DE2424552A1 - PUMP-MOTOR UNIT - Google Patents

PUMP-MOTOR UNIT

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Description

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TELEFON 33502*UN GE! « 1 JF: j Γ Ji. 25th
TELEPHONE 33502 *

■R.E. Dupont Research and Investment Services Ltd■ R.E. Dupont Research and Investment Services Ltd

Douglas, Isle of Man, EnglandDouglas, Isle of Man, England

Pumpen-Motor-EinheitPump-motor unit

Die Erfindung bezieht sich auf elektromotorisch betriebene Pumpen für Flüssigkeiten oder Gase, bei denen der Elektromotoren- "Läufer" zusammen mit dem Pumpen-"Laufrad" eine rotierende Einheit bildet und über eine Kugel oder eine sphärische Fläche in axialer Richtung abgestützt ist und wobei der "Läufer" durch eine magnetisch durchlässige "Trennwand", die im Luftspalt auf einer Kugelfläche verläuft, vom Stator des Elektromotors getrennt ist.The invention relates to an electric motor Pumps for liquids or gases, in which the electric motor "rotor" together with the pump "impeller" are rotating Unit forms and over a sphere or a spherical one Surface is supported in the axial direction and the "runner" is supported by a magnetically permeable "partition", which runs on a spherical surface in the air gap, is separated from the stator of the electric motor.

Eine ähnliche Pumpenart kann auch durch einen umlaufenden "konkaven Polring aus permanentmagnetischem Werkstoff, der außerhalb der "Trennwand" angeordnet ist und von einem elektromotor angetrieben wird, angetrieben werden.A similar type of pump can also be achieved by a revolving "concave pole ring made of permanent magnetic material, the is arranged outside the "partition" and is driven by an electric motor.

In beiden Fällen wird der "Läufer" aufgrund der axialen Kraftkomponente der magnetischen Kräfte, die durch den Stator des Motors oder' den umlaufenden permanentmagnetischen Polring zur Antriebsseite hin angezogen.In both cases, the "runner" is due to the axial force component the magnetic forces generated by the stator of the motor or the rotating permanent magnetic pole ring Tightened towards the drive side.

Bekannte Pumpen dieser Bauart weisen den Nachteil auf, daß das "Laufrad" eine hydraulische Kraft erfährt, die der magnetischen Kraft entgegengesetzt gerichtet ist.Known pumps of this type have the disadvantage that the "impeller" experiences a hydraulic force which is opposite to the magnetic force.

Bei höheren Förderdrücken erfährt das "Laufrad" zusammen mit dem "Läufer" einen hydraulischen Schub in Richtung der Ansaugseite des Pumpengehäuses, überwiegt dieser Schub die genannten axial gerichteten magnetischen Kraftkomponenten, so wird dieAt higher delivery pressures, the "impeller" and the "runner" experience hydraulic thrust in the direction of the suction side of the pump housing, this thrust outweighs those mentioned axially directed magnetic force components, so the

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genannte Lagerung, bestehend aus einem konkaven und einem konvexen sphärischen Teil, nicht mehr wirksam. Damit ist der Anwendung des genannten Pumpenprinzipes eine Grenze gesetzt. called storage, consisting of a concave and a convex spherical part, no longer effective. So is the application of the said pump principle set a limit.

Die vorliegende Erfindung vermeidet den Nachteil und ermöglicht dadurch den Einsatz von Pumpen, bei denen "Laufrad" und "Läufer" eine rotierende Einheit bilden, auch bei Pumpen großer Leistung oder bei Pumpen, deren "Laufrad" einen hohen Druck erzeugen.The present invention avoids the disadvantage and thereby enables the use of pumps in which "impeller" and "rotor" form a rotating unit, even with pumps with high output or with pumps whose "impeller" has a high Generate pressure.

