WO2006039965A1 - Anordnung zur förderung von fluiden - Google Patents

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WO2006039965A1
WO2006039965A1 PCT/EP2005/009443 EP2005009443W WO2006039965A1 WO 2006039965 A1 WO2006039965 A1 WO 2006039965A1 EP 2005009443 W EP2005009443 W EP 2005009443W WO 2006039965 A1 WO2006039965 A1 WO 2006039965A1
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bearing tube
stator
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PCT/EP2005/009443
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Hansjörg BERROTH
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Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5806—Cooling the drive system

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for conveying fluids. As fluids liquid and / or gaseous media can be promoted.
  • the dissipation of heat from these components takes place by means of so-called heat receivers or CoId plates.
  • the heat is transferred to a cooling liquid, which is usually placed in forced circulation in a liquid circuit.
  • the cooling liquid flows through not only the heat absorber, but also a liquid pump, which causes the forced circulation and causes an adequate pressure build-up and an adequate volume flow through the heat absorber and an associated liquid-air heat exchanger.
  • the liquid-to-air heat exchanger serves to release the heat from the cooling liquid to the ambient air.
  • a fan is usually arranged in the liquid-air heat exchanger, which causes a forced convection of the cooling air and good transfer coefficients on the air side of the heat exchanger.
  • an arrangement according to the invention for conveying fluids comprises an electronically commutated external rotor motor with a stator arranged on a stator carrier and a rotor mounted in a bearing tube, and a fluid pump with a delivery wheel.
  • the rotor of the electronically commutated external rotor motor and the delivery wheel of the fluid pump are magnetically coupled to each other via a magnetic coupling such that rotation of the rotor causes rotation of the delivery wheel.
  • This magnetic coupling is formed by a first permanent magnet connected to the rotor in cooperation with a second permanent magnet connected to the impeller.
  • at least the first permanent magnet is disposed in a space between the stator and the bearing tube and separated from the second permanent magnet by a liquid-tight but magnetically transparent partition.
  • the second permanent magnet can also be arranged in the intermediate space between the stator and the bearing tube. This allows a further reduction in the height and an increase in the integrity of the unit external rotor motor, magnetic coupling and fluid pump.
  • a further preferred embodiment of the arrangement according to the invention is the subject of claim 10. Accordingly, the bearing tube, the partition and the stator can be formed as a one-piece, meandering in cross-section part. This allows a minimization of the number of parts and thus a simplified assembly of the arrangement.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a first preferred embodiment of an arrangement for conveying fluids according to the invention
  • FIG. 1 is an exploded view of the arrangement of FIG. 1
  • 3 is a sectional view of a three-dimensional view of a second preferred embodiment of an arrangement for conveying fluids according to the invention
  • Fig. 4 is a longitudinal section through the arrangement of FIG. 3, and
  • FIG. 5 is an exploded view of the arrangement of FIG .. 3
  • the terms left, right, up and down refer to the respective drawing figure, and may vary from one drawing figure to the next, depending on a particular orientation (portrait or landscape). Identical or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the various figures and usually described only once.
  • FIG. 1 shows an enlarged sectional view of a first embodiment of an arrangement with a fluid pump 84, which is exemplified as a centrifugal pump, and an electronically commutated external rotor motor 20.
  • a fluid pump 84 which is exemplified as a centrifugal pump
  • an electronically commutated external rotor motor 20 This has an internal stator 22 of conventional design, as shown by way of example in Fig. 2, eg a stator with salient poles or a claw-pole stator, and this is separated from a permanent-magnetic outer rotor 26 by a substantially cylindrical air gap 24.
  • the outer rotor 26 rotates about the inner stator 22, which is why such motors 20 are referred to as external rotor motors.
  • the inner stator 22 is mounted on an annular stator support 34, usually by pressing.
  • the shape of the stator carrier 34 is particularly clear from FIG.
  • a circuit board 32 On this are, for example. (not shown here) electronic components, which are required for electronic commutation of the motor 20.
  • a rotor position sensor 38 is disposed on the circuit board 32, which is controlled by the rotor magnet 36 of the outer rotor 26.
  • This rotor magnet 36 is designed as a permanent magnet ring and preferably has plastic-bonded magnetic material.
  • the rotor magnet 36 is radially magnetized and preferably formed eight-pole. Its magnetization, that is, the distribution of its magnetic flux density, may be e.g. be rectangular or trapezoidal.
  • the rotor position sensor 38 is controlled by a stray field of the rotor magnet 36, which allows a non-contact detection of the position of the outer rotor 26.
  • the outer rotor 26 has a construction with a so-called rotor bell 40, which is shown in Fig. 1 by way of example as a deep-drawn, cup-shaped sheet metal part and, for example a soft ferromagnetic material is formed.
  • the rotor magnet 36 is fixed in this rotor bell 40, so that the latter forms a magnetic return for the rotor magnet 36.
  • fan blades 64 are exemplified.
  • the rotor bell 40 is preferably surrounded by a plastic part (not shown), cf. Fig. 5, on which these fan blades 64 are formed by plastic injection molding in the manner shown.
  • the fan blades 64 rotate during operation in a recess of a fan housing. A corresponding fan housing will be explained below with reference to FIG.
  • a shaft 46 is fixed in the manner shown.
  • the shaft 46 is mounted in two ball bearings 48, 50, which are e.g. be pressed together with the shaft 46 from above into a bearing tube 30 during assembly in Fig. 1.
  • the ball bearings 48, 50 can be held in the bearing tube by suitable retaining elements, e.g. a locking member.
