WO2013160142A1 - Erwärmung eines fluids mittels eines steuergeräts zur ansteuerung eines bürstenlosen gleichstrommotors - Google Patents

Erwärmung eines fluids mittels eines steuergeräts zur ansteuerung eines bürstenlosen gleichstrommotors Download PDF

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WO2013160142A1
WO2013160142A1 PCT/EP2013/057843 EP2013057843W WO2013160142A1 WO 2013160142 A1 WO2013160142 A1 WO 2013160142A1 EP 2013057843 W EP2013057843 W EP 2013057843W WO 2013160142 A1 WO2013160142 A1 WO 2013160142A1
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WO
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motor
control unit
heating
brushless
control device
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PCT/EP2013/057843
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Andreas Herforth
Ina Constantinides
Sonja FROHNERT
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Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/586—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps
    • F04D29/588—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps cooling or heating the machine
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/62—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive for raising the temperature of the motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/64—Controlling or determining the temperature of the winding

Definitions

  • Heating of a fluid by means of a control device for controlling a brushless DC motor
  • Electric motors and in particular brushless DC motors are used in many areas of technology.
  • the batteries are used in many areas of technology.
  • the batteries are used in many areas of technology.
  • the batteries are used in many areas of technology.
  • the batteries are used in many areas of technology.
  • Electric motors are used to drive pumps.
  • a delivery medium of such a pump may e.g. be viscous due to a low temperature. This can lead to high demands on the torque of the electric motor.
  • a control device for driving a brushless DC motor is presented.
  • the controller is designed to provide the brushless DC motor with energy. Further, the controller is designed to the brushless DC motor by energizing the DC motor without inducing an alternating electromagnetic field in the DC motor.
  • the idea of the present invention is based on using the DC electric motor drive (brushless DC, BLDC) to heat the electric motor.
  • DC electric motor drive brushless DC, BLDC
  • the controller is used to drive a brushless DC motor of a pump, such as a fuel pump
  • heating the DC motor will heat the fluid surrounding the motor, such as fuel.
  • By heating the fluid is less viscous or less viscous and can be promoted in this way easier by the pump.
  • the control unit is an electrical control unit and can be used for example in motor vehicles.
  • the controller may be used to drive a DC motor in an electric delivery pump such as an electric fuel pump (EKP).
  • EKP electric fuel pump
  • the fuel pump can, for example, with the DC motor in one
  • the control unit may, for example, be arranged outside the fuel tank and via a tank flange with the electric feed pump and in particular with the brushless
  • the pumped medium of the electric pump can be, for example, fuel, in particular diesel.
  • the control unit is designed to supply the brushless DC motor in a conveying mode or conveying mode with energy so that an electromagnetic field is induced in the electric motor and thereby a torque is generated. In a heating mode or
  • the controller is designed to heat the DC motor by supplying the DC motor with energy without causing an alternating electromagnetic field in the DC motor.
  • the control unit controls the phases or strands of the
  • the power transmitted to the motor can be dissipated as waste heat, for example via the stator windings.
  • the brushless DC motor can be considered electric
  • phase U, V, W may be provided on the DC motor, which are controlled during the conveying operation by the control unit in a so-called 120 ° block operation.
  • the heating mode for example, several phases are simultaneously activated or energized, so that no
  • Torque is generated on the DC motor and the energy is dissipated as heat, for example via the coil windings of a stator of the DC motor.
  • the controller is designed to power the DC motor. That is, the controller determines which of the phases of the DC motor to power and when and how much phase current to power
  • the heating of the DC motor is effected in that at least two phases of the
  • DC motor can be supplied or energized simultaneously with energy.
  • the phases can be connected to one another, for example, via a delta connection or via a star connection.
  • the controller is configured to initiate the heating of the DC motor after receiving a start signal.
  • the start signal may be an opening of a vehicle door and / or an insertion of a key, such as a key.
  • the controller is designed to first receive a start signal and then to initiate a heating of the DC motor, for example, by simultaneously energizing two phases of the DC motor.
  • the control device has a current determination device.
  • the current determination device is designed to determine a current current value at the DC motor.
  • the controller is running, the current value with a
  • Comparable threshold Further, the controller designed to regulate a voltage applied to the DC motor voltage such that the current value does not exceed the predetermined threshold.
