DE10245016B4 - Electric motor with spherical rotor - Google Patents

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Abstract

Elektromotor umfassend einen Läufer (106), einen Stator (110) und ein Lager (136), durch welches der Läufer (106) sphärisch gelagert ist, wobei das Lager (136) eine Lagerschale (140) mit einem zentralen materialfreien Bereich (150) und einen in der Lagerschale gleitbar angeordneten kugelförmigen Gleitkörper (138) umfaßt und der Läufer (106) magnetfelderzeugend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (140) einen zentralen materialfreien Bereich (150) aufweist, welcher so ausgebildet ist, daß der Kraftvektor der vom kugelförmigen Gleitkörper (138) auf die Lagerschale (140) ausgeübten Gesamtgegenkraft (168) auf den zentralen materialfreien Bereich (150) gerichtet ist, wenn eine Asymmetrie zwischen Läufer (106) und Stator (110) vorliegt und daß ein Durchmesser (M) des zentralen materialfreien Bereichs (150) gleich oder größer ist als das 0,44-fache des Durchmessers (d) des kugelförmigen Gleitkörpers (138).electric motor comprising a runner (106), a stator (110) and a bearing (136) through which the rotor (106) spherical is stored, wherein the bearing (136) has a bearing shell (140) with a central material-free area (150) and one slidable in the bearing shell arranged spherical sliding (138) and the runner (106) is formed magnetic field generating, characterized that the Bearing shell (140) has a central material-free region (150), which is designed so that the The force vector of spherical sliding (138) total reaction force (168) exerted on the bearing shell (140) is directed to the central material-free area (150) when an asymmetry between runners (106) and stator (110) is present and that a diameter (M) of the central material-free area (150) is equal to or greater than 0.44-fold the diameter (d) of the spherical one sliding (138).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, umfassend einen Läufer, einen Stator und ein Lager, durch welches der Läufer sphärisch gelagert ist, wobei das Lager eine Lagerschale und einen in der Lagerschale gleitbar angeordneten kugelförmigen Gleitkörper umfaßt und der Läufer magnetfelderzeugend ausgebildet ist.The The invention relates to an electric motor comprising a rotor Stator and a bearing through which the rotor is mounted spherically, wherein the Bearings a bearing shell and slidably disposed in the bearing shell Includes spherical slider and the runner is formed magnetic field generating.

Elektromotoren, welche einen Läufer, einen Stator und ein Lager umfassen, durch welches der Läufer sphärisch gelagert ist, wobei das Lager eine Lagerschale und einen in der Lagerschale gleitbar angeordneten kugelförmigen Gleitkörper umfaßt, werden insbesondere bei Kreiselpumpen eingesetzt. Sie haben den Vorteil, daß sich über sie eine weitgehende spielfreie Lagerung des Läufers erreichen läßt. Solche Elektromotoren sind beispielsweise in der DE 33 02 349 A1 oder DE 1 538 717 A beschrieben. In der DE 29 02 492 A1 ist eine Rotorabstützung mit einem Lager zur automatischen Positionierung eines Rotors durch ein Fluid offenbart, wobei das Lager mit einer sich drehenden Lagerfläche versehen ist, die durch die Drehung gegenüber einer feststehenden Lagerfläche im Fluid eine Druckzunahme bewirkt, wobei der erzeugte Fluiddruck verwendet wird zur axialen Positionierung des Rotors auf einem durch einen Anschlag begrenzten Weg.Electric motors comprising a rotor, a stator and a bearing, through which the rotor is mounted spherically, wherein the bearing comprises a bearing shell and a slidably disposed in the bearing shell spherical sliding body are used in particular in centrifugal pumps. They have the advantage that it can be achieved over a largely play-free storage of the rotor. Such electric motors are for example in the DE 33 02 349 A1 or DE 1 538 717 A described. In the DE 29 02 492 A1 there is disclosed a rotor support with a bearing for automatically positioning a rotor by a fluid, the bearing being provided with a rotating bearing surface which causes a pressure increase by rotation with respect to a stationary bearing surface in the fluid, the fluid pressure generated being used for axial positioning of the rotor on a path bounded by a stop.

Als nächstligender Stand der Technik ist aus der GB 2 213 208 A eine Motoreinheit für eine Kreiselpumpe bekannt, bei der eine rotierende Kappe auf einer stationären Kugel gelagert ist. Die Kappe weist einen zentralen materialfreien Bereich in Form eines Kanals auf.The nearest state of the art is from the GB 2 213 208 A a motor unit for a centrifugal pump, in which a rotating cap is mounted on a stationary ball. The cap has a central material-free region in the form of a channel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einem hohen Freiheitsgrad bezüglich der äußeren Abmessungen eine weitgehend spielfreie Lagerung des Läufers aufweist.Of the Invention is based on the object, an electric motor of the above to create said type, which at a high degree of freedom in terms of the outer dimensions having a largely backlash-free storage of the rotor.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Elektromotor erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lagerschale einen zentralen materialfreien Bereich aufweist, welcher so ausgebildet ist, daß der Kraftvektor der vom kugelförmigen Gleitkörper auf die Lagerschale ausgeübten Gesamtgegenkraft auf den zentralen materialfreien Bereich gerichtet ist, wenn eine Asymmetrie zwischen Läufer und Stator vorliegt und daß ein Durchmesser des zentralen materialfreien Bereichs gleich oder größer ist als das 0,44-fache des Durchmessers des Gleitkärpers.These Task is in the above-mentioned electric motor according to the invention thereby solved, that the Bearing shell has a central material-free area, which is designed so that the The force vector of spherical sliding exerted on the bearing shell Total counterforce directed to the central material-free area is when there is an asymmetry between rotor and stator and the existence Diameter of the central material-free area is equal to or greater than 0.44 times the diameter of the sliding body.

Wenn der Läufer magnetfelderzeugend ausgebildet ist, insbesondere über an dem Läufer angeordnete permanentmagnetische Magnetpole, dann läßt sich der Läufer mit geringer axialer Bauhöhe ausbilden und damit wiederum läßt sich der erfindungsgemäße Elektromotor mit geringer axialer Bauhöhe ausbilden. Insbesondere läßt sich dann eine Umwälzpumpe, in welche ein solcher Elektromotor eingesetzt ist, mit geringer axialer Bauhöhe ausbilden.If the runner Magnetfelderzeugend is formed, in particular over on the runner arranged permanent magnetic magnetic poles, then can be the runner form with low axial height and with that in turn can be the electric motor according to the invention with low axial height form. In particular, can be then a circulation pump, in which such an electric motor is used, with less axial height form.