  • the shaft 46 can also be held by suitable holding elements, e.g. through a snap ring.
  • a gap is formed in which a so-called drive magnet 67 is arranged.
  • This drive magnet 67 serves as a drive in a magnetic coupling and is annular in Fig. 1 and 2 and fixedly connected to the rotor bell 40.
  • the drive magnet 67 comprises plastic-bonded magnetic material, eg plastic material with embedded particles of hard ferrite, and is produced by plastic injection molding.
  • a permanent magnet produced is also referred to as a plastic-bonded ferrite magnet and can also be used to form the rotor magnet 36.
  • the rotor magnet 36 can be fixed by the plastic injection on the rotor bell 40.
  • a rotor magnet 36 and a hard ferrite magnet ring be attached separately to the rotor bell 40, for example by gluing or pressing, or you could use individual magnets made of rare earth, such as neodymium.
  • the drive magnet 67 is separated by an annular partition 82 of a so-called driving magnet 92 which is "taken along" during operation of the magnetic coupling upon rotation of the drive magnet 67 and arranged in cross-section parallel to the drive magnet 67.
  • This partition 82 is preferably liquid-tight but magnetically transparent, e.g. made of plastic.
  • the upper end of the annular dividing wall 82 is liquid-tightly connected to the upper end of the bearing tube 30 via an annular ridge 80.
  • the lower end of the partition 82 is liquid-tightly connected to the lower end of the annular stator carrier 34 via an annular ridge 74.
  • the annular webs 80 and 74 each extend perpendicular to the axis of rotation of the outer rotor 26.
  • the bearing tube 30, the web 80, the partition 82, the web 74 and the stator 82 a meandering in cross-section part, which in the region of the driving magnet 92 as a gap pot is trained.
  • This containment shell is integrally formed according to a preferred embodiment and e.g. made of plastic.
  • the containment shell passes over the outer periphery of the annular ridge 74 into a cylindrical portion 94 which, as shown, serves to secure a lid 88 to form a liquid-tight pump housing 86 therewith.
  • the lid 88 may e.g. by means of a (not shown) screw fastening, a (not shown) sealing ring, or by laser welding to the cylindrical portion 94 are attached.
  • an inlet 96 is provided, via which a fluid can pass into the pump housing 86, which can emerge from the pump housing 86 via a schematically illustrated outlet 98.
  • a delivery wheel 90 is provided to form the fluid pump 84.
  • the feed wheel 90 is disposed on a pump shaft 106 which is formed in axial extension to the shaft 46 of the outer rotor 26. Both waves are liquid-tight separated from each other by the liquid-tight end 60 of the inner recess of the bearing tube 30.
  • the pump shaft 106 forms a fixed axis on which the feed wheel 90 is rotatably mounted in Fig. 1 in a circular bearing 108 relative to the axis.
  • the rotary bearing 108 is preferably realized by so-called hybrid bearings. These hybrid bearings have ceramic balls and bearings made of a corrosion-resistant stainless steel alloy. They are manufactured eg by the company GRW and are especially for blood pumps and Dental drill used. With such bearings you get the desired lifetimes even in unusual fluids.
  • the support wheel 90 a rotating shaft, which, like the shaft 46 of the outer rotor 26, is mounted in a bearing tube (not shown), which, like the bearing tube 30, is then formed integrally with the containment shell and protrudes from this down, so mirror image of the bearing tube 30th
  • the feed wheel 90 is preferably formed integrally with the driving magnet 92 which, by cooperation with the driving magnet 67, forms the magnetic coupling, i. when the drive magnet 67 rotates, the driving magnet 92 also rotates, thereby driving the delivery wheel 90, whereby it draws a fluid through the inlet 96 and pumped out again via the outlet 98, as indicated by arrows.
  • fluids liquid media, e.g. Coolants, and / or gaseous media find application.
  • any other turbomachine may be provided, e.g. a compressor for a refrigerant.
  • the magnetic coupling is formed by a coupling of the radial magnetic fields of the drive magnet 67 and the driving magnet 92. Therefore, this magnetic coupling is hereinafter referred to for clarity as a radial magnetic coupling.
  • Fig. 2 shows an exploded view of the arrangement of Fig. 1, in which the lid 88 of the pump housing 86 is not shown. From Fig. 2, in particular, the one-piece, meander in cross-section design of the bearing tube 30, the web 80, the partition 82, the web 74 and the stator 34 is clearly visible. Furthermore, the design of the inner stator 22 and the one-piece design of the feed wheel 90 with the driving magnet 92 are illustrated in FIG.
  • FIG. 3 shows, in an enlarged, three-dimensional sectional view, a second embodiment of the arrangement for conveying fluids with the fluid pump 84 and the electronically commutated external-rotor motor 20, which differs slightly from FIG.
  • This arrangement is exemplarily mounted in a recess 66 of a fan housing 68, in which the fan blades 64 of the electronically commutated external rotor motor 20 rotate during operation, cf. Fig. 4 and 5.
  • the fan housing 68 has, for example, the usual square shape of a device fan and has in its corners each have a mounting hole 70th
  • the rotor bell 40 is surrounded, as shown, by a plastic part 63, on which the fan blades 64 are formed by plastic injection molding in the manner shown.
  • the partition wall 82 is not disposed between the bearing tube 30 and the stator support 34, but at the lower ends thereof.
  • the driving magnet 92 is not arranged in cross-section parallel to the drive magnet 67, but rather in axial extension to this.
