WO2014180737A2 - Motor und verfahren zum antreiben einer pumpe - Google Patents

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WO2014180737A2 PCT/EP2014/058898 EP2014058898W WO2014180737A2 WO 2014180737 A2 WO2014180737 A2 WO 2014180737A2 EP 2014058898 W EP2014058898 W EP 2014058898W WO 2014180737 A2 WO2014180737 A2 WO 2014180737A2
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Martin Helmis
Andreas Neubauer
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Mahle International Gmbh
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    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
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    • H02P29/68—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive based on the temperature of a drive component or a semiconductor component

Definitions

  • the present invention relates to a motor for driving a pump, in particular a coolant pump, and a coolant pump with such a motor.
  • the invention further relates to a drive method for a pump, in particular a coolant pump.
  • liquid cooling In the cooling technology is referred to as water cooling or more generally as liquid cooling, a cooling system in which the primary heat-dissipating coolant is liquid.
  • Liquid cooling may be used, for example, for cooling a motor, power plant, power converter or computer.
  • liquid cooling In addition to liquid cooling based on standing liquids liquid cooling are known in which the object to be cooled or system by means of an adjacent or continuous cycle thermal energy is withdrawn.
  • liquid cooling of the latter type are used, for example, in four-stroke engines in vehicles or diesel two-stroke engines in ships.
  • the cooling system is used primarily to dissipate heat from the combustion chamber and cylinders, which could otherwise cause tearing of the lubricating film, burning the valves and thus ultimately damage the internal combustion engine.
  • a mixture of water and suitable additives such as, for example, antifreeze or anticorrosion agents, which is circulated by means of a coolant pump, is generally used here.
  • the rotational movement by means of a belt drive such as a Tooth, wedge or V-ribbed emens can be transferred to the coolant pump.
  • a belt drive such as a Tooth, wedge or V-ribbed emens
  • state-of-the-art modern engines often have separate drives approximately in the form of electric motors.
  • the rotational movement of such a motor is based on the so-called Lorentz force, which can be caused by the interaction of at least two magnetic fields.
  • a first magnetic field is generated at least partially by means of an electric current flowing through an electromagnet.
  • a second magnetic field is caused by another magnet, which can also be configured as an electromagnet, but also as a permanent or permanent magnet.
  • An arrangement of the latter type is referred to in electromechanics as a permanently excited electric motor and vouches for a constant excitation field, which largely precludes influencing the reactive power behavior of the electric motor.
  • the dispensability of an active excitation device allows constructive simplifications and a correspondingly reduced power consumption of such an engine.
  • the object of the invention is therefore to provide a motor, a pump and a drive method suitable for this purpose, which are characterized by moderate procurement costs of the permanent magnet materials used in each case and a reasonable level of environmental pollution in the context of the production of the required machine parts.
  • the basic idea of the invention is to replace the materials typically used for the permanent magnet of an electric motor with ferrite.
  • the materials with the disadvantages mentioned are replaced by a material which is equivalent to one another over a wide temperature range and represents a cost-effective alternative to the rare earths often used because of its composition based on ceramic metal oxides such as hematite or magnetite.
  • the composition and geometry-dependent operating temperature range of common hard ferrites from -40 ° C to +250 ° C includes the spectrum required for automotive coolant pumps, for example.
  • ferrimagnetic materials are particularly suitable for the production of a generic electric motor. Due to the low conductivity of ferrite, any eddy current losses in the operation of such a motor are minimized.
  • thermosets or thermosets as a base material for injection moldable composites (compounds) allows ferrite while a high degree of flexibility in the structural design of a drive according to the invention .
  • an additional coating is generally dispensable.
  • the engine control unit is part of a self-contained action sequence, which is referred to in the automation technology as a control loop.
  • the core component of such a control loop is the control / regulating device, the output of which represents the field strength of the magnetic field generated by the electromagnet in the present case.
  • control / regulating device configured in the manner described can thus ensure a level of current flow which is adapted to the respective operating state, reduce any disturbing influences and, as a result, regulate the electric motor to an optimum operating point.
  • a deviation of the field strength from the respective setpoint, the control / regulating device simultaneously counteracts continuously.
  • a field strength controlled in this way in its static and dynamic behavior therefore behaves robustly with respect to disturbances that attack the controlled system.
  • the stated advantages are - compared to an unregulated embodiment of the electric motor - only a moderate increase in production costs.