  • the current determination device can have, for example, current sensors or ammeters.
  • the current sensors or ammeters can be integrated directly into the control unit.
  • the current sensors or ammeters can be arranged on the DC motor. For example, these can determine the current value directly at the stator windings and transmit them to the current detection device of the control device wirelessly or via cable.
  • the control unit compares the determined current current value or
  • Threshold for example, can be entered by a user or read from a database. If the determined current current value is above the predefinable threshold value, then the control unit causes that to be applied to the DC motor and in particular to the stator windings of the
  • DC voltage applied voltage for example, be advantageous if the controller is used by a DC motor whose resistances are not yet known on the stator.
  • control device is designed to stop the heating of the DC motor and to induce an alternating electromagnetic field in the DC motor as soon as the control unit receives or receives a stop signal. That is, the controller is configured to receive a stop signal, and then the Heating the DC motor to set a torque in the
  • the stop signal can, for example, by a parent
  • the stop signal can be triggered by actuating an ignition key of a motor vehicle.
  • Induced DC motor a torque is generated so that a fluid in a pump, which drives the DC motor, can be promoted.
  • a system for delivering a fluid includes a controller described above and an electric pump with a brushless DC motor.
  • the control unit is designed to control the brushless DC motor such that energy is delivered to the fluid to be pumped the electric pump.
  • the fluid can be, for example, a fuel.
  • the pump may be an electric fuel pump disposed in a fuel tank and fueling an internal combustion engine.
  • the control unit controls the brushless DC motor and in particular the phases of the DC motor such that the entire energy supplied to the pump or power is delivered as waste heat to the fluid to be delivered.
  • the heating of the fluid may facilitate the delivery of the fluid.
  • the fluid can first be heated and then conveyed by generating an alternating electromagnetic field in the DC motor.
  • Heating of the fluid, in particular of the fuel may be advantageous, for example, at low outside temperatures.
  • the viscosity of fuel especially of diesel from a temperature of -12 ° C to -15 ° C increase.
  • the diesel fuel flocculate which makes the promotion considerably more difficult.
  • DC motor a stator with windings and a rotor on.
  • the energy or waste heat can be delivered via the windings of the stator to the fluid.
  • the stator can be dispensed with a plastic extrusion of the stator to ensure better thermal conductivity of the windings to the fluid.
  • a material with a high thermal conductivity is provided on the stator.
  • the stator may be overmolded with a material having high thermal conductivity.
  • a material with a high thermal conductivity may for example be a material which has a thermal conductivity above 0.3 W / (m K), preferably above 0.4 W / (m K).
  • the material may be a polyimide or a polyethylene. The material with high thermal conductivity can be sprayed, for example, directly to the windings of the stator.
  • a method of operating a brushless DC motor to heat a fluid has the following steps: supplying one
  • DC motor with energy by means of a controller and heating the DC motor by means of the controller by the DC motor is energized, without causing an alternating electromagnetic field in the DC motor is induced.
  • Fig. 1 shows a control device according to an embodiment of the invention
  • Fig. 2 shows a voltage waveform at the phases of the DC motor during a heating operation according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method for driving a
  • a control unit 1 is shown.
  • the control unit 1 can also be referred to as electronic pump control (epc).
  • the control unit is connected to a power source 7, in particular to a voltage source such as a battery.
  • the controller is equipped with a brushless
  • control unit 1 is connected to the individual phases 5 of the brushless DC motor 3.
  • Phases 5 can be labeled U, V and W. Furthermore, the
  • Control unit 1 a potential equalization terminal 9, also as grounding
  • control unit 1 controls the DC motor 3 in such a way that an alternating electromagnetic field is induced in the DC motor 3, thereby generating a torque.
  • controller 1 controls the
  • control unit 1 If the control unit 1 is used with a new, that is to say hitherto unused, DC motor 3 whose resistances on the stator are not yet known, then it may be advantageous to provide a current detection device 11 on the stator Provide control unit 1.
  • the current determination device 11 can be used to determine a current current value at the DC motor 3 and to compare this with a threshold value. In this case, the control unit 1 regulate or adjust the voltage applied to the DC motor 3 in such a way that the current value determined is the predetermined value
  • Threshold does not exceed.
