CN113196635A - 具有湿式电机的循环泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于泵送流体的循环泵，包括：多部分式的壳体(1、2)，限定用于泵送流体的通道，其中壳体(1、2)设有壳体底部(11)、壳体盖(2)、以及周边的壳体壁(12)；泵用电机，具有设置在壳体中的定子(3)和绕转动轴线可转动地安装在壳体中的转子(5)，其中转子(5)和定子(3)彼此同轴设置，转子(5)安装在中央，并且其中泵入口(30)设置在壳体的平坦侧且与转子(5)的转动轴线同轴设置，泵出口(31)设置在壳体(1)上且与转轴轴线间隔布置，其中，定子(3)以设置在壳体(1、2)内部的方式，以在运行期间，泵送流体处于定子(3)与壳体的壳体底部(11)之间以及处于定子(3)与壳体的壳体上部(2)之间。

Description

具有湿式电机的循环泵

本发明涉及循环泵和具有循环泵的冷却装置技术领域，具体地涉及一种具有方案1的前序部分的特征的循环泵以及一种具有循环泵的冷却装置。

除了例如用于供暖设备或游泳池的大型和高功率的循环泵，由现有技术还已知较小的循环泵，这种循环泵例如用在用于计算机处理器的液体冷却装置中。这里已知不同的结构形式。

例如US 2008/0104992 A1记载了一种泵，该泵具有壳体、定子和设置在定子中的转子。转子作为内转子相对于定子设有更小的直径，这限制了泵的性能和效率。

由US 7,016,195 B2已知的泵构造成具有外转子的间隙护罩泵。该间隙护罩在定子和转子之间形成间距，由于这个间距限制了效率。这种结构形式要求转子中有较大比例的永磁材料。此外，定子设置成与泵送流体是分离的，因此不能有效冷地冷却定子。

由US 2004/0234399 A1已知一种泵，该泵构造成所谓的叶轮转子泵。定子和转子沿轴向方向并排设置。这里，通过轴向支承结构承受磁力，因此这种轴向支承结构必须复杂地构成。

由US 2005/0117298 A1已知最接近的现有技术。该文献公开了例如用于对处理器进行液体冷却的小型结构的循环泵不同的实施例。图46示出具有外转子的泵，外转子安装在中央且包围定子。这里定子集成在壳体部分中。由于这种定子紧凑地构成并且仅以其中的一个表面有限的部分通过间隙护罩与泵送流体进行导热接触，对定子的冷却受到限制。这因此还限制了电机可能的电力消耗。

因此，本发明的目的是提供一种循环泵，该循环泵在性能较高的同时设计更加紧凑。

因为在这种类型的用于泵送流体的循环泵中，定子设置在壳体的内部，以使得在运行期间，泵送流体处于定子和壳体的壳体底部之间以及处于定子和壳体的壳体上部之间，定子的表面的特别大的部分上直接得到冷却并且因此可以以较大的功率运行。这特别是适用于以下情况，壳体底部与定子之间、以及壳体上部与定子之间分别形成有间隙，所述间隙与用于泵送流体的连接管道相连通。

这里，当定子沿径向设置在转子的内部时，机械效率变得特别高。

泵入口和泵出口优选地与用于泵送流体的闭合回路连接。这里优选的是，所述泵送流体是惰性液体。

可以设定的是，所述壳体的与所述泵入口相对的壳体底部上设置用于泵用电机的电子控制器的驱动器壳体，所述电子控制器的结构形式优选地为ASIC(专用集成电路)，所述控制器与定子电连接。所述电子控制器此时通过与所述壳体底部的热接触同样由泵送流体冷却。

所述转子的朝向所述泵入口的轴向端面上具有从所述转动轴线沿径向或螺旋状地向外延伸的表面结构，所述表面结构包括凸起的区域和凹陷的区域，在这种情况下，改进了所述转子的流体动力学作用。

优选地安装在所述壳体中的流体动力学的支承装置上，并且优选地，所述流体动力学的支承装置通过泵送流体润滑。通过所述支承装置，所述泵是非常安静的并且使用寿命较长。

主流体在所述泵入口和所述泵出口之间流动，并且附加地设有旁路，在所述旁路中，分流体从所述主流体分支出来，所述分流体通过至少一个所述间隙在所述壳体和所述定子之间流动，并且所述分流体沿流动方向在所述间隙的下游重新汇入所述主流体，此时，可以有针对性地引导分流体，从而同样能有针对性地冷却在运行期间产生热的部件。这里有利的是，所述旁路延伸通过至少一个通孔，所述通孔从朝向所述泵入口的端面朝所述定子的方向贯穿所述转子。通孔在尺寸设计方面可以特别简单地校准。

