DE102012200803B4 - Wet rotor - Google Patents
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Abstract
Nassläuferpumpe mit einem Axialflussmotor, der einen Stator (110, 112, 114), einen Spalttopf (116) und einen Rotor (122, 124) aufweist, wobei der Stator und der Spalttopf in einem Trockenbereich und der Rotor an einen Impeller (128) in einem Nassbereich angeordnet sind, mit einer Einlassleitung (134, 156) für ein durch den Impeller zu förderndes Fluid (108), und mit einem Lager (154, 156) für den Impeller, wobei das Lager an einem Ende der Einlassleitung angeordnet ist, und das Lager den Impeller mit einem axialen Freiheitsgrad lagert, wobei die Einlassleitung in axialer Richtung durch den Stator, den Spalttopf und das Lager hindurch verläuft, wobei der Stator durch eine ringförmige Statorzahnaufnahme (112) gebildet wird, entlang deren Umfang Statorzähne (114) befestigt sind, wobei jeder der Statorzähne (114) einen in axialer Richtung verlaufenden Aufnahmebereich (118) für eine Spule aufweist.A wet rotor pump having an axial flow motor comprising a stator (110, 112, 114), a containment shell (116) and a rotor (122, 124), wherein the stator and containment shell are in a dry area and the rotor is coupled to an impeller (128) a wet zone, having an inlet conduit (134, 156) for a fluid (108) to be delivered through the impeller, and a bearing (154, 156) for the impeller, the bearing being disposed at an end of the inlet conduit, and the bearing supports the impeller with an axial degree of freedom, the inlet conduit extending axially through the stator, the containment shell and the bearing, the stator being formed by an annular stator tooth receptacle (112) along the circumference of which stator teeth (114) are secured wherein each of the stator teeth (114) has an axially extending receiving area (118) for a coil.
Description
Die Erfindung betrifft eine Nassläuferpumpe zur Förderung eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit.The invention relates to a wet-running pump for conveying a fluid, in particular a liquid.
Aus
Aus
Aus der
Die
Ferner sind Axialflussmotoren an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Bei einem Axialflussmotor verläuft der magnetische Fluss im Luftspalt des Motors in axialer Richtung, vergleiche zum Beispiel
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Nassläuferpumpe zu schaffen.The invention is the object of the invention to provide an improved wet runner pump.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object underlying the invention is achieved with the features of claim 1. Embodiments of the invention are indicated in the dependent claims.
Nach Ausführungsformen der Erfindung wird eine Nassläuferpumpe geschaffen, bei welcher eine Einlassleitung für das Fluid durch den Stator, den Spalttopf und das Lager für den Impeller hindurch verläuft. Eine solche Geometrie wird durch die Ausbildung des Motors als Axialflussmotor ermöglicht und hat insbesondere den Vorteil, einer besonders kompakten Bauweise der Nassläuferpumpe, das heißt einer geringen Bauhöhe, verbunden mit einer hohen Leistungsdichte. Dabei weist der Stator eine ringförmige Statorzahnaufnahme auf, an der Statorzähne angeordnet sind, wobei jeder der Statorzähne einen in axialer Richtung verlaufenden Aufnahmebereich für eine Spule hat. Die Statorzähne können beispielsweise durch eine Klebung an der Statorzahnaufnahme befestigt sein.According to embodiments of the invention, a wet-running pump is provided in which an inlet line for the fluid passes through the stator, the containment shell and the bearing for the impeller. Such a geometry is made possible by the design of the motor as Axialflussmotor and has the particular advantage of a particularly compact design of the wet-running pump, that is, a low profile, combined with a high power density. In this case, the stator has an annular Statorzahnaufnahme on which stator teeth are arranged, wherein each of the stator teeth has an axially extending receiving area for a coil. The stator teeth can be attached, for example, by gluing to the Statorzahnaufnahme.
