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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Pumpen und insbesondere Pumpen von Kraftfahrzeuggetrieben.
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Hintergrund
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Bei einem Fahrzeug mit Automatikgetriebe können elektrisch angetriebene Hilfspumpen verwendet werden. Diese Pumpen können je nach axialen Einschränkungen und Systemanforderungen intern oder extern in ein Getriebe integriert sein.
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Kurzdarstellung Der Erfindung
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Eine Pumpe wird bereitgestellt. Die Pumpe beinhaltet einen Fluideinlassteil, einen Fluidauslassteil, einen Rotor axial zwischen dem Fluideinlassteil und dem Fluidauslassteil, einen Mittelteil radial innerhalb des Rotors und einen Stator, der elektrische Spulen zum Erzeugen eines elektromagnetischen Flusses zum Bewegen des Rotors um den Mittelteil beinhaltet. Der Rotor und der Mittelteil definieren radial dazwischen eine Fluidstromkammer. Der Rotor ist um den Mittelteil durch den elektromagnetischen Fluss drehbar, der durch die elektrischen Spulen erzeugt wird. Ein Einlasssteuerteil ist so konfiguriert, dass während der Drehung des Rotors innerhalb des Stators um den Mittelteil Fluidstrom vom Fluideinlassteil in die Fluidstromkammer geregelt wird. Ein Auslasssteuerteil ist so konfiguriert, dass während der Drehung des Rotors innerhalb des Stators um den Mittelteil Fluidstrom von der Fluidstromkammer in den Fluidauslassteil geregelt wird. Die elektrischen Spulen sind vom Rotor axial versetzt.
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In Ausführungsformen der Pumpe kann der Stator eine Vielzahl von in Umfangsrichtung in Abständen zueinander angeordneten, sich axial erstreckenden Stäben beinhalten, wobei jede der elektrischen Spulen um einen der Stäbe gewickelt ist. Der durch jeden Stab erzeugte elektromagnetische Fluss kann einem dreidimensionalen Weg folgen. Jeder der Stäbe kann einen entsprechenden Abschnitt beinhalten, der radial außerhalb des Rotors ausgerichtet ist. Die Pumpe kann so konfiguriert sein, dass der Rotor den jeweiligen Abschnitt jedes der Stäbe während der Drehung aufgrund des elektromagnetischen Flusses berührt, der durch die elektrischen Spulen erzeugt wird, der den Rotor sequenziell zu den Stäben treibt. Der dreidimensionale Weg beinhaltet, dass der elektromagnetische Fluss axial entlang des jeweiligen Stabs vom jeweiligen Abschnitt radial nach innen zum Rotor und in Umfangsrichtung entlang des Rotors fließt. Der Stator kann einen Fußteil beinhalten, der am Fluideinlassteil oder am Fluidauslassteil montiert ist, und die Stäbe können axial vom Fußteil hervorstehen. Die Stäbe können sich axial über den Einlasssteuerteil oder den Auslasssteuerteil hinaus erstrecken. Der Rotor, der Stator, der Einlasssteuerteil und der Auslasssteuerteil können so angeordnet und konfiguriert sein, dass eine Drehung des Rotors im Stator in der Fluidstromkammer einen Saugabschnitt und einen Druckabschnitt erzeugt, die sich um eine Mittelachse des Mittelteils drehen, wenn der Rotor durch den elektromagnetischen Fluss gedreht wird. Der Einlasssteuerteil kann so konfiguriert sein, dass Fluid aus dem Fluideinlassteil durch den Einlasssteuerteil zum Saugabschnitt getrieben wird, wenn sich der Saugabschnitt um die Mittelachse dreht. Der Auslasssteuerteil kann so konfiguriert sein, dass Fluid aus der Fluidstromkammer durch den Auslasssteuerteil vom Druckabschnitt zum Fluidauslassteil getrieben wird, wenn sich der Druckabschnitt um die Mittelachse dreht. Der Einlasssteuerteil und der Auslasssteuerteil können drehfest sein, um sich nicht zu drehen, wenn sich der Rotor dreht. Der Rotor und der Stator können so angeordnet und konfiguriert sein, dass sich der Rotor exzentrisch innerhalb des Stators bewegt. Der Mittelteil kann in axialer Richtung betrachtet einen sternförmigen Querschnitt haben, und der Rotor kann eine Innendurchmesseroberfläche haben, die ein Bohrloch definiert, das in axialer Richtung betrachtet einen sternförmigen Querschnitt hat. Der Mittelteil kann eine Vielzahl von in Umfangsrichtung in Abständen zueinander angeordneten, sich radial nach außen erstreckenden Vorsprüngen beinhalten, die von einer Mittelachse des Mittelteils weg hervorstehen, und eine Innendurchmesseroberfläche des Rotors beinhaltet eine Vielzahl von in Umfangsrichtung in Abständen zueinander angeordneten, sich radial nach außen erstreckenden Nuten, die sich von der Mittelachse weg erstrecken. Der Mittelteil kann drehfest sein, um sich nicht zu drehen, wenn sich der Rotor dreht.