优选地所述至少一个通孔与所述转子的转动轴线间隔布置，两者之间的间隔距离不大于转子半径的50％。由此，在运行期间通过所述分流体建立有利的压力差。

所述壳体包括第一壳体部分和第二壳体部分两部分，所述第一壳体部分构造成板状，所述第二壳体部分构造成钵状，以用于容纳所述定子和所述转子，在这种情况下实现了制造的简化。

泵用电机在运行中的功耗在1W至10W之间，优选地在2W至4W之间。

上述目的还通过一种冷却装置来实现，所述冷却装置包括循环泵和热交换器，所述循环泵具有上文所述的特征，所述热交换器通过连接管道与所述循环泵连接，并且所述冷却装置还具有泵送流体的闭合回路。

这里，所述连接管道和/或热交换器优选地由柔性塑料制成。所述热交换器优选地具有足以补偿在运行期间所述泵送流体的热膨胀的弹性。

所述循环泵的壳体用于与机动车辆前照灯的LED模块热接触，并且所述热交换器设置在机动车辆前照灯的外壳上，在这种情况下，通过对LED模块改进的冷却可以实现较为紧凑的灯光装置。有利地特别是所述循环泵和所述LED模块通过相同的工作电源供电。

下面参考附图来详细说明本发明的实施例。其中：

图1示出根据本发明的循环泵的侧面剖视图；以及

图2示出根据本发明的循环泵透视图中的横截面，其中部分壳体被去除。

图1示出用于泵送流体的循环泵，该循环泵具有壳体下部1和壳体上部2，壳体下部1安装定子3和用于转子5的支承装置4。转子5这里可转动地安装在支承装置4中并且由此转子5也能相对于壳体下部1和定子3转动。

定子3通过套筒6固定在壳体下部1上，套筒6部分地包围支承装置4并且将定子3定位在壳体下部1内。这里，壳体下部1具有壳体底部11和壳体壁12，壳体底部11和壳体壁12限定了大致为圆柱形的内腔13。定子3同心地设置在内腔13中并相对于壳体底部11形成有间隙15。在定子3与壳体1的壳体壁12之间同样形成环绕的间隙16，带有永磁体18的钟状的转子5在该间隙中运行。最后，在定子3或转子5与壳体上部2之间也形成有间隙17。

转子5安装在支承装置4的中央并且通过支承轴颈20进行支撑，支承轴颈20相对于支承装置4在轴向和径向上形成流体动力学的支撑。为此目的，在支承装置4中形成用于径向支撑的流体通道21和用于轴向支撑的流体通道22。流体通道21和22与内腔13相连通。

转子5从支承轴颈20出发沿径向向外还具有转子盘25，转子盘25构造成基本上是圆盘形的并且在其上侧上具有槽26。这些槽26基本上沿径向从内向外延伸。圆的转子盘25在槽26的区域内设有平行于轴线的通孔27，通孔27从转子的外侧在定子3的区域中延伸到转子的内侧。

壳体上部2具有用于供应和排出泵送流体的开口，即入口30和出口31。入口30和出口31构造成相对于转子5的转动轴线是同轴的或轴向平行的。入口和出口与壳体下部1的内腔13相连通。

在壳体底部12的外侧上设置驱动器壳体35，驱动器壳体35包括作为电机驱动器的ASIC(专用集成电路)。电机驱动器通过电连接线36与定子3连接。

在图2中用透视图示出另一种构造形式。相同或功能相同的结构元件具有相同的附图标记。在图2的结构形式，去掉了壳体上部。在透视图中能够从上侧看到转子。设置在转子盘上的槽26在这里沿径向延伸。部分槽26具有通孔27，通孔27在转子5的上表面并与转子和定子3之间的空间相连通。

在运行期间，图1或图2的循环泵通过入口30和出口31优选地与封闭的冷却回路连接。这可以通过软管接头和柔性的塑料管道来实现，塑料管道连接至热交换器。冷却系统优选地是封闭的并且填充有流体，该流体也适用于转子在支承装置4中的支承结构。特别是以这样来的方式选择流体，即，通过流体通道21和22确保对转子的流体动力学支承结构的流体供应，并且不必担忧发生腐蚀。可以考虑采用合成的冷却流体或者也可以使用具有润滑剂和/或腐蚀抑制剂作为添加物的纯水。在安装时对冷却回路进行排气，从而循环泵的整个内腔中充满同样的冷却流体。