Elektromotoren mit permanentmagnetischen Läufern weisen einen hohen Wirkungsgrad auf, da die Läufer keine Verluste erzeugen.electric motors with permanent magnetic runners have a high efficiency, since the runners generate no losses.

Bei geringer Bauhöhe des Läufers ist dann aber eine Axialkomponente der Magnetkraft entsprechend gering. Ferner verlaufen Kraftlinien zwischen dem Läufer und einem Rückschlußelement des Stators divergierend, so daß bei Asymmetrie des Läufers bezüglich des Stators Radialkraftdifferenzen auftreten können. Insbesondere sind für einen Magnetpol, welcher dem Stator näher liegt, die Radialkräfte größer als für einen diametral gegenüberliegenden Magnetpol, welcher dem Stator entfernter liegt. Die Radialkräfte nehmen dabei mit verringertem Abstand zu dem Stator stark zu. Insbesondere in Verbindung mit einer verringerten Axialkomponente der Magnetkraft bedeutet dies dann, daß die resultierende Gesamtkraft, welche sich aus der hydraulischen Kraft und der Gesamtmagnetkraft zusammensetzt, einen Kraftvektor aufweist, welcher außermittig mit einer Radialkomponente auf die Lagerschale trifft. Diese Kraft führt zu einem nicht-sphärischen Verschleiß insbesondere in der Lagerschale, in welcher der kugelförmige Gleitkörper gleitet. Dadurch geht die geometrische (sphärische) Form verloren, da ein einseitiger Abtrag vorliegt. In der Lagerschale kann ein Ringkanal entstehen, weicher zu einer Aufnahme einer einseitigen Abrollbewegung führt. Diese nicht vollflächige Gleitbewegung am kugelförmigen Gleitkörper führt zu Unwucht, erhöhten Laufgeräuschen und weiterem Verschleiß.at low height of the runner is then but an axial component of the magnetic force accordingly low. Furthermore, lines of force run between the rotor and a yoke element of the stator diverging, so that at Asymmetry of the runner with respect to the Stators radial force differences can occur. In particular, for one Magnetic pole, which closer to the stator lies, the radial forces greater than for one diametrically opposite Magnetic pole, which is located more distant from the stator. Take the radial forces doing so with a reduced distance to the stator strongly. Especially in conjunction with a reduced axial component of the magnetic force means this then, that the resulting total force resulting from the hydraulic force and the total magnetic force, has a force vector, which off-center with a radial component hits the bearing shell. This power leads to a non-spherical Wear in particular in the bearing shell, in which the spherical sliding body slides. As a result, the geometric (spherical) shape is lost because a one-sided removal exists. In the bearing shell, an annular channel arise, softer to a recording of a unilateral rolling motion leads. This not full-surface Sliding motion on spherical Sliding body leads to imbalance, increased running noise and further wear.

Neben einer mechanischen Asymmetrie zwischen Läufer und Stator können auch nicht-symmetrische Kräfte durch unsymmetrische Magnetisierung (anisotrope Magnetisierung entstehen); diese können in einer nicht-axialen Gesamtkraft resultieren.Next a mechanical asymmetry between rotor and stator can also non-symmetrical forces by unbalanced magnetization (anisotropic magnetization arise); these can result in a non-axial total force.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist nun ein zentraler materialfreier Bereich vorgesehen, so daß auch bei Asymmetrie zwischen Läufer und Stator (beispielsweise bei mechanischer Außermittigkeit und/oder magnetischer Anisotropie) kein Materialabtrag an dem Lager erfolgen kann (welcher beispielsweise in unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten resultieren könnte). Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich daher ein permanentmagnetischer Läufer einsetzen, um beispielsweise die Bauhöhe des Elektromotors zu minimieren, wobei die Probleme aufgrund nicht-sphärischem Verschleiß an dem Lager vermieden sind.The inventive solution now a central material-free area is provided so that even with asymmetry between the rotor and stator (for example, mechanical eccentricity and / or magnetic anisotropy) no material removal can take place on the camp (which, for example, could result in different peripheral speeds). The inventive solution can therefore be a permanent magnetic rotor use, for example, to minimize the height of the electric motor, the Proble me are avoided due to non-spherical wear on the bearing.

Grundsätzlich ist es möglich, daß der kugelförmige Gleitkörper an dem Läufer angeordnet ist und die Lagerschale drehfest bezüglich des Stators angeordnet ist. Vorteilhaft ist es, wenn die Lagerschale drehfest an dem Läufer angeordnet ist und der kugelförmige Gleitkörper drehfest bezüglich des Stators angeordnet ist. Dadurch ergibt sich beispielsweise eine einfache Schmiermöglichkeit des Lagers, beispielsweise über ein Förderfluid einer Umwälzpumpe, in welcher der Elektromotor verwendet wird.Basically it is possible that the spherical sliding on the runner is arranged and arranged the bearing shell rotatably relative to the stator is. It is advantageous if the bearing shell rotatably disposed on the rotor is and the spherical one sliding rotatably re of the stator is arranged. This results, for example, a easy lubrication of the warehouse, for example via a conveying fluid a circulation pump, in which the electric motor is used.

Insbesondere ist es vorgesehen, daß der Läufer zur Magnetfelderzeugung einen oder mehrere Permanentmagnete umfaßt. Es sind dann über den Umfang des Läufers verteilt beispielsweise vier oder sechs Magnetpole mit alternierender Polung angeordnet.Especially it is envisaged that the runner for Magnetic field generation comprises one or more permanent magnets. There are then over the scope of the runner For example, distributes four or six magnetic poles with alternating Arranged polarity.

Insbesondere ist es vorgesehen, daß der Läufer einen dem Stator und insbesondere einem Rückschlußring des Stators zugewandten Kugeloberflächenbereich aufweist, um so einen Sphäromotor zu bilden.Especially it is envisaged that the runner a the stator and in particular a yoke ring of the stator facing Spherical surface area so as to have a spherical motor to build.

Es ist dann ein Luftspalt zwischen Läufer und Stator durch beabstandete Kugeloberflächenbereiche gebildet.It is then an air gap between rotor and stator by spaced Spherical surface areas educated.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der zentrale materialfreie Bereich um eine Schmierbohrung angeordnet ist oder eine Schmierbohrung bildet. Es läßt sich dann auch Schmierungsfluid über diesen zentralen materialfreien Bereich zu den Gleitflächen jeweils des kugelförmigen Gleitkärpers und der Lagerschale zuführen; eine Gleitfläche der Lagerschale ist dabei insbesondere konkav ausgebildet.All it is particularly advantageous if the central material-free area is arranged around a lubrication hole or forms a lubrication hole. It let yourself then also lubrication fluid over this central material-free area to the sliding surfaces respectively of the spherical one Gleitkärpers and feed the bearing cup; a sliding surface the bearing shell is in particular concave.

