DE3943369A1

DE3943369A1 - Encased medical gear pump - has pump wheel driven electromagnetically by stationary coil and rotating magnet on pump shaft

Info

Publication number: DE3943369A1
Application number: DE19893943369
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Metzner
Original assignee: Fresenius SE and Co KGaA
Current assignee: Fresenius SE and Co KGaA
Priority date: 1989-12-30
Filing date: 1989-12-30
Publication date: 1991-07-11

Abstract

The pump has an enclosed pumping section and a drive section containing a drive device (7) for the pump device. The drive device has an electromagnetic coil (8) enclosed by a two-part stator (9) made of soft-magnetic mateial. The coil is supplied with an ac voltage. Two coils may be enclosed by one stator and combined with an inner magnet of double width. The pumps (2) shaft (3) has a magnet (6) detached to its projecting end. This magnet rotates inside a pot-shaped casing (5) around which is the coil. USE - For medicine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, insbesondere eine gekapselte medizintechnische Zahnradpumpe, nach den Oberbe griff des Anspruches 1.The invention relates to a gear pump, in particular a encapsulated medical gear pump, according to the Oberbe handle of claim 1.

Eine dem Oberbegriff des Anspruches 1 entsprechende Zahnrad pumpe, die im Bereich der Medizintechnik wegen des herme tisch geschlossenen Systems häufig gekapselt wird, weist ei nen Pumpenabschnitt auf, der eine Antriebswelle umfaßt. Auf der Antriebswelle ist ein Innenmagnet angeordnet, der mit einem Außenmagnet zusammenwirkt, der außerhalb des Pumpenge häuses angeordnet ist und zusammen mit dem Innenmagnet eine Magnetkupplung bildet. Der Außenmagnet ist hierbei auf der Welle eines Motors angeordnet, der bei Drehung der Motorwel le ein Drehfeld über dem inneren Magnet erzeugt und somit den Pumpenabschnitt antreibt.A gear corresponding to the preamble of claim 1 pump in the field of medical technology because of the herme closed system is often encapsulated, shows NEN pump section that includes a drive shaft. On the drive shaft is arranged with an inner magnet an external magnet that interacts outside the pumping area is arranged and together with the inner magnet Magnetic coupling forms. The external magnet is on the Shaft of a motor arranged, when the motor shaft rotates le generates a rotating field over the inner magnet and thus drives the pump section.

Der Hauptnachteil der gattungsgemäßen Zahnradpumpe ist in einem relativ hohen Aufwand zu sehen, da zum Antrieb des Pumpenabschnittes ein Motor erforderlich ist, der mechanisch das zum Antrieb des Pumpenabschnittes erforderliche Drehfeld über dem Innenmagnet erzeugt.The main disadvantage of the generic gear pump is in to see a relatively high effort, because to drive the Pump section a motor is required that is mechanical the rotating field required to drive the pump section generated over the inner magnet.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ge kapselte Zahnradpumpe der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, deren Aufbau vereinfacht und mithin kostengünstiger ist.It is therefore an object of the present invention, a ge encapsulated gear pump in the preamble of claim 1 to create specified type, the structure of which is simplified and is therefore cheaper.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des An spruches 1.This task is solved by the characteristics of the contractor saying 1.

Durch das Vorsehen eines elektromagnetischen Stators, be stehend aus Spule und weichmagnetischem Mantel, als An triebseinrichtung wird ein elektromagnetischer Direktantrieb für den Pumpenabschnitt geschaffen. Da das Drehfeld direkt elektromagnetisch erzeugt wird, entfallen im Vergleich zu bekannten Magnetkupplungen bewegte und damit aufwendige Tei le wie Motor und angeflanschter Antriebsmagnet.By providing an electromagnetic stator, be standing from coil and soft magnetic jacket, as an The drive device is an electromagnetic direct drive created for the pump section. Because the rotating field is direct compared to known magnetic couplings moved and thus expensive Tei le like motor and flanged drive magnet.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The subclaims have advantageous developments of Invention to the content.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spule von zwei Statorhalbschalen umgeben, deren Enden als Pole ausgebildet sind.In a preferred embodiment, the coil is two Surround stator half-shells, the ends of which are designed as poles are.

