 21 einen
hohen Wärmeleitvermögenkoeffizienten
haben, strahlen sie rasch Wärme
aus; d.h. sie behalten den Kaltzustand (Raumtemperatur) bei. Deshalb
kann im Gegensatz zu einem herkömmlichen
Verfahren, bei dem Harz erwärmt
wird, um in einer Druckgussform auszuhärten, das erwärmte Harz, das
in den Raum zwischen dem Hauptgehäuse 3 und dem Behälter 21 gefüllt wird,
die als Druckgussformhälften
dienen, schnell über
Wärmeausstrahlung
abgekühlt
werden. Daher kann die Sensor-Stator-Baugruppe 14 einfach
ohne die Verwendung einer Druckgussform hergestellt werden. Mittels
des Vorgangs des Vergießens
werden Statorspulen gleichzeitig geformt. Zu diesem Zeitpunkt kann
die Form des Behälters 21 geändert werden,
indem die Menge des beim Vorgang des Vergießens eingespritzten Harzes
erhöht
wird.
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Die
Statoreinheit 19 wird folgendermaßen hergestellt. Zuerst wird
eine Vielzahl von Stahlplatten, von denen jede eine Form hat, die
der Querschnittsform des Stators entspricht, gestapelt, um einen
Statorkern 15 zu bilden. Innere Statorspulenführungen 16a und 16b und äußere Statorspulenführungen 17a und 17b sind
an entgegengesetzten Enden des Statorkerns 15 in solch
einer Weise vorgesehen, dass sie sich axial von den entsprechenden
Enden weg erstrecken. Die Statorspulen 18 werden auf dem Statorkern 15 gewunden,
während
die Statorspulenführungen 16a, 16b, 17a und 17b als
Führungen
verwendet werden. In diesem Zustand kann die Statoreinheit harzabgedichtet
werden.
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Die
Sensoreinheit 20 enthält
einen ringförmigen
Rahmen 24 mit einem Querschnitt, der wie ein Buchstabe
h nach hinten gebildet ist, und mit gestuften Teilbereichen 45a, 45b und 46 an
vorgegebenen Stellen; ein magnetempfindliches Element 25,
das im gestuften Teilbereich 46 vorgesehen ist; und eine Schaltplatte 23,
die zwischen den gestuften Teilbereichen 45a und 45b montiert
ist. Die Schaltelemente 22 sind auf der Schaltplatte 23 vorgesehen,
und das magnetempfindliche Element 25 ist mit der Schaltplatte 23 verbunden.
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Die
auf diese Weise zusammengebaute Sensoreinheit 20 kann harzabgedichtet
werden, während
sie in einer Druckgussform platziert ist. Der Rahmen 24 ist
entlang der äußeren Statorspulenführung 17b der
Statoreinheit 19 positioniert, welche sich zur Rahmenseite
hin erstreckt.
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Die
Sensor-Stator-Baugruppe 14 ist im Hauptgehäuse 3 untergebracht,
während
sie mittels des Vorsprungs 11 des Unterplattenteilbereichs 9 entlang
dem Seitenwandteilbereich 8 des Hauptgehäuses 3 positioniert
ist.
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Der
Behälter 21,
der aus einem Harzwerkstoff, einem rostfreien Stahlwerkstoff oder
beiden diesen Werkstoffen gebildet wird, ist zur Abdeckung des Innenumfangs
und eines Endes der harzabgedichteten Sensor-Stator-Baugruppe 14 angeordnet.
Ein ringförmiger
Flansch 52, der an einem Ende des Behälters 21 gebildet
ist, ist zwischen dem Flanschteilbereich 1a des Pumpengehäuses 2 und
dem Flanschbereich 1b des Hauptgehäuses 3 über einen O-Ring 47 flüssigkeitsdicht
in einer Sandwich-Konstruktion eingeschoben. Ein Pressteilbereich 26,
der am anderen Ende des Behälters 21 gebildet
wird, verfügt über drei
beständig
gebildete Oberflächen 49, 50 und 51.
Die Oberfläche 49 wird
mittels des Vorsprungs 11 des Unterplattenteilbereichs 9 geführt. Die
Oberfläche 50 wird
gegen einen O-Ring 48 gepresst, um Flüssigkeitsdichte zu erreichen.
Die Oberfläche 51 stößt an die
innere Oberfläche
des Unterplattenteilbereichs 9. Dadurch wird eine dicht
verschlossene Struktur (eine flüssigkeitsdichte
Struktur, die vom Behälter 21 und
den O-Ringen 47 und 48 gebildet
wird, welche als Dichtungsbauteile dienen) verwirklicht.
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Die
Welle 27 verfügt über einen
Trägerwellenteilbereich 13,
einen Lagerstopperteilbereich 28, einen Schiebewellenteilbereich 29 und
einen Gewindeteilbereich 30, welche einstückig gebildet
werden.