  • the partition wall 82 in the second embodiment forms an annular ridge between the lower end of the bearing tube 30 and the lower end of Statorambas 34, which are liquid-tightly connected to each other by the partition wall 82 and in the region of the driving magnet 92 form a split pot.
  • This containment shell is preferably integral and e.g. made of plastic, and passes over the outer periphery of the annular partition wall 82 in the cylindrical portion 94, which in turn serves to attach the lid 88.
  • the cylindrical section 94 is shown in FIG. 3 by way of example in streamlined form as a streamlined channel.
  • the magnetic coupling is formed by a coupling of the axial magnetic fields of these permanent magnets. Therefore, this magnetic coupling is hereinafter referred to for clarity as axial magnetic coupling.
  • a permanent magnet with a strong axial magnetic field is preferably used for the entrainment magnet 92, e.g. a rare earth magnet.
  • Fig. 4 shows a longitudinal section through the arrangement of Fig. 3, in which the formation of the outer rotor 26 with the rotor bell 40 and the rotor magnet 36 is clearly visible.
  • FIG. 5 shows an exploded view of the arrangement from FIG. 5, in which, in particular, the one-piece construction of the containment shell and the aerodynamic configuration of the cylindrical portion 94 can be seen.
  • the external rotor motor 20 with the outer rotor 26 forms a fan whose fan blades 64 rotate in the fan housing 68.
  • this fan is shown by way of example as an axial fan, which upon rotation of the fan blades 64 in FIG known manner generates an axial flow of air.
  • the fan can be designed, for example, as a diagonal fan or radial fan. The fan design used depends on the particular requirements.
  • the drive magnet 67 Upon rotation of the outer rotor 26, the drive magnet 67 is also rotated, which is e.g. can be magnetized six- or eight-pole.
  • the drive magnet 67 drives the driving magnet 92, which is also magnetized in this case six- or eight-pole, and takes this in the rotation with. If the drive magnet 67 rotates, e.g. counterclockwise, the magnetic coupling consequently also rotates the driving magnet 92 at the same speed in the counterclockwise direction.
  • the arrangement shown in FIGS. 1 to 5 thus operates on the principle of a synchronous motor. Alternatively, operation with slippage is possible.
  • the driving magnet 92 and the feed wheel 90 By the forced rotation of the driving magnet 92 and the feed wheel 90 is rotated so that it sucks a corresponding fluid through the inlet 96 and pumped through the outlet 98 back to the outside.
  • Such an arrangement may e.g. be used to aspirate and pump out in a fountain, or to pump blood in a heart-lung machine, or to transport a cooling liquid in a closed cooling circuit, the feed wheel 90 then has the function of a circulation pump.
  • the lid 88 Since the lid 88 is liquid tightly connected to the cylindrical portion 94, e.g. by laser welding, it can not escape from the pump housing 86 when conveying a liquid to the outside. This contributes to that the section 94 is free of openings of any kind.
  • the electronically commutated external rotor motor 20 and the fluid pump 84 according to the invention can be mounted independently of each other and in a very simple and reliable manner, see. Figs. 2 and 5. For example. it is not necessary during the assembly of the electronically commutated external rotor motor 20 to have access to the end 60 of the inner recess of the bearing tube 30, or on that side of the split pot, on which the fluid pump 84 is formed.
  • the entire remaining part of the arrangement can be completely assembled.
  • the delivery wheel 90 of the fluid pump 84 with its rotary bearing 108 can be mounted from below on the stationary pump shaft 106 before the cover 88 is fastened.

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Abstract

Eine Anordnung zur Förderung von Fluiden hat einen elektronischen kommutierten Aussenläufermotor (20). Dieser hat einen auf einem Statorträger (34) angeordneten Stator (22) und einen mit einem ersten Dauermagneten (67) verbundenden Rotor (26), welcher in einem Lagerrohr (30) relativ zum Stator (22) drehbar gelagert ist. Dieses Lagerrohr (30) ist zumindest teilweise radial innerhalb des Statorträgers angeordnet. Der erste Dauermagnet (67) ist in einem Zwischenraum zwischen dem Statorträger (34) und dem Lagerrohr (30) angeordnet. Eine Fluidpumpe (84) hat ein innerhalb eines Pumpengehäuses (86) drehbar angeordnetes Förderrad (90), welches mit einem zweiten Dauermagneten )92) verbunden ist, wobei zwischen erstem und zweitem Dauermagneten eine flüssigkeitsdichte, aber magnetisch transparente, Trennwand (82) vorgesehen ist. Der erste Dauermagnet (67) bildet durch Zusammenwirken mit dem zweiten Dauermagneten (92) eine Magnetkupplung für die Fluidpumpe (84), welche Magnetkupplung bei Drehung des Rotors (26) automatisch eine Drehung des Förderrades (90) bewirkt.

Description

Anordnung zur Förderung von Fluiden
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Förderung von Fluiden. Als Fluide können flüssige und/oder gasförmige Medien gefördert werden.
Bei Computern werden heute Bauteile mit hohen Wärmestromdichten verwendet, z.B. 60 W/cm2. Diese Bauteile müssen mit geeigneten Kühlanordnungen gekühlt werden, um eine thermische Zerstörung der Bauteile zu verhindern.
