Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Förderung von Fluiden. Als Fluide
können
flüssige und/oder
gasförmige
Medien gefördert
werden.The
The invention relates to an arrangement for conveying fluids. As fluids
can
liquid and / or
gaseous
Promoted media
become.
Besonders
bei Computern werden heute Bauteile mit hohen Wärmestromdichten verwendet, z.B.
60 W/cm2. Von diesen Bauteilen muss die
Wärme zunächst in
einen Flüssigkeitskreislauf überführt werden,
und von dort muss diese Wärme über einen Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher
an die Umgebungsluft abgegeben werden.Especially in computers today components with high heat flux densities are used, eg 60 W / cm 2 . From these components, the heat must first be transferred to a liquid circuit, and from there, this heat must be discharged via a liquid-air heat exchanger to the ambient air.
Die
Ableitung der Wärme
von Bauteilen mit hoher Wärmestromdichte
erfolgt mittels so genannter Wärmeaufnehmer
oder Cold Plates. In diesen wird die Wärme zu einer Kühlflüssigkeit übertragen,
und diese Kühlflüssigkeit
wird gewöhnlich
in einem Kreislauf in Zwangsumlauf versetzt.The
Dissipation of heat
of components with high heat flux density
takes place by means of so-called heat absorbers
or Cold Plates. In these, the heat is transferred to a cooling liquid,
and this coolant
becomes ordinary
placed in a circulation in forced circulation.
Dabei
durchströmt
die Kühlflüssigkeit
nicht nur den Wärmeaufnehmer,
sondern auch eine Flüssigkeitspumpe,
welche den Zwangsumlauf bewirkt und einen adäquaten Druckaufbau und einen
adäquaten
Volumenstrom durch den Wärmeaufnehmer und
einen zugeordneten Wärmetauscher
bewirkt, so dass die zugehörigen
Wärmeübertragungs-Koeffizienten
groß und
die zur Wärmeübertragung
notwendigen Temperaturgradienten klein werden.there
flows through
the cooling liquid
not just the heat absorber,
but also a liquid pump,
which causes the forced circulation and an adequate pressure build-up and a
adequate
Volume flow through the heat absorber and
an associated heat exchanger
causes, so the associated
Heat transfer coefficient
big and
the heat transfer
necessary temperature gradient become small.
Beim
Wärmetauscher
wird gewöhnlich
ein Lüfter
angeordnet, welcher auf der Luftseite des Wärmetauschers eine erzwungene
Konvektion der Kühlluft
und gute Übertragungskoeffizienten
bewirkt.At the
heat exchangers
becomes ordinary
a fan
arranged, which on the air side of the heat exchanger a forced
Convection of the cooling air
and good transfer coefficients
causes.
Bei
derartigen Kühlanordnungen
werden der Lüfter
und die Flüssigkeitspumpe
separat angetrieben, und diese Bauteile sind häufig auch räumlich voneinander getrennt.
Man benötigt
deshalb zwei Antriebe, welche meist rotatorisch arbeiten. Diese Antriebe
benötigen
Energie und auch einen ziemlich großen Bauraum, was beides unerwünscht ist.at
such cooling arrangements
become the fan
and the liquid pump
driven separately, and these components are often spatially separated.
You need
therefore two drives, which usually work rotationally. These drives
need
Energy and a fairly large amount of space, both of which is undesirable.
Es
ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Anordnung zur
Förderung
von Fluiden bereit zu stellen.It
is therefore an object of the invention to provide a novel arrangement for
advancement
of fluids.
Nach
der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des
Anspruchs 1. Man erhält
so eine sehr kompakte Anordnung mit gutem Wirkungsgrad, da der Innenläufermotor
und die Magnetkupplung der Fluidpumpe sozusagen ineinander verschachtelt
(nested) sind.To
the invention, this object is achieved by the subject of the
Claim 1. One receives
such a very compact arrangement with good efficiency, as the internal rotor motor
and the magnetic coupling of the fluid pump, so to speak nested inside each other
are (nested).
Eine
andere Lösung
der gestellten Aufgabe ist Gegenstand des Anspruchs 20. Dies ermöglicht eine
besonders gute Integration der Bauteile der Anordnung, da Elektromotor,
Fluidpumpe, Lüfterrad
und Luftleitgehäuse
in enorm kompakter Weise zusammengebaut sind.A
another solution
the task is the subject of claim 20. This allows a
particularly good integration of the components of the arrangement, since electric motor,
Fluid pump, fan wheel
and air guide housing
assembled in an extremely compact way.
Weitere
Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den im Folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten,
in keiner Weise als Einschränkung
der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus
den Unteransprüchen.
Es zeigt:Further
Details and advantageous developments of the invention result
from those described below and shown in the drawing,
in no way as a limitation
the invention to be understood embodiments, and from
the dependent claims.
It shows:
1 einen
Längsschnitt
durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Anordnung,
gesehen längs
der Linie I-I der 2, 1 a longitudinal section through a preferred embodiment of an inventive arrangement, seen along the line II of 2 .
2 eine
Draufsicht auf das lüfterseitige Ende
der Anordnung, gesehen in Richtung des Pfeiles II der 1, 2 a plan view of the fan-side end of the arrangement, as seen in the direction of arrow II of 1 .
3 eine
Draufsicht auf das pumpenseitige Ende der Anordnung, gesehen in
Richtung des Pfeiles III der 1, 3 a plan view of the pump-side end of the arrangement, as seen in the direction of arrow III of 1 .
4 einen
Schnitt, gesehen längs
der Linie IV-IV der 1, 4 a section, seen along the line IV-IV of 1 .