  • the electric motor holds a suitable computer for approximating the temperature by means of suitable heuristics, which can include, for example, the uninterrupted operating life of the electric motor.
  • suitable heuristics can include, for example, the uninterrupted operating life of the electric motor.
  • Such a computer may be integrated in the case of a regulated embodiment of the electric motor, for example in its control electronics.
  • a temperature sensor also referred to as a heat sensor, heat sensor or temperature sensor, which should function in a thermal exchange with the permanent magnet.
  • a suitable, approximately integrated semiconductor temperature sensor can provide an immediately usable electrical signal that reflects the current operating state of the electric motor largely accurate and thus gives the sensor a special suitability for its use as a signal generator of the current limit.
  • the temperature sensor In the case of the embodiment of the electric motor as a pump motor for a coolant pump, it is advisable to arrange the temperature sensor such that it closes from the temperature of the permanent magnet flushing or circulating coolant to the temperature of the permanent magnet itself. An immediate thermal contact of the sometimes sensitive sensor electronics with the potentially considerably heated electric motor is dispensable by this arrangement as a rule.
  • Fig. 2 is a schematic longitudinal section of an electric motor according to the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic cross section of the electric motor according to FIG. 2.
  • FIG. 1 describes the behavior of the magnetic flux density B of a sintered, anisotropic, wet-pressed barium ferrite which can be used as permanent magnet material under the influence of an external magnetic field of field strength H, which counteracts the internal magnetization M of the ferrite.
  • an opposing field which in physics is referred to as a demagnetizing field or coercive field, may in the present context be produced, for example, by means of an electromagnet which is aligned correspondingly to the permanent magnet, for example in the context of an arrangement of stator and rotor.
  • FIG. 1 The discussed behavior according to FIG. 1 is illustrated by means of a section of the magnetic hysteresis curve in the II. Quadrant of said ferromagnetic material at different operating temperatures of -40.degree. C., 20.degree. C., 100.degree. C. and 250.degree.
  • demagnetization S ists- or BH curves which are characterized in Figure 1 by their respective Temperaturbei- value, it is clear that the increasing flow of the outer opposing field, the inner magnetic flux of the barium ferrite in a characteristic, temperature-dependent manner steadily reduced until the opposing field strength a - the expert Coercive field strength is reached - in which both magnetic fluxes cancel each other out in the interior of the ferrite magnet.
  • ferrimagnetic materials such as strontium ferrites
  • strontium ferrites have a comparable polarization behavior.
  • barium or strontium the described qualitative dependencies also apply to calcined, isotropic or dry-pressed ferrite magnets.
  • FIGS 2 and 3 show now in two orthogonal sectional planes an electric motor 1 according to the invention in the form of a pump motor for a pump 2, which may be used as a coolant pump of a (not shown) internal combustion engine.
  • the electric motor 1 in this case comprises a stator 3 designed as an electromagnet 3, which includes a ferrite-based, arranged according to the function of a rotor permanent magnet 4. This in turn is connected to an output 5 in the form of a shaft, which in turn is coupled to the pump 2, so that the electric motor 1 drives the pump 2 in the result.
  • a suitably dimensioned power source such as the electrical system of a motor vehicle equipped with the internal combustion engine, supplies the electric motor 1 with electric current, which flows through the stator and in particular the windings of the electromagnet 3.
  • This current is limited by a control / regulation device 6 as part of an electronic circuit for regulating the power of the electric motor 1.
  • This is subject to the monitoring by an electrically coupled to the control / regulating device 6 engine control unit 7, which controls the control / regulating device 6 in the function of an actuator in a manner that takes into account the material properties of the permanent magnet 4 discussed in connection with Figure 1.
  • the engine control unit 7 takes into account as an input variable in particular a temperature which is transmitted to it in the form of an electrical signal from a temperature sensor 8 arranged in the region of the pump 2.
  • an external rotor according to the invention can develop in which the stationary part of the electric motor 1 is located in its interior and enclosed by the moving part.
  • This construction form could be used, for example, in the case of an electric motor 1 designed as an electrically commutated DC motor, whose rotor can be formed from a plurality of alternately radially oriented, annularly arranged ferrimagnets or a correspondingly multi-pole magnetized ferrimagnetic ring.
  • Such motors are also known to the art as a brushless DC motor (BLDC, BL or EC motor). It is also to be thought of a permanent magnet three-phase synchronous motor according to the invention (PMSM), the rotor carries ferrite-containing exciter windings.