Hierzu ordnet die Erfindung das sphärische Lager, welches im Dauerbetrieb belastet wird, an der Seite des "Läufers" an, an der sich der Eintrittsstutzen des Pumpengehäuses befindet. Die Abstützung des stillstehenden Lagerteiles erfolgt durch ein Unterstützungselement, z.B. durch eine Säule, die im Ansaugrohr befestigt ist, oder auch durch eine feststehende Zwischenwand zwischen "Läufer" und "Laufrad".For this purpose, the invention arranges the spherical bearing, which is loaded in continuous operation, on the side of the "rotor", on which the inlet nozzle of the pump housing is located. The stationary bearing part is supported by a support element, e.g. by a column that is fixed in the suction pipe, or by a fixed one Partition between "runner" and "impeller".

Vorzugsweise sieht die Erfindung noch zusätzliche Lagerelemente vor, die die axiale Komponente der magnetischen Kräfte aufnimmt. Dadurch wird die Lagerung der "Läufer" - "Laufrad"-Einheit während des Anlaufens und nach erfolgter Abschaltung sichergestellt. Sobald jedoch die hydraulischen Kräfte, die das "Laufrad" in Richtung der Ansaugseite des Pumpengehäuses schieben, größer geworden sind als die magnetischen, axial gerichteten Kräfte, erfolgt die Lagerung auf der erfindungsgemäßen sphärischen Fläche, die im Ansaugkanal oder in der genannten Zwischenwand ihre Abstützung findet.The invention preferably also provides additional bearing elements that form the axial component of the magnetic forces records. This is the storage of the "runner" - "impeller" unit ensured during start-up and after shutdown. However, as soon as the hydraulic forces that push the "impeller" towards the suction side of the pump housing, have become larger than the magnetic ones, axially directed forces, the storage takes place on the spherical surface according to the invention, which is in the intake duct or in the called intermediate wall finds its support.

Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden.The invention is to be described with reference to figures.

Fig. l zeigt eine Anordnung, bei welcher die "Läufer" - "Laufrad"-Einheit im Betrieb durch einen sphärischen Körper, z.B. eine Kugel, gelagert wird, die im Ansaugkanal des Pumpengehäuses abgestützt ist.Fig. 1 shows an arrangement in which the "rotor" - "impeller" unit is supported during operation by a spherical body, e.g. a ball, which is located in the suction channel of the pump housing is supported.

409883/0827 -3-409883/0827 -3-

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsforrn, bei welcher der feststehende Teil des sphärischen Lagers von einer Wandung getragen -wird, die den Raum, in dem sich der "Läufer" befindet/ von dem Raum, in dem sich das "Laufrad" befindet, trennt.Fig. 2 shows an embodiment in which the fixed Part of the spherical bearing is supported by a wall that defines the space in which the "runner" is located / from the room in which the "impeller" is located.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der "Läufer" durch einen umlaufenden Magneten angetrieben wird.Fig. 3 shows an embodiment in which the "runner" is driven by a rotating magnet.