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Der
Stützwellenteilbereich 13 und
der Schiebewellenteilbereich 29 haben jeweils eine zylindrische,
säulenartige
Form, und der Lagerstopperteilbereich 28 hat eine plattenartige
Kreisform. Eine Druckscheibe 31 ist auf dem Gewindeteilbereich 30 der Welle 27 angebracht,
und eine Hutmutter 32 ist am Gewindeteilbereich 30 festgeschraubt,
um die Druckscheibe 31 zu befestigen. Da ein Kopfteilbereich
der Hutmutter 32 eine hemisphärische Form hat, bildet die
in die Pumpe aufgenommene Flüssigkeit
gleichmäßige Flusslinien.
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Ein
Laufradrotor 33 verfügt über Lager 35 und 36,
die in einer Welle durch das Loch 34 eines Rotorhauptkörpers 42 angeordnet
sind, um voneinander getrennt zu sein. Ein zylinderförmiges hinteres Joch 38 und
ein am hinteren Joch 38 angebrachter zylinderförmiger Magnet 39 sind
fest auf einem ringförmigen
gestuften Teilbereich 37 des Rotorhauptkörpers 42 angebracht.
Ein Entlüftungsloch 40 wird
im Rotorhauptkörper 42 in
solch einer Weise gebildet, dass sich das Entlüftungsloch 40 zwischen
den Lager 35 und 36 und dem hinteren Joch 38 befindet
und sich parallel zum Durchgangsloch 34 erstreckt. Die Basisenden
der Laufradschaufeln 41 sind an der rechten Endfläche des
ringförmigen
gestuften Teilbereichs 37 in 1 oder 2 einstückig befestigt. Die
oben erwähnte
Laufradabdeckung 5 ist an den distalen Enden der Laufradschaufeln 41 (die
eine geschlossene Ausbildungsform bilden) befestigt.
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Insbesondere
kann das Laufrad eine offene Ausbildungsform annehmen, bei der die
Laufradabdeckung 5 weggelassen ist.
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Das
Verhältnis
(Durchmesserverhältnis)
des Durchmessers des Rotorhauptkörpers
zu dem des Laufrads fällt
vorzugsweise in den Bereich von etwa 50% zu etwa 100%. Wenn beispielsweise
das Durchmesserverhältnis
auf etwa 100% festgesetzt ist, um die Durchmesser im Wesentlichen
gleich zu machen, kann die Höhe
der elektrischen Pumpe reduziert werden, wodurch das Volumen der
elektrischen Pumpe reduziert werden kann.
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Da
die Laufradschaufeln 41 und der Rotorhauptkörper 42 integriert
sind und ihr Durchmesserverhältnis
auf innerhalb des oben erwähnten
Bereichs festgesetzt ist, kann die Zahl der Komponenten reduziert
werden und kann die Größe der Pumpe einschließlich des
Motors reduziert werden.
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Da
das Entlüftungsloch 40 im
Rotorhauptkörper 42 gebildet
wird, kann die von der Flüssigkeitsdruckdifferenz
zwischen den entgegengesetzten Enden des Entlüftungslochs 40 herrührende Axialbelastung
reduziert werden. Diese Druckdifferenz wird wegen einer Differenz
in der Fließgeschwindkeit
der Flüssigkeit
erzeugt.
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Das
zylinderförmige
Lager 36 ist so angeordnet, dass dessen innere Umfangsoberfläche im Schiebekontakt
mit dem Schiebewellenteilbereich 29 ist und eine von dessen
Endoberflächen
im Schiebekontakt mit dem Wellenstopperteilbereich 28 ist.
Das zylinderförmige
Lager 35 ist so angeordnet, dass dessen innere Umfangsoberfläche im Schiebekontakt
mit dem Schiebewellenbereich 29 ist und eines von dessen
Endoberflächen
im Schiebekontakt mit der Druckscheibe 31 ist. Die Lager 35 und 36,
die als unterwasserartige einfache Lager dienen, welche ein Kühlmittel
als Schmiermittel nutzen, sind am Rotorhauptkörper 42 des Laufradrotors 33 befestigt,
während
sie vom anderen axial getrennt sind. Diese Ausführungsform beseitigt die Notwendigkeit
einer Wellendichtung, um dadurch Flüssigkeitsleckage zu unterdrücken, mechanischen
Verlust zu unterdrücken und
die Betriebslebensdauer zu verlängern.
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Da
die Welle 27 mittels des Wellenstützteilbereichs 10 freitragend
ist, können
die Lager 35 und 36 im Gegensatz zur herkömmlichen
elektrischen Pumpe nicht symmetrisch in Bezug auf die Mitte des Magneten 39 in
axialer Richtung angeordnet sein. Deshalb sind die Lager 35 und 36 in
jeweiligen zu den Laufradschaufeln 41 hin abgesetzten Positionen vorgesehen;
d.h. in 1 in Bezug auf den Magneten 39 nach
rechts (zu den Laufradschaufeln hin) versetzt.
