DE102006058658A1

DE102006058658A1 - Pumpvorrichtung

Info

Publication number: DE102006058658A1
Application number: DE102006058658A
Authority: DE
Inventors: Emil Hanauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2008-06-19
Also published as: WO2008071264A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegung einer Flüssigkeit mittels eines einen metallischen Läufer und einen Stator aufweisenden Elektromotors. Als Stator fungieren entweder ein oder mehrere mit einer Welle des Elektromotors verbundene Permanentmagnete oder eine Wicklung, die ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Als Rotor fungiert ein von dem rotierenden Magnetfeld angetriebenes Flügelrad, das als Pumpenrad wirkt. Da das Pumpenrad nur durch magnetische Kräfte angetrieben wird, kann es in einer geschlossenen Flüssigkeitsführung gelagert werden und die Flüssigkeitsführung kann ohne eine Dichtvorrichtung ausgestaltet sein. Ein Austritt von Flüssigkeit kann dauerhaft verhindert werden. Die Flüssigkeitsführung ist dazu im Bereich der magnetischen Krafteinwirkung so ausgestaltet, dass Magnetfeldlinien durchtreten können. Die Anordnung kann dazu dienne, flüssiges Kühlmittel für einen Elektromotor zu fördern. Sie kann auch dazu dienen, sensible Flüssigkeiten wie beispielhaft Blut oder aggressive oder giftige Medien zu fördern. Das Pumpenrad besitzt keine ausgeprägte Lagerung, es schwebt frei in der Flüssigkeit. Seine Raumlage wird durch die Rotation um eine Haupt-Trägheitsachse sowie durch die Dämpfungswirkung des umgebenden Mediums und das antreibende Magnetfeld stabilisiert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegung einer Flüssigkeit mittels eines einen metallischen Läufer und einen Stator aufweisenden Elektromotors.
Elektromotore und insbesondere Servosynchronmotore können eine solch hohe Leistungsdichte haben, dass eine Kühlung erforderlich ist. Bei Servosynchronmotoren, bei denen der Rotor einen Permanentmagneten aufweist, tritt die abzuführende Verlustleistung vor allem in der Statorwicklung auf. Da diese fest steht, kann der Servosynchronmotor mit einer Flüssigkeitskühlung mittels die Statorwicklung durchdringender Rohrleitungen versehen werden. Die als Kühlmittel verwendete Flüssigkeit wird dabei bevorzugt von einer vom Elektromotor selbst angetriebenen Pumpe bewegt. Hierdurch kann einerseits eine kompakte Bauform erreicht werden, andererseits wird die Kühlflüssigkeit immer dann bewegt, wenn der Elektromotor in Betrieb ist und Abwärme erzeugt. Die Abwärme wird der Kühlflüssigkeit in einem außerhalb des Elektromotors gelegenen Wärmetauscher entzogen und kann beispielsweise an die Umgebungsluft abgegeben werden.
Zur Bewegung des Kühlmittels werden nach dem Stand der Technik beispielsweise Flügelpumpen eingesetzt, deren Flügelrad mechanisch an die Welle des Elektromotors angekoppelt ist. Dies bedingt, dass die Welle durch ein Pumpengehäuse an einer Dichtungsvorrichtung in das Kühlmittel durchtritt, um das Flügelrad bewegen zu können. Solch eine Dichtungsvorrichtung kann die Lebensdauer der Vorrichtung begrenzen, da austretendes Kühlmittel zum einen die Kühlwirkung beeinträchtigen kann und andererseits auch Teile des Elektromotors beschädigen und außer Funktion setzen kann.
Eine Förderung empfindlicher Flüssigkeiten, wie beispielsweise eine Förderung von Blut, setzt voraus, dass die Flüssigkeit gegen Einflüsse der Umgebung wie Sauerstoff oder Krankheitskeime abgeschirmt ist. Um eine komplette Kapselung des Flüssigkeitskreislaufs zu gewährleisten, werden daher Durchführungen wie Motorwellen vermieden und es werden beispielsweise Schlauchpumpen verwendet. Diese weisen jedoch elastisch bewegte Wandungen auf, die einer Alterung unterliegen können.
Es ist Ziel der Erfindung, die genannten Nachteile mit einem möglichst einfachen Aufbau zu vermeiden.
Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe wird nach Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der metallische Läufer nur in der Flüssigkeit gelagert ist und durch eine Rotation seiner Masse über die Haupt-Trägheitsachsen und/oder eine Dämpfungswirkung der Flüssigkeit stabilisiert ist. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau, der zur Förderung von Flüssigkeiten unter hohen Reinheitsanforderungen geeignet ist und der beispielhaft bei der Förderung von Blut oder in ähnlichen medizinischen Anwendungen zum Einsatz kommen kann. Dadurch dass der metallische Läufer nur in der Flüssigkeit gelagert ist, kann erreicht werden, dass für den metallischen Läufer kein mechanisches Lager vorgesehen werden muss und daher die Lagerung unempfindlich gegen Verschleiß ist.