5 eine
erste Explosionsdarstellung der Anordnung nach den 1 bis 4,
gesehen von der Pumpenseite, 5 a first exploded view of the arrangement according to the 1 to 4 seen from the pump side,
6 eine
zweite Explosionsdarstellung der Anordnung nach den 1 bis 4,
gesehen von der Lüfterseite, 6 a second exploded view of the arrangement according to the 1 to 4 , seen from the fan side,
7 einen
Schnitt durch das Gehäuse
der Anordnung, in welchem nur das Pumpenrad der Kreiselpumpe und
eine Art seiner Befestigung dargestellt ist, 7 a section through the housing of the arrangement, in which only the impeller of the centrifugal pump and a kind of its attachment is shown,
8 eine
perspektivische Darstellung analog 7, welche
ebenfalls die Befestigung des Pumpenrades der Kreiselpumpe und einen
bevorzugten Aufbau dieses Pumpenrades zeigt, 8th a perspective view analog 7 which also shows the attachment of the impeller of the centrifugal pump and a preferred construction of this impeller,
9 eine
Variante zu den vorhergehenden Figuren, bei denen für die axiale
Lagerung des Pumpenrades ein gesondertes Bauteil vorgesehen ist, das
im Zulaufstutzen angeordnet ist, 9 a variant of the preceding figures, in which for the axial bearing of the impeller, a separate component is provided, which is arranged in the inlet nozzle,
10 eine
dritte Variante zu den vorhergehenden Figuren, bei welcher der Aufbau
des Rotormagneten und der Magnetkupplung im Vergleich zu 9 vereinfacht
ist, und 10 a third variant of the preceding figures, wherein the structure of the rotor magnet and the magnetic coupling in comparison to 9 is simplified, and
11 einen
vergrößert dargestellten Schnitt,
gesehen längs
der Linie XI-XI der 10, wobei aber nur der Magnetring 140 dieser
Anordnung und dessen bevorzugte Magnetisierung dargestellt sind. 11 an enlarged sectional view, seen along the line XI-XI the 10 , but only the magnetic ring 140 this arrangement and its preferred magnetization are shown.
1 zeigt
einen Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Anordnung 20.
Diese hat außen
ein etwa zylindrisches Lüftergehäuse 22 mit
zwei Flanschen 24, 26 (5 und 6),
an deren Ecken sich jeweils eine Befestigungsbohrung 28 befindet,
und die durch ein rohrförmiges
Teil 30 miteinander verbunden sind. 1 shows a longitudinal section through a he inventive arrangement 20 , This has outside a roughly cylindrical fan housing 22 with two flanges 24 . 26 ( 5 and 6 ), at the corners of each a mounting hole 28 located, and by a tubular part 30 connected to each other.
Gemäß 3 und 5 ist
der Flansch 26 durch zwei schräg verlaufende Stege oder Speichen 32,
sowie durch einen Teilabschnitt eines Auslassstutzens 34,
mit dem zylindrischen Teil 36 eines Pumpengehäuses verbunden,
das im fertigen Zustand durch einen Deckel 38 verschlossen
ist, an dem sich ein Einlassrohr 40 befindet. Der Deckel 38 kann
z. B. durch eine Klebeverbindung, durch Kunststoffschweißen oder
durch eine O-Ring-Dichtung mit dem Teil 36 flüssigkeitsdicht
verbunden sein.According to 3 and 5 is the flange 26 by two sloping webs or spokes 32 , as well as through a section of an outlet 34 , with the cylindrical part 36 a pump housing connected in the finished state by a lid 38 is closed, on which there is an inlet pipe 40 located. The lid 38 can z. B. by an adhesive bond, by plastic welding or by an O-ring seal with the part 36 be connected liquid-tight.
Das
Teil 36 geht in 1 auf seiner linken Seite über in einen
senkrecht zu einer Drehachse 42 verlaufenden Abschnitt 44,
der auf seiner radial inneren Seite in ein zylindrisches Spaltrohr 46 übergeht. An
seinem in 1 linken Ende ist das Spaltrohr 46 durch
einen Abschnitt 48 verschlossen, an welchem eine nach rechts
in Richtung der Drehachse 42 ragende Welle 50 in
geeigneter Weise befestigt ist. Das Spaltrohr 46 und der
Abschnitt 48 bilden zusammen einen sog. Spalttopf 52,
der in 1 grau hervorgehoben ist. Dieser Spalttopf kann
auch eine andere geometrische Form haben, als sie in 1 dargestellt
ist.The part 36 walks into 1 on its left over into a perpendicular to a rotation axis 42 extending section 44 on its radially inner side into a cylindrical split tube 46 passes. At his in 1 left end is the can 46 through a section 48 closed, on which one to the right in the direction of the axis of rotation 42 protruding wave 50 is fastened in a suitable manner. The can 46 and the section 48 together form a so-called split shell 52 who in 1 highlighted in gray. This split pot can also have a different geometric shape than in 1 is shown.
Unter
einem Spaltrohr bzw. Spalttopf versteht man im Elektromaschinenbau
ein Bauteil aus einem nichtmagnetischen Material, z. B. Kunststoff oder
rostfreiem Stahl, das sich mindestens bereichsweise durch den Luftspalt
eines magnetischen Kreises erstreckt und dort eine Fluidbarriere
bildet.Under
A canned or containment shell is understood in electrical engineering
a component made of a non-magnetic material, for. B. plastic or
stainless steel extending at least partially through the air gap
a magnetic circuit extends and there a fluid barrier
forms.
An
den Abschnitt 48 schließt sich ein Lagerrohr 54 an,
in welchem mittels zweier Wälzlager 56 die
Welle 58 eines Innenrotors 60 gelagert ist. Die Welle 58 ist
an einem becherartigen Trägerteil 62 aus weichferromagnetischem
Werkstoff befestigt, auf dessen Außenseite ein Permanentmagnetring 64 befestigt
ist, der z. B. vierpolig magnetisiert sein kann. Dieser Magnetring 64 ist
durch einen Luftspalt 66 getrennt vom Stator 68 eines
elektronisch kommutierten Innenläufermotors
(ECM) 70, dem eine Leiterplatte 72 mit (nicht
dargestellten) elektronischen Bauelementen zugeordnet ist, welche
Leiterplatte sich parallel zum Abschnitt 44 und, bezogen
auf 1, links von diesem erstreckt.To the section 48 closes a bearing tube 54 in which by means of two rolling bearings 56 the wave 58 an inner rotor 60 is stored. The wave 58 is on a cup-like carrier part 62 made of weichferromagnetischem material attached to the outside of a permanent magnet ring 64 is fixed, the z. B. can be magnetized four-pole. This magnet ring 64 is through an air gap 66 separated from the stator 68 an electronically commutated internal rotor motor (ECM) 70 to which a circuit board 72 associated with (not shown) electronic components, which circuit board is parallel to the section 44 and, based on 1 extends to the left of this one.