  • the brushless DC motor 3 can, for example, in a
  • Electric fuel pump can be used to heat the fuel and then conveying the fuel. Heating the
  • DC motor 3 can be achieved, for example, that two phases, for example, U and V, are energized simultaneously. This is shown for example in FIG. 2. From Fig. 2, a voltage waveform at the phases 5 of the DC motor 3 during the heating operation is shown. The phase U and the phase V are simultaneously energized. The phase W is not energized. In the upper section of Fig. 2, an enlargement of the current waveform at the phase U is shown. The time is plotted on the X-axis and the voltage on the Y-axis. For example, the maximum voltage may be 12V and the minimum 0V. In a not shown in the figures
  • the phases are each shifted by 120 ° and energized, so that a torque on the DC motor 3 is formed.
  • a start signal is detected by the control unit 1.
  • the start signal may be, for example, the opening of a vehicle door or the insertion of an ignition key.
  • heating of the DC motor 3 is initiated by means of the control unit 1. This can be done, for example, by simultaneous
  • step S5 the current current value at the DC motor 3 is determined by the control unit 1.
  • the current value is determined in particular on the stator windings of the DC motor 3.
  • step S7 the current current value is compared with a predetermined threshold value.
  • step S9 the voltage or the voltage curve applied to the DC motor 3 is controlled such that the current value is below the predefinable threshold value (step S9).
  • step S9 a stop signal is received from the controller 1 and the heating in step Sil is stopped. Further, after stopping the heating, an electromagnetic alternating field in
  • the control unit 1 can also be designed, which is brushless
  • Stator resistance that is a resistor to the stator windings to dimension.
  • the battery voltage can be at about 12 V, for example.
  • the maximum phase current for continuous operation may be approx. 11 A and a maximum of approx. 20 A.
  • Phase current of about 14 A are generated. This corresponds to one
  • Input power of about 28 W. This input power is used to heat the brushless DC motor 3 and thus for heating the DC motor 3 surrounding fluid such as fuel.

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Abstract

Es wird ein Steuergerät (1) zur Ansteuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors (3) vorgestellt. Das Steuergerät (1)ist dabei ausgeführt, den Gleichstrommotor (3) mit Energie zu versorgen. Ferner ist das Steuergerät (1) ausgeführt, den Gleichstrommotor (3) zu erwärmen, indem der Gleichstrommotor (3) mit Energie versorgt wird, ohne dass dabei ein elektromagnetisches Wechselfeld im Gleichstrommotor (3) induziert wird.

Description

Beschreibung Titel
Erwärmung eines Fluids mittels eines Steuergeräts zur Ansteuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors
Stand der Technik
Elektromotoren und insbesondere bürstenlose Gleichstrommotoren werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt. Beispielsweise können die
Elektromotoren zum Antrieb von Pumpen verwendet werden. Ein Fördermedium einer solchen Pumpe kann z.B. auf Grund einer niedrigen Temperatur zähflüssig sein. Dies kann zu hohen Anforderungen an das Drehmoment des Elektromotors führen.
Offenbarung der Erfindung
Es kann daher ein Bedarf an einer verbesserten Möglichkeit zur Förderung eines ggf. zähflüssigen Fluids bestehen.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Detail diskutiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät zur Ansteuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors vorgestellt. Das Steuergerät ist dabei ausgeführt, den bürstenlosen Gleichstrommotor mit Energie zu versorgen. Ferner ist das Steuergerät ausgeführt, den bürstenlosen Gleichstrommotor zu erwärmen, indem der Gleichstrommotor mit Energie versorgt wird, ohne dass dabei ein elektromagnetisches Wechselfeld im Gleichstrommotor induziert wird.
Anders ausgedrückt basiert die Idee der vorliegenden Erfindung darauf, den elektrischen Gleichstrommotorantrieb (brushless DC, BLDC) zum Erwärmen des Elektromotors einzusetzen. Wird das Steuergerät beispielsweise zum Ansteuern eines bürstenlosen Gleichstrommotors einer Pumpe wie zum Beispiel einer Kraftstoffpumpe eingesetzt, so wird durch die Erwärmung des Gleichstrommotors das den Motor umgebende Fluid wie zum Beispiel Kraftstoff erwärmt. Durch die Erwärmung wird das Fluid weniger zähflüssig bzw. weniger viskos und kann auf diese Weise einfacher durch die Pumpe gefördert werden.
