CN203466679U - 水力泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水力泵，特别是用于直接由电动机装置（12）驱动的具有泵轮（8）内燃机的冷却水泵，所述泵轮以涡轮或叶轮的方式构建，并布置在泵外壳的至少一个入口连接部和出口连接部之间的泵工作空间内，其中所述电动机装置具有构建为内转子的转子和/或布置在所述泵外壳中或对应地布置在所述泵外壳上的定子。

Description

水力泵

技术领域

本发明涉及一种水力泵，特别涉及一种具有直接由电动机驱动的泵轮的用于内燃机的冷却水泵。

背景技术

在由DE19934382A1已知的此类泵中，构造为电动机的内转子的轴向延伸部布置在以径流式涡轮机方式构造的泵轮上，使得泵轮得以直接驱动。实际上，电动机的转子容纳在泵介质内，然而，泵轮和电动机的转子构成轴向分别布置的部分，其中该转子无论如何也不具有抽吸功能。

DE10009376A1还示出了具有以径流式涡轮机方式构造的泵轮的泵，对该泵提供直接的电驱动。后者具有如下特征：泵介质经由电动机的转子的轴向中心管道抵达泵轮。因此，该中心管道形成泵的吸入侧，而不具有抽吸功能。

DE2008061407A1示出了具有双泵轮的泵，该泵以径流涡轮机方式构造，用于两种传输路径，其中，直接电驱动理由紧邻泵轮分别轴向布置的电动机提供，电动机的电机元件不具有抽吸功能。

DE69203258T2涉及一种具有以径流涡轮机方式构造的泵轮的泵，其中电的内转子电机的转子埋入在泵轮的材料中。

AT404318B涉及具有以径流涡轮机方式构造的泵轮的泵，所述泵通过磁铁以非接触方式安装在外壳中，并利用电动机的转子通过与布置在泵轮上的磁铁耦合的磁铁以非接触方式驱动。

US6254361B1涉及一种泵，该泵的泵轮紧邻内转子电机的环形转子轴向布置，其中该环形转子被泵的吸入管道轴向穿过。

US2003/0210995A1涉及一种具有以径流式涡轮机的方式构建的泵轮的泵，该泵由分别轴向紧邻泵轮布置的电动机直接驱动。

DE3006386A1涉及一种也能看做为泵的旋转阀，因为其随着传送单元运行。然而，运行用于传送的转子部能用作电动机的转子提供的暗示是不成立的（at no point）。

DE3909671A1涉及一种水泵，该水泵构造为具有在两个流体路径内运行的泵轮的双轴泵，但未阐述其驱动。

DE10251463A1示出了具有以径流涡轮机方式构建的泵轮的泵，该泵的进料区域被电动机的环形转子围绕，并与其紧固连接，因此，形成泵轮的结合部。

反过来DE102006027001A1示出了直接相互连接的电动机的泵轮和转子彼此轴向邻近分别布置。

在由DE102007055907A1已知的泵中，轴向布置入口连接部，并将出口连接部径向布置至泵轮，使得泵出的流体能按轴向方向流至泵轮，并能被其叶片径向向外推入出口连接部中。该已知泵的电力直接驱动布置在泵轮远离入口连接部的面上，并具有与泵轮同轴的固定套筒，该套筒轴向突出至圆柱形转子中，该圆柱形转子与泵轮的外围连接。转子在填充由泵送介质的空间内运行，其中在固定套筒的外围和转子的内围之间形成固定面上的湿间隙，并在转子的外围和泵的外壳的内围之间形成外壳面上的湿间隙。永久磁铁和该磁铁的圆柱形铁磁导埋入圆柱形转子的塑料材料中。能以不同的电流方向起作用的固定线圈安置在固定套筒内，使得能产生以固定套筒的周线方向移动的磁场，转子以及还有由此与其连接为一体的泵轮进行相应的旋转。运转固定线圈必需的电子器件能与固定线圈一起布置在固定套筒内。在该已知的水力泵中，因此电动机作为“具有永久磁化的转子的不带电刷的直流电机”工作。