Weiterhin ist es günstig, wenn der zentrale materialfreie Bereich insbesondere rotationssymmetrisch um eine Achse des Läufers gebildet ist, so daß der Ausgangspunkt für den zentralen materialfreien Bereich der Idealfall ist, bei dem Läufer und Stator mittig sind. Es lassen sich dann Asymmetrien in allen radialen Richtungen erfassen.Farther is it cheap if the central material-free region in particular rotationally symmetrical around an axis of the runner is formed, so that the Starting point for The central material-free area is the ideal case where runner and stator are in the middle. It can then be asymmetries in all radial Capture directions.

Günstig ist es, wenn die Lagerschale einen hohlzylindrischen Abschnitt und einen sphärischen Abschnitt aufweist, welcher in axialer Richtung auf den hohlzylindrischen Abschnitt folgt. In diese Abschnitte ist dann der kugelförmige Gleitkörper eingetaucht, wobei er an konkaven Wänden des sphärischen Abschnitts sich abstützend gleitet.Cheap is it, if the bearing shell has a hollow cylindrical section and a spherical section which, in the axial direction of the hollow cylindrical Section follows. In these sections, then the spherical slider is immersed, being on concave walls of the spherical Section supporting slides.

Der zentrale materialfreie Bereich ist dabei vorteilhafterweise in dem sphärischen Abschnitt gebildet, da dort die konkave Gleitfläche der Lagerschale vorliegt.Of the Central material-free area is advantageously in the spherical Section formed because there is the concave sliding surface of the bearing shell.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Durchmesser des zentralen materialfreien Bereichs in Abhängigkeit von Fertigungstoleranzen eingestellt ist. Wenn garantiert ist, daß Läufer und Stator exakt symmetrisch liegen und die Magnetisierung isotrop ist, dann ist der zentrale materialfreie Bereich minimierbar. Da aber aufgrund von Fertigungstoleranzen dies insbesondere bei der Serienfertigung nicht garantiert werden kann, muß der zentrale materialfreie Bereich mit entsprechender Dimensionierung vorgesehen werden. Bezüglich noch tolerierbarer Fertigungstoleranzen wird dann die maximale (und noch tolerierbare) Asymmetrie herangezogen, um den zentralen materialfreien Bereich zu dimensionieren, und zwar als Summe von mechanischer und magnetischer Asymmetrie. Für diese maximale Abweichung von der (sphärischen) Symmetrie wird die Lage des resultierenden Gesamtkraftvektors bestimmt, wobei dann dieser auf den zentralen materialfreien Bereich treffen muß und nicht auf Materialbereiche der Lagerschale. Es läßt sich dann gewährleisten, daß kein nicht-sphärischer Verschleiß des Lagers erfolgt.All it is particularly advantageous if a diameter of the central material-free area depending on set by manufacturing tolerances. If it is guaranteed that runners and Stator are exactly symmetrical and the magnetization is isotropic, then the central material-free area is minimized. Here but due to manufacturing tolerances this particular in mass production can not be guaranteed, the central material-free area be provided with appropriate dimensioning. Regarding yet tolerable manufacturing tolerances then becomes the maximum (and still tolerable) Asymmetry used to the central material-free area to dimension, as a sum of mechanical and magnetic Asymmetry. For this maximum deviation from the (spherical) symmetry becomes the Position of the resulting total force vector is determined, in which case this must hit the central material-free area and not on material areas of the bearing shell. It can then be ensured that no non-spherical Wear of the Warehouse takes place.

Es hat sich in der Praxis als ausreichend erwiesen, wenn der Durchmesser des zentralen materialfreien Bereichs gleich oder größer ist als das 0,44-fache und insbesondere gleich oder größer ist als das 0,5-fache des Durchmessers des kugelförmigen Gleitkörpers. Bei größeren Fertigungstoleranzen ist vorzugsweise ein Durchmesser des zentralen materialfreien Bereichs gleich oder größer als das 0,6-fache des Durchmessers des kugelförmigen Gleitkörpers.It has proven in practice to be sufficient when the diameter of the central material-free area is equal to or greater being 0.44 times and especially equal to or greater than 0.5 times the diameter of the spherical slider. at larger manufacturing tolerances preferably a diameter of the central material-free area equal to or greater than 0.6 times the diameter of the spherical slider.

Insbesondere ist dabei ein Durchmesser des zentralen materialfreien Bereichs kleiner als der Durchmesser des kugelförmigen Gleitkörpers, so daß noch eine konkave Stützfläche für den kugelförmigen Gleitkörper in der Lagerschale vorhanden ist.Especially is a diameter of the central material-free area smaller than the diameter of the spherical slider so that one more concave support surface for the spherical sliding body in the bearing shell is present.

Der erfindungsgemäße Elektromotor kann in einer Umwälzpumpe eingesetzt werden, bei der es sich dann um eine Kreiselpumpe handelt.Of the Electric motor according to the invention can in a circulating pump be used, which is then a centrifugal pump.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The The following description of a preferred embodiment is used in conjunction with the drawing of the closer explanation the invention. Show it:

1 eine perspektivische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Umwälzpumpe; 1 a sectional perspective view of an embodiment of a circulating pump according to the invention;

2 eine schematische Schnittansicht längs der Linie 2-2 gemäß 1, wobei der Magnetfeldverlauf bei einem erfindungsgemäßen magnetfelderzeugenden Läufer gezeigt ist; 2 a schematic sectional view taken along the line 2-2 according to 1 wherein the magnetic field profile is shown in a magnetic field generating rotor according to the invention;

3 im Vergleich zu 2 schematisch den Feldlinienverlauf, wenn der Stator magnetfelderzeugend ist (Stand der Technik); 3 compared to 2 schematically the field line profile when the stator is magnetic field generating (prior art);

4 schematisch eine Teilansicht des Läufers und des Stators und die wirkenden Kräfte, und 4 schematically a partial view of the rotor and the stator and the forces acting, and

5 eine Teilansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagers zur Lagerung des Läufers. 5 a partial view of an embodiment of a bearing according to the invention for the storage of the rotor.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektromotors, welcher in 1 als Ganzes mit 100 bezeichnet ist, ist Teil einer Umwälzpumpe 102, so daß eine Pumpen-Motor-Einheit gebildet ist. Die Umwälzpumpe 102 umfaßt dabei ein Gehäuse 104, in welchem der Elektromotor 100 angeordnet ist. Die Umwälzpumpe 102 ist, wie unten noch näher beschrieben, als Kreiselpumpe ausgebildet.An embodiment of an electric motor according to the invention, which in 1 as a whole with 100 is part of a circulating pump 102 so that a pump-motor unit is formed. The circulation pump 102 includes a housing 104 in which the electric motor 100 is arranged. The circulation pump 102 is, as described in more detail below, designed as a centrifugal pump.

