EP1812714A1

EP1812714A1 - Anordnung mit einem l]fter und einer pumpe

Info

Publication number: EP1812714A1
Application number: EP05783017A
Authority: EP
Inventors: Günther Strasser
Original assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2025-09-06
Also published as: DE502005003509D1; US20090074594A1; ATE390562T1; WO2006056249A1; EP1812714B1

Description

Anordnung mit einem Lüfter und einer Pumpe

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Lüfter, einer Pumpe, und einem Antriebsmotor.

Derartige Anordnungen haben eine Bauweise, die viel Platz beansprucht. Das ist dort ungünstig, wo wenig Platz vorhanden ist, z.B. in medizinischen oder elektronischen Geräten.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Anordnung mit einem Lüfter, einer Pumpe und einem Antriebsmotor bereit zu stellen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Man erreicht so eine Platz sparende Anordnung, weil derselbe Stator sowohl einen permanentmagnetischen Außenrotor und durch diesen einen Lüfter antreibt, wie auch einen permanentmagnetischen Innenrotor, der seinerseits eine Pumpe antreibt.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2. In diesem Fall hat der Stator eine zusätzliche Funktion, weil er den Innenrotor nach Art eines Spalttopfes umgibt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 3. Eine eisenlose Wicklung bedeutet zwar einen großen Luftspalt, aber in dem weitgehend homogenen Magnetfeld zwischen Außenrotor und Innenrotor kann man bei geeigneter Bestromung ein sehr konstantes Drehmoment erzeugen, was einen ruhigen Lauf einer solchen Anordnung zur Folge hat. Die optimale Form der Bestromung hängt dabei von der Art der Magnetisierung von Außen- und Innenrotor ab.

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 übrigen Unteransprüchen. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine stark schematisierte Darstellung zur Erläuterung der Grundprinzipien der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Anordnung nach Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Darstellung einer bei Fig. 1 und 2 verwendeten eisenlosen Wicklung in der im Elektromaschinenbau üblichen Darstellungsweise,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Treiberstufe für die Wicklung der Fig. 3,

Fig. 5 eine Darstellung, welche den Ablauf der Bestromung der Wicklung gemäß Fig. 3 in Verbindung mit der Schaltung nach Fig. 4 für einen Drehwinkel von α = 360° el. zeigt,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, gesehen längs der Linie Vl-Vl der Fig. 7,

Fig. 7 einen Schnitt, gesehen längs der Linie VII-VII der Fig. 6,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, gesehen längs der Linie VIII-VIII der Fig. 9,

Fig. 9 einen Schnitt, gesehen längs der Linie IX-IX der Fig. 8,

Fig. 10 eine Einzeldarstellung, welche für das zweite Ausführungsbeispiel zeigt, wie der Außenrotor mit dem Stator verheiratet wird, und

Fig. 11 eine Einzeldarstellung, welche für das zweite Ausführungsbeispiel zeigt, wie der Innenrotor mit dem Pumpenrad und der Deckel des Pumpengehäuses vor ihrer Montage aussehen.

Fig. 1 zeigt in der schematischen Darstellung eine Anordnung 20 nach der Erfindung. Die Luftspalte, die naturgemäß sehr klein sein sollten, sind aus Gründen der Anschaulichkeit übertrieben groß dargestellt. Diese Darstellung dient im wesentlichen der Erläuterung der Wirkungsweise. Pumpe und Lüfter sind nur angedeutet.

Die Anordnung 20 hat einen Motor 21 mit einem Stator 22, der bevorzugt als eisenlose Wicklung 23 mit einem Kunststoffteil 24 dargestellt ist, das einen permanentmagnetischen Innenrotor 26 nach Art eines Spalttopfs flüssigkeitsdicht umgibt und von diesem durch einen inneren Luftspalt 28 getrennt ist. Magnetisch gesehen bildet auch das Kunststoffteil 24 einen Teil des inneren Luftspalts 28, ebenso des nachfolgend beschriebenen äußeren Luftspalts 51 , da es magnetisch transparent ist. Sofern die Wicklung 23 eisenlos ausgebildet ist, stellt der gesamte Zwischenraum zwischen dem Innenrotor 26 und dem Außenrotor 48 magnetisch gesehen einen einheitlichen Luftspalt dar.

