CH670534A5

CH670534A5 -

Info

Publication number: CH670534A5
Application number: CH407985A
Authority: CH
Inventors: Peter Ahner; Helmut Haerer; Dieter Schieber; Siegfried Schustek
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1985-09-20
Publication date: 1989-06-15
Also published as: DE3436510A1; FR2571558A1

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine, insbesondere als Antrieb für eine Umwälzpumpe mit einem kugelabschnittförmigen Rotor und einem diesen induzierenden, ringförmigen geblechten Stator mit konkaver, kugeliger Aussparung, in welcher der Rotor dem Stator mit einem sphärischen, auf einer gedachten Kugel verlaufenden Luftspalt gegenübersteht, in welchem eine den Statorraum vom Rotorraum trennende magnetisch nicht leichtende Kalotte angeordnet ist, und mit einem im Kugelmittelpunkt des Rotors liegenden Kugelzapfen zur Taumelbewegungen zulassenden Lagerung des Rotors.

Aus der DE-PS 15 38 715 (Int. Kl. H02K 49/00) und der DE-OS 32 31 674 (Int. Kl. H02K 1/06) sind zum Antrieb von Umwälzpumpen bestimmte und mit einer solchen Pumpe baulich vereinigte Elektromaschinen mit kugelförmigem Luftspalt bekannt.

Die Elektromaschine nach der DE-PS 15 38 715 hat jedoch den Nachteil, dass der Stator aus zusammengesetzten Statorblechpaketen besteht, die verhältnismässig gross sind und somit viel Platz benötigen.

Die Elektromaschine nach der DE-OS 32 31 674 benötigt zwar weniger Raum. Sie hat jedoch einen Stator aus einem hochkantgerollten Blechstreifen, dessen nebeneinanderliegende Windungen stumpfwinklige Kegelmantelflächen bilden. Dabei tritt der Nachteil auf, dass beim Hochkantrollen unerwünscht grosse Materialverformungen auftreten, so dass der Stator nur mit entsprechend grossen Presskräften aufbringenden Werkzeugen und Pressen hergestellt werden kann und Luftspalte für ausweichendes Material zwischen den Eisenteilen vorgesehen sein müssen. Darüber hinaus müssen in den Blechstreifen vor dem Hochkantrollen Nuten für die Statorwicklung mit untereinander annähernd gleichem Querschnitt unter Berücksichtigung der Druckmesseränderung bei jeder Windung eingestanzt werden, bedingt durch die konkave, kugelige Aussparung im ringförmigen Stator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zum Betrieb einer Umwälzpumpe geeignete Elektromaschine der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche bei geringem Raumbedarf und somit kleinen Aussenmassen der Elektromaschine, und gutem elektrisch-mechanischem Wirkungsgrad einen geringen Aufwand an Ständereisen und einen hohen Nutfüllfaktor aufweist sowie für eine wirtschaftliche Grossmengenfertigung geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Massnahmen vorgesehen. Dabei ist von Vorteil gegenüber den bekannten Elektromaschinen, dass der geblechte Stator auch für kleine Abmessungen in einfacher Weise hergestellt werden kann, in dem durch die getrennte Herstellung der Zähne und des Jochrings einfache Stanzteile und Blechstreifen, ohne grosse Dehnung oder Stauchung verwendet werden können und ein leichtes Einbringen der Wicklung in die zwischen den Zähnen gebildeten nach aussen offenen Nuten zum Erreichen des hohen Nutenfüllfaktors ermöglicht wird,

weil der Jochring erst nach dem Einlegen der Wicklung über die Zähne schiebbar ist, und dass in platzsparender Weise die Rotor- und Statorraum trennende magnetisch nicht leitende Kalotte mit ihrem kugelabschnittförmigen Bereich zugleich als Nut-verschluss für die zwischen den aussen an der Kalotte anliegenden Zähnen gebildete Nuten dient.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Elektromaschine möglich. Besonders vorteilhaft ist es, nur zwei verschiedene Stanzteile für die Zähne und einen von der Zahnform und dem Wickeldurchmesser unabhängigen Blechstreifen gleichbleibender Breite oder ein Paket gleichförmiger Lamellen für den Jochring zu benötigen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil einer Elektromaschine als erstes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt,

