DE60311177T2

DE60311177T2 - Elektrische Pumpe mit Motorkühlsystem

Info

Publication number: DE60311177T2
Application number: DE60311177T
Authority: DE
Inventors: David Thomas Black; David John Williams
Original assignee: Dana Automotive Ltd
Current assignee: Pierburg Pump Technology UK Ltd
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2023-05-07
Also published as: EP1361368B8; GB2388404A; GB2388404B; JP2004003472A; GB0210544D0; ATE351986T1; EP1361368A3; DE60311177D1; EP1361368A2; US6986648B2; EP1361368B1; US20040028539A1

Description

Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung befaßt sich mit einer elektrischen Pumpe, insbesondere, aber nicht ausschließlich mit einer elektrischen Pumpe zum Pumpen eines Kühlmittels bzw. einer Kühlflüssigkeit bei einem Motor einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs.
Es ist bekannt, umgepumptes Fluid zum Kühlen eines Motors einer elektrischen Pumpe einzusetzen. Beispielsweise ist es bekannt, einen Teil eines gepumpten Fluids von einem Hochdruckbereich einer Pumpenschaufelradkammer durch Schichtungen des Motorstators zu einer Motorkammer aufzuteilen, welcher dann zurück zu einem Niederdruckbereich der Laufradkammer gelenkt wird. Der Pumpenfluidstrom durch einen solchen Weg wird angetrieben durch die Differenz zwischen dem Fluid in den unterschiedlichen Abschnitten der Druck laufradkammer. Wenn der Elektromotor beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor ist, wie ein geschalteter Reluktanzmotor oder ein anderer Motor, bei dem elektronische Komponenten zur Steuerung des Motors eingesetzt werden, können diese Komponenten ebenfalls in der Nähe des Strömungsweges des unterteilen Pumpfluids angeordnet werden, so dass auch die elektronischen Bauteile gekühlt werden. Eine derartige Pumpe ist in EP 821 236 A angegeben.
Bei alternativen Auslegungsformen ist es bekannt, einen Kühlmantel um den Motor vorzusehen, durch den ein externes Kühlmittel strömen kann, bei dem es sich um ein anderes Kühlmittel als das umgepumpte Fluid handeln kann.
Gemäß einem ersten Aspekt nach der Erfindung wird eine Pumpe bereitgestellt, welche einen Elektromotor umfasst, der in einem Motorgehäuse angebracht ist, und ein drehbares Pumpenelement umfasst, wobei das Pumpenelement bei der Drehbewegung durch den Motor ein erstes Fluid pumpt, und wobei ein erster Fluidströmungsweg für das erste Fluid von einer Hochdruckseite des Pumpenelements in dem Motorgehäuse zur Kühlung des Motors und zu einer Niederdruckseite des Pumpenelements vorhanden ist, welche sich dadurch auszeichnet, dass die Pumpe ferner einen Wärmetauscher umfasst, welcher zwischen einer Wand des Motorgehäuses und einer Aufheizung liegt, und dass der Wärmetauscher einen zweiten Fluidströmungsweg für ein zweites Fluid derart umfasst, dass im Gebrauchszustand die Wärme zwischen den ersten und den zweiten Fluiden ausgetauscht wird.
Dank der Erfindung erfolgt eine effizientere Kühlung des Motors an der Aufheizungsstelle für den Fall, wenn man entweder Pumpfluid oder ein externes Fluid allein einsetzt.
In typischer Weise erfolgt die Aufheizung durch elektronische Komponenten, die zur Steuerung des Motors eingesetzt werden. Der Elektromotor kann ein bürstenloser Gleichstrommotor sein, welcher elektronische Komponenten umfaßt, die zur Motorsteuerung erforderlich sind und die Wärme erzeugen.
Der erste Fluidströmungsweg kann durch Schichtungen eines Motorstators gehen und verläuft vorzugsweise um einen Motorrotor.
Die Pumpe kann ferner einen Filter umfassen, welcher derart beschaffen und ausgelegt ist, dass das erste Fluid beim Durchgang durch den ersten Fluidströmungsweg gefiltert wird. Ein solches Filter kann beispielsweise ein Zentrifugalfilter sein, welches integral mit oder an einer gemeinsamen Welle an dem Motorrotor angebracht ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt nach der Erfindung wird ein Motorkühlsystem bereitgestellt, welches eine Pumpe umfaßt, die Pumpe ferner einen Wärmetauscher umfasst, welcher zwischen einer Wand des Motorgehäuses und einer Aufheizung liegt, und dass der Wärmetauscher einen zweiten Fluidströmungsweg für ein zweites Fluid derart umfasst, dass im Gebrauchszustand die Wärme zwischen den ersten und den zweiten Fluiden ausgetauscht wird.
Vorzugsweise ist entweder das erste Kühlfluid oder das zweite Kühlfluid Motoröl. Während des Aufwärmens des Motors kann somit die Temperatur des Motoröls auf eine gewünschte Betriebstemperatur schnell aufgewärmt werden, was auf die Wärmeübertragung auf das Öl von dem Motor zurückzuführen ist. In diesem Fall kann das andere der beiden Kühlfluide ein Kühlmittel auf Wasserbasis sein.
Die Erfindung wird nachstehend lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in welcher gilt:
1 ist eine schematische Darstellung einer Pumpe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die einzige Figur ist eine Pumpe 10 gezeigt, welche einen Elektromotor 12 umfaßt, welcher im Innern eines Motorgehäuses 14 angebracht ist. Der Motor 12 bei diesem Beispiel ist ein bürstenloser Gleichstrommo tor mit einem Motor 12a, welcher zur Ausführung einer Drehbewegung im Innern eines im allgemeinen ringförmigen Stators 12b angeordnet ist. Die Pumpe 10 umfaßt ferner ein drehbares Pumpenelement, welches in diesem Fall ein Laufrad 16 ist, welches in einer Laufradkammer 18 angeordnet und mit dem Rotor 12a derart verbunden ist, dass im Gebrauchszustand durch den Motor 12 eine Drehbewegung ausgeführt wird, um ein erstes Kühlfluid zu pumpen.
Ein erster Fluidströmungsweg A geht von einer Hochdruckseite 16a des Laufrads 16 zu einer Niederdruckseite 16b des Laufrads, so dass ein Teil des ersten Kühlfluids im Gebrauchszustand zwangsweise längs des ersten Fluidströmungswegs A dank der Druckdifferenz zwischen den beiden Enden des ersten Fluidströmungswegs A geleitet wird. Der erste Fluidströmungsweg A erstreckt sich von der Hochdruckseite 16a längs eines Durchganges, welcher in dem Stator 12b vorgesehen ist, so dass die Schichtungen des Stators 12b durch das erste Kühlfluid gekühlt werden. Das erste Kühlfluid tritt dann in eine im allgemeinen scheibenförmige Kammer 19 ein, die auf einer gegenüberliegenden Seite des Motors 12 bezogen auf das Laufrad 16 liegt, und von dort aus geht das Fluid in den Rotor 12a zur Kühlung des Rotors 12b und gelangt dann zur Niederdruckseite 16b des Laufrads 16.
Die Pumpe 10 umfaßt ferner eine Aufheizungsstelle, welche von einem Gehäuse 20 gebildet wird, welches elektrische/elektronische Steuerkomponenten 22 enthält, die derart beschaffen und ausgelegt sind, dass sie den Betrieb des Motors 12 steuern. Das Gehäuse 20 liegt am Ende des Motors 12 und dem Laufrad 16 gegenüber, und dort ist ein zweiter Fluidströmungsweg B vorgesehen, welcher zwischen dem Motorgehäuse 14 und dem Gehäuse 20 durchgeht. Im Gebrauchszustand strömt ein zweites Kühlfluid längs des zweiten Fluidströmungswegs B, welcher als ein Wärmetauscher wirkt, so dass Wärme zwischen dem zweiten Kühlfluid und den Steuerkomponenten 22 übertragen wird.
Der zweite Fluidströmungsweg B liegt auch in der Nähe der scheibenförmigen Kammer 19, die in dem Motorgehäuse 14 als ein Teil des ersten Fluidströ mungswegs A vorgesehen ist. Wärme kann auch zwischen den ersten und den zweiten Kühlfluiden übertragen werden.
Im Gebrauchszustand kühlt somit das erste Kühlfluid den Motorrotor 12a und den Stator 12b, und das zweite Kühlfluid kühlt die Motorsteuerkomponenten 22. Wenn zusätzlich das erste Kühlfluid kühler als das zweite Kühlfluid ist, dient das erste Kühlfluid auch dazu, das zweite Kühlfluid zu kühlen oder umgekehrt. Dank des Einsatzes von zwei Kühlfluiden erhält man eine effiziente Kühlung der Pumpe 10. Dank der Integration des Wärmetauschers in der Pumpe 10 erhält man insbesondere ein kompakt ausgelegte Anordnung von Wärmetauscher und Pumpenmotor 12 mit integriertem Kühlsystem.
Eine Pumpe 10 nach der Erfindung kann in einen Motorkühlsystem oder einem Brennkraftmaschinenkühlsystem eingesetzt werden. Das erste Kühlfluid kann beispielsweise Motoröl sein, welches durch das Laufrad 16 um die Brennkraftmaschine gepumpt wird, und das zweite Kühlfluid kann Wasser oder ein Kühlmittel auf Wasserbasis sein oder umgekehrt. Hierdurch erhält man einen zusätzlichen Vorteil, der darin zu sehen ist, dass bei der Aufwärmung des Motors und der Brennkraftmaschine das Motoröl entweder durch den Motorrotor 12a und den Stator 12b oder durch die Motorsteuerpumpe 21 aufgewärmt wird und hierbei erreicht wird, dass das Motoröl die optimale Betriebstemperatur schneller als bisher erreicht.
Die Pumpe 10 kann auch mit einem Filter versehen sein, welcher derart beschaffen und ausgelegt ist, dass der Filter das erste Kühlfluid beim Durchgang durch den ersten Fluidströmungsweg A filtert. Beispielsweise kann der Filter ein Zentrifugalfilter sein, welcher integral mit einer gemeinsamen Welle mit dem Motorrotor 12a ausgebildet oder an dieser angebracht ist, so dass die Drehbewegung des Rotors eine Drehbewegung des Filters bewirkt. Die magnetischen Komponenten des Motors 12 können auch als eine Auffangstelle und zur Abführung von Metallpartikeln aus dem ersten Kühlfluid genutzt werden, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn das erste Kühlfluid Motoröl ist.
Natürlich ist die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform lediglich als Beispiel gedacht, und es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung möglich.
Die Pumpe 10 braucht kein Laufrad 16 zu umfassen. Sie kann anstelle hiervon ein Zahnrad, einen Gerotor, eine Schnecke, Flügel oder irgendein anderes drehbares Pumpenelement aufweisen.
Der erste Fluidströmungsweg braucht nicht genau so zu verlaufen, wie dies in der Figur dargestellt ist. Beispielsweise braucht der erste Fluidströmungsweg nicht durch die Schichtungen des Stators 12b zu gehen, sondern das erste Kühlfluid kann auch nur zwischen dem Stator 12b und dem Rotor 12a und um den Rotor 12a strömen.
Der Motor 12 könnte auch auf eine solche Weise ausgelegt werden, dass der Rotor 12a um einen zentralen Stator 12b angeordnet ist.