Der Elektromotor 100 weist einen Läufer (Rotor) 106 auf. Mit diesem drehfest verbunden ist ein Schaufelrad 108, um eine Läufer-Schaufelrad-Einheit zu bilden.The electric motor 100 has a runner (rotor) 106 on. Connected to this rotatably is a paddle wheel 108 to form a rotor-paddle wheel unit.

Der Elektromotor 100 umfaßt ferner einen Stator 110 mit einer oder mehreren Wicklungen 112 und einem weichmagnetischen Rückschlußring 114. Der Stator 110 ist drehfest in dem Gehäuse 104 angeordnet.The electric motor 100 further comprises a stator 110 with one or more windings 112 and a soft magnetic yoke ring 114 , The stator 110 is rotationally fixed in the housing 104 arranged.

Der Läufer 106 ist magnetfelderzeugend ausgebildet. Dazu umfaßt er ein oder mehrere Magnetelemente 116, bei denen es sich insbesondere um Permanentmagnete handelt, die über eine radiale Richtung magnetisiert sind. Insbesondere sind die Magnetelemente 116 über Permanentmagnete hoher Koerzitivfeldstärke gebildet, wobei die magnetischen Pole der einzelnen Magnetelemente über dem Umfang des Läufers 106 mit alternierender Polung angeordnet sind.The runner 106 is formed magnetic field generating. For this purpose it comprises one or more magnetic elements 116 which are in particular permanent magnets, which are magnetized via a radial direction. In particular, the magnetic elements 116 formed by permanent magnets of high coercive force, wherein the magnetic poles of the individual magnetic elements over the circumference of the rotor 106 arranged with alternating polarity.

Eine dem Stator 110 zugewandte Oberfläche 118 des Läufers 106 ist Teil einer Kugeloberfläche, wobei die Magnetelemente 116 dieser Oberflächengestalt folgen. Zum Schutz der Magnetelemente 116 weist der Läufer 106 eine Ummantelung 120 auf, welche aus Kunststoff oder Edelstahl hergestellt ist, welche die Oberfläche 118 bildet.A the stator 110 facing surface 118 of the runner 106 is part of a spherical surface, wherein the magnetic elements 116 follow this surface shape. To protect the magnetic elements 116 points the runner 106 a sheath 120 on, which is made of plastic or stainless steel, which is the surface 118 forms.

Die sphärische Oberfläche 118 entspricht dabei einem Abschnitt einer gedachten Kugel, welche senkrecht zu einer Achse 122 (4), welche durch den Mittelpunkt der gedachten Kugel läuft, geschnitten wurde. Ein dem Gehäuse 104 zuweisender Bereich 124 des Läufers 106 weist dadurch eine im wesentlichen ebene Oberfläche auf. Gleiches gilt für einen Bereich 126 des Läufers 106, welcher dem Schaufelrad 108 hin zuweist.The spherical surface 118 corresponds to a portion of an imaginary sphere, which is perpendicular to an axis 122 ( 4 ), which runs through the center of the imaginary sphere, was cut. A the case 104 allocating area 124 of the runner 106 thus has a substantially flat surface. The same applies to one area 126 of the runner 106 , which the paddle wheel 108 assigns.

Die Wicklung bzw. Wicklungen 112 des Stators 110 sind den Läufer 106 umgebend angeordnet.The winding or windings 112 of the stator 110 are the runner 106 arranged surrounding.

Zwischen dem Läufer 106 und dem Stator 110 und insbesondere dessen Rückschlußring 114 ist ein Luftspalt 128 zum magnetischen Rückschluß gebildet. Beabstandete Kugeloberflächenbereiche, nämlich die Oberfläche 118 und eine gegenüberliegende sphärische Oberfläche 130 einer die Wicklung bzw. Wicklungen 112 umgebenden Wand 132, bilden einen Teil dieses Luftspalts 128. Die Wand 132 wirkt dabei als Trennwand zu den Naßbereichen der Umwälzpumpe 102.Between the runner 106 and the stator 110 and in particular its yoke ring 114 is an air gap 128 formed for magnetic inference. Spaced spherical surface areas, namely the surface 118 and an opposite spherical surface 130 one the winding or windings 112 surrounding wall 132 , form part of this air gap 128 , The wall 132 acts as a partition to the wet areas of the circulation pump 102 ,

Der Läufer 106 ist sphärisch gelagert, um so eine Kreiselpumpe zu bilden. Ein entsprechendes Lager 136 umfaßt einen beispielsweise als Kugel ausgebildeten kugelförmigen Gleitkörper 138, welcher an einer Haltesäule 134 (4) sitzt. Diese Haltesäule ist drehfest in dem Gehäuse 104 angeordnet. Ein Mittelpunkt des kugelförmigen Gleitkörpers 138 sitzt auf der Achse 122 des Läufers. Ferner fällt der Mittelpunkt des kugelförmigen Gleitkörpers 138 im wesentlichen zusammen mit dem Mittelpunkt der gedachten Kugel, welche die Oberfläche 118 bildet.The runner 106 is spherical, so as to form a centrifugal pump. A corresponding warehouse 136 comprises a ball-shaped spherical slider, for example 138 which is on a support column 134 ( 4 ) sits. This support column is rotationally fixed in the housing 104 arranged. A center of the spherical slider 138 sits on the axle 122 of the runner. Further, the center of the spherical slider falls 138 essentially together with the center of the imaginary sphere, which is the surface 118 forms.