Im einzelnen wird somit ein Antrieb der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe geschaffen, der einen Elektromotor bildet, wobei ein mehrfach radial polarisierter Ringmagnet den Rotor darstellt und der Stator durch einen sogenannten Spalttopf vom Rotor getrennt ist. Der Stator weist hierbei bevorzug terweise eine Kupferwicklung als Spule auf, die ringförmig um den im Spalttopf angeordneten als Ringmagneten ausgebil deten Innenmagnet angeordnet ist. Der Ringmagnet ist hierbei mehrfach radial polarisiert und auf der Welle der Zahnrad pumpe angeordnet. Die Kupferwicklung bzw. Spule ist zur Führung des magnetischen Flusses vorzugsweise mit einem Ge häuse aus weichmagnetischem Material ummantelt. Am Innenra dius der Spule bzw. Wicklung ist dieser Mantel bzw. das Ge häuse nicht geschlossen. Vielmehr sind aus dem Mantel Stege herausgeformt, wobei jeweils zwei Stege paarweise und paral lel in Richtung der Symetrieachse der Anordnung angeordnet sind. Die in dem entstandenen Luftspalt austretenden magne tischen Feldlinien bilden einen magnetischen Pol. Die Stege der jeweils benachbarten Pole sind am Stator so angebracht, daß dort eine Feldlinienumkehr stattfindet, so daß abwech selnd unterschiedliche Pole bei Gleichstrombeaufschlagung entstehen. In detail, a drive of the invention Gear pump created that forms an electric motor, with a multi-radially polarized ring magnet the rotor represents and the stator by a so-called can is separated from the rotor. The stator preferably has a copper winding as a coil, which is ring-shaped trained around the arranged in the containment shell as a ring magnet the inner magnet is arranged. The ring magnet is here Radially polarized several times and on the shaft of the gear pump arranged. The copper winding or coil is for Guiding the magnetic flux preferably with a Ge casing made of soft magnetic material. On the inside dius of the coil or winding is this jacket or the Ge housing not closed. Rather, webs are made of the coat molded out, with two bars in pairs and parallel arranged in the direction of the axis of symmetry of the arrangement are. The magne emerging in the created air gap Field lines form a magnetic pole. The bridges the adjacent poles are attached to the stator in such a way that a field line reversal takes place there, so that alternate selfreely different poles when applied with direct current arise.

Wird die Spule demgegenüber mit Wechselspannung beauf schlagt, entsteht ein nicht gerichtetes Drehfeld, das dem eines Synchronmotors ähnlich ist.In contrast, the coil is supplied with AC voltage strikes, a non-directional rotating field arises, which a synchronous motor is similar.

Ferner ist es möglich, ein gerichtetes Drehfeld zu erzeugen, wenn zwei Elektromagnet-Systeme, die jeweils eine Spule und die zuvor erwähnten zwei Statorhalbschalen aufweisen, so kombiniert werden, daß eine gegenüber dem zuvor beschriebe nen Elektromagnet-System doppelte Anzahl von Polen entsteht.It is also possible to generate a directional rotating field if two electromagnet systems, each a coil and have the aforementioned two stator half shells, so be combined that one compared to the previously described NEN electromagnet system creates twice the number of poles.

Durch eine geeignete Schaltung können hierbei zwei um 90° versetzte Spannungen erzeugt werden. Dabei werden die je weils benachbarten Pole abwechselnd magnetisiert, so daß ein in eine definierte Drehrichtung wanderndes Polbild bzw. Mag netfeld entsteht.By means of a suitable circuit, two can be 90 ° offset voltages are generated. The ever because neighboring poles alternately magnetized so that a pole pattern or mag wandering in a defined direction of rotation netfeld is created.

Zur Erzeugung der Spannungen kann vorteilhafterweise eine logische Schaltung benutzt werden, die eine z. B. für Schrittmotoren übliche Endstufe steuert.A can advantageously be used to generate the voltages logic circuit can be used, the z. B. for Stepper motors controls the usual output stage.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen anhand der Zeichnung.Further details, features and advantages of the invention result from the following description of execution Examples based on the drawing.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine schematisch vereinfachte Draufsicht auf eine Antriebseinrichtung für ein erfindungsgemäßes Zahn rad, Fig. 1 shows a schematically simplified plan view of the wheel to a drive device for an inventive tooth,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Teiles der Zahnrad pumpe gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a sectional view of a portion of the gear pump shown in FIG. 1,

Fig. 3 eine Schaltung zur Erzeugung einer Spannung, die bei der Antriebseinrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 verwendbar ist, und Fig. 3 is a circuit for generating a voltage in the driving device according to FIGS. 1 and 2 is used, and

Fig. 4 eine Schaltung zur Erzeugung eines gerichteten Drehfeldes, die bei einer Kombinierung zweier Elektromagnet-Systeme gemäß den Fig. 1 und 2 zur Erzeugung eines Drehfeldes mit eindeutiger Dreh richtung verwendbar ist. Fig. 4 shows a circuit for generating a directional rotating field, which can be used in a combination of two electromagnet systems according to FIGS. 1 and 2 to generate a rotating field with a clear direction of rotation.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe 1 dargestellt, die insbesondere als gekapselte medizinische Zahnradpumpe ausgeführt ist.In Figs. 1 and 2, a portion of a gear pump 1 of the invention is shown which is designed in particular as encapsulated medical gear pump.