Das Steuergerät ist ein elektrisches Steuergerät und kann beispielsweise in Kraftfahrzeugen verwendet werden. Beispielsweise kann das Steuergerät zum Ansteuern eines Gleichstrommotors in einer elektrischen Förderpumpe wie zum Beispiel einer elektrischen Kraftstoffpumpe (EKP) eingesetzt werden. Die Kraftstoffpumpe kann zum Beispiel mit dem Gleichstrommotor in einem
Kraftstofftank angeordnet sein. Das Steuergerät kann zum Beispiel außerhalb des Kraftstofftanks angeordnet sein und über einen Tankflansch mit der elektrischen Förderpumpe und insbesondere mit dem bürstenlosen
Gleichstrommotor elektrisch verbunden sein. Das Fördermedium der elektrischen Pumpe kann dabei zum Beispiel Kraftstoff, insbesondere Diesel sein.
Das Steuergerät ist ausgeführt, den bürstenlosen Gleichstrommotor in einem Fördermodus bzw. Förderbetrieb so mit Energie zu versorgen, dass ein elektromagnetisches Feld im Elektromotor induziert wird und dadurch ein Drehmoment erzeugt wird. In einem Erwärmungsmodus bzw.
Erwärmungsbetrieb ist das Steuergerät ausgeführt, den Gleichstrommotor dadurch zu erwärmen, dass der Gleichstrommotor mit Energie versorgt wird, ohne dass dabei ein elektromagnetisches Wechselfeld im Gleichstrommotor entsteht. Dabei steuert das Steuergerät die Phasen bzw. Stränge des
bürstenlosen Gleichstrommotors entsprechend an. Die an den Motor übertragene Leistung kann als Abwärme beispielsweise über die Statorwicklungen abgegeben werden. Beispielsweise kann der bürstenlose Gleichstrommotor als elektrisch
kommutierter permanent erregter Drehstromsynchronmotor ausgeführt sein. Dabei können drei Phasen U, V, W am Gleichstrommotor vorgesehen sein, die während des Förderbetriebs durch das Steuergerät in einem sogenannten 120°- Blockbetrieb angesteuert werden. Im Erwärmungsbetrieb werden beispielsweise mehrere Phasen gleichzeitig angesteuert bzw. bestromt, so dass kein
Drehmoment am Gleichstrommotor erzeugt wird und die Energie als Wärme beispielsweise über die Spulenwicklungen eines Stators des Gleichstrommotors abgegeben wird.
Das Steuergerät ist ausgeführt, den Gleichstrommotor mit Energie zu versorgen. Das heißt, das Steuergerät bestimmt, welche der Phasen des Gleichstrommotors wann und mit wie viel Phasenstrom zu bestromen sind und stellt die
entsprechenden elektrischen Verbindungen zwischen einer Energiequelle wie beispielsweise einer Batterie und einzelnen Phasen her.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Erwärmen des Gleichstrommotors dadurch bewirkt, dass mindestens zwei Phasen des
Gleichstrommotors gleichzeitig mit Energie versorgt bzw. bestromt werden.
Dabei können die Phasen zum Beispiel über eine Dreieckschaltung oder über eine Sternschaltung miteinander verbunden sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Steuergerät ausgeführt, das Erwärmen des Gleichstrommotors zu initiieren, nachdem es ein Startsignal empfangen hat. Das Startsignal kann dabei einem Öffnen einer Fahrzeugtür und/oder einem Einführen eines Schlüssels wie z.B. eines
Zündschlüssels und/oder dem Betätigen eines Schlüssels entsprechen. Das heißt, das Steuergerät ist ausgeführt, zunächst ein Startsignal zu empfangen und anschließend ein Erwärmen des Gleichstrommotors zum Beispiel durch gleichzeitiges Bestromen von zwei Phasen des Gleichstrommotors zu initiieren.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Steuergerät eine Stromermittlungseinrichtung auf. Die Stromermittlungseinrichtung ist dabei ausgeführt, einen aktuellen Stromwert am Gleichstrommotor zu ermitteln. Das Steuergerät ist dabei ausgeführt, den aktuellen Stromwert mit einem
vorgebbaren Schwellenwert zu vergleichen. Ferner ist das Steuergerät ausgeführt, eine am Gleichstrommotor anliegende Spannung derart zu regeln, dass der aktuelle Stromwert den vorgebbaren Schwellenwert nicht überschreitet.
