EP1088385A1 - Für einen einsatz in einer lösungsmittel aufweisenden umgebung vorgesehener, elektronisch gesteuerter elektromotor - Google Patents

Für einen einsatz in einer lösungsmittel aufweisenden umgebung vorgesehener, elektronisch gesteuerter elektromotor

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EP1088385A1
EP1088385A1 EP00922532A EP00922532A EP1088385A1 EP 1088385 A1 EP1088385 A1 EP 1088385A1 EP 00922532 A EP00922532 A EP 00922532A EP 00922532 A EP00922532 A EP 00922532A EP 1088385 A1 EP1088385 A1 EP 1088385A1
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EP
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electric motor
rotor
motor according
electrical conductor
position sensor
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EP00922532A
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Inventor
Frank Kuehnel
Wolfgang Warnke
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Siemens AG
Original Assignee
Mannesmann VDO AG
Siemens AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/12—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using detecting coils using the machine windings as detecting coil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
    • H02K5/132—Submersible electric motors

Definitions

  • Electronically controlled electric motor intended for use in an environment containing solvents
  • the invention relates to an electronically controlled electric motor intended for use in a solvent-containing environment and having at least one rotor carrying permanent magnets and a stator having coils, in which position sensors are arranged in the stator for determining a commutation time.
  • Such electric motors are often referred to as electronically commutated direct current motors and are used, for example, in fuel tanks to drive a fuel pump. If the coils are arranged in the stator, the electric motor does not require carbon brushes for the transmission of electrical energy.
  • the electric motor is characterized as an inexpensive drive with a long service life in the lower and medium power range.
  • Hall sensors are generally used as position sensors.
  • the Hall sensors have semiconductor chips with connection contacts.
  • the semiconductor chips and the connection contacts are usually coated with plastic.
  • a disadvantage of the known position sensors is that the semiconductor wafers are constructed in a very complex manner due to their sheathing. Furthermore, the semiconductor chips, solder joints of the connection contacts are not resistant to solvents in the long run.
  • Plastic sheathing also does not offer adequate protection against the diffusion of solvents, so that despite the sheathing, the semiconductor chips are attacked by the solvents. As a result of this damage to the semiconductor wafers, the position of the rotor can no longer be reliably detected with the position sensor.
  • the invention is based on the problem of designing an electric motor of the type mentioned at the outset in such a way that it can be produced as inexpensively as possible and has a very high resistance to solvents.
  • the position sensors have an electrical conductor which generates a signal when the magnetic field is movable, and in that the electrical conductor is made in one piece with connecting lines.
  • the position sensor of the electric motor according to the invention does not require a sheathing, since an electrical conductor, such as a copper wire, is not attacked by solvents.
  • an electrical conductor such as a copper wire
  • particularly inexpensive position sensors can be used in the electric motor according to the invention. Due to the one-piece manufacture of the electrical conductor with the connecting lines, the position sensor can also be installed very easily and does not require soldering points which are not solvent-resistant. The electric motor according to the invention can thus be manufactured particularly cost-effectively and has a very high resistance to the solvents.
  • Another advantage of this design is that the position sensor can be arranged very close to the magnet of the rotor, so that the position of the rotor can be determined particularly precisely.
  • connection lines of the position sensor could, for example, be screwed to further lines in order to avoid non-solvent-resistant solder joints.
  • it helps if the connecting lines of the position sensor are led to a solvent-free space.
  • the connecting lines can thus be led to outside of the fuel tank.
  • the position of the rotor can be determined particularly precisely if the electrical conductor is designed as a coil.
  • the coil can be arranged between the winding strands of the stator.
  • the position of the rotor can be easily determined according to another advantageous development of the invention if the electrical conductor is designed as a pulse wire arranged transversely to the movement of the magnetic poles of the rotor.
  • the position sensor can be arranged at a position distant from the permanent magnets of the rotor if the rotor has position magnets arranged opposite to the position sensor and situated away from its permanent magnets. This also prevents the signals from the position sensor from being falsified by electrical currents flowing in the coils of the stator. Furthermore, more position magnets can be arranged in the electric motor according to the invention than the rotor has permanent magnets. This enables the position of the rotor to be determined particularly precisely.
  • a disk is arranged, which is divided into several areas, the areas being magnetized differently.
  • the invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, four of them are shown in the drawing and are described below. This shows in
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an electric motor according to the invention
  • FIGS 2 to 4 further embodiments of the electric motor according to the invention in schematic representations.
  • FIG. 1 schematically shows an electric motor with a housing 1 and a cylindrical rotor 3 arranged on a rotatably mounted shaft 2.
  • the rotor 3 has several permanent magnets 4 of the rotor 3 opposite coils 5.
  • the coils 5 are fastened in the housing 1.
  • Position sensors 6 for detecting the position of the rotor 3 are arranged between the coils 5.
  • the electrical current supplied to the coils 5 is regulated on the basis of the signals from the position sensors 6.
  • the electric motor is often referred to as an electronically commutated DC motor.
  • the position sensors 6 each have electrical conductors 8 made in one piece with connecting lines 7 which extend outside the housing 1.
  • the connecting lines 7 are connected to connecting contacts 9 on the outside of the housing 1. Control electronics (not shown) of the electric motor can be connected to these connection contacts 9.
  • FIG. 2 schematically shows a further embodiment of the electric motor, in which the position sensors 6 have electrical conductors 10 designed as pulse wires.
  • the electrical conductors 10 are arranged parallel to the outer surface of the rotor 3 and are made in one piece with connecting lines 11. As with the electric motor from FIG. 1, the position sensors 6 are arranged between the coils 5.
  • FIG. 3 schematically shows a further embodiment of the electric motor, in which a disk 13 having position magnets 12 is attached to the shaft 2 at a distance from the permanent magnets 4 of the rotor 3.
  • the position sensors 6 face the disk 13 with the position magnets 12 and are therefore in a position remote from the coils 5.
  • the position sensors 6 have electrical conductors 14 wound into a coil.
  • FIG. 4 schematically shows a further embodiment of the electric motor, in which the position sensors 6 of the disk 13 with the position magnets 12 have opposite electrical conductors 15 which are designed as pulse wires.

