WO2006056262A1 - Anordnung zur förderung von fluiden - Google Patents

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WO2006056262A1 PCT/EP2005/010565 EP2005010565W WO2006056262A1 WO 2006056262 A1 WO2006056262 A1 WO 2006056262A1 EP 2005010565 W EP2005010565 W EP 2005010565W WO 2006056262 A1 WO2006056262 A1 WO 2006056262A1
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shaft
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Francisco Rojo-Lulic
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Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/16—Combinations of two or more pumps ; Producing two or more separate gas flows

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the promotion of fluids, for. B. of liquid and / or gaseous media.
  • the cooling liquid flows through not only the heat absorber, but also a liquid pump, which causes the forced circulation and causes an adequate pressure build-up and volume flow through the heat receiver and an associated heat exchanger, so that the heat transfer coefficients associated with these heat transfer coefficients and the temperature gradients necessary for heat transfer become small.
  • a fan In the heat exchanger usually a fan is arranged, which causes a forced convection of the cooling air and good transfer coefficients on the air side of the heat exchanger.
  • the rotor of the arrangement is designed as a permanent magnetic rotor, which allows a compact design, in particular, when the second permanent magnet is formed integrally with the permanent magnetic rotor.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a preferred embodiment of an inventive arrangement
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an arrangement 120 according to the invention.
  • the latter has on the outside an approximately cylindrical fan housing 122 with two flanges 124, 126, at the corners of which is in each case a fastening bore 128 and which are connected to one another by a tubular part 130.
  • the flange 126 is connected by webs or spokes 132 with the lid 138 of a pump housing 136.
  • On the cover 138 is an inlet tube 140.
  • the lid 138 is liquid-tightly connected to the housing 136 in the manner shown.
  • the cylindrical peripheral portion 144 is in Fig. 1 right over into a portion 148 which is perpendicular to the longitudinal axis 150 of the assembly 120.
  • This longitudinal axis 150 corresponds to the Rotary axis of an electronically commutated internal rotor motor 152, the stator 154 and the bell-shaped rotor 156 are designated. Winding elements of the stator 154 are designated by 158.
  • An advantage of the arrangement 120 is that the stator 154 and the rotor 156 may be long relative to the assembly 120, that is, one may use a high power motor 152.
  • the rotor 156 is mounted on a shaft 160 which, for its support, has a left bearing 162 and a right bearing 164, as shown in FIG. These are - because of the life - rolling bearings.
  • the inner ring of the left rolling bearing 162 is fixed on the shaft 160.
  • the inner ring of the right roller bearing 164 is slidably disposed relative to the shaft and clamped by a compression spring 166 relative to the rotor 156, which thus spring pushes the inner ring of the rolling bearing 164 to the right while pressing the inner ring of the rolling bearing 162 to the left to a smooth running to ensure the arrangement 120.
  • the outer ring of the rolling bearing 164 is mounted in a tubular extension 168 of the housing 136, which may also be referred to as a bearing tube 168.
  • a short shaft 170 for a pump wheel 172 of a centrifugal pump 174 is mounted in the housing 136 as shown.
  • the impeller 172 is for this purpose provided with a sintered bearing 176 that slides on the fixed shaft 170 and forms a sliding bearing with this.
  • the shaft 170 is secured to a portion 180 of the housing 136, which portion is approximately perpendicular to the longitudinal axis 150. It merges into a cylindrical portion 182 which extends between a hollow cylindrical, permanent magnetic portion 184 of the rotor 156 and a hollow cylindrical extension 186 of the impeller 172. As shown, the hollow cylindrical portion 184 overlaps the bearing 164, resulting in a very compact construction.
  • the cylindrical portion 182 of the housing 136 in turn merges into an annular portion 188 which is perpendicular to the longitudinal axis 150, and this in turn merges into a portion 190 which extends around the outer periphery of the impeller 176 and merges into the section 148.
  • the sections 180, 182 and 188 of the housing 136 form a so-called split pot. Since the housing 136 is made of plastic, it acts for magnetic flux lines such as air, but is naturally fluid-tight, so that liquid flowing through the inlet 140 into the fluid pump 174 is transported by this pump, and again through an outlet 192 outwardly flows, as indicated by arrows 194, 196, and do not exit the pump 174 to the outside can.
  • the hollow cylindrical extension 186 of the impeller 174 is radially magnetized, z.
  • a magnetic coupling is formed between the extension 184 of the permanent-magnetic rotor 156 and the extension 186 of the impeller 172, and when the rotor 156 rotates during operation, this rotation by the magnetic coupling 184 , 186 transmitted to the impeller 172, so that this also rotates.