Die Stromermittlungseinrichtung kann dabei beispielsweise Stromsensoren bzw. Strommessgeräte aufweisen. Die Stromsensoren bzw. Strommessgeräte können dabei direkt ins Steuergerät integriert sein. Alternativ können die Stromsensoren bzw. Strommessgeräte am Gleichstrommotor angeordnet sein. Beispielsweise können diese den aktuellen Stromwert direkt an den Statorwicklungen ermitteln und an die Stromermittlungseinrichtung des Steuergeräts drahtlos oder über Kabel übermitteln.
Das Steuergerät vergleicht den ermittelten aktuellen Stromwert bzw.
Strommesswert mit einem vorgebbaren Schwellenwert. Der vorgebbare
Schwellenwert kann beispielsweise durch einen Benutzer eingegeben oder aus einer Datenbank ausgelesen werden. Liegt der ermittelte aktuelle Stromwert über dem vorgebbaren Schwellenwert, so veranlasst das Steuergerät, dass die am Gleichstrommotor und insbesondere an den Statorwicklungen des
Gleichstrommotors anliegende Spannung verringert wird. Anschließend wird der aktuelle Stromwert erneut ermittelt und mit dem Schwellenwert verglichen. Dies geschieht so lange, bis der aktuelle Stromwert unter dem vorgebbaren
Schwellenwert liegt.
Eine Ermittlung des aktuellen Stromwerts und ein Nachregeln der am
Gleichstrommotor anliegenden Spannung kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn das Steuergerät von einem Gleichstrommotor verwendet wird, dessen Widerstände am Stator noch nicht bekannt sind.
Die Dimensionierung der dem Elektromotor im Erwärmungsmodus zugeführten Leistung kann unter Berücksichtigung des Statorwiderstands, der
Batteriespannung und eines maximalen Phasenstroms geschehen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Steuergerät ausgeführt, das Erwärmen des Gleichstrommotors zu stoppen bzw. einzustellen und ein elektromagnetisches Wechselfeld im Gleichstrommotor zu induzieren, sobald das Steuergerät ein Stoppsignal empfängt bzw. erhält. Das heißt, das Steuergerät ist ausgeführt, ein Stoppsignal zu empfangen und anschließend das Erwärmen des Gleichstrommotors einzustellen, um ein Drehmoment im
Gleichstrommotor zu erzeugen.
Das Stoppsignal kann dabei zum Beispiel durch ein übergeordnetes
Motorsteuergerät übermittelt werden. Beispielsweise kann das Stoppsignal durch ein Betätigen eines Zündschlüssels eines Kraftfahrzeug ausgelöst werden.
Sobald das Steuergerät ein elektromagnetisches Wechselfeld im
Gleichstrommotor induziert, wird ein Drehmoment erzeugt, so dass ein Fluid in einer Pumpe, die der Gleichstrommotor betreibt, gefördert werden kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein System zur Förderung eines Fluids vorgestellt. Das System weist ein oben beschriebenes Steuergerät und eine elektrische Pumpe mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor auf. Das Steuergerät ist dabei ausgeführt, den bürstenlosen Gleichstrommotor derart anzusteuern, dass Energie an das zu fördernde Fluid der elektrischen Pumpe abgegeben wird. Das Fluid kann dabei beispielsweise ein Kraftstoff sein. Die Pumpe kann eine elektrische Kraftstoffpumpe sein, die in einem Kraftstofftank angeordnet ist und einen Verbrennungsmotor mit Kraftstoff versorgt. Das Steuergerät steuert den bürstenlosen Gleichstrommotor und insbesondere die Phasen des Gleichstrommotors derart an, dass die komplette der Pumpe zugeführte Energie bzw. Leistung als Abwärme an das zu fördernde Fluid abgegeben wird.
