DE102007055907A1

DE102007055907A1 - Coolant pump

Info

Publication number: DE102007055907A1
Application number: DE102007055907A
Authority: DE
Inventors: Eugen Schmidt; Robby Lipfert; André Spörer; Dirk Schmidt
Original assignee: Gerate- und Pumpenbau Merbelsrod GmbH; Geraete und Pumpenbau GmbH; INA Drives and Mechatronics GmbH and Co KG
Current assignee: Gerate- und Pumpenbau Merbelsrod GmbH; Geraete und Pumpenbau GmbH; Schaeffler Industrial Drives AG and Co KG
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25
Also published as: EP2072825A3; EP2072825A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe zur Förderung eines Kühlmittels. Die Pumpe umfasst eine Pumpeneinheit mit einem Pumpenrad (01) sowie einer Pumpkammer (03) mit Sauganschluss (04) und Druckanschluss (06); und eine Antriebseinheit, die einen elektromotorischen Direktantrieb aufweist, welcher eine Aktiveinheit mit einer elektrischen Wicklung als Stator (08) sowie eine Passiveinheit als Rotor (07) besitzt. Der als Außenläufer gestaltete Rotor (07) ist innerhalb und der Stator (08) ist außerhalb der Pumpeneinheit angeordnet. Rotor (07) und Stator (08) sind zylinderförmig ausgebildet und unter Belassung eines axial verlaufenden Luftspalts (12) konzentrisch zueinander angeordnet. Der Luftspalt (12) wird vom Kühlmittel durchströmt. Das Pumpenrad (01) ist am Rotor (07) axial mit dessen Drehachse (16) ausgerichtet befestigt. Der Rotor (07) erstreckt sich in einer Rotorhülse (13), welche sich an die Pumpkammer (03) anschließt. Der Stator (08) ist in einer Statorhülse (14) angeordnet, welche konzentrisch innerhalb der Rotorhülse (13) positioniert und gegenüber dieser abgedichtet ist.The invention relates to a coolant pump for conveying a coolant. The pump comprises a pump unit with a pump wheel (01) and a pumping chamber (03) with suction port (04) and pressure port (06); and a drive unit which has an electromotive direct drive, which has an active unit with an electrical winding as a stator (08) and a passive unit as a rotor (07). The designed as external rotor rotor (07) is within and the stator (08) is arranged outside the pump unit. Rotor (07) and stator (08) are cylindrical and arranged concentrically to each other, leaving an axially extending air gap (12). The air gap (12) is flowed through by the coolant. The impeller (01) is mounted on the rotor (07) axially aligned with the axis of rotation (16). The rotor (07) extends in a rotor sleeve (13), which adjoins the pumping chamber (03). The stator (08) is arranged in a stator sleeve (14), which is positioned concentrically within the rotor sleeve (13) and sealed against this.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe zur Förderung eines Kühlmittels, insbesondere für den Einsatz im Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors von Kraftfahrzeugen.The The present invention relates to a coolant pump for Promotion of a coolant, in particular for the use in the cooling circuit of the internal combustion engine of Motor vehicles.

Kühlmittelpumpen für den Kühlkreislauf von Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen wurden bislang überwiegend durch einen Keilriemen angetrieben, der mit dem Abtrieb des Verbrennungsmotors in einer Antriebsverbindung steht. Solche Kühlmittelpumpen besaßen keine eigenständige Antriebseinheit, was zwar den Aufbau einfach hielt, jedoch gleichzeitig den Nachteil mit sich brachte, dass die Förder- und Kühlleistung der Kühlmittelpumpe direkt abhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors war. Um auch bei niedrigen Drehzahlen einen ausreichenden Kühlmitteltransport zu gewährleisten, musste die Kühlmittelpumpe großzügig dimensioniert werden, was bei hohen Drehzahlen regelmäßig eine zu starke Kühlmittelförderung zur Folge hatte. Die Baugröße der Kühlmittelpumpe war damit unnötig groß und der Wirkungsgrad schlecht. Außerdem wird durch dieses Antriebsprinzip die Einbaulage der Kühlmittelpumpe vorgeschrieben, womit konstruktive Beschränkungen für den Gesamtaufbau der Motoranlage entstehen. Ein weiterer Nachteil solcher Keilriemen getriebener Kühlmittelpumpen besteht darin, dass das Kühlmittel auch sofort nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors transportiert wird, was zu diesem Zeitpunkt jedoch unerwünscht ist, da sich auf diese Weise die Zeitspanne bis zum Erreichen der optimalen Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors vergrößert.Coolant pumps for the cooling circuit of internal combustion engines of motor vehicles have so far mainly by a V-belt driven, with the output of the internal combustion engine is in a drive connection. Such coolant pumps had no independent drive unit, which Although the structure was simple, but at the same time the disadvantage brought with it that the delivery and cooling performance the coolant pump directly dependent on the speed of the internal combustion engine was. To provide a sufficient even at low speeds To ensure coolant transport, the Generously dimensioned coolant pump, which is usually too strong at high speeds Coolant promotion had the consequence. The size the coolant pump was thus unnecessarily large and the efficiency is bad. In addition, by this drive principle the installation position of the coolant pump prescribed, which constructive restrictions on the overall structure the engine system arise. Another disadvantage of such V-belts driven coolant pumps is that the coolant also transported immediately after the cold start of the internal combustion engine is what is undesirable at this time because In this way, the time to reach the optimal Operating temperature of the internal combustion engine increased.