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Wenn
unter Verwendung der elektrischen Pumpe zu pumpende Flüssigkeit
ein durch einen Kühler
umgewälztes
Kühlmittel
ist, sind Komponenten, die in Kontakt mit der Flüssigkeit kommen, wie die Laufradschaufeln 41 und
das Pumpengehäuse 2, vorzugsweise
aus einem Harz gebildet, das einem Langzeitkühlmittel (Long Life Coolant,
LLC) gegenüber
beständig
ist, wie LLC-beständiges
(ethylenglykolbeständiges)
Harz oder Polyphthalamid-(PPA-)Harz. Deswegen kann die elektrische Pumpe
eine verlängerte
Betriebslebensdauer haben.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist der Elektromotor aus einem bürstenlosen
Gleichstrommotor gebildet. Da der Motor keine Bürste aufweist, wird kein Bürstenstaub
produziert, und deshalb ist die Wartung einfach. Des Weiteren, da
der Gleichstrommotor ein großes
Anzugsdrehmoment und eine lineare Rotationseigenschaft aufweist,
ist dessen Drehmomentsteuerung einfach. Deshalb ist der Gleichstrommotor
eher zu bevorzugen als ein Wechselstrommotor. Eine Antriebseinheit
für den
bürstenlosen
Gleichstrommotor erfordert eine Hall-IC-Treiberschaltung, eine Hall-Spannungsverstärkungsschaltung,
eine Sechsphasenlogikschaltung und eine Treiberschaltung. Insbesondere
können
in dem Fall, dass die Drehposition des Rotors von einer induzierten
Spannung ermittelt wird, Sensoren beseitigt werden.
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Als
Nächstes
wird eine Stromquelle zum Antreiben der Pumpe mit der oben beschriebenen
Ausbildung beschrieben. Ein mit einer Abtriebswelle eines Triebwerks
(nicht gezeigt) verbundener Wechselstromgenerator generiert Dreiphasenwechselstrom
in Synchronität
mit der Rotation des Triebwerks. Dieser Dreiphasenwechselstrom wird
nach der Gleichrichtung mittels eines Gleichrichters einer Batterie
zugeführt.
Die Batterie dient als Gleichstromversorgungsvorrichtung. Von der
Batterie wird elektrischer Strom den Statorspulen 18 der
elektrischen Pumpe über
eine zweipolige Treiberschaltung oder dergleichen zugeführt. Wenn
den Statorspulen 18 Gleichstrom zugeführt wird, wird an den Statormagnetpolen 44 ein
rotierendes Magnetfeld erzeugt, wobei der Magnet 39, der
als Rotormagnet dient, als Reaktion auf das rotierende Magnetfeld
rotiert. Deswegen rotieren die Laufradschaufeln 41, die
in dem Rotormagnet integriert sind.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht der elektrischen Pumpe der vorliegenden
Erfindung. Bei der Rotation der Laufradschaufeln 41 wird
ein Kühlmittel
in die elektrische Pumpe über
einen Einlass 53 eingeführt
und von einem Auslass 54 freigegeben. Der Einlass 53 und
der Auslass 54 sind mit Mänteln verbunden, die mit dem
Kühler
in Verbindung stehen, um das Kühlmittel
umzuwälzen.
-
Des
Weiteren kann eine Stromquelle in drei Arten, wie unten beschrieben,
zusammengesetzt sein. Eine Dreiphasenwechselstromquelle, in die eine
Gleichstromquelle von einem Umformer umgewandelt wird. Eine Gleichstromquelle,
in die eine Gleichstromquelle von einem Umformer umgewandelt wird.
-
Eine
Gleichstromquelle, in die eine Gleichstromquelle von einem Zerhacker
umgewandelt wird.
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2 zeigt
den Vorgang des Zusammenbauens der Komponenten der elektrischen
Pumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Einzelheiten der elektrischen Pumpe werden unter
Bezugnahme auf 1 beschrieben.
-
Pumpengehäuse:
-
Wie
oben beschrieben, verfügt
das Pumpengehäuse 2 über den
im Wesentlichen zylinderförmigen
Einlassdüsenteilbereich 4,
an dem ein Schlauch (nicht gezeigt) befestigt ist, um der elektrischen
Pumpe Flüssigkeit
zuzuführen;
den im Wesentlichen kreisförmigen
Laufradabdeckungsteilbereich 6, der sich gegenüber der
Laufradabdeckung 5 mit einem dazwischen gebildeten Zwischenraum
befindet, wobei die Laufradabdeckung 5 die Enden der Laufradschaufeln 41 verbindet;
den ringförmigen
Flusswegteilbereich 7, der sich vom Laufradabdeckungsteilbereich 6 radial
nach außen
hin erstreckt und einen ringförmigen
Flussweg in Kooperation mit anderen Komponenten abgrenzt; den in 4 gezeigten
Auslassdüsenteilbereich,
der sich vom ringförmigen Flusswegteilbereich 7 weg
erstreckt; und den ringförmigen
Flanschteilbereich 1a, der sich vom ringförmigen Flusswegteilbereich 7 axial
nach innen hin erstreckt. Das Pumpengehäuse 2 hat insgesamt
die Form eines Trichters, der zum Gießen von Flüssigkeit in eine Flasche verwendet
wird. In der vorliegenden Ausführungsform
wird das Pumpengehäuse 2 aus
einem mit Glasfaser (GF) zu 30% verstärkten Polyamid 66 (PA66) gebildet.