In derartigen Kühlanordnungen erfolgt die Ableitung der Wärme von diesen Bauteilen mittels sogenannter Wärmeaufnehmer oder CoId Plates. In diesen wird die Wärme zu einer Kühlflüssigkeit übertragen, welche gewöhnlich in einem Flüssigkeitskreislauf in Zwangsumlauf versetzt wird. Hierbei durchströmt die Kühlflüssigkeit nicht nur den Wärmeaufnehmer, sondern auch eine Flüssigkeitspumpe, welche den Zwangsumlauf bewirkt und einen adäquaten Druckaufbau sowie einen adäquaten Volumenstrom durch den Wärmeaufnehmer und einen zugeordneten Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher bewirkt. Der Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher dient dazu, die Wärme von der Kühlflüssigkeit an die Umgebungsluft abzugeben. Hierzu wird beim Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher gewöhnlich ein Lüfter angeordnet, welcher auf der Luftseite des Wärmetauschers eine erzwungene Konvektion der Kühlluft und gute Übertragungskoeffizienten bewirkt.
Aufgrund des eingeschränkt verfügbaren Bauraums in Computern und der somit hohen Integrationsdichte von darin angeordneten Bauteilen, ist eine kompakte Bauweise bei derartigen Kühlanordnungen wünschenswert.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Anordnung zur Förderung von Fluiden bereit zu stellen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Schutzansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Schutzansprüche.
Insbesondere wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Dementsprechend umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung zur Förderung von Fluiden einen elektronisch kommutierten Außenläufermotor mit einem auf einem Statorträger angeordneten Stator und einem in einem Lagerrohr gelagerten Rotor, und eine Fluidpumpe mit einem Förderrad. Der Rotor des elektronisch kommutierten Außenläufermotors und das Förderrad der Fluidpumpe sind über eine Magnetkupplung derart magnetisch miteinander gekoppelt, dass eine Drehung des Rotors eine Drehung des Förderrades bewirkt. Diese Magnetkupplung wird durch einen mit dem Rotor verbundenen ersten Dauermagneten in Zusammenwirkung mit einem mit dem Förderrad verbundenen zweiten Dauermagneten gebildet. Hierbei ist zumindest der erste Dauermagnet in einem Zwischenraum zwischen dem Statorträger und dem Lagerrohr angeordnet und von dem zweiten Dauermagneten durch eine flüssigkeitsdichte aber magnetisch transparente Trennwand getrennt.
Man erhält so eine sehr kompakte Anordnung mit hohem Integrationsgrad und gutem Wirkungsgrad, insbesondere bei unteren und mittleren Drehzahlen, wobei die Platzierung des ersten Dauermagneten in dem Zwischenraum zwischen dem Statorträger und dem Lagerrohr die Realisierung einer niedrigen Bauhöhe ermöglicht.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist Gegenstand des Anspruchs 2. Dementsprechend kann der zweite Dauermagnet ebenfalls in dem Zwischenraum zwischen dem Statorträger und dem Lagerrohr angeordnet sein. Dies ermöglicht eine weitere Reduzierung der Bauhöhe und eine Erhöhung der Integrität der Einheit von Außenläufermotor, Magnetkupplung und Fluidpumpe.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist Gegenstand des Anspruchs 10. Dementsprechend können das Lagerrohr, die Trennwand und der Statorträger als einstückiges, im Querschnitt mäanderförmiges Teil ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine Minimierung der Teilezahl und somit eine vereinfachte Montage der Anordnung.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Anordnung zur Förderung von Fluiden gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der Anordnung gemäß Fig. 1 , Fig. 3 eine Schnittansicht einer raumbildlichen Darstellung von einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung zur Förderung von Fluiden gemäß der Erfindung,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 3, und
Fig. 5 eine Explosionsdarstellung der Anordnung gemäß Fig. 3.
In der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich die Begriffe links, rechts, oben und unten auf die jeweilige Zeichnungsfigur und können in Abhängigkeit von einer jeweils gewählten Ausrichtung (Hochformat oder Querformat) von einer Zeichnungsfigur zur nächsten variieren. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nur einmal beschrieben.
Fig. 1 zeigt in vergrößerter Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform einer Anordnung mit einer Fluidpumpe 84, welche beispielhaft als Kreiselpumpe dargestellt ist, und einem elektronisch kommutierten Außenläufermotor 20. Dieser hat einen Innenstator 22 von konventioneller Bauweise, wie er beispielhaft in Fig. 2 dargestellt ist, z.B. einen Stator mit ausgeprägten Polen oder einen Klauenpolstator, und dieser ist durch einen im Wesentlichen zylindrischen Luftspalt 24 von einem permanentmagnetischen Außenrotor 26 getrennt. Im Betrieb dreht sich der Außenrotor 26 um den Innenstator 22, weshalb man solche Motoren 20 als Außenläufermotoren bezeichnet.
Der Innenstator 22 ist auf einem ringförmigen Statorträger 34 befestigt, gewöhnlich durch Aufpressen. Die Form des Statorträgers 34 ist aus Fig. 2 besonders klar ersichtlich. Unterhalb des Innenstators 22 befindet sich in Fig. 1 eine Leiterplatte 32. Auf dieser befinden sich z.B. (hier nicht dargestellte) elektronische Bauteile, welche zur elektronischen Kommutierung des Motors 20 benötigt werden. Ferner ist ein Rotorstellungssensor 38 auf der Leiterplatte 32 angeordnet, welcher von dem Rotormagneten 36 des Außenrotors 26 gesteuert wird. Dieser Rotormagnet 36 ist als Permanentmagnetring ausgebildet und weist bevorzugt kunststoffgebundenes Magnetmaterial auf. Ferner ist der Rotormagnet 36 radial magnetisiert und vorzugsweise achtpolig ausgebildet. Seine Magnetisierung, also die Verteilung seiner magnetischen Flussdichte, kann z.B. rechteckförmig oder trapezförmig sein. Der Rotorstellungssensor 38 wird von einem Streufeld des Rotormagneten 36 gesteuert, was eine berührungslose Erfassung der Stellung des Außenrotors 26 ermöglicht.