Der Innenrotor 26 treibt eine Strömungsmaschine 27 an, hier ein Pumpenrad 30. Fig. 11 zeigt oben ein typisches Pumpenrad, welches einstückig mit einem Innenrotor ausgebildet ist. Der Rotor 26 und das Pumpenrad 30 sind flüssigkeitsdicht umschlossen auf der linken Seite vom Kunststoffteil 24 und auf der rechten Seite von einem Pumpendeckel 32, wie er in Fig. 11 , unten, beispielhaft dargestellt ist. Zwischen dem Kunststoffteil 24 und dem Pumpendeckel 32 befindet sich in Fig. 1 eine Dichtung 34 beliebiger Art. In der Praxis werden die Teile 24 und 32 verklebt oder verschweißt.

Im Pumpendeckel 32 befinden sich bei Fig. 1 ein Zulauf 34 und ein Auslauf 36 für das zu pumpende Fluid, z.B. Öl in einem Kraftfahrzeug, oder Kühlwasser, oder ein Fluid in einem medizinischen Gerät. Rotor 26 und Pumpenrad 30 sind bei der Darstellung nach Fig. 1 links im Kunststoffteil 24 und rechts im Pumpendeckel 32 gelagert. Eine andere Art der Lagerung wird nachfolgend beschrieben.

Das Kunststoffteil 24 ist über radial verlaufende Stege 38, von denen nur einer dargestellt ist, an einem Luftführungsgehäuse 40 befestigt, innerhalb dessen sich im Betrieb Lüfterflügel 42 drehen, um Luft durch dieses Lüftergehäuse zu transportieren. Dargestellt ist ein Axiallüfter, doch wäre in gleicher Weise ein Diagonallüfter oder ein Radiallüfter möglich. Die Lüfterflügel 42 sind an einem permanentmagnetischen Außenrotor 44 befestigt, der im Längsschnitt dargestellt und der über Wälzlager 46, 48 am Kunststoffteil 24 gelagert ist. Im Außenrotor 44 ist ein magnetischer Rückschluss in Form eines Weicheisenteils 46 befestigt, welcher einen Magnetring 48 dreht, der hier bevorzugt vierpolig ausgebildet ist, ebenso wie der Innenrotor 26.

Auf der radial inneren Seite des Magnetrings 48 befindet sich eine Dämpf¬ anordnung 50, z.B. in Form eines Kurzschlusskäfigs oder eines dünnwandigen Rings aus Kupferblech. Eine solche Dämpfung ist deshalb zweckmäßig, weil gewöhnlich einer der beiden Rotoren über Hallsensoren das Drehfeld der Wicklung 23 steuert, und weil der andere Rotor dann zwar im Normalfall wie bei einer Synchronmaschine diesem Drehfeld folgt, aber z.B. beim Start eine etwaige Relativbewegung zwischen dem Innenrotor 26 und dem Außenrotor 44 gedämpft wird. Damit wird verhindert, dass bei dynamischen Vorgängen die Rotoren 26 und 44 außer Tritt fallen. - Die Dämpfanordnung 50 ist durch den äußeren Luftspalt 51 vom Stator 22 getrennt.

Zur Steuerung der Ströme in der Wicklung 23 ist eine Leiterplatte 52 vorgesehen, auf der bei einer Wicklung mit drei Phasen drei Hallsensoren 54 vorgesehen werden, von denen in Fig. 1 nur einer dargestellt ist, der bei dieser Ausführungsform vom Magnetring 48 gesteuert wird.

Alternativ kann man auch die Verwendung von Hallsensoren vermeiden und die Rotorstellung sensorlos erfassen. In diesem Fall kann eine Leiterplatte 56 außen am Gehäuse 40 angeordnet werden, und die Rotorstellung wird dann durch einen Algorithmus berechnet, z.B. einen Algorithmus nach der EP 0 536 113 B1 der Anmelderin. In diesem Fall erweist sich eine Dämpfung 50 als zweckmäßig, und eine solche kann ggf. auch am Innenrotor 26, oder an beiden Rotormagneten 26, 48 vorgesehen werden.