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Ein Kraftfahrzeuggetriebe wird ebenfalls bereitgestellt, das die Pumpe umfasst.
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Es wird außerdem ein Verfahren zum Aufbauen einer Pumpe bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines Rotors und eines Mittelteils, wobei sich der Mittelteil radial innerhalb des Rotors befindet; das Bereitstellen eines Stators, der elektrische Spulen zum Erzeugen eines elektromagnetischen Flusses zum Bewegen des Rotors um den Mittelteil beinhaltet, wobei der Rotor und der Mittelteil radial dazwischen eine Fluidstromkammer definieren, wobei der Rotor um den Mittelteil durch den elektromagnetischen Fluss drehbar ist, der durch die elektrischen Spulen erzeugt wird; das Fixieren eines Einlasssteuerteils in Bezug auf den Stator an einer ersten axialen Seite des Rotors und Bereitstellen eines Fluideinlassteils in Strömungsrichtung vor dem Einlasssteuerteil; und das Fixieren eines Auslasssteuerteils in Bezug auf den Stator an einer zweiten axialen Seite des Rotors und das Bereitstellen eines Fluidauslassteils in Strömungsrichtung nach dem Auslasssteuerteil. Der Einlasssteuerteil ist so konfiguriert, dass während der Drehung des Rotors durch den elektromagnetischen Fluss Fluidstrom vom Fluideinlassteil in die Fluidstromkammer geregelt wird. Der Auslasssteuerteil ist so konfiguriert, dass während der Drehung des Rotors durch den elektromagnetischen Fluss Fluidstrom von der Fluidstromkammer in den Fluidauslassteil geregelt wird. Die elektrischen Spulen sind vom Rotor axial versetzt.
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In Ausführungsformen des Verfahrens kann der Stator eine Vielzahl von in Umfangsrichtung in Abständen zueinander angeordneten, sich axial erstreckenden Stäben beinhalten, wobei jede der elektrischen Spulen um einen der Stäbe gewickelt ist. Der durch jeden Stab erzeugte elektromagnetische Fluss kann einem dreidimensionalen Weg folgen. Jeder der Stäbe kann einen entsprechenden Abschnitt beinhalten, der radial außerhalb des Rotors ausgerichtet ist. Die Pumpe kann so aufgebaut sein, dass der Rotor den jeweiligen Abschnitt jedes der Stäbe während der Drehung aufgrund des elektromagnetischen Flusses berührt, der durch die elektrischen Spulen erzeugt wird, der den Rotor nacheinander zu den Stäben treibt.
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Figurenliste
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Die vorliegende Offenbarung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 schematisch eine radiale perspektivische Querschnittsseitenansicht einer Pumpe für ein Kraftfahrzeuggetriebe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 2 schematisch eine perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten Pumpe darstellt;
- 3 schematisch eine radiale Querschnittsseitenansicht der in den 1 und 2 gezeigten Pumpe darstellt;
- 4 eine axiale Querschnittsansicht der Pumpe entlang A-A in 3 darstellt;
- 5 eine axiale Querschnittsansicht der Pumpe darstellt, um schematisch Saug- oder Einlassanschlüsse, die in einem Einlasssteuerteil ausgebildet sind, und Druck- oder Auslassanschlüsse zu veranschaulichen, die in einem Auslasssteuerteil ausgebildet sind; und
- 6 eine ungehinderte Ansicht eines Auslasssteuerteils darstellt, die Auslassanschlüsse und außerdem zeigt, wo Einlassanschlüsse in Bezug auf Auslassanschlüsse positioniert sind.
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Ausführliche Beschreibung
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Die Offenbarung stellt eine platzsparende elektrisch angetriebene Hilfspumpe bereit. In einer bevorzugten Ausführungsform hat ein Stator der Pumpe sechs Pole, die jeweils mit Kupferdrahtspulen umwickelt sind. Die Spulen werden sequenziell erregt, um einen rotierenden Kraftvektor am Rotor zu erzeugen, der als äußerer Gerotor geformt ist. Der Rotor wird gezwungen, sich um einen als inneren Gerotor geformten Mittelteil zu drehen. Während dieser exzentrischen Drehung wird das Volumen verschiedener Ausbuchtungen zwischen dem Rotor und dem Mittelteil vergrößert und verkleinert, was zu einem Unterdruck oder Druck im Arbeitsfluid der Pumpe (z. B. Automatikgetriebeflüssigkeit) führt. Der Fluidstrom wird durch ein saugseitiges (Einlass-)Gehäuse und ein druckseitiges (Auslass-)Gehäuse gesteuert. Jedes Gehäuse stellt eine Hauptverbindung entweder zum Sumpf oder zur Hauptleitung des unter Druck stehenden Hydrauliksystems bereit. In Ausführungsformen befinden sich die elektrischen Spulen unterhalb des Pumpenkörpers, was zu einer längeren, aber dünneren Pumpe führt. Diese Ausgestaltung stellt außerdem auch einen dreidimensionalen Magnetflussweg bereit. Der durch die elektrischen Spulen erzeugte Fluss verläuft axial einen Statorstab hinauf, radial in den Rotor der Pumpe, umfänglich um den Rotor herum, radial nach außen zum Statorstab, axial den benachbarten Statorstab hinunter, in den Fuß des Stators, in Umfangsrichtung über die Fuß und axial zurück den Statorstab hinauf.