Fig. Ϊ zeigt eine Pumpen-Motor-Einheit, bei welcher das "Laufrad" 1 mit dem "Läufer" 2 eine Einheit bildet. Die Oberfläche des "Läufers" verläuft zur magnetisch durchlässigen "Trennwand" 3 hin sphärisch. Hinter der Trennwand ist ein Stator angeordnet, der aus den magnetisch leitenden Zähnen 4, den Spulen 5 und dem magnetischen Rückschluß 6 besteht. Mit der "Läufer" - "Laufrad"-Einheit ist die Kugel 7 fest verbunden. Sie ist in einer konkaven Lagerschale 8 gelagert. Diese ist durch ein Rohr 9 mit dem Pumpengehäuse IO fest verbunden. Das '.'Laufrad" erzeugt im Betrieb eine Kraft entsprechend dem Pfeil 11, während der "Läufer" eine Kraft erzeugt, die in Richtung des Pfeiles 12 gerichtet ist. Diese letztere Kraft wird durch den Stift 13 abgefangen. Sobald die Kraft gemäß Pfeil 11 größer wird als die Kraft gemäß Pfeil 12, wandert die Kugel 7 vom Stift 13 weg in die konkave Lagerschale 8.Fig. Ϊ shows a pump-motor unit in which the "Impeller" 1 forms a unit with the "runner" 2. The surface of the "runner" runs towards the magnetically permeable "Partition" 3 towards spherical. A stator is arranged behind the partition wall, which consists of the magnetically conductive teeth 4, the coils 5 and the magnetic yoke 6 consists. The ball 7 is firmly connected to the “runner” - “impeller” unit. It is mounted in a concave bearing shell 8. This is firmly connected to the pump housing IO by a pipe 9. The '.'impeller "generates a force in operation corresponding to the Arrow 11, while the "runner" generates a force which is directed in the direction of arrow 12. This latter force is intercepted by the pin 13. As soon as the force according to arrow 11 is greater than the force according to arrow 12, it migrates the ball 7 away from the pin 13 into the concave bearing shell 8.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsforra, bei der das "Laufrad" 1 über eine Schraube 20 mit dem "Läufer" 2 verbunden ist. Ebenso ist mit der Schraube die Kugel 7 verbunden. Diese Kugel 7 ist zwischen zwei konkaven Lagerschalen 8 und 28 gelagert. Die Lagerschalen werden durch eine Wandung 29 getragen. Eine Feder 21 drückt die Lagerschalen 8 und 28 auf die Oberfläche der Kugel 7. Durch diese Lagerart sind die Kräfte in Richtung der Pfeile 11 und 12 gleichzeitig aufgefangen. Ein feststehender Gleitring 24 wird durch einen elastischen Ring 25 gegen eine plane Fläche der konkaven Lagerschale 28 gepreßt. Dadurch wird der Taumelwinkel, den die Kugel 7 um die Achse 26 ausführen kann, eingeschränkt. Die Wandung 29 kann völlig geschlossen ausgeführt sein, was von .Vorteil ist, wenn das Fördermittel abrasive oder schichtenverursachende Beimischungen trägt. Die übrigen Teile haben die gleichen wie in Fig. 1. 409883/0827FIG. 2 shows an embodiment in which the "impeller" 1 is connected to the "rotor" 2 via a screw 20. as well the ball 7 is connected to the screw. This ball 7 is mounted between two concave bearing shells 8 and 28. The bearing shells are supported by a wall 29. One Spring 21 presses the bearing shells 8 and 28 onto the surface of the ball 7. With this type of bearing, the forces are in the direction the arrows 11 and 12 caught at the same time. A fixed slide ring 24 is counteracted by an elastic ring 25 a flat surface of the concave bearing shell 28 is pressed. As a result, the wobble angle that the ball 7 executes about the axis 26 can, restricted. The wall 29 can be completely closed, which is advantageous if that Conveyors abrasive or layer-causing admixtures wearing. The remaining parts are the same as in Fig. 1. 409883/0827