Ausführungsformen der Erfindung sind ferner besonders vorteilhaft, da das Lager gleichzeitig als Dichtung an dem Übergang zwischen der Sog- und der Druckseite der Nassläuferpumpe wirkt. Aufgrund der relativ kleinen Spaltmasse und der geringen Toleranzen des Lagers kommt es nur zu geringen Leckageverlusten.Embodiments of the invention are also particularly advantageous because the bearing simultaneously acts as a seal at the transition between the suction and the pressure side of the wet-running pump. Due to the relatively small gap mass and the small tolerances of the bearing, only slight leakage losses occur.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Einlass des Fluids durch eine Zentralöffnung des Spalttopfs. Insbesondere kann der Spalttopf einen Einlassstutzen ausbilden.According to one embodiment of the invention, the inlet of the fluid is through a central opening of the containment shell. In particular, the containment shell can form an inlet connection.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Stator torusförmig ausgebildet.According to one embodiment of the invention, the stator is toroidal.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat jeder der Statorzähne am luftspaltseitigen Ende einen vergrößerten Querschnitt. Dies hat den Vorteil, dass das Magnetfeld in einem größeren Bereich innerhalb des Luftspalts annähernd homogen ist und so die in radialer Richtung schmäleren Rotormagnete völlig umschlingt, wodurch die Selbstzentrierung des Impellers unterstützt wird, um hierdurch die Selbstzentrierung des Impellers zu unterstützen. Unter „Luftspalt” wird hier der Abstand zwischen den Enden der Statorzähne und dem Rotor verstanden, auch wenn in diesem Spalt keine oder nicht nur Luft ist, wie z. B. das Fluid.According to one embodiment of the invention, each of the stator teeth has an enlarged cross section at the air gap side end. This has the advantage that the magnetic field in a larger area within the air gap is approximately homogeneous and so completely wraps around the narrower in the radial direction rotor magnets, whereby the self-centering of the impeller is supported, thereby supporting the self-centering of the impeller. By "air gap" is meant here the distance between the ends of the stator teeth and the rotor, even if there is no or not only air in this gap, such. As the fluid.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Leistungselektronik, welche zur Ansteuerung der Spulen des Stators dient, innerhalb des von dem Stator und dem Spalttopf umschriebenen Raum angeordnet, wie zum Beispiel auf einer ringförmigen Leiterplatte. Hierdurch kann die Bauhöhe der Nassläuferpumpe weiter verringert werden.According to one embodiment of the invention, the power electronics, which serves to drive the coils of the stator, are arranged within the space circumscribed by the stator and the can, for example on an annular printed circuit board. As a result, the height of the wet runner pump can be further reduced.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Spalttopf durch eine ringförmige Scheibe gebildet, die in den Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor hineinragt und welche den Trockenbereich der Nassläuferpumpe von dem Nassbereich trennt. Die ringförmige Scheibe hat eine Zentralöffnung, an welcher der Einlassstutzen angeordnet ist, der durch das Zentrum des Stators hindurch verläuft. An dem scheibenseitigen Endbereich des Einlassstutzens ist das Lager für den Impeller angeordnet, durch welches das Fluid in den Nassbereich einströmt, nachdem es den Trockenbereich durch die Einlassleitung hindurch durchströmt hat. Die Scheibe und der Einlassstutzen können einstückig ausgebildet sein, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil. Insbesondere kann der Spalttopf als Kunstoffteil (z. B. aus PPS/GFK/CFK) oder als nicht-magnetisches metallisches Teil ausgebildet sein.According to one embodiment of the invention, the containment shell is formed by an annular disc which projects into the air gap between the stator and the rotor and which defines the dry region of the wet-running pump from the wet region separates. The annular disc has a central opening on which the inlet nozzle is arranged, which extends through the center of the stator. At the disk-side end portion of the inlet nozzle, the bearing for the impeller is arranged, through which the fluid flows into the wet area after it has passed through the drying area through the inlet line. The disc and the inlet nozzle may be integrally formed, in particular as a plastic injection molded part. In particular, the containment can be formed as a plastic part (eg made of PPS / GFK / CFK) or as a non-magnetic metallic part.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Lager als Gleitlager ausgebildet, wobei eine Lagerbuchse des Gleitlagers an den scheibenseitigen Endbereich des Einlassstutzens angeordnet ist und ein Gleitlagerelement des Gleitlagers an demImpeller befestigt ist. Eine Gleitfläche des Gleitlagerelements greift in die Lagerbuchse ein, sodass eine radiale Lagerung gegeben ist. Für eine zusätzliche einseitige axiale Lagerung zur Aufnahme der magnetischen Anziehungskraft des Stators, welche über den Rotor auf den Impeller wirkt, kann an dem Lager eine weitere Gleitfläche vorgesehen sein.According to one embodiment of the invention, the bearing is designed as a sliding bearing, wherein a bearing bush of the sliding bearing is arranged on the disk-side end portion of the inlet nozzle and a sliding bearing element of the sliding bearing is attached to the impeller. A sliding surface of the sliding bearing element engages in the bearing bush, so that a radial bearing is provided. For an additional one-sided axial bearing for receiving the magnetic attraction of the stator, which acts on the impeller via the rotor, a further sliding surface may be provided on the bearing.