Dieses GF30% PA66 weist folgende Eigenschaften auf; Zugfestigkeit:
177 MPa; Bruchdehnung: 4,0%; Biegefestigkeit: 255 MPa; Biegeelastizitätsmodul:
8 GPa; Izod-Kerbschlagfestigkeitswert (keine Einkerbung): 50 kJ/m2; Formbeständigkeitstemperatur unter Belastung
(18,5 kgf/cm2): 255°C; Koeffizient der thermischen
Ausdehnung (Fließrichtung)
2,5 × 10–5/K;
spezifischer Volumenwiderstand: 1015 Ω cm; relative
Dielektrizitätskonstante
(1 MHz): 3,8; Temperaturbereich bei langfristiger dauernder Verwendung:
ungefähr
70 bis 100°C.
-
Das
Pumpengehäuse 2 besteht
vorzugsweise aus dem oben erwähnten
GF30% PA66. Weitere Beispiele für
Werkstoffe für
das Pumpengehäuse 2, die
eine Wärmebeständigkeit
von 100°C
oder höher, eine
Festigkeit von 49 MPa oder höher
und eine Biegeelastizitätskonstante
von 2,4 GPa oder höher
haben, umfassen Polyacetal (POM), Polybutylenterephthalat (PBT),
Polyethylenterephthalat (PET) und syndiotaktisches Polystyrol (SPS).
Weitere Beispiele für
Werkstoffe für
das Pumpengehäuse 2,
die eine Wärmebeständigkeit
von 150°C
haben, umfassen Polyphenylensulfid (PPS), Polyetheretherketon (PEEK),
Flüssigkristall-Polymer
(LCP), Fluor enthaltendes Harz, Polyethernitril (PEN) und Polyphthalamid
(PPA).
-
Das
Pumpengehäuse 2 führt Flüssigkeit
wie ein Kühlmittel,
das durch den Einlassdüsenteilbereich 4 in
der Mitte aufgenommen wird, rotiert wird, während es radial mittels der
Laufradschaufeln 41 nach außen gedrängt wird, und vom Auslass (54 in 4) über einen
Auslassdüsenteilbereich
(55 in 4) freigegeben wird. Der Flanschteilbereich 1a des
Pumpengehäuses 2 ist
am Flanschteilbereich 1b des Hauptgehäuses 3 mittels Stehbolzen
(die später beschrieben
werden), die sich durch den Flanschteilbereich 1a erstrecken,
und Stahlmuttern 57 in Festschraubung an den Stehbolzen 56 befestigt.
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Erster O-Ring:
-
In
der Ausführungsform
ist der O-Ring 47 als Beispiel eines typischen elastischen
Dichtungsbauteils gezeigt. Der in der Ausführungsform verwendete O-Ring 47 hat
einen kreisförmigen
Querschnitt und eine ringförmige
Gesamtform und besteht beispielsweise aus Silikonkautschuk. Der
O-Ring 47 kann irgendeinen Querschnitt neben einem kreisförmigen Querschnitt
haben, solange der O-Ring 47 eine flüssigkeitsdichte Ausbildung
verwirklichen kann. Weiter kann der O-Ring 47 aus irgendeinem
elastischen Werkstoff neben Silikonkautschuk bestehen.
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Mutter:
-
Wie
oben beschrieben, hat die Hutmutter 32 einen hemisphärischen
Kopf, um zu verursachen, dass von der Einlassöffnung eingeführte Flüssigkeit nach
dem Auftreffen auf den Kopfteilbereich entlang gleichmäßigen Flusslinien
radial nach außen
fließt. Die
Hutmutter 32 besteht beispielsweise aus SUS (rostfreiem
Stahl) und weist eine Festschraubung am Gewindeteilbereich 30 der
Welle 27 auf, um die Druckscheibe 31 festzuziehen
und zu befestigen.
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Druckscheibe:
-
Die
Druckscheibe 31 besteht beispielsweise aus SUS440 und ist
am Gewindeteilbereich 30 der Welle 27 angebracht
und dient als Haltevorrichtung und einfaches Lagerbauteil für das Lager 35.
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Erstes Lager:
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Das
Lager 35 ist ein langlebiges, unterwasserartiges Keramiklager,
das die schmierende Wirkung eines Kühlmittels nutzt und aus einem
verschleißfesten
Keramik wie Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumkarbid (SiC), Aluminiumoxid (Al2O3) oder Reiskleiekeramik
(Rice Bran Ceramic) (Produkt von Sanwa Yushi, IRBC 30/30PF: Hybridwerkstoff,
in dem RBC in Harz dispergiert wird) gebildet ist. Das Lager 35 hat
eine zylindrische Form und ist über
verschiedene Oberflächen
im Schiebekontakt mit der Welle 27 und der Druckscheibe 31.
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Reiskleiekeramik
(siehe zum Beispiel offen gelegte
japanische
Patentanmeldung (kokai) 2004-003611 ) ist bekannt als eine
Harzzusammensetzung, die feines Pulver von RBC (Rice Bran Ceramic,
Reiskleiekeramik) oder CRBC (Carbonised Rice Bran Ceramic, karbonisierte
Reiskleiekeramik) enthält,
das in einem Kunstharz wie Polyamid in einer Menge so dispergiert
wird, dass das Gewichtsverhältnis
zwischen dem feinen Pulver und dem Kunstharz 10 zu 70:90 zu 30 wird.