Das Lager 136 umfaßt ferner eine Lagerschale 140 (5), welche beispielsweise aus Kohle hergestellt ist. Der kugelförmige Gleitkörper 138, der aus einem Hartstoffmaterial und insbesondere Keramikmaterial hergestellt ist, kann relativ zur Lagerschale 140 in dieser gleiten. Die Lagerschale 140 ist drehfest mit dem Läufer 106 verbunden. Dadurch läßt sich dann eine weitgehend spielfreie Lagerung des Läufers 106 in dem Gehäuse 104 realisieren.The warehouse 136 further comprises a bearing shell 140 ( 5 ), which is made of coal, for example. The spherical slider 138 , which is made of a hard material and in particular ceramic material, relative to the bearing shell 140 slide in this. The bearing shell 140 is rotatable with the runner 106 connected. This then allows a largely backlash-free storage of the rotor 106 in the case 104 realize.

Die Lagerschale 140 umfaßt, wie in 5 gezeigt, einen hohlzylindrischen Abschnitt 142 mit einem Durchmesser D, welcher im Wesentlichen einem Kugeldurchmesser d des kugelförmigen Gleitkörpers 138 entspricht. Zwischen dem kugelförmigen Gleitkörper 138 und einer Lagerschalenwand 144 kann ein Luftspalt 146 gebildet sein, dessen Ausdehnung quer zur Achse 122 erheblich kleiner ist als der Durchmesser d des kugelförmigen Gleitkörpers 138.The bearing shell 140 includes, as in 5 shown a hollow cylindrical section 142 with a diameter D, which is substantially a ball diameter d of the spherical slider 138 equivalent. Between the spherical slider 138 and a bearing shell wall 144 can be an air gap 146 be formed, whose extension transverse to the axis 122 is considerably smaller than the diameter d of the spherical slider 138 ,

Auf den hohlzylindrischen Abschnitt 142 folgt in axialer Richtung (in Richtung der Achse 122) ein sphärischer Abschnitt 148, wobei der Mittelpunkt der gedachten, diesen sphärischen Abschnitt bildenden Kugel mit dem Mittelpunkt des kugelförmigen Gleitkörpers 138, welcher eine Gleitkugel für das Lager 136 ist, zusammenfällt. Ein Radius R dieser gedachten Kugel, welchen den sphärischen Abschnitt 148 bildet, entspricht dabei im Wesentlichen dem Radius d/2 der Kugel des kugelförmigen Gleitkörpers 138.On the hollow cylindrical section 142 follows in the axial direction (in the direction of the axis 122 ) a spherical section 148 , wherein the center of the imaginary sphere forming this spherical section is the center of the spherical slider 138 which is a sliding ball for the bearing 136 is, coincides. A radius R of this imaginary sphere, which is the spherical section 148 forms, corresponds substantially to the radius d / 2 of the ball of the spherical slider 138 ,

Um die Achse 122 des Läufers 106 ist in der Lagerschale 140 ein zentraler materialfreier Bereich 150 gebildet. Dieser ist damit in dem sphärischen Abschnitt 148 angeordnet und steht über den sphärischen Abschnitt 148 in Verbindung mit dem hohlzylindrischen Abschnitt 142. Dieser zentrale materialfreie Bereich 150 ist kugelsymmetrisch bezüglich der Achse 122 ausgebildet und weist einen Durchmesser M auf.Around the axis 122 of the runner 106 is in the bearing cup 140 a central material-free area 150 educated. This is so in the spherical Ab cut 148 arranged and stands over the spherical section 148 in conjunction with the hollow cylindrical section 142 , This central material-free area 150 is spherically symmetric with respect to the axis 122 formed and has a diameter M on.

Der zentrale materialfreie Bereich 150 bildet eine Schmierbohrung, über die sich ein Schmierungsmedium wie Förderflüssigkeit einer Gleitfläche 152 des kugelförmigen Gleitkörpers 138 und einer Gleitfläche 154 der Lagerschale 148 insbesondere am sphärischen Abschnitt 148 zuführen läßt.The central material-free area 150 forms a lubrication hole, over which a lubrication medium such as pumped liquid of a sliding surface 152 of the spherical slider 138 and a sliding surface 154 the bearing shell 148 especially at the spherical section 148 can be fed.

Der kugelförmige Gleitkörper 138, welcher an der Haltesäule 134 sitzt, ist in den hohlzylindrischen Abschnitt 142 der Lagerschale 140 eingetaucht und ist über den sphärischen Abschnitt 148 relativ zu der Lagerschale 140 gleitbar. Über den sphärischen Abschnitt 148 lassen sich axiale und radiale Kräfte des Läufers 106 auf den kugelförmigen Gleitkörper 138 übertragen. Entsprechend übt dann der kugelförmige Gleitkörper 138 eine Gegenkraft auf den Läufer 106 und damit auf die Lagerschale 140 aus.The spherical slider 138 , which is at the support column 134 is sitting in the hollow cylindrical section 142 the bearing shell 140 immersed and is above the spherical section 148 relative to the bearing shell 140 slidably. About the spherical section 148 can be axial and radial forces of the rotor 106 on the spherical slider 138 transfer. Accordingly exercises then the spherical slider 138 a drag on the runner 106 and thus on the bearing shell 140 out.

Der Läufer 106 ist über die Magnetelemente 116 magnetfelderzeugend, das heißt das Magnetfeld geht von dem Läufer 106 aus. In 2 ist schematisch der Feldlinienverlauf gezeigt. In dem Luftspalt 128 verlaufen Kraftlinien 156 zwischen dem Läufer 106 und dem weichmagnetischen Rückschlußring 114 des Stators 110. Diese verlaufen dabei aber nicht parallel, sondern weisen eine relativ starke Krümmung auf. Dies hat zur Folge, daß, wenn der Läufer 106 außermittig bezüglich des Stators 110 verschoben wird, das heißt insbesondere, wenn eine Achse 158 des Stators 110 und die Achse 122 des Läufers 106 nicht mehr zusammenfallen, große Radialkraftdifferenzen auftreten; ein Magnetpol des Magneten 116, welcher aufgrund der Außermittigkeit näher an dem Rückschlußring 114 liegt, erfährt dabei eine größere Radialkraft als der diametral gegenüberliegende Magnetpol, der eine größeren Abstand zu dem Rückschlußring 114 hat. Beim Herausrücken aus einer zentrischen Position nimmt damit bei dem zu dem Rückschlußring 114 näherrückenden Magnetpol die radiale Kraft zu, während sie bei einem diametral gegenüberliegenden Magnetpol abnimmt. Dadurch treten Stabilitätsprobleme bei der Lagerung auf.The runner 106 is about the magnetic elements 116 magnetic field generating, that is, the magnetic field goes from the rotor 106 out. In 2 is shown schematically the field line course. In the air gap 128 run lines of force 156 between the runner 106 and the soft magnetic yoke ring 114 of the stator 110 , These run but not parallel, but have a relatively strong curvature. As a result, if the runner 106 off-center with respect to the stator 110 is shifted, that is, in particular, if an axis 158 of the stator 110 and the axis 122 of the runner 106 no longer coincide, large radial force differences occur; a magnetic pole of the magnet 116 , which due to the eccentricity closer to the yoke ring 114 lies, experiences a greater radial force than the diametrically opposite magnetic pole, which is a greater distance from the yoke ring 114 Has. When you move out of a centric position takes so that at the yoke ring 114 Magnetic pole closer to the radial force, while it decreases at a diametrically opposite magnetic pole. This causes stability problems during storage.