Ausführungsformen der Erfindung sind besonders vorteilhaft, da durch den Axialflussmotor auf den Impeller eine magnetische Anziehungskraft in Richtung auf den Stator ausgeübt wird, sodass der Impeller nur einseitig gelagert zu werden braucht. Dies vereinfacht den Aufbau und reduziert weiter die erforderliche Bauhöhe der Nassläuferpumpe.Embodiments of the invention are particularly advantageous since a magnetic attraction force is exerted on the stator in the direction of the stator by the axial flux motor, so that the impeller only needs to be mounted on one side. This simplifies the construction and further reduces the required height of the wet runner pump.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat das Gleitlagerelement in radialer Richtung Durchgangslöcher, wie zum Beispiel ca. 1 mm große Schmierbohrungen, welche dazu dienen, einen sehr kleinen Teil des Volumenstroms des Fluids durch das Lager zu lenken, um es so zusätzlich zu schmieren.According to one embodiment of the invention, the sliding bearing element in the radial direction through holes, such as about 1 mm large lubrication holes, which serve to direct a very small part of the volume flow of the fluid through the bearing, so as to additionally lubricate.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Lager mit einer Kombination aus Diamond-Like-Carbon und Siliciumcarbid (SiC) beschichtet, um das Lager besonders langlebig zu machen.According to one embodiment of the invention, the bearing is coated with a combination of diamond-like carbon and silicon carbide (SiC) to make the bearing particularly durable.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Rotor durch ein permanentmagnetisches Material, nämlich Samarium-Cobalt (SmCo) gebildet. Dies ist in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft:
- – Samarium-Cobalt kann bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, ohne dass die Remanenz der Magnetisierung leidet. Aufgrund dessen kann das Fluid eine Temperatur von zum Beispiel bis zu 200°C haben.
- – Samarium-Cobalt besitzt exzellente Korrosionseigenschaften und kann mit einem einfachen oder ohne Korrosionsschutz direkt dem Fluid ausgesetzt werden.
- – Da eine Kapselung zum Beispiel in Edelstahl von Samarium-Cobalt zum Korrosionsschutz nicht erforderlich ist, kann das magnetische Material am äußersten Rand der Peripherie des Impellers bzw. der Antriebsscheibe angeordnet sein, sodass das permanentmagnetische Material mit einem maximalen Radius positioniert werden kann.
- - Samarium cobalt can be used at high temperatures without the remanence of the magnetization suffers. Due to this, the fluid may have a temperature of, for example, up to 200 ° C.
- - Samarium cobalt has excellent corrosion properties and can be exposed directly to the fluid with a simple or no corrosion protection.
- For example, since samarium cobalt stainless steel encapsulation is not required for corrosion protection, the magnetic material may be located at the very edge of the impeller or drive disk periphery so that the permanent magnetic material can be positioned with a maximum radius.
Das den Rotor bildende permanentmagnetische Material kann dabei in Form von mehreren einzelnen flachen Dauermagneten an der Peripherie des Impellers angeordnet sein oder in Form eines einzigen magnetischen Rings mit multipolarer Magnetisierung. Insbesondere können die Magnete bzw. der magnetische Ring unmittelbar an der Peripherie des Impellers oder über eine Antriebsscheibe an dem Impeller befestigt sein.The permanent magnetic material forming the rotor can be arranged in the form of a plurality of individual flat permanent magnets on the periphery of the impeller or in the form of a single magnetic ring with multipolar magnetization. In particular, the magnets or the magnetic ring can be attached directly to the periphery of the impeller or via a drive pulley on the impeller.
Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following, embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Im Weiteren werden Elemente der nachfolgenden Ausführungsformen, die einander entsprechen oder identisch sind, jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.In the following, elements of the following embodiments, which correspond or are identical to one another, are each marked with the same reference numerals.