4 zeigt
beispielhaft den Aufbau des Stators 68 mit insgesamt sechs
ausgeprägten
Polen 76, deren Wicklungen nicht dargestellt sind. Zur
Erzeugung eines ausreichend großen
und gleichmäßigen Drehmoments
wird eine dreiphasige Bauweise bevorzugt, wie sie dem Fachmann bekannt
ist. Jedoch haben Versuche gezeigt, dass auch elektronisch kommutierte
Motoren mit einer einfacheren Bauweise für den Antrieb gut geeignet
sind. Solche einfacheren Motoren werden oft als einphasige Motoren
bezeichnet. 4 shows an example of the structure of the stator 68 with a total of six distinct poles 76 whose windings are not shown. To produce a sufficiently large and uniform torque, a three-phase construction is preferred, as is known to the person skilled in the art. However, tests have shown that even electronically commutated motors with a simpler design are well suited for the drive. Such simpler motors are often referred to as single-phase motors.
Der
Stator 68 ist befestigt auf der Innenseite eines zylindrischen
Abschnitts 74, der bevorzugt mit dem Abschnitt 44 einstückig ausgebildet
ist.The stator 68 is fixed on the inside of a cylindrical section 74 who prefers the section 44 is integrally formed.
Etwa
dem Magnetring 64 gegenüber
liegend ist auf der Innenseite des Trägerteils 62 ein Magnetring 76 befestigt.
Dieser dreht sich im Betrieb um den Spalttopf 52 herum.About the magnet ring 64 lying opposite is on the inside of the carrier part 62 a magnetic ring 76 attached. This rotates in operation around the containment shell 52 around.
Auf
dem becherartigen Trägerteil 62 ist
mittels eines becherartigen Abschnitts 78 ein Lüfterrad 80 befestigt,
das z. B. als Axial-, Diagonal- oder Radial-Lüfterrad ausgebildet sein kann.
Es hat ein etwa zylindrisches äußeres Teil 81,
dessen Außendurchmesser
dem des zylindrischen Abschnitts 74 entspricht, und an
diesem Teil 81 sind die Lüfterflügel 82 in der dargestellten
Weise angeordnet, vgl. 5 und 6. Die Flügel 82 drehen
sich im Betrieb innerhalb des zylindrischen Abschnitts 30 des
Lüftergehäuses 22 und
fördern
Luft durch diesen Abschnitt 30.On the cup-like carrier part 62 is by means of a cup-like section 78 a fan 80 attached, the z. B. may be formed as axial, diagonal or radial fan. It has an approximately cylindrical outer part 81 whose outer diameter is that of the cylindrical portion 74 corresponds, and at this part 81 are the fan blades 82 arranged in the manner shown, cf. 5 and 6 , The wings 82 rotate within the cylindrical section during operation 30 of the fan housing 22 and promote air through this section 30 ,
Auf
der Welle 50 ist drehbar ein Pumpenrad 90 einer
Kreiselpumpe oder sonstigen Strömungsmaschine 91 gelagert,
das bevorzugt einstückig
mit einem kunststoffgebundenen ersten Dauermagneten 92 ausgebildet
ist. Letzterer hat bevorzugt die gleiche Zahl von Magnetpolen wie
der Magnetring 76, der im Folgenden auch als zweiter Dauermagnet
bezeichnet wird, und bildet mit diesem eine Magnetkupplung 93,
welche durch den Spalttopf 52 hindurch das vom Motor 70 erzeugte
Drehmoment auf das Pumpenrad 90 überträgt und dieses dadurch mit der
Drehzahl des Innenrotors 60 antreibt.On the wave 50 is rotatable an impeller 90 a centrifugal pump or other turbomachine 91 stored, preferably in one piece with a plastic-bonded first permanent magnet 92 is trained. The latter preferably has the same number of magnetic poles as the magnet ring 76 hereinafter referred to as the second permanent magnet, and forms with this a magnetic coupling 93 passing through the containment shell 52 through the engine 70 generated torque on the impeller 90 transmits this and thereby with the speed of the inner rotor 60 drives.
Dadurch
wird im Betrieb Flüssigkeit
durch den Stutzen 40 in Richtung eines Pfeiles 94 angesaugt
und in Richtung eines Pfeiles 96 durch den Auslassstutzen 34 gefördert.As a result, liquid is in the operation through the nozzle 40 in the direction of an arrow 94 sucked and in the direction of an arrow 96 through the outlet 34 promoted.
Der
Rotor 60 treibt also einerseits das Lüfterrad 80 durch eine
direkte mechanische Kupplung an, andererseits das Pumpenrad 90 über die
Magnetkupplung 93.The rotor 60 So on the one hand drives the fan 80 by a direct mechanical coupling, on the other hand, the impeller 90 via the magnetic coupling 93 ,
Sehr
vorteilhaft, weil platzsparend ist, dass der Motor 70 und
die Magnetkupplung 93 in derselben Antriebsebene liegen,
wobei der Magnet 92 des Pumpenrads 90 das innerste
rotierende Element ist. Dies ermöglicht
es, den Durchmesser des Magneten 92 so klein zu machen,
wie das angesichts des zu übertragenden
Drehmoments noch vertretbar ist.Very beneficial, because it saves space, that the engine 70 and the magnetic coupling 93 lie in the same drive plane, wherein the magnet 92 of the impeller 90 the innermost rotating element is. This allows the diameter of the magnet 92 to make it as small as that in view of the torque to be transmitted is still acceptable.