现在由外部的控制装置(未示出)操控驱动器壳体35中的电机驱动器并通过电连接线36给定子3通电，从而将这种电子整流的泵用电机投入运行中。转子5开始转动，通过这种转动运动在槽26的区域中沿径向向外输送上述泵送流体，从而设置在外侧的出口31的区域内比同心地设置在入口30的区域中具有更高的压力。该压力差开始允许泵送流体从出口31通过冷却回路和未示出的热交换器流动到入口30。转动的转子5由此用作泵转子。

同时由于在泵转子5的沿径向方向的外侧上具有较高的压力，用箭头40标注的泵送流体的分流体通过间隙16朝壳体下部1的平坦侧11的方向输送。这里，该分流体40沿径向向内在转子5的下面朝定子3的方向穿过并且特别是进入定子3和下部的平坦侧11之间的间隙15中。然后，分流体40继续在转子和定子之间流动通过并且在定子3上方进一步沿径向向内流动，直至这个分流体40最终经由通孔27或靠近抽吸侧在循环泵的入口30的附近的多个通孔27重新与主泵送流汇合。就是说，分流体40遵循泵的压力侧和抽吸侧之间的压降。主输送流与分流体40之间的比例可以通过通孔27的尺寸设计来选择。在运行期间，分流体40在定子3外表面的大部分上绕定子3流动，从而在运行期间能有效地排出定子3的在这里形成的热流。由此定子3可以承受高电功率，从而以所示出的结构形式的尺寸来衡量总体上可以提高循环泵的性能，而定子3的热问题不会限制可以实现的性能。此外，分流体40还给流体通道21和22供应泵送流体并且由此给转子5在支承装置4中的流体动力学的支承结构供应泵送流体，从而确保持久地支承转子5。

在另外的实施形式中，在转子上侧的槽26也可以设计成不同的。这里，例如也可以设想采用螺旋线或弧形设置的槽或肋。

本发明的未示出的实施例还包括具有如上面介绍的循环泵的冷却装置。冷却装置包括图1或图2的循环泵和连接在循环泵上的冷却回路，冷却回路具有连接管道和至少一个热交换器。连接管道以及必要时还有热交换器可以设计成柔性的塑料元件，这种塑料元件可以在运行期间通过自身弹性补偿泵送流体出现的热膨胀。热交换器例如可以设置在发热元件的外壳或外壳表面上，以包围发热元件。在循环泵的区域内或通过第二个热交换器可以吸收热量并且然后通过设置在外壳表面上的热交换器输出热量。

这种冷却装置例如可以用于冷却机动车辆前照灯中的LED发光器件。发光器件在运行期间需要冷却，这种冷却目前设计成空气冷却。由此需要这样的结构形式，这种结构形式给空气冷却提供足够的空间，以便能有效地实现冷却。利用上面介绍的具有循环泵的冷却装置可以实现液体冷却，这种液体冷却特别是对于机动车辆在LED灯的结构形式的设计中实现了新的可能性。

这里有利的是，通过控制器35直接将发光器件的工作电压直接加载至循环泵的泵用电机，从而在接通发光器件时自动地启动循环泵，并由此启动冷却回路。这种冷却装置可以整体地集成在机动车辆的LED前照灯中并且与前照灯一起供货。此时，对于这种带有冷却装置的前照灯在机动车辆中的安装和运行，与传统的结构形式相比没有形成差别。特别是不需要增加连接工作，并且也不需要单独地操控冷却装置。

上述冷却装置也可以用于其他领域，特别是机动车辆。这样，例如可以利用该冷却装置对信息娱乐系统或辅助驾驶系统的电子部件进行冷却，并且这种冷却是有利的，因为此时也可以选择较为紧凑的结构形式。

附图标记列表

1 壳体下部

2 壳体上部

3 定子

4 支承装置

5 转子

6 套筒

11 壳体底部

12 外壁

13 内腔

15 间隙

16 间隙

17 间隙

18 永磁体

20 支承轴颈

21 流体通道

22 流体通道

25 转子盘

26 槽

27 通孔

30 入口

31 出口

35 驱动器壳体

36 连接管道

40 分流体

Claims (18)