In jüngerer Vergangenheit wurden zur Vermeidung dieser Nachteile bereits Kühlmittelpumpen eingesetzt, die eine eigene Antriebseinheit aufweisen und damit unabhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors arbeiten. Üblicherweise ist die Antriebseinheit durch einen Gleichstrommotor gebildet.In have been recent to avoid these disadvantages already used coolant pumps, which has its own drive unit and thus independent of the speed of the engine work. Usually, the drive unit is by a DC motor formed.

Aus der DE 196 46 617 A1 ist eine Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor bekannt. Der Statorraum und der Rotorraum der Antriebseinheit dieser Pumpe sind hermetisch getrennt, wobei der Rotor in der geförderten Kühlflüssigkeit läuft. Der Rotor ist als Scheibenläufer ausgebildet, sodass der zwischen Rotor und Stator ausgebildete Luftspalt senkrecht zur Drehachse verläuft. Daraus ergeben sich ungünstige Abmessungen des Rotors, die bei hohen Drehzahlen zu einem schlechten Wirkungsgrad der Kühlmittelpumpe führen. Eine Drehzahlregelung dieser Kühlmittelpumpe ist nicht beschrieben.From the DE 196 46 617 A1 is a coolant pump with electronically commutated electric motor known. The stator space and the rotor space of the drive unit of this pump are hermetically separated, with the rotor running in the pumped coolant. The rotor is designed as a pancake, so that the air gap formed between the rotor and the stator is perpendicular to the axis of rotation. This results in unfavorable dimensions of the rotor, which at high speeds lead to poor efficiency of the coolant pump. A speed control of this coolant pump is not described.

Aus der DE 199 34 382 A1 ist ebenfalls eine Flüssigkeitspumpe bekannt, welche eine eigene Antriebseinheit besitzt. Der Stator der Antriebseinheit ist als Klauenpolstator ausgeführt und um den innen laufenden Rotor angeordnet. Der Stator besitzt eine bipolare Wicklung, um durch abwechselnde Ansteuerung ein Magnetfeld mit alternierender Polung auszubilden.From the DE 199 34 382 A1 is also known a liquid pump, which has its own drive unit. The stator of the drive unit is designed as a claw-pole stator and arranged around the rotor running inside. The stator has a bipolar winding for alternately driving to form a magnetic field with alternating polarity.

In der DE 44 11 960 A1 ist ein elektronisch kommutierter Elektromotor beschrieben, welcher für Standheizungen eingesetzt werden soll und dafür eine hermetische Trennung von Elektromotor und Rotorkammer anstrebt. In einer ersten Kammer eines Gehäuses ist ein Ständerpaket angeordnet, dessen elektrische Anschlüsse durch einen die Kammer hermetisch abschließenden Steckerdeckel nach außen geführt sind. Der Stator ist zur Lagefixierung auf eine Gehäusezapfen aufgeschoben und mit einer Schraube axial gehalten. In einer zweiten Kammer befindet sich ein glockenförmiger Rotor, welcher die erste Kammer umgreift, sodass der Motor als Außerläufer aufgebaut ist. Probleme bereitet bei dieser Bauform sowohl die dauerhaft dichte Durchführung der elektrischen Anschlüsse als auch die exakte Ausrichtung des Stators im Gehäuse und in Relation zum Rotor. Demzufolge muss zum Toleranzausgleich ein größerer Luftspalt vorgesehen werden, wodurch sich die vom Motor bereitgestellte Leistung, d. h. der Wirkungsgrad der Pumpe, deutlich verringert.In the DE 44 11 960 A1 is an electronically commutated electric motor described, which is to be used for auxiliary heaters and strives for a hermetic separation of the electric motor and rotor chamber. In a first chamber of a housing, a stator core is arranged, the electrical connections are guided by a hermetically sealing the plug cover to the outside. The stator is pushed to fix the position on a housing pin and held axially with a screw. In a second chamber is a bell-shaped rotor, which surrounds the first chamber, so that the engine is constructed as an external rotor. Problems with this design are both the permanently tight implementation of the electrical connections and the exact alignment of the stator in the housing and in relation to the rotor. Consequently, a larger air gap must be provided for tolerance compensation, whereby the power provided by the engine, ie the efficiency of the pump, significantly reduced.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bisher verwendeten Kühlmittelpumpen mit eigener Antriebseinheit besteht darin, dass entweder keine Drehzahlsteuerung möglich ist oder diese durch eine Spannungsregelung ausgeführt werden muss. Bei einer derartigen Drehzahlsteuerung sinkt der Wirkungsgrad drastisch und die gewünschten Drehmomente werden bei niedrigeren Drehzahlen nicht mehr erreicht.One Another major disadvantage of the previously used coolant pumps with its own drive unit is that either no speed control is possible or this is carried out by a voltage control must become. In such a speed control, the efficiency decreases drastically and the desired torques are at lower Rpm no longer reached.