Die gekapselte Zahnradpumpe 1 weist einen in Fig. 2 nicht näher dargestellten Pumpenabschnitt auf, der in einem Zahn radpumpengehäuse 2 angeordnet ist und der eine Welle 3 auf weist. Die Welle 3 reicht über das Zahnradpumpengehäuse 2 in einen Außenbereich 4, der von einer becherförmigen Haube 5 umgeben ist, so daß eine gekapselte Zahnradpumpe entsteht.The encapsulated gear pump 1 has a pump section, not shown in FIG. 2, which is arranged in a gear wheel pump housing 2 and which has a shaft 3 . The shaft 3 extends over the gear pump housing 2 into an outer region 4 , which is surrounded by a cup-shaped hood 5 , so that an encapsulated gear pump is produced.

Auf dem Bereich der Welle 3, der in den gekapselten Ab schnitt 4 hineinreicht, ist ein Innenmagnet 6 angeordnet. Fig. 2 verdeutlicht hierbei, daß die Form der Haube 5 an die Abmessungen des Innenmagneten 6 angepaßt ist.On the area of the shaft 3 , which extends into the encapsulated section 4 , an inner magnet 6 is arranged. Fig. 2 illustrates here that the shape of the hood 5 is adapted to the dimensions of the inner magnet 6 .

Die erfindungsgemäße Zahnradpumpe 1 weist ferner eine An triebseinrichtung 7 auf, die eine elektromagnetische Spule 8 umfaßt. Die elektromagnetische Spule 8 ist von einem Stator 9 umgeben, der aus zwei Statorhalbschalen 10 bzw. 11 aufge baut ist. Die Enden der Statorhalbschale 11 sind hierbei als Pole 12-19 ausgebildet, die entsprechenden Nord- bzw. Süd polen des Magneten 6 gegenüberstehen, was im einzelnen aus Fig. 1 ersichtlich ist.The gear pump 1 according to the invention also has a drive device 7 , which comprises an electromagnetic coil 8 . The electromagnetic coil 8 is surrounded by a stator 9 , which is built up from two stator half-shells 10 and 11 . The ends of the stator half-shell 11 are designed as poles 12-19 , the corresponding north and south poles of the magnet 6 are opposite, which can be seen in detail in FIG. 1.

Die Fig. 1 und 2 verdeutlichen hierbei, daß der Stator 9 mit der Spule 8 den Magneten 6 außerhalb der Haube 5 konzen trisch umgibt. Wird die Spule 8 gemäß dieser Anordnung mit einer Wechselspannung beaufschlagt, entsteht ein Drehfeld, das dem eines Synchronmotors ähnlich ist, wobei die Spannung nach einer Schaltung gemäß Bild 2 erzeugt werden kann, die in der dargestellten Schaltungsanordnung zwei Transistoren 20, 21, einen Kondensator 23, die Spule 8 sowie einen Recht eckspannungsgenerator 24 umfaßt. Figs. 1 and 2 illustrate this, that the stator 9 with the coil 8 concentrating the magnet 6 outside the hood 5 surrounding symmetrical. If an alternating voltage is applied to the coil 8 in accordance with this arrangement, a rotating field is created which is similar to that of a synchronous motor, the voltage being able to be generated after a circuit as shown in FIG. 2, which in the circuit arrangement shown has two transistors 20 , 21 and a capacitor 23 , The coil 8 and a right corner voltage generator 24 comprises.