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1 veranschaulicht schematisch eine radiale perspektivische Querschnittsansicht einer Pumpe 10 für ein Kraftfahrzeuggetriebe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; 2 veranschaulicht schematisch eine perspektivische Ansicht der in 2 gezeigten Pumpe 10; und 3 veranschaulicht schematisch eine radiale perspektivische Querschnittsansicht der Pumpe 10. Die Pumpe 10 kann außer bei einem Kraftfahrzeuggetriebe auch in anderen Zusammenhängen verwendet werden. Die Pumpe 10 beinhaltet zwei Gehäuseabschnitte - einen ersten Gehäuseabschnitt 12 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 14. Die Pumpe 10 beinhaltet ferner einen Stator 16, der auf dem ersten Gehäuseabschnitt 12 getragen wird, und einen Rotor 18 axial zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt 12 und dem zweiten Gehäuseabschnitt 14. In den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen ist der erste Gehäuseabschnitt 12 ein Fluideinlassteil und der zweite Gehäuseabschnitt 14 ein Fluidauslassteil; jedoch kann in anderen Ausführungsformen der Stator 16 am Fluidauslassteil montiert sein. Der Rotor 18 ist als äußerer Gerotor geformt und so konfiguriert, dass er sich exzentrisch innerhalb des Stators 16 um einen Mittelteil 20 dreht, der als innerer Gerotor geformt ist. Der Mittelteil 20 bildet einen Stator der Pumpe, der Stator 16 bildet einen Stator des Elektromotors und der Rotor 18 ist der Rotor sowohl der Pumpe als auch des Elektromotors. Der Mittelteil 20 ist in Bezug auf den Einlass- und Auslassteil 12, 14 nicht-drehbar fixiert, was bedeutet, dass der Mittelteil 20 drehfest ist, um sich nicht zu drehen, wenn sich der Rotor 18 dreht. Eine Mitte des Mittelteils 20 definiert eine Mittelachse 22 der Pumpe 10, um die sich zu drehen der Rotor 18 gestaltet ist. Die hierin verwendeten Begriffe „radial“, „in Umfangsrichtung“ und „radial“ werden in Bezug auf die Mittelachse 22 verwendet, sofern nicht anders angegeben.
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Der Rotor 18 und der Mittelteil 20 definieren radial dazwischen eine Fluidstromkammer 24. Die Pumpe 10 beinhaltet auch einen Einlasssteuerteil 26, der zum Regeln des von Fluidstrom vom Fluideinlassteil 12 in die Fluidflusskammer 24 konfiguriert ist, und einen Auslasssteuerteil 28, der zum Regeln von Fluidstrom von der Fluidflusskammer 24 in den Fluidauslassteil 14 konfiguriert ist. Der Einlasssteuerteil 26 und der Auslasssteuerteil 28 sind in Bezug auf die Mittelachse 22 nicht-drehbar fixiert und somit drehfest, um sich nicht zu drehen, wenn sich der Rotor 18 dreht. Der Einlasssteuerteil 26 und der Auslasssteuerteil 28 bestehen aus Materialien, die nicht magnetisch leitfähig sind und dem Gleiten entlang der deren Oberflächen des Rotors 18 standhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform können die Teile 26, 28 aus Aluminium bestehen. In anderen Ausführungsformen können die Teile 26, 28 aus Kunststoff oder Edelstahl bestehen.
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Jeder des Einlassteils 12 und des Auslassteils 14 hat eine gestufte Form. Der Einlassteil 12 beinhaltet einen radial kleineren Teil 12b, der eine in Strömungsrichtung vorgelagerte Kammer 12c für den axialen Fluidstrom F1 definiert, und einen radial größeren Teil 12d in Strömungsrichtung nach dem Teil 12b, der sich radial außerhalb des Einlasssteuerteils 26 befindet und diesen in Umfangsrichtung umgibt. In der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform sind die Teile 12b, 12d zylindrisch geformt. An die radial kleineren und größeren Teile 12b, 12d schließt sich ein Flanschteil 12a an, der scheibenförmig ist. Der Einlasssteuerteil 26 ist als kreisförmige Platte ausgebildet, die in ihrer Mitte ein Loch zum Aufnehmen eines Befestigungselements 54 hat. Der Einlasssteuerteil 26 ist am größeren Teil 12d fixiert.
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Der Auslassteil 14 beinhaltet einen radial kleineren Teil 14b, der in der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform zylindrisch geformt ist, der eine in Strömungsrichtung nachgelagerte Kammer 14c für den axialen Fluidstrom F4 definiert, und einen radial größeren Teil 14d in Strömungsrichtung vor dem Teil 14b, der sich radial außerhalb des Auslasssteuerteils 28 befindet und diesen in Umfangsrichtung umgibt. In der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform sind die Teile 14b, 14d zylindrisch geformt. An die radial kleineren und größeren Teile 14b, 14d schließt sich ein Flanschteil 14 a an, der scheibenförmig ist. Der Auslasssteuerteil 28 ist als kreisförmige Platte ausgebildet, die in ihrer Mitte ein Loch zum Aufnehmen eines Befestigungselements 54 hat. Der Auslasssteuerteil 28 ist am größeren Teil 14d fixiert.
