Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe gemass dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum

Betrieb derselben gemass dem Oberbegriff von Anspruch 22.

Bekannte Rotationspumpen, zum Beispiel Axialpumpen oder Zentrifugalpumpen, weisen einen durch mechanische Lagervorrichtungen drehbar gelagerten Rotor auf. Derartige Rotationspumpen weisen den Nachteil auf, dass das geförderte Fluid durch Schmiermittel oder mechanische Abriebe der Lagervorrichtungen oder des Rotors verunreinigt wird, sodass derartige Pumpen nicht geeignet sind Fluide zu fördern, die nicht verunreinigt werden dürfen. Solche Fluide sind zum Beispiel Reinstwasser oder Blut. Zudem sind derartige Rotationspumpe nicht geeignet aggressive Flüssigkeiten zu fördern, da die Lagervorrichtungen in kurzer Zeit zerstört würden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine wirtschaftlich vorteilhaftere Rotationspumpe vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Rotationspumpe gemass den Merkmalen von Anspruch 1. Die Unteransprüche 2 bis 19 beziehen sich auf weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Rotationspumpe. Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Rotationspumpenteil für eine Rotationspumpe ge ass Anspruch 20. Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemässen Rotationspumpe gemass den Merkmalen von Anspruch 22. Die Unteransprüche 23 bis 25 beziehen sich auf weitere, vorteilhafte Verfahrensschritte zum Betrieb der Rotationspumpe.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Rotationspumpe mit einem berührungslos durch magnetisch wirkende Kräfte innerhalb eines Gehäuses der Rotationspumpe gelagerten und antreibbaren Rotor. Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Gehäuse eine hermetische Trennung zwischen den ausserhalb des Gehäuses angeordneten, ansteuerbaren Elektromagneten und dem innerhalb des Gehäuses fliessenden Fluides erlaubt. Das Gehäuse weist keinerlei Durchbrüche auf. Zudem ist der Rotor berührungslos innerhalb des Gehäuses gelagert, sodass weder schmierende Mittel erforderlich sind noch ein Abrieb durch Lagervorrichtungen entsteht.

Die Erfindung wird insbesondere durch eine Rotationspumpe umfassend ein Gehäuse und ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes Pumpenrad mit einer Drehachse gelöst, bei welcher das Pumpenrad ein passives, magnetisch wirksames Rotorteil umfasst und das Gehäuse von einem elektrische Spulen und Zähne aufweisenden Stator umgeben ist, welche derart angeordnet, ausgestaltet und ansteuerbar sind, dass der Stator und der Rotorteil als ein lagerloser Motor zusammenwirken.

Durch die Verwendung eines lagerlosen Motors ist der Rotorteil bezüglich dreier Freiheitsgrade aktiv ansteuerbar und sowohl die Lage des Rotorteils in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene in x- und y- Richtung als auch ein in Umfangsrichtung auf das

Rotorteil bewirkte Drehmoment durch eine entsprechende Ansteuerung der elektrischen Spulen vorgebbar.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Rotorteil und die Zähne des Stators derart geometrisch gegenseitig angepasst ausgestaltet und zueinander angeordnet, dass der Rotorteil bezüglich dreier weiterer, nicht aktiv ansteuerbarer Freiheitsgrade, durch passiv wirkende Reluktanzkräfte im Stator haltbar ist, um den Rotor innerhalb des Gehäuses antreibbar und stabil berührungslos schwebend anzuordnen. Ein Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, dass die Lage des Rotors bezüglich einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene aktiv ansteuerbar ist, dass ein ansteuerbares Drehmoment auf den Rotor bewirkbar ist, und dass die Lage άes Rotors bezüglich der weiteren drei

Freiheitsgrade durch passiv wirkende magnetische Kräfte in einer stabilen Lage im Stator gehalten ist.

Die erfindungsgemässe Rotationspumpe ist vorzugsweise als eine Axialpumpe oder eine Zentrifugalpumpe ausgebildet, wobei der Rotor entsprechend als ein Axialrad einer Axialpumpe oder als ein Zentrifugalrad einer Zentrifugalpumpe ausgebildet ist.

Der Rotor, als Axialrad ausgebildet, erzeugt auf das geförderte Fluid einen in axialer Richtung wirkenden Schub. Der Rotor, als Zentrifugalrad ausgebildet erfährt während dem Pumpbetrieb ebenfalls eine in axialer Richtung wirkende Kraft. Der magnetisch wirksame Rotorteil, Bestandteil des Axialrades oder des

Zentrifugalrades, ist in Richtung der Drehachse bzw. in axialer Richtung nur durch passiv wirkende magnetische Kräfte gehalten.

Der Stator und der Rotorteil sind daher derart auszugestalten, dass eine zum Betrieb der Rotationspumpe genügend grosse, passiv wirkende magnetische Kraft auf den Rotor bewirkt wird. Dies kann durch eine entsprechende Ausgestaltung und geometrische Anordnung der magnetisch wirksamen Komponenten des Rotorteilε und des Statorteils erzielt werden, indem zum Beispiel die Zähne des Statorteils in axialer Richtung etwa die gleiche Höhe aufweisen wie der Rotorteil und indem der Durchmesser des Rotorteils zumindest doppelt so gross ausgestaltet ist wie dessen Höhe in axialer Richtung. Die passiv wirkende magnetische Kraft in axialer Richtung kann zudem erhöht werden durch eine permanentmagnetische Vorspannung des Stators sowie des Rotorteils. Die Lagerkraft in axialer Richtung kann zudem durch zusätzliche Lagervorrichtungen wie ein hydrodynamisch wirkendes Lager erhöht werden. Zudem kann es sich als vorteilhaft erweisen eine in axialer Richtung wirkende mechanische Lagervorrichtung vorzusehen, welche bei sehr grossen axialen Kräften als eine Notlauflagervorrichtung dient, um den Rotorteil in einer bestimmten Lage zu halten.

Unter einem lagerlosen Motor wird eine elektrisch ansteuerbare Lager- und Antriebsvorrichtung verstanden, welche einen Rotor sowie einen elektromagnetische Spulen aufweisenden Stator umfasst. Der Rotor des lagerlosen Motors ist nach den an sich bekannten Prinzipien elektrischer Maschinen antreibbar, so nach den Gesetzmäεsigkeiten eines Synchronmotorε, eines Reluktanzmotors oder eines Induktionsmotors. Der Rotor des lagerlosen Motors ist zumindest in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene durch magnetisch

wirkende Kräfte berührungslos im Stator gehalten. Die elektromagnetischen Spulen sind derart ansteuerbar, dass die Lage des Rotors in einer senkrecht zur Drehachse des Rotors verlaufenden Ebene aktiv beeinflussbar ist. Die Lage des Rotors wird mit Sensoren überwacht und die elektromagnetischen Spulen mit einer entsprechend ausgestalteten Ansteuervorrichtung derart regelbar angesteuert, dass der Rotor bezüglich der senkrecht zur Drehachse des Rotors verlaufenden Ebenen berührungslos im Stator gehalten ist. Zudem kann über eine entsprechende Ansteuerung der elektromagnetischen Spulen des Stators ein Drehmoment auf den Rotor erzeugt werden, sodass dieser eine Rotation um dessen axiale Achse erfährt. Ein derartiger sogenannter lagerloser Motor kann somit einen Rotor bezüglich dreier Freiheitsgrade, nämlich der Lage in x- und y-Richtung sowie der Rotation um dessen Achse, aktiv ansteuern. Ein lagerlose Motor aufweisend diese Eigenschaften kann durch unterschiedliche Konstruktionsformen ausgestaltet sein.

Ein lagerloser Motor kann zum Beispiel als ein

Reluktanzmotor ausgestaltet sein, indem der Rotor zum Beispiel kreuzförmig ausgestaltet ist, und der Stator aus einer Mehrzahl von in radialer Richtung verlaufenden, in Umfangsrichtung um dem Rotor angeordneten, elektrisch einzeln ansteuerbaren Spulen ausgestaltet ist. Diese

Spulen sind derart ansteuerbar, dass der Rotor bezüglich einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene in der Schwebe gehalten wird, und der Rotor zudem um dessen Drehachse rotierend antreibbar ist, indem mit den Spulen ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird.

Ein lagerloser Motor kann zum Beispiel ähnlich einem Synchronmotor ausgestaltet sein, indem der Rotor ein in radialer Richtung verlaufender Permanentmagnet aufweist, und der Stator eine Drehfeldwicklung, auch als eine

Antriebswicklung bezeichnet, zur Erzeugung eines Drehfeldes aufweist, welches den Rotor um dessen Drehachse rotierend antreibt. Zudem weist der Stator eine Steuerwicklung auf, um die Lage des Rotors in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene anzusteuern, wobei die Lage der Rotors bzw. der magnetische Fluss mit Sensoren erfasst wird und die Steuerwicklung über eine Ansteuervorrichtung derart angesteuert werden, dass der Rotor in der senkrecht zur Achse des Stators verlaufenden Ebene berührungslos im Stator gehalten wird. In einer Ausführungsform weist ein derart ausgestalteter sogenannter lagerloser Motor eine Antriebswicklung mit einer Polpaarzahl p und eine Steuerwicklung mit einer Polpaarzahl p+1 oder p-1 auf.

