DE19639223A1 - Magnetisch angetriebene Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetisch angetriebene Pumpe des Typs, in dem ein Pumpenrad mittels einer magnetischen Kraft drehend angetrieben wird. Eine solche Pumpe kann beispielsweise als Wasserpumpe in einem Wasser-Kühlsystem einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs verwendet werden.

Ein Wassermantel ist in einem Fahrzeugmotor zum Kühlen des Motors ausgebildet und eine Wasserpumpe ist mit dem Wassermantel verbunden. Die Wasserpumpe hat eine mit dem Wassermantel verbundene Pumpenkammer und ein Pumpenrad ist in der Pumpenkammer drehbar um seine Achse gehalten.

Eine in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. Sho 60-159899 (1985) beschrieben Wasserpumpe hat einen angetriebenen Permanentmagneten, der an dem Pumpenrad im Bereich von dessen Mittelachse befestigt ist. Eine Antriebswelle mit einem parallel zu ihrer Mittelachse angeordneten antreibenden Permanentmagneten ist als Antriebseinheit in einem Kurbelgehäuse angebracht, das von der Pumpenkammer mittels einer Trennwand getrennt ist. Der angetriebene Permanentmagnet des Pumpenrads und der antreibende Permanentmagnet der Antriebswelle bilden magnetische Anziehungseinrichtungen zum drehenden Antrieb des Pumpenrads durch magnetische Kräfte.

Ferner zeigt die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. Sho 63-189690 (1988) eine Pumpe mit einem einstückig mit einem Pumpenrad in einer Pumpenkammer ausgebildeten Permanentmagnet- Rotor. Ein elektromagnetischer Stator, der als Antriebseinheit dient, ist in einer von der Pumpenkammer getrennten Statorkammer befestigt. Der einen Teil des Pumpenrads bildende Permanentmagnet-Rotor und der elektromagnetische Stator dienen als magnetische Anziehungseinrichtungen und bilden einen Motor.

Bei diesen herkömmlichen magnetisch angetriebenen Pumpen beeinflußt die magnetische Kraft der von dem parallel zur Mittelachse der Antriebswelle angeordneten antreibenden Permanentmagneten oder von dem elektromagnetischen Stator gebildeten magnetischen Anziehungseinrichtung die von dem angetriebenen Permanentmagneten des Pumpenrads oder oder von dem Permanentmagnet-Rotor des Pumpenrads gebildeten magnetischen Anziehungseinrichtung von einer Seite, wobei die diese magnetischen Anziehungseinrichtungen parallel zur Mittelachse vorgesehen sind. Im Ergebnis wird das Pumpenrad drehend angetrieben und erzeugt eine zirkulierende Strömung innerhalb der Pumpenkammer.

Indem die das Pumpenrad haltende Pumpenkammer von dem Kurbelgehäuse bzw. der Statorkammer mit der Antriebswelle bzw. dem elektromagnetischen Stator getrennt wird, wird die Antriebseinheit außerhalb der Pumpenkammer ausgebildet. Folglich kann, verglichen mit herkömmlichen Pumpen, bei denen die Antriebseinheit und die Pumpenkammer mittels mechanischer Dichtungen voneinander getrennt sind, eine Geräuschentwicklung und eine Leckage aus den mechanischen Dichtungen verhindert werden. Ein weiterer Vorteil ist ein vereinfachter Aufbau.

Weil die magnetischen Anziehungseinrichtungen parallel zur Mittelachse angeordnet sind, besteht bei den herkömmlichen magnetisch angetriebenen Pumpen ein Nachteil darin, daß die gegenseitige magnetische Anziehungskraft oft nicht ausreicht. Folglich kann das Pumpenrad schnellen Änderungen der Drehgeschwindigkeit nicht folgen und es ist schwierig, das Pumpenrad mit hoher Drehzahl zu drehen. Wenn eine solche Pumpe zum Kühlen eines Motors verwendet wird, geht die Zirkulation von Flüssigkeit verloren und die Zirkulationsflußrate nimmt ab. Im Endergebnis führt dies zu einer unbefriedigenden Kühlung des Motors.