该已知泵的构造相对较高，因为较昂贵的材料对转子的永久磁性是必需的。此外，永久磁铁和转子中相联的铁磁导的包埋或分别布置是昂贵的。最后，两个湿间隙彼此同心提供也是不利的，因此泵送介质在转子的大尺寸区域和泵外壳以及固定套筒上的相邻静止面积之间作为水力刹车变得有效。

发明内容

通过解决一方面保持低的水力损失，以及另一方面确保简单价格有利的生产力的问题，本发明开始于此。

该问题在根据本发明的介绍中用权利要求1的特征部分所示类型的水力泵中得到解决。

本发明的本质在于泵轮以叶轮方式构造在轴向区域内，且该叶轮（采用相应选择的材料）能易于用作电动机的内转子。

根据本发明的尤其特别优选的实施方式，提供一种转子，具有永久磁性和/或可磁化的横截面区域，该横截面区域根据叶轮形状的泵轮的横截面构建。在此，以与泵轮相同的方式提供构造转子的电磁有效区域，使得该转子能与泵轮一起制造，或分别能被构建为所述泵轮的一部分，并由此变得有利于泵送。在此，本发明利用不带刷子的直流电机或磁阻电机中的转子或其电动有效区域能易于以叶轮的方式构建，不管电磁有效区域之间的空间是否被未磁化或分别可磁化的“中性”介质填充或未填充。

在磁阻电机的情况下，提供其他优点，即根本未永久磁化的区域在转子内变为必需的，并且在该类型的电机中对可磁化的转子部分是必需的，能使用以塑料方式加工的材料，特别是可挤出的材料，且原则上该转子由此能以与泵轮相同的方式由塑料制得。

此外，在本发明中有利的是已能容易地实现“双流”型的泵轮构建。所述泵轮作为一个或多个电动机的转子能以一个或数个节段构建，根据需要轴向布置，并能布置为使得两个轴向端部紧邻同轴布置的入口连接部，从而使泵轮旋转时的泵送介质首先能从两个入口连接部传输至泵轮的轴向中心，并且能轴向朝外地传输至一个或多个径向出口连接部中。

在出口连接部或出口连接部区域，在泵外壳中，优选螺旋形空间布置为在外周和旋转方向覆盖泵轮，以使得由泵轮径向朝外传送的泵送介质能进入出口连接部，或对应地对流动为优选的出口连接部。

本发明的其它重要特征和优点来自于子权利要求、附图，以及基于附图的各个图的相关描述。

应理解的是上述提及和下文将要进一步解释的特征不仅能以分别描述的组合使用，还能以其它组合使用，或单独使用，而不背离本发明的范围。

附图说明

本发明特别优选的示例性实施方式在附图中示出，并在以下说明中更详细地解释。

以下各图分别示意性示出了：

图1为不带刷子的直流电机的径向截面图；

图2为磁阻电机的径向截面图；

图3为根据本发明的水力泵的轴向截面图；

图4A至图4D为根据本发明的水力泵的另一轴向截面图；

图5A至图5C为图4A至图4D的实施方式的变体；

图6为泵的双流实施方式的轴向截面；

图7为图4A至图4D的实施方式的另一变体；且

图8A至图8B为构建为电动机装置的转子的部分泵轮的横截面。

具体实施方式

图1所示的基本已知的不带刷子的直流电机具有转子1，转子1可旋转地布置在轴2的周围，与图平面垂直。该转子经永久磁化，并具有磁北极N和磁南极S。转子1与定子3电动共转，定子3以环形形状围绕转子1，并在周向方向具有连续的线圈W1至W4，这些线圈分别围绕由可磁化材料构成的极靴P1至P4，并通过环形磁导4彼此连接，环形磁导4相似地由可磁化材料构成。通过对线圈W1和W3施加对应的电流方向的电流，相联的极靴P1和P3被给予磁能，使得极靴P1形成磁南极，且极靴P3形成磁北极。这具有转子1设法实现所示位置的结果。当线圈W2和W4因此被给予电能，使得极靴P2和P4形成磁南极或相应地磁北极，且同时截断对线圈W1和W3的电流供应，然后如果应用时具有时间延缓则使极性反转时，转子1设法实现相对于所示位置以顺时针方向90°旋转的位置。通过相应地进一步开关线圈的电流供应，由此能在定子3上产生以转子1遵守的循环方向移动的磁场。