Da
der Magnet 92 direkt im gepumpten Fluid rotiert, haftet
das unmittelbar an ihn angrenzende Fluid direkt an ihm und bewegt
sich mit derselben Umfangsgeschwindigkeit. An der Grenzfläche zum stationären Spalttopf 52 haftet
dieses Fluid ebenfalls an, wodurch es dort still steht. Zwischen
diesen beiden Extremwerten existiert ein kontinuierliches Geschwindigkeitsgefälle. Das
Fluid im Spalt zwischen dem ersten Magneten 90 und dem
stehenden Gehäuse 52 wird
somit Scherspannungen ausgesetzt. Durch die Viskosität des Fluids
ergeben sich Reibungsverluste. Maßgebend für diese ist der Durchmesser
der rotierenden Flächen,
welcher quadratisch in das Reibungsmoment eingeht. Die Reibungs-Verlustleistung
steigt also mit der dritten Potenz des Durchmessers (D3) der rotierenden
Flächen an
und kann bei der vorliegende Erfindung minimiert werden.Because the magnet 92 directly in the pumped fluid rotates, immediately adjacent to him fluid adheres directly to him and moves at the same peripheral speed. At the interface with the stationary containment shell 52 this fluid also adheres, causing it to stand still there. Between these two extreme values exists a continuous speed gradient. The fluid in the gap between the first magnet 90 and the standing housing 52 is thus exposed to shear stresses. The viscosity of the fluid results in friction losses. Decisive for this is the diameter of the rotating surfaces, which enters square in the frictional torque. The frictional power dissipation thus increases with the third power of the diameter (D3) of the rotating surfaces and can be minimized in the present invention.
Die
dargestellte und beschriebene Bauweise ermöglicht einen sehr hohen Wirkungsgrad
einer solchen Pumpe, welche über
eine Magnetkupplung 93 angetrieben wird, weil die rotierenden
Flächen
am ersten Magneten 92 klein ausgeführt werden können. Der
kleinstmögliche
Durchmesser wird, wie bereits ausgeführt, durch das Drehmoment bestimmt,
welches von der Magnetkupplung 93 übertragen werden muss. Würde der
Durchmesser noch weiter verkleinert, so hätte dies eine Verminderung
der Pumpleistung zur Folge, d. h. bei einer erfindungsgemäßen Anordnung
kann die Magnetkupplung so ausgelegt werden, so dass man im Arbeitspunkt
einen sehr guten Wirkungsgrad erhält.The illustrated and described construction allows a very high efficiency of such a pump, which via a magnetic coupling 93 is driven because the rotating surfaces on the first magnet 92 can be made small. The smallest possible diameter is, as already stated, determined by the torque, which of the magnetic coupling 93 must be transferred. If the diameter were to be reduced even further, this would result in a reduction of the pumping power, ie in an arrangement according to the invention, the magnetic coupling can be designed so that a very good efficiency is obtained at the operating point.
Eine
weitere Optimierung ist möglich
durch die Verwendung besonders hochwertiger Magnetwerkstoffe für die Dauermagnete 76 und 92.
Hierdurch lässt
sich der Durchmesser der rotierenden Flächen weiter reduzieren, was
einen besonders hohen Wirkungsgrad ergibt, aber die Kosten entsprechend
erhöht.Further optimization is possible through the use of particularly high quality magnetic materials for the permanent magnets 76 and 92 , As a result, the diameter of the rotating surfaces can be further reduced, which results in a particularly high efficiency, but increases the cost accordingly.
Montage (1 bis 6)Assembly ( 1 to 6 )
Zunächst wird
das Pumpenrad 90 auf die Welle 50 gesteckt, und
dann wird das zylindrische Teil 36 durch den Deckel 38 flüssigkeitsdicht
verschlossen.First, the impeller 90 on the wave 50 plugged in, and then the cylindrical part 36 through the lid 38 sealed liquid-tight.
Die
Lagerung des Pumpenrads 90 erfolgt meist durch Gleitlager,
doch sind auch andere Lager möglich.
Das Pumpenrad 90 wird durch magnetischen Zug, also die
Anziehung zwischen den Magneten 76 und 92, festgehalten
und kann zusätzlich
mechanisch gesichert werden, z. B. durch Sprengringe, Anlaufscheiben
etc.The bearing of the impeller 90 usually done by plain bearings, but other bearings are possible. The impeller 90 is due to magnetic pull, so the attraction between the magnets 76 and 92 , held and can be additionally secured mechanically, for. B. by snap rings, thrust washers etc.
Leiterplatte 72 und
Stator 68 werden innerhalb des zylindrischen Abschnitts 74 montiert.
Anschließend
wird die Welle 58 des becherartigen Teils 62,
auf dem die Magnete 64 und 76 sowie das Lüfterrad 80 montiert
sind, mittels der Lager 56 im Lagerrohr 54 montiert.circuit board 72 and stator 68 be inside the cylindrical section 74 assembled. Then the wave 58 of the cup-like part 62 on which the magnets 64 and 76 as well as the fan wheel 80 are mounted, by means of bearings 56 in the bearing tube 54 assembled.
Das
Lüfterrad 80 kann
bereits vor der Montage ausgewuchtet werden, oder auch dann, wenn
es in der Anordnung bereits montiert ist.The fan wheel 80 can be balanced before assembly, or even if it is already mounted in the assembly.
7 und 8 zeigen
in einer Variante das Gehäuse
der Anordnung 20. Die Welle 50 des Pumpenrads 90 ist
im Abschnitt 48 befestigt. Sie hat an ihrem freien Ende
eine Ringnut, in der ein Sprengring 89 befestigt ist, welcher
das Pumpenrad 90 auf der Welle 50 festhält und gleichzeitig
ein Axiallager für das
Pumpenrad 90 bildet. 8 zeigt
auch eine bevorzugte Form der Flügel 93 des
Pumpenrads 90 der Strömungsmaschine 91. 7 and 8th show in a variant of the housing of the arrangement 20 , The wave 50 of the impeller 90 is in the section 48 attached. It has at its free end an annular groove in which a snap ring 89 attached, which is the impeller 90 on the wave 50 holds and at the same time a thrust bearing for the impeller 90 forms. 8th also shows a preferred shape of the wings 93 of the impeller 90 the turbomachine 91 ,
9 zeigt
eine stark vergrößerte Darstellung
einer zweiten Variante, etwa analog zur Darstellung der 1.