Im einzelnen weist der Rechteckspannungsgenerator (Multi vibrator) 24 zwei gegenphasige Ausgänge, die abwechselnd die Transistoren 20 bzw. 21 aufsteuern. In der ersten Perioden hälfte wird der Transistor 20 aufgesteuert. Der Strom fließt über den Kondensator 23 durch die Spule, während der Tran sistor 21 sperrt. In der zweiten Periodenhälfte wird der Transistor 21 aufgesteuert, während der Transistor 20 sperrt, wobei sich der Kondensator 23 über die Spule in ent gegengesetzter Richtung entlädt.In particular, the square-wave voltage generator (multi vibrator) 24 has two antiphase outputs, which alternately turn on the transistors 20 and 21 . In the first half of the period, the transistor 20 is turned on. The current flows through the capacitor 23 through the coil, while the transistor 21 blocks. In the second half of the period, the transistor 21 is turned on while the transistor 20 is blocking, the capacitor 23 discharging via the coil in the opposite direction.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein gerichtetes Drehfeld dadurch erzeugt, daß zwei Elektromag net-Systeme gemäß den Fig. 1 und 2 in der in Fig. 4 im ein zelnen dargestellten Art und Weise angeordnet werden. Aus dieser Kombination ergibt sich eine doppelte Anzahl von Po len, gegenüber der Anordnung nach den Fig. 1 und 2, so daß im Beispielsfalle insgesamt 16 Pole entstehen und sich ein Drehfeld in definierter Richtung ergibt.In a preferred embodiment of the invention, a directional rotating field is generated in that two Elektromag net systems according to FIGS. 1 and 2 are arranged in the manner shown in Fig. 4 in an individual manner. This combination results in a double number of Po len, compared to the arrangement according to FIGS. 1 and 2, so that a total of 16 poles arise in the example case and there is a rotating field in a defined direction.

Dies wird im einzelnen durch die erwähnte Verdoppelung der Polanzahl erreicht, was beispielsweise durch Verdoppelung des kompletten Statorpakets machbar ist, wobei die beiden Statorpakete um einen halben Polabstand des einzelnen Pakets versetzt sind. Die Spannungen U1 und U2 der beiden Spulen werden so geschaltet, daß z. B. ein Nordpol immer um einen halben Polabstand weiterwandert, wobei der Polabstand des anzutreibenden Permanentmagneten gemeint ist. Hierzu ergibt sich beispielhaft aus Fig. 4 eine mögliche Logikansteuer schaltung für die beiden Spulen.This is achieved in detail by the aforementioned doubling of the number of poles, which is feasible, for example, by doubling the complete stator package, the two stator packages being offset by half a pole spacing of the individual package. The voltages U 1 and U 2 of the two coils are switched so that, for. B. always moves a north pole by half a pole distance, whereby the pole distance of the permanent magnet to be driven is meant. It is apparent by way of example in FIG. 4 shows a possible Logikansteuer circuit for the two coils.

Durch die aus Fig. 4 ebenfalls ersichtliche Schaltung werden zwei um 90° versetzte Spannungen erzeugt, wobei abwechselnd jeweils die benachbarten Pole magnetisiert werden. By in FIG. 4 also apparent circuit, two 90 ° offset voltages are generated, wherein alternately the adjacent poles are magnetized.

Die erfindungsgemäße Zahnradpumpe weist insbesondere den Vorteil einer sehr einfachen und funktionssicheren Anordnung auf, da zum Antrieb unmittelbar am Zahnradpumpengehäuse die beschriebene Spule im Stator angeordnet werden kann. Außer halb der Pumpe entfällt ferner vorteilhafterweise jegliches bewegtes Teil wie beispielsweise ein Motor oder ein An triebsmagnet.The gear pump according to the invention has in particular the The advantage of a very simple and reliable arrangement on, because the drive directly on the gear pump housing described coil can be arranged in the stator. Except half of the pump also advantageously omits anything moving part such as an engine or an on drive magnet.

Claims

1. Gear pump ( 1 ), in particular encapsulated medical-technical gear pump, with a pump section and with egg ner drive device ( 7 ), which can be coupled to the pump section for driving it via an internal magnet ( 6 ) arranged on a shaft ( 3 ), thereby characterized in that the drive device ( 7 ) has an electro-magnetic coil ( 8 ).

2. Gear pump according to claim 1, characterized in that the coil ( 8 ) from a stator ( 9 ) from two stator half shells ( 10 , 11 ) is enclosed, the ends of which are designed as poles ( 12-19 ).

3. Gear pump according to claim 1 or 2, characterized in that the coil ( 8 ) to form the poles ( 12 to 19 ) is encased by the stator ( 9 ) made of soft magnetic material, the inner radius of the stator ( 9 ) Poles are trained.

4. Gear pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coil ( 8 ) is opened with AC voltage be.

5. Gear pump according to one of claims 1-4, characterized in that two coils ( 8 ), each of which is surrounded by a stator ( 9 ), and an inner magnet ( 6 ) of double width are combined to form a combined electromagnet system.