Abstract

Ein elektronisch gesteuerter Elektromotor hat in einem Stator (2) angeordnete, Permanentmagneten (4) eines Rotors (3) gegenüberstehende Spulen (5) als Positionssensoren (6). Die Spulen (5) sind einteilig mit Anschlussleitungen (7) gefertigt. Hierdurch kann der Elektromotor in einer Lösungsmittel aufweisenden Umgebung eingesetzt werden. Weiterhin gestaltet sich der Elektromotor besonders kostengünstig.

Description

Beschreibung
Für einen Einsatz in einer Lösungsmittel aufweisenden Umgebung vorgesehener, elektronisch gesteuerter Elektromotor
Die Erfindung betrifft einen für einen Einsatz in einer Lösungsmittel aufweisenden Umgebung vorgesehenen, elektronisch gesteuerten Elektromotor mit zumindest einem Permanentmagnete tragenden Rotor und mit einem Spulen aufweisenden Stator, bei dem im Stator Positionssensoren zur Ermittlung eines Kommutierungszeitpunktes angeordnet sind.
Solche Elektromotoren werden häufig als elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren bezeichnet und beispielsweise in Kraftstoffbehältern zum Antrieb einer Kraftstoffpumpe eingesetzt. Sind die Spulen im Stator angeordnet, benötigt der Elektromotor keine Kohlebürsten zur Übertragung von elektrischer Energie. Der Elektromotor zeichnet sich damit als preisgünstiger Antrieb mit einer langen Lebensdauer im unteren und mittleren Leistungsbereich aus. Als Positionssensoren werden in der Regel Hallsensoren eingesetzt. Die Hallsensoren weisen Halbleiterplättchen mit Anschlußkontakten auf. Die Halbleiterplättchen und die Anschlußkontakte sind meist mit Kunststoff ummantelt. Nachteilig bei den bekannten Positionssensoren ist, daß die Halbleiterplättchen durch ihre Ummantelung sehr aufwendig aufgebaut sind. Weiterhin sind die Halbleiterplättchen, Lötstellen der Anschlußkontakte auf Dauer nicht lösungsmittelbeständig. Auch Kunststoffummantelungen bieten keinen ausreichenden Schutz gegen die Diffusion von Lösungsmitteln, so daß trotz Ummantelung die Halbleiterplättchen von den Lösungsmitteln angegriffen werden. Durch diese Schädigungen der Halbleiterplättchen kann die Position des Rotors mit dem Positionssensor nicht mehr zuverlässig erfaßt werden kann. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Elektromotor der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß er möglichst kostengünstig herstellbar ist und eine sehr hohe Beständigkeit gegen Lösungsmittel hat.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Positionssensoren einen bei einem beweglichen Magnetfeld ein Signal erzeugenden, elektrischen Leiter aufweisen und daß der elektrische Leiter einteilig mit Anschlußleitungen gefertigt ist.
Durch diese Gestaltung benötigt der Positionssensor des erfindungsgemäßen Elektromotors keine Ummantelung, da ein elektrischer Leiter, wie beispielsweise ein Kupferdraht, von Lösungsmitteln nicht angegriffen wird. Hierdurch lassen sich in dem erfindungsgemäßen Elektromotor besonders kostengünstige Positionssensoren einsetzen. Durch die einteilige Fertigung des elektrischen Leiters mit den Anschlußleitungen läßt sich der Positionssensor zudem sehr einfach montieren und benötigt keine nicht lösungsmittelbeständigen Lötstellen. Der erfindungsgemäße Elektromotor läßt sich damit besonders kostengünstig herstellen und weist eine sehr hohe Resistenz gegen die Lösungsmittel auf. Ein weiterer Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, daß der Positionssensor sehr nahe an dem Magneten des Rotors angeordnet werden kann, so daß sich die Position des Rotors besonders exakt bestimmen läßt.
