DE202006006008U1

DE202006006008U1 - Elektrischer Synchronmotor, insbesondere für Pumpen, mit veränderbarer Drehzahl und Rotor, der in eine Flüssigkeit eingetaucht ist

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Publication number: DE202006006008U1
Application number: DE202006006008U
Authority: DE
Original assignee: Askoll Holding SRL
Current assignee: TACO ITALIA S.R.L., IT
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2016-04-12
Also published as: GB0607325D0; FR2884366A1; EP1713159A1; GB2425156B; ITMI20060706A1; GB2425156A; ITMI20060247U1; FR2884366B1

Abstract

Synchronelektromotor mit veränderbarer Drehzahl mit einem in einem Fluid eingetauchten Rotor (7), insbesondere für Pumpen (2), des Typs, welcher einen in Bezug auf den mittigen permanentmagnetischen Rotor (7) außerliegenden Stator (5) aufweist, der in einer Hülse (9) enthalten ist, einer Welle (13), die mit dem Rotor (7) entlang einer Achse (X) integral drehbar ausgeführt ist, und mit mindestens einem Auflager (14), welches in der Hülse (9) zum Lagern der Welle (13) untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Auflager (14) eine Durchführung (22) umfasst, welche in die Hülse (9) eingeführt ist, welche einen Sitz (23) zum Aufnehmen einer Buchse (17) aufweist, die auf der Welle (13) aufgesetzt ist.

Description

Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Synchronelektromotor mit veränderbarer Drehzahl mit einem in ein Fluid eingetauchten Rotor, insbesondere für Pumpen für Haushalts- und Industrieanwendungen.
Im Besonderen betrifft die Erfindung einen Synchronelektromotor mit veränderbarer Drehzahl mit einem in einem Fluid eingetauchten Rotor, insbesondere für Pumpen, desjenigen Typs, welcher einen Stator bzw. Ständer umfasst, der in Bezug auf den mittigen permanentmagnetischen Rotor bzw. Läufer, der sich in einer Hülse befindet, außenliegend angeordnet ist, einem bezüglich einer Drehung mit dem Rotor entlang einer Achse X integralen Welle und mindestens einem Auflager, das in der Hülse zum Lagern der Welle untergebracht ist.
Stand der Technik
Wie es dem Fachmann gut bekannt ist, sind Pumpen mit Motoren mit eingetauchtem Rotor während der letzten Jahre mehr und mehr mittels Synchronmotoren mit permanentmagnetischen Rotoren verwirklicht worden.
Die verwendeten Synchronelektromotoren weisen vorzugsweise eine Struktur auf, welche einen außenliegenden Stator mit jeweiligen Polschuhen und einen innenliegenden Rotor, welcher zwischen den Polschuhen des Stators mittig angeordnet ist, aufweiset.
Der Rotor ist in einer Ummantelung untergebracht, welche in Bezug auf den Stator hermetisch abgedichtet ist, beispielsweise innerhalb einer Stahlhülse, und er wird axial von einer Antriebswelle gekreuzt, welche durch geeignete Auflager drehbar gelagert wird.
Der Rotor arbeitet allgemein eingetaucht in einem Fluid, welches das gleiche Fluid sein kann, in welches die Pumpe eingetaucht ist, oder, falls der Rotor sich in einer dichten Hülse befindet, in einem Spezialfluid mit besonderen thermophysikalischen Eigenschaften.
Die Antriebswelle weist außerdem ein Ende gekoppelt mit dem Arbeitselement auf, d.h., dem Flügelrad oder den Flügelrädern der Pumpe.
Allgemein umfassen die Auflager eine Buchse aus einem Material wie beispielsweise Keramik, Graphit oder technischen Polymeren, innerhalb derer die Welle drehbar befestigt ist.
Der Hauptnachteil bei Motoren mit Auflagern dieser Art sind bestimmte Spannungen und Belastungen, welche im Zusammenhang mit den Auflagern während des Motorbetriebs auftreten, wenn, aufgrund eines fehlerhaften Zusammenbaus oder eines schlechten Wellenlagers, die Welle und die Auflager nicht perfekt koaxial ausgerichtet sind.