  • the impeller 172 also has a ring-shaped portion 200 which is formed as a permanent magnet and which cooperates with the stray magnetic field at the lower end of the rotor 156 and also forms part of the magnetic coupling, that is, a portion of the torque from the rotor 156th transmits to the impeller 172.
  • the upper bearing 162 of the rotor 156 which is shown in FIG. 2, is arranged in a collar 202 of a housing part 204, which, as shown, may be cup-shaped.
  • This collar passes over a kind of bearing plate 206 in a cylindrical portion 208 which encloses most of the stator 154 and ends at a flange 210 which is connected to a flange 212 of the housing part 144, for. B. as shown by a latching connection by means of a plurality of latching hooks 213, of which only one is shown.
  • These are preferably mounted on the radially inner side of the flange 212 and allow a very simple assembly.
  • the collar 202 is located in a recess of the housing part 204, and out of this recess, the shaft end 214 of the shaft 160 protrudes.
  • the hub 216 of a cup-shaped fan 218 is pressed on which fan blades 220 are arranged in the usual manner.
  • this fan wheel 218 transports air in the axial direction through the fan housing 122, and this air is preferably used to cool a liquid cooler for the fluid from the fluid pump 174.
  • the fan can be used as needed, e.g. also be designed as diagonal or radial fan.

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Abstract

Eine Anordnung zur Förderung von Fluiden hat eine Fluidpumpe (174) mit einem drehbar gelagerten Pumpenrad (172), das mit einem ersten Dauermagneten (186) verbunden ist. Ferner hat sie einen elektronisch kommutierten Innenläufermotor (152) mit einem Stator (154) und einem Rotor (156) sowie einer letzterem zugeordneten Welle (160), welche relativ zum Stator (154) drehbar gelagert ist. Auch hat die Anordnung einen mit dem Rotor (156) drehfest verbundenen zweiten Dauermagneten (184), der mit dem ersten Dauermagneten (186) nach Art einer Magnetkupplung zusammenwirkt, dazu einen Spalttopf (170, 180, 188), welcher den innerhalb dieses Spalttopfs angeordneten ersten Dauermagneten (186) fluiddicht vom außerhalb des Spalttopfs angeordneten zweiten Dauermagneten (184) trennt, wobei außerhalb des Spalttopfs an diesem eines der Lager (164) für die Welle des Rotors (156) angeordnet ist. Mit dem Stator (154) ist eine Trägeranordnung (204) für ein anderes der Lager (162) dieser Welle (160) verbunden. Ein Lüfterrad (218) ist mit einem vom Spalttopf abgewandten Endbereich (214) der Welle (160) drehfest verbunden.

Description

Anordnung zur Förderung von Fluiden
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Förderung von Fluiden, z. B. von flüssigen und/oder gasförmigen Medien.
Bei Computern verwendet man heute Bauteile mit hohen Wärmestromdichten, z.B. 60 W/mm2. Von diesen Bauteilen muss die Wärme zunächst in einen Flüssigkeitskreislauf überführt werden, und von dort muss sie über einen Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher an die Umgebungsluft abgegeben werden.
Die Ableitung der Wärme von Bauteilen mit hoher Wärmestromdichte erfolgt mittels sog. Wärmeaufnehmer oder CoId Plates. In diesen wird die Wärme zu einer Kühlflüssigkeit übertragen, und diese wird gewöhnlich in einem geschlossenen Kreislauf in Zwangsumlauf versetzt.
Dabei durchströmt die Kühlflüssigkeit nicht nur den Wärmeaufnehmer, sondern auch eine Flüssigkeitspumpe, welche den Zwangsumlauf bewirkt und einen adäquaten Druckaufbau und Volumenstrom durch den Wärmeaufnehmer und einen zugeordneten Wärmetauscher bewirkt, so dass die zu diesen Wärmeübertragern gehörenden Wärmeübertragungs-Koeffizienten groß und die zur Wärmeübertragung notwendigen Temperaturgradienten klein werden.
Beim Wärmetauscher wird gewöhnlich ein Lüfter angeordnet, welcher auf der Luftseite des Wärmetauschers eine erzwungene Konvektion der Kühlluft und gute Übertragungskoeffizienten bewirkt.
Wegen der begrenzten Raumverhältnisse in den meisten elektronischen Geräten müssen Pumpe und Lüfter möglichst raumsparend angeordnet werden, d. h. man strebt nach einer kompakten Bauweise.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Anordnung zur Förderung von Fluiden bereit zu stellen. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. So erhält man eine kompakte Anordnung mit gutem Wirkungsgrad. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass der Motor eine im Verhältnis zur Anordnung große Länge haben kann, was eine entsprechend hohe Motorleistung ermöglicht.