Gleiche oder gleich wirkende Teile werden auch hier mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet und nicht nochmals beschrieben. Die Form des
Gehäuses
ist weitgehend gleich wie in 8. 9 shows a greatly enlarged view of a second variant, approximately analogous to the representation of 1 , Identical or equivalent parts are again denoted by the same reference numerals and will not be described again. The shape of the case is largely the same as in 8th ,
Im
Zufluss 40 ist hier mittels dreier Stützbeine 100, von denen
in 9 nur zwei sichtbar sind, eine Halteschale 102 befestigt,
welche im montierten Zustand das freie Ende der Welle 50 übergreift
und abstützt.
Dabei behindern die Stützbeine 100 nicht den
Durchfluss des Kühlfluids
durch den Zufluss 40. Sie sind einstückig mit diesem ausgebildet.In the inflow 40 is here by means of three support legs 100 of which in 9 only two are visible, a holding cup 102 fixed, which in the assembled state, the free end of the shaft 50 overlaps and supports. This hamper the support legs 100 not the flow of cooling fluid through the inlet 40 , They are integrally formed with this.
Der
erste Magnet 92 hat hier an beiden Enden Vertiefungen 104, 106.
In diesen ist jeweils eine Anlaufscheibe 108 bzw. 110 angeordnet,
von denen die Scheibe 108 zwischen dem Abschnitt 48 und
der Vertiefung 104 angeordnet ist. Die andere Scheibe 110 ist
zwischen einem erhabenen Rand 112 der Lagerschale 102 und
der Vertiefung 106 angeordnet. Auf diese Weise ist der
Pumpenrotor 90 auf der Welle 50 auch axial sicher
gelagert.The first magnet 92 has recesses here at both ends 104 . 106 , In each of these is a thrust washer 108 respectively. 110 arranged, of which the disc 108 between the section 48 and the depression 104 is arranged. The other disc 110 is between a raised edge 112 the bearing shell 102 and the depression 106 arranged. This is the pump rotor 90 on the wave 50 also stored axially safe.
Die
Leiterplatte 72 ist in 9 dicker
dargestellt als in 1. Dies hängt davon ab, wie lang der zweite
Dauermagnet 76 sein muss, um das gewünschte Drehmoment vom Rotor 60 auf
den ersten Magneten 92 übertragen
zu können.
Durch Verwendung geeigneter Magnetwerkstoffe gelingt es, die axiale
Baulänge
der Anordnung sehr niedrig zu halten. Alternativ kann die Leiterplatte 72 seitlich
am Luftleitgehäuse 22 angeordnet
werden.The circuit board 72 is in 9 shown thicker than in 1 , This depends on how long the second permanent magnet 76 must be to the desired torque from the rotor 60 on the first magnet 92 to be able to transfer. By using suitable magnetic materials, it is possible to keep the axial length of the arrangement very low. Alternatively, the circuit board 72 on the side of the air duct housing 22 to be ordered.
Bei
der Montage wird zuerst das Pumpenrad 92 auf die Welle 50 aufgesteckt,
und anschließend wird
das Teil 38, 40 mit der Lagerschale 102 in
der dargestellten Weise montiert. Das Teil 38, 40 kann z.B.
durch Laserschweißen
im Bereich einer Trennfuge 114 flüssigkeitsdicht mit dem Abschnitt 36 des Pumpengehäuses verbunden
werden. Auf diese Weise erhält
man eine Lagerung, die sehr sicher und langlebig ist und bei der
ein Klappern des Pumpenrades 90 sicher verhindert wird.During assembly, the impeller is first 92 on the wave 50 plugged in, and then the part 38 . 40 with the bearing shell 102 mounted as shown. The part 38 . 40 can eg by laser welding in the region of a parting line 114 liquid-tight with the section 36 be connected to the pump housing. In this way you get a storage that is very safe and secure is durable and at the rattling of the impeller 90 safely prevented.
10 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
einer dritten, noch weiter optimierten Variante der Erfindung. Diese
Darstellung ist weitgehend analog zur Darstellung nach 9.
Gleiche oder gleich wirkende Teile werden auch hier mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet und nicht nochmals beschrieben. Die Form
des Gehäuses 22 und
des Lüfterrades 80 entspricht
weitgehend der 1. Die Leiterplatte des ECM 70 ist
nicht dargestellt. Sie kann sich an derselben Stelle befinden wie
die Leiterplatte 72 der 9, aber
man kann sie auch seitlich am Gehäuse 22 anordnen. Aus
Platzgründen
kann letztere Variante manchmal vorteilhaft sein. 10 shows an enlarged view of a third, further optimized variant of the invention. This representation is largely analogous to the representation according to FIG 9 , Identical or equivalent parts are again denoted by the same reference numerals and will not be described again. The shape of the case 22 and the fan wheel 80 corresponds largely to the 1 , The PCB of the ECM 70 is not shown. It can be located in the same place as the circuit board 72 of the 9 but you can also see them on the side of the case 22 Arrange. For reasons of space, the latter variant can sometimes be advantageous.
Die
Welle 58, welche den Rotor 60 des ECM 70 und
das Lüfterrad 80 lagert,
ist auch hier mittels zwei Kugellagern 56 in einem Lagerrohr 54 gelagert, welches
einstückig
mit dem Spalttopf 52 ausgebildet ist. Der Hohlraum des
Lagerrohres 54 setzt sich in 10 nach
rechts fort in eine Mulde 120, welche bei dieser bevorzugten
Ausführungsform
für die
Montage der Welle 58 und der Kugellager 56 erforderlich ist.The wave 58 which the rotor 60 of the ECM 70 and the fan 80 is also here by means of two ball bearings 56 in a bearing tube 54 stored, which is integral with the containment shell 52 is trained. The cavity of the bearing tube 54 sits down in 10 to the right into a hollow 120 which in this preferred embodiment for the assembly of the shaft 58 and the ball bearing 56 is required.
Zwischen
den Außenringen
der Kugellager 56 befindet sich ein Distanzglied 122.
Die Welle 58 ist in den Innenringen der beiden Kugellager 56 verschiebbar.