在图2所示的磁阻电机中，提供可磁化材料的转子1，可绕转子轴2旋转，该转子具有径向突出部F1至F4，并与定子3电动共转，所示实施例中的定子3因此具有线圈W1至W6，这些线圈分别围绕可磁化材料的极靴P1至P6，其中极靴P1至P6因此通过可磁化材料的磁导4以环形形状彼此连接。首先，线圈W3和W6可提供有电流，使得相联的极靴P3和P6形成磁极性彼此相反的磁极。从而，转子1设法实现其突出部F1和F3的所示位置，其中转子1的可磁化材料在极靴P3和P6之间形成磁阻最小的磁导连接，并在极靴P3和P6之间形成彼此相对的最小气隙，以及形成突出部F1和F3。因此，现在可对线圈W1和W4提供电流，使得极靴P1和P4形成磁极性彼此相反的磁极，同时关闭先前已施加电压的线圈W3和W6的电流供应。当前转子1设法实现其突出部F2和F4与极靴P1和P4对齐的位置。

通过使电流的供应相应地进一步连接至对应的下一个，但一个线圈为循环方向，然后产生磁移动场，该转子1遵循其突出部分别紧邻已施加电压的线圈。

图1和图2的图示仅是示例的方式，具体地，与图中所示相比，各个电动机能具有更多数量的线圈。此外，转子1可具有不同的截面，从而代替图1中的两极永久磁化的转子，可提供四极转子，其中在周向方向彼此磁性相反的磁极彼此相接。在对应的方式中，图2的转子可具有其它突出部，这些突出部与相应地数量增多的线圈或对应的极靴一起运转。

在不带刷子的直流电机以及磁阻电机中，如果线圈的数量或者定子侧对应的极靴数量明显大于永久磁化的磁极数量或对应的转子侧可磁化的突出部的数量，这是有利的。由此，可确保在转子的每个旋转位置，可获得充足数量的固定线圈和极靴，在相应供应电流时，在此期间电关闭剩余的线圈（如果施加了电压），这些线圈和极靴导致转子又一次旋转。

在图3中，示出了根据本发明的泵的高度示意性轴向截面。相对于旋转轴线5大致为圆柱形的泵外壳6在轴向端部具有入口连接部7，入口连接部7产生可绕旋转轴线5旋转的泵轮8的工作腔。泵轮8通过形成在泵外壳6中的螺旋形空间9围绕在外轴侧，该螺旋形空间9在其具有较大截面的末端向径向出口连接部10内打开。以涡轮机轮的方式以基本已知的方式构建泵轮，泵轮将经由旋转中的内连接部7流入的泵送介质径向朝外推入螺旋形空间9，并由此推入出口连接部10。

在泵轮8背离入口连接部7的一侧，形成以泵轮8的直接驱动提供的电动机装置12的转子11。在示出的实施例中，转子11被构建为塑料的圆柱形筒体，其中在电动机装置12构建为不带刷子的直流电机的情况下，将永久磁铁埋入塑料材料中。如果将电动机装置12构建为磁阻电机，具有与图2中的转子1相对应的截面的可磁化结构必须被包埋在转子的塑料材料中。可磁化的材料可为混合有粉状可磁化材料的塑料材料，使得该材料混合物能以与塑料基本相同的方式加工。如下文将进一步更详细地解释，首先，与图2中的转子相对应的主体可由粉体/塑料混合物形成，例如通过注塑形成；此后，该主体在其两个径向突出物之间可被塑料材料填充，而不混合可磁性粉体以形成筒状转子11。筒状转子11布置在外壳6内侧，相对于圆柱形内周壁4，具有很小的径向距离，使得在转子11的外周和内周壁13之间存在非常窄的环形间隙14。该环形间隙14可与螺旋空间9连通，使得环形间隙14在泵运行期间被泵送介质填充有泵送介质，并形成湿间隙。此外，电动机装置12具有围绕转子11的定子，定子的各个元件优选包埋在形成泵外壳6的塑料材料中。

