EP1333180A1

EP1333180A1 - Elektrisch angetriebene Pumpe

Info

Publication number: EP1333180A1
Application number: EP02028593A
Authority: EP
Inventors: Eckhart Kern
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2003-08-06
Also published as: DE10203778A1; US20030161745A1

Abstract

Eine elektrisch angetriebene Pumpe (10) verfügt über einen als Scheibenläufer ausgebildeten Elektromotor. Um die axiale Baulänge zu minimieren, ist die Anordnung eines Magnetrings (22) des Scheibenläufers an dem Pumpenrad (14) vorgesehen. Die integrierte Ausbildung von Motorläufer und Pumpenrad (14) ermöglicht auch das Auswuchten der Einheit in einem Vorgang. <IMAGE>

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer elektrisch angetriebenen Pumpe mit einem als Scheibenläufer ausgebildeten Elektromotor.

Bei bekannten Kombinationen von Pumpen mit angeflanschtem Elektroantrieb ergibt sich eine große axiale Baulänge, die bei bestimmten Einsatzgebieten, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, Probleme verursacht. Bekannt ist zwar der Einsatz von Scheibenläufern bei Wasserpumpen mit geringer Pumpenleistung, um die axiale Baulänge zu verringern, was in vielen Anwendungsfällen jedoch nicht ausreichend ist. Da die Motoren und die Pumpenräder getrennt gewuchtet werden müssen, werden die ohnehin höheren Montagekosten weiter angehoben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrisch angetriebene Pumpe zu schaffen, die bei minimaler axialer Baulänge einfach zu montieren ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine elektrisch angetriebene Pumpe der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei welcher ein Magnetring des Scheibenläufers an dem Pumpenrad angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass durch die integrierte Ausführung des Pumpenlaufrades mit dem Motorläufer ein einziges Rotationsteil entsteht, das in einem Vorgang ausgewuchtet werden kann und dadurch zu einer Kostenminderung beiträgt. Durch die integrierte Ausführung ist ferner eine erhebliche Reduktion der axialen Baulänge der Einheit möglich, zumal auch keine zusätzlichen Flanschteile erforderlich sind, die im übrigen zudem weitere Kosten verursachen. Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Pumpe ist die mögliche Gewichtsersparnis zu nennen, die insbesondere bei Verwendung im Kraftfahrzeugbereich von Vorteil ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Magnetring in einem von Fluid durchströmten Bereich angeordnet ist. Bei einer derartigen Ausbildung der elektrisch angetriebenen Pumpe als Naßläufer kann auf die Abdichtung der drehenden Welle verzichtet werden, wodurch die Teileanzahl und die Montagekosten weiter verringert werden können. Die nicht erforderliche Dichtung vermeidet auch die Reibverluste durch die Dichtelemente, die beispielsweise im Falle einer Gleitringdichtung, wie sie bei einem Trockenläufer oftmals vorgesehen ist, erheblich sein können. Besonders vorteilhaft ist, dass der Magnetring des als Scheibenläufer ausgebildeten Elektromotors aufgrund seiner möglichen rotationssymmetrischen Scheibenform keine Panschverluste verursacht, die bei herkömmlichen Naßläufern mit umströmten Rotoren des Elektromotors zu erheblichen Wirkungsgradverlusten führen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stator des Elektromotors außerhalb des von Fluid durchströmten Bereichs der Pumpe angeordnet ist, beispielsweise außerhalb des Pumpengehäuses oder in einer separaten, von dem von Fluid durchströmten Bereich abgedichteten Kammer, wobei vorzugsweise auch eine Ansteuer- und/oder Leistungselektronik für den Elektromotor in einer solchen Kammer angeordnet sein kann. Bei einer solchen Anordnung können die stromführenden Teile sicher von den Fluidbereichen getrennt werden, da die hierzu notwendigen Gehäusedichtungen einfach und dauerhaft sind.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrisch angetriebene Pumpe als Radialpumpe mit einem Radialrad ausgebildet ist, an dessen Rückseite der Magnetring angeordnet ist. Die unerhebliche Axiallänge des Magnetrings führt bei einer solchen Ausführungsform zu einer minimalen axialen Baulänge des Radialrades der Pumpe, wobei der Stator und gegebenenfalls die Elektronik axial raumsparend im Bereich der ohnehin notwendigen Lagerelemente des Pumpenrades in der bereits angesprochenen Kammer radial außerhalb der Lagerung Platz finden können.