Generell sind aus dem Stand der Technik auch so genannte Direktantriebe bekannt, die eine Aktiveinheit und eine Passiveinheit aufweisen. Die Aktiveinheit umfasst eine oder mehrere elektrische Wicklungen, welche von einer Steuereinheit angesteuert werden, um ein wanderndes Magnetfeld zu erzeugen. Einer Lauffläche der Aktiveinheit liegt eine Lauffläche der Passiveinheit gegenüber, die eine magnetische Zahnteilung und einen Eisenrückschluss besitzt. Üblicherweise umfasst die Passiveinheit Permanentmagnete und einen Eisenrückschluss, wobei auch Ausführungsformen bekannt sind, bei denen die Permanentmagnete zur Erzeugung einer permanenten Erregung in die Aktiveinheit verlagert sind. Für den Betrieb eines Direktantriebs wird üblicherweise eine präzise Positionsermittlung und eine aufwendige Regelung benötigt. Direktantriebe kommen normalerweise als Präzisionsantriebe zum Einsatz, da sich nur in derartigen Anwendungen der erhöhte Steuerungsaufwand rechtfertigt.As a general rule are known from the prior art also called direct drives, having an active unit and a passive unit. The active unit includes one or more electrical windings, which of a Control unit are driven to generate a traveling magnetic field. A tread of the active unit is a tread opposite to the passive unit, which has a magnetic tooth pitch and has an iron yoke. Usually includes the passive unit permanent magnets and an iron yoke, Embodiments are also known in which the Permanent magnets for generating a permanent excitation in the Active unit are relocated. For the operation of a direct drive is usually a precise position determination and a complicated scheme needed. Direct drives usually come as precision drives for use, since only in such Applications justify the increased control effort.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Kühlmittelpumpe bereitzustellen, welche die Nachteile der antriebslosen Kühlmittelpumpen vermeidet, eine einfache und preiswerte Konstruktion aufweist, hohe Standzeiten besitzt und eine Drehzahlregelung ermöglicht.The Object of the present invention is an improved To provide coolant pump, which has the disadvantages of drive-free coolant pumps avoids a simple and has cheap construction, owns high life and allows a speed control.

Diese Aufgabe wird durch eine Kühlmittelpumpe gelöst, deren Merkmale im beigefügten Anspruch 1 angegeben sind.These Task is solved by a coolant pump, the features of which are indicated in the appended claim 1.

Eine solche Kühlmittelpumpe besitzt in an sich bekannter Weise eine Pumpeneinheit mit einem Pumpenrad sowie einer Pumpkammer mit Sauganschluss und Druckanschluss. Außerdem ist eine Antriebseinheit vorgesehen, die einen elektromotorischen Direktantrieb aufweist, welcher eine Aktiveinheit mit mindestens einer elektrischen Wicklung als Stator sowie eine permanenterregte Passiveinheit als Rotor besitzt. Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass der Rotor innerhalb der Pumpeneinheit – also im zu fördernden Kühlmittel – angeordnet ist, während der Stator außerhalb der Pumpeneinheit liegt.A Such coolant pump has in a conventional manner a pump unit with an impeller and a pumping chamber with Suction connection and pressure connection. There is also a drive unit provided, which has an electromotive direct drive, which is an active unit with at least one electrical winding as a stator and a permanent-magnet passive unit has as a rotor. The coolant pump according to the invention is also characterized by the fact that the rotor within the Pump unit - ie in the coolant to be delivered - arranged is while the stator is outside the pump unit lies.