在泵外壳6背离入口连接部7的一侧，布置腔16，该腔16能被前侧的底座15闭合，并且与容纳泵介质的泵外壳6的内部密封地分离。提供上述腔16用于容纳电动机装置12的电子控制电路，或对应地容纳其定子装置。因此，上述控制电路在维修或检查目的的所有时刻均可以。在本申请文件中，表明电动机装置12的电力控制可以无传感器方式进行，因为代替传感器信号，可检测定子线圈的阻抗改变随转子位置的函数。从而，同样没有传感器，产生根据转子11的所需旋转运动，起到作为转子的代表的函数启动定子线圈的可能性。

在腔16和容纳转子11的泵外壳5的内部之间的外壳壁中，锚固与旋转轴线5同轴的轴线17，在该轴线17上用泵轮可旋转地固定转子，优选通过滑动轴承18。此外，转子11还轴向固定在该轴线17上（未示出轴向轴承）。

如图4A所示，根据本发明的水力泵的实施方式与根据图3的实施方式本质区别在于，具有出口连接部10的螺旋形空间9布置在远离入口连接部7的泵轮8的轴向末端的区域中。此外，在入口连接部7和出口连接部10之间轴向布置电动机装置12。为了实现该目的，泵轮8可具有图4B中示出的轴向延长的叶轮的形式。

对于电镀装置12，在此重要的是，根据图4C，布置在电动机装置12的区域中的泵轮8的轴向截面8’构建为电动机装置12的转子。在图4A的电动机装置12构建为磁阻电机的情况下，此时如果形成转子11的轴向截面8’有可磁化的材料构成，它是足够的。相对于泵轮8的简单制造，此处优选混合有可磁化材料的塑料材料。由此，轴向截面8’可以与泵轮8的其它区域基本相同的方式由塑料技术制得。

在图4D中，示出了泵轮8的另一变体实施方式。在该实施方式中，优选为不含混合的可磁化粉体的塑料构成的插片8’’布置在轴向截面8’的叶片之间，使得轴向截面8’具有以环形形状闭合的外周表面。这可为流体动力学有利的，因为以此方式在电动机装置12区域中的轴向截面8’外侧出现较少的泵送介质湍流。另一方面，轴向通道在泵轮的叶片之间的插片8’’内保持径向自由，当位于各叶片之间的泵送介质被螺旋形空间9区域中的泵轮8径向朝外推出时，该轴向通道被泵送介质轴向通过。如果适用，可在面向入口连接部7的泵轮8的叶片径向边缘上布置弧形突出部，如下文借助于图5B和图5C更详细地说明。在泵轮8旋转时，这些突出部产生泵送介质的轴向运动部件，使得后者在泵轮7的叶片之间以轴线方向移动。

此外，图4A至图4D中所示，将电动机装置12的定子4的所有元件容纳于泵外壳6中形成的环形空间19内部，该环形空间相对于泵轮8的工作空间被套筒20闭合。该套筒20应被理解为尽可能的薄壁的，以确保定子3的极靴和一起磁性共转的转子11的部分之间的磁“气隙”具有尽可能小的尺寸。当电动机装置12被构建为磁阻电机时，这是尤其必不可少的；在不带刷子的直流电机的情况下，可实现较宽的气隙，而不会过度降低转子的效率。相对于磁气隙的小宽度，通常优选将定子3埋入相应的固体塑料泵外壳壁中。在这种类型的构建下，定子3的极靴可构建为它们的转子侧的端面作为围绕泵轮7的外壳的内周表面的一部分。相对于泵送介质，定子极靴的可磁化材料的耐腐蚀性不足，至少泵送介质起作用的这些极靴部分由混有可磁化粉体的塑料制备，这使得粉体颗粒以流体密封的方式包封，从而防止腐蚀。

图5A至图5C中示出的实施方式对应于图4A中实施方式的最大可能的程度。必要地，源自图4A，根据图5B，远离入口连接部7，可提供泵轮8的叶片的径向边缘，其具有弧形突出部33，使得在泵轮旋转时，将泵轮的轴线方向的加固移动部件提供至泵送介质。如果适用，根据图5C，泵轮8可在其面向入口连接部7的端部具有环形加固物21，借此还可提高上述弧形突出部33的机械稳定性。如果适用，上述弧形突出部还可与环形加固物21形成固定单元，该固定单元能布置入口连接部侧的泵轮8前端部上。

