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Title:
ELECTRIC FLUID PUMP FOR A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/081011
Kind Code:
A9
Abstract:
The invention relates to an electric fluid pump for a motor vehicle, having an electric drive motor (12), which is brushless and electronically commutated, wherein the drive motor (12) has a permanent-magnet motor rotor (30) having a motor shaft (32) and having at least two rotor poles (361), 363), in each of which a permanent magnet (361, 367) is embedded, a plurality of stator-side magnetic coils (40), at least two sensor magnets (361,363), at least one Hall sensor (60), which is arranged to lie eccentrically in a transverse plane in such a way that the Hall sensor detects the axial magnetic fields of the sensor magnets (361,363), wherein the at least two sensor magnets (361,363) are magnetised diametrically, wherein the at least one Hall sensor (60) is arranged in such a way that during one rotor revolution of each sensor magnet (361,363), both polarities can be detected.

Inventors:
MALVASI ALESSANDRO (IT)
SCHULZ CHRISTIAN (DE)
BÜRGER FRANK (DE)
GLOGASA MARTIN (DE)
JOSCHKO WITOLD (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/077309
Publication Date:
March 26, 2020
Filing Date:
October 25, 2017
Export Citation:
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Assignee:
PIERBURG PUMP TECHNOLOGY GMBH (DE)
International Classes:
H02K29/08; H02K1/27; H02K11/215; H02K11/33
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWÄLTE TER SMITTEN EBERLEIN-VAN HOOF RÜTTEN PARTNERSCHAFTSGESELLSCHAFT MBB (DE)
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Claims:
A N S P R Ü C H E

1. Elektrische Kfz-Fluidpumpe (10) mit einem elektrischen Antriebsmotor (12), der bürstenlos und elektronisch kommutiert ist, wobei der Antriebsmotor (12) aufweist:

einen permanentmagnetischen Motorrotor (30) mit einer Motorwelle (32) und mit mindestens zwei Rotorpolen (381,382,383,384), in denen jeweils ein Permanentmagnet (36I,362,363,364) eingelagert Ist,

mehrere statorseitige Magnetspulen (40),

mindestens zwei Sensormagnete (361,362,363,364),

mindestens einen Hallsensor (60), der in einer Querebene liegend exzentrisch derart angeordnet ist, dass er die axialen Magnetfelder der Sensormagnete (361-364) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Sensormagnete (36I-364) diametral magnetisiert sind, wobei der mindestens eine Hallsensor (60) derart angeordnet ist, dass bei einem Rotorumlauf von jedem Sensormagneten (361-364) beide Polaritäten (N,S) detektierbar sind.

2. Elektrische Kfz-Fluidpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hallsensor (60) in einem Radius r von der Drehachse (33) der Motorwelfe (32) angeordnet ist, wobei der Radius r größer/gleich einem Abstand rmm von der Drehachse (33) zu einem Mittelpunkt eines Sensormagneten (36I-364) und kleiner/gleich einem Abstand rmax von der Drehachse (33) zu einem Punkt eines Sensormagneten (361-364) mit maximalem Abstand von der Drehachse (33) ist.

3. Elektrische Kfz-Fluidpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei

Sensormagnete durch die in den Rotorpolen (381-384) eingelassenen Permanentmagnete (36I-364) ausgebildet sind.

4. Elektrische Kfz-Fluidpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Sensormagnete durch an den Rotorpolen (381-384) angebrachte Permanentmagnete ausgebildet sind.

5. Elektrische Kfz-Fluidpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormagnete

(36I-364) quaderförmig ausgebildet sind.

6. Elektrische Kfz-Fluidpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einer Querebene liegende Leiterbahn-Platine (50) vorgesehen ist, auf der der mindestens eine Hallsensor (60) angeordnet ist.

7. Elektrische Kfz-Fluidpumpe (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hallsensor (60) auf der dem Motorrotor (30) axial zugewandten proximalen Seite der

Leiterbahn-Platine (50) vorgesehen ist.