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Wie am deutlichsten in 2 dargestellt ist, beinhaltet der Stator 16 einen Fußteil 70, der eine Scheibenform und eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Stäben 72 hat, die in Umfangsrichtung in Abständen zueinander angeordnet sind und axial vom Fußteil 70 hervorstehen. Der Fußteil 70 ist drehfest am radial kleineren Teil 12b fixiert. Genauer gesagt beinhaltet der Fußteil 70 eine innere Umfangsoberfläche 70a, die nicht-drehbar an einer äußeren Umfangsoberfläche 13a des Teils 12b montiert ist. Der Fußteil 70 erstreckt sich von der Innenumfangsoberfläche 70a radial nach außen zu einer Außenumfangsoberfläche 70b davon. Der Fußteil 70 beinhaltet zudem zwei sich radial erstreckende Oberflächen 70c, 70d, die sich radial von der Innenumfangsoberfläche 70a zur Außenumfangsoberfläche 70b erstrecken. Die erste sich radial erstreckende Oberfläche 70c weist axial vom Rotor 18 weg und eine zweite sich radial erstreckende Oberfläche 70d weist axial zum Rotor 18.
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Die Stäbe 72 beinhalten jeweils ein proximales oder Fußende 72a, das am Fußteil 70 an der Oberfläche 70d fixiert ist, und ein distales oder freies Ende 72b, das axial in einem Abstand vom Fußteil 70 angeordnet ist, wobei ein Zwischenteil 72c zwischen dem freien Ende 72b und dem Fußende 72a vorliegt. Wie in 2 angegeben, beinhaltet jeder Stab 72 eine Innenumfangsoberfläche 73a, eine Außenumfangsoberfläche 73b und zwei sich radial erstreckende in Umfangsrichtung weisende Oberflächen 73c, 73d, die sich radial von der Innenumfangsoberfläche 73a zur Außenumfangsoberfläche 73b erstrecken. In der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform haben die Stäbe 72 in axialer Richtung betrachtet eine konische Form, wobei die Außenumfangsoberfläche 73b in Umfangsrichtung breiter als die Innenumfangsoberfläche 73a ist und sich Oberflächen 73c, 73d in Umfangsrichtung voneinander und von der Innenumfangsoberfläche 73a weg erstrecken, während sich Oberflächen 73c, 73d radial nach außen erstrecken. Am freien Ende 72b beinhaltet jeder Stab 72 eine axial zugewandte, sich radial erstreckende Oberfläche 73e, die durch Oberflächen 73a bis 73d begrenzt ist, die eine axiale Kante des jeweiligen Stabs 72 definieren.
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Die Stäbe 72 erstrecken sich jeweils axial über den radial größeren Teil 12d des Einlassteils 12, den Einlasssteuerteil 26 und entlang einer Außenumfangsoberfläche 18a des Rotors 18 hinaus. Eine Außenumfangsoberfläche 26c des Einlasssteuerteils 26 berührt die Innenumfangsoberfläche 73a jedes Stabs 72. Aufgrund der sequenziellen Erregung der elektrischen Spulen 30 berührt jede Außenumfangsoberfläche 18a des Rotors 18 einen Abschnitt der Innenumfangsoberfläche 73a jedes Stabs 72, der sich axial zwischen den Steuerabschnitten 26, 28 befindet, wie nachstehend beschrieben. Die in axiale Richtung weisende, sich radial erstreckende Oberfläche 73e kann radial mit der sich radial erstreckenden Oberfläche 28a der Kammerseite des Auslasssteuerteils 28 ausgerichtet sein.
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Der Stator 16 ist mit einer Vielzahl von elektrische Spulen 30 (2 und 3) zum Erzeugen elektromagnetischer Kräfte im Stator 16 versehen, um den Rotor 18 in Richtung des Stators 16 zu treiben, sodass sich der Rotor 18 im Inneren des Stators 16 um die Achse 22 dreht, d. h. taumelt. Eine Spule 30 ist um jeden der Stäbe 72 gewickelt. Genauer gesagt ist jede Spule 30 mehrmals um jede der Oberflächen 73a, 73b, 73c, 73d am Zwischenteil 72c des jeweiligen Stabs 72 gewickelt. In dieser Ausführungsform ist der Stator 16 mit sechs Stäben 72 und sechs elektrischen Spulen 30 versehen, aber in anderen Ausführungsformen kann der Stator 16 mit einer beliebigen anderen Anzahl von Stäben 72 und Spulen 30 von mehr als drei versehen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Spulen 30 durch Kupferdrähte gebildet.
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Die 4 und 5 zeigen schematisch eine axiale Querschnittsansicht der Pumpe 10 entlang A-A in 1a. 4 veranschaulicht nur die Stäbe 72, den Rotor 18, den Mittelteil 20 und das Befestigungselement 54, während 5 zusätzlich den Auslasssteuerteil 28 und die Anschlüsse 56 des Einlasssteuerteils 26 veranschaulicht.