此外，图5A至图5C示出了对于电动机装置12的电子控制，如果适用，还可在入口连接部7上提供环形外壳部22。

在图6中，示出了根据本发明的水力泵的特别优选的“双流”实施方式。此时，提供彼此同轴的两个入口连接部7’和7’’，“双泵轮”80在它们之间工作，并将泵送介质输送至居中位于入口连接部7’和7’’之间的螺旋形空间9，由此进入出口连接部10。如图4C所示，双泵轮80构成彼此连接成一体的两个泵轮8的组合。根据图6，进一步提供用两个电动机装置12驱动泵，其中可有利地提供在周向方向提供相对于彼此轻微偏置的两个电机的定子装置，使得能实现泵轮80特别均匀地运行。

基本上，仅用一个单个电动机装置12也能驱动双泵轮80。

在以上示出的所有实施方式中，优选提供滑动轴承用于泵轮的旋转轴承。根据第一变体，此处可提供轴，其以固定方式与泵外壳连接，或分别于固定至外壳的部件连接，在该轴上泵轮滑动地安装有轴承套筒。这在图4A的实施方式中以实例的方式示出。此处，轴23紧固地锚定在泵轮8的工作空间和控制电子器件的容纳空间16之间的外壳罩上。泵轮8具有被该轴23贯通的中心轴孔，在该孔的端部区域插入轴承套筒24。由此径向地设置泵轮8。对于泵轮8的轴向轴承，可在轴23上的周向沟槽或类似物中布置环或类似物，它们与轴承套筒24的面向前的端部共运转。

在图6的实施方式中，轴23锚定在三只腿的轴承块26上，轴承块26被固定在入口连接部7’和7”的内周壁上，优选以力适配的方式、形式适配的方式和材料连接的方式固定。布置在双泵轮80的中心孔中的轴承套筒24一方面确保轴23上的双泵轮80的径向轴承，该轴承能自由运转至最大可能的程度；另一方面，这些轴承套筒与正面环形表面共运转，该环形表面在用于双泵轮80的轴向轴承的三只腿的轴承块26的轴支架上。

在图7中，示出了泵轮8的特别有利的装配，其中至于其他，示出的泵对应于根据图4A的实施方式。

在泵轮8的工作空间和用于电动机装置12的定子的控制电子器件的腔16之间的径向外壳壁上，紧固地布置第一固定轴承栓28，该轴承栓以圆头形状的端部突入泵轮8上的对应地镜像相反的轴承罩29中。相似类型的另一轴承栓28安装在三只腿的轴承块26上泵轮28的相对的轴向端部，并以圆头形状的端部突入可轴向移动的轴承罩30中，该轴承罩30轴向可移动地布置在泵轮8的轴向孔中，并利用弹簧元件31抵靠轴承栓28的圆头，该圆头布置在泵轮8中，例如可由弹性体元件构成。以此方式，可易于补充配置公差。在图6的双泵轮80的情况下，对应装配也是可能的，其中，然后布置在三只腿的轴承块26上的轴承栓与紧固地布置在双泵轮中的轴承罩共运转，且布置在另一三只腿的轴承块上的轴承栓与双泵轮80中的轴向可移动的支在弹簧上的轴承罩共运转。

在所有的滑动轴承中，可提供彼此共运转的轴承表面提供有如下表面结构，在泵轮旋转期间，其促使能够在彼此相对移动的轴承表面之间承载的流体层形成。

图8A至图8B示出了泵轮8的截面8’的可能的横截面，泵轮8构建为电动机装置12的转子，或相应地为双泵轮80的可能的横截面。根据图8A，叶片状的泵轮的整个横截面可由塑料材料组成，在该塑料材料中包埋入了可磁化的粉体。

相反，还能根据图8B由不含可磁化粉体的塑料材料形成泵轮横截面的“芯”，然后在上面形成含有包埋的可磁化粉体的塑料涂层，例如通过注塑技术形成。在混入有可磁化粉体的塑料材料分别用图8A和图8B中的P表示。

