DE2600845C2 - Motorpumpe mit einem elektrischen Kugelmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Motorpumpe der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Gattung.

Aus der DE-PS 15 38 715 ist eine derartige Motorpumpe mit einem elektrischen Kugelmotor bekannt, bei welcher zur Erzielung einer sich selbsttätig stabilisierenden Lagerung des weichmagnetischen Läufers die Ebene seiner Magnetpolzentren zwischen der Ebene der Polzentren des Stators und dem Kugelmittelpunkt der zwischen Läufer und Stator gebildeten sphärischen Gleitfläche liegt. Besonders bei Elektromaschinen, deren Läufer bei Abschaltung des Stroms axial nicht mehr gehalten würde, können gleichgepolte Permanentmagnetpaare verwendet werden, bei denen ein Partner stationär ist und der andere umlaufen kann. Diese Ausführung bietet sich insbesondere für eine Magnetkupplung an, durch welche das Drehmoment von einem äußeren umlaufenden permanentmagnetischen Polring durch eine unmagnetische sphärische Trennwand hindurch auf einen inneren permanentmagnetischen Polring übertragen wird. Auf beiden Polringen sind die N- und S-PoIe gleichmäßig am Umfang verteilt fest eingeprägt.

Ein Nachteil gegenüber Pumpen mit abgedichteter Welle und einem normalen Elektromotor besteht darin, daß . der Schlupf aufgrund des insbesondere bei Kleinpumpen relativ breiten Luftspaltes große Werte annimmt, so daß die Drehzahl weit unterhalb der Synchrondrehzahl liegt. Dies führt gerade bei Pumpen zu einem ungünstigen Betriebsverhalten, weil sich die hydraulische Leistung mit der dritten Potenz der Drehzahl ändert. Eine Vergrößerung der Leiterquerschnitte der Statorwicklung zur Minderung dieses Nachteiles führt zu einer erheblichen Geräuschbildung. Weiterhin ist es nachteilig, daß ca. 40% der gesamten Motorwärme im Läufer anfällt, der sich dementsprechend hoch erwärmt. Wenn derartige Pumpen in Leitungswasser-Systemen eingesetzt werden, können sich gerade am Läufer im engen sphärischen Magnetspalt Karbonate absetzen, was den Wirkungsgrad der Pumpe vermindert und zum Blockieren des Läufers führen kann.

Aus der DE-OS 19 06 803 ist eine magnetische Umlaufmaschine, insbesondere eine Magnetkupplung zum Antrieb eines Gebläseläufers, bekannt. Das Gebläselaufrad wird von einem Motor angetrieben, dessen Anker mit einem kalottenförmigen Läufer aus permanentmagnetischem Werkstoff verbunden ist, und der sich zusammen mit dem Läufer um eine gemeinsame Achse drehen kann. Die kugelschalenförmige Nabe des Gebläse-Schaufelrades besteht ebenfalls aus permanentmagnetischem Werkstoff und ist gegenüber der kugelsegmentförmigen Oberfläche des Motorläufers durch einen sphärischen Luftspalt getrennt, in dem eine Trennwand sitzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Motorpumpe der angegebenen Gattung zu schaffen, deren Kugelmotor in einem großen Teil des Lastbereiches bei minimalen Läuferverlusten mit Synchrondrehzahl läuft und im hohen Lastbereich ein etwa konstantes Drehmoment erzeugt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Aufgrund des halbharten magnetischen Werkstoffes hat der Läufer gemäß der Erfindung eine so hohe magnetische Remanenz, daß er in Ausschaltstellung in seiner Lage bleibt und nicht aus dem sphärischen Lager herausfällt. Durch die erfindungsgemäße Dimensionierung wird das maximale synchrone Drehmoment, welches sich aus der Statorinduktion und der Induktion des Läufers ergibt, größer als das Drehmoment des Schaufelrades bei voller Drosselung, aber kleiner als das Drehmoment zwischen dem Arbeitspunkt und einem Pumpenbetrieb ohne Gegendruck. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Pumpe bei relativ hohen Drücken mit der von der Netzfrequenz vorgegebenen maximalen Drehzahl betrieben wird, was kleinere Schaufelraddurchmesser ermöglicht. Neben einer vorteilhaften Drosselkurve wird durch den Synchronbetrieb erreicht, daß praktisch keine Wärme im Läufer freigesetzt wird und dadurch Verkrustungen, z. B. durch Karbonatbildung aus heißem Leitungswasser, vermieden werden.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß durch das Fehlen von Läuferstäben keine magnetischen Rüttelkräfte entstehen können, so daß vom Läufer auch keine Geräusche erzeugt werden, was insbesondere bei Heizungs-Umwälzpumpen von erheblicher Bedeutung ist.

Von der Geometrie der Käfigläufer her bietet die Erfindung den Vorteil, daß Rückschlußringe der Leiterstäbe, die insbesondere bei Kleinmotoren relativ, große Volumina und damit auch Gewichte und Reibungsverluste verursachen, entfallen können. Hierdurch werden spezielle Bauformen, z. B. ein Zwischenboden zwischen dem Läufer und dem Schaufelrad, überhaupt erst möglich.

Schließlich bietet die Erfindung noch den betriebstechnischen Vorteil, daß die verwendeten Magnetstoffe aufgrund ihrer für die notwendige Ummagnetisierung im Statorfeld ausreichend geringen Koerzitivfeldstärke wegen des hohen Nickelgehaltes nicht korrodieren. Bei der Förderung aggressiver Medien kann die Oberfläche des Läufers durch Überzüge, z. B. durch Vernickelung, geschützt werden, was bei Käfigläufern aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten seiner verwendeten Materialien nicht möglich ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Motorpumpe, bestehend aus einem elektrischen Kugelmotor mit kugelsegmentförmigem Läufer und aus einer Kreiselpumpe, deren Schaufelrad an die ebene Stirnfläche des auf einem sphärischen Lager im Stator abgestützten Läufers angebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer aus einem homogenen magnetisch halbharten Werkstoff mit etwa rechteckförmiger Magnetisierungskennlinie besteht, und daß der Durchmesser des Schaufelrades so gewählt ist, daß der Läufer im Arbeitsbereich der Pumpe mit Synchrondrehzahl umläuft und der Drehmomentbedarf des Schaufelrades bei starker Drosselung des Fördermediums unterhalb sowie bei geringer Drosselung oberhalb des Synchrondrehmomentes des Läufers liegt.