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Wie in den 4 und 5 dargestellt, hat der Rotor 18 bei dieser Ausführungsform eine zylindrische Form mit einer zylindrischen Außendurchmesseroberfläche und einer Innendurchmesseroberfläche, die ein Bohrloch definiert, das in axialer Richtung betrachtet einen sternförmigen Querschnitt definiert. Wie in 4 angegeben, beinhaltet die Innendurchmesseroberfläche des Rotors 18 eine Vielzahl von in Umfangsrichtung in Abständen angeordneten, sich radial nach außen erstreckenden Nuten 38, die sich von der Mittelachse 22 weg erstrecken. Die Nuten 38 haben jeweils eine konkave Form und beinhalten einen radial äußersten Tiefpunkt 40. Benachbarte Nuten 38 sind durch konvexe Oberflächen 42 in Abständen voneinander getrennt angeordnet, die Abschnitte des Rotors 18 definieren, die radial dicker als Abschnitte des Rotors 18 an den Nuten 38 sind.
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Der Mittelteil 20 hat bei dieser Ausführungsform in axialer Richtung betrachtet einen sternförmigen Querschnitt und beinhaltet eine Vielzahl von in Umfangsrichtung in Abständen angeordneten, sich radial nach außen erstreckenden Vorsprüngen 44, die von der Mittelachse 22 weg hervorstehen. Die Vorsprünge 44 beinhalten jeweils eine radial äußerste abgerundete Spitze 46. Benachbarte Vorsprünge 44 sind durch konkave Oberflächen 48 in Abständen voneinander getrennt angeordnet, die Abschnitte des Mittelteils 20 definieren, die radial dünner als Abschnitte des Mittelteils 20 an den Vorsprüngen 44 sind.
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In dieser Ausführungsform beinhaltet der Rotor 18 sechs Nuten 38 und der Mittelteil 20 beinhaltet fünf Vorsprünge 44, aber in anderen Ausführungsformen kann der Rotor 18 eine andere Anzahl an Nuten 38 beinhalten und der Mittelteil 20 kann eine andere Anzahl an Vorsprüngen 44 beinhalten, wobei die Anzahl an Vorsprüngen 44 eins weniger als die Anzahl der Nuten 38 beträgt.
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Wie in den 1 und 3 dargestellt, sind der Fluideinlassteil 12, der Einlasssteuerteil 26, der Fluidauslassteil 14 und der Auslasssteuerteil 28 durch ein Befestigungselement 54 axial aneinander fixiert, das axial durch eine Mitte des Mittelteils 22, eine Mitte des Einlasssteuerteils 26, eine Mitte des Auslasssteuerteils 28 und jeweilige Verbindungsteile 12e, 14e des Einlassteils 12 und des Auslassteils 14 verläuft. Die Verbindungsteile 12e, 14e beinhalten jeweils eine Vielzahl von in Umfangsrichtung in Abständen zueinander angeordneten Schenkeln 12f, 14f, die sich radial von einem Mittelabschnitt 12g, 14g erstrecken, der das Befestigungselement 54 aufnimmt und den jeweiligen Teil 26, 28 berührt, um den jeweiligen Teil 12b, 14b zu verbinden. Der Mittelteil 20 befindet sich axial zwischen dem Einlasssteuerteil 26 und dem Auslasssteuerteil 28. Das Befestigungselement 54 ist auf der Mittelachse 22 zentriert und beinhaltet eine Welle 54a, die durch die Teile 12e, 14e, 20, 26, 28 verläuft, und zwei Köpfe 54b, 54c, die die Teile 12e bzw. 14e berühren. Die Fluidstromkammer 24 ist axial zwischen den Steuerabschnitten 26, 28 und radial zwischen der Innendurchmesseroberfläche des Rotors 18 und der Außendurchmesseroberfläche des Mittelteils 20 begrenzt.