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Fig. 2 einen Schnitt durch den Stator der Elektromaschine entlang der Linie II-II in Figur 1,

Fig. 3 eine Abwandlung des Stators nach Figur 2, Fig. 4 einen Teil der Elektromaschine als zweites Ausführungsbeispiel im Längsschnitt,

Fig. 5 einen Zahnkranz des Stators der Elektromaschine in Seitenansicht und

Fig. 6 den Zahnkranz in Draufsicht.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Elektromotors als Antrieb einer Umwälzpumpe ist teilweise in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Der Elektromotor hat einen kugelabschnittförmigen Rotor 1 und einen Stator 2, welcher in einem Gehäuse 3 eingesetzt und befestigt ist. In dem sphärischen Luftspalt zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 2 ist eine Trennkalotte 4 aus magnetisch nicht leitendem Blech oder Kunststoff angeordnet, welche den rotorseitigen Innenraum 5 vom statorseitigen Innenraum 6 des Elektromotors trennt. Der Rotor 1 bildet eine bauliche Einheit mit einem Schleuderteller 7 einer an sich bekannten und nicht näher dargestellten Kreisel-Umwälzpumpe.

In der dargestellten stabilisierten Betriebslage läuft der auf einem Kugelzapfen 8 gelagerte Rotor 1 um die Längsachse als Rotationsachse des Elektromotors um. Erforderlichenfalls kann der Rotor 1 um das kugelige Zentrum 9 des Kugelzapfens 8 Taumelbewegungen ausführen und dabei etwaige Fremdkörper aus dem Luftspalt zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 2 entfernen, die zum Blockieren des Rotors 1 führen könnten, beispielsweise nach längerem Stillstand von Umwälzpumpen für Hausheizungen oder Brauchwasserversorgung.

Der Stator 2 ist aus für sich hergestellten Zähnen 10 und einem ringförmigen Joch, im folgenden als Jochring 11 bezeichnet, gebildet. Zähne 10 und Jochring 11 sind als geblechte Teile ausgeführt.

Jeder Zahn 10 besteht aus einem Paket aneinanderliegender, im wesentlichen trapezförmiger Bleche 12, deren eine Längsseite der Aussenform des kugelabschnittförmigen Bereichs der Kalotte 4 entsprechend ausgerundet ist, und aus zwei Deckblechen 13, welche das Blechpaket 12 zwischen sich einschliessen. Die Deckbleche 13 haben im wesentlichen dieselbe Form wie die Bleche 12. Lediglich quer zum Rand der ausgerundeten Seite sind an ihnen Lappen angeformt, welche den verbreiterten Zahnkopf 14 bilden. Das Blechpaket 12 und die Deckbleche 13 sind fest miteinander verbunden, beispielsweise durch Nieten oder Punktschweissen. Die auch in Umfangsrichtung kugelige Form der Kalotte 4 und somit des Luftspaltes zwischen Rotor 1 und Stator 2 kann an der ausgerundeten Seite genieteter Zähne