Eine Fehlanpassung der Antriebswelle bewirkt eine Konzentration von Dehnungen an kleinen Oberflächen der Auflager, was eine Fehlfunktion des Rotors, eine Verringerung der Betriebslebensdauer der Auflage bis hin zum Motorversagen bewirken kann.
Eine genaue Ausrichtung zwischen der Welle und dem Rotor wird auch dauernd verlangt, um die Entstehung von Vibrationen zu vermeiden, welche ein störendes Geräusch während des Pumpenbetriebs erzeugen.
Um zu versuchen, solche Nachteile zu vermindern, wird ein Montieren der Auflager auf weichen elastischen Halterungen vorgeschlagen, um eine mögliche Erholung von den in die drehbare Anordnung eingebrachten Koaxialitätsfehler in Bezug auf die Hülsenidealachse zu erlauben. Die elastischen Halterungen erlauben es, den Nachteil der Fehlanpassung auf etwas breiteren Oberflächen bis zu einem gewissen Grad zu verringern, welche die Dehnungen, Spannungen und Belastungen fördert, die während des Betriebs auftreten.
Aktuelle Lösungen der bekannten Technik sind entweder zu teuer, beeinträchtigen die Gesamtkosten der Pumpe erheblich oder sind nicht für Leistungen geeignet, welche von dieser Klasse von Produkten benötigt werden.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Problem ist es, einen Synchronelektromotor mit veränderbarer Drehzahl mit einem in einem Fluid eingetauchten Rotor vorzusehen, insbesondere für Pumpen für Haushalts- und Industrieanwendungen, mit solchen strukturellen und funktionalen Eigenschaften, dass sie die aus der bekannten Technik aufgeführten Nachteile überwinden, und zwar mit einer besonderen Einfachheit der Komponenten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Lösungsidee ist es, zumindest ein Auflager der Antriebswelle bereitzustellen, welches eine kugelförmige Buchse aufweist, die auf die Antriebswelle aufgesetzt und in einem konjugierten Sitz innerhalb einer Durchführung untergebracht ist.
Auf der Grundlage einer solchen Lösungsidee wird das technische Problem gelöst mittels eines Synchronelektromotors mit veränderbarer Drehzahl der oben angesprochenen Art und definiert durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1.
Die weiteren Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Motors werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform davon klar, welche mittels eines beispielhaften und nicht beschränkenden Beispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In diesen Zeichnungen:
zeigt 1 eine Längsschnittansicht einer Eintauch- bzw. Immersionspumpe;
zeigt 2 eine schematische Dreiviertel-Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäß verwirklichten Pumpenauflagers;
zeigt 3 eine schematische Dreiviertel-Ansicht, teilweise aufgeschnitten, des Auflagers aus 2;
zeigt 4 einen axialen Abschnitt des in 3 dargestellten Auflagers.
Genaue Beschreibung
Mit Bezug auf die beigefügten Figuren und insbesondere auf das Beispiel aus 1, bezeichnet 1 allgemein und schematisch einen Synchronelektromotor mit veränderbarer Drehzahl, mit einem in einem Fluid eingetauchten permanentmagnetischen Rotor, für eine Pumpe 2, welche hauptsächlich in Haushalts- und Industrieanwendungen verwendet wird.
Der Motor 1 zielt auf ein Aktivieren des Betriebselements, d.h., einen oder mehrere Flügelräder 3 der Pumpe 2, welche in Aufeinanderfolge oder in axialer Verlängerung entlang einer Achse X angeordnet ist. In dem in 1 dargestellten Fall beträgt die Zahl der Flügelräder 3 drei.
Der Motor 1 ist innerhalb einer Ummantelung 4 untergebracht, und er umfasst einen Stator 5 mit jeweiligen Statorwicklungen bzw. -windungen 6, die daran angepasst sind, zugehörige Polschuhe zu definieren.