Feines Pulver von RBC oder CRBC wird in einem Kunstharz gemischt,
welches dann bei einer Temperatur in der Nähe des Schmelzpunktes des Kunstharzes
geknetet wird, wobei das feine Pulver gleichmäßig im Harz dispergiert wird.
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RBC
wird in einem Prozess hergestellt, bei dem entfettete Reiskleie
(75% nach dem Gewicht) und flüssiges
Phenolharz (25% nach dem Gewicht) bei Wärme vermischt werden, die resultierende
Mischung gesintert wird und die gesinterte Mischung auf einen Partikeldurchmesser
von 140 bis 160 μm pulverisiert
wird. CRBC wird in einem Prozess hergestellt, bei dem feines Reiskleiekeramikpulver
(60% nach dem Gewicht) und festes Phenolharz (40% nach dem Gewicht)
bei Wärme
vermischt werden, die resultierende Mischung gesintert wird und
die gesinterte Mischung auf einen Partikeldurchmesser von 20 bis
30 μm pulverisiert
wird. Die oben erwähnte
Harzzusammensetzung hat rostfreie und geringe Reibung aufweisende
Eigenschaften in Wasser, Alkohol, Ethylenglykol und einer Mischung
davon.
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Laufradabdeckung:
-
Die
Laufradabdeckung 5 hat die Form eines Lampenschirms und
verbindet und befestigt die Enden der Laufradschaufeln 41 gegenüber dem
Rotorhauptkörper 42.
Die Laufradabdeckung 5 erhöht die Befestigungsstärke der
Laufradschaufeln 41 und unterdrückt eine nicht wünschenswerte
Verbreitung von durch die Laufradschaufeln 41 bewegter
Flüssigkeit. Die
Laufradabdeckung 5 wird beispielsweise aus dem oben erwähnten mit
Glasfaser (GF) zu 30% verstärkten
Polyamid 66 (PA66) gebildet. Die oben erwähnten Alternativwerkstoffe
können
verwendet werden.
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Laufradrotor:
-
Der
Laufradrotor 33 weist die oben erwähnte Welle durch das Loch 34 in
der Mitte des Rotorhauptkörpers 42 auf.
Ein gestufter Lagerbefestigungsteilbereich 59 wird an einem
rechten Ende (in 1) der Welle durch das Loch 34 des
Rotorhauptkörpers 42 gebildet,
um das Lager 35 aufzunehmen, und ein gestufter Lagerbefestigungsteilbereich 60 wird
an einem linken Ende (in 1) der Welle durch das Loch 34 des
Rotorhauptkörpers 42 gebildet,
um das Lager 36 aufzunehmen. Des Weiteren wird der ringförmige gestufte
Teilbereich 37 auf der Außenseite des Rotorhauptkörpers 42 so
gebildet, dass dessen Schulteroberfläche in 1 nach links
gerichtet ist. Das zylinderförmige
hintere Joch 38 und der zylinderförmige Magnet 39 sind
am gestuften Teilbereich 37 befestigt. Die Basisenden der
Laufradschaufeln 41 sind an der rechten Oberfläche des
Rotorhauptkörpers 42 in 1 (der
Oberfläche
gegenüber
dem gestuften Teilbereich 37) einstückig befestigt. Insbesondere
ist die Laufradabdeckung 5 an den distalen Enden der Laufradschaufeln 41 befestigt.
Das oben erwähnte
Entlüftungsloch 40,
welches ein Durchgangsloch ist, das sich parallel zur Welle durch
das Loch 34 erstreckt, wird im Rotorhauptkörper 42 gebildet
und muss sich zwischen den gestuften Befestigungsteilbereichen 59 und 60 und
dem ringförmigen
gestuften Teilbereich 37 befinden. Das Entlüftungsloch 40 unterdrückt die
Erzeugung eines Unterdrucks, der von einer Fließgeschwindigkeitsdifferenz
herrührt.
Insbesondere unterdrückt
das Entlüftungsloch 40 die
Erzeugung eines Unterdrucks, der von einer Differenz zwischen der
Fließgeschwindigkeit
der Flüssigkeit, die
mittels der Laufradschaufeln 41 herausgedrückt wird,
und der Fließgeschwindigkeit
der Flüssigkeit herrührt, die
im von dem linken Ende des Rotorhauptkörpers 42, dem Unterplattenteilbereich 9 des
Hauptgehäuses 3 und
dem Wellenstützbereich 10 umgebenen
Raum stagniert.
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Da
die radiale Ausdehnung des Rotorhauptkörpers 42 ungefähr gleich
der Länge
der Laufradschaufeln 41 gemacht wird, kann nutzloses Volumen reduziert
werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen elektrischen
Pumpen, in denen die Lager 35 und 36 in Bezug
auf die Mitte des Magneten 39 in axialer Richtung symmetrisch
angeordnet sind, sind die Lager 35 und 36 in der
vorliegenden Erfindung in 1 in Bezug
auf die herkömmlichen
Positionen nach rechts verlagert. Folglich kann die gesamte Länge wie
entlang der Wellenrichtung (der horizontalen Richtung in 1)
gemessen verkürzt
werden.