Rotor und Stator sind zylinderförmig ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet. Der zwischen Rotor und Stator ausgebildete Luftspalt verläuft axial, also parallel zur Drehachse, und wird vom Kühlmittel durchströmt. Das Pumpenrad der Pumpeneinheit ist am Rotor befestigt oder einstückig mit diesem ausgebildet und axial zu dessen Drehachse ausgerichtet. Der Rotor erstreckt sich in einer Rotorhülse, welche sich an die Pumpkammer anschließt, sodass das Kühlmittel auch die Rotorhülse durchströmen kann. Auf diese Weise ist sicher gestellt, dass der Rotor unmittelbar vom Kühlmittel gekühlt wird und dass vermittelt über den kühlmitteldurchströmten Luftspalt auch die vorwiegend im Stator entstehende Verlustwärme gut abgeführt werden kann.rotor and stator are cylindrical and concentric arranged to each other. The trained between rotor and stator Air gap runs axially, ie parallel to the axis of rotation, and flows through the coolant. The impeller the pump unit is attached to the rotor or integral with this trained and aligned axially to the axis of rotation. Of the Rotor extends in a rotor sleeve which abuts the pumping chamber connects so that the coolant also the rotor sleeve can flow through. To this Way is ensured that the rotor is directly from the coolant is cooled and that mediates over the coolant flowed through Air gap and the resulting mainly in the stator heat loss can be removed well.

Der Rotor ist als Außenläufer ausgebildet, während der Stator in einer Statorhülse angeordnet ist, welche sich konzentrisch innerhalb der Rotorhülse erstreckt. Die Abdichtung der Rotorhülse gegenüber der Pumpeneinheit ist dadurch besonders einfach möglich. Außerdem gestaltet sich die Lagerung des Rotors einfach, beispielsweise durch eine in der Statorhülse befestigte Achse, auf welcher der Rotor drehbar gelagert ist.Of the Rotor is designed as an external rotor while the stator is arranged in a stator sleeve which extends concentrically within the rotor sleeve. The Sealing of the rotor sleeve with respect to the pump unit This makes it particularly easy. Furthermore designed the storage of the rotor easily, for example by a fixed in the stator sleeve axis on which the Rotor is rotatably mounted.

Es ist festzuhalten, dass der für den Antrieb der Kühlmittelpumpe verwendete Direktantrieb keinen hohen Präzisionsanforderungen unterliegt, sodass die Positionsermittlung des Rotors (Passiveinheit) mit einfachen Mitteln erfolgen kann, beispielsweise durch Hall-Sensoren. Abweichend von der üblichen Steuerung eines Direktantriebs ist es für diesen Anwendungsfall sogar ausreichend, wenn die Kommutierung ohne Sensor erfolgt. Die Rotorlageidentifikation für die Kommutierung erfolgt in diesem Fall über Algorithmen, welche die Spannungsinduzierung oder Induktivitätsänderung der Spulensysteme im Primärteil (hier Stator) bei Lageveränderung der Magnete im Luftspalt auswerten; man spricht dann von sensorloser Kommutierung. In diesem Fall werden somit keinerlei Sensoren zur Steuerung der Kommutierung benötigt. Natürlich lassen sich auch bekannte Steuerungen für Direktantriebe mit höheren Präzisionsanforderungen verwenden.It It should be noted that the drive for the coolant pump used direct drive no high precision requirements is subject to, so that the position determination of the rotor (passive unit) can be done with simple means, for example, by Hall sensors. Notwithstanding the usual control of a direct drive it is even sufficient for this application, if the commutation is done without sensor. The rotor position identification for the commutation takes place in this case over Algorithms showing the voltage induction or inductance change the coil systems in the primary part (here stator) with change in position of the Evaluate magnets in the air gap; one speaks then of sensorless Commutation. In this case, thus no sensors for Control of the commutation needed. Naturally can also be known controls for direct drives use with higher precision requirements.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Pumpenrad an der zur Pumpkammer gerichteten Stirnseite des Rotors befestigt bzw. dort einstückig angeformt und axial mit dessen Drehachse ausgerichtet. Diese Bauform hat den Vorteil, dass der Durchmesser des Pumpenrades klein gehalten werden kann, sodass die dynamischen Reibungsverluste bei hohen Drehzahlen klein bleiben. Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist es aber auch möglich, das Pumpenrad derart als Bestandteil des Rotors auszubilden, dass die Radschaufeln am Umfang des Rotors angebracht werden. Diese Bauform eignet sich, wenn eine kurze Gesamtbaulänger der Kühlmittelpumpe benötigt wird und die Drehzahlen vergleichsweise niedrig sind.at In a preferred embodiment, the impeller is on fastened to the pumping chamber end face of the rotor or there integrally formed and axially with its axis of rotation aligned. This design has the advantage that the diameter the impeller can be kept small so that the dynamic Frictional losses remain small at high speeds. In a modified Embodiment, but it is also possible that Such impeller form as part of the rotor, that the Paddles are attached to the circumference of the rotor. This design is suitable if a short overall length of the coolant pump is needed and the speeds are comparatively low are.