Das Erwärmen des Fluids kann die Förderung des Fluids erleichtern. Hierfür kann das Fluid zunächst erwärmt werden und anschließend durch Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfelds im Gleichstrommotor gefördert werden. Eine Erwärmung des Fluids, insbesondere des Kraftstoffs kann beispielsweise bei niedrigen Außentemperaturen vorteilhaft sein. Beispielsweise kann sich die Viskosität von Kraftstoff, insbesondere von Diesel ab einer Temperatur von -12°C bis -15°C erhöhen. Insbesondere kann bei einer Temperatur von -25°C bis -30°C der Dieselkraftstoff ausflocken, was die Förderung erheblich erschwert. Wird der bürstenlose Gleichstrommotor der elektrischen Pumpe durch das Steuergerät zunächst in einem Erwärmungsmodus betrieben, so wird der Kraftstoff erhitzt. Anschließend kann der Gleichstrommotor in einem Fördermodus durch das Steuergerät betrieben werden. Dabei reicht ein im Vergleich zu kaltem Kraftstoff geringeres Drehmoment des Gleichstrommotors aus um den Kraftstoff zu fördern.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der
Gleichstrommotor einen Stator mit Wicklungen und einen Rotor auf. Die Energie bzw. Abwärme ist dabei über die Wicklungen des Stators an das Fluid abgebbar. Dabei kann beispielsweise auf eine Kunststoffumspritzung des Stators verzichtet werden, um eine bessere Wärmeleitfähigkeit von den Wicklungen zum Fluid zu gewährleisten.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist am Stator ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit vorgesehen. Beispielsweise kann der Stator mit einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit umspritzt sein. Ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit kann beispielsweise ein Material sein, welches eine Wärmeleitfähigkeit über 0,3 W/(m K), vorzugsweise über 0,4 W/(m K) aufweist. Beispielsweise kann das Material ein Polyimid oder ein Polyethylen sein. Das Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit kann dabei beispielsweise direkt auf die Wicklungen des Stators aufgespritzt sein.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines bürstenlosen Gleichstrommotors zum Erwärmen eines Fluids vorgestellt. Das Verfahren weist dabei die folgenden Schritte auf: Versorgen eines
Gleichstrommotors mit Energie mittels eines Steuergeräts und Erwärmen des Gleichstrommotors mittels des Steuergeräts, indem der Gleichstrommotor mit Energie versorgt wird, ohne dass dabei ein elektromagnetisches Wechselfeld im Gleichstrommotor induziert wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem
Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
Fig. 1 zeigt ein Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Fig. 2 zeigt einen Spannungsverlauf an den Phasen des Gleichstrommotors während eines Erwärmungsbetriebs gemäße einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens zum Ansteuern eines
bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der
Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
In Fig. 1 ist ein Steuergerät 1 dargestellt. Das Steuergerät 1 kann auch als electronic pump control (epc) bezeichnet werden. Das Steuergerät ist mit einer Energiequelle 7, insbesondere mit einer Spannungsquelle wie zum Beispiel einer Batterie verbunden. Ferner ist das Steuergerät mit einem bürstenlosen
Gleichstrommotor verbunden. Insbesondere ist das Steuergerät 1 mit den einzelnen Phasen 5 des bürstenlosen Gleichstrommotors 3 verbunden. Die Phasen 5 können mit U, V und W bezeichnet werden. Ferner weist das
Steuergerät 1 einen Potenzialausgleichsanschluss 9, auch als Erdung
bezeichnet, auf.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Phasen 5 durch eine
Dreiecksschaltung miteinander verbunden. In einem Fördermodus steuert das Steuergerät 1 den Gleichstrommotor 3 derart an, dass im Gleichstrommotor 3 ein elektromagnetisches Wechselfeld induziert wird und dadurch ein Drehmoment erzeugt wird. In einem Erwärmungsmodus steuert das Steuergerät 1 den
Gleichstrommotor 3 derart an, dass dem Gleichstrommotor 3 Leistung zugeführt wird, ohne dass sich dieser dreht. Damit wird die zugeführte Energie in Abwärme umgewandelt und an das umgebende Fluid abgegeben.