Wenn beide magnetischen Anziehungseinrichtungen länglich und längs der Mittelachse ausgebildet werden, um das Pumpenrad zuverlässig mit einer hohen Drehzahl antreiben zu können, ergibt sich eine in Axialrichtung verlängerte Pumpe, deren Einbau in ein Fahrzeug zusätzlich erschwert ist.

Folglich ist es Aufgabe der Erfindung, eine kompakte magnetisch angetriebene Pumpe zu schaffen, deren Pumpenrad plötzlichen Änderungen der Drehgeschwindigkeit folgen kann und zuverlässig mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden kann.

Die Aufgabe wird mit einer Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß hat eine magnetisch angetriebene Pumpe eine Pumpenkammer, ein um eine Mittelachse drehbar in der Pumpenkammer gehaltenes Pumpenrad, um durch Drehung eine Fluidströmung in der Pumpenkammer zu erzeugen, eine mittels einer Trennwand außerhalb der Pumpenkammer vorgesehene Antriebseinheit zum drehenden Antrieb des Pumpenrads und erste und zweite magnetische Anziehungseinrichtungen, die an der Antriebseinheit bzw. an dem Pumpenrad vorgesehen sind, um das Pumpenrad mittels gegenseitiger magnetischer Anziehungskraft drehend anzutreiben, wobei mindestens eine der ersten und zweiten magnetischen Anziehungseinrichtungen parallel zur Mittelachse angeordnet ist und mindestens in Axialrichtung der Pumpe an der Vorderseite oder der Rückseite der Pumpe vorgesehen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Pumpe ist mindestens eine der magnetischen Anziehungseinrichtungen der Antriebseinheit und des Pumpenrads parallel zur Mittelachse angeordnet und zudem mindestens in Axialrichtung der Pumpe an der Vorderseite oder der Rückseite der Pumpe vorgesehen. Im Ergebnis wirken magnetische Kräfte in zwei oder drei Richtungen zwischen den magnetischen Anziehungseinrichtungen und es wird eine zufriedenstellende gegenseitige magnetische Anziehungskraft erhalten, ohne daß beide magnetischen Anziehungseinrichtungen in Axialrichtung der Pumpe verlängert werden. Folglich kann das Pumpenrad der Antriebseinheit folgen, wenn eine plötzliche Änderung der Drehgeschwindigkeit auftritt oder wenn es erforderlich ist, das Pumpenrad mit einer hohen Drehzahl zu drehen. Somit wird das Pumpenrad gedreht, um zuverlässig eine Fluidströmung in der Pumpenkammer zu erzeugen.

Ferner ist die Antriebseinheit durch die Trennwand außerhalb der Pumpenkammer angebracht. Folglich kann, verglichen mit herkömmlichen Pumpen, bei denen die Antriebseinheit und die Pumpenkammer mittels mechanischer Dichtungen voneinander getrennt sind, eine Geräuschentwicklung und eine Leckage aus den mechanischen Dichtungen verhindert werden. Ein weiterer Vorteil ist ein vereinfachter Gesamtaufbau.

Andere Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich. Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile in den Zeichnungen verwendet werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer magnetisch angetriebenen Verdränger-Wasserpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1, die eine magnetisch angetriebene Verdränger-Wasserpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und

Fig. 3 einen Längsschnitt einer magnetisch angetriebenen Axialwasserpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ein erstes und ein zweites Ausführungsbeispiel werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genau beschrieben.

1. Ausführungsbeispiel

In dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Erfindung auf eine magnetisch angetriebene Verdränger- Wasserpumpe angewandt.

