DE112018006830T5

DE112018006830T5 - Hilfsaggregat-Elektromotor für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE112018006830T5
Application number: DE112018006830.7T
Authority: DE
Inventors: Andreas Wulf; Martin Helmis; Rolf Joschko
Original assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Current assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2020-09-24
Also published as: WO2019137606A1

Abstract

Hilfsaggregat-Elektromotor (10) für ein Kraftfahrzeug, miteinem permanentmagnetischen Motorrotor (18) mit einem monolithischen magnetischen Rotorkörper (24),einem Motorstator (12) mit einem Statorkörper (14) und mindestens einer Statorspule (16), die zur Erzeugung eines den Motorrotor (18) antreibenden Statormagnetfelds angeregt wird, undmindestens einem Rotorstützmittel (26,28), das an einer axialen Rotorkörperstirnfläche (30,34) axial befestigt ist und diese bedeckt,wobei das Rotorstützmittel (26,28) für das Statormagnetfeld durchlässig ausgeführt ist undwobei das Rotorstützmittel (26,28) nicht radial über den Rotorkörper (24) hinausragt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hilfsaggregat-Elektromotor für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise einen Elektromotor für eine Kraftfahrzeug-Kraftstofftank-Spülpumpe.
Aufgrund des sehr begrenzten Bauraumes für das Kraftstoffsystem in einem Kraftfahrzeug verfügen diese Spülpumpen über eine äußerst kompakte Bauweise. Folglich werden diese Spülpumpen bei sehr hohen Drehzahlen betrieben, um eine ausreichende Durchflussmenge zur Spülung des Kraftstofftanks zu erzielen. Die außerordentlich hohen Drehzahlen erzeugen sehr hohe Zentrifugalkräfte, die den sich drehenden Motorrotor in radialer Richtung beanspruchen. Die enormen radialen Belastungen können, ausgehend von mikroskopischen Defekten innerhalb des Rotorkörpers, zu makroskopischer Rissbildung führen. Diese Defekte können beispielsweise durch Fehlstellen im Material des Rotorkörpers oder durch Oberflächendefekte entstehen, welche während der Fertigung des Rotorkörpers entstanden sind, insbesondere während der Auswuchtung des Motorrotors.
CN 203707906 U offenbart einen Elektromotor mit einem beschichteten Rotorkörper, welcher mit eingebetteten Permanentmagneten versehen ist. Der Motorrotor verfügt über zwei Rotorstützmittel, welche über eine Schraubverbindung in axialer Richtung an den Rotorkörperstirnflächen befestigt sind. Allerdings verfügt der offenbarte beschichtete Rotorkörper über eine sehr komplexe Bauart und ist hinsichtlich einer kompakten Bauweise des Motors unvorteilhaft. Weiterhin können die Bohrungen im Rotorkörper, welche für die Schraubverbindung verwendet werden, als Ausgangspunkt für Rissbildungen dienen, was einen Ausfall des Motorrotors unter hohen Drehgeschwindigkeiten zur Folge haben kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen kompakten und zuverlässigen Hilfsaggregat-Elektromotor für ein Kraftfahrzeug zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Hilfsaggregat-Elektromotor für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Hilfsaggregat-Elektromotor für ein Kraftfahrzeug weist einen permanentmagnetischen Motorrotor mit einem monolithischen magnetischen Rotorkörper auf. Der monolithische Rotorkörper kann beispielsweise auf eine Rotorwelle gegossen sein. Der monolithische Rotorkörper ermöglicht eine einfache und kompakte Bauweise des Motorrotors sowie des gesamten Elektromotors.
Der erfindungsgemäße Hilfsaggregat-Elektromotor für ein Kraftfahrzeug weist weiterhin einen Motorstator mit einem Statorkörper und mindestens einer Statorspule auf, die zur Erzeugung eines den Motorrotor antreibenden Statormagnetfeldes angeregt wird. Der Motorstator weist vorzugsweise nur eine Statorspule auf, um eine sehr kompakte Bauweise des Elektromotors zu ermöglichen.