Der Außenrotor 26 hat eine Bauweise mit einer sogenannten Rotorglocke 40, welche in Fig. 1 beispielhaft als tiefgezogenes, becherförmiges Blechteil dargestellt ist und z.B. aus einem weichferromagnetischen Werkstoff ausgebildet ist. Der Rotormagnet 36 ist in dieser Rotorglocke 40 befestigt, so dass letztere einen magnetischen Rückschluss für den Rotormagneten 36 bildet.
An der Außenseite der Rotorglocke 40 sind beispielhaft Lüfterflügel 64 dargestellt. Bevorzugterweise ist die Rotorglocke 40 hierzu von einem (nicht dargestellten) Kunststoffteil umgeben, vgl. Fig. 5, an welchem diese Lüfterflügel 64 durch Kunststoff- Spritzguss in der dargestellten Weise ausgebildet sind. Die Lüfterflügel 64 drehen sich im Betrieb in einer Ausnehmung eines Lüftergehäuses. Ein entsprechendes Lüftergehäuse wird weiter unten bei Fig. 3 erläutert.
In der Rotorglocke 40 ist eine Welle 46 in der dargestellten Weise befestigt. Die Welle 46 ist in zwei Kugellagern 48, 50 gelagert, welche z.B. bei der Montage in Fig. 1 zusammen mit der Welle 46 von oben in ein Lagerrohr 30 eingepresst werden. Die Kugellager 48, 50 können in dem Lagerrohr durch geeignete Halteelemente gehalten werden, z.B. ein Rastglied. In den in das Lagerrohr 30 eingepressten Kugellagern 48, 50 kann die Welle 46 ebenfalls durch geeignete Halteelemente gehalten werden, z.B. durch einen Sprengring.
Die Montage der Welle 46 mit den Kugellagern 48, 50 in dem Lagerrohr 30 ist aus Fig. 2 besonders klar ersichtlich. Naturgemäß kann diese Montage auf viele Arten erfolgen und ist somit nicht auf eine bestimmte Montageart beschränkt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die beschriebene Montageart bei Fig. 1 ermöglicht, die Welle 46 des Außenrotors 26 samt den fertig vormontierten Kugellagern 48, 50 von oben her im Lagerrohr 30 zu montieren, so dass das in Fig. 1 unten dargestellte Ende 60 der Innenausnehmung des Lagerrohrs 30 flüssigkeitsdicht verschlossen sein kann, vgl. hierzu Fig. 2.
Zwischen dem Lagerrohr 30 und dem Statorträger 34 ist ein Zwischenraum ausgebildet, in welchem ein sogenannter Antriebsmagnet 67 angeordnet ist. Dieser Antriebsmagnet 67 dient als Antrieb in einer Magnetkupplung und ist in Fig. 1 und 2 ringförmig ausgebildet und mit der Rotorglocke 40 fest verbunden. Bevorzugterweise weist der Antriebsmagnet 67 kunststoffgebundenes Magnetmaterial auf, z.B. Kunststoffmaterial mit eingebetteten Partikeln aus Hartferriten, und wird durch Kunststoffspritzen hergestellt. Ein derart hergestellter Permanentmagnet wird auch als kunststoffgebundener Ferritmagnet bezeichnet und kann auch zur Ausbildung des Rotormagneten 36 verwendet werden. Hierbei kann der Rotormagnet 36 durch das Kunststoffspritzen an der Rotorglocke 40 befestigt werden. Alternativ könnte als Rotormagnet 36 auch ein Hartferrit-Magnetring separat an der Rotorglocke 40 befestigt werden, z.B. durch Kleben oder Aufpressen, oder man könnte Einzelmagnete aus seltenen Erden verwenden, z.B. aus Neodym.
In Fig. 1 ist der Antriebsmagnet 67 durch eine ringförmige Trennwand 82 von einem sogenannten Mitnahmemagneten 92 getrennt, welcher im Betrieb der Magnetkupplung bei Drehung des Antriebsmagneten 67 sozusagen "mitgenommen" wird und im Querschnitt parallel zu dem Antriebsmagneten 67 angeordnet ist. Diese Trennwand 82 ist bevorzugterweise flüssigkeitsdicht aber magnetisch transparent ausgebildet, z.B. aus Kunststoff. Wie dargestellt ist das obere Ende der ringförmigen Trennwand 82 über einen ringförmigen Steg 80 mit dem oberen Ende des Lagerrohres 30 flüssigkeitsdicht verbunden. Ferner ist das untere Ende der Trennwand 82 über einen ringförmigen Steg 74 flüssigkeitsdicht mit dem unteren Ende des ringförmigen Statorträgers 34 verbunden. Die ringförmigen Stege 80 und 74 verlaufen jeweils senkrecht zur Drehachse des Außenrotors 26. Somit bilden das Lagerrohr 30, der Steg 80, die Trennwand 82, der Steg 74 und der Statorträger 82 ein im Querschnitt mäanderförmiges Teil, welches im Bereich des Mitnahmemagneten 92 als Spalttopf ausgebildet ist. Dieser Spalttopf ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einstückig ausgebildet und z.B. aus Kunststoff hergestellt.