Die Wasserpumpe hat ein Gehäuse 1, in der eine Mittelöffnung 1b mittels der Trennwand 1a ausgebildet ist. Eine ringförmige Pumpenkammer 2 ist innerhalb des Gehäuses 1 ausgebildet und mit einem Wassermantel, der an einem Motor (nicht gezeigt) ausgebildet ist, über einen Einlaß 1c und einen Auslaß 1d verbunden, die in Radialrichtung offen sind. Eine Antriebswelle 5 ist in der Mittelöffnung 1b zwischen Innenflanschen 1e, 1f über Gleitlager 3, 4 drehbar gehalten. Es können natürlich auch andere geeignete Lager verwendet werden. Der Mittelabschnitt der Antriebswelle 5 ist vergrößert, um einen Abschnitt großen Durchmessers 5a zu bilden, der zwischen den Innenflanschen 1e, 1f drehbar ist.

Ein antreibender Permanentmagnet 5b, der als eine magnetische Anziehungseinrichtung dient, ist an dem Außenumfang des Abschnitts großen Durchmessers 5a der Antriebswelle 5 befestigt. Eine der vorderen Stirnseite des Gehäuses 1 gegenüberliegenden Frontplatte 6 ist auf das vordere Ende der Antriebswelle aufgepreßt, eine der rückwärtigen Stirnseite des Gehäuses 1 gegenüberliegende Rückplatte 7 ist auf die rückwärtige Seite der Antriebswelle 5 aufgepreßt und eine Riemenscheibe (nicht dargestellt) ist am rückwärtigen Ende der Antriebswelle 5 befestigt. Antreibende Permanentmagnete 6a, 7a, die als eine andere magnetische Anziehungseinrichtung dienen, sind auf den dem Gehäuse 1 zugewandten Seiten der Frontplatte 6 bzw. der Rückplatte 7 befestigt.

Der Abschnitt großen Durchmessers 5a der Antriebswelle 5, die Frontplatte 6 und die Rückplatte 7 bilden somit eine Antriebseinheit. Ferner ist der antreibende Permanentmagnet 5b parallel zur Mittelachse liegend an dem Abschnitt großen Durchmessers 5a befestigt und die antreibenden Permanentmagnete 6a, 7a sind an der Frontplatte 6 bzw. Rückplatte 7 angebracht, um in Axialrichtung auf der Vorderseite bzw. der Rückseite des antreibenden Permanentmagneten 5b vorgesehen zu sein.

Eine als Pumpenrad dienende Rotoreinrichtung 8 ist in der Pumpenkammer 2 aufgenommen. Die Rotoreinrichtung 8 hat vier Rollen 9 und ringförmige Verbindungsglieder 10, 11, um die Rollen 9 so zu halten, daß sie gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Jede Rolle 9 hat einen an den Verbindungsgliedern 10, 11 befestigten Stab 9a, einen Rollenkörper 9d, der mittels Gleitlagern 9b, 9c (es können alternativ auch andere geeignete Lagertypen verwendet werden) drehbar an dem Stab 9a gehalten ist, und einen als andere magnetische Anziehungseinrichtung dienenden angetriebenen Permanentmagneten 9e, der am Außenumfang des Rollenkörpers 9d befestigt ist.

Wenn die Antriebswelle 5 dieser Wasserpumpe über die Riemenscheibe gedreht wird, üben der antreibende Permanentmagnet 5b am Abschnitt großen Durchmessers 5a und die antreibenden Permanentmagnete 6a, 7a der Frontplatte 6 und der Rückplatte 7 magnetische Kräfte aus drei Richtungen auf die angetriebenen Permanentmagente 9e jeder Rolle 9 der Rotoreinrichtung 8 aus. Im Ergebnis dreht sich die Rotoreinrichtung 8 um die Mittelachse und jede Rolle 9 der Rotoreinrichtung 8 dreht sich um seinen eigenen Stab 9a. Somit wird eine ausreichende gegenseitige magnetische Kraft erhalten, ohne den antreibenden Permanentmagneten 5b oder den angetriebenen Permanentmagneten 9e in Axialrichtung zu verlängern. Die Rotoreinrichtung 8 und die Rollen 9 werden dem Abschnitt großen Durchmessers 5a der Antriebswelle 5, der Frontplatte 6 und der Rückplatte 7 folgen, auch wenn die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 5 schwankt oder sich ändert oder wenn es erforderlich oder gewünscht ist die Rotoreinrichtung 8 und die Rollen 9 mit hoher Geschwindigkeit zu drehen. Durch die Bewegung der Rollen 9 in der ringförmigen Pumpenkammer 2 wird, bedingt durch das Volumen zwischen den Rollen 9, innerhalb der Pumpenkammer 2 zuverlässig eine zirkulierende Strömung erzeugt.