Der erfindungsgemäße Hilfsaggregat-Elektromotor für ein Kraftfahrzeug weist weiterhin mindestens ein Rotorstützmittel auf, welches axial an der Rotorkörperstirnfläche des monolithischen Rotorkörpers befestigt ist und diese zumindest teilweise bedeckt. Das Rotorstützmittel ist vorzugsweise über eine großflächige stoffschlüssige Verbindung an dem Rotorkörper befestigt, wodurch keine mechanische Verformung oder strukturelle Schwächung des Rotorkörpers erfolgt, sodass die Stabilität des Rotorkörpers nicht durch dessen Befestigung beeinträchtigt wird. Das Rotorstützmittel ist für das Statormagnetfeld durchlässig ausgeführt und ermöglicht dadurch einen zuverlässigen und effizienten Antrieb des Motorrotors durch das Statormagnetfeld. Das Rotorstützmittel ragt nicht radial über den Rotorkörper hinaus, sodass kein zusätzlicher radialer Bauraum für das Rotorstützmittel benötigt wird, wodurch eine kompakte Bauweise des Elektromotors ermöglicht wird.
Die Rotorstützmittel stützen den Rotorkörper radial ab und kompensieren die durch die Zentrifugalkräfte verursachten enormen radialen Belastungen des Rotorkörpers während der hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten des Motorrotors zumindest teilweise, sodass die Zuverlässigkeit des Motorrotors und folglich die des Elektromotors erheblich verbessert wird.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Elektromotor mit zwei Rotorstützmitteln versehen. Ein erstes Rotorstützmittel ist axial an der ersten axialen Rotorkörperstirnfläche befestigt und bedeckt diese. Ein zweites Rotorstützmittel ist axial an der zweiten gegenüberliegenden axialen Rotorkörperstirnfläche befestigt und bedeckt diese. Beide Rotorstützmittel können identisch geformt sein. Demzufolge sind zur Abstützung des Motorrotors in radialer Richtung beide axialen Rotorkörperstirnflächen mit Rotorstützmitteln versehen. Daraus resultieren sowohl ein sehr zuverlässiger Motorrotor als auch ein sehr zuverlässiger Elektromotor.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Rotorstützmittel mit dem Rotorkörper verklebt. Die Klebeverbindung ist dabei vorzugsweise auf der gesamten Oberfläche des Rotorstützmittels aufgebracht. Die Verwendung der Klebeverbindung verursacht keinerlei mechanische Verformung oder strukturelle Schwächung des Rotorkörpers, die zu einer Reduzierung der Stabilität des Rotorkörpers führen würden. Daraus ergibt sich eine sehr zuverlässige Ausführung des Elektromotors.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Rotorstützmittel optisch transparent ausgeführt, wodurch der Einsatz einer UV-härtenden Klebeverbindung zur Befestigung der Rotorstützmittel an dem Rotorkörper ermöglicht wird. Das ermöglicht einen einfachen Fertigungsprozess des Motorrotors.
Vorzugsweise ist die radiale Erstreckung der Rotorstützmittel und die des Rotorkörpers annähernd gleich, sodass das Rotorstützmittel im Wesentlichen die gesamte axiale Rotorkörperstirnfläche bedeckt. Dies ermöglicht eine gleichmäßige radiale Abstützung des Rotorkörpers. Darüber hinaus ermöglicht die große Kontaktfläche zwischen dem Rotorstützmittel und dem Rotorkörper eine sehr tragfähige und großflächige Befestigung des Rotorstützmittels, insbesondere unter Verwendung einer Klebeverbindung.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Motorrotor ein permanentmagnetischer und monolithischer Ringmagnet, der durch seine Bauart eine einfache und kompakte Ausführung des Motorrotors ermöglicht.
Der Motorrotor ist zur Sicherstellung einer gleichförmigen Drehbewegung vorzugsweise mit zumindest einem Rotorauswuchtmittel zur Auswuchtung versehen. Dieses Rotorauswuchtmittel kann durch Hinzufügen oder Entfernen von Material an bestimmten Stellen des Motorrotors erreicht werden. Zur Vermeidung von mechanischer Verformung oder struktureller Schwächung des Rotorkörpers bedingt durch den Auswuchtungsvorgang sind alle Rotorauswuchtmittel des Motorrotors an den Rotorstützmitteln vorgesehen. Daraus ergibt sich ein sehr zuverlässiger Elektromotor.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben, wobei