Im Sinne einer besonders einfachen konstruktiven Ausführung der Pumpe ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass der Magnetring und die benachbarte Gehäusewand als hydrodynamisches Gleitlager zur Aufnahme von Axialkräften ausgebildet sind. Bei dieser besonders einfachen Ausführungsform dient der zwangsläufig vorhandene Magnetspalt als Gleitlager, wobei ein besonders raumsparendes hydrodynamisches Axiallager geschaffen wird, das ohne zusätzliche Teile bei der Montage auskommt. Vorzugsweise kann auch die Welle des Pumpenrades in dem Gehäuse mit hydrodynamischen Gleitlagern zur Aufnahme der Radialkräfte gelagert sein. Alternativ zu einer hydrodynamischen Ausbildung des Axiallagers ist es auch denkbar, ein Magnetlager zur Aufnahme der Axialkräfte in den Elektromotor zu integrieren.

Die erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Pumpe kann grundsätzlich bei den verschiedensten Anwendungen zum Einsatz kommen und entsprechend als Wasserpumpe, Klimakompressor, Benzinpumpe oder Hydraulikölpumpe ausgebildet sein, wobei sie sich aufgrund ihrer kurzen axialen Baulänge und ihrer geringen Teilezahl insbesondere für den Einsatz im Kraftfahrzeugbereich eignet. Insbesondere bei Wasserpumpen ist es bislang üblich, diese mechanisch mit dem Keilriemen oder Zahnriemen anzutreiben. Die erfindungsgemäße Pumpe besitzt dabei eine vergleichbare axiale Baulänge einer herkömmlichen Wasserpumpe mit einer Riemenscheibe, während bekannte elektrisch angetriebene Wasserpumpen im Kraftfahrzeugbereich konventionell mit angeflanschtem Elektromotor ausgebildet sind und entsprechend die eingangs erwähnten Nachteile aufweisen.

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnung näher auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen.

Die Abbildung zeigt eine elektrisch angetriebene Wasserpumpe 10 zum Einsatz im Kraftfahrzeugbereich. Die Wasserpumpe 10 besitzt ein Pumpengehäuse 12, ein in dem Gehäuse 12 drehbar gelagertes Pumpenrad 14, das als Radialrad ausgebildet ist, sowie einen als Scheibenläufer ausgebildeten elektrischen Antriebsmotor 16. Der Radialaustritt 18 der Pumpe liegt zwischen der axialen Saugseite 20 und dem Antriebsmotor 16. Der, wie bereits erwähnt, als Scheibenläufer ausgebildete Elektromotor 16 besitzt einen Magnetring 22, der unmittelbar auf der im wesentlichen als Radialfläche ausgebildeten Rückseite 24 des Pumpenrades 14 angeordnet ist. Aufgrund dieser Anordnung dient das Pumpenrad 14 gleichzeitig als Motorläufer und bildet eine kompakte Einheit, die in einem Vorgang ausgewuchtet werden kann. Die scheibenartige Ausbildung des Magnetringes 22 vermeidet Panschverluste, wie sie durch einen separaten Motorläufer entstehen würden. Da der Magnetring in dem von Fluid durchströmten Bereich angeordnet ist, arbeitet die Pumpe als Naßläufer und es ist keine Wellendichtung zwischen relativ zueinander verdrehten Bauteilen notwendig, die Reibungsverluste und Kosten verursachen würde. Die Abdichtung der gesamten Einheit wird allein durch die Abdichtung des Gehäuses 12 erreicht, was problemlos dauerhaft möglich ist.