Folglich ist die Wasserpumpe gemäß diesem Ausführungsbeispiel leicht einzubauen, die Rotoreinrichtung 8 und die Rollen 9 können plötzlichen Schwankungen oder Änderungen der Drehgeschwindigkeit folgen und die Rotoreinrichtung 8 und die Rollen können mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden. Im Ergebnis kann eine Zirkulationsströmung zuverlässig erzeugt werden und der Motor kann auf optimale Weise gekühlt werden.

Ferner sind der Abschnitt großen Durchmessers 5a der Antriebswelle 5, die Frontplatte 6 und die Rückplatte 7 außerhalb der Pumpenkammer 2 der vorliegenden Wasserpumpe angeordnet. Folglich kann, verglichen mit herkömmlichen Wasserpumpen, die mechanische Dichtungen verwenden, eine Geräuschentwicklung und eine Leckage, die durch die mechanischen Dichtungen bedingt ist, vermieden werden. Zudem ist der Gesamtaufbau einfach.

2. Ausführungsbeispiel

In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Erfindung auf eine Axial-Wasserpumpe angewandt.

Die Wasserpumpe gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat ein zylindrisches Gehäuse 21, in dem eine Axialpumpenkammer 22 ausgebildet ist. Die Pumpenkammer 22 ist mit einem Wassermantel, der an einem Motor (nicht dargestellt) ausgebildet ist, über einen Einlaß 21a und einen Auslaß 21b verbunden, die in Längsrichtung offen sind. Der Mittelabschnitt des Gehäuses 21 ist mit einem vergrößerten Abschnitt 21c versehen, dessen innerer und äußerer Umfang vergrößert ist. Ein Pumpenrad 23 ist in dem vergrößerten Abschnitt 21c aufgenommen. Das Pumpenrad 23 hat einen sich in Axialrichtung erstreckenden Wellenabschnitt 23a, eine Vielzahl Flügel 23b, die an dem Wellenabschnitt 23a befestigt sind und sich in Durchmesserrichtung erstrecken, und angetriebene Permanentmagnete 23d, 23e, 23f, die als eine magnetische Anziehungseinrichtung dienen und mittels Befestigungsmitteln 23c an den äußeren Enden der Flügel befestigt sind. In anderen Worten, die Permanentmagnete 23d, 23e, 23f sind in Axialrichtung und zudem in Axialrichtung auf der Vorder- und Rückseite vorgesehen. Somit ist der angetriebene Permanentmagnet 23d parallel zur Mittelachse angeordnet und die angetriebenen Permanentmagnete 23e, 23f sind in Axialrichtung an der Vorderseite und der Rückseite des angetriebenen Permanentmagneten 23d vorgesehen.