Fig. 2 zeigt einen stark schematisierten und nicht maßstabsgerechten Schnitt durch die Anordnung der Fig. 1 , und Fig. 3 zeigt beispielhaft den Aufbau einer geeigneten dreiphasigen Wicklung 23.

Ganz außen in Fig. 2 ist der magnetische Rückschluss 46 dargestellt, in welchem sich der vierpolig dargestellte Rotormagnet 48 befindet, dessen vier radial magnetisierte Pole in der üblichen Weise mit N und S angedeutet sind. Der Rotormagnet 48 ist durch den äußeren Luftspalt 51 vom Stator 22 getrennt, und dieser ist seinerseits durch den inneren Luftspalt 28 vom vierpoligen Innenrotor 26 getrennt.

Der Stator 22 enthält, wie dargestellt, zwölf gleichmäßig verteilte Leiter 1 bis 12, deren Verbindungen in Fig. 3 dargestellt sind. Die dargestellte Wicklung 23 gemäß Fig. 3 ist eine vierpolige, dreiphasige, "zwölfnutige" Wicklung ohne Schrittverkürzung. (Sofern kein Statoreisen verwendet wird, sind keine Nuten im üblichen Sinne vorhanden. Selbstverständlich ist die Verwendung von weichferromagnetischem Material im Stator 22 nicht ausgeschlossen.)

Fig. 3 zeigt die drei Phasen U, V und W in einer Darstellung, als ob zwölf gleichmäßig verteilte Nuten 1 bis 12 vorhanden wären. Die Phase U hat zwei Anschlüsse u1 und u2, die Phase V zwei Anschlüsse vi und v2, und die Phase W zwei Anschlüsse w1 und w2. Die Phase U ist durchgehend schwarz dargestellt, die Phase V strichpunktiert und die Phase W gestrichelt. Die Phase U geht vom Anschluss u1 zur Nut 1 , dann zur Nut 4, dann zur Nut 7 und zur Nut 10, und von dieser zum Anschluss u2.

Die Phase V geht vi zur Nut 3, dann zu den Nuten 6, 9 und 12, und von dort zu v2.

Die Phase W geht von w1 zur Nut 5, dann zu den Nuten 8, 11 und 2, von dort zu w2.

Aus Fig. 3 ergeben sich die näheren Einzelheiten.

Die zwölf Leiter, welche in Fig. 2 dargestellt sind, sind mit denselben Nutzahlen 1 bis 12 beziffert, um das Verständnis zu erleichtern. Der Winkel α ist ebenfalls angegeben. Der Magnet 48 des Außenrotors 52 und der magnetische Innenrotor 26 sind magnetisch miteinander gekoppelt, wie das in Fig. 2 schematisch durch die vier Flusslinien 60, 62, 64, 66 dargestellt ist. Der Pumpenrotor 26 und der Lüfterrotor 52 bilden gemeinsam einen magnetischen Fluss, der auf die Luftspalte 28 und 51 bezogen vierpolig ist. Dadurch werden die beiden Rotoren 26 und 52 wie bei einer Magnetkupplung in der Lage relativ zueinander positioniert, die in Fig. 2 dargestellt ist, wobei sich in den Luftspalten ein weitgehend homogener Magnetfluss ausbildet.

Die Wicklung 23 bewirkt bei entsprechender Bestromung ein Drehmoment auf den inneren Rotor 26 und den äußeren Rotor 52. Das gesamte Drehmoment kann aus der Lorenz-Gleichung abgeleitet werden als

T = l * B * L ^* r ...(1)

Hierbei sind:

T = Drehmoment

I = Strom durch einen Leiter

B = Magnetflussdichte im Raum ("Luftspalt") zwischen den Rotoren 26 und 52 r = Radius des Leiters, bezogen auf die Drehachse der Rotoren 26 und 52.

Für die gesamte Anordnung mit den Strömen M, l2, l3, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, ergibt sich das Motormoment T_Motor zu

T_Motor = kei * h + ke2 * I2 + ke3 * l3 ...(2)

Dabei ist ke = Motorkonstante.

