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Diese Anmeldung betrifft Motore mit
schräggestellten
Rotorblechen zum Fördern
einer Flüssigkeit
sowie ein Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit mit einem derartigen
Motor.
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Die Verwendung und der Betrieb von
Motoren wie beispielsweise geschalteten Reluktanzmotoren, Induktionsmotoren,
Gleichstrommotoren, Synchronmotoren mit Dauermagneten und Schenkelpol-Synchronmotoren
ist wohl bekannt.
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In zahlreichen Anwendungen, insbesondere im
Kraftfahrzeugbereich, wird ein Motor zum Pumpen von Flüssigkeit
benötigt.
Bekannte Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit verwenden einen Motor
in Verbindung mit einem Laufrad. Derartige Systeme umfassen in typischer
Weise einen Motor, in dem das Laufrad separat, in einem von den
inneren Strukturen des Motors entfernten Bereich, gelagert ist.
Diese Systeme sind teuer und nicht sehr leistungsfähig. Es besteht
daher ein Bedarf an einer Motoranordnung, mit der die Leistung gegenüber Motoren
mit entfernt gelagerten Pumpmitteln verbessert und die Kosten reduziert
werden können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, den oben erwähnten
Bedarf durch eine Motorpumpe mit vollständig im Inneren des Motors
zum Fördern einer
Flüssigkeit
angeordneten, schräggestellten
Rotorblechen zu befriedigen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch
einen Motor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Motor zum Fördern
von Flüssigkeit geschaffen,
der einen Stator mit Statorpolen, die dazu ausgebildet sind, bei
elektrischer Erregung einen elektromagnetischen Fluss zu erzeugen,
und einen Rotor mit Rotorpolen (26), die die Drehung des Rotors
aufgrund des elektromagnetischen Flusses ermöglichen, umfasst. Die Rotorpole
umfassen Bleche, die genügend
schräggestellt
sind, um während der
Drehung die Flüssigkeit
zu pumpen. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist eine Leitung angeordnet, über welche
die vom Rotor geförderte
Flüssigkeit im
Wesentlichen geführt
wird.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung sieht die Leitung eine im Wesentlichen luftdichte
Abdichtung mit einem Stator und einem Rotor vor.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Fördern von Flüssigkeit
geschaffen, das folgendes umfasst: das Bereitstellen eines Motors
mit einem Stator und einem Rotor mit geschichteten Blechen, der
sich gegenüber
dem Stator dreht, wobei die Rotorbleche so schräggestellt sind, dass die Flüssigkeit
unter drehendem Rotor durch den Motor gefördert wird, und das Begrenzen
der Flüssigkeit
auf den Bereich um den Rotor herum, während sie durch den Stator
gepumpt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung werden die Berechnungen der Flüssigkeitsströmung durch
den Motor dadurch verbessert, dass durch die Steuerung der Flüssigkeitsströmung in
der Leitung die Empfindlichkeit erhöht wird.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung, die nicht einschränkend
zu verstehen sind, unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in
der Zeichnung zeigen
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1 einen
erfindungsgemäßen Pumpmotor
mit schräggestellten
Rotorblechen und einer Leitung in perspektivischer Ansicht;
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2 einen
erfindungsgemäßen schräggestellten
Rotor in einer Frontansicht im Aufriss;
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3 eine
perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Rotors mit schräggestellten
Rotorblechen in einer geradlinigen Schrägstellung;
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4 eine
perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Rotors mit schräggestellten
Rotorblechen in einer gebogenen Schrägstellung;
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5 eine
erfindungsgemäße, als
Rohr ausgebildete Leitung in perspektivischer Ansicht;
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6 die
Leitung aus 3 in einer
Frontansicht im Aufriss, wobei hier jedoch das Rohr (36) auf
seinem Außenumfang
Vorsprünge
aufweist;
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7 einen
erfindungsgemäßen Pumpmotor
mit schräggestellten
Rotorblechen und mit einem Statorpaket;
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8 eine
erfindungsgemäße geradlinige Schrägstellung
mit einem entsprechenden Rahmen in einer Draufsicht im Aufriss;
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9 eine
erfindungsgemäße gebogene Schrägstellung
mit einem entsprechenden Rahmen in einer Draufsicht im Aufriss;
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10 einen
erfindungsgemäßen Pumpmotor
mit schräggestellten
Rotorblechen und mit einem konzentrisch innerhalb eines Rotors angeordneten Stator;
und
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11 ein
Flussdiagramm für
ein erfindungsgemäßes Verfahren
zum Pumpen einer Flüssigkeit
mit einem Rotor mit schräggestellten
Rotorblechen.