10 beispielsweise durch Kalibrieren erfolgen. Für die in Längsrichtung und somit parallel zur Rotationsachse 15 des Elektromotors geblechten Zähne 10 sind trotz der sphärischen Form der der Kalotte 4 zugewandten Seite der Zahnköpfe 14 nur zwei verschiedene Stanzteile 12 und 13 erforderlich. Die so für sich hergestellten Zähne 10 sind mit ihrem Zahnkopf 14 auf der Aussenmantelfläche der Kalotte 4 in deren kugelabschnittförmi-gem Bereich geklebt. Dabei erstreckt sich die hauptsächliche Ausdehnungsrichtung der Bleche 12 und 13 in Ebenen, die parallel zur Mittelebene 16 des jeweiligen Zahns 10 verlaufen. Die Mittelebene 16 des Zahns 10 wiederum erstreckt sich radial durch die Rotationsachse 15 des Elektromotors. Die auf der Kalotte 4 im gleichen Winkelabstand befestigten Zähne 10 sind an ihrer dem Zahnkopf 14 abgewandten Aussenseite 17 in die genaue Form von Abschnitten eines gedachten Zylinders gebracht, beispielsweise durch Überschleifen. Die so angeordneten Zähne 10 begrenzen in Umfangsrichtung Nuten 18 für eine Statorwicklung 19, während die Kalotte 4 im Bereich des Nutschlitzes 20 jeweils zwischen zwei benachbarten Zahnköpfen 14 als Nutverschluss dient. In die Nuten 18 ist eine an sich bekannte und nicht näher dargestellte Nutauskleidung eingebracht.

Nach dem Einlegen der Statorwicklung 19 ist der Jochring

11 auf die Aussenseite 17 der Zähne 10 geschoben und schliesst dann die Statorwicklung 19 aufnehmenden Nuten 18 radial nach aussen ab. Der Jochring 11 ist ebenfalls als Blechpaket ausgebildet. Das zylindrische Paket besteht entweder aus gestanzten Blechen gleicher Form oder ist aus einem Blechstreifen gleichbleibender Breite hochkant gerollt. Das Paket ist wie an sich bekannt zusammengenietet oder -geschweisst und an seiner Innenwand glättend bearbeitet, um einen grossen zusätzlichen Luftspalt zu vermeiden. Derartige Jochringe 11 lassen sich in einfacher, wirtschaftlicher Weise in Grossmengenfertigung herstellen, da für eine Ausführung mit gestanzten Blechen gleicher Form nur ein Stanzwerkzeug benötigt wird und für eine Ausführung mit hochkantgerolltem Paket ein nicht weiteren Ar-beitsgängen unterworfener oder mit komplizierten Vorrichtungen zu bearbeitender Blechstreifen gleichbleibender Breite verwendet werden kann.

Eine Anwandlung des Zahns für den Stator 2 ist in der Figur 3 dargestellt. Soweit die Teile gleich den in den vorstehenden Figuren dargestellten sind, haben sie dieselben Bezugszahlen.

Die Zähne 21 sind wiederum aus Blechen 12 gebildet, jedoch mit Deckblechen 22 versehen. Die Deckbleche 22 haben nicht nur eine Zahnköpfe 14 bildenden, angeformte Verbreiterung an ihrer an der Kalotte 4 befestigten Seite, sondern sie weisen ebenfalls an ihrer Aussenseite 17 eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Verbreiterung 23 auf. Die Verbreiterung 23 verringert den magnetischen Spannungsabfall bedingt durch den Zusatzluftspalt zwischen dem Zahn 21 und dem Jochring 11 und bildet einen Halteabschnitt für einen Nutverschluss 24.

Ein zweites Ausführungsbeispiel für Teile des Elektromotors ist in den Figuren 4 bis 6 dargestellt. Soweit die Teile gleich denen des ersten Ausführungsbeispiels sind, haben sie dieselben Bezugszahlen. Der Elektromotor hat wiederum den kugelabschnittförmigen Rotor 1 und einen Stator 25, welcher in einem Gehäuse 26 eingesetzt und befestigt ist. Desgleichen ist in dem sphärischen Luftspalt zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 25 die Trennkalotte 4 angeordnet. Der Stator 25 ist ebenfalls aus für sich hergestellten geblechten Zähnen 27 und einem nach Einbringen der Statorwicklung 19 auf die Zähne 27 schiebbaren geblechten Jochring 28 gebildet.