Die erfindungsgemässe Rotationspumpe, ausgestaltet als eine Axialpumpe oder eine Zentrifugalpumpe, ist insbesondere geeignet zum Fördern von hochreinen, aggressiven, explosiven oder toxischen Fluide und Flüssigkeiten. Die erfindungsgemässe Rotationspumpe ist ebenfalls geeignet als eine Blutpumpe, betrieben ausserhalb oder innerhalb des menschlichen Körpers.

Ein Vorteil der erfindungsgemässen Rotationspumpe ist darin zu sehen, dass auf Grund der berührungslosen Lagerung der Rotor mit einer sehr hohen Drehzahl betreibbar ist, sodass die Rotationspumpe auch bei sehr kleinen Baugrössen eine hohe Förderleistung aufweist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Rotationspumpe ist darin zu sehen, dass der Rotor auch mit einer zeitlich variablen Drehzahl betreibbar ist, und das Fluid auch pulsierend förderbar ist. Die Drehzahl des Rotors ist zwischen dem Stillstand und einer sehr hohen Drehzahl frei ansteuerbar, sodass die Rotationspumpe bezüglich der Fördermenge eine grosse Dynamik aufweist und sowohl sehr geringe als auch sehr grosse Fluidmengen förderbar sind,

wobei das Fluid insbesondere auch gemass einer vorgebbaren, pulsierenden Fluidmenge pro Zeiteinheit förderbar ist.

Die Erfindung wird an Hand von mehreren Ausführungsbeispielen im Detail beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Axialpumpe;

Fig. la einen Schnitt durch einen Stator und ein magnetisch wirksames Rotorteil der Axial- oder Zentrifugalpumpe;

Fig. lb,lc,ld unterschiedliche Lagen des magnetisch wirksamen Rotorteils bezüglich dem Stator einer Axial- oder Zentrifugalpumpe;

Fig. 2a,2b, 2c,2d,2e,2f,2g,2h unterschiedlich ausgestaltete, magnetisch wirksame Rotorteile;

Fig. 3a einen Schnitt durch ein Axialrad entlang der Linie A-A gemass Fig. 3b;

Fig. 3b eine Aufsicht auf das Axialrad gemass Fig. 3a;

Fig. 3c einen Schnitt durch das Axialrad entlang der Linie B-B gemass Fig. 3a,-

Fig. 4a,4b,4d,4e Ausführungsformen eines Stators für eine Axial- oder Zentrifugalpumpe;

Fig. f,4g Ausführungsformen eines Rotors für einen ein Unipolarlager aufweisenden Stator;

Fig. 4h, i ein Wickelschema für eine dreiphasig ausgestaltete Antriebs- bzw. Steuerwicklung;

Fig. 5a Ausführungsform einer zusätzlichen, hydrodynamisch wirkenden Lagervorrichtung einer Axialpumpe sowie eine Ansteuervorrichtung,-

Fig. 6a ein Ausführungsbeispiel eines als Reluktanzläufer ausgestalteten Axialrades;

Fig. 6b einen Längsschnitt durch eine einen

Reluktanzmotor umfassenden Axialpumpe;

Fig. 6c einen Querschnitt durch den Reluktanzmotor gemass Fig. 6b entlang der Linie C-C;

Fig. 6d, 6e, 6f, 6g, 6h einen Querschnitt durch verschieden ausgestaltete Axialräder bzw. Reluktanzläufer;

Fig. 7 eine Aufsicht eines Stators für eine Axial- oder Zentrifugalpumpe;

Fig. 7a, 7b,7c ein Beispiel einer Ansteuerung der Spulen des Stators gemass Fig. 7;

Fig. 8a einen Längsschnitt durch eine Zentrifugalpumpe entlang der Linie B-B gemass Fig. 8b;

Fig. 8b einen Querschnitt durch die Zentrifugalpumpe gemass Fig. 8a entlang der Linie A-A;

Fig. 8i ein Profil des zwischen dem Gehäuse und dem Rotor auftretenden Druckes des Fluides;

Fig. 8c-8h weitere Ausführungsformen eines Zentrifugalpumpenteilε;

Fig. 8k eine Zentrifugalpumpe mit einem als Tempelmotor ausgebildeten Stator;

Fig. 9 einen Querschnitt durch ein magnetisch wirksames Rotorteil;

Fig. 10a, 10b, lla,11b, 13a, 13b eine Aufsicht und eine Seitenansicht scheibenförmig ausgestalteter Rotorteile;

Fig. 14a einen Längsschnitt durch eine Zentrifugalpumpe mit einer permanentmagnetisch wirksamen AxialSchubkompensation;

Fig. 14b ein Längsschnitt durch eine Axialpumpe mit einer permanentmagnetisch wirksamen

AxialSchubkompensation;

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe, als Axialpumpe 3a ausgestaltete

Rotationspumpe 3, mit einem Gehäuseteil 9, welches Verengungsstellen 9a, 9b aufweist. Ausserhalb des Gehäuses 9 ist ein das Gehäuse 9 in Umfangsrichtung umschliessender Stator 7 angeordnet, welcher in radialer Richtung verlaufende Zähne 7b,7f aufweist. Diese Zähne 7b,7f liegen an deren Spitze innerhalb des Mantels des Gehäuseteils 9, derart, dass zwischen der Spitze der Zähne 7b, 7f und dem Innenraum des Gehäuses 9 ein Gehäuseabschnitt liegt, sodass der Innenraum des Gehäuses 9 vollständig getrennt ist vom Stator 7. Der Stator 7 mit Zähnen 7b,7f ist aus einem ferromagnetischen Material gebildet. Die Zähne 7b . lt sind von Spulen 8b umwickelt, wobei die Gesamtheit der Wicklungen 8 dargestellt ist. Innerhalb des Gehäuses 9 ist der Rotor 2, ausgestaltet als ein Axialrad 2a, auch axiales Laufrad genannt, angeordnet. Dieses Axialrad 2a besteht im dargestellten Ausführungεbeispiel aus einem ringförmig ausgestalteten, in radialer Richtung magnetisierten Permanentmagnet 1, welches von einer aus einem Kunststoff bestehenden

Rotorummantelung la umschlossen ist. Innerhalb der kreisförmigen Ausnehmung des magnetisch wirksamen Rotorteils 1 sind hydrodynamisch verlaufend ausgestaltete Schaufeln lb sowie ein in bezüglich dem Axialrad 2a in axialer Richtung A verlaufendes Mittelteil lc angeordnet. Die Schaufeln lb verlaufen in axialer Richtung A über die Rotorummantelung la vorstehend bis zur dem Stator 7 zugewandten Aussenflache der Rotorummantelung la. Die Schaufeln lb bilden zusammen mit dem Mittelteil lc ein zur Erzeugung einer axialen Strömung günstiges Flügelrad, wobei das Flügelrad vorteilhafterweise einen möglichst grossen Durchmesser aufweist, um eine grosse Pumpleistung zu bewirken. Vorteilhafterweise sind die Schaufeln lb nicht nur innerhalb des Innendurchmessers des Rotorteils 1 verlaufend angeordnet, sondern verlaufen, wie in Fig. 1 dargestellt, in axialer Richtung A über die Rotorummantelung la vorstehend bis annähernd zur Wand des Gehäuses 9. Dadurch wird beinahe der gesamte Durchmesser des Innenraumes des Gehäuses 9 genutzt zur Anordnung des Flügelrades beziehungsweise zur Förderung des Fluides. Die Rotorummantelung la sowie die Schaufeln lb und das Mittelteil lc alε auch das Gehäuse 9 sind aus einem nicht ferromagnetischen Material wie einem Kunststoff, Metall wie Titan, Keramik oder einem biokompatiblen Werkstoff wie Polycarbonat gefertigt. Das Axialrad 2a wird durch den magnetisch wirksamen Rotorteil 1 über magnetisch wirkende Kräfte vom Stator 7 berührungslos innerhalb des Gehäuses 9 gehalten, wobei zugleich ein auf den Rotorteil 1 wirksames Drehmoment erzeugbar ist, um das Axialrad 2a um die Rotationsachse A drehend anzutreiben. Nicht dargestellt sind Sensoren 15 zur Erfassung der Lage des Axialrades 2a beziehungsweise des Rotorteilε 1. Diese Sensoren 15 sind vorzugsweise entweder ausserhalb des Gehäuses 9 oder innerhalb des Mantels des Gehäuses 9 angeordnet, um die Lage des Rotorteils 1 oder den magnetischen Fluss berührungslos zu messen. Als

Mesεprinzip der Sensoren 15 ist zum Beispiel ein Wirbelstromsensor, ein induktiver Sensor oder ein Hallelement mit einem Permanentmagnet geeignet. Die Lage des Axialrades 2a ist in einer etwa senkrecht zur Rotationsachse A verlaufenden Ebene berührungslos ansteuerbar durch eine entsprechende Ansteuerung der im Stator 7 angeordneten Wicklungen 8a,8b,8c, 8d, 8e,8f. Die Wicklungen umfassen eine Antriebswicklung WA mit einer Polpaarzahl p und eine Steuerwicklung WS mit einer Polpaarzahl p+1 oder p-1.