Im normalen Betrieb ist die Verdrehung zwischen äußerem Rotor 52 und innerem Rotor 26 nur gering, und die Verteilung des Drehmoments auf die beiden Rotoren kann durch Simulation recht genau berechnet werden.

Bei einer Anordnung mit einer Pumpe und einem Lüfter ist es gewöhnlich so, dass die Pumpe ein größeres Drehmoment braucht, als der Lüfter, was sich so auswirkt, als würde der Rotor 26 gebremst, so dass er, bezogen auf Fig. 2, etwas hinter dem äußeren Rotor 52 herläuft, d. h. die Magnetgrenzen sind entsprechend gegeneinander verschoben, wie das für den Fachmann des Elektromaschinenbaus ohne weiteres ersichtlich ist. Die mögliche Relativverdrehung der beiden Rotoren wird durch den Dämpfring 50 am Innenradius des äußeren Magnetrings 48 gedämpft. Entsteht zwischen Innenrotor 26 und Außenrotor 52 eine Relativbewegung, so wird im Dämpfring 50 ein Strombelag induziert, der einer Relativbewegung entgegenwirkt.

Bei der Steuerung der Ströme in der Wicklung 23 wird in den Anlauframpen eine mögliche Verdrehung dieser Art berücksichtigt, damit gewährleistet ist, dass der äußere Rotor 52 dem inneren Rotor 26 folgen kann.

Fig. 4 zeigt eine Schaltung für die Stromversorgung der Wicklung 13 mit ihren drei Phasen U, V, W. Diese sind jeweils mit ihrer induktiven Komponente, z. B. Lu, ihrer Widerstandskomponente, z. B. Ru und ihrer induzierten Spannung z. B. Uu dargestellt, wie man das bei einer Computersimulation tut. (Die Koppelinduktivitäten, welche bei einer Simulation ebenfalls berücksichtigt werden, sind nicht dargestellt.) - Dargestellt ist ein Dreieckschaltung, deren Anschlusspunkte mit 65, 67 und 69 bezeichnet sind.

Zur Stromversorgung der Wicklung 13 dient eine Vollbrückenschaltung 68, oft auch als Wechselrichter bezeichnet. Diese erhält ihren Strom aus einer Gleichspannungsquelle 70, z. B. einer Fahrzeugbatterie oder dem Netzteil eines Computers. Die Gleichspannungsquelle 70 ist mit ihrem Minuspol mit Masse 71 verbunden. Ihr positiver Pol speist über eine Diode 72, die gegen Falschanschluss schützt, eine positive Leitung 74, auch de link genannt. Ein Speicherkondensator ist zwischen der Leitung 74 und Masse 71 angeordnet, z. B. mit 4.700 μF. Er versorgt die Vollbrückenschaltung mit Blindleistung.

Die Vollbrückenschaltung 68 hat drei obere npn-Transistoren 81 , 82, 83 und drei untere npn-Transistoren 84, 85, 86, zu denen jeweils eine Freilaufdiode 81 ' bis 86' antiparallel geschaltet ist.

Die Kollektoren der oberen Transistoren 81 , 82, 83 sind mit der positiven Leitung 74 verbunden. Die Emitter der unteren Transistoren 84, 85, 86 sind mit einer negativen Leitung 78 verbunden, die über einen Messwiderstand 80 mit Masse 71 verbunden ist. Der Messwiderstand 80 ist Teil einer (nicht dargestellten) Strombegrenzung.

Der Emitter des Transistors 81 und der Kollektor des Transistors 84 sind mit dem

Anschlusspunkt 65 verbunden.

Der Emitter des Transistors 82 und der Kollektor des Transistors 85 sind mit dem

Anschlusspunkt 67 verbunden.

Der Emitter des Transistors 83 und der Kollektor des Transistors 86 sind mit dem

Anschlusspunkt 69 verbunden.

Die Transistoren 81 bis 86 werden durch Signale s1 bis s6 gesteuert, wie in Fig. 4 dargestellt. Ist z. B. s1 = 1 , so ist der Transistor 81 leitend und ist s1 = 0, so ist er gesperrt.