Fig. 3 zeigt eine veränderte Ausführungsform, bei welcher das "Laufrad" 1 mit einem perraanentmagnetischen "Läufer" 3 2 eine Einheit bildet. Die sphärische Oberfläche wird durch permanentraagnetxsche Ringe 30 und 30' gebildet, die stufenförmig kleiner werden. Der außenliegende Teil 33 der Magnetkupplung weist ringförmige Magnete 34 auf, der ist in den Lagern 35 gelagert. Der Stator des Motors besteht aus einer Blechspirale 36, die Nuten 37 aufweist, in welche die Wicklungen 38 eingelegt werden. Der Luftspalt weist einen axialen Bereich 39 und einen zylindrischen Bereich 40 auf. Das Weicheisen 41 des "Läufers" v/eist ebenfalls Nuten auf, in denen abgewinkelte Leiterstäbe 42 angeordnet sind, die über Kurzschiußringe 43 und 43' mineinander verbunden sind. Der permanentmagnetische "Läufer" 32 v/eist eine Lagerschale 44 auf, in die eine Kugel 45 hineinragt. Die Kugel ist über ein konkaves Element 46 und über eine Stange aus Federmaterial 47 im Pumpengehäuse 10 befestigt. Am axialen Ende des permanentmagnetischen "Läufers" 32 sind zwei magnetische Ringe 48 und 48' angeordnet, die im Gegensatz zu den Magneten 30 und 34 nicht über den Umfang verteilt ihre Magnetpole auf v/eis en, sondern in axialer Richtung magnetisiert sind. Im Stator sind ebenfalls zwei magnetische Ringe 49 und 49' angeordnet und über das Weicheisenteil 50 des Elektromotoren-Rotors magnetisch miteinander verbunden. Die Polaritäten sind so gewählt, daß sich die Magnete 48 und 49 abstoßen. Dadurch wird die "Laufrad"-Rotor-Einheit 1/32 stets in Richtung des Pfeiles 11 gepreßt. Zur Vermeidung von Wirbelströmen in den Statorzähnen 51, die den· zylindrischen Luftspalt 40 begrenzen, sind schiaal; Schlitze 52 angeordnet, wodurch die Wirbelstromverluste klein gehalten werden.Fig. 3 shows a modified embodiment in which the "impeller" 1 with a permanent magnetic "runner" 3 2 forms a unit. The spherical surface is formed by permanent magnetic rings 30 and 30 ', the step-shaped get smaller. The outer part 33 of the magnetic coupling has ring-shaped magnets 34, which is in the Store 35 stored. The stator of the motor consists of a sheet metal spiral 36 which has grooves 37 in which the windings 38 can be inserted. The air gap has an axial area 39 and a cylindrical area 40. The soft iron 41 of the "runner" also has grooves in which angled conductor bars 42 are arranged, which are connected via short-circuit rings 43 and 43 'are connected to each other. The permanent magnetic “Runner” 32 has a bearing shell 44 into which a ball 45 protrudes. The sphere is about a concave Element 46 and fastened in the pump housing 10 via a rod made of spring material 47. At the axial end of the permanent magnet "rotor" 32 are two magnetic rings 48 and 48 'arranged, which, in contrast to magnets 30 and 34, do not have their magnetic poles distributed over the circumference on v / iron s, but are magnetized in the axial direction. Two magnetic rings 49 and 49 'are also arranged in the stator and Magnetically connected to one another via the soft iron part 50 of the electric motor rotor. The polarities are chosen so that the magnets 48 and 49 repel each other. As a result, the “impeller” rotor unit 1/32 is always in the direction of arrow 11 pressed. To avoid eddy currents in the stator teeth 51, which limit the cylindrical air gap 40, are schiaal; Arranged slots 52, whereby the eddy current losses are kept small.

Dieses Motor-Merkmal sowie die Ausbildung eines axialen und radialen Luftspaltes 39/40 sind nicht auf Motoren zum Antrieb von Pumpen beschränkt.This motor feature and the formation of an axial and radial air gap 39/40 are not applicable to motors for driving purposes limited by pumps.

Durch, die federnde Aufhängung' der Kugel 45 mittels der Stange aus Federmaterial 47 gleicht die Pumpe kleine Unwuchten des "Laufrades" automatisch aus.By 'the resilient suspension' of the ball 45 by means of the rod made of spring material 47, the pump compensates for small imbalances in the "Impeller" automatically.