1.一种用于泵送流体的循环泵，具有：多部分式的壳体(1、2)，所述壳体限定用于泵送流体的通道，所述壳体(1、2)设有壳体底部(11)、壳体盖(2)、以及周边的壳体壁(12)；泵用电机，所述泵用电机包括设置在所述壳体中的定子(3)和绕转动轴线可转动地安装在所述壳体中的转子(5)，所述转子(5)和所述定子(3)彼此同轴设置，并且所述转子(5)安装在中央，并且泵入口(30)设置在所述壳体的平坦侧且与所述转子(5)的转动轴线同轴设置，泵出口(31)设置在所述壳体(1)上且与所述转动轴线间隔布置，其特征在于，所述定子(3)设置在所述壳体(1、2)的内部，以使得在运行期间，泵送流体处于所述定子(3)与所述壳体的壳体底部(11)之间、以及处于所述定子(3)与所述壳体的壳体上部(2)之间。

2.根据权利要求1所述的循环泵，其特征在于，所述壳体底部(11)与所述定子(3)之间、以及所述壳体上部(2)与所述定子(3)之间分别形成有间隙(15、17)，所述间隙与用于泵送流体的连接管道相连通。

3.根据权利要求1或2所述的循环泵，其特征在于，所述定子(3)沿径向布置在所述转子(5)的内部。

4.根据上述权利要求中任一项所述的循环泵，其特征在于，所述泵入口(30)和所述泵出口(31)与用于泵送流体的闭合回路相连接。

5.根据上述权利要求中任一项所述的循环泵，其特征在于，所述泵送流体是惰性液体。

6.根据上述权利要求中任一项所述的循环泵，其特征在于，所述壳体的与所述泵入口(30)相对的壳体底部(11)上设置有用于泵用电机的电子控制器(35)，所述电子控制器的结构形式优选地为ASIC，所述电子控制器与所述定子(3)电连接。

7.根据上述权利要求中任一项所述的循环泵，其特征在于，所述转子(5)的朝向所述泵入口(30)的轴向端面上具有从所述转动轴线沿径向或螺旋状地向外延伸的表面结构，所述表面结构包括凸起的区域和凹陷的区域。

8.根据上述权利要求中任一项所述的循环泵，其特征在于，安装在所述壳体(1)中的流体动力学的支承装置(4)上，并且优选地，所述流体动力学的支承装置(4)通过泵送流体润滑。

9.根据上述权利要求中任一项所述的循环泵，其特征在于，主流体在所述泵入口(30)和所述泵出口(31)之间流动，并且设有旁路，在所述旁路中，分流体(40)从所述主流体分支出来，所述分流体(40)通过至少一个所述间隙(15、16)在所述壳体(1)和所述定子(3)之间流动，并且所述分流体(40)沿流动方向在所述间隙(15、16)的下游重新汇入所述主流体。

10.根据权利要求9所述的循环泵，其特征在于，所述旁路延伸通过至少一个通孔(27)，所述通孔(27)从朝向所述泵入口(30)的端面朝所述定子(3)的方向贯穿所述转子(5)。

11.根据权利要求10所述的循环泵，其特征在于，所述至少一个通孔(27)与所述转子(5)的转动轴线间隔布置，两者的间隔距离不大于所述转子半径的50％。

12.根据上述权利要求中任一项所述的循环泵，其特征在于，所述壳体(1)包括第一壳体部分(2)和第二壳体部分(11、12)两部分，所述第一壳体部分(2)构造成板状，所述第二壳体部分(11、12)构造成钵状，以用于容纳所述定子(3)和所述转子(5)。

13.根据上述权利要求中任一项所述的循环泵，其特征在于，在运行期间，所述泵用电机的功耗在1W至10W之间，优选地在2W至4W之间。

14.一种冷却装置，所述冷却装置包括根据上述权利要求中任一项所述的循环泵和热交换器，所述热交换器通过连接管道与所述循环泵连接，所述冷却装置还具有泵送流体的闭合回路。

15.根据权利要求14所述的冷却装置，其特征在于，所述连接管道和/或所述热交换器由柔性塑料制成。

16.根据权利要求14或15所述的冷却装置，其特征在于，所述热交换器具有足以补偿泵送流体在运行期间的热膨胀的弹性。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述循环泵的壳体用于与机动车辆前照灯的LED模块热接触，并且所述热交换器设置在所述机动车辆前照灯的外壳上。

18.根据权利要求17所述的冷却装置，其特征在于，所述循环泵和所述LED模块通过相同的工作电源供电。

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