8. Elektrische Kfz-Fluidpumpe (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn-Platine (50) eine Motorwellenöffnung (56) aufweist, durch die eine Motorwelte (32) hindurchragt. , Elektrische Kfz-Fluidpumpe (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8» dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn-Platine (50) in einen Kunststoff-Gusskörper (55) eingegossen ist.

Description:
Elektrische Kfz-Fluidpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kfz- Fluid pumpe mit einem elektrischen Antriebsmotor, der bürstenlos und elektronisch kommutiert Ist, wobei der Antriebsmotor aufweist: einen permanentmagnetischen Motorrotor mit einer Motorwelle und mit mindestens zwei Rotorpolen, In denen jeweils ein Permanentmagnet eingelagert ist, mehrere statorseitige Magnetspulen, mindestens zwei Sensormagnete, mindestens einen statorseitigen Hallsensor, der in einer Querebene liegend exzentrisch derart angeordnet Ist, dass er die axialen Magnetfelder der Sensormagnete erfasst.

Für einen möglichst sicheren und energieeffizienten Betrieb einer Kfz- Fluidpumpe, die durch einen elektronisch kommutierten Antriebsmotor angetrieben wird, ist die exakte Detektion der rotatorischen Rotorlage des Motorrotors von großer Bedeutung, da erst hierdurch eine exakte Steuerung und Regelung des Antriebsmotors realisiert werden kann. Hierbei können einerseits unerwünschte Betriebszustände, wie beispielsweise Anlaufprobleme, das sogenannte Toggeln etc. vermieden werden, die insbesondere bei Verdränger-Fluidpumpen wegen der stark variierenden Drehmomente auftrete n können. Zum anderen wird durch eine exakte Terminierung der Stromwendung in den statorseitigen Magnetspulen der absolute Energieverbrauch minimiert.

Für eine exakte Rotorlage- Detektion werden daher Hallsensoren verwendet, die axial des permanentmagnetisch erregten Motorrotors beispielsweise auf dem Radius der Rotorpole angeordnet sind, und auf diese Weise die von den Rotorpolen generierten vorbeidrehenden Magnetfelder detektieren. Für die Genauigkeit der Rotorlage-Detektion mit den Hallsensoren sind die absolute Feldstärke des durch den betreffenden Halfsensor detektieren Magnetfeldes der Rotorpole sowie die Größe von Störsignalen ausschlaggebend.

Aus EP 1 146 625 A2 Ist eine elektrische Kfz-Hydraulikpumpe mit einem bürstenlosen und elektronisch kommutierten Antriebsmotor bekannt, der einen permanentmagnetischen Motorrotor mit mehreren Rotorpolen aufweist. Die Lagedetektion erfolgt über mehrere stirnseitige Hallsensoren, die das von dem permanentmagnetischen Motorrotor generierte Permanent-Magnetfeld radial erfassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kfz-Fluidpumpe mit einem elektronisch kommutierten Antriebsmotor zu schaffen, der eine hohe Betriebssicherheit und Energieeffizienz bei niedrigen Herstellungskosten aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die mindestens zwei Sensormagnete diametral magnetisiert sind, wobei der mindestens eine Hallsensor derart angeordnet ist, dass bei einem Rotorumlauf von jedem Sensormagneten beide Polaritäten (N,S) detektierbar sind.

Die erfindungsgemäße Kfz-Fluidpumpe weist einen bürstenlosen und elektrisch kommutierten Antriebsmotor auf, wobei der permanentmagnetisch erregte Motorrotor mehrere Rotorpole aufweist und statorseitig mehrere Magnetspulen vorgesehen sind. Für die Rotorlage- Detektion Ist mindestens ein Hallsensor vorgesehen, der in einer Querebene zur Motoraxialen liegend angeordnet Ist. Der mindestens eine Hallsensor ist beabstandet zur Motoraxialen angeordnet, so dass er die axialen Magnetfelder der vorbeidrehenden Sensormagnete erfasst. Durch die besondere Anordnung des mindestens einen Hallsensors ist es möglich, mit einem Hallsensor pro Sensormagnet drei Schaltzustände anstatt eines Schaltzustands zu erfassen, wodurch die Auflösung der Rotorlage-Detektion wesentlich erhöht wird.