Der Motor 1 umfasst auch einen permanentmagnetischen Rotor 7, welcher innerhalb einer Umhüllung 8 hermetisch in Bezug auf den Stator 5 abgedichtet ist.
Im Besonderen ist der Rotor 7 in einer Aufnahmehülse 9 untergebracht, welche innerhalb des Stators 5 zwischen den Statorwicklungen 6 angeordnet ist, und er wird integral mit einem Flanschteil 10 ausgebildet, welcher den Stator 5 mit einer Formkupplung überragt.
Die Hülse 9 umfasst einen Boden 11 und einen Deckel 12, welche einen für den Rotor 7 geschlossenen Sitz definieren.
Der Rotor 7 arbeitet eingetaucht in ein Fluid, welches das gleiche Fluid sein kann wie dasjenige, in das die Pumpe eingetaucht ist, oder ein spezielles Fluid mit bestimmten thermophysikalischen Eigenschaften, und in einem solchen Fall definiert die Hülse 9 einen Sitz, welcher für den Rotor 7 dicht ist und für das Fluid eine Eingrenzung darstellt.
Eine Welle 13 des Motors 1 ist integral mit dem Rotor 7 ausgeführt, und sie ist kinematisch und axial entlang der Achse X mit den Flügelrädern 3 der Pumpe 2 auf eine an sich herkömmliche Art gekoppelt.
Die Welle 13 wird mittels Auflagern 14 gelagert, welche an gegenüberliegenden Teilen angeordnet und in geeigneten Sitzen 15, 16 aufgenommen sind, die entsprechend am Boden 11 und im Deckel 12 der Eingrenzungshülse 9 des Rotors 7 eingerichtet sind.
Vorteilhafterweise umfasst jedes Auflager 14, wie in 2 hervorgehoben, eine prismatische Durchführung 22, welche vorzugsweise eine äußere achteckige Form 24 aufweist, die in den als Gegenstück ausgeformten Sitz 15 oder 16 eingeführt werden kann.
Die Sitze bzw. Aufnahmen 15, 16 weisen vorzugsweise Seitenwände 30 und Bodenwände 31 auf, welche geeignet sind, die Durchführung 22 geeignet aufzunehmen, wie in den 2 und 4 dargestellt. Im Besonderen weisen die Seitenwände 30 eine glatte achteckige Form auf.
Vorteilhafterweise ist die Durchführung 22 hohl, um einen axialen Sitz 23 für die Aufnahme einer kugelförmigen Buchse 17 zu verwirklichen.
Vorzugsweise wird die Durchführung 22 verwirklicht durch ein elastisch verformbares Material, wie beispielsweise ein technisches Polyurethanpolymer geeigneter und vorbestimmter Shore-Härte in natürlichem oder künstlichem Gummi.
Vorzugsweise wird die Buchse 17 auf die Antriebswelle 13 aufgesetzt.
Tatsächlich weist die Buchse 17 ein axiales Loch 18 auf, das dazu geeignet ist, die durchgehende Welle 13 aufzunehmen.
Geeigneterweise weist die Buchse 17 eine äußere Oberfläche 19 auf, welche vorzugsweise fassförmig ist und mit einer Vielzahl axialer Nuten 20 ausgerüstet ist, zwischen denen mehrere Lamellen 21 definiert sind.
Die Buchse 17 wird vorzugsweise aus Graphit, Keramik oder einem technischen Polymermaterial hergestellt, welches geeignet angereichert ist.
Vorteilhafterweise ist die elastisch verformbare Durchführung 22 so geformt, dass sie die Druckeinführung der Buchse 17 in den als Gegenstück geformten kugelförmigen Sitz 23 erlaubt.
Auf diese Art bildet die Vielzahl der Nuten 20 zwischen den vielen Lamellen 21 der Buchse 17 mit dem Sitz 23 der Durchführung 22 eine Vielzahl von axialen Durchlässen 27.