Fig. la zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schnittes durch einen Stator 7 sowie ein magnetisch wirkεames Rotorteil 1 der Rotationspumpe 3, ausgestaltet als Axialpumpe 3a oder als Zentrifugalpumpe 3b. Die magnetisch nicht wirksamen Teile der Rotationspumpe 3, wie das Gehäuse 9 oder die Rotorummantelung la und die Schaufeln lb sind zum besseren Verständniε der Anordnung nicht dargestellt. Der Stator 7 weist ein ringförmiges, als Rückschlusseisen 7z ausgestaltetes Teil auf, an welchem die Zähne 7b,7c, 7d, 7e,7f in radialer Richtung verlaufend angeordnet sind. Das Rückschluεseisen 7z sowie die Zähne 7b,7c, 7d, 7e, 7f bestehen aus einem ferromagnetischen Metall. Der magnetisch wirksame Rotorteil 1 besteht, wie in Fig. 2a und Fig. 2b dargestellt, aus einem ringförmigen, in radialer Richtung polarisierten Permanentmagnet. Die Spulen 8b, 8c, 8d,8e, 8f weisen zwei voneinander unabhängig ansteuerbar ausgestaltete Teilwicklungen auf, wobei die eine Teilwicklung als eine Antriebswicklung WA mit einer Polpaarzahl p und die andere Teilwicklung als eine

Steuerwicklung WS mit einer Polpaarzahl von p+1 oder p-l ausgestaltet ist. Eine derartige Anordnung der Wicklungen ist in Fig. 4b im Detail beschrieben. Die Antriebswicklung WA und der magnetisch wirksame Teil des Rotors 1 wirken vergleichbar einer Synchronmaschine

zusammen, indem mit der zweiphasig ausgestalteten Antriebswicklung WA im Stator 7 ein magnetischeε Drehfeld erzeugt wird, welchem der Rotor l folgt, εodaεε der Rotor 1 um dessen Achse A drehend angetrieben wird. Die Lage des Rotors 1 wird mit nicht dargestellten Sensoren 15 erfasst und die dreiphasig ausgestalteten Steuerwicklungen WS, unter Berücksichtigung des durch die Antriebswicklung WA erzeugten magnetischen Feldes, derart angesteuert, dass der Rotor 1 in einer zur Achse A senkrechten Ebene, daher in der x- und y-Richtung, berührungslos im Stator 7 gehalten wird. Der Rotor l ist somit bezüglich dreier Freiheitsgrade, nämlich der Lage in x- und y-Richtung sowie der Rotation um die Achse A, aktiv ansteuerbar.

Fig. lb zeigt in einer Seitenansicht der Fig. la den

Rotor 1 in einer Normallage zwischen den Statorzähnen 7b und 7f angeordnet, wobei der Rotorteil 1 einen Durchmesser DR und eine Höhe HR aufweist, der Statorzahn 7f oder 7b an der dem Rotorteil 1 zugewandten Seite eine Höhe HS aufweist, und der Spalt zwischen dem Statorzahn 7f oder 7b und dem Rotor 1 eine Distanz DL auf eist. Fig. lc zeigt den Rotor 1 in Richtung z aus der Normallage ausgelenkt. Der permanentmagnetische Rotor 1 bewirkt ein magnetischeε Feld, welches ausgehend vom Rotor 1 über den Luftspalt zum Statorzahn 7b verläuft, und über das

Rückschluεseiεen 7z, den Statorzahn 7f und den Luftspalt wieder in den Rotor 1 mündet, wobei ein Teil des gesamten magnetischen Fluεses auch über die Statorzähne 7c,7d,7e verläuf . Dieser permanentmagnetisch vorgespannte Flusskreis bewirkt bei einer Auslenkung des Rotors 1 in z-Richtung aus der Normallage eine passiv wirkende, rückstellende Reluktanzkraft Ftot, die sich aus einer in z-Richtung verlaufenden Komponente Fz und einer in x- Richtung verlaufenden Komponente Fx zusammensetzt. Die Kraf komponente Fz wirkt stabilisierend auf die Lage des

Rotors 1, denn diese wirkt bei einer Auslenkung des Rotors 1 in z-Richtung immer in zur Auslenkung entgegengesetzten Richtung und ist bestrebt den Rotor 1 in die Normallage zu bringen.

Fig. ld zeigt den Rotor 1 in einer bezüglich der y-Achse verkippten Lage. In dieser Lage übt eine passiv wirkende, rückstellende Reluktanzkraft Ftot ein der Verkippung entgegengesetztes Drehmoment auf den Rotor 1 aus, sodass die rückstellende Kraf komponente Fz stabiliεierend auf die Lage des Rotors 1 wirkt und bestrebt ist, den Rotor 1 in die Normallage zu bringen. Derεelbe rückstellende Effekt gilt bei einer Verkippung des Rotors 1 um die x- Achse. Somit ist die Lage deε Rotors 1 bezüglich dreier Freiheitsgrade, nämlich einer translatorischen Bewegung in z-Richtung sowie einer Verkippung um die x- und y-

Achse durch passiv wirkende Reluktanzkräfte stabilisiert. Der Rotor 1 ist somit durch magnetisch wirkende Kräfte einerseits berührungslos im Stator 7 gelagert und andererseits um dessen Achse A motoriεch antreibbar, wobei drei Freiheitsgrade der Lage deε Rotorε 1 anεteuerbar sind, und die drei weiteren Freiheitsgrade der Lage des Rotors 1 durch passiv wirkende Reluktanzkräfte in einer stabilen Lage gehalten werden. Damit diese passiv wirkenden Reluktanzkräfte auftreten ist der Rotorteil 1 und die Form der Zähne 7b,7c, 7d,7e, 7f deε Stators 7 entsprechend geometrisch gegenseitig angepasst auεzugestalten und anzuordnen. Die Zähne 7b, 7c,7d,7e,7f weisen auf der dem Rotor 1 zugewandten Seite vorzugsweise eine Höhe HS auf, die gleich der Höhe HR oder ungefähr gleich der Höhe HR des Rotorteils 1 ist. Der Durchmeεεer DR deε Rotorteilε 1 ist derart ausgestaltet, dass dieser mehr als doppelt so gross iεt wie die Höhe HR deε Rotorteils 1. Durch diese gegenseitig angepasste geometrische Ausgestaltung und Anordnung von Stator 7 und Rotor 1 werden die rückstellenden, passiv

wirkenden Reluktanzkräfte ermöglicht. Diese passiv wirkenden Reluktanzkräfte können erhöht werden durch einen geringen Abstand DL, wobei dieser Abstand, wie auε Fig. 1 ersichtlich, durch die Dicke der Gehäusewand 9 und der Rotorummantelung la bestimmt wird. Die passiv wirkende Reluktanzkräfte lassen sich ebenfalls durch eine permanentmagnetische Vorspannung des magnetischen Kreises erhöhen, indem zum Beispiel im Stator 7 eine zusätzliche Spule oder ein zusätzliches Permanentmagnet angeordnet ist zur Erhöhung des magnetischen Flusseε durch den Rotorteil 1.

Mit der erfindungsgemässe Axialpumpe 3a wird ein in axialer Richtung beziehungsweise in z-Richtung wirkender Schub auf das in Fluεεrichtung F geförderte Fluid bewirkt. Diese am Axialrad 2a angreifende Schubkraft in z-Richtung muss durch eine in entgegengesetzter Richtung wirkende, passive Reluktanzkraft kompensiert werden. Daher ist für den Betrieb der Axialpumpe 3a die maximal in z-Richtung wirkende, passive Reluktanzkraft Fz von entscheidender Bedeutung, da bei einem Überschreiten dieεer Maximalkraft der Rotorteil 1 aus der Gleichgewichtslage im Stator 7 gerissen würde. Um ein derartiges Herausreissen zu vermeiden weist das Gehäuse 9 gemass dem Ausführungεbeiεpiel Fig. 1 Verengungεεtellen 9a, 9b auf, welche die Bewegungsfreiheit des Axialrades 2a in axialer Richtung A begrenzen. Bei einer starken Auslenkung des Axialrades in z-Richtung würde das Axialrad 2a im Bereich der Verengungsstellen 9a, 9b mit dem Gehäuse 9 in Berührung kommen, womit die maximale Auslenkung begrenzt ist. Der magnetisch wirksame Rotorteil 1 bleibt im magnetisch wirksamen Einflussbereich des Stators 7, sodaεε daε Axialrad 2a über magentisch wirkende Kräfte wieder in die Normallage rückführbar ist.