  • PMSM permanent magnet three-phase synchronous motor according to the invention

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Motor (1) zum Antreiben einer Pumpe (2), insbesondere einer Kühlmittelpumpe, - mit einem Elektromagneten (3) zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes mittels eines den Elektromagneten (3) durchfließenden elektrischen Stroms, - mit einem Permanentmagneten (4) zum Erzeugen eines zweiten Magnetfeldes mittels eines im Permanentmagneten (4) enthaltenen Ferrits und - mit einem Motorsteuergerät (7), welches eine den Elektromagneten (3) beaufschlagende Stromstärke in Abhängigkeit einer gemessenen Temperatur steuert. Hierdurch soll insbesondere eine irreversible Entmagnetisierung des Permanentmagneten (4) vermieden werden.

Description

Motor und Verfahren zum Antreiben einer Pumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Motor zum Antreiben einer Pumpe, insbesondere einer Kühlmittelpumpe, sowie eine Kühlmittelpumpe mit einem derartigen Motor. Die Erfindung betrifft ferner ein Antriebsverfahren für eine Pumpe, insbesondere eine Kühlmittelpumpe.
In der Kühltechnik wird als Wasserkühlung oder allgemeiner als Flüssigkeitskühlung ein Kühlsystem bezeichnet, bei dem das primär wärmeabführende Kühlmittel flüssig ist. Eine Flüssigkeitskühlung kann beispielsweise für die Kühlung eines Motors, eines Kraftwerks, eines Stromrichters oder eines Computers Verwendung finden. Neben Flüssigkeitskühlungen auf der Grundlage von stehenden Flüssigkeiten sind dabei Flüssigkeitskühlungen bekannt, bei denen dem zu kühlenden Gegenstand oder System mittels eines anliegenden oder durchlaufenden Kreislaufs thermische Energie entzogen wird.
Im Bereich der Verbrennungsmotoren kommen Flüssigkeitskühlungen der letzteren Art etwa bei Viertaktmotoren in Fahrzeugen oder Diesel-Zweitaktmotoren in Schiffen zum Einsatz. Dabei dient das Kühlsystem in erster Linie dazu, Wärme aus Brennraum und Zylindern abzuleiten, die andernfalls ein Abreißen des Schmierfilms, Abbrennen der Ventile und somit letztlich eine Beschädigung des Verbrennungsmotors herbeiführen könnte. Als Kühlflüssigkeit wird hier in der Regel ein Gemisch aus Wasser und geeigneten Additiven wie beispielsweise Frostoder Korrosionsschutzmitteln verwendet, welches mittels einer Kühlmittelpumpe umgewälzt wird.
Als Antrieb der Kühlmittelpumpe kann dabei der zu kühlende Verbrennungsmotor selbst dienen, dessen Drehbewegung mittels eines Riementriebs, etwa eines Zahn-, Keil- oder Keilrippen emens, auf die Kühl mittel pumpe übertragen werden kann. Um jedoch auch bei geringer Drehzahl des Verbrennungsmotors eine zufriedenstellende Kühlwirkung zu erreichen, weisen moderne Motoren nach dem Stand der Technik oft separate Antriebe etwa in Gestalt von Elektromotoren auf. Die Drehbewegung eines derartigen Motors basiert auf der sogenannten Lorentz- Kraft, die durch die Wechselwirkung zumindest zweier Magnetfelder entstehen kann. Ein erstes Magnetfeld wird dabei zumindest teilweise mittels eines einen Elektromagneten durchfließenden elektrischen Stroms erzeugt. Ein zweites Magnetfeld wird von einem weiteren Magneten hervorgerufen, der ebenfalls als Elektromagnet, aber auch als Permanent- oder Dauermagnet ausgestaltet sein kann. Eine Anordnung letzterer Art wird in der Elektromechanik als permanent erregter Elektromotor bezeichnet und bürgt für ein konstantes Erregerfeld, das eine Beeinflussung des Blindleistungsverhaltens des Elektromotors weitgehend ausschließt. Zugleich erlaubt die Verzichtbarkeit einer aktiven Erregereinrichtung konstruktive Vereinfachungen sowie eine entsprechend verminderte Leistungsaufnahme eines solchen Motors.