Der Stator 26 des Scheibenläufers 16 sitzt in einer von dem durchströmten Bereich abgedichteten Kammer 28, die auf der Rückseite des Pumpenrades 14 ringförmig ausgebildet ist. Eine Zwischenwand 30 des Pumpengehäuses 12 mit radialer Erstreckung trennt dabei den Fluidbereich von der Kammer 28. Die Kammer 28 nimmt ferner eine Ansteuer- und Leistungselektronik 32 für den Elektromotor 16 auf. Die Kammer 28 erstreckt sich ringförmig um einen Lagerbereich 34 des Gehäuses, wobei zwischen einer Welle 36 des Pumpenrades 14 und einer den Lagerbereich 34 des Gehäuses 12 bildenden ringförmigen Axialwandung Wälz- oder vorzugsweise Gleitlager 38 zur Aufnahme der Radialkräfte vorgesehen sind. Zur Vermeidung von Axiallagern mit hohem axialen Platzbedarf sind der Magnetring 24 und die benachbarten Zwischenwand 30 derart ausgebildet, dass in dem Magnetspalt ein hydrodynamisches Gleitlager entsteht, das die Axialkräfte des Pumpenrades 14 großflächig an der Zwischenwand 30 des Gehäuses 12 abstützt. Alternativ ist anstelle eines hydrodynamischen Gleitlagers ein Magnetlager zur Aufnahme der Axialkräfte denkbar, das in den Elektromotor 16 integriert ist.

Neben dem gezeigten Ausführungsbeispiel einer elektrisch angetriebenen Wasserpumpe kann das dargestellte Pumpenkonzept mit einem als Scheibenläufer ausgebildeten Elektromotor auch bei anderen Pumpen Verwendung finden, beispielsweise bei einem Klimakompressor, einer Benzinpumpe oder einer Ölpumpe, beispielsweise für das Hydrauliköl einer Servopumpe oder bei einer elektro-hydraulischen Bremse. Aufgrund der sehr platzsparenden geringen axialen Baulänge ist die dargestellte Pumpe besonders für den Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet, jedoch sind auch andere Anwendungsfälle denkbar. Das dargestellte Konzept einer integrierten Einheit aus Motorläufer und Laufrad läßt sich grundsätzlich auch bei Turbinen einsetzen, wobei der Magnetring entsprechend an einer geeigneten Stelle eines Turbinenrades sitzen kann und mit dem feststehenden Stator eines Generators zusammenwirkt. In einem solchen Anwendungsfall gelten grundsätzlich die gleichen Vorteile wie bei einer elektrisch angetriebenen Pumpe.

Claims

Elektrisch angetriebene Pumpe (10) mit einem als Scheibenläufer ausgebildeten Elektromotor (16), dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetring (22) des Scheibenläufers an dem Pumpenrad (14) angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetring (22) in einem von Fluid durchströmten Bereich angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (26) des Elektromotors (16) außerhalb des von Fluid durchströmten Bereiches der Pumpe (10) angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (26) außerhalb des Pumpengehäuses angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (26) in einer separaten, von dem von Fluid durchströmten Bereich abgedichteten Kammer (28) angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuer- und/oder Leistungselektronik für den Elektromotor (16) in der Kammer (28) angeordnet ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Radialpumpe mit einem Radialrad (14) ausgebildet ist, an dessen Rückseite der Magnetring (14) ausgebildet ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetring (22) und die benachbarte Gehäusewand (30) als hydrodynamisches Gleitlager zum Aufnehmen von Axialkräften ausgebildet sind.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetlager zur Aufnahme der Axialkräfte in dem Elektromotor (16) integriert ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenrad (14) mit Gleitlagern (38) zur Aufnahme von Radialkräften in dem Pumpengehäuse (12, 34) gelagert ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Wasserpumpe (10), Klimakompressor, Benzinpumpe oder Ölpumpe vorzugsweise für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgebildet ist.