Zwischen dem Innenring des linken Kugellagers 56 und einer
Vertiefung 124 der Rotornabe 126 befindet sich
eine Druckfeder 128, welche bei der Montage der Welle 58 zusammengepresst
wird, wobei sich das rechte Ende der Welle 58 kurzzeitig
in die Mulde 120 verschiebt, welche also nur aus Gründen dieser
speziellen Art der Montage vorgesehen werden muss. Diese Verschiebung
der Welle 58 nach rechts wird bewirkt durch eine entsprechende
Verschiebung des Lüfterrads 80 nach
rechts.Between the outer rings of the ball bearings 56 there is a spacer 122 , The wave 58 is in the inner rings of the two ball bearings 56 displaceable. Between the inner ring of the left ball bearing 56 and a depression 124 the rotor hub 126 there is a compression spring 128 which when mounting the shaft 58 is compressed, with the right end of the shaft 58 briefly in the trough 120 shifts, which must therefore be provided only for reasons of this special type of installation. This shift of the wave 58 to the right is caused by a corresponding displacement of the fan 80 to the right.
Zu
diesem Zweck hat die Nabe 126 einen axialen Vorsprung 130,
mit dem sie bei dieser Verschiebung gegen die linke Seite eines
Rastglieds 131 und über
dieses gegen die linke Seite des linken Kugellagers 56 drückt und
dadurch die Außenringe
der beiden Kugellager 56 in das Lagerrohr 54 einpresst. Anschließend wird
das Lüfterrad 80 automatisch durch
die gespannte Feder 128 wieder nach links in die dargestellte
endgültige
Stellung verschoben, wobei ein Sprengring 132 am rechten
Ende der Welle 58 gegen die rechte Seite des Innenrings
des rechten Kugellagers 56 anliegt. Das Rastglied 131 rastet
bei diesem Vorgang in der dargestellten Weise in die Innenwand des
Lagerrohres 54 ein und hält so die Kugellager 56 im
Lagerrohr 54 fest.For this purpose, the hub has 126 an axial projection 130 with which they move against the left side of a locking member during this displacement 131 and over this against the left side of the left ball bearing 56 presses and thereby the outer rings of the two ball bearings 56 in the bearing tube 54 einpresst. Then the fan wheel becomes 80 automatically by the cocked spring 128 moved back to the left in the illustrated final position, with a snap ring 132 at the right end of the shaft 58 against the right side of the inner ring of the right ball bearing 56 is applied. The locking member 131 snaps in this process in the manner shown in the inner wall of the bearing tube 54 and holds the ball bearings 56 in the bearing tube 54 firmly.
Das
linke Ende der Welle 50 ist in einem axialen Vorsprung 136 des
Spalttopfs 52 befestigt, welcher Vorsprung in eine hierzu
komplementäre
Ausnehmung 138 des Magneten 92 der Magnetkupplung 93 ragt.The left end of the shaft 50 is in an axial projection 136 of the containment shell 52 attached, which projection into a complementary recess 138 of the magnet 92 the magnetic coupling 93 protrudes.
Das
Lüfterrad 80 ist
aus Kunststoff hergestellt, und seine Nabe 126 ist in der
dargestellten Weise durch Kunststoff-Spritzguss an der Welle 58 befestigt.
Von dieser Nabe 126 erstreckt sich in 10 ein
erster zylindrischer Abschnitt 78a nach rechts und ist
an seinem rechten Ende in geeigneter Weise mit einem Magnetring 140 verbunden,
dessen bevorzugte Magnetisierung in 11 schematisch und
vergrößert für eine vierpolige
Version dargestellt ist.The fan wheel 80 is made of plastic, and its hub 126 is in the manner shown by plastic injection on the shaft 58 attached. From this hub 126 extends into 10 a first cylindrical section 78a to the right and is at its right end suitably with a magnetic ring 140 connected, whose preferred magnetization in 11 is shown schematically and enlarged for a four-pole version.
Diese
Magnetisierung hat vier so genannte Pollücken 142, d.h. das
sind im Normalfall keine physikalischen Unterbrechungen des Magnetrings 140, sondern
nur Unterbrechungen seiner Magnetisierung. Letztere ist in der üblichen
Weise durch N (Nordpol) und S (Südpol)
angedeutet, d.h. der Magnetring 140 ist in Durchmesserrichtung
(diametral) magnetisiert und hat eine etwa trapezförmige Magnetisierung,
welche bei einem Ring eine optimale Ausnutzung des magnetischen
Werkstoffs ermöglicht.
Naturgemäß sind auch
andere Arten der Magnetisierung nicht ausgeschlossen. Eine trapezförmige Magnetisierung
wird oft auch als "rechteckförmige" Magnetisierung bezeichnet,
wobei "trapezförmig" und "rechteckförmig" in diesem Fall für den Elektromaschinenbauer
Synonyme sind.This magnetization has four so-called pole gaps 142 , ie these are normally no physical interruptions of the magnet ring 140 but only interruptions of its magnetization. The latter is indicated in the usual way by N (north pole) and S (south pole), ie the magnetic ring 140 is diametrically magnetized in the diameter direction and has a roughly trapezoidal magnetization, which allows for a perfect utilization of the magnetic material in a ring. Naturally, other types of magnetization are not excluded. Trapezoidal magnetization is often referred to as "rectangular" magnetization, "trapezoidal" and "rectangular" in this case being synonyms for the electric machine manufacturer.
Die
Magnetisierung des Magnetrings 140 ist bevorzugt, wie dargestellt,
vierpolig auf beiden Seiten. Andere Polzahlen sind nicht ausgeschlossen.
Da aber der Magnet 92, welcher mit dem Pumpenrad 90 verbunden
ist, einen kleinen Durchmesser hat und da er dieselbe Polzahl haben
sollte wie der Ringmagnet 140, sind Polzahlen über vier
oder maximal sechs schlecht realisierbar und führen zu einer Reduzierung des
Drehmoments, das von der Magnetkupplung 93 übertragen
werden kann.The magnetization of the magnet ring 140 is preferred, as shown, four-pole on both sides. Other pole numbers are not excluded. But there the magnet 92 , which with the impeller 90 is connected, has a small diameter and as it should have the same number of poles as the ring magnet 140 , Pol numbers over four or maximum six are poorly realizable and result in a reduction in torque, that of the magnetic coupling 93 can be transferred.
Der
Motor 70 ist gewöhnlich
ein dreiphasiger Motor. Seine elektronische Kommutierung kann durch
Hallsensoren gesteuert werden, oder auch durch Erfassung der in
den Wicklungen induzierten Spannungen nach dem so genannten Sensorless-Prinzip.