Als problematisch erweist sich bei der Verwendung gattungsgemäßer permanent erregter Elektromotoren die Temperaturabhängigkeit der bekannten Dauermagnetmaterialien. So kommt bei hohen Temperaturen etwa häufig Samarium-Cobalt (SmCo) zum Einsatz, das ein starkes Magnetfeld hoher Energiedichte erzeugen kann. Einsatztemperaturen von bis zu 200 °C lassen auch die Verwendung von Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) als Grundstoff für vergleichsweise starke Permanentmagneten zu. Beide genannten Werkstoffe weisen jedoch einen relativ hohen Materialpreis auf, der zudem einer dynamischen Entwicklung unterworfen ist. Hinzu kommt der Umstand, dass die Herstellung dieser Dauermagnetmaterialien, etwa mittels pulvermetallurgischer Verfahren, die Umwelt in erheblichem Maße belastet. Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Motor, eine Pumpe und ein hierfür geeignetes Antriebsverfahren zu schaffen, die sich durch moderate Beschaffungskosten der jeweils verwendeten Dauermagnetmaterialien und ein vertretbares Maß an Umweltbelastung im Rahmen der Herstellung der benötigten Maschinenteile auszeichnen.
Diese Aufgabe wird durch einen Motor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Antriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Grundgedanke der Erfindung ist dabei, die typischerweise für den Permanentmagneten eines Elektromotors verwendeten Materialien gegen Ferrit auszutauschen. Die mit den genannten Nachteilen behafteten Werkstoffe werden auf diese Weise durch ein - in weiten Temperaturbereichen wirkäquivalentes - Material ersetzt, das durch seine auf keramischen Metalloxiden wie Hämatit oder Magnetit basierende Zusammensetzung eine kostengünstige Alternative zu den oftmals verwendeten seltenen Erden darstellt. Der von Zusammensetzung und Geometrie abhängige Einsatztemperaturbereich gängiger Hartferrite von -40 °C bis zu +250 °C schließt dabei das etwa für automobile Kühlmittelpumpen erforderliche Spektrum problemlos ein.
Die Verwendung von Ferrit in dessen durch die Zumischung von Barium und Strontium erhältlicher hartmagnetischer Form gestattet somit die wirtschaftliche Herstellung eines Dauermagneten von hoher Remanenz und Koerzitivfeldstärke in einem vergleichsweise unkomplizierten und umweltschonenden Sinterprozess. Angesichts dieser Tatsache eignen sich ferrimagnetische Werkstoffe in besonderem Maße zur Herstellung eines gattungsgemäßen Elektromotors. Aufgrund der geringen Leitfähigkeit von Ferrit bleiben etwaige Wirbelstromverluste im Betrieb eines solchen Motors auf ein Mindestmaß reduziert. Durch seine isotropen und anisotropen Varianten, seine variable Formgebung etwa als gepresster Ring-, Rund-, Segment- oder Vierkantmagnet sowie seine Verwendbarkeit in Kombination mit Thermo- oder Duroplasten als Grundstoff für spritzgussfähige Verbundstoffe (Compounds) erlaubt Ferrit dabei eine hohe Flexibität in der konstruktiven Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Antriebs. Angesichts der Korrosionsbeständigkeit ferrimagnetischer Keramik ist eine zusätzliche Beschichtung in aller Regel entbehrlich.