Die Statorhülse kann als eigenständiges Bauteil ausgebildet sein oder einstückig mit dem Vergussmaterial des Stators geformt werden. Insbesondere bei größeren Bauformen und hohen Drehmomenten kann es vorteilhaft sein, die Rotorachse durch die Statorhülse hindurchzuführen und in den Stator hinein zu verlängern, um sie dort weitergehend zu befestigen. Auf diese Weise können von der Achse größere Biegemomente aufgenommen werden. Weiter ist dadurch sichergestellt, dass die Achse wirklich axial zum Statorblechpaket verläuft. Wenn das Rotorlager (z. B. Buchse oder Kugellager) konzentrisch im Rotor angeordnet ist, liegt der Luftspalt (zwischen Rotor und Stator) ebenfalls konzentrisch zur Mittelachse des Stators.The Stator sleeve can be designed as an independent component be or integral with the potting material of the stator be formed. Especially for larger designs and high torques, it may be advantageous to the rotor axis through pass the stator sleeve and into the stator extend into it, in order to continue to attach there. In this way, larger of the axis Bending moments are recorded. Next is ensured by that the axis is really axial to the stator core. If the rotor bearing (eg bush or ball bearing) concentric is arranged in the rotor, the air gap (between rotor and Stator) also concentric with the central axis of the stator.

Weiterhin kann die Lagerung des Rotors verändert werden, beispielsweise indem auf die Rotorachse ganz verzichtet wird und die Lagerung durch ein hydrodynamisches Lager erfolgt, welches sich im Luftspalt zwischen Rotor und Stator unter Zuhilfenahme des dort strömenden Kühlmittels aufbaut. Dabei können in an sich bekannter Weise Profilierungen am Rotor bzw. der Rotorhülse und/oder der Statorhülse vorgesehen sein, um die Stabilität des hydrodynamischen Lagers auch bei kleineren Drehzahlen zu sichern.Farther The storage of the rotor can be changed, for example by completely dispensing with the rotor axis and storage through a hydrodynamic bearing takes place, which is located in the air gap between Rotor and stator with the help of the flowing there Build up coolant. It can be known in per se Way profiling on the rotor or the rotor sleeve and / or the stator sleeve should be provided to ensure stability to secure the hydrodynamic bearing even at lower speeds.

Es ist bekannt, dass gerade bei höheren Drehzahlen in der Pumpkammer axial gerichtete Zugkräfte auf das Pumpenrad einwirken, die sich aus den Strömungsverhältnissen in der Pumpkammer ergeben. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass bereits bei einem minimalen Versatz zwischen Rotor und Stator in axialer Richtung magnetische Zugkräfte auftreten, die dieser Strömungszugkraft entgegenwirken. Aufgrund der zwischen Rotor und Stator wirkender Magnetkräfte ist der Rotor bestrebt, eine Position einzunehmen, bei der die in Achsrichtung wirkenden Magnetkräfte gleich Null sind. Dieser Effekt kann dazu genutzt werden, den Rotor gegen eine zu starke axiale Verschiebung zu sichern. Ebenso ist es möglich, einen Zwangsversatz in axialer Richtung vorzusehen, sodass auf den Rotor in Achsrichtung immer eine Vorspannung ausgeübt wird, welche der Strömungszugkraft entgegenwirkt. Ergänzend zu diesen Maßnahmen können mechanische Sicherungselemente vorgesehen sein, welche den Rotor in der gewünschten axialen Position halten bzw. gegen eine übermäßige axiale Verschiebung sichern.It is known that especially at higher speeds in the pumping chamber axially directed tensile forces act on the impeller, resulting from the flow conditions in the pumping chamber he give. It has proved to be advantageous that even with a minimal offset between rotor and stator in the axial direction, magnetic tensile forces occur, which counteract this flow tensile force. Due to the magnetic forces acting between the rotor and the stator, the rotor endeavors to assume a position in which the magnetic forces acting in the axial direction are equal to zero. This effect can be used to secure the rotor against excessive axial displacement. It is also possible to provide a positive displacement in the axial direction, so that a bias is always exerted on the rotor in the axial direction, which counteracts the flow tensile force. In addition to these measures mechanical securing elements can be provided which hold the rotor in the desired axial position or secure against excessive axial displacement.

Es ist vorteilhaft, wenn die Platine, auf welcher die elektronische Steuereinheit der Kühlmittelpumpe angeordnet ist, an der dem Kühlmittel abgewandten Seite der Statorhülse befestigt wird. Auf diese Weise kann Verlustwärme vom Kühlmittel abtransportiert werden.It is advantageous if the board on which the electronic Control unit of the coolant pump is arranged at the the coolant side facing away from the stator sleeve is attached. In this way, heat loss from the coolant be transported away.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigt:Further Advantages, details and further developments result from the following description of a preferred embodiment of the invention with reference to the drawings. It shows:

1 eine vereinfachte Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe. 1 a simplified sectional view of a coolant pump according to the invention.