Fig. 2 zeigt einen Winkel α, der bei der dargestellten Lage der Rotorpole relativ zum Stator 22 den Wert 0 hat und bei Drehung der Rotoren im Uhrzeigersinn zunimmt.

Flg. 5 zeigt die Werte s1 bis s6 für die verschiedenen Werte von a.

Im Zustand STAT 1 , entsprechend dem Start, sind s3 und s5 = 1 , d. h. die Transistoren 83 und 85 sind leitend und die übrigen Transistoren sind gesperrt, so dass ein Strom vom Anschlusspunkt 69 zum Anschlusspunkt 67 fließt.

Die Schaltung verlässt den Zustand 1 und geht zum Zustand STAT 2, wenn ein Übergangszustand TRANS 1 erreicht ist, bei dem α > 60° el. ist.

Im Zustand STAT 2, der also im Normalfall einen Winkel α zwischen 60 und 120° el. entspricht, sind s1 und s5 = 1 , und es findet eine entsprechende Bestromung statt.

Im Zustand TRANS 2, wenn α > 120° el geworden ist, erfolgt der Übergang zum Zustand STAT 3. Dort sind s1 und s6 = 1. Bei α > 180° el. (TRANS 3) erfolgt der Übergang zu STAT 4. Dort sind s2 und s6 = 1.

Die folgenden Übergänge sind wie folgt: TRANS 4 bei α > 240° el. TRANS 5 bei α > 300° el. TRANS 6 bei α < 60° el.

Die Signale s1 bis s6 für die verschiedenen Drehwinkelbereiche sind in Fig. 5 angegeben. - Verwendet wird also bevorzugt eine normale Blockkommutierung, d.h. die Ströme werden in Form von Stromblöcken zugeführt, bei denen die Amplitude mittels einer PWM-Steuerung verändert werden kann.

Der Winkel α kann sensorlos gemessen werden, vgl. die erwähnte europäische Patentschrift 0 536 113 B1 der Anmelderin.

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel für eine praktische Realisierung einer erfindungsgemäßen Anordnung. Gleiche oder gleich wirkende Teile wie in den Fig. 1 bis 5 werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, aber mit einem nachgestellten Apostroph, z. B. 52' statt 52, und werden gewöhnlich nicht noch einmal beschrieben.

Fig. 6 zeigt links einen Flüssigkeitskühler 90, dessen Zulauf mit 92 bezeichnet ist. (Der Abfluss ist in Fig. 6 nicht dargestellt.) Dieser Kühler 90 hat in der Mitte eine Ausnehmung 92, in welche ein Lagerabschnitt 94 der Anordnung 20' ragt. Die Lüfterflügel 42' sind so ausgebildet, dass sie entweder Luft durch den Kühler 90 blasen, also von rechts nach links, oder Luft von links nach rechts durch den Kühler saugen.

Der Lagerabschnitt 94 dient zur Lagerung eines Außenrotors 44'. Der Aufbau der Lagerung entspricht dem gemäß Fig. 8 und 10 und wird deshalb dort beschrieben.

In der Lagerung 94 ist eine Welle 96 gelagert, mit welcher über eine Nabe 98 eine Rotorglocke 100 verbunden ist. Diese hat dort, wo sie in den Kühler 90 ragt, einen kleineren Durchmesser, der sich über einen Abschnitt 102 zu einer Rotorglocke 104 größeren Durchmessers erweitert, in welcher ein vierpoliger Dauermagnet 106 angeordnet ist, für den die Rotorglocke 104 als magnetischer Rückschluss dient. Dieser Dauermagnet 106 hat auf seiner radial inneren Seite eine Kupferschicht 105, um einen asynchronen Anlauf zu ermöglichen. Auf ihrer Außenseite ist die Rotorglocke 104 mit einem Kunststoffmantel 107 umspritzt, mit dem die Flügel 42' einstückig ausgebildet sind. Die Flügel 42' haben an ihrer Außenseite Luftleitelemente 108, die sich in axialer Richtung erstrecken und die Luftströmung reduzieren, welche durch den Spalt 110 zwischen einer Flügelspitze und dem Lüftergehäuse 112 von der Druckseite des Lüfters zu dessen Saugseite fließt. Dies reduziert die Lüftergeräusche.