Wird das Steuergerät 1 mit einem neuen, das heißt bisher nicht verwendeten Gleichstrommotor 3 verwendet, dessen Widerstände am Stators noch nicht bekannt sind, so kann es vorteilhaft sein, eine Stromermittlungseinrichtung 11 am Steuergerät 1 vorzusehen. Die Stromermittlungseinrichtung 11 kann dabei eingesetzt werden, um einen aktuellen Stromwert am Gleichstrommotor 3 zu ermitteln und diesen mit einem Schwellenwert zu vergleichen. Dabei kann das Steuergerät 1 die am Gleichstrommotor 3 anliegende Spannung derart regeln bzw. nachregeln, dass der aktuell ermittelte Stromwert den vorgegebenen
Schwellenwert nicht überschreitet.
Der bürstenlose Gleichstrommotor 3 kann dabei zum Beispiel in einer
Elektrokraftstoffpumpe zum Erwärmen des Kraftstoffs und zum anschließenden Fördern des Kraftstoffs eingesetzt werden. Das Erwärmen des
Gleichstrommotors 3 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zwei Phasen, beispielsweise U und V, gleichzeitig bestromt werden. Dies ist zum Beispiel in Fig. 2 gezeigt. Aus Fig. 2 ist ein Spannungsverlauf an den Phasen 5 des Gleichstrommotors 3 während des Erwärmungsbetriebs dargestellt. Dabei wird die Phase U und die Phase V gleichzeitig bestromt. Die Phase W wird dabei nicht bestromt. Im oberen Abschnitt von Fig. 2 ist eine Vergrößerung des Stromverlaufs an der Phase U dargestellt. Dabei ist auf der X-Achse die Zeit und auf der Y-Achse die Spannung aufgetragen. Die maximale Spannung kann beispielsweise 12 V und die minimale 0 V betragen. Bei einem in den Figuren nicht dargestellten
Förderbetrieb des Gleichstrommotors 3 werden die Phasen jeweils um 120° verschoben und bestromt, so dass ein Drehmoment am Gleichstrommotor 3 entsteht.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ansteuern eines bürstenlosen Gleichstrommotors 3. In einem ersten Schritt Sl wird ein Startsignal durch das Steuergerät 1 detektiert. Das Startsignal kann beispielsweise das Öffnen einer Fahrzeugtür oder das Einstecken eines Zündschlüssels sein. In einem zweiten Schritt S3 wird eine Erwärmung des Gleichstrommotors 3 mittels des Steuergeräts 1 initiiert. Dies kann beispielsweise durch gleichzeitige
Bestromung von zwei Phasen 5 des Gleichstrommotors 3 geschehen. In einem weiteren Schritt S5 wird der aktuelle Stromwert am Gleichstrommotor 3 durch das Steuergerät 1 ermittelt. Der aktuelle Stromwert wird dabei insbesondere an den Statorwicklungen des Gleichstrommotors 3 ermittelt. In Schritt S7 wird der aktuelle Stromwert mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Anschließend wird die am Gleichstrommotor 3 anliegende Spannung bzw. der Spannungsverlauf derart geregelt, dass der aktuelle Stromwert unter dem vorgebbaren Schwellenwert liegt (Schritt S9). Schließlich wird ein Stoppsignal vom Steuergerät 1 empfangen und das Erwärmen in Schritt Sil gestoppt. Ferner wird nach Stoppen des Erwärmens ein elektromagnetisches Wechselfeld im
Gleichstrommotor 3 induziert und ein Drehmoment erzeugt.
Das Steuergerät 1 kann ferner ausgeführt sein, die im bürstenlosen
Gleichstrommotor 3 im Erwärmungsbetrieb zugeführte Leistung unter
Berücksichtigung der Batteriespannung, eines maximalen Phasenstroms und des
Statorwiderstands, das heißt eines Widerstands an den Statorwicklungen, zu dimensionieren. Die Batteriespannung kann dabei zum Beispiel bei ca. 12 V liegen. Der maximale Phasenstrom kann zum Beispiel bei Dauerbetrieb bei ca. 11 A und maximal bei ca. 20 A liegen. Beispielsweise kann bei einem
Statorwiderstand von 140 mQ einer Batteriespannung von 12 V und einem
Pulsweiten-Modulator- Tastverhältnis (PWM-TV) von 15 % ein mittlerer
Phasenstrom von ca. 14 A erzeugt werden. Dies entspricht einer
Eingangsleistung von ca. 28 W. Diese Eingangsleistung wird zur Aufwärmung des bürstenlosen Gleichstrommotors 3 und damit zur Aufwärmung des den Gleichstrommotor 3 umgebenden Fluids wie beispielsweise Kraftstoff eingesetzt.