1 zeigt in einer vereinfachten Schnittansicht eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe, wobei nur die wichtigsten Bauteile dargestellt sind. Die Pumpeneinheit der Kühlmittelpumpe besitzt ein Pumpenrad 01 mit mehreren Radschaufeln 02. Das Pumpenrad 01 ist in einer Pumpkammer 03 angeordnet, die einen Sauganschluss 04 und einen Druckanschluss 06 aufweist. Bei einer Rotation des Pumpenrads 01 wird über angeschlossene Leitungen (nicht dargestellt) Kühlmittel über den Sauganschluss 04 in die Pumpkammer 03 eingesaugt und mit erhöhtem Druck am Druckanschluss 06 ausgegeben. Die Fördermenge kann über die Drehzahl des Pumpenrads verändert werden, welche sich mit einer angeschlossenen Steuereinheit (nicht gezeigt) einstellen lässt. 1 shows in a simplified sectional view of a coolant pump according to the invention, wherein only the most important components are shown. The pump unit of the coolant pump has a pump wheel 01 with several paddles 02 , The impeller 01 is in a pumping chamber 03 arranged, which has a suction connection 04 and a pressure port 06 having. During a rotation of the impeller 01 is via connected lines (not shown) coolant via the suction port 04 into the pumping chamber 03 sucked in and with increased pressure at the pressure connection 06 output. The flow rate can be changed via the speed of the impeller, which can be set with a connected control unit (not shown).

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Pumpenrad 01 integral mit einem Rotor 07 ausgebildet, der als Außenläufer eines elektromotorischen Direktantriebs konfiguriert ist. Die Antriebseinheit der Kühlmittelpumpe umfasst neben dem Rotor 07 einen Stator 08, der in bekannter Weise einen Wickelkörper und einen oder mehrere elektrische Wicklungen besitzt. Der Rotor 07 besitzt einen Eisenrückschluss 09 sowie zahlreiche Permanentmagnete 11, die am Umfang des Eisenrückschlusses 09 angeordnet sind und die Pole des Rotors bilden. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Permanentmagnete 11 und der Eisenrückschluss 09 in das Material des Rotors 07 eingespritzt sind. Damit werden Montageschritte eingespart und durch die enge magnetische Kopplung ist eine Leistungssteigerung erzielbar. Die Magnetpole können bei abgewandelten Ausführungsformen auch ohne Rückschluss der einzelnen Magnetpole (Einzelmagnet) ausgeführt werden. Ebenso ist eine Ausführung des zylindrischen Rotors als Spritzgussteil, bestehend aus kunststoffgebundenem Magnetmaterial möglich.At the in 1 the embodiment shown is the impeller 01 integral with a rotor 07 formed, which is configured as an external rotor of an electromotive direct drive. The drive unit of the coolant pump comprises in addition to the rotor 07 a stator 08 which has in a known manner a wound body and one or more electrical windings. The rotor 07 has an iron yoke 09 as well as numerous permanent magnets 11 at the circumference of the iron backbone 09 are arranged and form the poles of the rotor. It is particularly advantageous if the permanent magnets 11 and the iron yoke 09 in the material of the rotor 07 are injected. This assembly steps are saved and due to the close magnetic coupling is an increase in performance achievable. The magnetic poles can be performed in modified embodiments without inference of the individual magnetic poles (single magnet). Likewise, an embodiment of the cylindrical rotor as an injection molded part consisting of plastic-bonded magnetic material is possible.

Die Rotorpole liegen der elektrischen Wicklung des Stators 08 gegenüber, wobei dazwischen ein axial verlaufender Luftspalt 12 verbleibt, der die Drehung des Rotors gestattet. Der Rotor 07 ist in einem als Rotorhülse 13 geformten Gehäuseabschnitt positioniert, wobei das geförderte Kühlmittel aus der Pumpkammer 03 ungehindert in die Rotorhülse 13 und damit auch in den Luftspalt 12 einströmen kann, um von den umströmten Bauteilen Wärme abzuführen.The rotor poles are the electrical winding of the stator 08 opposite, wherein in between an axially extending air gap 12 remains, which allows the rotation of the rotor. The rotor 07 is in a rotor sleeve 13 positioned housing portion, wherein the pumped coolant from the pumping chamber 03 unhindered in the rotor sleeve 13 and thus in the air gap 12 can flow in order to dissipate heat from the components flow around.