-
Der
Laufradrotor 33 wird beispielsweise aus dem oben erwähnten mit
Glasfaser (GF) zu 30% verstärkten
Polyamid 66 (PA66) gebildet. Die oben erwähnten Alternativwerkstoffe
können
ebenfalls verwendet werden.
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Hinteres Joch:
-
Das
hintere Joch 38 ist zylinderförmig, um die Einführung des
ringförmigen
gestuften Teilbereichs 37 des Laufradrotors 33 in
das hintere Joch 38 zu gewähren. Das hintere Joch 38 ist
so ausgeführt, dass
die Länge
des hinteren Jochs 38 gleich der Länge des ringförmigen gestuften
Teilbereichs 37 ist und die Gesamtdicke (Dicke in radialer
Richtung) des hinteren Jochs 38 und des Magneten 39 gleich
der Dicke (Dicke in radialer Richtung) des ringförmigen gestuften Teilbereichs 37 des
Laufradrotors 33 ist. Da der Magnet 39 am hinteren
Joch 38 angebaut und magnetische Pfade im hinteren Joch 38 gebildet
werden, wird das hintere Joch 38 aus einem korrosionsbeständigen Stahl
wie Kohlenstoffstahl (S25C) gebildet, dessen Kohlenstoffgehalt 0,25%
beträgt.
Das hintere Joch 38 ist durch Harz oder dergleichen fest mit
dem ringförmigen
gestuften Teilbereich 37 des Laufradrotors 33 verbunden.
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Magnet:
-
Der
Magnet 39 ist zylinderförmig
und hat einen Innendurchmesser, der die Einführung des hinteren Jochs 38 dadurch
ermöglicht.
Der Magnet 39 ist so ausgeführt, dass die Länge des
Magneten 39 gleich der Länge des ringförmigen gestuften
Teilbereichs 37 ist und die Gesamtdicke (Dicke in radialer Richtung)
des hinteren Jochs 38 und des Magneten 39 gleich
der Dicke (Dicke in radialer Richtung) des ringförmigen gestuften Teilbereichs 37 des
Laufradrotors 33 ist. Der Magnet 39 verfügt über eine
Vielzahl von Segmenten (vier Segmente in der vorliegenden Ausführungsform),
die aus Permanentmagneten gebildet sind, um einen magnetischen Feldfluss
zu erzeugen. Das heißt,
die Magnetsegmente werden aus einem magnetisierten ferromagnetischen
Werkstoff wie Ferrit (z.B. YBM-9BE, Produkt von Hitachi Metals,
Ltd.) gebildet. Der Magnet 39 ist mit der äußeren Umfangsoberfläche des
hinteren Jochs 38 und der Schulteroberfläche des
ringförmigen
gestuften Teilbereichs 37 des Laufradrotors 33 durch
Harz oder dergleichen fest verbunden. Die oben erwähnten Alternativwerkstoffe
können
ebenfalls verwendet werden. Die Zahl der Segmente wird gemäß der Zahl
der Statormagnetpole frei bestimmt.
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Endabdeckung:
-
Eine
Endabdeckung 61 wird in einer im Wesentlichen tassenartigen
Form gebildet, um die äußere Umfangsoberfläche und
linke Endoberfläche
des Magneten 39 und die linke Endoberfläche des hinteren Jochs 38 dicht
abzudecken. Die Endabdeckung 61 wird aus einem Stahlwerkstoff
wie SUS304 durch Pressenbearbeitung gebildet. Die Endabdeckung 61 ist
an dem Magneten 39 und dem hinteren Joch 38 durch
Harz befestigt, um dadurch zu verhindern, dass der Magnet 39 und
das hintere Joch 38 vom Laufradrotor 33 abfallen
oder sich zersplittern, und um zu verhindern, dass die Segmente
des Magneten abfallen oder sich ablösen.
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Zweites Lager:
-
Das
Lager 36 ist identisch mit dem Lager 35. Das heißt, das
Lager 36 wird aus einer verschleißfesten Keramik wie Reiskleiekeramik
(Rice Bran Ceramic) (Produkt von Sanwa Yushi, IRBC 30/30PF) gebildet.
Das Lager 36 ist zylinderförmig und ist über verschiedene
Oberflächen
in Schiebekontakt mit der Welle 27 und dem Lagerstopperteilbereich 38.
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Behälter:
-
Der
Behälter 21 wird
aus einem nicht magnetischen Harz, einem nicht magnetischen Stahlwerkstoff
oder beiden diesen Werkstoffen gebildet und verfügt über solch eine Wanddicke und
-elastizität, dass
der Behälter 21 die
O-Ringe 47 und 48 zur Herstellung von Flüssigkeitsdichte
pressen kann und die Sensor-Stator-Baugruppe 14 pressen
und halten kann. Wenn ein nicht magnetischer Harz und ein nicht
magnetischer Stahlwerkstoff verwendet werden, verfügt der Behälter 21 über eine
Schichtstruktur, in der das nicht magnetische Harz und der nicht magnetische
Stahlwerkstoff miteinander verbunden sind. Jedes nicht magnetische
Harz kann verwendet werden, vorausgesetzt ein darin enthaltenes
Additiv(e) ist nicht magnetisch.