Claims

Pumpe (10), welche einen Elektromotor (12) umfasst, der in einem Motorgehäuse (14) angebracht ist, und ein drehbares Pumpenelement (16) umfasst, wobei das Pumpenelement (16) bei der Drehbewegung durch den Motor (12) ein erstes Fluid pumpt, und wobei ein erster Fluidströmungsweg (A) für das erste Fluid von einer Hochdruckseite des Pumpenelements (16) in dem Motorgehäuse (14) zur Kühlung des Motors (12) und zu einer Niederdruckseite des Pumpenelements (16) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (10) ferner einen Wärmetauscher umfasst, welcher zwischen einer Wand des Motorgehäuses (14) und einer Aufheizung liegt, und dass der Wärmetauscher einen zweiten Fluidströmungsweg (B) für ein zweites Fluid derart umfasst, dass im Gebrauchszustand die Wärme zwischen den ersten und den zweiten Fluiden ausgetauscht wird.
Pumpe (10) nach Anspruch 1, bei der die Aufheizung durch elektronische Komponenten zur Steuerung des Motors (12) erfolgt.
Pumpe (10) nach Anspruch 2, bei der der Elektromotor (12) ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.
Pumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der erste Fluidströmungsweg durch die Schichtungen eines Motorstators (12b) geht.
Pumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der erste Fluidströmungsweg um einen Motorrotor (12a) geht.
Pumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche ferner einen Filter umfasst, welcher derart beschaffen und ausgelegt ist, dass er das erste Fluid beim Durchgang durch den ersten Fluidströmungsweg filtert.
Pumpe (10) nach Anspruch 6, bei der der Filter ein Zentrifugalfilter ist, welcher integral mit einer gemeinsamen Welle mit dem Motorrotor (12a) ausgebildet oder an dieser angebracht ist.
Motorkühlsystem, welches eine Pumpe nach Anspruch 1 umfasst.
Motorkühlsystem nach Anspruch 8, bei dem das erste Kühlfluid oder das zweite Kühlfluid Motoröl ist.
Motorkühlsystem nach Anspruch 9, bei dem das jeweils andere umfassend das erste und zweite Kühlfluid ein Kühlmittel auf Wasserbasis ist.