Demgegenüber befindet sich der Stator 08 in einer Statorhülse 14, die flüssigkeitsdicht gegenüber der Rotorhülse und der Pumpkammer abgedichtet ist. Kühlmittel kann somit nicht an die elektrische Wicklung des Stators 08 gelangen, sodass keine besonderen Isolationsmaßnahmen notwendig sind. Der Stator 08 ist zweckmäßigerweise durch Umspritzen mit Kunststoff in der Statorhülse 14 unlösbar befestigt. Die Statorhülse 14 kann durch einen einzigen Verfahrensschritt um den Stator herum gespritzt werden oder der Stator wird in einer vorgefertigten Hülse eingegossen. Damit entfallen zusätzliche Befestigungsmittel und eine exakte Positionierung des Stators in Bezug auf die Statorhülse wird herstellerseitig gewährleistet. Gerade beim Umspritzen des Stators zur Ausbildung der Statorhülse lassen sich geringe Wandstärken erzeugen, wodurch der Luftspalt zwischen Stator 08 und Rotor 07 klein gehalten werden kann.In contrast, there is the stator 08 in a stator sleeve 14 , which is sealed liquid-tight against the rotor sleeve and the pumping chamber. Coolant can not therefore be connected to the electrical winding of the stator 08 so that no special insulation measures are necessary. The stator 08 is expediently by molding with plastic in the stator sleeve 14 permanently attached. The stator sleeve 14 can be sprayed around the stator by a single process step or the stator is cast in a prefabricated sleeve. This eliminates additional fasteners and an exact positioning of the stator with respect to the stator is guaranteed by the manufacturer. Especially when encapsulating the stator to form the stator sleeve, small wall thicknesses can be generated, whereby the air gap between the stator 08 and rotor 07 can be kept small.

Stator, Statorhülse, Rotor und Rotorhülse sind im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet und konzentrisch zueinander angeordnet. Die in der Figur eingezeichnete Symmetrieachse 16 liegt somit in der Drehachse des Rotors.Stator, stator sleeve, rotor and rotor sleeve are designed substantially cylindrical and arranged concentrically to each other. The symmetry axis drawn in the figure 16 is thus in the axis of rotation of the rotor.

Für die Lagerung des Rotors ist eine Rotorachse 17 vorgesehen, die sich durch das Pumpenrad 01 erstreckt und an der Stirnseite der Statorhülse 14 befestigt ist. Wenn höhere Biegemomente aufgenommen werden müssen, kann sich die Rotorachse 17 bis in den Stator 08 erstrecken und/oder bis zu einer Bodenplatte 18 verlaufen, um dort nochmals befestigt zu werden. Die Befestigung der Rotorachse 17 im Blechpaket des Stators ermöglicht die Aufnahme großer Kräfte.For the storage of the rotor is a rotor axis 17 provided by the impeller 01 extends and on the front side of the stator sleeve 14 is attached. If higher bending moments have to be absorbed, the rotor axis may become 17 to the stator 08 extend and / or up to a bottom plate 18 run to be fixed there again. The attachment of the rotor axis 17 in the laminated core of the stator allows the recording great powers.

Für eine reibungsarme Rotation ist auf der Rotorachse 17 ein Lager 19 vorgesehen, beispielsweise ein Wälzlager oder ein Gleitlager. Vorzugsweise ist die Rotorachse 17 drehfest mit der Statorhülse 14 verbunden, um Abdichtungsprobleme an dieser Verbindungsstelle zu vermeiden. Am freien Ende der Rotorachse 17 kann ein Sicherungselement (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um eine axiale Verschiebung des Rotors und des Pumpenrads zu verhindern.For a low-friction rotation is on the rotor axis 17 a warehouse 19 provided, for example, a roller bearing or a sliding bearing. Preferably, the rotor axis 17 rotatably with the stator sleeve 14 connected to avoid sealing problems at this junction. At the free end of the rotor axis 17 For example, a securing element (not shown) may be provided to prevent axial displacement of the rotor and impeller.

Der Stator 08 grenzt vorzugsweise unmittelbar die Bodenplatte 18 an, die ihrerseits ein Gehäuse 22 der Kühlmittelpumpe bodenseitig verschließt. Damit ist die Statorhülse 14 gegenüber dem Kühlmittel abgedichtet und das Gehäuse 22 ist flüssigkeitsdicht verschlossen. Die das Gehäuse 22 bildenden Teile werden vorzugsweise miteinander verklebt oder verschweißt, um ohne zusätzliche Dichtmittel eine flüssigkeitsdichte Verbindung zu erzielen.The stator 08 preferably immediately adjoins the bottom plate 18 which in turn is a housing 22 the coolant pump closes the bottom side. This is the stator sleeve 14 sealed against the coolant and the housing 22 is sealed liquid-tight. The the housing 22 forming parts are preferably glued or welded together to achieve a liquid-tight connection without additional sealant.

Die elektrische Wicklung des Stators wird über eine Anschlussleitung 23 versorgt. Die Antriebseinheit ist in an sich bekannter Weise als elektromagnetischer Direktantrieb aufgebaut. Die Steuerungsprinzipien für solche Direktantriebe sind dem Fachmann bekannt, sodass auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet werden kann.The electrical winding of the stator is connected via a connecting cable 23 provided. The drive unit is constructed in a conventional manner as an electromagnetic direct drive. The control principles for such direct drives are known in the art, so that can be dispensed with a detailed description.