Bevorzugt ist der Rotor der Anordnung als permanentmagnetischer Rotor ausgebildet, was eine kompakte Bauweise ermöglicht, insbesondere, wenn der zweite Dauermagnet einstückig mit dem permanentmagnetischen Rotor ausgebildet ist.
Eine axial besonders kurze Bauweise ergibt sich durch die besonders bevorzugte Bauweise gemäß Anspruch 4, da sich hierdurch das außerhalb des Spalttopfs an diesem angeordnete Lager (für die Welle des Rotors) zumindest teilweise innerhalb des Rotors befindet, ohne die Funktion des Motors oder der Magnetkupplung zu beeinträchtigen.
Eine andere bevorzugte Lösung der gestellten Aufgabe ist der Gegenstand des Anspruchs 12. Sie ermöglicht eine gedrungene, raumsparende Bauweise bei einfacher und kostengünstiger Montage.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispiel, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:
Fig 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, und
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung 120. Diese hat außen ein etwa zylindrisches Lüftergehäuse 122 mit zwei Flanschen 124, 126, an deren Ecken sich jeweils eine Befestigungsbohrung 128 befindet und die durch ein rohrförmiges Teil 130 miteinander verbunden sind.
Der Flansch 126 ist durch Stege oder Speichen 132 mit dem Deckel 138 eines Pumpengehäuses 136 verbunden. Am Deckel 138 befindet sich ein Einlassrohr 140. Der Deckel 138 ist mit dem Gehäuse 136 in der dargestellten Weise flüssigkeitsdicht verbunden.
Der zylindrische Umfangsabschnitt 144 geht in Fig. 1 rechts über in einen Abschnitt 148, welcher senkrecht zur Längsachse 150 der Anordnung 120 verläuft. Diese Längsachse 150 entspricht der Drehachse eines elektronisch kommutierten Innenläufermotors 152, dessen Stator mit 154 und dessen glockenförmiger Rotor mit 156 bezeichnet sind. Wicklungselemente des Stators 154 sind mit 158 bezeichnet. Ein Vorteil der Anordnung 120 ist, dass der Stator 154 und der Rotor 156 lang im Verhältnis zur Anordnung 120 sein können, d. h. dass man einen Motor 152 mit hoher Leistung verwenden kann.
Der Rotor 156 ist auf einer Welle 160 befestigt, die für ihre Lagerung ein - bezogen auf Fig. 1 - linkes Lager 162 und ein rechtes Lager 164 hat. Bevorzugt sind dies - wegen der Lebensdauer - Wälzlager. Der Innenring des linken Wälzlagers 162 ist auf der Welle 160 befestigt. Der Innenring des rechten Wälzlagers 164 ist relativ zur Welle verschiebbar angeordnet und durch eine Druckfeder 166 relativ zum Rotor 156 verspannt, welche Feder also den Innenring des Wälzlagers 164 nach rechts drückt, während sie den Innenring des Wälzlagers 162 nach links drückt, um einen ruhigen Lauf der Anordnung 120 zu gewährleisten.
Der Außenring des Wälzlagers 164 ist in einem rohrartigen Fortsatz 168 des Gehäuses 136 befestigt, der auch als Lagerrohr 168 bezeichnet werden kann. Dem Lager 164 gegenüberliegend ist im Gehäuse 136 in der dargestellten Weise eine kurze Welle 170 für ein Pumpenrad 172 einer Kreiselpumpe 174 befestigt. Das Pumpenrad 172 ist hierzu mit einem Sinterlager 176 versehen, dass auf der feststehenden Welle 170 gleitet und mit dieser ein Gleitlager bildet.
Die Welle 170 ist an einem Abschnitt 180 des Gehäuses 136 befestigt, welcher Abschnitt etwa senkrecht zur Längsachse 150 verläuft. Er geht über in einen zylindrischen Teil 182, der sich zwischen einem hohlzylindrischen, permanentmagnetischen Abschnitt 184 des Rotors 156 und einem hohlzylindrischen Fortsatz 186 des Pumpenrads 172 erstreckt. Wie dargestellt, übergreift der hohlzylindrische Abschnitt 184 das Lager 164, was eine sehr kompakte Bauweise ergibt.
Der zylindrische Teil 182 des Gehäuses 136 geht seinerseits über in einen kreisringförmigen Abschnitt 188, der senkrecht zur Längsachse 150 verläuft, und dieser geht seinerseits über in einen Abschnitt 190, der sich um den Außenumfang des Pumpenrads 176 erstreckt und in den Abschnitt 148 übergeht.