Die
Die Motorabdeckung
Die verschiedenen Spulen der Statorzähne
Der Rotor des Axialflussmotors wird bei der hier betrachteten Ausführungsform durch ein permanentmagnetisches Material gebildet, welches hier in Form einzelner Permanentmagnete
Die Permanentmagnete
In den Luftspalt zwischen den Enden
Die Scheibe
Der Einlassstutzen
Durch den Spalttopf
An dem Einlassstutzen
Der Befestigungsbereich
Der Impeller
Der Impeller hat einen Fortsatz
Diese magnetische Anziehungskraft des Stators
Die beiden Gehäusehälften
Auf diese Art und Weise wird ein Auslass
Ausführungsformen der Erfindung sind besonders vorteilhaft, da das Fluid
Die
Der Aufnahmebereich
Die
Der Statorzahn
Die
Die
Die
Die
An dem Fortsatz
Die Lagerbuchse
Wird nämlich der Impeller
Vorzugsweise ist zumindest eine der Gleitflächen des Gleitlagers mit Diamond-Like-Carbon (DLC) und Siliziumcarbid (SiC) oder einer Kombination aus DLC und SiC beschichtet, um die Lebensdauer des Lagers zu vergrößern.Preferably, at least one of the sliding surfaces of the sliding bearing is coated with Diamond-Like-Carbon (DLC) and silicon carbide (SiC) or a combination of DLC and SiC to increase the life of the bearing.
Besonders vorteilhaft ist nach Ausführungen der Erfindung, dass das Fluid
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Gleitlagerelement
Die
- – Samarium-Cobalt kann bei relativ hohen Temperaturen eingesetzt werden, ohne dass die Remanenz leidet; insbesondere kann das Fluid
108 eine Temperatur von bis zu 200°C haben. - – Aufgrund seiner exzellenten Korrosionseigenschaften kann Samarium-Cobalt ohne Beschichtung und ohne Kapselung dem Fluid
108 ausgesetzt werden. - – Da keine Kapselung der
Permanentmagnete 122 erforderlich ist, können diese mit einem maximalen Abstand von der Rotationsachse positioniert werden, sodass sich ein maximales Drehmoment und eine maximale Motorleistung bei einer gegebenen Menge von magnetischem Werkstoff ergibt.
- - Samarium cobalt can be used at relatively high temperatures without the remanence suffers; In particular, the fluid
108 have a temperature of up to 200 ° C. - - Due to its excellent corrosion properties, samarium cobalt can be applied to the fluid without coating or
encapsulation 108 get abandoned. - - Since no encapsulation of the
permanent magnets 122 are required, they can be positioned with a maximum distance from the axis of rotation, so that a maximum torque and a maximum motor power results for a given amount of magnetic material.
Alternativ können auch andere Werkstoffe für die Permanentmagnete
Die
Die
Zum Betrieb der Nassläuferpumpe
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- NassläuferpumpeWet rotor
- 102102
- Motorabdeckungengine cover
- 104104
- Stirnseitefront
- 106106
- Öffnungopening
- 108108
- Fluidfluid
- 110110
- Statorstator
- 112112
- StatorzahnaufnahmeStatorzahnaufnahme
- 114114
- Statorzahnstator tooth
- 116116
- Spalttopfcontainment shell
- 118118
- Aufnahmebereichreception area
- 120120
- Leistungselektronikpower electronics
- 122122
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 124124
- Ringring
- 126126
- EndeThe End
- 128128
- Impellerimpeller
- 130130
- Scheibedisc
- 132132
- Ausnehmungrecess
- 134134
- Einlassstutzeninlet port
- 136136
- Platinecircuit board
- 138138
- Befestigungsbereichfastening area
- 140140
- Lochhole
- 142142
- Gehäusehälftehousing half
- 144144
- Gehäusehälftehousing half
- 146146
- Öffnungopening
- 148148
- Befestigungsbereichfastening area
- 150150
- Antriebsscheibesheave
- 152152
- Fortsatzextension
- 153153
- Schraubescrew
- 154154
- Gleitlagerelementplain bearing element
- 156156
- Lagerbuchsebearing bush
- 158158
- Schraubescrew
- 160160
- Auslassoutlet
- 162162
- Ausnehmungrecess
- 164164
- Endabschnittend
- 166166
- Kanteedge
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