Dadurch kann beispielsweise bei niedriger Außentemperatur bzw. bei kalter Witterung das Aufflocken von Dieselkraftstoff kurz vor dem Start eines
Kraftfahrzeugs verhindert werden. Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie„aufweisend" oder ähnliche nicht ausschließen sollen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Es wird ferner angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Umfang der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.

Claims

Ansprüche
1 . Steuergerät (1 ) zur Ansteuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors (3) wobei das Steuergerät (1 ) ausgeführt ist, den Gleichstrommotor (3) mit Energie zu versorgen;
dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät (1 ) ferner ausgeführt ist den Gleichstrommotor (3) zu erwärmen, indem der Gleichstrommotor (3) mit Energie versorgt wird, ohne dass dabei ein elektromagnetisches Wechselfeld im Gleichstrommotor (3) entsteht.
2. Steuergerät (1 ) gemäß Anspruch 1 ,
wobei das Erwärmen des Gleichstrommotors (3) dadurch bewirkt wird, dass mindestens zwei Phasen (5) des Gleichstrommotors (3) gleichzeitig mit Energie versorgt werden.
3. Steuergerät (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2,
wobei das Steuergerät (1 ) ausgeführt ist, das Erwärmen des
Gleichstrommotors (3) zu initiieren, nachdem das Steuergerät (1 ) ein Startsignal empfangen hat;
wobei das Startsignal einem Öffnen einer Fahrzeugtür und/oder einem Einführen und/oder einem Betätigen eines Schlüssels entspricht.
4. Steuergerät (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei das Steuergerät (1 ) eine Stromermittlungseinrichtung (1 1 ) aufweist; wobei die Stromermittlungseinrichtung (1 1 ) ausgeführt ist, einen aktuellen Stromwert am Gleichstrommotor (3) zu ermitteln;
wobei das Steuergerät (1 ) ausgeführt ist, den aktuellen Stromwert mit einem vorgebbaren Schwellenwert zu vergleichen; wobei das Steuergerät (1 ) ferner ausgeführt ist, eine am Gleichstrommotor (3) anliegende Spannung derart zu regeln, dass der aktuelle Stromwert den vorgebbaren Schwellenwert nicht überschreitet.
Steuergerät (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei das Steuergerät (1 ) ausgeführt ist, das Erwärmen des
Gleichstrommotors (3) zu stoppen und ein elektromagnetisches Wechselfeld im Gleichstrommotor (3) zu induzieren, sobald das Steuergerät (1 ) ein Stoppsignal empfängt.
System zur Förderung eines Fluids, das System aufweisend
ein Steuergerät (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5;
eine elektrische Pumpe mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor (3);
wobei das Steuergerät (1 ) ausgeführt ist, den bürstenlosen
Gleichstrommotor (3) derart anzusteuern, dass Energie an das zu fördernde
Fluid der elektrischen Pumpe abgegeben wird.
System gemäß Anspruch 6,
wobei der Gleichstrommotor (3) einen Stator mit Wicklungen und einen Rotor aufweist;
wobei die Energie über die Wicklungen des Stators an das Fluid abgebbar ist.
System gemäß Anspruch 7,
wobei am Stator ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit vorgesehen ist.
Verfahren zum Betreiben eines bürstenlosen Gleichstrommotors (3) zum Erwärmen eines Fluids, das Verfahren aufweisend die folgenden Schritte Versorgen des Gleichstrommotors (3) mit Energie mittels eines Steuergeräts
(1 );
das Verfahren gekennzeichnet dadurch, dass das Verfahren ferner aufweist Erwärmen des Gleichstrommotors (3) mittels des Steuergeräts (1 ), indem der Gleichstrommotor (3) mit Energie versorgt wird, ohne dass dabei ein elektromagnetisches Wechselfeld im Gleichstrommotor (3) induziert wird.
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