Alternativ ist es auch möglich,
den Motor 70 nur mit einem einzigen Wicklungsstrang oder
mit zwei Wicklungssträngen
auszuführen.
Solche Motoren werden gewöhnlich
als "einphasige" Motoren bezeichnet,
obwohl sie nur eine Phase oder auch zwei Phasen haben können. Auch
hier handelt es sich um Spezialausdrücke des Elektromaschinenbaus,
die dem Fachmann auf diesem Gebiet geläufig sind.The motor 70 is usually a three-phase motor. Its electronic commutation can be controlled by Hall sensors, or by detecting the induced voltages in the windings according to the so-called sensorless principle. Alternatively, it is also possible to use the engine 70 only with a single winding strand or with two winding strands. Such motors are commonly referred to as "single-phase" motors, although they may have only one phase or two phases. Again, there are special terms of electrical engineering, which are familiar to the expert in this field.
Zur
sicheren Verbindung mit dem Kunststoff des zylindrischen Abschnitts 78A hat
der Magnetring 140 bevorzugt eine Ausdrehung 142,
in welche sich der Abschnitt 78a erstreckt. Der Magnet 140 kann
ein so genannter kunststoffgebundener Magnet sein, bei dem hartferromagnetische
Partikel in einer Kunststoffmatrix angeordnet sind. Bei einem solchen
Magneten ist die Verbindung mit den Teilen 78a und 78c besonders
leicht und sicher möglich.
Jedoch sind auch andere Formen dieses Magnets möglich. Z.B. kann der Ring 140 auch
aus vier Einzelmagneten aufgebaut sein, wie das dem Fachmann des
Elektromaschinenbaus geläufig
ist.For secure connection with the plastic of the cylindrical section 78A has the magnet ring 140 prefers a turnout 142 into which the section 78a extends. The magnet 140 can one so-called plastic-bonded magnet, are arranged in the hard ferromagnetic particles in a plastic matrix. With such a magnet is the connection with the parts 78a and 78c especially easy and safe possible. However, other forms of this magnet are possible. For example, the ring 140 be constructed of four individual magnets, as is familiar to those skilled in electrical engineering.
Der
zylindrische Abschnitt 78a geht über einen kurzen radialen Abschnitt 78b über in einen zweiten
zylindrischen Abschnitt 78c, der sich parallel zum ersten
zylindrischen Abschnitt 78a und im Abstand von diesem nach
links erstreckt und der an seinem linken Ende über einen radialen Abschnitt 78d in das
eigentliche Lüfterrad 80 mit
seinen Flügeln 82 übergeht
und bevorzugt mit dem Lüfterrad
einstückig ist.
Zwischen den Abschnitten 78a und 78c sind bevorzugt
Verbindungsrippen 78e vorgesehen, von denen eine in 10 angedeutet
ist.The cylindrical section 78a goes over a short radial section 78b into a second cylindrical section 78c which is parallel to the first cylindrical section 78a and extends at a distance from this to the left and at its left end via a radial section 78d into the actual fan wheel 80 with his wings 82 passes and preferably with the fan is in one piece. Between the sections 78a and 78c are preferred connecting ribs 78e provided, one of which is in 10 is indicated.
Der
Magnetring 140 erstreckt sich in einem Ringraum zwischen
der Innenseite des Stators 68 und der Außenseite
des Spaltrohres 46. In der Terminologie des Elektromaschinenbaus
wird dieser Ringraum auch als "Luftspalt" bezeichnet. Die
Außenseite 144 (11)
des Magnetrings 140 stellt den Innenrotor des ECM 70 dar,
und seine Innenseite 146 arbeitet mit dem Magneten 92 zusammen
und bildet mit diesem die Magnetkupplung 93.The magnetic ring 140 extends in an annulus between the inside of the stator 68 and the outside of the can 46 , In the terminology of electrical engineering, this annulus is also referred to as "air gap". The outside 144 ( 11 ) of the magnet ring 140 represents the inner rotor of the ECM 70 and its inside 146 works with the magnet 92 together and forms with this the magnetic coupling 93 ,
Auf
diese Weise gelingt es, in dem kleinen Luftspalt zwischen dem Stator 68 und
dem Spaltrohr 46 ein ausreichend großes Volumen an magnetischem
Werkstoff unterzubringen. (Hier ist darauf hinzuweisen, dass 10 eine
starke Vergrößerung darstellt.
Eine solche ist notwendig, weil die Einzelheiten sonst nicht dargestellt
werden könnten.)
Der Vergleich mit 9 zeigt, dass dies eine sehr
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, welche eine noch kompaktere
Bauweise und/oder eine höhere Leistung
ermöglicht.
Dabei ist zu bedenken, dass der Motor 70 sowohl die Pumpe 91 wie
den Lüfter 80 antreiben
muss, also eine entsprechende Leistung benötigt.In this way, it is possible in the small air gap between the stator 68 and the can 46 to accommodate a sufficiently large volume of magnetic material. (It should be noted that 10 represents a strong magnification. Such is necessary because otherwise the details could not be presented.) Comparison with 9 shows that this is a very advantageous embodiment of the invention, which allows an even more compact design and / or higher performance. It should be remembered that the engine 70 both the pump 91 like the fan 80 must drive, so a corresponding performance needed.
Wie 10 durch
graue Darstellung einzelner Teile symbolisch zeigt, ist der Spalttopf 52 in
bevorzugter Weise einstückig
mit dem Lagerrohr 54, der Halterung 74 für den Stator 68,
einem Teil 36 des Pumpengehäuses, den Stegen 32,
und dem rohrförmigen
Teil 30 des Lüftergehäuses 22 ausgebildet. Dies
ermöglicht
eine einfache Herstellung und Montage.As 10 symbolically shown by gray representation of individual parts is the containment shell 52 preferably in one piece with the bearing tube 54 , the bracket 74 for the stator 68 , a part 36 the pump housing, the webs 32 , and the tubular part 30 of the fan housing 22 educated. This allows easy manufacture and assembly.