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Claims (19)

PatentansprücheClaims Maschine, bestehend aus einer rotodynamischen Pumpe für Flüssigkeiten oder Gase und einer elektrischen UmIaufmaschine, bestehend aus einem elektromagnetischen Stator (4, 5, 6), der ein Drehfeld erzeugt oder einem elektromotorisch getriebenen, permanentmagnetischen Polring (32}, der ein Drehfeld erzeugt, und einem "Läufer" (12) , der mit dem Stator oder dem permanentmagnetischen Polring einen sphärischen Luftspalt bildet, in dem sich eine "Trennwand"Machine consisting of a rotodynamic pump for Liquids or gases and an electric rotating machine, consisting of an electromagnetic stator (4, 5, 6) that generates a rotating field or an electric motor driven, permanent magnetic pole ring (32}, which generates a rotating field, and a "rotor" (12), which with the stator or the permanent magnetic pole ring forms a spherical air gap in which there is a "partition" (3) befindet, die den Innenraum der Pumpe von dem Rauir. der elektrischen Maschine (4, 5, 6 oder 32) hermetisch dicht trennt, und einem sphärischen Lager (7, 8 oder 45, 46), das die "Läufer" - "Laufrad"~Einheit (1, 2 oder I, 32) ] axial und radial lagert, dadurch gekennzeichnet, daß dieses sphärische Lager (1, 2, 32) über ein Element (9, 29, 47) mit dem Gehäuse (10) der Pumpe verbunden ist, wobei das tragende Element (9, 29, 47) mit dem Pumpengohäiiie(3) which is the interior of the pump from the room. the electrical machine (4, 5, 6 or 32) hermetically sealed, and a spherical bearing (7, 8 or 45, 46), that the "runner" - "impeller" ~ unit (1, 2 or I, 32) ] axially and radially, characterized in that this spherical bearing (1, 2, 32) via an element (9, 29, 47) is connected to the housing (10) of the pump, wherein the load-bearing element (9, 29, 47) with the Pumpengohäiiie (10) fest verbunden ist und eine Abstützung von Kräften(10) is firmly connected and a support of forces (11) gewährleistet, die zur Ansaugseite des Strömungsmaschinengehäuses hin gerichtet sind.(11) ensures the intake side of the turbomachine housing are directed towards. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Teil (8) des sphärischen Lagers (7, S) mit dem Pumpengehäuse (10) durch ein starres Element (S) fest verbunden ist.2. Machine according to claim 1, characterized in that the fixed part (8) of the spherical bearing (7, S) with the pump housing (10) through a rigid element (S) is firmly connected. 3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß3. Machine according to claim 1, characterized in that das feststehende Teil (45) des sphärischen Lagers (44, 45) über ein elastisches Element (47) mit dem Pumpengehäuse (10) fest verbunden ist.the fixed part (45) of the spherical bearing (44, 45) via an elastic element (47) with the pump housing (10) is firmly connected. 4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein konvexes Teil (7) das umlaufende Teil der sphärischen Lagerung (7, 8) bildet.4. Machine according to claim 1, characterized in that a convex part (7) is the circumferential part of the spherical Storage (7, 8) forms. 409883/0827409883/0827 242455?242455? 5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Teil (44) des sphärischen Lagers (44/45) das umlaufende Teil der sphärischen Lagerung (44/45) bildet.5. Machine according to claim 1, characterized in that the concave part (44) of the spherical bearing (44/45) forms the circumferential part of the spherical bearing (44/45). 6. Maschine nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die "Trennwand". (3) einen Stützkörper (13) trägt, der eine axiale Fixierung der "Läufer" - "Laufrad"-Einheit (1, 2) in Richtung des Motorstators (4, 5, 6) be-.wirkt. 6. Machine according to claim 1 and 4, characterized in that the "partition". (3) carries a support body (13), which causes an axial fixation of the "rotor" - "impeller" unit (1, 2) in the direction of the motor stator (4, 5, 6). 7. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sphärische Lager (7, 8, 28) . durch eine Scheibe (2S) getragen wird, die an ihrer Peripherie mit dem Punipengehäuse (10) verbunden ist.7. Machine according to claim 1, characterized in that the spherical bearing (7, 8, 28). is carried by a disc (2S), which is attached to the Punipen housing on its periphery (10) is connected. 