Die Bleche 29 für die Zähne 27 haben alle die gleiche Form. Sie sind als annähernd trapezförmige Stanzteile ausgebildet, haben eine dem sphärischen Luftspalt und somit dem kugelabschnittförmigen Bereich der Kalotte 4 entsprechend ausgerundete Seite und eine unter einem spitzen Winkel auf die Rotationsachse 15 des Elektromotors zulaufende Aussenseite 30, welche am Aussenmantel eines gedachten Kegelstumpfes anliegt. Die Bleche 29 sind zwischen Verbindungsteilen 31 angeordnet. Jedes Verbindungsteil 31 ist ebenfalls ein Stanzteil mit zwei an zwei benachbarten Blechpaketen 29 anliegenden Deckblechen 32 mit den angeformten Verbreiterungen für die Zahnköpfe 33, die durch zwei Stege 34 verbunden sind. Die Stege 34 ragen über die Deckbleche 32 im Verlauf der ausgerundeten Seite und somit über die Stirnseiten 35 des Zahns 27 hinaus, verbinden die beiden Deckbleche 32 eines Verbindungsteiles 31 und begrenzen den zwischen den benachbarten Zahnköpfen 33 gebildeten Nutschlitz 36 in Längsausdehnung. Die Bleche 29 jedes Zahns 27 und die an ihnen anliegenden Deckbleche 32 jeweils zweier Verbindungsteile 31 sind an den Stirnseiten 35 des Zahnes 27 verschweisst. Somit sind alle Zähne 27 durch die Verbindungsteile 31 zu einem Zahnkranz 37 als vorgefertigte Baueinheit verbunden. Da die die einzelnen Zähne 27 verbindenden Stege 34 ausserhalb der wirksamen Zahnköpfe 33 liegen und zudem geringe Querschnitte haben, sind die in den Stegen 34 herrschenden geringen Streuflüsse vertretbar gering.

In den Zahnkranz 37 ist die Statorwicklung 19 in die von den Zähnen 27 in Umfangsrichtung begrenzten Nuten 38 direkt eingewickelt. Das ist in besonders einfacher Weise möglich, da die Nuten 38 nach aussen völlig offen sind und ausserdem die

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Kalotte 4 nach dem Einbringen der Statorwicklung 19 in den Zahnkranz 37 eingesetzt werden kann. Die Zahnköpfe 33 der Zähne 27 liegen dann aussen im kugelabschnittförmigen Bereich der Kalotte 4 an. Ebenso schmiegen sich die Stege 34 an die Kalotte 4 an.

Der Jochring 28 ist aus einem gleichmässig breiten Blechstreifen flach gewickelt, wobei das Ende einer Windung etwas über den Rand des Anfangs der betreffenden Windung ragt. Dadurch erhält der Jochring 28 einen parallelogrammförmigen Wickelquerschnitt. Die Ränder der einzelnen Windungen, welche die Innenwand 39 des Jochrings 28 bilden, liegen dann am Aussenmantel eines Kegelstumpfes, der den Abmessungen des gedachten Kegelstumpfes entspricht, an dem die Aussenseiten 30 der Zähne 27 anliegen. Die Innenwand 39 des Jochrings 28 ist in bekannter Weise glättend bearbeitet, um einen unnötig grossen Luftspalt zwischen den Zähnen 27 und dem Jochring 28 zu vermeiden. Der Jochring 28 ist in lösbarer Weise auf die

Aussenseite 30 der Zähne 27 und somit auf den die Statorwicklung 19 tragenden Zahnkranz 37 geschoben.