Ferner ist eine Riemenscheibe 25 über ein Lager 24 am Außenumfang des vergrößerten Abschnitts 21c des Gehäuses 21 drehbar gehalten, wobei das Gehäuse 21 selbst als Trennwand dient. Die Riemenscheibe 25 hat einen Scheibenkörper 25a, der die sich axial ersteckende Seitenwand des vergrößerten Abschnitts 21c und dessen in Axialrichtung vordere Seite und rückwärtige Seite überdeckt, und hat einen Riemenkörper 25b, der an der Außenumfangsfläche des Scheibenkörpers 25a befestigt ist. Antreibende Permanentmagnete 25c, 25d, 25e, die als andere magnetische Anziehungseinrichtung dienen und den angetriebenen Permanentmagneten 23d, 23e, 23f entsprechend gegenüberliegen, sind an den den Umfang des vergrößerten Abschnitts 21c und dessen axiale vordere und rückwärtige Seite überdeckenden Abschnitten des Scheibenkörpers 25a befestigt. Folglich bildet die Riemenscheibe 25 eine Antriebseinheit. Der antreibende Permanentmagnet 25c ist parallel zur Mittelachse angeordnet und die antreibenden Permanentmagnete 25d, 25e sind in Axialrichtung an der vorderen Seite und der rückwärtigen Seite des antreibenden Permanentmagneten 25c angebracht.

Wenn die Riemenscheibe 25 dieser Wasserpumpe gedreht wird, üben die antreibenden Permanentmagnete 25c, 25d, 25e magnetische Kräfte aus drei Richtungen auf die angetriebenen Permanentmagente 23d, 23e, 23f des Pumpenrads 23 aus. Im Ergebnis dreht sich das Pumpenrad 23 um die Mittelachse. Somit wird eine ausreichende gegenseitige magnetische Kraft erhalten, ohne den antreibenden Permanentmagneten 25c oder den angetriebenen Permanentmagneten 23d in Axialrichtung zu verlängern. Das Pumpenrad 23 wird der Riemenscheibe 25 folgen, sogar es erforderlich oder gewünscht ist, das Pumpenrad 23 mit hoher Geschwindigkeit zu drehen. Somit wird durch die Flügel 23b des Pumpenrads 23 der Inhalt der Pumpenkammer 22 bewegt, wodurch das zirkulierende Fluid die Pumpenkammer 22 spiralförmig durchströmt.

Folglich ist die Wasserpumpe gemäß diesem Ausführungsbeispiel leicht einzubauen, das Pumpenrad 23 kann plötzlichen Schwankungen oder Änderungen der Drehgeschwindigkeit folgen und das Pumpenrad kann zuverlässig mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden. Im Ergebnis kann der Motor mit dieser Wasserpumpe auf optimale Weise gekühlt werden.

Ferner ist die Riemenscheibe 25 außerhalb der Pumpenkammer 22 der vorliegenden Wasserpumpe angeordnet. Folglich kann, verglichen mit herkömmlichen Wasserpumpen, die mechanische Dichtungen verwenden, eine Geräuschentwicklung und eine Leckage, die durch die mechanischen Dichtungen bedingt ist, vermieden werden. Zudem ist der Gesamtaufbau einfach.

Wie zuvor beschrieben wurde, können bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Wasserpumpe das Pumpenrad bzw. der Rotor plötzlichen Schwankungen oder Änderungen der Drehgeschwindigkeit gut folgen und das Pumpenrad bzw. der Rotor können zuverlässig mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden. Dies wird ohne Beeinträchtigung eines einfachen Einbaus erzielt.

Es ist eine magnetisch angetriebene Pumpe beschrieben, die eine Pumpenkammer, ein in der Pumpenkammer um eine Mittelachse drehbar gehaltenes Pumpenrad, eine Antriebseinheit zum drehenden Antrieb des Pumpenrads und an der Antriebseinheit und dem Pumpenrad vorgesehene erste und zweite Anziehungseinrichtungen zum drehenden Antrieb des Pumpenrads durch gegenseitige magnetische Kräfte hat. Mindestens eine der ersten und zweiten Anziehungseinrichtungen ist parallel zur Mittelachse vorgesehen und ist zudem in Axialrichtung der Pumpe an der Vorder- und Rückseite vorgesehen.