此外，图8B示出了另一有利的实施方式：

如在常规磁阻电机中，转子8的芯K可由金属片或分别由金属片的叠层构成，金属片由可磁化的铁材料构成。然而，此类材料非常易腐蚀，因此快速被水性泵送介质损坏。如果易受腐蚀的芯K现涂布有混有可磁化粉体的塑料材料P，芯K的磁软化特性实际保持不变，同时确保良好的抗腐蚀性，因为塑料材料一方面包封可磁化粉体，另一方面包封可磁化的片。

由于混有可磁化粉体的塑料材料与可磁化片相比相对较贵，以此方式可实现价格受欢迎的结构。

此外，混有可磁化粉体的塑料材料还可用于构建不带刷子的直流电机的永久磁化转子。

例如，根据图8A，分别永久磁化的磁棒可布置在转子叶片中，这些磁棒交替地将它们的磁北极或对应的它们的磁南极径向朝外指向。这些磁铁分别用图8A中的箭头32表示。磁棒的永久磁化材料实际可制成任何所需形状。通过布置混有可磁化粉体的塑料材料的磁棒，小的磁棒螺旋形“连续”，使得最终可制得用于不带刷子的直流电机的具有实际所需横截面的永久磁化转子。

Claims (12)

1.一种水力泵，该水力泵能用于泵轮(8)直接由电动机装置(12)驱动的内燃机的冷却水泵，所述泵轮在泵外壳(6)的至少一个入口连接部(7)和出口连接部(10)之间的泵工作空间内运行，其中所述电动机装置(12)具有构建为内转子的转子(1)和／或布置在所述泵外壳中或对应地布置在所述泵外壳上的定子(3)， 

其特征在于，所述电动机装置的转子构建为所述泵轮(8，80)的叶轮形状的轴向截面(8′)。 

2.根据权利要求1所述的泵，其特征在于， 

所述定子集成在所述泵外壳(6)中，和／或被包埋在所述泵外壳的非可磁化壁材料中。 

3.根据权利要求1或2所述的泵，其特征在于，所述电动机装置(12)的转子和定子之间的湿间隙与所述泵工作空间连通。 

4.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，非可磁化的材料的中间件(8”)布置在所述转子的叶片的径向外端部，用于形成所述转子的闭合外周表面。 

5.根据权利要求1所述的泵，其特征在于， 

所述电动机装置构建为磁阻电机。 

6.根据权利要求1所述的泵，其特征在于， 

作为转子提供的所述泵轮(8，80)的轴向截面(8’)的叶片由可磁化的材料(P)构成，或对应地由可磁化的材料(P)包埋。 

7.根据权利要求6所述的泵，其特征在于， 

作为转子提供的所述泵轮(8，80)的轴向截面(8’)的叶片具有可磁化片的芯区域(K)或对应的片的叠层，且相对于泵送介质，该芯区域被混有可磁化粉体的塑料材料(P)的涂层覆盖。 

8.根据权利要求1所述的泵，其特征在于， 

所述泵外壳(6)具有分别位于所述泵轮两个轴向端部的入口连接部(7’，7”)，且出口连接部从覆盖所述泵轮(80)的轴向中心区域的螺旋形空间(9)分支， 螺旋形空间形成在所述泵外壳(6)内部，并在所述泵轮的外周侧开口，并且电动机装置(12)被提供在所述泵轮的至少一个轴向端部。 

9.根据权利要求1所述的泵，其特征在于， 

在所述泵轮的两个轴向端部，分别提供电动机装置(12)，所述轴向端部在外周方向具有相对于彼此偏置的定子装置。 

10.根据权利要求1所述的泵，其特征在于， 

在所述泵外壳(6)上提供由外部接近的用于所述电动机装置的电子控制的容纳空间(16)。 

11.根据权利要求1所述的泵，其特征在于， 

电子控制评价在所述转子旋转期间或对应地在所述定子的线圈上的泵轮的旋转期间阻抗的变化。 

12.根据权利要求1所述的泵，其特征在于， 

弧形突出部(33)布置在叶片型泵轮(8，80)的入口连接部上的叶片端部，弧形突出部(33)分别对应于所述泵轮的径向轴弯曲，并使它们的自由端部按所述泵轮的外周方向指向。 

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