Die Anschlußleitungen des Positionssensors könnten beispielsweise zur Vermeidung von nicht lösungsmittelbeständigen Lötstellen mit weiterführenden Leitungen verschraubt sein. Zur weiteren Vereinfachung der Montage des erfindungsgemäßen Elektromotors trägt es jedoch bei, wenn die Anschlußleitungen des Positionssensors bis zu einem lösungsmittelfreien Raum geführt sind. Bei dem zum Antrieb der im Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeuges angeordneten Kraftstoffpumpe vorgesehenen Elektromotor können die Anschlußleitungen damit bis außerhalb des Kraftstoffbehälters geführt sein.
Die Position des Rotors läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders genau bestimmen, wenn der elektrische Leiter als Spule ausgebildet ist. Die Spule kann hierfür zwischen den Wicklungssträngen des Stators angeordnet werden.
Bei besonders niedrigen Drehgeschwindigkeiten des Rotors läßt sich die Position des Rotors gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach bestimmen, wenn der elektrische Leiter als quer zu der Bewegung der Magnetpole des Rotors angeordneter Impulsdraht ausgebildet ist.
Häufig ist es aus Platzgründen nicht möglich, den Positionssensor innerhalb der Spulen des Stators anzuordnen. Der Positionssensor läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung an einer von den Permanentmagneten des Rotors entfernten Stellung anordnen, wenn der Rotor von seinen Permanentmagneten entfernt angeordnete, dem Positionssensor gegenüberstehende Positionsmagnete aufweist. Hierdurch läßt sich zudem eine Verfälschung der Signale des Positionssensors durch in den Spulen des Stators fließenden elektrischen Strömen vermeiden. Weiterhin kann man in dem erfindungsgemäßen Elektromotor mehr Positionsmagnete anordnen, als der Rotor Permanentmagnete hat. Hierdurch läßt sich die Position des Rotors besonders genau bestimmen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist statt der Positionsmagnete eine Scheibe angeordnet, die in mehrere Bereiche unterteilt ist, wobei die Bereiche unterschiedlich magnetisiert sind. Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind vier davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektromotors,
Figuren 2 bis 4 weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Elektromotors in schematischen Darstellungen.
Die Figur 1 zeigt schematisch einen Elektromotor mit einem ein Gehäuse 1 und einem zylinderförmigen, auf einer drehbar gelagerten Welle 2 angeordneten Rotor 3. Der Rotor 3 hat mehrere Permanentmagneten 4 des Rotors 3 gegenüberstehende Spulen 5. Die Spulen 5 sind in dem Gehäuse 1 befestigt. Zwischen den Spulen 5 sind Positionssensoren 6 zur Erfassung der Position des Rotors 3 angeordnet. Anhand der Signale der Positionssensoren 6 wird den Spulen 5 zugeführter elektrischer Strom geregelt. Der Elektromotor wird häufig als elektronisch kommutierter Gleichstrommotor bezeichnet. Die Positionssensoren 6 haben jeweils einteilig mit bis außerhalb des Gehäuses 1 geführten Anschlußleitungen 7 gefertigte elektrische Leiter 8. An