Vorzugsweise ist der mindestens eine Hallsensor ln einem Radius r von der Drehachse der Motorwelle angeordnet, wobei der Radius r größer/gleich einem Abstand r ml n von der Drehachse zu einem Mittelpunkt eines Sensormagneten und kleiner/gleich einem Abstand r max von der Drehachse zu einem Punkt eines Sensormagneten mit maximalem Abstand von der Drehachse ist. Auf diese Weise ist der mindestens eine Hallsensor derart angeordnet, dass bei einem Rotorumlauf von jedem Sensormagneten beide Polaritäten (N,S) detektiert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die mindestens zwei

Sensormagnete durch die in den Rotorpolen eingelassenen Permanentmagnete ausgebildet, so dass für die Detektion der Rotoriage keine zusätzlichen Elemente erforderlich sind.

Alternativ sind die mindestens zwei Sensormagnete durch an den Rotorpolen angebrachte Permanentmagnete ausgebildet. Hierdurch kann das vom Hallsensor detektierbare Magnetfeld verstärkt werden, so dass das Signal/Rauschverhältnis verbessert wird. Neben den in den Rotorpolen des Motorrotors eingelagerten Permanentmagneten sind also zusätzliche Permanentmagnete als Sensormagnete vorgesehen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Sensormagnete quaderförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist eine in einer Querebene Hegende Leiterbahn-Platine vorgesehen, auf der alle Hallsensoren angeordnet sind. Auf der Leiterbahn-Platine können sich ferner sowohl die Steuerungselektronik und die Leistungselektronik der Motorsteuerung befinden. Die Hallsensoren sind also nicht entfernt von der Platine mit der Steuerungs und Leistungselektronik angeordnet. Hierdurch sind die Signalwege zwischen dem Hallsensor und der Steuerungselektronik kurz.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Hallsensoren auf der dem Motorrotor zugewandten proximalen Seite der Leiterbahn-Platine vorgesehen. Die Hallsensoren sind also axial zwischen der Leiterbahn- Platine und dem Motorrotor angeordnet, sind also in räumlich möglichst geringer Entfernung zum Motorrotor platziert.

Die Leiterbahn-Platine kann eine Motorwellenöffnung aufweisen, durch die die Motorwelfe des Motorrotors hindurch ragt.

Vorzugsweise ist die Leiterbahn-Platine in einen Kunststoff-Gusskörper eingegossen. Hierdurch wird die Leiterbahn- Platine einschließlich aller Hallsensoren und elektronischen Bauteile gut gegen mechanische und andere Störungen abgeschirmt. Ein Vergießen der Leiterbahn-Platine ist darüber hinaus vorteilhaft, da sich hierdurch in der Regel die Kühlung der elektronischen Bauteile und insbesondere der Leistungselektronik bzw.

-halbleiter verbessert, Da sich durch die Verbesserung des magnetischen Schlusses zwischen den Hallsensoren und den Rotorpolen zudem die Regelungsgenauigkeit verbessert und damit die in den Antriebsmotor eingespeiste elektrische Energie verringert wird, verringert sich auch die thermische Verlustleistung Insbesondere der Leistungshalbleiter. Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Kfz-Fluidpumpe mit einem elektrischen Antriebsmotor und einem Pumpenmodul,

Figur 2 einen Längsschnitt des Antriebsmotors der Kfz-Fluidpumpe der Figur 1, und

Figur 3 einen Querschnitt des Antriebsmotors der Kfz-Fluidpumpe der Figur 1.

In der Figur 1 ist schematisch eine elektrische Kfz-Fluidpumpe 10 dargestellt, die aus zwei Modulen besteht, nämlich einem elektrischen Antriebsmotor 12 und einem Pumpenmodul 14. Das Pumpenmodul 14 kann eine Verdrängerpumpe sein, beispielsweise eine Membranpumpe, Drehschieberpumpe, Flügelzellenpumpe oder Kolbenpumpe, kann jedoch auch eine Strömungspumpe sein, beispielsweise eine Zentrifugal- oder Impeller-Pumpe.