Am Außenumfang des Lüftergehäuses 112 befindet sich ein abgeschlossener Hohlraum 114, in welchem eine Leiterplatte 116 angeordnet ist, die zur Steuerung des Motors dient.

Radial innerhalb des äußeren Rotors 106 befindet sich eine eisenlose Statorwicklung 118, die bevorzugt als dreiphasige Wicklung zur Erzeugung eines Drehfeldes ausgebildet ist, wie bei Fig. 1 beschrieben. Diese Wicklung wird von der Leiterplatte 116 aus mit einem dreiphasigen Strom versorgt. Die Leiterplatte 116 kann z.B. an eine Quelle für einen dreiphasigen Strom oder an ein Gleichstromnetz angeschlossen werden.

Die Statorwicklung 118 befindet sich auf der Außenseite eines Spalttopfs 120, der zu diesem Zweck mit Führungs-Vorsprüngen 122 versehen ist. Diese Vorsprünge 122 dienen dazu, die Wicklung 118 in der gewünschten Winkelstellung auf dem Spalttopf 120 zu befestigen. Der Spalttopf 120 ist als magnetisch transparentes Teil implementiert, bevorzugt aus Kunststoff.

Innerhalb des Spalttopfs 120 ist in einem axialen Vorsprung 124 eine stehende Welle 126 befestigt, deren in Fig. 6 rechtes Ende in einem axialen Vorsprung 128 eines Pumpendeckels 130 geführt ist, der mit einem Zulaufstutzen 132 versehen ist. Durch den Stutzen 132 fließt im Betrieb Kühlflüssigkeit zu einer Kreiselpumpe 134. Der Spalttopf 120 erweitert sich auf seiner in Fig. 6 rechten Seite über einen radial verlaufenden Abschnitt 135 zu einem hohlzylindrischen Abschnitt 136 größeren Durchmessers, in welchem sich im Betrieb ein Pumpenrad 138 dreht. Dieser Abschnitt 146 ist durch drei Stege oder Speichen 137 mit dem Lüftergehäuse 112 verbunden. Diese Stege 137 erstrecken sich quer zu einem ringförmigen Luftdurchlass 139.

Dieses Pumpenrad 138 hat einen nach links ragenden Fortsatz 140 aus magnetisierbarem Werkstoff, z. B. aus Kunststoff mit eingelagerten Hartferriten, und dieser Fortsatz 140 ist hier vierpolig magnetisiert (wie der Magnetring 106) und befindet sich radial innerhalb der eisenlosen Wicklung 118, von der er durch den Spalttopf 120 flüssigkeitsdicht getrennt ist. Der Fortsatz 140 ist auf seiner Innenseite mit zwei Sinterlagern 142, 144 versehen, mittels deren er auf der Welle 126 drehbar gelagert ist. Die axialen Fortsätze 124 und 128 bilden Axiallager für den Fortsatz 140 und das mit ihm einstückige Pumpenrad 138.

Vom hohlzylindrischen Abschnitt 136 verläuft ein Auslassstutzen 146 etwa tangential nach außen. Die Durchflussrichtung ist durch einen Pfeil 148 angedeutet.

Arbeitsweise

Im Betrieb wird die Statorwicklung 118 von der Leiterplatte 116 aus so mit Strom versorgt, dass sie ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugt. Wie bei Fig. 2 ausführlich beschrieben, treibt dieses Drehfeld sowohl den äußeren Rotormagneten 106 wie auch den inneren Rotormagneten 140 an. Eine etwaige Relativbewegung der Rotormagnete 106, 140 wird durch die Kupferschicht 105 gedämpft.

Auf diese Weise wird also durch die Wicklung 118 sowohl der äußere Rotormagnet 106 mit den Lüfterflügeln 42' wie auch der innere Rotor 140 mit dem Pumpenrad 138 synchron angetrieben. Dabei ergibt sich eine sehr kompakte Bauweise bei sicherem Betrieb, und die Anordnung 20' kann direkt mit einem Flüssigkeitskühler 90 kombiniert werden, wie in Fig. 6 dargestellt. Fig. 8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie in den vorhergehenden Figuren, und gewöhnlich nicht nochmals beschrieben.