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1 zeigt
einen Motor 10 in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung. Der Motor 10 ist vorzugsweise ein geschalteter
Reluktanzmotor. Die Erfindung kann jedoch auch in anderen Motoren, z.B.
in einem Induktionsmotor, einem Gleichstrommotor, einem Synchronmotor
mit Dauermagneten und in einem Schenkelpol-Synchronmotor Anwendung
finden. Der Motor 10 umfasst einen Stator 12, einen
Rotor 14 und eine Leitung 16.
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Der Stator 12 umfasst eine
Vielzahl von Schichten magnetisierter Statorbleche 18.
Die Statorbleche 18 sind typischerweise zwischen 0,0254 und
2,54 mm (0,001 und 0,1 inch) stark. Die Statorbleche 18 können in
den Statorpolen 20 angeordnet werden. Die Statorpole 20 erstrecken
sich entlang des Stators 12. Die Statorpole 20 sind
in typischer Weise regelmäßig beabstandet
und in diametral einander gegenüberliegenden,
von der Anzahl der gewünschten
Phasen abhängigen
Paaren gruppiert. So umfasst beispielsweise ein Mehrphasensystem
mit drei gewünschten
Phasenpaaren A, B, C typischerweise sechs Statorpole 20.
Diese Systemausführung ist
in 1 dargestellt. Entlang
des Stators ist jeder Statorpol 20 im 60-Grad-Winkel angeordnet.
Hätte der
Stator 12 neun Statorpole 20, so wäre jeder
Statorpol 20 im 40-Grad-Winkel angeordnet. Die Statorpole 20 sind
mit elektrisch leitfähigem
Material 22 gewickelt, und jede Phase A, B, C ist in Reihe
geschaltet. Ein elektromagnetischer Fluss mit einer N- oder S-Polarität kann innerhalb
einer jeden Phase A, B, C durch die elektrische Erregung des leitfähigen Materials 22 induziert
werden.
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Der Rotor 14 umfasst eine
Vielzahl von Schichten magnetisierter Rotorbleche 24. Die
Rotorbleche 24 sind typischerweise zwischen 0,0254 und 2,54
mm (0,001 und 0,1 inch) stark. Die Rotorbleche 24 können in
den Rotorpolen 26 angeordnet werden. Die Rotorpole 26 erstrecken
sich entlang des Rotors 14. Die Rotorpole 26 sind
in typischer Weise gleichmäßig beabstandet
und mit diametral einander gegenüberliegenden
Paaren D, E mit einer N- oder S-Polarität magnetisiert.
Jedes Paar D, E hat die gleiche Polarität, so dass, beim Ablesen der
Polarität
im Uhrzeigersinn um den Rotor herum, die Polarität eines jeden Pols 26 zwischen
der N- und der S-Polarität
alterniert. So ist zum Beispiel jeder Pol 26 im 90-Grad-Winkel
im Wechsel von N- und S-Polarität angeordnet.
Hätte jedoch
der Rotor sechs Rotorpole 26, so wäre jeder Pol 26 im
60-Grad-Winkel im Wechsel von N- und S-Polarität angeordnet.