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Die Spulen 30 werden sequenziell erregt, um einen rotierenden Kraftvektor am Rotor 18 zu erzeugen, sodass sich der Rotor 18 auf dem Mittelteil 20 dreht. Der Rotor 18 ist so konfiguriert, dass die Nuten 38 während seiner Drehung sequenziell auf die Vorsprünge 44 getrieben werden, um die Konfiguration der Fluidstromkammer 24 kontinuierlich zu variieren. Wenn sich der Rotor 18 exzentrisch um den Mittelteil 20 dreht, nehmen die verschiedenen zwischen dem Rotor 18 und dem Mittelteil 20 ausgebildeten Ausbuchtungen im Volumen zu und ab. Genauer gesagt wird, wenn ein elektrischer Strom durch eine der Spulen 30 geschickt wird, ein Magnetfeld erzeugt, das den Rotor 18 zum Stab 72 zieht, um den die erregte Spule 30 gewickelt ist, um einen Magnetkreis zu schließen, der durch die Stäbe 72 des Stators 16 gebildet wird. Wenn sich der Rotor 18 zum Stab 72 bewegt, dessen Spule 30 erregt ist, verdrängt der Rotor 18 Fluid, mit dem die Fluidstromkammer 24 zwischen Rotor und Stator gefüllt ist, wodurch Druck erzeugt wird. Die Bewegung des Rotors 18 innerhalb des Stators 16 um den Mittelteil 20 trennt die Fluidstromkammer 24 in einen ersten Abschnitt, d. h. einen Druckabschnitt, der unter Druck gesetzt wird, um Fluid aus dem Auslassteil 14 zu treiben, und in einen zweiten Abschnitt, d. h. einen Saugabschnitt, der ein Vakuum bildet, um Fluid aus dem Einlassteil 12 in die Fluidstromkammer 24 zu ziehen. Der erste Abschnitt der Fluidstromkammer 24 hat dementsprechend einen niedrigeren Druck als der zweite Abschnitt der Fluidstromkammer 24. Wenn sich der Rotor 18 innerhalb des Stators 16 um den Mittelteil 20 dreht, drehen sich die Stellen des Druckabschnitts und des Saugabschnitts der Fluidstromkammer 24 um die Mittelachse 2, wobei während der Drehung der Druckabschnitt der Fluidstromkammer 24 auf der gegenüberliegenden radialen Seite des Mittelteils 20 als Saugabschnitt der Fluidstromkammer 24 ausgerichtet ist.
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Wie in 3 dargestellt, sind die elektrischen Spulen 30 vom Rotor 18 axial versetzt, was zu einer längeren, aber dünneren Pumpe führt. Wie in 2 dargestellt, in der eine Spule 30 an einem Stab 72 schematisch gezeigt ist, stellt die Anordnung der Spulen 30 axial versetzt vom Rotor 18 einen Magnetflussweg 76 bereit, der dreidimensional ist. Der durch die elektrische Spule 30 erzeugte Fluss verläuft axial entlang eines ersten Stabs 72 in einer ersten axialen Richtung A1 radial in den Rotor 18 in einer ersten radialen Richtung R1, in Umfangsrichtung um den Rotor 18 in einer ersten Umfangsrichtung C1, radial aus dem Rotor 18 zu einem in Umfangsrichtung benachbarten zweiten Stab 72 in einer zweiten radialen Richtung R2, axial entlang des Statorstabs 72 in einer zweiten axialen Richtung A2, in den Fußteil 70 des Stators 16 und in Umfangsrichtung über den Fußteil 70 und axial entlang des Statorstabs 72 in der ersten axialen Richtung A1 zur Spule 30.
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Der Einlasssteuerteil 26 ist so konfiguriert, dass Fluid aus dem Fluideinlassteil 12 durch die Bewegung des Rotors 18 durch den Einlasssteuerteil 26 in die Fluidstromkammer 24 getrieben wird, während sich der Saugabschnitt um die Mittelachse 22 dreht. Der Auslasssteuerteil 28 ist so konfiguriert, dass Fluid aus der Fluidstromkammer 24 durch den Auslasssteuerteil 28 vom Druckabschnitt zum Fluidauslassteil 14 getrieben wird, während sich der Druckabschnitt um die Mittelachse 22 dreht.
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5 veranschaulicht schematisch Saug- oder Einlassanschlüsse 56, die im Einlasssteuerteil 26 ausgebildet sind, und Druck- oder Auslassanschlüsse 58, die im Auslasssteuerteil 28 ausgebildet sind. Es versteht sich, dass eine axiale Querschnittsansicht der Pumpe 10 nicht beide Sätze von Anschlüssen 56, 58 zeigen würde und sie in 5 lediglich zu Veranschaulichungszwecken gezeigt sind. 6 veranschaulicht eine ungehinderte Ansicht des Auslasssteuerteils 28, die Auslassanschlüsse 58 und außerdem zeigt, wo die Einlassanschlüsse 56 in Bezug auf die Auslassanschlüsse 58 positioniert sind. Um den Fluidstrom vom Einlassteil 12 in die Fluidstromkammer 24 zu regeln, beinhaltet der Einlasssteuerteil 26 eine Vielzahl von darin ausgebildeten Einlassanschlüssen 56, die von einer sich radial erstreckenden Einlassseite 26a zu einer sich radial erstreckenden Kammerseite 26b des Einlasssteuerteils 26 verlaufen. Um den Fluidstrom von der Fluidstromkammer 24 zum Auslassteil 14 zu regeln, beinhaltet der Auslasssteuerteil 28 eine Vielzahl von darin ausgebildeten Auslassanschlüssen 58, die von einer kammerseitigen, sich radial erstreckenden Oberfläche 28a zu einer auslassseitigen, sich radial erstreckenden Oberfläche 28b des Einlasssteuerteils 28 verlaufen. Die Anschlüsse 56, 58 sind passive Anschlüsse, die der Bewegung des Rotors 18 folgen und für jede Ausbuchtung der Kammer 24 einen Einlass und einen Auslass bereitstellen, wenn sich der Rotor 18 dreht. Die Anschlüsse 56, 58 haben eine Geometrie, die in Bezug auf eine Geometrie des Rotors 18 und des Mittelteils 20 so konfiguriert ist, dass bewirkt wird, dass der Rotor 18 während der Drehung des Rotors 18 innerhalb des Stators 16 um den Mittelteil 20 in axialer Ausrichtung und Bedeckung der Anschlüsse 56, 58 ständig variiert, um einen Fluidstrom zu regeln, der während der Drehung des Rotors 18 innerhalb des Stators 16 um den Mittelteil 20 in die Fluidstromkammer 24 eintritt und aus dieser austritt.