Wie man erkennt, ist der Aufbau der beiden Motoren und der Pumpe gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 6 und 7) unverändert. Dagegen unterscheidet sich der Aufbau des Außenrotors 44", und das Lüftergehäuse 112' ist dementsprechend länger als das Lüftergehäuse 112 bei den Fig. 6 und 7.

Ebenso wie bei Fig. 6 und 7 hat der Lagerabschnitt 94 ein Lagerrohr 148, das einstückig mit dem Spalttopf 120 ausgebildet ist und eine zylindrische Innenausnehmung 150 hat, vgl. Fig. 10.

Fig. 10 zeigt in ihrem oberen Teil die entsprechende Lageranordnung. Diese hat zwei Wälzlager 154, 156, deren Innenringe auf der Welle 96 axial verschiebbar sind. Zwischen den Außenringen der Lager 154, 156 befindet sich ein Distanzglied 158, das ebenfalls auf der Welle 96 axial verschiebbar ist und einen etwas kleineren Durchmesser hat als die zylindrische Innenausnehmung 150.

An dem in Fig. 10 oberen Ende der Welle 96 ist auch hier eine Nabe 98 befestigt, an der eine Rotorglocke 100' befestigt ist. Diese hat hier einen durchgehend kreiszylindrischen Abschnitt 104' (mit konstantem Durchmesser), dessen in Fig. 10 unterer Teil als magnetischer Rückschluss für den Rotormagneten 106 des äußeren Motors dient. Auf der Außenseite des oberen Teils des zylindrischen Abschnitts 104' sind in der dargestellten Weise die Lüfterflügel 42" befestigt, welche dieselbe Form haben wie die Flügel 42' bei Fig. 6.

Die Nabe 98 hat an ihrer in Fig. 10 unteren Seite eine Vertiefung 160, und zwischen dieser und dem Innenring des oberen Wälzlagers 154 ist eine Druckfeder 162 angeordnet.

Die Vertiefung 160 wird in Fig. 10 nach außen begrenzt durch einen nach unten ragenden Rand 164, der bei komprimierter Feder 162 gegen den Außenring des oberen Wälzlagers 154 anliegt. Am unteren Ende der Welle 96 ist ein Sprengring 166 befestigt, und der Innenring des unteren Wälzlagers 156 wird durch die Feder 162 gegen diesen Sprengring 166 gepresst.

Bei der Montage wird die Lageranordnung 94 in Richtung eines Pfeiles 168 in die Ausnehmung 150 des Lagerrohres 148 eingepresst. Dabei wird die Feder 162 komprimiert, so dass der Rand 164 gegen den Außenring des oberen Wälzlagers 154 drückt, und dieser Außenring drückt über das Distanzglied 158 gegen den Außenring des unteren Wälzlagers 156, so dass die ganze Lageranordnung 94 in das Lagerrohr 148 so weit eingepresst wird, bis der Außenring des unteren Wälzlagers 156 gegen eine Schulter 170 (Fig. 10) der Innenausnehmung 150 anliegt.

Anschließend entspannt sich die Feder 162 und verschiebt dadurch die Welle 96 so weit nach oben, bis der Sprengring 166 gegen den Innenring des unteren Wälzlagers 156 anliegt, wie das die Fig. 6, 8 und 10 zeigen. Die Montage der Lageranordnung 94 ist dann abgeschlossen, und es ist nicht notwendig, im Inneren des Lagerrohres 148 zusätzliche Arbeiten hierfür vorzunehmen.