Vorteilhafterweise wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Zusammenbauschritt, wie besonders in den 3 und 4 dargestellt, jede Buchse 17 durch Druck in den entsprechenden Sitz 23 der Durchführung 22 eingeführt, wodurch ein Auflager 14 definiert wird, welches in den Sitz 15, 16 eingeführt werden kann, der an der Eingrenzungshülse 9 des Rotors 7 vorgesehen ist.
Die Sitze 15 und 16 weisen daher für die Durchführung 22 eine gegendrehende Funktion in Bezug auf die Hülse 9 auf.
Jedes Auflager 14, das auf der Antriebswelle 13 aufgesetzt, definiert mit der Welle 13 selbst ein rollendes Paar, welches als ein Lager für den Rotor 7 dient.
Augenscheinlich können der Boden 11 und der Deckel 12 der Begrenzungshülse 9 des Rotors in unterschiedlichen Formen verwirklicht werden, und insbesondere können sie integral mit den entsprechenden Sitzen 15, 16 oder mittels getrennter Komponenten verwirklicht werden.
Das Auflager 14, welches erfindungsgemäß verwirklicht ist, ist für die Welle 13 selbstausrichtend, tatsächlich erlaubt die Form der äußeren fassähnlichen Oberfläche 19 es der Buchse 17, welche in den konjugierten Sitz 23 der Durchführung 22 eingesetzt ist, welche elastisch deformierbar ist, mögliche Fehlanpassungen der Antriebswelle 13 während des Betriebs auszugleichen.
Darüber hinaus wird die Dehnung der Spannungen und der Belastungen, welche während des Betriebs des Motors für den Fall einer Fehlanpassung der Welle 13 auftreten, von einer wesentlich breiteren Oberfläche aufgenommen, welche die gesamten mehreren Lamellen 21 der Buchse 17 umfasst, was die Selbstausrichtung der Motorantriebswelle sicherstellt, ohne seinen Betrieb zu gefährden.
Ferner erlauben es während des Betriebs der Pumpe 2 mit dem Motor 1, welcher den in dem Fluid eingetauchten Rotor 7 aufweist, die Vielzahl der Durchlässe 27, welche zwischen der Vielzahl von Nuten 20 der Buchse 17 und dem Sitz 23 der Durchführung 22 gebildet werden, den Durchlass des Fluids, in welcher der Rotor 7 eingetaucht ist, was es dem Auflager 14 selbst erlaubt, abzukühlen und geschmiert zu werden.
Geeigneterweise weist in einer bevorzugten Ausführungsform die Durchführung 22 die äußere achteckige Form 24 mit einer Mittelsenkrechten A auf, welches vorzugsweise gleich 10,6 mm beträgt, während der kugelförmige Sitz 23 und die äuße re Oberfläche 19 der Buchse 17 einen Durchmesser aufweisen, welcher im Wesentlichen identisch zu D ist, vorzugsweise gleich 18 mm. Die Durchführung 22 und die Buchse 17 weisen eine axiale Höhe H auf, welche im Wesentlichen gleich ist und vorzugsweise gleich 12 mm beträgt. Die Hülse 17 zeigt das Loch 18 mit Durchmesser d, vorzugsweise 10 mm, und dem Durchmesser der Welle 13 entsprechend. Die Nuten betragen vorzugsweise an der Zahl 15, und sie zeigen eine Tiefe von 2 mm. Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung ist es, einen Synchronelektromotor verwirklicht zu haben, welcher mindestens ein Auflager mit einfachen, aber wirkungsvollen Komponenten enthält, welche es dank einer besonderen fassähnlichen Form der in die Durchführung eingeführten Buchse, die elastisch deformierbar ist, erlaubt, die Selbstausrichtung des Rotors sogar unter beschwerlichen Betriebsbedingungen zu erreichen, ohne den Betrieb zu gefährden.
Ein weiterer Vorteil des Motors mit dem erfindungsgemäß verwirklichten Auflager ergibt sich aus der Möglichkeit, mögliche Fehlanpassungen der Welle während des Pumpenbetriebs auszugleichen, was einen besonders leisen Betrieb ermöglicht, wobei die elastisch verformbare Durchführung es tatsächlich erlaubt, störende Vibrationen und die sich daraus ergebenden Geräusche zu dämpfen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß verwirklichten Auflagers ergibt sich aus den einfachen Komponenten und der einfach in die elastisch verformbare Durchführung einbaubaren Buchse, was auch ein langlebiges Auflager sicherstellt.