Fig. 2e zeigt in einer Aufsicht ein weiteres, ringförmig ausgestaltetes Rotorteil l mit zwei Polpaaren bzw. zwei Südpolen S und zwei Nordpolen N. Fig. lf zeigt eine Seitenansicht des Rotorteils gemäεε Fig. 2e mit zwei Polpaaren und vier Polen S,N. Fig. 2c zeigt ein weitereε Ausführungsbeispiel eines Rotorteils l, das vier Schalenmagnete ld umfasεt, welche anschlieεsend an ein ringförmiges Rückschlusseisen le angeordnet sind, wobei die Aussenflachen des Rotorteilε 1 bzw. der Schalenmagnete ld abwechslungsweise einen Südpol S und einen Nordpol N ausbilden. Fig. 2d zeigt einen Schnitt durch die Mitte des Rotorteils 1 gemass Fig. 2c mit Schalenmagnet ld und Rückschlusseisen le.

Fig. 3a zeigt einen Längsschnitt durch das Axialrad 2a, wie dies im Auεführungsbeispiel gemäεε Fig. 1 Verwendung findet. Der magnetisch wirksame Rotorteil 1 ist als ein Permanentmagnet, wie in Fig. 2a und Fig. 2b dargestellt, ausgeführ . Der Rotorteil 1 ist von einer Ummantelung la eingeschlossen und weist zudem mit dem Rotorteil 1 fest verbundene Schaufeln lb mit Mittelteil lc auf. Die Schaufeln lb sind derart hydrodynamisch verlaufend ausgeεtaltet, daεε ein in axialer Richtung A wirkender Schub auf ein Fluid erzeugbar iεt. Fig. 3b zeigt eine Aufsicht auf das Axialrad 2a gemäsε Fig. 3a, wobei die Rotorummantelung la, der Verlauf der Schaufeln lb sowie das Mittelteil lc ersichtlich ist. Fig. 3c zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B gemäsε Fig. 3a. Aus Fig. 3c ist der ringförmige Verlauf des magnetisch wirkεamen Rotorteilε 1 erεichtlich, sowie die insbesondere innerhalb des Ringes verlaufenden Schaufeln lb sowie daε Mittelteil lc.

Fig. 4b zeigt die Wicklung 8 des Stators 7 gemass dem Ausführungsbeispiel Fig. 1 im Detail. An den Zähnen 7a,7b, 7c,7d,7e, 7f, 7g, 7h des Stators 7 sind eine

zweiphasige Antriebswicklung WA (Wicklungen Wl und W2) mit einer Polpaarzahl 1 zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes sowie eine zweiphasige Steuerwicklung WS mit einer Polpaarzahl 2 (Wicklungen W3,W4) zum Ansteuern der Lage des Rotors 2 in x- und y-Richtung angeordnet. Die Antriebswicklung WA weist eine Polpaarzahl p=l und die Steuerwicklung WS eine Polpaarzahl p=2 auf . Nxx bedeutet die Windungszahlen der einzelnen Wicklungen W1,W2,W3,W4 für ein Ausführungsbeispiel, wobei Nll,N12,N13, auch als Nix bezeichnet, die Anzahl Windungen am betreffenden Zahn 7a,7b, 7c,7d,7e, 7f, 7g, 7h der Wicklung Wl bezeichnet. Weiter sind mit N2x, N3x, N4x die entsprechende Anzahl Windungen der Wicklungen W2,W3,W4 an den entsprechenden Zähnen dargestellt.

Fig. 5a zeigt im oberen Teil eine Ansteuervorrichtung 6 zur Ansteuerung der Rotationspumpe 3, ausgeführt als eine Axialpumpe 3a ge ass dem Ausführungsbeispiel Fig. 1 oder Fig. 5a. Die Lage des Axialrades 2a wird mit Hilfe eines an der Oberfläche des Zahnes 7f angeordneten Sensor 15 beεtimmt, wobei daε Sensorsignal über eine Signalleitung 45a einer Signalauswertevorrichtung 45 zugeführt ist, welche Auswertevorrichtung 45 die Signale weiterer, nicht dargestellter Sensoren zur Überwachung des Axialrades 2, die über Signalleitungen 45b,45c,45d zugeführt sind, auεwertet, um die Lage sowie die Drehzahl des Axialrades 2 im Gehäuse 9 zu bestimmen. Die Werte werden einer Regelvorrichtung 40 zugeführt, welche einen Mikrocomputer umfasst, wobei die Regelvorrichtung 40 für die Antriebs¬ und Steuerwicklung einen Sollwert berechnet, und diese Sollwerte dem Stromsteller 42 der Steuerwicklung WS sowie dem Stromsteller 43 der Antriebswicklung WA vorgibt. Die Steuerwicklung WS ist über eine elektrische Leitung 42a mit dem Stromsteller 42 und die Antriebswicklung WA über eine elektrische Leitung 43a mit dem Stromsteller 43 verbunden.

Fig. 4a zeigt eine weitere Ausführungsform eines Stators 7 mit sechs in radialer Richtung verlaufenden Zähnen 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, welche einzeln ansteuerbare Spulen La, Lb, Lc, Ld, Le, Lf aufweisen. Ein nicht dargestelltes, gemass Fig. 2a ausgeεtalteteε, magnetisch wirksames

Rotorteil 1 ist innerhalb des Gehäuses 9 angeordnet. Jede der Spulen La, Lb, Lc, Ld, Le, Lf ist mit einer Stellvorrichtung verbunden, wobei die Spulen von einer übergeordneten Anεteuervorrichtung 40 derart angeεteuert werden, daεs der Rotor 1 berührungslos bezüglich einer senkrecht zur Drehachse A verlaufenden Ebene gehalten wird und zudem auf den Rotor 1 ein antreibendes Drehmoment bewirkt wird.

Der Stator 7 gemass Fig. 4a wie auch der Stator 7 gemass Fig. la ist auch in der Funktion eines Reluktanzmotors betreibbar, indem ein zum Beispiel gemass Fig. 2g ausgestalteter Rotor 1 verwendet wird. Dieseε, kreuzförmig vorstehend ausgestaltete Teilabschnitte lf aufweisende, magnetisch wirksame Rotorteil 1 ist ferromagnetisch auεgestaltet, weist jedoch keine

Permanentmagnetiεierung auf. Die Rotation des Rotors 1 um die Drehachse A wird durch Reluktanzkräf e erzeugt indem die einzelnen Spulen La,Lb,Lc,Ld,Le,Lf entsprechend zeitlich nacheinander angesteuert werden. Der Rotor 1 wird zudem durch eine entsprechende Ansteuerung der Spulen La,Lb,Lc,Ld,Le,Lf berührungslos in der Schwebe gehalten. Fig. 2h zeigt einen Längsschnitt durch den kreuzförmigen Rotor 1 gemäsε Fig. 2g.

Fig. 4d zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines durch einen Stator 7 berührungsfrei gehaltenen und angetriebenen, magnetisch wirksamen Rotorteils 1. Das Rotorteil 1 ist als ein Synchronreluktanzläufer in einer Ausführung gemass Fig. 2g oder Fig. 6f ausgeεtaltet. Im Endbereich der Zähne 7a,7b,7c, 7d,7e,7f ist beidseitig der

Zähne je ein in axialer Richtung A polarisierter, ringförmig ausgestalteter Permanentmagnet 10a, 10b angeordnet. Diese Permanentmagnete 10a, 10b erzeugen einen durch die Feldlinien 10c angedeuteten Unipolarfluss, wobei der zwischen dem Rotor 1 und den Zähnen 7a, 7b,7c,7d,7e,7f verlaufende magnetische Unipolarfluss in radialer Richtung nach aussen verläuft. Durch diesen Unipolarfluss wird die passiv wirkende Reluktanzkraft beziehungsweise die in den Figuren lc und ld dargestellte Rückstellkraft Ftot erhöht, sodass der Rotor l stabiler im Stator 7 gelagert ist oder eine grössere, in axialer Richtung A wirkende Schubkraft durch das Axialrad 2a erzeugbar ist. Dabei kann die Steuerwicklung WS 2-polig und die Antriebεwicklung WA 4- oder 6-polig ausgeführt sein. Zudem sind bei gleichbleibender Durchflutung der Wicklungen auch ein erhöhtes Drehmoment und erhöhte Radiallagerkärfte erzeugbar.