In der Figur 2 ist der Antriebsmotor 12 Im Längsschnitt abgebildet. Der Antriebsmotor 12 ist ein bürstenloser und elektronisch kommutierter Antriebsmotor. Der Antriebsmotor 12 weist einen permanentmagnetisch erregten Motorrotor 30 mit vier Rotorpolen 38 I ,38 2 ,38 3/ 38 4 auf, in denen jeweils ein diametral magnetisierter Permanentmagnet 36I,36 2 ,36 3 ,36 4 eingelagert Ist.

Statorseitig sind sechs Magnetspulen 40i-40s vorgesehen, die ein umlaufendes Statormagnetfeld erzeugen. Die sechs Magnetspulen 40i-40e sind in einem Motorgehäuse 20 fixiert, das aus einem Gehäusebecher 22 und einem Gehäusedeckel 24 gebildet ist. Der Motorrotor 30 weist eine Motorwelle 32 mit einer Drehachse 33 auf, die eine Pumpenwelle des Pumpenmoduls 14 antreibt.

An dem Pumpenmodul 14 abgewandten gegenüberliegenden Längsende ist eine in einer Querebene liegende Leiterbahn-Platine 50 vorgesehen, die einen Platinenkörper 52 mit Leiterbahnen 54 auf ihrer proximalen Seite aufweist. Die proximale Seite des Platinenkörpers 52 ist die dem Motorrotor 30 axial zugewandte Seite, wohingegen die dem Motorrotor 30 axial abgewandte Seite die distale Seite ist. Die Leiterbahn-Platine 50 weist eine Motorwellenöffnung 56 auf, durch die die Motorwelle 32 hindurch ragt. Auf der proximalen Seite des Platinenkörpers 52 sind sowohl die Steuerungselektronik als auch die Leistungselektronik der Motorsteuerung angeordnet. Ferner ist auf der proximalen Seite des Platinenkörpers ein Hallsensor 60 angeordnet. Der Hallsensor 60 delektiert die von den Sensormagneten, welche durch die in den Rotorpolen 38 I -38 4 eingelassenen Permanentmagnete 36 I -36 4 ausgebildet sind, erzeugten Magnetfelder. Die Herleitung der Position dieses Hallsensors 60 erfolgt Im Zuge der Beschreibung von Figur 3.

Die Leistungselektronik der Leiterbahn-Platine 50 Ist über die Leiterbahnen 54 und über axiale Verbindungsleitungen 66 elektrisch mit den Magnetspulen 40 verbunden. Die Leiterbahn-Platine 50 ist axial derart angeordnet, dass der Hallsensor 60 einen möglichst geringen Abstand zu der axial gegenüberliegenden Stirnseite des Motorrotors 30 aufweist.

Die gesamte Leiterbahn-Platine 50 einschließlich der Steuerungselektronik, der Leistungselektronik und des Hallsensors 60 und die Verbindungsleitungen 66 sind in einen monolithischen Kunststoff- Gusskörper 55 eingegossen. Die Leiterbahnen 54 der Platine 50 sind über Anschlussleitungen mit einem Motorstecker 68 verbunden.

Figur 3 zeigt nun eine Schnittansicht In Querrichtung des Antriebsmotors 12 der Kfz- F!uid pumpe 10. Die bereits beschriebenen Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In dieser Schnittansicht ist der Halisensor 60 nicht zu erkennen, jedoch ist zur Verdeutlichung der Erfindung die Position des Hallsensors 60 mit seinem Bezugszeichen dargestellt. Der Hallsensor 60 ist hier mit einem Radius r von der Drehachse 33 der Motorwelle 32 angeordnet. Die Position des Hallsensors 60 ist hierbei so gewählt, dass der durch den Radius r beschriebene Kreis durch einen jeweiligen, nach außen gerichteten Polaritätsbereich 37 I ,37 2 ,37 3 ,37 4 im Bereich der Querschnittsmitte der Sensormagnete 361-364 führt. Durch diese Anordnung kann der Hallsensor 60 bei einer Umdrehung des Motorrotors 30 von jedem Sensormagnet 361-364 beide Polaritäten (N,S) erfassen und somit drei Schaltzustände pro Sensormagnet 361-364.