8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung zusammen mit der magnetisch durchlässigen "Trennwand" (3) einen im wesentlichen dicht geschlossenen Hohlraum bildet, in dem sich der "Läufer" (2) befindet. 8. Machine according to claim 7, characterized in that the wall together with the magnetically permeable "Partition" (3) forms an essentially tightly closed cavity in which the "runner" (2) is located. 9. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (15, 16 sowie 24, 25) vorgesehen sind, durch welche die Bewegung des "Laufrades" (2) um eine in der Rotationsebene liegende Achse (26) beschränkt wird.9. Machine according to claim 1, characterized in that means (15, 16 and 24, 25) are provided through which the movement of the "impeller" (2) about an axis (26) lying in the plane of rotation is restricted. 10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem Gleitring (24) bestehen, der mitumläuft .10. Machine according to claim 9, characterized in that the means consist of a sliding ring (24) which rotates with it . 11. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine feststehende Scheibe (16) durch einen federnd·* Ring (15) gegen einen umlaufenden Ringbereich gepreßt wird.11. Machine according to claim 9, characterized in that a stationary disc (16) pressed against a circumferential ring area by a resilient ring (15) will. 409883/0827409883/0827 Bll *T mi Bll * T mi 12. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der.konkave Teil des Lagers (7, 8, 28) aus zwei Ringen (8, 28) besteht, von denen mindestens einer über ein federndes Element (21) gegen das relativ sich bewegende Lagerteil (7) gepreßt wird.12. Machine according to claim 7, characterized in that the concave part of the bearing (7, 8, 28) consists of two rings (8, 28), of which at least one has a resilient element (21) against the relatively moving Bearing part (7) is pressed. 13. Maschine n.ach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der konvexe Lagerteil (7) als durchbohrte Kugel ausgebildet ist. .13. Machine according to claim 7, characterized in that the convex bearing part (7) is designed as a pierced ball is. . 14. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die "Läufer" - "Laufrad"-Einheit (1, 32) durch sich abstoßende Magnetelemente (48/48', 49/49-') gegen den feststehenden Teil (45/46) des Lagers (44/45) gepreßt wird.14. Machine according to claim 1, characterized in that the "rotor" - "impeller" unit (1, 32) by repulsive Magnetic elements (48/48 ', 49 / 49-') against the fixed Part (45/46) of the bearing (44/45) is pressed. 15. Elektromotor, insbesondere für Maschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polring des Stators aus einem 'Rückschlußbereich (36) und Zähnen (51) ausgebildet ist, die mit dem "Läufer" (41) sowohl einen axialen (39) als auch radialen (40) Luftspalt einschließen.15. Electric motor, in particular for machines according to claim 1, characterized in that the pole ring of the stator from a 'return zone (36) and teeth (51) formed which include with the "rotor" (41) both an axial (39) and a radial (40) air gap. 16. "Läufer" für Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker- eine Käfigwicklung (42) trägt, deren Stäbe abgewinkelt, sind.16. "rotor" for motor according to claim 15, characterized in that the armature carries a cage winding (42) whose Rods are angled. 17. "Läufer" für Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückschlußring (43) radial am Eisenring (41) angrenzt, während der zweite Rückschlußring (43') axial angrenzt. .-.-.■-17. "rotor" for motor according to claim 15, characterized in that a return ring (43) radially on the iron ring (41) adjoins, while the second return ring (43 ') is axial adjoins. .-.-. ■ - 18. Polring für Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Blechringen oder Blechwendeln aufgebaut ist. . .18. Pole ring for motor according to claim 15, characterized in that it is constructed from sheet metal rings or sheet metal coils is. . . 19. Polring für Motor, insbesondere wie A. 18, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Bereiche (51) der Zähne Schlitze (52) aufweisen.19. Pole ring for motor, in particular as A. 18, characterized in that that the outer regions (51) of the teeth have slots (52). 409883/0827409883/0827 LeerseiteBlank page
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