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Der Rotor 14 dreht sich
um die Rotorwelle 28, wenn ein elektromagnetischer Fluss
erzeugt wird. Ein elektromagnetischer Fluss entsteht in typischer Weise,
wenn eine Statorphase mit einer Anziehungskraft einer N-Polarität erregt
wird, während
eine weitere Statorphase mit einer Anziehungskraft einer S-Polarität erregt
wird und eine Statorphase nicht erregt wird. Werden beispielsweise
Phase A mit einer Anziehungskraft einer N-Polarität und Phase
B mit einer Anziehungskraft einer S-Polarität erregt, und weist Phase C
keine Anziehungskraft auf, so zieht die N-Polarität der Phase
A den nächstgelegenen
Rotorpol 26 einer S-Polarität an und die S-Polarität der Phase
B, den nächstgelegenen
Rotorpol 26 einer N-Polarität, während die Phase C gar keinen
Pol 26 anzieht. Dieser Vorgang verursacht die Drehung des Rotors 14 um
die Rotorwelle 28.
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Wie in 2 dargestellt,
sind die Rotorbleche 24 in typischer Weise relativ zueinander
versetzt. Durch den kaskadenförmigen
Versatz eines Bleches 24 nach dem anderen wird ein Fächer oder
eine spiralförmige
Ausbildung entlang des Rotors 14 gebildet.
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Beim Drehen des Rotors 14 stehen
die Rotorbleche 24 in einer Wechselwirkung mit der Flüssigkeit,
wodurch eine Pumpwirkung entsteht, über die die Flüssigkeit
mit einer gewünschten
Geschwindigkeit oder mit einem gewünschten Druck gefördert werden
kann. Damit ist die Flüssigkeitsströmung durch
die Ausbildung des Rotors und der Leitung 16 regulier-
und steuerbar.
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Die Rotorbleche 24 können in
eine Anzahl an Ausführungsformen
eingeteilt werden, wie z.B. die in den 3 und 4 dargestellten. 3 zeigt die Rotorpole 26 mit
schräggestellten
Rotorblechen 24 in einer geradlinigen Schrägstellung 30 in
einer perspektivischen Ansicht. 4 zeigt
die Rotorpole 26 mit schräggestellten Rotorblechen 24 in
einer gebogenen Schrägstellung 32 in
einer perspektivischen Ansicht. Die Wahl der Schrägstellung
wird aufgrund der gewünschten
Leistungsmerkmale bestimmt.
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Die Ausbildung der Statorbleche 18 spiegelt die
des Rotors 14 in typischer Weise wider. Das bedeutet, dass
der Stator 12 gerade oder gebogene Pole 20 aufweisen
kann. Jedoch kann der Stator 12, abhängig von den Leistungsanforderungen,
eine andere Schrägstellung
als der Rotor 14 aufweisen. Entspricht beispielsweise die
Schrägstellung
der Statorbleche 20 nicht der der Rotorbleche 24,
so kann der Unterschied zwischen den jeweiligen Ausführungen dazu
verwendet werden, ein pulsierendes Drehmoment zu erzeugen.
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Im Betrieb steht die Flüssigkeit
mit den Rotorpolen 26 in Wechselwirkung, um dadurch eine
Antriebskraft zu erzeugen, mit der die Flüssigkeit entlang des Rotors 14 gepumpt
wird. Es können
mit der vorliegenden Erfindung alle flüssigen und gasförmigen Stoffe
gepumpt werden.
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Die Leitung 16 verbessert
die Leistungsfähigkeit
dadurch, dass sie die Flüssigkeit
im Wesentlichen lenkbar und kontrollierbar führt und begrenzt. So werden
Verluste im Flüssigkeitsstrom
verringert und die Leistungsfähigkeit
verbessert. In allen Ausführungsformen
weist die Leitung 16 vorzugsweise eine im Wesentlichen
luftdichte Abdichtung auf, so dass die meiste Flüssigkeit entlang des Rotors 14 fließt. Mit
der Leitung 16 können
die Verluste besser berechnet werden, so dass die Steuerungsfaktoren zuverlässiger sind,
als jene, die in Motorpumpen erhalten werden, in denen das integrierte
Pumpmittel nicht durch eine im Wesentlichen luftdichte Abdichtung
umgeben ist. Auf diese Weise ermöglicht
die Leitung 16 eine Verbesserung in der Leistungsfähigkeit
und beim Erfassen von zuverlässigen
Fließdaten.