-
Ein
Beispiel für
nicht magnetischen Stahlwerkstoff ist SUS304. Der Behälter 21 weist
eine Form auf, die ähnlich
der eines Topfs eines Reiskochers ist, dessen unterer Teilbereich
entfernt wurde. Im dem Fall, dass der Behälter 21 aus SUS gebildet wird,
wird der Behälter 21 aus
einem nicht magnetischen SUS wie SUS304K1, SUS304KM, SUS304B, SUS304BM
oder SUS304MB gebildet, um zu verhindern, dass im Behälter 21 Induktionsstrom
fließt,
welcher ansonsten wegen des Vorhandenseins des Behälters 21 zwischen
den Statormagnetpolen 44 und dem Magneten 39 des
Rotorhauptkörpers 42 flösse.
-
Zweiter O-Ring:
-
In
der Ausführungsform
ist der O-Ring 48 als Beispiel eines typischen Dichtungsbauteils
gezeigt. Der O-Ring 48 hat die gleiche Form wie die des O-Rings 47 und
ist aus dem gleichen Werkstoff wie der des O-Rings 47 gebildet.
-
Statoreinheit:
-
3 ist
eine Vorderansicht des aus einem Laminat gestanzter Stahlplatten
gebildeten Stators. Wie in 3 gezeigt,
beträgt
die Zahl der Statormagnetpole 44 in der vorliegenden Ausführungsform sechs.
Der Stator wird folgendermaßen
hergestellt. Die vorbestimmte Zahl von Stahlplatten, von denen jede über einen
ringförmigen
Statorjochteilbereich 43 und sechs Statormagnetpole 44 verfügt, sind
gestapelt, um den laminierten Statorkern 15 zu bilden.
Wie zuvor beschrieben, sind die inneren Statorspulenführungen 16a und 16b und äußeren Statorspulenführungen 17a und 17b an
entgegengesetzten Enden des Statorkerns 15 in solch einer
Weise vorgesehen, dass sie sich axial von den entsprechenden Enden weg
erstrecken. Obwohl die linken Statorspulenführungen 16b und 17b in 1,
welche die Sensoreinheit 20 stützen, nicht weggelassen werden
können, können die
rechten Statorspulenführungen 16a und 17a in 1 weggelassen
werden.
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Eine
nicht orientierte magnetische Stahlplatte mit einer willkürlichen
chemischen Zusammensetzung kann als Stahlplatten für den Stator
verwendet werden. Beispielsweise wird eine nicht orientierte magnetische
Stahlplatte 50H1300 oder dergleichen verwendet.
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Die
Statorspulen 18 werden unter Berücksichtigung eines Drahtdurchmessers,
der anhand des Nennstroms bestimmt wird, und einer Dicke einer isolierenden
Beschichtung verdickt, die von einer gewünschten dielektrischen Widerstandsspannung
und dem Grad des Schmelzens der Beschichtung während der Lötung bestimmt wird.
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Sobald
die Sensoreinheit 20 untergebracht ist, wird die Statoreinheit 19 mit
der Sensoreinheit 20 einstückig in Harz geformt, wie in 1 gezeigt.
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Sensoreinheit:
-
Die
Sensoreinheit 20 enthält
den oben erwähnten
Rahmen 24. Der Rahmen 24 weist einen inneren Wandteilbereich 62,
der parallel zur inneren Statorspulenführung 16b verläuft, und
einen äußeren Wandteilbereich 64,
der entlang der und parallel zur äußeren Statorspulenführung 17b verläuft, und
einen verbindenden Wandteilbereich 63 auf, der sich zwischen
dem inneren Wandteilbereich 62 und dem äußeren Wandteilbereich 64 radial
erstreckt. Wie zuvor beschrieben, weist der Rahmen 24 die
drei gestuften Teilbereiche 45a, 45b und 46 auf.
Der gestufte Teilbereich 45a wird auf dem äußeren Wandteilbereich 64 gebildet
und muss sich auf der Seite links vom verbindenden Wandteilbereich 63 befinden,
und der gestufte Teilbereich 45b wird auf dem inneren Wandteilbereich 62 gebildet
und muss sich auf der Seite links vom verbindenden Wandteilbereich 63 befinden. Weiter
wird der gestufte Teilbereich 46 auf dem inneren Wandteilbereich 62 gebildet
und muss sich auf der Seite rechts vom verbindenden Wandteilbereich 63 befinden.
Die Schaltplatte 23, welche die Schaltelemente 22 montiert,
wird zwischen den gestuften Teilbereichen 45a und 45b gestützt. Das
magnetempfindliche Element 25, wie ein Hall-IC, ist am
gestuften Teilbereich 46 vorgesehen. Die Zuleitungsdrähte des
magnetempfindlichen Elements 25 sind mit der Schaltplatte 23 verbunden.