Die Abschnitte 180, 182 und 188 des Gehäuses 136 bilden einen sog. Spalttopf. Da das Gehäuse 136 aus Kunststoff hergestellt ist, wirkt es für magnetische Flusslinien wie Luft, ist aber naturgemäß fluiddicht, so dass Flüssigkeit, die durch den Einlass 140 in die Fluidpumpe 174 strömt, durch diese Pumpe transportiert wird, und durch einen Auslass 192 wieder nach außen strömt, wie durch Pfeile 194, 196 angedeutet, und nicht aus der Pumpe 174 nach außen treten kann.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der hohlzylindrische Fortsatz 186 des Pumpenrads 174 radial magnetisiert, z. B. vierpolig, gewöhnlich mit derselben Polzahl wie der Rotor 156. Dadurch entsteht zwischen dem Fortsatz 184 des permanentmagnetischen Rotors 156 und dem Fortsatz 186 des Pumpenrads 172 eine Magnetkupplung, und wenn sich der Rotor 156 im Betrieb dreht, wird diese Drehung durch die Magnetkupplung 184, 186 auf das Pumpenrad 172 übertragen, so dass sich dieses ebenfalls dreht.
Wie Fig. 2 zeigt, hat das Pumpenrad 172 auch einen ringscheibenförmigen Abschnitt 200, der als Dauermagnet ausgebildet ist und der mit dem magnetischen Streufeld am unteren Ende des Rotors 156 zusammenwirkt und ebenfalls einen Teil der Magnetkupplung bildet, also einen Teil des Drehmoments vom Rotor 156 auf das Pumpenrad 172 überträgt.
Das in Fig. 2 obere Lager 162 des Rotors 156 ist in einem Kragen 202 eines Gehäuseteils 204 angeordnet, welches, wie dargestellt, topfförmig ausgebildet sein kann. Dieser Kragen geht über eine Art Lagerschild 206 über in einen zylindrischen Abschnitt 208, der den größten Teil des Stators 154 umschließt und an einem Flansch 210 endet, der mit einem Flansch 212 des Gehäuseteils 144 verbunden ist, z. B. wie dargestellt durch eine Rastverbindung mittels mehrerer Rasthaken 213, von denen nur einer dargestellt ist. Diese sind bevorzugt auf der radial inneren Seite des Flanschs 212 angebracht und ermöglichen eine sehr einfache Montage.
Der Kragen 202 befindet sich in einer Vertiefung des Gehäuseteils 204, und aus dieser Vertiefung ragt das Wellenende 214 der Welle 160 heraus. Auf dieses Wellenende 214 ist, wie dargestellt, die Nabe 216 eines topfartigen Lüfterrad 218 aufgepresst, auf dem in der üblichen Weise Lüfterflügel 220 angeordnet sind. Dieses Lüfterrad 218 transportiert also bei seiner Drehung Luft in axialer Richtung durch das Lüftergehäuse 122, und diese Luft wird bevorzugt dazu verwendet, einen Flüssigkeitskühler für das Fluid aus der Fluidpumpe 174 zu kühlen. Der Lüfter kann bei Bedarf z.B. auch als Diagonal- oder Radiallüfter ausgebildet werden.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Förderung von Fluiden, welche aufweist:
Eine nach Art einer Kreiselpumpe ausgebildete Fluidpumpe (174), welche ein drehbar gelagertes Pumpenrad (172) aufweist, das mit einem ersten Dauermagneten (186) verbunden ist; einen elektronisch kommutierten Innenläufermotor (152) mit einem Stator (154) und einem Rotor (156); eine dem Rotor (156) zugeordnete Welle (160), welche relativ zum Stator (154) drehbar gelagert (162, 164) ist; einen mit dem Rotor (156) drehfest verbundenen zweiten Dauermagneten (184), der mit dem ersten Dauermagneten (186) nach Art einer Magnetkupplung zusammenwirkt; einen Spalttopf (170, 180, 188), welcher den innerhalb dieses Spalttopfs angeordneten ersten Dauermagneten (186) der Magnetkupplung fluiddicht vom außerhalb des
Spalttopfs angeordneten zweiten Dauermagneten (184) trennt; wobei außerhalb des Spalttopfs an diesem eines der Lager (164) für die Welle des
Rotors (156) angeordnet ist; eine mit dem Stator (154) verbundene Trägeranordnung (204) für ein anderes der Lager
(162) der Welle (160) des Rotors (156); und ein mit Lüfterflügeln (220) versehenes Lüfterrad (218), welches mit einem vom
Spalttopf (170, 180, 188) abgewandten Endbereich (214) der Welle (160) des Rotors