Fig. 4e zeigt ein weiteres Ausführungsbeiεpiel eineε Statorε 7, welcher einen zuεätzlichen Unipolarfluεε zur εtabileren Lagerung des Rotors 2 aufweiεt. Der Stator 7 beεteht aus einem ersten Statorteil 7m mit Zähnen 7a, 7b, 7c, 7d,7e,7f, welche jeweils eine Wicklung aufweisen, sowie aus einem zweiten Statorteil 7n mit Zähnen 7a' ,7b' , 7c' ,7d' ,7e' ,7f* , welche jeweils eine Wicklung aufweisen, sowie ein zwischen den beiden Statorteilen 7m,7n angeordnetes, ringförmig ausgestaltetes, in axialer Richtung A polarisiertes Permanentmagnet 7p. Fig. 4f zeigt in einer Aufsicht und Fig. 4g in einer Schnittdarstellung entlang der Linie D-D ein Ausführungsbeispiel eines Rotorteils 1 für einen Stator 7 gemass dem Ausführungsbeiεpiel 4e. Der Rotorteil 1 umfasst ein zylinderförmigeε Eiεenteil mit kreuzförmig vorstehenden Teilen lf, sodass sich, wie aus Fig. 4g ersichtlich, ein gegen die Zähne des Stators 7 hin u-

förmig ausgestalteter, ferromagne isches Rotorteil l ergibt. Der in dieser ausgebildeten Nut eingelassene Sensorring Im besteht aus einem nicht ferromagnetischen Metall. Bei im Stator 7 gemäsε Fig. 4e eingeεetztem Rotorteil 1 wird ein magnetiεcher Unipolarfluεε aufgebaut, der auεgehend vom Permanentmagent 7p über die Zähne 7a, 7b,7c,7d, 7e,7f,7g zum Rotorteil 1 und von dieεem über die Zähne 7a' ,7 ' ,7c' ,7d' ,7e ^■ ,7f' , 7g' wieder zum Permanentmagent 7p verläuft. Dieεer Unipolarfluss erzeugt eine stabilisierende Wirkung bezüglich einer Auslenkung des Rotorteilε 1 in axialer Richtung A. Zuεammen mit einer Wicklung der Polpaarzahl 1 sowie einer Regelvorrichtung ist die radiale Lage des Rotors stabiliεierbar. Sind die Wicklungen der Polpaarzahl 1 im ersten Statorteil 7m und im zweiten Statorteil 7n getrennt ansteuerbar, so kann durch eine entsprechende Ansteuerung dieser Wicklungen auch die Verkippung des Rotors 1 aktiv, das heisst regelbar stabiliεiert werden. Mit einer Wicklung mit derselben Polpaarzahl wie der Rotor ist ein Drehmoment erzeugbar. Die Sensoren 15 zur Erfasεung der Lage deε Rotorε 1 können in axialer Richtung zwiεchen den beiden Statorteilen 7n,7m liegend angeordnet sein.

Fig. 5a zeigt eine Anordnung zur Erhöhung der Schubkraft des Axialrades 2a. Das Gehäuse 9 weist auf der linken Seite einen der Geometrie der Rotorummantelung la angepasεt ausgestalteten Teilbereich lla auf, welcher zusammen mit der Rotorummantelung la ein hydrodynamisches, in axialer Richtung A wirkendes Axiallager bildet. Das an der rechten Seite der Axialpumpe 3 unter höherem Druck stehende Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, strömt in einem Teilεtrom f zwischen dem Axialrad 2a und dem Gehäuse 9 in Strömungsrichtung f fliessend zur linken Seite der Axialpumpe 3, der Saugseite, zurück, wobei sich zumindest

im Teilbereich 11a ein hydrodynamisches Axiallager ausbildet. Zudem kann der Spalt zwischen dem Axialrad 2a und dem Gehäuse 9 im Bereich des Stators 7 derart breit ausgestaltet sein, dasε εich auch in diesem Bereich ein Lagerspalt für ein hydrodynamisches Radiallager deε Axialrades 2 ergibt. Die in Fig. 5a dargeεtellte hydrodynamische oder fluiddynamische Lagerung übt eine zusätzliche, stabilisierende Wirkung auf das Axialrad 2a aus, sodass das Axialrad 2a auch bei relativ grossen, am Axialrad 2a angreifenden Kräften εicher und bezüglich dem Gehäuse 9 berührungsloε gelagert ist.

Eine zusätzlich zur magnetischen Lagerung hydro- bzw. fluiddynamisch wirkenden Lagerung des Axialrades 2 innerhalb des Gehäuse 9 ist durch eine Vielzahl von Ausgestaltungεformen erzielbar. Beispielsweise kann die Rotorummantelung 2 auf der dem Stator 7 zugewandten Ausεenfläche eine wendeiförmig verlaufende Rille aufweiεen, εo dasε ein hydrodynamisch wirkendes Spurlager ausgebildet ist. Durch diese Masεnahme wird zuεätzlich der Fluss deε von der Druckεeite zur Saugεeite hin flieεsenden Fluides f entweder verstärkt, gemindert, unterbunden oder umgelenkt, da daε sich im Spalt befindliche Fluid entsprechend der Steigung der wendeiförmigen Rille sowie der Drehrichtung und der Drehzahl des Rotors fördert wird. Mit ähnlichen, an der Stirnseite des Rotors angeordneten Rillen kann zudem die Wirkung deε hydrodynamischen, in axialer Richtung wirkenden Lagerε verbeεsert werden.

In Fig. 6a ist ein Axialrad 2a für einen nach dem Prinzip eines Reluktanzmotors wirkenden Stator 7 dargestellt. Der magnetisch wirksame Rotorteil 1 bildet zugleich das Axialrad 2a, indem der Rotorteil 1 aus einem ferromagnetischen Werkstoff ausgeεtaltet iεt, jedoch nicht permanentmagnetisiert ist, und indem die

kreuzförmig vorstehenden Abschnitte lf des Rotorteils 1 in axialer Richtung A eine Verwindung aufweisen, welche derart ausgestaltet ist, dass die Abschnitte lf zugleich die Schaufeln lb des Axialrades 2a bilden. Der Verlauf der Abschnitte lf ist entsprechend hydrodynamisch optimiert ausgeεtaltet, εodaεε durch dieεe Abschnitte lf ein in axialer Richtung auf das Fluid wirkender Schub erzeugbar ist. Der Durchmesser DR des Axialrades 2a ist mindestens doppelt so gross wie die axiale Höhe HR des Axialrades 2a. Das Axialrad 2a ist durch magnetisch wirkende Kräfte berührungsloε im Stator 7 antreibbar und gehalten. Neben dem Axialrad 2a ist beidseitig in axialer Richtung A eine Notlagervorrichtung 5 beabstandet angeordnet. Bei einem Ausfall der magnetischen Lagerung oder bei sehr grossen Schubkräften in axialer Richtung wird das Axialrad 2a durch in axialer Richtung vorstehende Notlauflagerteile lg in einer Notlauflagerstelle 5a gehalten. Die Notlauflagervorrichtung 5 weist kreuzförmig angeordnete Stege 5b beziehungsweiεe Leitεchaufeln 2b auf, welche mit der Gehäusewand 9 in Wirkverbindung εind und von dieεer gehalten sind. Die Stege 5b bilden einen Pumpenstator beziehungsweise Leitschaufeln. Fig. 6b zeigt einen Längsschnitt durch eine Axialpumpe 3 mit einem in Fig. 6a dargestellten Axialrad 2a. Die Axialpumpe 3 weist ein Gehäuse 9 auf, das von einem Stator 7 mit Spulen.8 umgeben iεt. Im inneren deε Gehäuses 9 ist der magnetisch wirksame Rotorteil 1 mit Schaufeln lb und Mittelteil lc berührungslos gelagert und antreibbar, wobei zwei Notlauflagervorrichtungen 5 in axialer Richtung A versetzt neben dem Rotorteil 1 beziehungsweiεe neben dem Axialrad 2a angeordnet εind. Der magnetisch wirksame Rotorteil l weist einen Durchmesεer DR auf, welcher mehr als doppelt so grosε iεt wie die Höhe HR des Rotorteils l. Fig. 6c zeigt einen Querschnitt durch die Axialpumpe 3 gemass Fig. 6b entlang der Linie C-C. Im Stator 7 sind in

axialer Richtung A verlaufende Statornuten mit Wicklungen 8 angeordnet, welche Wicklungen 8 eine Mehrzahl separat ansteuerbaren Wicklungen 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, umfasst, die derart ansteuerbar sind, daεε ein magnetisches Drehfeld erzeugbar ist. Die Wicklungen 8 können auch, wie in Fig. 4h, 4i dargestellt, als eine dreiphasige Antriebswicklung WA mit einer Polpaarzahl p und eine dreiphasige Steuerwicklung WS mit einer Polpaarzahl p+1 oder p-1 ausgestaltet sein. Zwischen dem Stator 7 und dem Axialrad 2a ist ein nicht ferromagnetischeε Gehäuεe 9 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeiεpiel iεt der magnetisch wirksame Rotorteil 1 mit einem Mittelteil lc und sternförmig in radialer Richtung abstehenden Teilen lf ausgestaltet. Die Figuren 6d,6e,6f,6g zeigen weitere, derartige Schnitte des magnetisch wirksamen Rotorteilε 1 in unterεchiedlichen Auεgestaltungen. In dieεen Figuren 6d,6e,6f,6g ist der axiale Verlauf der Schaufeln lb nicht dargestellt. Die Schaufeln lb gemass Fig. 6d,6e,6f,6g weisen in axialer Richtung A einen hydrodynamisch wirksamen Verlauf aus, indem die Schaufeln lb eine entεprechende Verwindung aufweiεen.