Der Spalttopf geht über die äußere Peripherie des ringförmigen Stegs 74 in einen zylindrischen Abschnitt 94 über, welcher, wie dargestellt, zur Befestigung eines Deckels 88 dient, um mit diesem ein flüssigkeitsdichtes Pumpengehäuse 86 zu bilden. Der Deckel 88 kann z.B. mittels einer (nicht dargestellten) Schraubenbefestigung, eines (nicht dargestellten) Dichtrings, oder durch Laserschweißen an dem zylindrischen Abschnitt 94 befestigt werden. Am Deckel 88 ist ein Einlass 96 vorgesehen, über welchen ein Fluid in das Pumpengehäuse 86 gelangen kann, welches über einen schematisch dargestellten Auslass 98 aus dem Pumpengehäuse 86 austreten kann.
Im Innenraum des Pumpengehäuses 86 ist zur Ausbildung der Fluidpumpe 84 ein Förderrad 90 vorgesehen. In Fig. 1 ist das Förderrad 90 auf einer Pumpenwelle 106 angeordnet, welche in axialer Verlängerung zu der Welle 46 des Außenrotors 26 ausgebildet ist. Beide Wellen sind durch das flüssigkeitsdicht verschlossene Ende 60 der Innenausnehmung des Lagerrohrs 30 flüssigkeitsdicht voneinander getrennt.
Die Pumpenwelle 106 bildet eine feststehende Achse, auf welcher das Förderrad 90 in Fig. 1 in einer Kreisellagerung 108 relativ zu der Achse drehbar gelagert ist. Die Kreisellagerung 108 wird bevorzugt durch so genannte Hybridlager realisiert. Diese Hybridlager haben Kugeln aus Keramik und Lagerungen aus einer korrosionsresistenten Edelstahllegierung. Sie werden z.B. von der Firma GRW hergestellt und werden besonders für Blutpumpen und Dentalbohrer verwendet. Mit solchen Lagern erhält man die gewünschten Lebensdauern auch in ungewöhnlichen Fluiden.
Alternativ zu der feststehenden Achse kann man für die Lagerung des Förderrads 90 eine rotierende Welle vorsehen, welche genauso wie die Welle 46 des Außenrotors 26 in einem (nicht dargestellten) Lagerrohr gelagert wird, welches dann ebenso wie das Lagerrohr 30 einstückig mit dem Spalttopf ausgebildet wird und von diesem nach unten ragt, also spiegelbildlich zum Lagerrohr 30.
Das Förderrad 90 ist bevorzugt einstückig mit dem Mitnahmemagneten 92 ausgebildet, welcher durch Zusammenwirkung mit dem Antriebsmagneten 67 die Magnetkupplung bildet, d.h. wenn sich der Antriebsmagnet 67 dreht, dreht sich auch der Mitnahmemagnet 92 und treibt dadurch das Förderrad 90 an, wodurch dieses ein Fluid über den Einlass 96 ansaugt und über den Auslass 98 wieder nach außen pumpt, wie durch Pfeile angedeutet ist. Als Fluide können flüssige Medien, z.B. Kühlflüssigkeiten, und/oder gasförmige Medien Anwendung finden. Des Weiteren kann anstelle einer Kreiselpumpe jede beliebige andere Strömungsmaschine vorgesehen werden, z.B. ein Kompressor für ein Kältemittel.
In Fig. 1 wird die Magnetkupplung durch eine Kopplung der radialen Magnetfelder des Antriebsmagneten 67 und des Mitnahmemagneten 92 gebildet. Deshalb wird diese Magnetkupplung im Folgenden zur Verdeutlichung als radiale Magnetkupplung bezeichnet.
Fig. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung der Anordnung aus Fig. 1, in welcher der Deckel 88 des Pumpengehäuses 86 nicht dargestellt ist. Aus Fig. 2 ist insbesondere die einstückige, im Querschnitt mäanderförmige Ausbildung des Lagerrohrs 30, des Stegs 80, der Trennwand 82, des Stegs 74 und des Statorträgers 34 klar ersichtlich. Des Weiteren wird in Fig. 2 die Bauweise des Innenstators 22 und die einstückige Ausbildung des Förderrads 90 mit dem Mitnahmemagnet 92 verdeutlicht.
Fig. 3 zeigt in vergrößerter raumbildlicher Schnittdarstellung eine zweite Ausführungsform der Anordnung zur Förderung von Fluiden mit der Fluidpumpe 84 und dem elektronisch kommutierten Außenläufermotor 20, welche sich geringfügig von Fig. 1 unterscheidet. Diese Anordnung ist beispielhaft in einer Ausnehmung 66 eines Lüftergehäuses 68 befestigt, in welcher sich im Betrieb die Lüfterflügel 64 des elektronisch kommutierten Außenläufermotors 20 drehen, vgl. Fig. 4 und 5. Das Lüftergehäuse 68 hat z.B. die übliche quadratische Form eines Gerätelüfters und hat in seinen Ecken jeweils eine Befestigungsbohrung 70. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist in Fig. 3 die Rotorglocke 40 wie dargestellt von einem Kunststoffteil 63 umgeben, an welchem die Lüfterflügel 64 durch Kunststoff-Spritzguss in der dargestellten Weise ausgebildet sind. Ferner ist die Trennwand 82 nicht zwischen dem Lagerrohr 30 und dem Statorträger 34 angeordnet, sondern an deren unteren Enden. Somit ist der Mitnahmemagnet 92 im Querschnitt nicht parallel zu dem Antriebsmagneten 67 angeordnet, sondern vielmehr in axialer Verlängerung zu diesem.