Die Aufgabe wird nach Anspruch 2 dadurch gelöst, dass mit einer Welle des Elektromotors ein Permanentmagnet verbunden ist, der über magnetische Krafteinwirkung mit einem an einem metallischen Läufer angebrachten Flügelrad verbunden ist, wobei das Flügelrad in einer geschlossenen Flüssigkeitsführung gelagert ist. Hierdurch kann die Flüssigkeitsführung ohne eine Dichtvorrichtung ausgestaltet sein und somit dauerhaft der Austritt von Flüssigkeit verhindert werden. Die Flüssigkeitsführung ist dazu im Bereich der magnetischen Krafteinwirkung so ausgestaltet, dass Magnetfeldlinien durchtreten können. Die Anordnung kann dazu dienen, flüssiges Kühlmittel für den Elektromotor zu fördern. In einer anderen Ausgestaltung kann sie der Förderung von Flüssigkeiten dienen, deren Austritt an Dichtungen eine Gefahr darstellen kann. Beispielhaft können brennbare Flüssigkeiten oder Säuren und Laugen gefördert werden. Durch die Anordnung wird auch der Zutritt äußerer Einwirkungen in die Flüssigkeit zuverlässig verhindert, wie es beispielsweise, etwa bei medizinischen Anwendungen, wie einer Förderung von Blut, aus hygienischen Gründen oder zur Verhinderung des Zutritts von Luftsauerstoff erforderlich sein kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin dadurch gelöst, dass ein Magnet als Stator einer Wicklung zur Erzeugung eines rotierenden Magnetfelds ausgebildet ist und dass der Magnet über magnetische Krafteinwirkung mit einem an einem metallischen Läufer angebrachten Flügelrad verbunden ist, wobei das Flügelrad in einer geschlossenen Flüssigkeitsführung gelagert ist. In dieser Ausgestaltung kann der magnetische Antrieb des Flügelrads verwirklicht werden, ohne dass an der Welle des Elektromotors zusätzliche Bauteile angebracht sein müssen.
Eine besonders hohe Kraft kann übertragen werden, wenn der metallische Läufer als Permanentmagnet ausgebildet ist. Hierdurch kann auch eine besonders kompakte Bauform erreicht werden.
Ist der metallische Läufer als elektrisch leitfähiges Bauteil ausgebildet, kann von dem an der Welle angebrachten Permanentmagneten über Wirbelstromwirkung im Läufer ein Magnetfeld erzeugt werden und so durch Wechselwirkung der beiden Magnetfelder eine Kraft übertragen werden, die den metallischen Läufer und damit das mit ihm verbundene Flügelrad in Drehbewegung versetzt. Die Kraftübertragung ist hierbei von der Leitfähigkeit des Materials des Läufers abhängig. Vorteilhafterweise wird daher ein elektrisch hoch leitfähiges Material wie Kupfer oder Aluminium für den Läufer eingesetzt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Flüssigkeitsführung als Kühlmittelführung des Elektromotors ausgebildet ist und steht einerseits mit der Statorwicklung und andererseits mit der Umgebung des Elektromotors in Wirkverbindung. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Kühlung ohne Dichtvorrichtung, zur Verhinderung des Austritts von Kühlmittel aufgebaut werden kann und somit besonders dauerhaft ist.
Eine vorteilhafte Verwendung besteht darin, dass die Vorrichtung in einer Einrichtung zur Förderung von Blut verwendet wird.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Einrichtung zur Förderung von Blut ein künstliches Herz.
Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Schnittansicht einer Pumpvorrichtung der erfindungsgemäßen Art.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt einen Schnitt entlang einer Welle 10 eines Elektromotors 1. An der Welle 10 ist mittels Schrauben 13 eine Hohlwelle 14 befestigt, die Rotormagnete 15 trägt. Die Welle 10 und die Hohlwelle 14 sind mittels Kugellagern 12, 19 in einem Gehäuse 11 des Elektromotors 1 gelagert. Ein magnetisches Wechselfeld wird in einer mit Wechselstrom durchflossenen Statorwicklung 18 erzeugt und mittels mehrerer Statorpakete 17 geformt. Von den Statorpaketen 17 durch einen Luftspalt getrennt sind die die Rotormagnete 15 angeordnet, auf die das magnetische Wechselfeld Kraft ausübt, so dass sich die Hohlwelle 14 und mit ihr die Welle 10 drehen.
Am von der Welle 10 entfernten Ende der Hohlwelle 14 ist mit einem Befestigungsmittel 25 ein Permanentmagnet 24 befestigt, der sich mit der Hohlwelle 14 dreht. Der Permanentmagnet 24 übt über sein Magnetfeld eine Kraft auf einen metallischen Läufer 23 aus, an dem ein Flügelrad 22 befestigt ist. Hierbei kann der metallische Läufer als Permanentmagnet ausgebildet sein und daher durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 24 in Rotation versetzt werden oder es baut sich durch den sich bewegenden Permanentmagneten 24 ein Wirbelstrom aus, der ein Magnetfeld um den metallischen Läufer 23 aufbaut. Durch Wechselwirkung beider Magnetfelder wird der metallische Läufer 23 und damit das Flügelrad 22 in Rotation versetzt. Der metallische Läufer 23 und das Flügelrad 22 befinden sich in einer Flüssigkeitsführung 20, die ein flüssiges Kühlmittel enthält. Durch die Drehbewegung des Flügelrades 22 wird Kühlmittel an einem der Drehachse des Flügelrades 22 nahen Ansaugstutzen 21 angesaugt und zu einem der Drehachse fernen Druckstutzen 26 gefördert. Vom Druckstutzen 26 weg wird das Kühlmittel über einen Wärmetauscher 27 geführt, mittels dessen es aufgenommene Wärmeenergie an die Umgebung abgeben kann. Nach dem Wärmetauscher 27 wird das Kühlmittel an einer Kühlmittelzuführung 28 den Statorwicklungen 18 zugeführt, in denen es von der Flüssigkeitsführung 20 umschlossen geführt ist. In den Statorwicklungen 18 nimmt das Kühlmittel die Verlustwärme auf und wird an einer Kühlmittelabführung 29 wieder aus den Statorwicklungen 18 geleitet. Von der Kühlmittelabführung 29 wird das Kühlmittel zum Ansaugstutzen 21 geführt, wo es erneut in den Kreislauf tritt.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann anstatt des auf der Welle 10 angeordneten Permanentmagneten 24 auch ein von der Welle 10 unabhängig als Stator befestigter Magnet vorgesehen sein, der mit einer Wicklung zur Erzeugung eines rotierenden Magnetfelds versehen ist. Dieses rotierende Magnetfeld treibt den metallischen Läufer 23 und damit das Flügelrad 22 an.