Im Vergleich dazu ist für eine nicht erfindungsgemäße Vorrichtung in 3 eine ähnliche Ansicht wie in 2 gezeigt, wobei hier ein Stator 160 mit einer Wicklung 162 magnetfelderzeugend ist. Zwischen einem Läufer 164 und dem Stator 160 verlaufen Kraftlinien 166, welche näherungsweise parallel liegen. Bei einer exzentrischen Auslenkung treten deshalb im wesentlichen keine Radialkraftdifferenzen auf, so daß sich eine Exzentrizität nicht auf die Lagerung auswirkt.In comparison, for a non-inventive device in 3 a similar view as in 2 shown, where here is a stator 160 with a winding 162 is magnetic field generating. Between a runner 164 and the stator 160 run lines of force 166 , which are approximately parallel. In an eccentric deflection therefore occur substantially no radial force differences, so that an eccentricity does not affect the storage.

Neben oder anstatt einer Asymmetrie zwischen Läufer 106 und Stator 110 aufgrund relativer außermittiger Positionen können auch Asymmetrien in der Magnetisierung oder unsymmetrische Ausbildungen von Luftspaltbegrenzungen zu einer resultierenden Magnetkraft führen, die eine radiale Komponente aufweist.Besides or instead of an asymmetry between runners 106 and stator 110 Due to relative off-center positions, asymmetries in the magnetization or asymmetrical configurations of air gap boundaries can also lead to a resulting magnetic force having a radial component.

Der erfindungsgemäße zentrale materialfreie Bereich 150 sorgt nun dafür, daß die Probleme und insbesondere Verschleißprobleme aufgrund Asymmetrie wie beispielsweise Exzentrizität zwischen dem Läufer 106 und dem Stator 110, wie sie im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurden, weitgehend vermieden sind.The central material-free region according to the invention 150 now ensures that the problems and in particular wear problems due to asymmetry such as eccentricity between the runner 106 and the stator 110 as related to 2 described are largely avoided.

Der Läufer 106 erfährt eine Kraft, welche sich aus der hydraulischen Kraft und der resultierenden Magnetkraft zusammensetzt. Er wirkt mit einer resultierenden Kraft auf den kugelförmigen Gleitkörper 138, deren resultierende Gesamtgegenkraft 168 (4) von dem kugelförmigen Gleitkörper 138 auf die Lagerschale 140 ausgeübt wird. Die resultierende Gesamtgegenkraft 168 ist die Resultierende aus der hydraulischen Gegenkraft 170 und der resultierenden Gegenmagnetkraft 172. Wenn der Läufer 106 zentrisch angeordnet ist, das heißt seine Achse 122 mit der Achse 158 des Stators 110 zusammenfällt, dann ist bei isotroper Magnetisierung die radiale Komponente der resultierenden Gegenmagnetkraft 172 Null und die resultierende Gesamtgegenkraft 168 wirkt in Achsrichtung der Achse 122.The runner 106 experiences a force which is composed of the hydraulic force and the resulting magnetic force. He acts with a resultant force on the spherical slider 138 whose resulting total counterforce 168 ( 4 ) from the spherical slider 138 on the bearing shell 140 is exercised. The resulting total drag 168 is the resultant of the hydraulic drag 170 and the resulting counter magnetic force 172 , If the runner 106 is arranged centrally, that is its axis 122 with the axis 158 of the stator 110 coincides, then in isotropic magnetization, the radial component of the resulting counter-magnetic force 172 Zero and the resulting total drag 168 acts in the axial direction of the axis 122 ,

Ist jedoch der Läufer 106 unsymmetrisch bezüglich des Stators 110, beispielsweise indem ein paralleler Achsversatz zwischen den Achsen 122 und 158 vorhanden ist, wie in 4 gezeigt, dann führen die divergenten Kraftlinien bei einem magnetfelderzeugenden Läufer 106 dazu, daß eine Radialkraftdifferenz vorliegt. Da zudem der Axialanteil der resultierenden Gegenmagnetkraft 172 relativ klein ist, wenn der Läufer 106 mit seinen Magnetelementen 116 eine geringe Bauhöhe in der Achse 122 aufweist, bedeutet dies, daß die resultierende Gegenkraft 168, wie in 4 gezeigt, nicht mehr in der gleichen Richtung liegt wie die hydraulische Gegenkraft 170, das heißt auf der Achse 122, sondern in einem Winkel dazu.Is however the runner 106 unbalanced with respect to the stator 110 , for example, by a parallel axis offset between the axes 122 and 158 is present as in 4 shown, then lead the divergent lines of force in a magnetic field generating rotor 106 to the fact that a radial force difference exists. In addition, since the axial portion of the resulting counter-magnetic force 172 is relatively small when the runner 106 with its magnetic elements 116 a low height in the axle 122 has, this means that the resulting counterforce 168 , as in 4 shown no longer in the same direction as the hydraulic counterforce 170 that is on the axis 122 but at an angle to it.

Dies würde aber bedeuten, daß bei Asymmetrie zwischen Läufer 106 und Stator 110 der kugelförmige Gleitkörper 138 außermittig auf die Lagerschale 140 drückt und die Lagerschale 140 dadurch einen entsprechenden Verschleiß erfährt. Der entsprechende Verschleißbereich an der Lagerschale 140 ist dabei aber nicht sphärisch symmetrisch. Es würde sich in ihr ein Ringkanal bilden, was wiederum dazu führt, daß die Lagerschale 140 bei Rotation um den kugelförmigen Gleitkörper 138 eine einseitige Abrollbewegung aufnimmt, anstatt vollflächig auf der Kugeloberfläche des kugelförmigen Gleitkkörpers 138 zu gleiten. Dies führt zu einer Unwucht, zu erhöhter Geräuschbildung und zu weiter zunehmendem nicht-sphärischem Verschleiß.This would mean that in asymmetry between runners 106 and stator 110 the spherical slider 138 Off-center on the bearing shell 140 presses and the bearing shell 140 thereby undergoes a corresponding wear. The corresponding wear area on the bearing shell 140 is not spherical symmetric. It would form an annular channel in her, which in turn leads to the bearing shell 140 when rotated around the spherical slider 138 a one-sided Rolling receives, instead of the entire surface on the spherical surface of the spherical Gleitkkörpers 138 to glide. This leads to an imbalance, to increased noise and to further increasing non-spherical wear.