Wie aus Fig. 5 besonders klar ersichtlich ist, bildet die Trennwand 82 in der zweiten Ausführungsform einen ringförmigen Steg zwischen dem unteren Ende des Lagerrohrs 30 und dem unteren Ende des Statorträgers 34, welche durch die Trennwand 82 flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind und im Bereich des Mitnahmemagneten 92 einen Spalttopf ausbilden. Dieser Spalttopf ist bevorzugt einstückig und z.B. aus Kunststoff hergestellt, und geht über die äußere Peripherie der ringförmig ausgebildeten Trennwand 82 in den zylindrischen Abschnitt 94 über, welcher wiederum zur Befestigung des Deckels 88 dient. Der zylindrische Abschnitt 94 ist in Fig. 3 beispielhaft in Stromlinienform als strömungsgünstige Rinne dargestellt.
Durch die Anordnung des Mitnahmemagneten 92 in axialer Verlängerung zu dem Antriebsmagneten 67 wird die Magnetkupplung durch eine Kopplung der axialen Magnetfelder dieser Permanentmagneten gebildet. Deshalb wird diese Magnetkupplung im Folgenden zur Verdeutlichung als axiale Magnetkupplung bezeichnet. Um eine störungsfreie Funktionalität dieser axialen Magnetkupplung zu gewährleisten, wird bevorzugt für den Mitnahmemagneten 92 ein Permanentmagnet mit einem starken axialen Magnetfeld verwendet, z.B. ein Seltene-Erde-Magnet.
Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch die Anordnung aus Fig. 3, in welchem die Ausbildung des Außenrotors 26 mit der Rotorglocke 40 und dem Rotormagnet 36 klar ersichtlich ist.
Fig. 5 zeigt eine Explosionsdarstellung der Anordnung aus Fig. 5, in welcher insbesondere die einstückige Ausbildung des Spalttopfs sowie die strömungsgünstige Ausgestaltung des zylindrischen Abschnitts 94 ersichtlich ist.
Arbeitsweise
Im Betrieb bildet der Außenläufermotor 20 mit dem Außenrotor 26 einen Lüfter, dessen Lüfterflügel 64 sich im Lüftergehäuse 68 drehen. In den Fig. 1 bis 5 ist dieser Lüfter beispielhaft als Axiallüfter dargestellt, welcher bei Drehung der Lüfterflügel 64 in bekannter Weise einen axialen Luftstrom erzeugt. Alternativ kann der Lüfter z.B. auch als Diagonallüfter oder Radiallüfter ausgebildet werden. Die verwendete Lüfterbauweise hängt hierbei von den jeweiligen gestellten Anforderungen ab.
Bei der Drehung des Außenrotors 26 wird auch der Antriebsmagnet 67 gedreht, welcher z.B. sechs- oder achtpolig magnetisiert sein kann. Der Antriebsmagnet 67 treibt den Mitnahmemagneten 92 an, welcher in diesem Fall ebenfalls sechs- oder achtpolig magnetisiert ist, und nimmt diesen bei der Drehung mit. Dreht sich der Antriebsmagnet 67 z.B. gegen den Uhrzeigersinn, so wird durch die Magnetkupplung folglich auch der Mitnahmemagnet 92 mit der gleichen Geschwindigkeit gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Anordnung arbeitet somit nach dem Prinzip eines Synchronmotors. Alternativ ist auch ein Betrieb mit Schlupf möglich.
Durch die erzwungene Drehung des Mitnahmemagneten 92 wird auch das Förderrad 90 gedreht, so dass dieses ein entsprechendes Fluid durch den Einlass 96 ansaugt und durch den Auslass 98 wieder nach außen pumpt. Eine solche Anordnung kann z.B. verwendet werden, um in einem Springbrunnen Wasser anzusaugen und nach außen zu pumpen, oder um in einer Herz-Lungen-Maschine Blut zu pumpen, oder um in einem geschlossenen Kühlkreislauf eine Kühlflüssigkeit zu transportieren, wobei das Förderrad 90 dann die Funktion einer Umwälzpumpe hat.
Da der Deckel 88 flüssigkeitsdicht mit dem zylindrischen Abschnitt 94 verbunden ist, z.B. durch Laserschweißen, kann aus dem Pumpengehäuse 86 bei Förderung einer Flüssigkeit diese nicht nach außen entweichen. Dazu trägt bei, dass der Abschnitt 94 frei von Durchbrechungen jeder Art ist. Dies ist deshalb möglich, weil der elektronisch kommutierte Außenläufermotor 20 und die Fluidpumpe 84 erfindungsgemäß unabhängig voneinander und auf eine sehr einfache und prozesssichere Art und Weise montiert werden können, vgl. Fig. 2 und 5. Z.B. ist es bei der Montage des elektronisch kommutierten Außenläufermotors 20 nicht notwendig, zum Ende 60 der Innenausnehmung des Lagerrohrs 30 Zugriff zu haben, oder auf diejenige Seite des Spalttopfs, an welcher die Fluidpumpe 84 ausgebildet wird. Insbesondere kann vor der Montage des Außenrotors 26 der gesamte übrige Teil der Anordnung fertig montiert werden. Ebenso kann das Förderrad 90 der Fluidpumpe 84 mit seiner Kreisellagerung 108 von unten auf der feststehenden Pumpenwelle 106 montiert werden, bevor der Deckel 88 befestigt wird.