Fig. 6h zeigt einen Querεchnitt durch ein weitereε Ausführungεbeiεpiel eineε magnetiεch wirksamen Rotorteilε 1, das ebenfalls als ein Axialrad 2a ausgestaltet ist. Das Rotorteil 1 umfasst einen kreuzförmig ausgestalteten Körper lf bestehend aus einem ferromagnetischen jedoch nicht permanentmagnetisierten Metall, an desεen Spitzen jeweils ein Permanentmagnet lh angeordnet ist. Der Körper lf sowie die Permanentmagnete lh sind von einer gemeinsamen Ummantelung li umεchloεsen, wobei die

Ummantelung li auε einem nicht ferromagnetiεchen Material wie einem Metall z.B. Titan oder einem Kunεtεtoff, insbeεondere einem biokompatiblen Kunεtεtoff wie Polycarbona , beεteht. Dieεeε Axialrad 2a iεt zum

Beiεpiel mit einem Stator 7 gemass dem _A usführungsbeispiel Fig. 6c oder Fig. 4a betreibbar.

Fig. 8a zeigt einen Längsschnitt durch eine als Zentrifugalpumpe 3b auεgeεtaltete Rotationεpumpe 3. Die Zentrifugalpumpe 3b beεteht auε einem

Zentrifugalpumpenteil 99, welcher das Gehäuse 9 mit innenliegendem Zentrifugalrotor 2b umfasst, sowie einer Antriebs- und Lagervorrichtung, welche durch die Zähne 7b, 7f des Stators 7 angedeutet ist. Der Stator 7 kann wie im Auεführungεbeispiel gemäsε Fig. la oder Fig. 4a dargestellt ausgebildet sein. Das Gehäuse 9 kann fest oder lösbar mit der Antriebsvorrichtung verbunden sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zentrifugalpumpe 3b ist das Gehäuse 9, wie in Fig. 8a dargestellt, teilweise zwischen die Zähne 7b,7f des Stators 7 einführbar und liegt lose auf der Antriebsvorrichtung auf. Das Gehäuse 9 lässt εich dadurch auf einfache Weiεe wieder aus dem Stator 7 entfernen und zum Beiεpiel auεwechseln. Wird der Zentrifugalpumpenteil 99 zum Beispiel als eine Blutpumpe verwendet, so kann der Zentrifugalpumpenteil 99 als ein Einmal-Artikel ausgeführt sein. Während somit der Zentrifugalpumpenteil 99 nach jeder Anwendung ersetzt wird, kann die Antriebsvorrichtung beliebig oft verwendet werden zum Antrieb des im Zentrifugalpumpenteil 99 angeordneten Zentrifugalrades 2b. Daε Zentrifugalrad 2b iεt, wie in den Figuren lb,lc,ld dargeεtellt und bereits beschrieben, durch den Stator 7 und die magnetisch wirkenden Kräfte berührungslos schwebend gehalten, sobald der Zentrifugalpumpenteil 99 in der vorgesehenen Lage im Stator 7 angeordnet ist. Durch die pasεiv und εtabilisierend bzw. rückstellend auf die Lage des Rotors 2 wirkenden Kräfte ist dieser bezüglich aller sechε Freiheitsgrade berührungsloε im Stator 7 beziehungsweise im Gehäuse 9 lagerbar. Dabei ist zu beachten, dass die

rein passiv bewirkten, die Lage deε Rotorteilε 1 εtabilisierend beeinflussenden magnetischen Kräfte, insbesondere die Kraft in axialer Richtung z, von relativ kleinem Betrag ist. Bei grösεeren, in z-Richtung Zentrifugalrad 2b angreifenden Kräften, würde dieses bezüglich dem Stator 7 abgehoben beziehungsweiεe der Rotor 2 würde am Gehäuse 9 des Zentrifugalpumpenteiis 99 streifen. Die Figuren 8a bis 8h zeigen verεchiedene Auεführungsbeispiele von Zentrifugalpumpenteilen 99 welche alle derart ausgestaltet sind, dass die in z-

Richtung am Rotor 2 angreifenden Kräfte vermindert sind, um den Rotor 2 auch während der Förderung eines Fluides berührungslos im Gehäuse 9 zu lagern.

Das Rotorteil 1 kann als ringförmiger Körper in einer Ausführungsform gemass Fig. 2a, 2c, 2e ausgeεtaltet sein, oder als scheibenförmiger Körper gemass einer Ausführungεform von Fig. 10a, 10b; lla,llb; 13a,13b. Das Ausführungεbeiεpiel gemäεε Fig. 13a weiεt ein Permanentmagnet lr auf, der zwiεchen ferromagnetiεchem Material lq angeordnet iεt. Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch ein Rotorteil 1 sowie benachbart angeordnete Statorzähne 7b, 7f, wobei die sich gegenseitig zugewandten, magnetisch wirksamen Flächen nutenförmige Ausnehmungen aufweisen, um bei einer Auslenkung des Rotorteils l in axialer Richtung A eine erhöhte, paεεiv wirkende Relunktanzkraft in zur Auεlenkung entgegengesetzten Richtung zu bewirken.

Fig. 8a zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie B-B eines Zentrifugalpumpenteiis 99 mit einer in z-Richtung verlaufenden Pumpeneinlaεsöffnung 101. Der

Zentrifugalpumpenteil 99 weist ein Gehäuεe 9 mit einem innerhalb deε Gehäuses 9 angeordneten Rotor 2 auf. Das Gehäuse 9 ist flüssigkeitε- und gasdicht geschlossen und weist eine Pumpeneinlassöffnung 101 sowie eine bezüglich

dem Rotor 2 in radialer Richtung verlaufende Pumpenauslaεsöffnung 102 auf. Der Rotor 2 umfasst ein ringförmig ausgeεtalteteε, permanentmagnetiεierteε Rotorteil 1, wie dieε in Fig. 2a dargestellt iεt, eine den Rotorteil 1 umgebende Rotorummantelung la sowie eine Mehrzahl von über den Umfang des Rotors 2 gleichmässig verteilt angeordnete Schaufeln lb, welche ein Flügelrad ausbilden. Das in Richtung Fl einströmende Fluid weist im Bereich der Pumpeneinlasεöffnung 101 einen Druck pl auf. Der

Pumpeneinlassöffnung 101 anschliesεend iεt eine Verengung 104 angeordnet, welche alε eine Düse wirkt, sodaεs daε Fluid nach dem Passieren der Düse eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit aufweist. Das Fluid wird in Richtung F2 durch die Pumpenauslaεεöffnung 102 strömend und unter einem Druck p3 stehend in ein nachfolgendes, nicht dargestelltes Leitungsmittel gefördert. Im Diagramm gemass Fig. 8i ist der zwischen dem Gehäuse 9 und dem Ringkörper la anliegende Druck p des Fluideε dargeεtellt. Dieεer Druck erzeugt eine in z-Richtung weiεende Kraft auf den Rotor 2, welche möglichεt gering gehalten werden εollte. Dieεe in z-Richtung wirkende Kraft wird im Auεführungεbeiεpiel gemäεε Fig. 8a gering gehalten indem der Rotor 2 alε ein Ringkörper auεgebildet iεt, εodaεs im Bereich der Ausnehmung des Ringkörpers keine in z-

Richtung wirkende Kraft auf den Rotor 2 erzeugt wird. Durch diese Massnahme entεteht während dem Pumpbetrieb eine nur geringe, in z-Richtung auf den Rotor 2 wirkende Kraft auf. Fig. 8b zeigt einen Schnitt durch Fig. 8a entlang der Linie A-A mit Gehäuεe 9, Rotor 2b, Ringkörper la und Schaufeln lb beziehungsweise Flügeln lb. Der Zentrifugalrotor 2b ist ringförmig ausgestaltet.

Fig. 8c zeigt einen Längsεchnitt und Fig. 8d einen Querεchnitt durch ein weitereε Auεführungsbeispiel eineε Zentrifugalpumpenteiis 99. Zusätzlich zur Ausgestaltung

gemäss Fig. 8a weist der Zentrifugalrotor 2 eine kreisförmig ausgestaltete Prallplatte lk auf, welche über in radialer Richtung verlaufende Stege 11 mit dem Ringkörper la verbunden ist. Die Prallplatte lk ist senkrecht zur Verlaufsrichtung der Pumpeneinlasεöffung 101 angeordnet, derart, dass ein wesentlicher Teil deε in Richtung Fl strömenden Fluideε in Richtung F3 εtrömend auf die Prallplatte lk trifft und εich anεchliessend in eine Vielzahl von Teilströmen F4 aufteilt. Diese Prallplatte lk bewirkt insbesondere bei grossen

Fördermengen des Fluides eine in Richtung Fl wirkende Kraft auf den Rotor 2.