Erfindungsgemäß ist nun der zentrale materialfreie Bereich 150 so angeordnet und so ausgebildet, daß die resultierende Gesamtgegenkraft 168 eben auf einen materialfreien Bereich trifft, das heißt auf einen freigeschnittenen Bereich. Dieser ist so groß, daß der Kraftvektor auf Fluid trifft, jedoch nicht auf Festkörpermaterial der Lagerschale 140. Dadurch kann auch bei schrägen Kraftvektoren kein nicht-sphärischer Verschleiß der Lagerschale 140 entstehen, so daß über längere Zeit die weitgehend spielfreie Lagerung des Läufers 106 in dem Gehäuse 104 gewährleistet ist.According to the invention is now the central material-free area 150 arranged and designed so that the resulting total counterforce 168 just hit on a material-free area, that is on a cut-free area. This is so large that the force vector hits fluid, but not on solid material of the bearing shell 140 , As a result, even with oblique force vectors no non-spherical wear of the bearing shell 140 arise, so that for a long time the largely backlash-free storage of the rotor 106 in the case 104 is guaranteed.

Der Durchmesser M des zentralen materialfreien Bereichs 150 ist insbesondere in Abhängigkeit von Fertigungstoleranzen einschließlich Anisotropien in der Magnetisierung des Läufers 106 gewählt: Je geringer Fertigungstoleranzen sind, desto kleiner kann dieser Durchmesser gewählt werden. Die Fertigungstoleranzen beziehen sich dabei auf die Abmessung und Ausbildung des kugelförmigen Gleitkörpers 138, des sphärischen Abschnitts 148, der Achsgenauigkeit der Anordnung des kugelförmigen Gleitkörpers 138 an der Haltesäule 134, der Achsgenauigkeit des Stators 110, die Isotropie der Magnetisierung usw., wobei diese Größen auch in Relation zueinander stehen.The diameter M of the central material-free area 150 is particularly dependent on manufacturing tolerances including anisotropies in the magnetization of the rotor 106 chosen: The smaller the manufacturing tolerances are, the smaller this diameter can be selected. The manufacturing tolerances relate to the dimension and design of the spherical slider 138 , the spherical section 148 , the axial accuracy of the arrangement of the spherical slider 138 at the support column 134 , the axial accuracy of the stator 110 , the isotropy of magnetization, etc., and these quantities are also related to each other.

Wenn aufgrund Fertigungstoleranzen eine maximale (tolerierbare) Abweichung der Symmetrie zwischen Läufer 106 und Stator 110 erwartet ist, dann sollte der Durchmesser M des zentralen materialfreien Bereichs 150 so eingestellt sein, daß die resultierende Gesamtgegenkraft 168 noch mit ihrem Kraftvektor auf diesen zentralen materialfreien Bereich 150 trifft.If due to manufacturing tolerances a maximum (tolerable) deviation of the symmetry between runners 106 and stator 110 is expected, then the diameter M of the central material-free area should be 150 be set so that the resulting total counterforce 168 still with their force vector on this central material-free area 150 meets.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß es vorteilhaft ist, wenn M mindestens 0,5-fach so groß ist wie der Durchmesser d des kugelförmigen Gleitkörpers 138. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen wenn M mindestens 0,6-fach so groß ist wie der Durchmesser d des kugelförmigen Gleitkörpers 138; M ist dabei aufgrund des sphärischen Abschnitts 148 kleiner als der Durchmesser d des kugelförmigen Gleitkörpers 138.It has been shown in practice that it is advantageous if M is at least 0.5 times as large as the diameter d of the spherical slider 138 , It has proven to be particularly advantageous if M is at least 0.6 times as large as the diameter d of the spherical slider 138 ; M is due to the spherical section 148 smaller than the diameter d of the spherical slider 138 ,

Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich Elektromotoren 100 und Umwälzpumpen 102 realisieren, welche eine geringe Höhe in Richtung der Achse 158 aufweisen; beispielsweise kann diese Höhe insgesamt kleiner sein als 4 cm. Dies läßt sich erreichen, wenn der Läufer 106 über Permanentmagnetpole magnetfelderzeugend ist. Dies resultiert in einer kleinen Axialkomponente der Magnetkraft und in einer für die Lagerung ungünstigen Radialkomponente der Magnetkraft, wenn eine unsymmetrische Anordnung vorliegt.The inventive solution can be electric motors 100 and circulation pumps 102 realize which is a small height in the direction of the axis 158 exhibit; For example, this height can be less than 4 cm in total. This can be achieved if the runner 106 is magnetic field generating via permanent magnet poles. This results in a small axial component of the magnetic force and in an unfavorable for the storage radial component of the magnetic force when an asymmetrical arrangement is present.

Durch das Vorsehen eines zentralen materialfreien Bereichs 150 werden diese Probleme in ihrer Auswirkung auf das Lager 136 gelöst; durch diesen zentralen materialfreien Bereich 150, welcher so gewählt ist, daß die gesamte resultierende Gesamtgegenkraft 168 nicht auf ein Festkörpermaterial trifft, wird ein nicht-sphärischer Verschleiß der Lagerschale 140 verhindert, welcher sonst zu verschiedenen Umlaufgeschwindigkeiten der Kugel und damit beispielsweise zu einer erhöhten Laufunruhe und zu einer verringerten Lebensdauer des Elektromotors 110 führen könnte.By providing a central material-free area 150 These problems are reflected in their impact on the warehouse 136 solved; through this central material-free area 150 , which is chosen so that the total resulting total counterforce 168 does not encounter a solid state material, a non-spherical wear of the bearing shell 140 prevents which otherwise at different rotational speeds of the ball and thus, for example, to increased rough running and to a reduced life of the electric motor 110 could lead.