0101: Pumpenradimpeller
0202: Radschaufelnvanes
0303: Pumpenkammerpump chamber
0404: Sauganschlusssuction
0505
0606: Druckanschlusspressure connection
0707: Rotorrotor
0808: Statorstator
0909: EisenrückschlussIron yoke
1010
1111: Permanentmagnetepermanent magnets
1212: Luftspaltair gap
1313: Rotorhülserotor sleeve
1414: Statorhülsestator
1515
1616: Symmetrieachse/DrehachseSymmetry axis / rotational axis
1717: Rotorachserotor axis
1818: Bodenplattebaseplate
1919: Lagercamp
2020
2121
2222: Gehäusecasing
2323: Anschlussleitungconnecting cable

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19646617 A1 [0004]
- DE 19934382 A1 [0005]
- DE 4411960 A1 [0006]

Claims

Coolant pump for conveying a coolant, comprising - a pump unit with a pump wheel ( 01 ) and a pumping chamber ( 03 ) with suction connection ( 04 ) and pressure connection ( 06 ); A drive unit which has an electromotive direct drive, which has an active unit with an electrical winding as stator ( 08 ) as well as a passive unit as a rotor ( 07 ); the rotor designed as an external rotor ( 07 ) within and the stator ( 08 ) are arranged outside the pump unit; where rotor ( 07 ) and stator ( 08 ) cylindrical and leaving an axially extending air gap ( 12 ) are arranged concentrically with each other; the air gap ( 12 ) is flowed through by the coolant; the impeller ( 01 ) on the rotor ( 07 ) axially with its axis of rotation ( 16 ) is fixed aligned; where the rotor ( 07 ) in a rotor sleeve ( 13 ) extending to the pumping chamber ( 03 ) connects; and wherein the stator ( 08 ) in a stator sleeve ( 14 ), which concentrically within the rotor sleeve ( 13 ) is positioned and sealed against this.

Coolant pump according to claim 1, characterized in that the impeller ( 01 ) on an end face of the rotor ( 07 ) axially with its axis of rotation ( 16 ) is mounted aligned.

Coolant pump according to claim 1, characterized in that the impeller ( 01 ) by paddles ( 02 ) is formed, which at the periphery of the rotor ( 07 ) are mounted.

Coolant pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the stator sleeve ( 14 ) directly to the stator ( 08 ) is formed.

Coolant pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotor ( 07 ) at its the impeller ( 01 ) facing end face on a rotor axis ( 17 ) is rotatably mounted, which in the stator sleeve ( 14 ) attached.

Coolant pump according to claim 5, characterized in that the rotor axis ( 17 ) in the stator ( 08 ) in or axially extended therethrough and there in the laminated core of the stator ( 08 ) is attached.

Coolant pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rotor ( 07 ) numerous permanent magnets ( 11 ) and an iron yoke ( 09 ), which in the material of the rotor ( 07 ) are injected.

Coolant pump according to claim 5 or 6, characterized in that the rotor axis ( 17 ) through the impeller ( 01 ), and that a fuse element is provided on it, which the impeller ( 01 ) and the stator ( 08 ) against axial displacement secures.

Coolant pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotor ( 07 ) is supported exclusively by a hydrodynamic bearing, which with the aid of the coolant in the air gap ( 12 ) trains.

Coolant pump according to claim 9, characterized in that the stability and position of the hydrodynamic bearing by profiling in the rotor ( 07 ), in the rotor sleeve ( 13 ) and / or the stator sleeve ( 14 ) are determined.

Coolant pump according to one of claims 1 to 10, characterized in that the rotor ( 07 ) with an axial offset to the stator ( 08 ) is arranged so that in the mounted state, a magnetic attraction force in the axial direction between the rotor ( 07 ) and stator ( 08 ) remains, which contrary to the flowing coolant to the impeller ( 01 ) applied traction acts.

Coolant pump according to one of claims 1 to 11, characterized in that it comprises a sensor which supplies a speed-dependent sensor signal.

Coolant pump according to claim 12, characterized in that it further comprises a control unit which receives the speed-dependent sensor signal and a manipulated variable and the rotational speed of the rotor ( 07 ) controls.

Coolant pump according to claim 13, characterized in that the control unit, the electrical winding of the stator ( 08 ) by means of a sensorless commutation.

Coolant pump according to claim 13 or 14, characterized in that the control unit is arranged on a circuit board, which on the side facing away from the coolant side of the stator sleeve ( 14 ) is attached to heat loss through the stator sleeve ( 14 ) to dissipate the coolant.

Coolant pump according to one of claims 1 to 15, characterized in that they are for use configured in the cooling circuit of an internal combustion engine is.

Coolant pump according to one of claims 1 to 16, characterized in that their housing parts liquid-tight glued or welded together are.