Der derart montierte Stator 25 ist in das Gehäuse 26 des Elektromotors eingesetzt. Ein am Gehäuse 26 verrastbar ange-5 ordneter federnder Halter 40 in Form eines Formfederrings oder einzelner Federelemente liegt federnd am kegelstumpfför-migen Mantelabschnitt des Jochrings 28 an. Die Zentrierung der Kalotte 4 und damit des gesamten Stators 25 erfolgt über einen Bund 4' der Kalotte 4, an dem sie am Gehäuse 26 anliegt, io Der Hohlraum zwischen Gehäuse 26 und Kalotte 4 und somit im wesentlichen der statorseitige Innenraum 6 des Elektromotors ist nach dem Einbau des Stators 25 in das Gehäuse 26 mit einem wärmeleitenden Kunstharz ausgegossen, wodurch dann eine Fixierung des Gesamtverbandes erreicht wird. Durch den i5 kegelstumpfförmigen Aufbau des Stators 25 kann der Aussen-durchmesser des Elektromotors in besonders vorteilhafter und einfacher Weise klein gehalten werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Elektromaschine, insbesondere als Antrieb für eine Umwälzpumpe, mit einem kugelabschnittförmigen Rotor und einem diesen induzierenden ringförmigen, geblechten Stator mit konkaver, kugeliger Aussparung, in welcher der Rotor dem Stator mit einem sphärischen, auf einer gedachten Kugel verlaufenden Luftspalt gegenübersteht, in welchem eine den Statorraum von Rotorraum trennende magnetisch nicht leitende Kalotte angeordnet ist, und mit einem im Kugelmittelpunkt des Rotors liegenden Kugelzapfen zur Taumelbewegung zulassenden Lagerung des Rotors, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2; 25) aussen an der Kalotte (4) anliegende geblechte Zähne (10; 21; 27) aufweist, deren Blechlagen mit ihrer hauptsächlichen Ausdehnungsrichtung in parallelen Ebenen aneinanderliegen, welche ebenfalls parallel zu der radial durch die Rotationsachse (15) der Elektromaschine verlaufenden Mittelebene (16) des jeweiligen Zahns (10; 21; 27) liegen, und einen auf den Aussen-mantel (17; 30) der Zähne (10; 21; 27) und über eine in zwischen den Zähnen (10; 21; 27) gebildete Nuten (18; 38) eingelegte Statorwicklung (19) geschobenen geblechten Jochring (11; 28) hat.

2. Elektromaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder geblechte Zahn (10; 21; 27) des Stators (2; 25) aus einem Lamellenpaket (12; 29) und zwei Deckblechen (13; 22; 32) gebildet ist, und Lamellenpaket (12; 29) und Deckbleche (13; 22; 32) miteinander fest verbunden sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Elektromaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder geblechte Zahn (10; 21; 27) an seinem der Kalotte (4) zugewandten Ende einen Zahnkopf (14; 33) hat, der aus an den Deckblechen (13; 22; 32) in Umfangsrichtung des Stators (2; 25) angeformten Verbreiterungen (14; 33) gebildet ist.

4. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder geblechte Zahn (21) an seinem dem Jochring (11) zugewandten Ende einen in Umfangsrichtung des Stators (2) verbreiterten Nutverschluss-Halteabschnitt (23) hat, der an den Deckblechen (22) angeformt ist.

5. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geblechten Zähne (27) einen Zahnkranz (37) bilden, bei dem jeweils zwei gegenüberliegende Deckbleche (32) zweier benachbarter Zähne (27) durch mindestens einen sich an die Kalotte (4) anschmiegenden Steg (34) verbunden sind.

6. Elektromaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zwei benachbarte Zähne (27) verbindende Steg (34) sich an die Kalotte (4) anschmiegend am Zahnkranz (37) vorsteht.

7. Elektromaschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenmantel (17) der Zähne (10; 21) einen gedachten Zylinder bildet, auf den ein kreiszylindrischer, geblechter Jochring (11) geschoben ist, dessen Blechlagen im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse (15) der Elektromaschine verlaufen.

8. Elektromaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Jochring (11) aus einem Paket gestanzter Lamellen gleicher Form gebildet ist.

9. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenmantel (30) der Zähne (27) einen gedachten Kegelstumpf bildet, auf den ein geblechter Jochring (28) mit parallelogrammförmigem Querschnitt geschoben ist, dessen Blechlagen im wesentlichen parallel zur Rotationsachse der Elektromaschine verlaufen.