Die Erfindung wurde lediglich beispielhaft anhand der Ausführungsbeispiele erläutert; es sind jedoch Abwandlungen und Modifikationen möglich. Folglich ist die Erfindung nicht als auf die Ausführungsformen beschränkt anzusehen, sondern sie ist nur durch den Umfang der nachfolgenden Patentansprüche bestimmt.

Claims (7)

1. Magnetisch angetriebene Pumpe, mit
einer Pumpenkammer (2; 22),
einem um eine Mittelachse drehbar in der Pumpenkammer (2; 22) gehaltenen Pumpenrad (8; 23), um durch Drehung eine Fluidströmung in der Pumpenkammer (2; 22) zu erzeugen,
einer mittels einer Trennwand (1a; 21) außerhalb der Pumpenkammer (2; 22) vorgesehenen Antriebseinheit (5, 6, 7; 25) zum drehenden Antrieb des Pumpenrads (8; 23), und
ersten (5b, 6a, 7a; 25c, 25d, 25d) und zweiten (9e; 23d, 23e, 23f) magnetischen Anziehungseinrichtungen, die an der Antriebseinheit (5, 6, 7; 25) bzw. an dem Pumpenrad (8; 23) vorgesehen sind, um das Pumpenrad (8; 23) mittels gegenseitiger magnetischer Anziehungskraft drehend anzutreiben, wobei mindestens eine der ersten (5b, 6a, 7a; 25c, 25d, 25d) und zweiten (9e; 23d, 23e, 23f) magnetischen Anziehungseinrichtungen parallel zur Mittelachse angeordnet ist und in Axialrichtung der Pumpe mindestens an der Vorderseite oder der Rückseite der Pumpe vorgesehen ist.

2. Magnetisch angetriebene Pumpe nach Anspruch 1, wobei das Pumpenrad (8) eine Mehrzahl Rollen (9) aufweist, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und die mittels Verbindungselementen (10, 11) innerhalb der Pumpenkammer (2) miteinander verbunden sind.

3. Magnetisch angetrieben Pumpe nach Anspruch 2, wobei die magnetische Anziehungseinrichtung (5b, 6a, 7a) auf einer Umfangsfläche eines verdickten Abschnitts (5a) einer mit einer Riemenscheibe verbundenen Antriebswelle (5) und auf Platten (6, 7) angeordnet ist, die den die Pumpenkammer (2) begrenzenden gegenüberliegenden Flächen eines Pumpengehäuses (1) gegenüberliegen, und wobei die zweite Anziehungseinrichtung (9e) an jeder Rolle (9) vorgesehen ist.

4. Magnetisch angetriebene Pumpe nach Anspruch 2, wobei die Antriebseinheit (5, 6, 7) eine mit einer Riemenscheibe verbundene Antriebswelle (5) aufweist, um die die Rollen (9) angeordnet sind.

5. Magnetisch angetriebene Pumpe nach Anspruch 1, wobei ein zylindrisches Gehäuse (21) zur Begrenzung der Pumpenkammer (22) darin einen Einlaß (21a) und einen Auslaß (21b) hat, die in Längsrichtung offen sind, und wobei das Pumpenrad (23) eine Vielzahl Flügel (23b) hat, an deren Enden die zweite magnetische Anziehungseinrichtung (23d, 23e, 23f) angebracht ist.

6. Magnetisch angetriebene Pumpe nach Anspruch 5, wobei eine Riemenscheibe (25) an dem zylindrischen Gehäuse (21) die Flügel (23b) umgebend drehbar gehalten ist, und wobei die erste Anziehungseinrichtung (25c, 25d, 25e) an den Innenflächen der Riemenscheibe (25) angebracht ist, die einem Abschnitt des zylindrischen Gehäuses (21) gegenüberliegen.

7. Magnetische Pumpe nach Anspruch 6, wobei das zylindrische Gehäuse (21) einen vergrößerten Abschnitt (21c) hat, in dem die Flügel (23b) angeordnet sind und um den die Riemenscheibe (25) angeordnet ist.