Claims (15)

Elektromotor umfassend einen Läufer (106), einen Stator (110) und ein Lager (136), durch welches der Läufer (106) sphärisch gelagert ist, wobei das Lager (136) eine Lagerschale (140) mit einem zentralen materialfreien Bereich (150) und einen in der Lagerschale gleitbar angeordneten kugelförmigen Gleitkörper (138) umfaßt und der Läufer (106) magnetfelderzeugend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (140) einen zentralen materialfreien Bereich (150) aufweist, welcher so ausgebildet ist, daß der Kraftvektor der vom kugelförmigen Gleitkörper (138) auf die Lagerschale (140) ausgeübten Gesamtgegenkraft (168) auf den zentralen materialfreien Bereich (150) gerichtet ist, wenn eine Asymmetrie zwischen Läufer (106) und Stator (110) vorliegt und daß ein Durchmesser (M) des zentralen materialfreien Bereichs (150) gleich oder größer ist als das 0,44-fache des Durchmessers (d) des kugelförmigen Gleitkörpers (138).Electric motor comprising a rotor ( 106 ), a stator ( 110 ) and a warehouse ( 136 ) through which the runner ( 106 ) is spherical, the bearing ( 136 ) a bearing shell ( 140 ) with a central material-free area ( 150 ) and a slidably disposed in the bearing shell spherical sliding body ( 138 ) and the runner ( 106 ) is formed magnetic field generating, characterized in that the bearing shell ( 140 ) a central material-free area ( 150 ), which is designed such that the force vector of the spherical sliding body ( 138 ) on the bearing shell ( 140 ) applied total counterforce ( 168 ) to the central material-free area ( 150 ) is directed, if an asymmetry between runners ( 106 ) and stator ( 110 ) and that a diameter (M) of the central material-free region ( 150 ) is equal to or greater than 0.44 times the diameter (d) of the spherical slider ( 138 ). Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (140) drehfest an dem Läufer (106) angeordnet ist.Electric motor according to claim 1, characterized in that the bearing shell ( 140 ) rotatably on the runner ( 106 ) is arranged. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kugelförmige Gleitkörper (138) drehfest bezüglich des Stators (110) angeordnet ist.Electric motor according to claim 1 or 2, characterized in that the spherical sliding body ( 138 ) rotationally fixed with respect to the stator ( 110 ) is arranged. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (106) einen oder mehrere Permanentmagnete (116) umfaßt.Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 106 ) one or more permanent magnets ( 116 ). Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (106) einen dem Stator (110) zugewandten Kugeloberflächenbereich (118) aufweist.Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 106 ) a the stator ( 110 ) facing ball surface area ( 118 ) having. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftspalt (128) zwischen Läufer (106) und Stator (110) durch beabstandete Kugeloberflächenbereiche (118, 130) gebildet ist.Electric motor according to one of the preceding Claims, characterized in that an air gap ( 128 ) between runners ( 106 ) and stator ( 110 ) by spaced spherical surface areas ( 118 . 130 ) is formed. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale materialfreie Bereich (150) um eine Schmierbohrung angeordnet ist oder eine Schmierbohrung bildet.Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that the central material-free region ( 150 ) is arranged around a lubrication hole or forms a lubrication hole. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale materialfreie Bereich (150) um eine Achse (122) des Läufers (106) gebildet ist.Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that the central material-free region ( 150 ) about an axis ( 122 ) of the runner ( 106 ) is formed. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale materialfreie Bereich (150) rotationssymmetrisch um eine Achse (122) gebildet ist.Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that the central material-free region ( 150 ) rotationally symmetric about an axis ( 122 ) is formed. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (140) einen hohlzylindrischen Abschnitt (142) und einen sphärischen Abschnitt (148) aufweist, welcher in axialer Richtung auf den hohlzylindrischen Abschnitt (142) folgt.Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing shell ( 140 ) a hollow cylindrical section ( 142 ) and a spherical section ( 148 ), which in the axial direction on the hollow cylindrical portion ( 142 ) follows. Elektromotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale materialfreie Bereich (150) im sphärischen Abschnitt (148) gebildet ist.Electric motor according to claim 10, characterized in that the central material-free region ( 150 ) in the spherical section ( 148 ) is formed. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchmesser (M) des zentralen materialfreien Bereichs (150) in Abhängigkeit von Fertigungstoleranzen eingestellt ist.Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that a diameter (M) of the central material-free region ( 150 ) is set in dependence on manufacturing tolerances. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchmesser (M) des zentralen materialfreien Bereichs (150) gleich oder größer ist als das 0,6-fache des Durchmessers (d) des kugelförmigen Gleitkörpers (138).Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that a diameter (M) of the central material-free region ( 150 ) is equal to or greater than 0.6 times the diameter (d) of the spherical slider ( 138 ). Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchmesser (M) des zentralen materialfreien kugelförmigen Bereichs (150) kleiner ist als der Durchmesser (d) des Gleitkörpers kugelförmigen (138).Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that a diameter (M) of the central material-free spherical region ( 150 ) is smaller than the diameter (d) of the spherical body ( 138 ). Verwendung eines Elektromotors (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche in einer Umwälzpumpe.Use of an electric motor ( 100 ) according to one of the preceding claims in a circulation pump.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102004008158A1 (en) 2004-02-12 2005-09-22 Laing, Oliver Spherical bearing, electric motor and circulation pump
DE102004058591A1 (en) * 2004-11-26 2006-06-01 Laing, Oliver Circulation pump and method for producing a circulation pump
FR3068539A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives ELECTROMAGNETIC ENERGY CONVERTER

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1538717A1 (en) * 1966-09-07 1970-06-11 Beteiligungs Ag Haustechnik Electric rotary machine
DE2902492A1 (en) * 1978-01-25 1979-07-26 Ultra Centrifuge Nederland Nv ROTOR SUPPORT
DE3302349A1 (en) * 1983-01-25 1984-07-26 Laing, Oliver, Dipl.-Phys., 7148 Remseck SPHERICAL RUNNER FOR ELECTRIC MOTORS
GB2213208A (en) * 1987-12-21 1989-08-09 Laing Karsten A Step bearing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1538717A1 (en) * 1966-09-07 1970-06-11 Beteiligungs Ag Haustechnik Electric rotary machine
DE2902492A1 (en) * 1978-01-25 1979-07-26 Ultra Centrifuge Nederland Nv ROTOR SUPPORT
DE3302349A1 (en) * 1983-01-25 1984-07-26 Laing, Oliver, Dipl.-Phys., 7148 Remseck SPHERICAL RUNNER FOR ELECTRIC MOTORS
GB2213208A (en) * 1987-12-21 1989-08-09 Laing Karsten A Step bearing

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