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Die
Sensoreinheit 20 wird folgendermaßen zusammengebaut. Die Sensoreinheit 20 wird
in den Raum innerhalb der äußeren Statorspulenführung 17b eingeführt, wobei
der äußere Wandteilbereich 64 des
Rahmens 24 von der äußeren Statorspulenführung 17b geführt wird
und der innere Wandteilbereich 62 vom Behälter 21 geführt wird,
bis das magnetempfindliche Element 25 an eine Stelle in
der Nähe
des Magneten 39 rückt.
Die Harzformung für
die in dieser Weise fertig gestellte Sensor-Stator-Baugruppe 14 wird
in einer Weise wie oben beschrieben ausgeführt.
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Welle:
-
Wie
oben beschrieben, weist die Welle 27 den Stützwellenteilbereich 13,
den Lagerstopperteilbereich 28, den Schiebewellenteilbereich 29 und
den Gewindeteilbereich 30 auf, die einstückig gebildet werden.
Ein Werkstoff, der Rosten verhindern und Gleitreibung mit den Lager 35 und 36 standhalten kann,
wird für
die Welle 27 ausgewählt.
Beispiele für einen
solchen Werkstoff umfassen Nickel-Chrom-Molybdän-Stahl (SNCM), DD-Werkstoff, ASK 8000,
SUS303 (rostfreien Austenitstahl), SUJ2 (kohlenstoffreichen chromhaltigen
Stahl).
-
Der
DD-Werkstoff (siehe beispielsweise
japanische
Patentoffenbarung (kokoku) Nr. H5-002734 ) ist ein rostfreier
Stahl (SUS), der C (0,6 bis 0,75% nach dem Gewicht), Si (0,1 bis
0,8% nach dem Gewicht), Mn (0,3 bis 0,8% nach dem Gewicht), Cr (10,5
bis 13,5% nach dem Gewicht), Fe (Gleichgewicht) und unvermeidbare
Verunreinigungen enthält und
in dem die Größe des enthaltenen
eutektischen Karbids nicht größer gemacht
wird als 20 μm
hinsichtlich der Kornlänge
oder 10% bezüglich
des Flächenverhältnisses
im Querschnitt.
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Um
die Verschleißfestigkeit
und Schiebeleistung zu verbessern, ist die Oberfläche der
Welle 27 mit Hartverchromung, Nitrierbehandlung, Titankarbid-(TiC-)Beschichtung,
Titannitrid-(TiN-)Beschichtung, Titanaluminiumnitrid-(TiAlN-)Beschichtung oder
Diamond-like-carbon-(DLC-)Beschichtung behandelt.
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Stehbolzen:
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Die
Stehbolzen 56 sind aus beispielsweise Stahl gebildet und
werden verwendet, um den Flanschteilbereich 1a des Pumpengehäuses 2 und den
Flanschteilbereich 1b des Hauptgehäuses 3 zusammen zu
befestigen.
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Gehäuse:
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Wie
oben beschrieben, verfügt
das Hauptgehäuse 3 über den
ringförmigen
Flanschteilbereich 1b; den zylinderförmigen Seitenwandteilbereich 8, der
sich axial vom Flanschteilbereich 1b weg erstreckt, den
ringförmigen
Unterplattenteilbereich 9, der eine ringförmige untere
Wand am linken Ende des Seitenwandteilbereichs 8 in 1 bildet;
und den Wellenstützteilbereich 10,
der sich axial zur Mitte des Innenbereichs des Hauptgehäuses 3 hin
erstreckt, um eine konische Form zu bilden. Der ringförmige Vorsprung 11 ist
auf der Innenseite des Unterplattenteilbereichs 9 vorgesehen.
Das Hauptgehäuse 3 wird
beispielsweise aus einer Druckguss-Aluminiumlegierung (ADC 12)
gebildet.
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Controller:
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Eine
Schaltungseinheit zum Verarbeiten eines Erkennungssignals vom Sensor
und ein Controller (Treiber) für
den bürstenlosen
Gleichstrommotor sind entfernt von der elektrischen Pumpe und über ein
Kabel mit der elektrischen Pumpe verbunden angeordnet.
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Die
elektrische Pumpe der vorliegenden Erfindung ist nach den oben beschriebenen
Komponenten ausgebildet. Jede der oben beschriebenen Komponenten
kann durch eine Alternativkomponente ersetzt werden, vorausgesetzt
die ausgewählte
Alternativkomponente erfüllt
entsprechende Erfordernisse hinsichtlich Merkmalen, Werkstoff, Funktion und
Ausbildung.
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Wenn
die elektrische Pumpe der vorliegenden Erfindung an einem Elektrofahrzeug
oder einem Hybridfahrzeug montiert ist, die in den Genuss des schnellen
Vorankommens gekommen sind, wird erwartet, dass die günstige Kraftstoffsparsamkeit
zunimmt.
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Selbstverständlich sind
angesichts der oben dargelegten Lehren zahlreiche Abwandlungen und Variationen
der vorliegenden Erfindung möglich.
Es versteht sich deshalb, dass die vorliegende Erfindung im Umfang
der beigefügten
Ansprüche
anders als speziell hierin beschrieben durchgeführt werden kann.