der Außenseite des Gehäuses 1 sind die Anschlußleitungen 7 mit Anschlußkontakten 9 verbunden. An diesen Anschlußkontakten 9 läßt sich eine nicht dargestellte Steuerelektronik des Elektromotors anschließen. Die elektrischen Leiter 8 sind zu einer Spule gewickelt. Die Permanentmagnete 4 erzeugen bei einer Drehung des Rotors 3 Induktionsströme innerhalb der zu der Spule gewickelten elektrischen Leiter 8. Die elektrischen Leiter 9 sind beispielsweise aus Kupferdraht gefertigt. Figur 2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des Elektromotors, bei dem die Positionssensoren 6 als Impulsdrähte ausgebildete elektrische Leiter 10 haben. Die elektrischen Leiter 10 sind parallel zu der Mantelfläche des Rotors 3 angeordnet und einteilig mit Anschlußleitungen 11 gefertigt. Wie bei dem Elektromotor aus Figur 1 sind die Positionssensoren 6 zwischen den Spulen 5 angeordnet.
Figur 3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des Elektromotors, bei dem von den Permanentmagneten 4 des Rotors 3 entfernt eine Positionsmagnete 12 aufweisende Scheibe 13 auf der Welle 2 befestigt ist. Die Positionssensoren 6 stehen der Scheibe 13 mit den Positionsmagneten 12 gegenüber und befinden sich damit in einer von den Spulen 5 entfernten Position. Die Positionssensoren 6 haben zu einer Spule gewik- kelte elektrische Leiter 14.
Figur 4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des Elektromotors, bei dem die Positionssensoren 6 der Scheibe 13 mit den Positionsmagneten 12 gegenüberstehende, als Impulsdrähte ausgebildete elektrische Leiter 15 aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Für einen Einsatz in einer Lösungsmittel aufweisenden Umgebung vorgesehener, elektronisch gesteuerter Elektromotor mit zumindest einem Permanentmagnete tragenden Rotor und mit einem Spulen aufweisenden Stator, bei dem im Stator Positionssensoren zur Ermittlung eines Kommutierungszeitpunktes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionssensoren (6) einen bei einem beweglichen Magnetfeld ein Signal erzeugenden elektrischen Leiter (8, 10, 14, 15) aufweisen und daß der elektrische Leiter (8, 10, 14, 15) einteilig mit Anschlußleitungen (7, 11 ) gefertigt ist.
2. Elektromotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen (7, 11 ) des Positionssensors (6) bis zu einem lösungsmittelfreien Raum geführt sind.
3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (8, 14) als Spule ausgebildet ist.
4. Elektromotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (10, 15) als quer zu der Bewegung der Magnetpole des Rotors (4) angeordneter Impulsdraht ausgebildet ist.
5. Elektromotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) von seinen Permanentmagneten (4) entfernt angeordnete, dem Positionssensor (6) gegenüberstehende Positionsmagnete (12) aufweist. Elektromotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) eine von seinen Permanentmagneten (4) entfernt angeordnete Scheibe (13) besitzt, die im Wirkverbindung zu dem Positionssensor (6) steht und die unterschiedlich magnetisierte Bereiche aufweist.
EP00922532A 1999-04-13 2000-03-22 Für einen einsatz in einer lösungsmittel aufweisenden umgebung vorgesehener, elektronisch gesteuerter elektromotor Withdrawn EP1088385A1 (de)

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