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Die Einlassanschlüsse 56 erstrecken sich sowohl radial als auch in Umfangsrichtung und sind bogenförmig und in Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordnet, wobei für jeden Vorsprung 44 ein Einlassanschluss 56 bereitgestellt ist. Die Einlassanschlüsse 56 sind so angeordnet, dass sich während der Drehung des Rotors 18 innerhalb des Stators 16 um den Mittelteil 20 ein Anteil jedes Anschlusses 56 ständig ändert, der durch den Rotor 18 bedeckt wird. Wenn der Anteil einer Anschlusses 56 zunimmt, der der Kammer 24 ausgesetzt ist, wird Fluid aus dem Einlassteil 12 in die Fluidstromkammer 24 gesaugt. Dementsprechend strömt in 5, während sich der Rotor 18 in Umfangsrichtung D1 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, Fluid durch einen Anschluss 56a in die Fluidstromkammer 24. Wie in 1 dargestellt, strömt ein axialer Fluidstrom F1 in den Einlassteil 12 und wird an der einlassseitigen, sich radial erstreckenden Oberfläche 26a des Einlasssteuerteils 26 radial nach außen getrieben, um einen radialen Fluidstrom F2 zu einem Kanal 60 bereitzustellen, der zwischen dem Flanschteil 12a des Einlassteils 12 und der Oberfläche 26a ausgebildet ist. Der radiale Fluidstrom F2 wird dann zu unterschiedlichen Zeiten als Reaktion auf die Bewegung des Rotors 18 um den Mittelteil 20 durch die Anschlüsse 56 in die Kammer 24 gesaugt.
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Während der Saugabschnitt kontinuierlich um die Achse 22 rotiert, strömt Fluid infolgedessen durch den Einlassanschluss 56, wenn jeder Einlassanschluss 56 mit dem Saugabschnitt der Kammer 24 ausgerichtet ist - d. h. wenn der Anteil eines durch den Rotor 18 bedeckten Anschlusses 56 abnimmt. Unter Bezugnahme auf 5 und unter der Annahme, dass sich der Rotor 18 gegen den Uhrzeigersinn dreht, ist der Saugabschnitt der Kammer 24 mit dem Anschluss 56a ausgerichtet, und Fluid wird über den Anschluss 56a in die Kammer 24 gesaugt. Als Nächstes wird auf der Grundlage der fortgesetzten Drehung des Rotors 18 der Saugabschnitt der Kammer 24 mit einem Anschluss 56b ausgerichtet, und Fluid wird über den Anschluss 56b in die Kammer 24 gesaugt.
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Die Auslassanschlüsse 58 erstrecken sich außerdem sowohl radial als auch in Umfangsrichtung und sind bogenförmig und in Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordnet, wobei für jeden Vorsprung 44 ein Auslassanschluss 58 bereitgestellt ist. Bei der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsform sind die Auslassanschlüsse 58 in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt, sodass sich bei Betrachtung in axialer Richtung jeder Auslassanschluss 58 in Umfangsrichtung zwischen zwei Einlassanschlüssen 56 befindet. Die Auslassanschlüsse 58 sind so angeordnet, dass sich während der Drehung des Rotors 18 innerhalb des Stators 16 um den Mittelteil 20 ein Anteil jedes Anschlusses 58 ständig ändert, der durch den Rotor 18 bedeckt wird. Wenn der Anteil eines Anschlusses 58 abnimmt, der der Kammer 24 ausgesetzt ist, wird Fluid in der Kammer 24 durch die Öffnung 58 in den Auslassteil 14 getrieben. Dementsprechend strömt in 5, während sich der Rotor 18 in Umfangsrichtung D1 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, Fluid durch einen Anschluss 58a in den Auslassteil 14. Das durch die Auslassanschlüsse 58 strömende Fluid strömt dann radial nach innen, um einen radialen Fluidstrom F3 durch einen Kanal 62 zu erzeugen, der zwischen dem Flanschteil 14a des Auslassteils 14 und der Oberfläche 28b des Auslasssteuerteils 28 ausgebildet ist. Der radiale Fluidstrom F3 geht dann in einen axialen Fluidstrom F4 über, der aus dem Auslassteil 14 ausströmt.