Es erweist sich dabei als vorteilhaft, den erfindungsgemäßen Elektromotor mit einem eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung umfassenden Motorsteuergerät auszustatten, welches die Stärke des den Elektromagneten des Motors durchfließenden Stroms und somit zugleich die auf den Permanentmagneten wirkende Gegenfeldstärke in Abhängigkeit der Temperatur begrenzt bzw. steuert/regelt. Die Gefahr einer mitunter irreversiblen Entmagnetisierung des Permanentmagneten lässt sich auf diese Weise merklich verringern, da das Gegenfeld eine der Demagneti- sierungsfestigkeit des Ferrimagneten entsprechende Koerzitivfeldstärke im Regelfall nicht überschreitet. Von besonderem Augenmerk ist dabei das spezifische Temperaturverhalten ferrimagnetischer Werkstoffe, welches in Teilen deutlich von jenem anderer Dauermagnetmaterialien abweicht. Ein konkreter Unterschied etwa zu SmCo oder NdFeB ist darin zu erkennen, dass die Demagnetisierungsfestig- keit (Hcj) von Ferrit mit fallender Temperatur gemäß einem Koeffizienten von +0,3 %/K im Wesentlichen abnimmt, während herkömmliche Dauermagnetmaterialien in dieser Hinsicht zumeist einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen. Da aber gerade beim Antrieb einer Kühlmittelpumpe von einer veränderlichen Betriebstemperatur in einem maximalen Bereich von -40 bis +130 °C auszugehen ist, empfiehlt sich im vorliegenden Szenario eine temperaturabhängige Strombegrenzung mittels des Motorsteuergeräts. Durch diesen Ansatz werden insbesondere gefährliche Stromspitzen beim Anlaufen des Elektromotors vermieden, die bei dessen Verwendung im Rahmen eines Kühlsystems in aller Regel mit einer noch geringen Betriebstemperatur des Ferrimagneten einhergehen. Im Ergebnis ergibt sich zudem ein verbessertes Drehmoment des Elektromotors gegenüber einer statisch ausgelegten Strombegrenzung, die zwingend auf den ungünstigsten Betriebszustand einer geringstmöglichen Temperatur ausgelegt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Motorsteuergerät Teil eines in sich geschlossenen Wirkungsablaufs, der in der Automatisierungstechnik als Regelkreis bezeichnet wird. Kernbestandteil eines derartigen Regelkreises ist dabei die Steuerungs-/Regelungseinrichtung, deren Ausgangsgröße im vorliegenden Fall die Feldstärke des vom Elektromagneten erzeugten Magnetfelds darstellt. Eine der Steuerungs-/Regelungseinrichtung eigene Übertragungsfunktion, die - was weitere Eingangsgrößen nicht ausschließt - insbesondere die Temperaturabhängigkeit der Stromstärke beschreibt, dient in diesem Szenario als Grundlage für die Steuerung der Strombegrenzung durch die Steuerungs- /Regelungseinrichtung. Die Verwendung einer in der beschriebenen Weise konfigurierten Steuerungs-/Regelungseinrichtung vermag somit ein dem jeweiligen Betriebszustand angepasstes Niveau des Stromdurchflusses zu gewährleisten, etwaige Störeinflüsse zu reduzieren und im Ergebnis den Elektromotor auf einen optimalen Betriebspunkt einzuregeln. Einer Abweichung der Feldstärke vom jeweiligen Sollwert wirkt die Steuerungs-/Regelungseinrichtung zugleich kontinuierlich entgegen. Eine in ihrem statischen und dynamischen Verhalten derart geregelte Feldstärke verhält sich daher robust gegenüber die Regelstrecke angreifenden Störgrößen. Angesichts der Verfügbarkeit vorgefertigter elektronischer Schaltkreise steht den genannten Vorteilen ein - gegenüber einer ungeregelten Ausführungsform des Elektromotors - lediglich moderater Anstieg der Herstellungskosten gegenüber.
Die Realisierung der Temperaturermittlung kann dabei auf verschiedene Weise erfolgen. In einer kostenmäßig und fertigungspraktisch vorteilhaften Variante um- fasst der Elektromotor zu diesem Zweck einen geeigneten Rechner zur Annäherung der Temperatur mittels geeigneter Heuristik, die etwa die ununterbrochene Betriebsdauer des Elektromotors einbeziehen kann. Ein solcher Rechner mag im Fall einer geregelten Ausführungsform des Elektromotors etwa in dessen Regelungselektronik integriert sein.
Den Vorzug einer vergleichsweise zuverlässigen qualitativen Erfassung birgt indes der Einsatz eines auch als Wärmefühler, Wärmesensor oder Temperatursensor bezeichneten Temperaturfühlers, der funktionsgemäß mit dem Permanentmagneten in einem thermischen Austausch stehen sollte. Ein geeigneter, etwa integrierter Halbleiter-Temperaturfühler kann dabei ein unmittelbar verwendbares elektrisches Signal liefern, das den aktuellen Betriebszustand des Elektromotors weitgehend akkurat widerspiegelt und dem Sensor somit eine besondere Eignung für seinen Einsatz als Signalgeber der Strombegrenzung verleiht.