Durch den geringen räumlichen Abstand zwischen dem Antriebsmagnet 67 und dem Mitnahmemagnet 92 in den Fig. 1 bis 5 wird erfindungsgemäß eine starke Magnetkupplung gebildet und ein guter Wirkungsgrad der Anordnung erreicht, insbesondere bei niedrigen und mittleren Drehzahlen. Ferner ermöglicht dieser geringe Abstand es, den Mitnahmemagneten 92 durch einen Permanentmagneten mit einem kleinen Durchmesser zu realisieren. Dies ist deshalb wichtig, da sich der Mitnahmemagnet 92 im Fluid dreht und folglich bei einem kleinen Durchmesser des Mitnahmemagneten 92 niedrige Reibungsverluste in diesem Fluid entstehen. Dies trägt zu dem guten Wirkungsgrad der Anordnung bei. Femer werden erfindungsgemäß eine niedrige Bauhöhe und ein hoher Integrationsgrad erreicht.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Förderung von Fluiden, welche aufweist:
Einen elektronisch kommutierten Außenläufermotor (20), mit einem auf einem Statorträger (34) angeordneten Stator (22) und einen mit einem ersten Dauermagneten (67) verbundenen Rotor (26), welcher in einem Lagerrohr (30) relativ zum Stator drehbar gelagert ist, welches Lagerrohr zumindest teilweise radial innerhalb des Statorträgers angeordnet ist, wobei der erste Dauermagnet (67) in einem Zwischenraum zwischen dem Statorträger (34) und dem Lagerrohr (30) angeordnet ist; eine Fluidpumpe (84) mit einem innerhalb eines Pumpengehäuses (86) drehbar angeordneten Förderrad (90), welches mit einem zweiten Dauermagneten (92) verbunden ist, wobei zwischen dem ersten Dauermagneten und dem zweiten Dauermagneten eine flüssigkeitsdichte aber magnetisch transparente Trennwand (82) vorgesehen ist und der erste Dauermagnet (67) durch Zusammenwirken mit dem zweiten Dauermagneten (92) eine Magnetkupplung für die Fluidpumpe (84) bildet, welche Magnetkupplung bei Drehung des Rotors (26) eine Drehung des Förderrads (90) der Fluidpumpe (84) bewirkt.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , bei welcher der erste Dauermagnet (67) zwischen dem Lagerrohr (30) und der Trennwand (82) angeordnet ist, und der zweite Dauermagnet (92) zwischen der Trennwand und dem Statorträger (34) angeordnet ist.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der erste Dauermagnet (67) und der zweite Dauermagnet (92) ringförmig sind.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der erste Dauermagnet (67) kunststoffgebundenes Magnetmaterial oder in Kunststoff eingebettete Dauermagnete aufweist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, bei welcher der erste Dauermagnet (67) durch Kunststoffspritzen hergestellt ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Lagerrohr (30), die Trennwand (82) und der Statorträger (34) aus magnetisch transparentem Werkstoff hergestellt sind.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher ein Ende des Lagerrohrs (30) über einen ringförmigen Steg (80) flüssigkeitsdicht mit einem Ende der Trennwand (82) verbunden ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, bei welcher das Pumpengehäuse (86) flüssigkeitsdicht mit dem anderen Ende des Lagerrohrs (30) und dem anderen Ende der Trennwand (82) verbunden ist, und im Bereich des zweiten Dauermagneten (92) als Spalttopf ausgebildet ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, bei welcher der Spalttopf aus einem magnetisch transparenten Werkstoff, insbesondere aus einem Kunststoff, hergestellt ist.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Lagerrohr (30), die Trennwand (82) und der Statorträger (34) als einstückiges Teil, insbesondere als im Querschnitt mäanderförmiges Teil, hergestellt sind, in welchem ein Ende des Lagerrohrs mit einem Ende der Trennwand verbunden ist und das andere Ende der Trennwand mit einem Ende des Statorträgers verbunden ist.
1 1. Anordnung nach Anspruch 10, bei welcher das einstückige Teil aus einem magnetisch transparenten Werkstoff hergestellt ist.
12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 1 1 , bei welcher das Pumpengehäuse (86) flüssigkeitsdicht mit dem anderen Ende des Lagerrohrs (30) und dem anderen Ende der Trennwand (82) verbunden ist, und im Bereich des zweiten Dauermagneten (92) als Spalttopf ausgebildet ist.
13. Anordnung nach Anspruch 12, bei welcher das eine Ende des Statorträgers (34) fest mit dem Spalttopf verbunden ist.
14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der elektronisch kommutierte Außenläufermotor (20) eine Rotorglocke (40) aufweist, innerhalb welcher ein Rotormagnet (36) und der erste Dauermagnet (67) angeordnet sind.
15. Anordnung nach Anspruch 14, bei welcher an der Rotorglocke (40) Lüfterflügel (64) angeordnet sind.
16. Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, bei welcher der Rotormagnet (36) kunststoffgebundenes Magnetmaterial oder dgl. aufweist.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei welcher der Rotormagnet (36) mehrpolig und insbesondere achtpolig ausgebildet ist.
18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Förderrad (90) der Fluidpumpe mit einer in dem Pumpengehäuse angeordneten, feststehenden Pumpenwelle (106) verbunden ist, und im Betrieb um diese Pumpenwelle rotiert.
19. Anordnung nach Anspruch 18, bei welcher die Pumpenwelle (106) in axialer Verlängerung zu einer mit dem Rotor (26) verbundenen Welle (46) angeordnet ist, welche in dem Lagerrohr (30) drehbar gelagert ist, wobei die beiden Wellen flüssigkeitsdicht voneinander getrennt sind.
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