Das Lagerrohr 148 hat eine zylindrische Außenseite 174, und auf dieser sind zwei Leiterplatten 176, 178 befestigt, welche die elektronischen Bauelemente für die Steuerung der Ströme in der eisenlosen Wicklung 118 tragen. Auf der Leiterplatte 176, die näher bei der Wicklung 118 liegt, können dabei (nicht dargestellte) Hallsensoren angeordnet werden, welche die Lage des inneren Rotors 140 erfassen und zur Steuerung der Kommutierung der eisenlosen Wicklung 118 dienen. Da diese Ströme folglich von der Lage des inneren Rotors 140 gesteuert werden, bestimmt dieser auch die Drehzahl des äußeren Rotors 106, wobei aber der äußere Rotor 106 beim Start einen gewissen Schlupf gegenüber dem Drehfeld haben kann, das von der Wicklung 118 erzeugt wird. Aus diesem Grund ist, wie bereits beschrieben, die Kupferschicht 105 vorgesehen.

Fig. 11 zeigt unten den Pumpendeckel 130 mit seinem Zulaufstutzen 132 und dem (mit radialen Löchern versehenen) Teil 128, in welchem das in Fig. 10 untere Ende der Welle 126 gehaltert ist. Ferner zeigt Fig. 11 das Kreiselpumpenrad 138 und den inneren Rotor 140 mit den beiden Sinterlagern 142, 144, die auf der feststehenden Welle 126 rotieren, wie bei Fig. 6 beschrieben.

Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung mit einem Lüfter (42; 42', 42") und einer Fluidpumpe (27; 134), und mit einem elektrischen Antriebsmotor (21 ; 106), welcher einen Stator (22) mit einer Statorwicklung (23; 118) aufweist, die zur Erzeugung eines Drehfelds ausgebildet ist, welchem Stator (22) ein permanentmagnetischer Außenrotor (48; 106) zum Antrieb des Lüfters (42; 42', 42") und ein permanentmagnetischer Innenrotor (26; 140) zum Antrieb der Fluidpumpe (27; 134) zugeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1 , bei welcher der Innenrotor (26; 140) vom Stator (22) durch ein magnetisch transparentes Teil (24; 120) getrennt ist, welches den Innenrotor (26; 140) flüssigkeitsdicht vom Außenrotor (48; 106) trennt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Statorwicklung als eisenlose Wicklung (23; 118) ausgebildet ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Polzahl des Außenrotors (48; 106) mit der Polzahl des Innenrotors (26; 140) übereinstimmt.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher mindestens einem der permanentmagnetischen Rotoren ein Dämpfglied (50; 105) zugeordnet ist, welches einen asynchronen Lauf dieses Rotors ermöglicht.

6. Anordnung nach Anspruch 5, bei welcher das Dämpfglied nach Art eines Kurzschlusskäfigs (50; 105) ausgebildet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, bei welcher das Dämpfglied (50; 105) nach Art einer Wirbelstromdämpfung ausgebildet ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Lüfter Lüfterflügel (42¹; 42") aufweist, welche sich im Betrieb in einem Luftführungsgehäuse (40; 112; 112¹) drehen.

9. Anordnung nach Anspruch 8, bei welcher zwischen dem Luftführungsgehäuse (40; 112; 112') und der Fluidpumpe (27; 134) ein Luftführungsdurchlass (139) ausgebildet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, bei welcher das Luftführungsgehäuse (40; 112; 112') durch mindestens ein mechanisches Verbindungselement (38; 137) mit der Fluidpumpe (27; 134) verbunden ist.

11. Anordnung nach Anspruch 9 und 10, bei welcher sich das mechanische Verbindungselement (38; 137) quer zum Luftführungsdurchlass (139) erstreckt.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , bei welcher das mechanische Verbindungselement (38; 137), das Luftführungsgehäuse (112; 112'), und ein Element (136) der Fluidpumpe (134) als einstückiges Kunststoffteil ausgebildet sind (Fig. 10).

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Fluidpumpe als Kreiselpumpe (134) ausgebildet ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, bei welcher die Kreiselpumpe (134) ein Pumpenrad (138) aufweist, welches einstückig mit dem permanentmagnetischen Innenrotor (26; 140) ausgebildet ist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, bei welcher der Innenrotor (26; 140) vom Stator (22) durch einen magnetisch transparenten Spalttopf (24; 120) getrennt ist, welcher als Element eines stationären Teils (136) der Kreiselpumpe (134) ausgebildet ist.