1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Hilfsaggregat-Elektromotors für ein Kraftfahrzeug zeigt und
2 eine schematische Schnittansicht eines Motorrotors für den Elektromotor aus 1 zeigt.

1 zeigt einen Hilfsaggregat-Elektromotor 10, welcher beispielsweise zur Applizierung in einer Kraftstofftank-Spülpumpe eines Kraftfahrzeugs verwendet wird. Der Elektromotor 10 weist einen Motorstator 12 mit einem ferromagnetischen Startorkörper 14 und einer einzelnen Statorspule 16, einen permanentmagnetischen Motorrotor 18 mit einer Rotorwelle 20 und eine Motorkontrolleinheit 22 auf, welche elektrisch mit der Statorspule 16 verbunden ist und diese Statorspule 16 anregt.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Motorrotors 18 mit der Rotorwelle 20. Der Motorrotor 18 enthält einen monolithischen magnetischen Rotorkörper 24, welcher in der vorliegenden Ausführung der Erfindung in Form eines permanentmagnetischen und monolithischen Ringmagnets auf die Rotorwelle 20 gegossen ist.
Der Motorrotor 18 enthält weiterhin zwei Rotorstützmittel 26,28, welche für das durch den Motorstator 12 erzeugte und den Motorrotor 18 antreibende Statormagnetfeld durchlässig ausgeführt sind. In der vorliegenden Ausführung der Erfindung sind die Rotorstützmittel 26,28 aus einem optisch transparenten Material, beispielsweise einem optisch transparenten Kunststoff, vorgesehen.
Das erste Rotorstützmittel 26 ist mittels einer ersten Klebeverbindung 32 an der ersten axialen Rotorkörperstirnfläche 30 befestigt. Das zweite Rotorstützmittel 28 ist mittels einer zweiten Klebeverbindung 36 an der gegenüberliegenden zweiten axialen Rotorkörperstirnfläche 34 befestigt.
Die radiale Erstreckung der Rotorstützmittel 26,28 ist annähernd gleich mit der radialen Erstreckung des Rotorkörpers 24, wodurch die Rotorstützmittel 26,28 den Rotorkörper 24 radial nicht überragen. Die Klebeverbindungen 32,36 bedecken die axialen Rotorkörperstirnflächen 30,34 nahezu vollständig.
Der Motorrotor 18 ist zur Auswuchtung mit Rotorauswuchtmitteln versehen, welche axial an der dem Rotorkörper abgewandten axialen Rotorstützmittelstirnfläche 40 des ersten Rotorstützmittels 26 zur Sicherstellung einer gleichförmigen Drehbewegung angebracht sind.
Bezugszeichenliste

10: Hilfsaggregat-Elektromotor
12: Motorstator
14: Statorkörper
16: Statorspule
18: Motorrotor
20: Rotorwelle
22: Motorkontrolleinheit
24: Rotorkörper
26,28: Rotorstützmittel
30,34: axiale Rotorkörperstirnfläche
32,36: Klebeverbindung
38: Rotorauswuchtmittel
40: axiale Rotorstützmittelstirnfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CN 203707906 U [0003]

Claims

Hilfsaggregat-Elektromotor (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem permanentmagnetischen Motorrotor (18) mit einem monolithischen magnetischen Rotorkörper (24), einem Motorstator (12) mit einem Statorkörper (14) und mindestens einer Statorspule (16), die zur Erzeugung eines den Motorrotor (18) antreibenden Statormagnetfelds angeregt wird, und mindestens einem Rotorstützmittel (26,28), das an einer axialen Rotorkörperstirnfläche (30,34) axial befestigt ist und diese bedeckt, wobei das Rotorstützmittel (26,28) für das Statormagnetfeld durchlässig ausgeführt ist und wobei das Rotorstützmittel (26,28) nicht radial über den Rotorkörper (24) hinausragt.
Hilfsaggregat-Elektromotor (10) nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor (10) zwei Rotorstützmittel (26,28) aufweist, wobei ein erstes Rotorstützmittel (26) axial an einer ersten axialen Rotorkörperstirnfläche (30) befestigt ist und diese bedeckt, und wobei ein zweites Rotorstützmittel (28) axial an einer zweiten gegenüberliegenden axialen Rotorkörperstirnfläche (34) befestigt ist und diese bedeckt.
Hilfsaggregat-Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rotorstützmittel (26,28) mit dem Rotorkörper (24) verklebt ist.
Hilfsaggregat-Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rotorstützmittel (26,28) optisch transparent ausgeführt ist.
Hilfsaggregat-Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die radiale Erstreckung des Rotorstützmittels (26,28) im Wesentlichen gleich der radialen Erstreckung des Rotorkörpers (20) ist.
Hilfsaggregat-Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der magnetische Rotorkörper (24) ein permanentmagnetischer und monolithischer Ringmagnet ist.
Hilfsaggregat-Elektromotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Motorrotor (18) mit zumindest einem Rotorauswuchtmittel (38) versehen ist, und wobei alle Rotorauswuchtmittel (38) des Motorrotors (18) an dem Rotorstützmittel (26) vorgesehen sind.