Der
innere Magnet 92 der Magnetkupplung 93 ist mit
einer Lagerbuchse 148 verbunden, die sich auf der feststehenden
Achse 50 dreht, wobei die Ringe 108, 110 als
Axiallager dienen.The inner magnet 92 the magnetic coupling 93 is with a bearing bush 148 connected, resting on the fixed axis 50 turns, with the rings 108 . 110 serve as thrust bearings.
Durch
den Wegfall eines Trägerteils 62 aus Metall,
wie es bei 1 und 9 verwendet
wird, ergibt sich eine wesentliche Reduzierung des axialen Trägheitsmoments,
was den Start einer solchen Anordnung erleichtert und die Anlaufgröße reduziert.By eliminating a carrier part 62 made of metal, as is the case with 1 and 9 is used, results in a significant reduction of the axial moment of inertia, which facilitates the start of such an arrangement and reduces the starting size.
Wesentliche
Vorteile einer erfindungsgemäßen Anordnung
sind:
- • Unkomplizierte
Montage des Lüfterrads 80 zusammen
mit den Magneten 66, 76 bzw. dem Ringmagneten 140.
- • Unkompliziertes
Auswuchten des Lüfterrades 80.
- • Großvolumiger
Stator 68 mit Bauart bedingt guter Eigenkühlung und
hohem Drehmoment.
- • Die
gesamte Anordnung kann sehr kompakt gebaut werden.
- • Die
gesamte Anordnung kann sehr gut optimiert werden.
- • Die
Stromversorgung der Anordnung ist mit bekannten Bauelementen in
einfacher Weise möglich.
- • Da
kleine Luftspalte verwendet werden können, kann man preiswerte Magnetwerkstoffe
verwenden.
- • Die
rotierenden Massen bleiben beim Antrieb durch einen Innenrotor prinzipbedingt
kleiner als bei vergleichbaren Außenläufermotoren. Dadurch werden
die axialen Trägheitsmomente
geringer. Dies ermöglicht
eine bessere Dynamik, geringere Anlaufströme, sowie generell ein unproblematisches
Startverhalten mit hoher Startsicherheit.
- • Die
Geräusche
entsprechen etwa denen eines normalen Axiallüfters.
- • Das
becherartige Teil 62 wirkt als Dämpfungsglied und wirkt der
Bildung von Drehschwingungen zwischen dem Pumpenrad 90 und
seinem Antriebsmagneten 76 bzw. 140 entgegen.
Dies gilt ebenso für
die Kunststoffteile 78a, 78c, 78e der 10 und 11.
- • Obwohl
der Magnet 92 des Pumpenrades 90 einen kleinen
Durchmesser hat, kann das Pumpenrad 90 selbst einen größeren Durchmesser
haben, so dass auch größere Kennlinienbereiche mit
dieser Bauweise abgedeckt werden können.
- • Die
Möglichkeit
der Befestigung auf einem Wärmetauscher
wird nicht eingeschränkt.
Je nach Auslegung des Lüfterrades 80 ist
entweder ein blasender oder saugender Betrieb möglich, d.h. der Lüfter 80 bläst entweder
kalte Luft in den Wärmetauscher,
oder saugt warme Luft aus diesem.
The main advantages of an arrangement according to the invention are: - • Easy installation of the fan wheel 80 together with the magnets 66 . 76 or the ring magnet 140 ,
- • Easy balancing of the fan wheel 80 ,
- • Large volume stator 68 with design due to good self-cooling and high torque.
- • The whole arrangement can be made very compact.
- • The whole arrangement can be optimized very well.
- • The power supply of the arrangement is possible with known components in a simple manner.
- • Since small air gaps can be used, inexpensive magnetic materials can be used.
- • The rotating masses are inherently smaller when driven by an inner rotor than with comparable external rotor motors. This reduces the axial moment of inertia. This allows better dynamics, lower starting currents, as well as a generally unproblematic starting behavior with high starting safety.
- • The sounds are similar to those of a normal axial fan.
- • The cup-like part 62 acts as an attenuator and affects the formation of torsional vibrations between the impeller 90 and its drive magnet 76 respectively. 140 opposite. This also applies to the plastic parts 78a . 78c . 78e of the 10 and 11 ,
- • Although the magnet 92 of the impeller 90 has a small diameter, the impeller can 90 even have a larger diameter, so that even larger characteristic areas can be covered with this construction.
- • The possibility of mounting on a heat exchanger is not restricted. Depending on the design of the fan wheel 80 either a blowing or sucking operation is possible, ie the fan 80 either blowing cold air into the heat exchanger, or sucking warm air out of it.
Durch
die Erfindung erhält
man also eine sehr kompakte Anordnung, die für die Luftkühlung und den Antrieb der Flüssigkeitspumpe
nur einen gemeinsamen Elektromotor benötigt. Im Zentrum der Baugruppe
befindet sich dabei ein zylindrischer Körper, vgl. 7.
Dieser verfügt
auf einer Seite über
ein zylindrisches Lagerrohr 54 zur Aufnahme mindestens
eines Lagerelements 56 des Lüfterrads 80. An seine
andere Seite schließt
sich der Spalttopf 52 an. Radial außerhalb dieses Spalttopfs ist
bevorzugt ein rinnenförmiger
Ringansatz vorgesehen, und dieser trägt den Stator 68 des
ECM 70, sowie bevorzugt auch eine zugehörige Leiterplatte 72,
auf welcher die Steuerelektronik des ECM untergebracht ist. Alternativ
kann diese Leiterplatte z.B. auch seitlich am Lüftergehäuse 22 angebracht
werden.The invention thus provides a very compact arrangement that requires only a common electric motor for air cooling and the drive of the liquid pump. In the center of the assembly is a cylindrical body, cf. 7 , This has a cylindrical bearing tube on one side 54 for receiving at least one bearing element 56 of the fan wheel 80 , At his other side closes the containment shell 52 at. Radially outside this split pot, a groove-shaped annular projection is preferably provided, and this carries the stator 68 of the ECM 70 , and preferably also an associated circuit board 72 on which the control electronics of the ECM is housed. Alternatively, this circuit board, for example, on the side of the fan housing 22 be attached.
Naturgemäß sind im
Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen
möglich.By nature are in the
Under the present invention multiple modifications and modifications
possible.