Fig. 8e zeigt einen Längεschnitt und Fig. 8f einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zentrifugalpumpenteiis 99. Zusätzlich zur Ausgeεtaltung gemäεs Fig. 8a weist der dargestellte

Zentrifugalpumpenteil 99 einen in axialer Richtung, bzw. in z-Richtung verlaufenden, hohlzylinderförmigen Rohrfortsatz 105 auf, welcher anεchlieεεen an die Pumpeneinlassöffnung 101 angeordnet iεt. Dadurch wird daε in Richtung Fl strömende Fluid dirket in das Zentrum deε Ringkörpers la geleitet. Die Länge des Rohrfortsatzeε 105 kann unterεchiedlich ausgestaltet sein. Der statische Druck des Fluides im Bereich der kreisförmigen Öffnung im Zentrum des Ringkörpers la ist abhängig von der Lage der Austrittsöffnung des Rohrfortsatzeε 105. Je nach Länge deε Rohrfortsatzes 105 kann somit die durch daε einströmende Fluid in Fl-Richtung auf den Rotor 2 bewirkte Kraft bestimmt werden. Damit sich beim Füllen des Zentrifugalpumpenteiis 99 mit einem Fluid keine Luftblasen bilden weist der Rohrfortsatz 105 Durchbrechungen 105a auf, die derart angeordnet sind, dasε während dem Einfüllen eineε Fluideε über die Pumpenauslassöffnung 102 der Flüssigkeitεεpiegel innerhalb deε Gehäuses 9 ansteigt, und sich im

Rptprinnenraum bildende Luftblasen über die Durchbrechungen 105a zur Pumpeneinlassöffnung 101 hin entweichen. Fig. 8f zeigt in einer Schnittdarstellung entlang der Linie D-D gemass Fig. 8e den ringförmig ausgestalteten Rotor 2 mit dem im Zentrum angeordneten Rohrfortsatz 105.

Fig. 8g zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zentrifugalpumpenteilε 99. Der Rotor 2 weiεt, wie in Fig. 8c auεführlich beschrieben, eine Prallplatte lk auf, welche über Stege 11 mit dem Ringkörper la verbunden ist. Zudem weist deε Zentrifugalpumpenteil 99, wie in Fig. 8e auεführlich beεchrieben, einen hohlzylinderförmigen Rohrfortsatz 105 auf. Dieεe beiden Maεεnahmen bewirken während dem Fördern deε Fluides eine in Richtung der Flusεrichtung Fl wirkende Kraft auf den Rotor 2. Dieεe Kraft kann durch eine Vielzahl weiterer Massnahmen mit entsprechender Ausgeεtaltung strömungsbestimmender Komponeten erzielt werden, um das Strömungsverhalten deε Fluideε derart zu beeinfluεsen, dasε eine bezüglich dem Rotor 2 in axialer Richtung wirkende Kraft auf dieεen erzeugt wird. So kann beispielsweise an der Innenwand des Gehäuses 9 ein über den gesamten Umfang verlaufendes, vorstehendes Teil 100a angeordnet sein, um den Druck des Fluides zwischen dem Boden des Gehäuses 9 und dem Rotor 2 zu reduzieren. Fig. 8h zeigt in einer Detailansicht eine weitere Massnahme zur Reduzierung dieεes Druckes indem am Boden des Gehäuses 9 eine über den gesamten Umfang verlaufende Vertiefung 100b angeordnet ist, und der Ringkörper la ein der Vertiefung 110b entsprechend angepaεεt auεgeεtalteteε, über den geεamten Umfang verlaufendeε vorstehendes Teil 103f aufweist. Der Dichtungsεpalt 103g zwischen der Vertiefung 100b am Gehäuεe 9 und dem vorstehenden Teil 103f im Rotor 2 bildet einen Fliesswiderstand für das den Rotor 2 umströmende Fluid.

Der Flieεswiderstand ändert sich angenähert proportional zur Breite des Dichtungsspalteε 103g. Falls der Rotor nach oben ausgelenkt, so wird der Fliesswiderstand kleiner, wodurch der Druck unter dem Rotor sinkt und der Rotor in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt. Somit ergibt sich in axialer Richtung eine selbεtregulierende Rotorpoεitionierung.

Der Kerngedanke, die den Fluεε deε Fluideε beεtimmenden Komponenten deε Zentrifugalpumpenteilε 99 derart auεzugestalten, dasε während dem Flieεsen des Fluides eine in axialer Richtung auf den Zentrifugalrotor 2b wirkende Kraft erzeugt wird, kann durch eine Vielzahl hydrodynamisch wirkender Masεnahmen erzielt werden, εo daεε die in den Figuren 8a biε 8i dargeεtellten Ausführungen nur Beispiele auε einer Vielzahl möglicher Auεführungεformen darεtellen.

Fig. 8k zeigt εchematiεch in einer perεpektivischen Anεicht eine Zentrifugalpumpe 3b mit in den Stator 7 eingesetztem Zentrifugalpumpenteil 99. Der Stator 7 iεt in dieεem Auεführungsbeispiel alε ein εogenannter Tempelmotor auεgeεtaltet, indem die die Zähne 7a, 7b, 7c, 7d,7e,7f,7g, 7h auεbildenden Fluεseisen 7y L- förmig auεgebildet εind, und die Spulen 8a,8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h im vertikal verlaufenden. Abεchnitt des Flusεeiεenε 7y angeordnet εind. Alle Zähne 7a,7b,7c,7d, 7e,7f,7g,7h sind über daε εcheibenförmig auεgestaltete Rückschlusseisen 7z miteinander magnetisch gekoppelt. Die Ausführungsformen gemass Fig. la und Fig. 8k sind auf eine identische Weise ansteuerbar und haben dieselbe Wirkung auf den magnetisch wirksamen Rotorteil l. Ein Vorteil des Stators 7 in der Ausführungsform gemass Fig. 8k ist darin zu sehen, dass das Zentrifugalpumpenteil 99, als ein auswechselbareε Teil ausgeεtaltet, auf beεonderε einfache Weiεe in den Stator

7 einführbar und wieder entfernbar iεt. Die Zähne 7a,7b, 7c,7d,7e,7f,7g,7h und die entεprechenden Wicklungen 8a,8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h deε Statorε 7 können auf unterεchiedlichste Weise angeordnet sein, so auch gemäεε einer wie in den Fig. 4a, 4b, 4d, 7 dargeεtellten

Anordnung, wobei der magnetiεche Rückεchluεs immer über daε εcheibenförmige Rückschlusseisen 7z erfolgt. Die Wicklungen können im horizontal oder vertikal verlaufenden Teilabschnitt des Flusseiεens 7y angeordnet εein.

Der in Fig. la dargestellte lagerlose Motor, umfassend den Stator 7, den Rotorteil 1 sowie die Wicklungen 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, kann auch einen Stator 7 gemäsε der in Fig. 6c dargeεtellten Ausführungsform aufweisen. Der Stator gemass Fig. 6c weist in axialer Richtung A verlaufende Statornuten mit eingelegten Wicklungen 8 auf. Die Zähne sind 7a,7b,... sind zwischen den Statornuten verlaufend ausgebildet. Wird der Stator 7 gemäsε Fig. la durch den Stator 7 gemäεs Fig. 6c ersetzt, so kann dieser Stator 7 beiεpielεweiεe eine Antriebεwicklung WA, wie in Fig. 4h dargeεtellt, und eine Steuerwicklung WS, wie in Fig. 4i dargeεtellt aufweisen. Fig. 4h zeigt das Wickelschema der Antriebswicklung WA, welche als eine dreiphasige, zweipolige Einschichtwicklung in den 36 Nuten aufweisenden Stator 7 eingelegt ist. Fig. 4i zeigt das Wickelschema der Steuerwicklung WS, welche als eine dreiphasige, vierpolige Einschichtwicklung in die 36 Nuten desεelben Statorε 7 eingelegt iεt. Ein derartiger Stator 7 mit einem Rotor gemass Fig. la ist mit zwei Drehstromstellern, je einen für die Antriebswicklung WA und die Steuerwicklung WS antreibbar. Der Rotorteil 1 kann beim vorhin dargestellten Stator 7 auch ohne permanentmagnetisiert zu sein alε ein Käfigläufer ausgestaltet sein oder eine kurzgeschlosεene Wicklung aufweisen. Zum Antrieb des Rotorteils 1 wird durch das am