(156) drehfest verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher der Rotor als permanentmagnetischer Rotor (156) ausgebildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, bei welcher der zweite Dauermagnet (184) einstückig mit dem permanentmagnetischen Rotor (156) ausgebildet ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der permanentmagnetische Rotor (156) zusammen mit dem an ihm angeordneten zweiten Dauermagneten (184) das außerhalb des Spalttopfs (170, 180, 188) an letzterem angeordnete Lager (164) für die Welle (160) des Rotors (156) zumindest teilweise übergreift.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Lagerung für den Rotor (156) des Innenläufermotors (152) ein Lagerrohr (168) aufweist, das mit dem Spalttopf (170, 180, 188) fest verbunden ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, bei welcher das Lagerrohr (168) einstückig mit dem Spalttopf (170, 180, 188) ausgebildet ist.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Trägeranordnung (218) mindestens bereichsweise den Stator (154) umschließt und sich außerhalb desselben nach Art eines Lagerschilds (204) erstreckt, in welchem das andere Lager (162) angeordnet ist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Lüfterrad (218) eine topfartige Anordnung aufweist, welche sich etwa parallel zum Außenumfang des Stators (154) erstreckt, und auf deren Außenumfang Lüfterflügel (220) angeordnet sind.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Fluidpumpe (174) einen mit einem Anschluss (140) für das Fluid versehenen Deckel (138) aufweist.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das am Spalttopf (170, 180, 188) angeordnete Lager (164) für die Welle (160) des Rotors (156) als Wälzlager ausgebildet ist, und die Welle (160) im Innenring dieses Wälzlagers (164) verschiebbar angeordnet ist.
1 1 . Anordnung nach Anspruch 7, bei welcher zwischen dem Innenring des Wälzlagers (164) und dem Rotor (156) ein elastisches Glied (166) vorgesehen ist, welches auf diesen Innenring eine axiale Kraft relativ zum Rotor (156) ausübt.
12. Anordnung zur Förderung von Fluiden, welche aufweist: eine nach Art einer Kreiselpumpe ausgebildete Fluidpumpe (174), welche ein Pumpenrad
(172) aufweist, das mit einem erstem Dauermagneten (186) verbunden ist; einen elektronisch kommutierten Innenläufermotor (152) mit einem Stator (154) und einem permanentmagnetischen Rotor (1 56); eine dem Rotor (156) zugeordnete Welle (160), welche relativ zum Stator (154) drehbar gelagert (162, 164) ist; einen Spalttopf (170, 180, 188), welcher den innerhalb dieses Spalttopfs angeordneten ersten Dauermagneten (186) fluiddicht umgibt, wobei auf der Außenseite des Spalttopfs an diesem ein erstes Lager (164) für die Welle des Rotors (156) angeordnet ist; eine mit dem Stator (154) verbundene Trägeranordnung (204) für ein zweites Lager (162) der Welle (160) des Rotors (156); ein mit Lüfterflügeln (220) versehenes Lüfterrad (218), welches mit einem vom Spalttopf
(170, 180, 188) abgewandten Endbereich (214) der Welle (160) des Rotors (156) drehfest verbunden ist; und einen als Fortsatz des permanentmagnetischen Rotors (156) ausgebildeten zweiten
Dauermagneten (184), welcher das erste Lager (144) übergreift, mit dem ersten
Dauermagneten (186) nach Art einer Magnetkupplung zusammenwirkt, und vom ersten
Dauermagneten (186) durch den Spalttopf (170, 180, 188) fluiddicht getrennt ist.
13. Anordnung nach Anspruch 12, bei welcher der zweite Dauermagnet (184) einstückig mit dem permanentmagnetischen Rotor (156) ausgebildet ist.
14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, bei welcher das erste Lager (164) als Wälzlager ausgebildet ist, und die Welle (160) im Innenring dieses Wälzlagers (164) axial verschiebbar angeordnet ist.
1 5. Anordnung nach Anspruch 14, bei welcher zwischen dem Innenring des Wälzlagers (164) und dem Rotor (156) ein elastisches Glied (166) vorgesehen ist, welches auf diesen Innenring eine axiale Kraft relativ zum Rotor (156) ausübt.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei welcher das erste Lager (164) ein Lagerrohr (168) aufweist, das mit der Außenseite des Spalttopfs (170, 180, 188) verbunden ist.
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