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Während sich der Druckabschnitt kontinuierlich um die Achse 22 dreht, strömt Fluid infolgedessen durch die Auslassanschlüsse 58, wenn jeder Einlassanschluss 58 mit dem Druckabschnitt der Kammer 24 ausgerichtet ist - d. h. wenn der Anteil eines durch den Rotor 18 bedeckten Anschlusses 58 zunimmt. Unter Bezugnahme auf 3 und unter der Annahme, dass sich der Rotor 18 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, ist der Druckabschnitt der Kammer 24 mit dem Anschluss 58a ausgerichtet, und Fluid wird über den Anschluss 58a aus der Kammer 24 getrieben. Als Nächstes wird auf der Grundlage der fortgesetzten Drehung des Rotors 18 der Saugabschnitt der Kammer 24 mit einem Anschluss 58b ausgerichtet, und Fluid wird über den Anschluss 58b aus der Kammer 24 getrieben.
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Dementsprechend sind der Rotor 18 und der Stator 16 so konfiguriert, dass jeder des Druckabschnitts und des Saugabschnitts während einer einzelnen Drehung des Rotors 18 um die Mittelachse 22 jeden der Einlassanschlüsse 56 und jeden der Auslassanschlüsse 58 passiert. In der in den 1 bis 6 veranschaulichten Ausführungsform strömt Fluid während jeder 1/5-Drehung des Rotors 18 um die Achse 22 durch jeden der Einlassanschlüsse 56 und jeden der Auslassanschlüsse 58, sodass Fluid durch jeden der Anschlüsse 56, 58 während einer Zeitdauer strömt, die während jeder Drehung des Rotors 18 um die Achse 22 gleich der Anzahl der Vorsprünge 44 ist.
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Die Pumpe 10 beinhaltet zudem eine Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass der Stromfluss durch die elektrischen Spulen 30 gesteuert wird, um den Rotor 18 zu drehen. In dieser Ausführungsform liegt die Steuereinheit in Form von Transistoren auf einer Steuerleiterplatte zum elektrischen Kommutieren und Steuern der Pumpe 10 vor. Alternativ kann die Steuereinheit abgesetzt und durch Leitungen mit den Spulen 30 verbunden sein.
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In der in den Figuren gezeigten Ausführungsform ist die Pumpe 10 eine Gerotorpumpe; in anderen Ausführungsformen kann jedoch eine ähnliche Konstruktion mit anderen Pumpenarten hergestellt sein, einschließlich einer Innenzahnradpumpe oder einer Flügelzellenpumpe.
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In der vorstehenden Beschreibung wurde die Offenbarung unter Bezugnahme auf konkrete beispielhafte Ausführungsformen und Beispiele davon beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Abwandlungen und Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne in einem weitgefassten Sinne vom Grundgedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen, die in den folgenden Ansprüchen dargelegt sind. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind dementsprechend als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Pumpe
- 12
- Fluideinlassteil
- 12a
- Flanschteil
- 12b
- Radial kleinerer Teil
- 12c
- Vorgelagerte Kammer
- 12d
- Radial größerer Teil
- 12e
- Verbindungsteil
- 12f
- In Umfangsrichtung in Abständen zueinander angeordnete Schenkel
- 12g
- Mittelabschnitt
- 14
- Fluidauslassteil
- 14a
- Flanschteil
- 14b
- Radial kleinerer Teil
- 14c
- Nachgelagerte Kammer
- 14d
- Radial größerer Teil
- 14e
- Verbindungsteil
- 14f
- In Umfangsrichtung in Abständen zueinander angeordnete Schenkel
- 14g
- Mittelabschnitt
- 16
- Stator
- 18
- Rotor
- 20
- Mittelteil
- 22
- Mittelachse
- 24
- Fluidstromkammer
- 26
- Einlasssteuerteil
- 26a
- Einlassseitige, sich radial erstreckende Oberfläche
- 26b
- Kammerseitige, sich radial erstreckende Oberfläche
- 28
- Auslasssteuerteil
- 28a
- Kammerseitige, sich radial erstreckende Oberfläche
- 28b
- Auslassseitige, sich radial erstreckende Oberfläche
- 30
- Elektrische Spulen
- 38
- Nuten
- 40
- Radial äußerster Tiefpunkt
- 42
- Konvexe Oberfläche
- 44
- Sich radial nach außen erstreckende Vorsprünge
- 46
- Radial äußerste abgerundete Spitze
- 48
- Konkave Oberflächen
- 54
- Befestigungselement
- 54a
- Befestigungselementwelle
- 54b, 54c
- Befestigungselementköpfe
- 56, 56a, 56b
- Einlassanschlüsse
- 58, 58a, 58b
- Auslassanschlüsse
- 60
- Kanal
- 62
- Kanal
- 70
- Statorfußteil
- 70a
- Innenumfangsoberfläche
- 70b
- Außenumfangsoberfläche
- 70c, 70d
- Sich radial erstreckende Oberflächen
- 72
- Statorstäbe
- 72a
- Fußende
- 72b
- Freies Ende
- 72c
- Zwischenteil
- 73a
- Innenumfangsoberfläche
- 73b
- Außenumfangsoberfläche
- 73c, 73d
- Sich radial erstreckende, in Umfangsrichtung weisende Oberflächen
- 76
- Flussweg
- F1
- Einlassseitiger axialer Fluidstrom
- F2
- Einlassseitiger radialer Fluidstrom
- F3
- Auslassseitiger radialer Fluidstrom
- F4
- Auslassseitiger axialer Fluidstrom