Stator 7 erzeugte Drehfeld ein Stromfluss im Rotorteil l induziert, sodass auf den Rotorteil 1, vergleichbar dem Antriebsprinzip eines Induktionsmotors, ein antreibendes Drehmoment bewirkt wird.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stators 7 mit zwölf in radialer Richtung verlaufend um das Gehäuse 9 angeordneten Zähnen. Die Steuerwicklung WS besteht auε den vier orthogonal angeordneten Wicklungen Sl,S2,S3,S4 und die Antriebεwicklung WA setzt sich zusammen aus den Wicklungen AI,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8. Dieser Stators 7 ist geeignet ein magnetisch wirksames Rotorteil l gemäsε einer in den Fig. 2a biε 2h, oder in den Fig. 10a, 10b, 11a,11b,13a,13b dargeεtellten Auεführungεformen anzutreiben und berührungεloε zu lagern. Fig. 7a zeigt ein Auεführungεbeispiel einer

Ansteuervorrichtung für einen Stator 7 gemäsε Fig. 7 zur Regelung deε Lage deε Rotorε 2 in x-Richtung. Mit einem Positionsmeεεεensor 15 wird die gegenwärtige Lage xist des Rotors 2 erfasst, dieser Wert mit einem Sollwert Xsoll verglichen, und der Differenzwert einer

Regelvorrichtung 20 zugeführt, welche eine Stellgrösse Irx berechnet. Die Spule Sl εowie die Spule S2 werden über je einen Verstärker 21 mit einem Grundstrom Io gespeist. Die Stellgrösse Irx wird dem Grundstrom Io überlagert, wobei für den Gesamtstrom der Spule S2 die Summe und für den Gesamtεtrom der Spule S4 die Differenz gebildet wird, sodass eine entsprechende in x-Richtung verlaufende Kraft auf den Rotor 2 ausgeübt wird. Fig. 7b zeigt dieselbe Ansteuervorrichtung zur Regelung der Lage des Rotors 2 in y-Richtung. Die Regeldifferenz ysoll minuε yist wird der Regelvorrichtung 20 zugeführt, welche eine Stellgröεse Iry berechnet, welche den Spulen Sl und S3 zugeführt wird, um eine entsprechende in y-Richtung wirkende Kraft auf den Rotor 2 zu bewirken. Fig. 7c zeigt die Ansteuerung der das Drehmoment auf den Rotor 2

beziehungsweise der das magnetische Drehfeld bewirkenden Spulen AI,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8. Die Spulen sind mit zwei Phasen eines Dreiphasenεyεtemε verbunden, wobei die erste Phase eine Spannung εin(ωt) erzeugt und die zweite Phase eine Spannung sin(ωt + 120°), d.h. mit einer

Phaεenverschiebung von 120 Grad bezüglich der ersten Phase. Die Spulen A4,A2,A8,A6 sind in Serie geschaltet und werden von einem gemeinsamen Verstärker 21 mit einer Spannung sin(ωt) der ersten Phase angesteuert. Die Spulen A3,A1,A7,A5 sind ebenfalls in Serie geεchaltet und werden von einem gemeinεamen Verstärker 21 mit einer Spannung sin(cot + 120°) der zweiten Phase angesteuert. Durch diese Ansteuerung wird im Stator 7 ein magnetisches Drehfeld erzeugt, welches ein in Umfangsrichtung auf den Rotor 2 wirkendeε Drehmoment erzeugt, um dieεen anzutreiben.

Fig. 14a zeigt einen Längεεchnitt durch ein weitereε Ausführungsbeispiel eines Zentrifugalpumpenteiis 99, welches, ansonst gleich ausgeεtaltet wie daε Auεführungεbeiεpiel gemass Fig. 8a, zusätzlich ringförmig ausgestaltete Permanentmagnete 80a,80b,80c, 80d aufweist, um eine in Verlaufsrichtung der Achse A wirkende Axialschubkompensation zu bewirken, wobei der Rotorteil 1 zusätzlich eine Deckplatte 81 umfasεt, mit welchem ein Permanentmagnet 80c fest verbunden ist. In der Antriebsvorrichtung, umfaεεend den Stator 7 mit Zähnen

7a,7b, 7c, 7d, 7e, 7f,7g, 7h, ist zuεätzlich ein ringförmiger, in axialer Richtung A polariεierter Permanentmagnet 80a angeordnet. Beim Einführen deε Zentrifugalpumpenteilε 99 in den Stator 7 kommt daε Gehäuεe 9 über oder auf den Permanentmagnet 80a zu εtehen. Das Rotorteil 1 deε Zentrifugalpumpenteilε 99 weist ebenfalls ein ringförmiger, in axialer Richtung A polarisierter Permanentmagent 80b auf, welcher in zum Permanentmagent 80a entgegengesetzter Richtung polarisiert ist, sodasε zwischen den Permanentmagneten 80a und 80b eine

abstossende, permanentmagnetisch bewirkte Kraft auftritt. Die beiden ringförmigen Permanentmagnete 80a,80b sind bezüglich deren Durchmesser derart gegenseitig angepasst auεgestaltet, dasε deren magnetisch wirkεamen Stirnflächen bei eingesetztem Zentrifugalpumpenteil 99 übereinander zu liegen kommen. Desgleichen weist der im oberen Bereich des Rotorteils 1 durch die Deckplatte 81 fest mit dem Rotorteil 1 verbundene Permanentmagnet 80c ein entsprechend angepasst ausgestalteter, ausserhalb des Zentrifugalpumpenteiis 99 angeordneter und auf diesem aufliegenden ringförmigen Permanentmagentring 80d auf. Diese beiden ringförmigen Permanentmagnete 80c, 80d sind in entgegengesetzter Richtung polarisiert und über daher eine sich gegenseitig abstosεende, Permanentmagnetiεch bewirkte Kraft aufeinander auε. In einer vorteilhaften Auεgeεtaltung εind die innerhalb deε

Zentrifugalpumpenteilε 99 angeordneten Permanentmagnete 80b, 80c kleiner oder weεentlich kleiner ausgeεtaltet als die ausserhalb liegenden Permanentmagnete 80a und 80d. Diese Anordnung ist insbesondere vorteilhaft wenn der Zentrifugalpumpenteil 99 als ein Einmalartikel ausgeεtaltet ist, zum Beispiel als eine Blutpumpe, welche nach deren einmaligen Verwendung vernichtet wird.

Fig. 14b zeigt einen Längεεchnitt durch ein weiteres Auεführungsbeispiel einer Axialpumpe 3a, welche, ansonεt gleich auεgestaltet wie das Ausführungsbeispiel gemass Fig. 5a, zusätzlich ringförmig ausgestaltete Permanentmagnete 80a,80b, 80c,80d, 80e, 80f aufweist, um eine in Verlaufsrichtung der Achse A wirkende Axialschubkompensation zu bewirken. An beiden Seiten des Rotors 2 ist an deεεen Endbereich ein ringförmiger, in axialer Richtung A polarisierter Permanentmagnet 80b, 80c eingegossen. Im feststehenden Gehäuse 9 sind weitere ringförmige Permanentmagnete 80a,80d, 80e, 80f derart angeordnet und derart polarisiert, dass eine beidseitig

in axialer Richtung A wirkende, Permanentmagnetiεch erzeugte, abεtossende Kraft auf den Rotor 2 erzeugt wird. Durch diese Anordnung der Permanentmagnete 80a,80b, 80c, 80d, 80e,80f wird eine in axialer Richtung A wirksame Schubkompensation auf den Rotor 2 bewirkt. In beiden dargestellten Ausführungεbeiεpielen Fig. 14a und Fig. 14b gibt es eine Vielzahl von sinnvollen Anordnungεmöglichkeiten der Permanentmagnete 80a,80b, 80d, 80c,80e,80f, um eine durch permanentmagnetiεche Kräfte bewirkte

AxialSchubkompensation zu erzeugen. So könnte beispielsweiεe die Axialpumpe 3a gemass Ausführungsbeispiel 14b auch nur die links angeordneten Permanentmagnete 80a, 80b aufweisen, um eine in axialer Richtung A wirkende Schubkompensation zu erzeugen. Ebenso könnte die Anordnung gemäsε Fig. 14a nur die im unteren Bereich angeordneten Permanentmagnete 80a, 80b aufweiεen, um eine in axialer Richtung A wirkende Schubkompenεation zu erzeugen. Die ringförmig verlaufenden Permanentmagnete 80a, 80b, 80c, 80d, 80e,80f können beiεpielsweise auch aus einer Mehrzahl einzelner Segmente zusammengesetzt sein. Die Permanentmagnete 80a, 80b, 80c, 80d,80e,80f können auch in radialer Richtung polarisiert sein und vorzugsweiεe leicht versetzt übereinander angeordnet εein, um eine permanentmagnetiεch erzeugte, in axialer Richtung wirkende Kraft zu erzeugen. Gewisse Permanentmagnete 80a, 80b können auch radial magnetiεiert und die reεtlichen Permanentmagnete 80c, 80d, 80e, 80f axial polariεiert εein, wobei die Permanentmagnete derart gegenεeitig wirksam angeordnet εind, dasε eine in axialer Richtung wirksame Kraft erzeugt wird.