Claims

Vorrichtung zur Bewegung einer Flüssigkeit mittels eines einen metallischen Läufer (23) und einen Stator aufweisenden Elektromotors (1), dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Läufer (23) nur in der Flüssigkeit gelagert ist und durch eine Rotation seiner Masse über die Haupt-Trägheitsachsen und/oder eine Dämpfungswirkung der Flüssigkeit stabilisiert ist.
Vorrichtung zur Bewegung einer Flüssigkeit mittels eines Elektromotors (1), dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Welle (10) des Elektromotors (1) ein Permanentmagnet (24) verbunden ist, der über magnetische Krafteinwirkung mit einem an einem metallischen Läufer (23) angebrachten Flügelrad (22) verbunden ist, wobei das Flügelrad (22) in einer geschlossenen Flüssigkeitsführung (20) gelagert ist
Vorrichtung zur Bewegung einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnet als Stator einer Wicklung zur Erzeugung eines rotierenden Magnetfelds ausgebildet ist und dass der Magnet über magnetische Krafteinwirkung mit einem an einem metallischen Läufer (23) angebrachten Flügelrad (22) verbunden ist, wobei das Flügelrad (22) in einer geschlossenen Flüssigkeitsführung (20) gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Läufer (23) als Permanentmagnet ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Läufer (23) als elektrisch leitfähiges Bauteil ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsführung (20) als Kühlmittelführung des Elektromotors (1) ausgebildet ist und einerseits mit der Statorwicklung (18) und andererseits mit der Umgebung des Elektromotors (1) in Wirkverbindung steht.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Einrichtung zur Förderung von Blut.
Verwendung einer Vorrichtung Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Förderung von Blut ein künstliches Herz ist.