Im Falle der Ausgestaltung des Elektromotors als Pumpenmotor für eine Kühlmittelpumpe bietet es sich dabei an, den Temperaturfühler derart anzuordnen, dass er aus der Temperatur des den Permanentmagneten umspülenden oder umfließenden Kühlflüssigkeit auf die Temperatur des Permanentmagneten selbst schließt. Ein unmittelbarer thermischer Kontakt der mitunter empfindlichen Sensorelektronik mit dem potenziell erheblich aufgeheizten Elektromotor wird durch diese Anordnung in aller Regel entbehrlich.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son- dem auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine Schar von Entmagnetisierungskurven eines zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Elektromotor geeigneten Ferrimagneten,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Elektromotors und
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt des Elektromotors gemäß Fig. 2.
Figur 1 beschreibt das Verhalten der magnetischen Flussdichte B eines als Dauermagnetmaterial im Kontext der Erfindung einsetzbaren gesinterten, anisotropen, nass gepressten Bariumferrits unter der Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes der Feldstärke H, welches der inneren Magnetisierung M des Ferrits entgegenwirkt. Ein solches in der Physik als entmagnetisierendes Feld oder Koerzitivfeld bezeichnetes Gegenfeld mag im vorliegenden Zusammenhang beispielsweise durch einen entsprechend zum Permanentmagneten ausgerichteten Elektromagneten, etwa im Rahmen einer Anordnung von Stator und Rotor, erzeugt werden.
Veranschaulicht wird das diskutierte Verhalten gemäß Figur 1 anhand eines Teilstücks der magnetischen Hysteresekurve im II. Quadranten des genannten ferri- magnetischen Werkstoffs bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen von -40 °C, 20 °C, 100 °C und 250 °C. Bei Betrachtung dieser vier sogenannten Entmagneti- sierungs- oder B-H-Kurven, die in Figur 1 durch ihren jeweiligen Temperaturbei- wert gekennzeichnet sind, wird deutlich, dass der zunehmende Fluss des äußeren Gegenfeldes den inneren Magnetfluss des Bariumferrits auf charakteristische, temperaturabhängige Weise stetig verringert, bis die Gegenfeldstärke einen - dem Fachmann als Koerzitivfeldstärke geläufigen - Betrag erreicht, bei der beide Magnetflüsse sich im Inneren des Ferritmagneten in der Summe aufheben. Wird dabei über diese Koerzitivfeldstärke der Flussdichte hinaus eine noch höhere sogenannte Koerzitivfeldstärke der Polarisation (Hcj) überschritten, drohen irreversible Vorgänge einzusetzen, welche die Magnetisierung des Bariumferrits dauerhaft schwächen oder aufheben. Das gezeigte Ferrit weist dabei jedoch einen gegenüber seltenen Erden wie Neodym oder Samarium deutlich tiefere absolute Hcj-Werte auf, was seinen vorteilhaften Einsatz in einem breiten Temperaturbereich erschwert.
Es sei bemerkt, dass auch andere ferrimagnetische Werkstoffe, beispielsweise Strontiumferrite, ein vergleichbares Polarisationsverhalten besitzen. Ungeachtet der Verwendung von Barium oder Strontium gelten die beschriebenen qualitativen Abhängigkeiten ebenso für kalzinierte, isotrope oder trockengepresste Ferritmagnete.
Die Figuren 2 und 3 zeigen nun in zwei orthogonalen Schnittebenen einen erfindungsgemäßen Elektromotor 1 in Gestalt eines Pumpenmotors für eine Pumpe 2, die etwa als Kühlmittelpumpe eines (nicht dargestellten) Verbrennungsmotors genutzt werden mag. Der Elektromotor 1 umfasst dabei einen als Stator ausgebildeten Elektromagneten 3, der einen ferritbasierten, gemäß der Funktion eines Läufers angeordneten Permanentmagneten 4 einschließt. Dieser wiederum ist mit einem Abtrieb 5 in Form einer Welle verbunden, der seinerseits mit der Pumpe 2 gekoppelt ist, sodass der Elektromotor 1 die Pumpe 2 im Ergebnis antreibt. Eine in geeigneter Weise dimensionierte Energiequelle, etwa das Bordnetz eines mit dem Verbrennungsmotor ausgestatteten Kraftfahrzeugs, versorgt den Elektromotor 1 mit elektrischem Strom, der den Stator und insbesondere die Wicklungen des Elektromagneten 3 durchfließt. Begrenzt wird dieser Strom durch eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung 6 als Teil einer elektronischen Schaltung zur Regulierung der Leistung des Elektromotors 1 . Diese unterliegt der Überwachung durch ein mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 6 galvanisch gekoppelten Motorsteuergerät 7, das in der Funktion eines Stellglieds die Steuerungs- /Regelungseinrichtung 6 in einer Weise steuert, die den in Zusammenhang mit Figur 1 diskutierten Materialeigenschaften des Permanentmagneten 4 Rechnung trägt. Neben anderen denkbaren Parametern berücksichtigt das Motorsteuergerät 7 als Eingangsgröße insbesondere eine Temperatur, die ihm in Gestalt eines elektrischen Signals von einem im Bereich der Pumpe 2 angeordneten Temperaturfühler 8 übermittelt wird.