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Wie 5 zeigt,
umfasst die Leitung 16 in typischer Weise das Rohr 36.
Das Rohr 36 ist mittels verschiedener Verfahren am Stator 14 befestigbar: Mittels
einer Presspassung, eines Bolzens, einer Nut- und Federverbindung
und einer Crimpverbindung. Wie 6 zeigt,
kann das Rohr 36 auch Verriegelungen 38 umfassen,
die in Zwischenräume 40 im
Stator hineinragen.
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Je nach Ausführung ist das Rohr 36 aus zahlreichen
Materialien herstellbar. Erfordert zum Beispiel eine Ausführung eine
hohe elektromagnetische Anziehungskraft zwischen den Statorpolen 20 und
den Rotorpolen 26, so umfasst das Rohr 36 im Allgemeinen
ein nicht leitendes Material. Typische nicht leitende Materialien
umfassen Kunststoffe, Nylon und Keramik. Andere Anwendungen sind
möglicherweise
nicht solchen Einschränkungen
unterworfen und es können
daher für
diese andere Materialien, beispielsweise leitfähige Materialien oder Metalle
verwendet werden.
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Die Art des geförderten Stoffes beeinflusst insbesondere
die Wahl des Materials für
die Rohrleitung. Abstumpfende Stoffe oder Korrosionsmittel erfordern
die Wahl eines entsprechenden Leitungsmaterials.
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Wie 7 zeigt,
kann die Leitung 16 auch ein Statorpaket 42 umfassen.
Das Paket wird in typischer Weise durch eine über den Stator 12 und
in den Zwischenräumen 40 des
Stators aufbringbare Schutzschicht 44 fertiggestellt.
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Um Turbulenz und Strömung um
bewirken, kann der Rotor 14 mit Plastik 46 oder
anderen Materialien überzogen
werden. Die 8 und 9 zeigen die auf die geradlinige
Schrägstellung 30 bzw.
auf die gebogene Schrägstellung 32 aufgebrachte
Rotorschicht 46. Der Überzug 46 umfasst
im Allgemeinen einen Rahmenabschnitt bzw. einen überformten Bereich 48,
der über
den Rotor 14 hinausragt, um die Strömung der Flüssigkeit zu beeinflussen.
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In 10 ist
ein typisches Verhältnis
zwischen Stator 12 und Rotor 14 umgekehrt dargestellt, d.h.
der Stator 12 wird konzentrisch innerhalb des Rotors 14 angeordnet.
Dadurch hat der Rotor 14 einen größeren Durchmesser als der Stator 12.
Dieses System umfasst die eingangs genannten schräggestellten
Rotorbleche 18, so dass der größere Rotordurchmesser die Oberfläche der
schräggestellten Bleche
vergrößert, wodurch
die durch die Bewegung der Flüssigkeit
erzeugten Drücke
und Volumina auch erhöht
werden.
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11 stellt
ein Flussdiagramm für
ein Verfahren zum Pumpen von Flüssigkeit
dar. Zu Beginn wird in Schritt 110 ein Motor 10 mit
einem Stator 12 und einem drehbaren, mit geschichteten
Blechen versehenen Rotor 14 bereitgestellt. In Schritt 112 werden
dann die Rotorbleche 24 so schräggestellt, dass bei Drehung
des Rotors 14 Flüssigkeit
durch den Motor 10 gepumpt wird. In Schritt 114 wird
dann elektrisch leitfähiges
Material 22 erregt, so dass sich der Rotor 14 dreht
und die Flüssigkeit
pumpt. Schließlich
wird in Schritt 116 die Steuerung des Flüssigkeitsstroms
und die Leistungsfähigkeit
dadurch verbessert, dass der Strom bzw. Fluss anhand der Leitung 16 begrenzt
wird.
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Obzwar die beste Art, diese Erfindung
auszuführen,
ausführlich
beschrieben wurde, wird ein hier angesprochener Fachmann verschiedene
Alternativen und Ausführungsformen
zur Durchführung der
in den nachfolgenden Ansprüchen
gekennzeichneten Erfindung erkennen.