Wie der Fachmann auf dem Gebiet der Elektromechanik unschwer erkennt, lässt sich in einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform anstelle eines wie beschrieben als Innenläufer innerhalb des Stators angeordneten Rotors ein erfindungsgemäßer Außenläufer entwickeln, bei welchem sich der ruhende Teil des Elektromotors 1 in dessen Innerem befindet und vom bewegten Teil umschlossen ist. Diese Konstruktionsform könnte etwa im Fall eines als elektrisch kommutierten Gleichstrommotors ausgeführten Elektromotors 1 Anwendung finden, dessen Läufer aus mehreren abwechselnd radial ausgerichteten, ringförmig angeordneten Ferrimagneten oder einem entsprechend vielpolig magnetisierten ferrimagneti- schen Ring geformt werden kann. Derartige Motoren sind der Fachwelt auch als bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-, BL- oder EC-Motor) bekannt. Zu denken ist ebenfalls an einen erfindungsgemäßen permanenterregten Drehstrom- Synchronmotor (PMSM), dessen Läufer ferrithaltige Erregerwicklungen trägt.

Claims

Ansprüche
1 . Motor (1 ) zum Antreiben einer Pumpe (2), insbesondere einer Kühlmittelpumpe,
mit einem Elektromagneten (3) zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes mittels eines den Elektromagneten (3) durchfließenden elektrischen Stroms,
mit einem Permanentmagneten (4) zum Erzeugen eines zweiten Magnetfeldes mittels eines im Permanentmagneten (4) enthaltenen Ferrits und mit einem Motorsteuergerät (7), welches über eine Steuerungs- /Regelungseinrichtung (6) eine den Elektromagneten (3) beaufschlagende Stromstärke temperaturabhängig steuert/regelt.
2. Motor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Motorsteuergerät (7) derart ausgebildet ist, dass es den Strom in Abhängigkeit von einer Temperatur des Permanentmagneten (4) steuert/regelt.
3. Motor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abhängigkeit dergestalt ist, dass eine irreversible Entmagnetisierung des Permanentmagneten (4) bei der Temperatur vermieden wird.
4. Motor nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit dergestalt ist, dass die Stromstärke ansteigt, wenn die Temperatur ansteigt.
5. Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerungs-/Regelungseinrichtung (6) zum Regeln einer Feldstärke (H) des ersten Magnetfelds ausgebildet ist, wobei die Steuerungs- /Regelungseinrichtung (6) die Stromstärke gemäß einer Übertragungsfunktion steuert/regelt, die die Abhängigkeit beschreibt.
6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Motor (1 ) einen mit dem Permanentmagneten (4) in Wärme übertragendem Kontakt stehenden Temperaturfühler (8) zum Erfassen der aktuellen Temperatur aufweist.
7. Kühlmittelpumpe (2) zum Pumpen einer Kühlflüssigkeit mit einem Motor (1 ) nach Anspruch 6, dessen Temperaturfühler (8) mit dem Permanentmagneten (4) über die Kühlflüssigkeit in Wärme übertragendem Kontakt steht.
8. Antriebsverfahren für eine Pumpe (2), insbesondere eine Kühlmittelpumpe, gemäß welchem ein stromdurchflossener Elektromagnet (3) ein erstes Magnetfeld erzeugt,
gemäß welchem ein ferrithaltiger Permanentmagnet (4) ein zweites Magnetfeld erzeugt,
gemäß welchem ein Motorsteuergerät (7) über eine Steuerungs- /Regelungseinrichtung (6) eine den Elektromagneten (3) beaufschlagende Stromstärke temperaturabhängig steuert/regelt, um eine irreversible Entmag- netisierung des Permanentmagneten (4) zu verhindern.
PCT/EP2014/058898 2013-05-07 2014-04-30 Motor und verfahren zum antreiben einer pumpe WO2014180737A2 (de)

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