Ein weiterer bemerkenswerter Vorteil des Motors mit mindestens einem erfindungsgemäß verwirklichten Auflager ergibt sich aus der konstanten Kühlung, die durch den Flüssigkeitsdurchlass, worin der Rotor eingetaucht ist, mit der Vielzahl von Durchlässen sichergestellt wird, welche zwischen der Vielzahl der Hülsennuten und dem Hülsensitz definiert werden, was eine durchgängige Schmierung des Auflagers erlaubt.
Darüber hinaus wird ein erfindungsgemäß verwirklichtes Auflager vorteilhafterweise auch in Motoren verwendet, bei denen die Rotorwicklungshülse aus einem thermoplastischen Material hergestellt wird. Die Verwendung solcher Materialien weist den Nachteil einer geringeren Formbeständigkeit auf, wenn sich die Temperatur erhöht, obwohl sie den Wert aufweisen, dass sie bei niedrigen Kosten verwirklicht werden, als auch dass ein sich Einstellen störender parasitärer Ströme vermieden wird, welche in die Hülse durch die rotorischen/statorischen Magnetfelder induziert werden. Ein erfindungsgemäßes Auflager erlaubt es, die Ausrichtung der Antriebswelle auch im Fall einer Formunbeständigkeit der Hülse aufrechtzuerhalten.
Ferner erlauben es erfindungsgemäß verwirklichte Auflager im Fall von Motoren mit veränderbarer Drehzahl bei Anwesenheit der elastisch verformbaren Durchführung, ein sich Einstellen von Strukturresonanzen zu vermeiden, welche bei Stahl zwischen dem Rotor und der Hülse auftreten könnten, wenn die Drehgeschwindigkeit sich den natürlichen kritischen bzw. Resonanzfrequenzen solcher Komponenten nähert.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist mit den extrem verringerten Kosten verknüpft und mit der einfachen Verwirklichung, welche das erfindungsgemäß verwirklichte Auflager aufweist.

Claims

Synchronelektromotor mit veränderbarer Drehzahl mit einem in einem Fluid eingetauchten Rotor (7), insbesondere für Pumpen (2), des Typs, welcher einen in Bezug auf den mittigen permanentmagnetischen Rotor (7) außerliegenden Stator (5) aufweist, der in einer Hülse (9) enthalten ist, einer Welle (13), die mit dem Rotor (7) entlang einer Achse (X) integral drehbar ausgeführt ist, und mit mindestens einem Auflager (14), welches in der Hülse (9) zum Lagern der Welle (13) untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Auflager (14) eine Durchführung (22) umfasst, welche in die Hülse (9) eingeführt ist, welche einen Sitz (23) zum Aufnehmen einer Buchse (17) aufweist, die auf der Welle (13) aufgesetzt ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (17) kugelförmig mit einer äußeren Oberfläche (19) ausgebildet ist, welche vorzugsweise fassähnlich geformt ist.
Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (17) auf einer äußeren Oberfläche (19) eine Vielzahl von axialen Nuten (20) aufweist, zwischen denen mehrere Lamellen (21) definiert sind.
Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitz (23) der Durchführung (22) eine Kugelform aufweist, welche mit der äußeren Oberfläche (19) der Buchse (17) konjugiert.
Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (22) eine prismatische äußere Form (24) aufweist, vorzugsweise achteckig.
Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Nuten (20) der Buchse (17) mit dem Sitz (23) der Durchführung (22) eine Vielzahl von axialen Durchlässen (27) bildet.
Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (17) aus einem Material wie beispielsweise Graphit, Keramik oder einem technischen Polymermaterial vorbestimmter Härte verwirklicht wird.
Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (22) aus elastisch verformbaren Material, aus Polyurethan-Polymer vorbestimmter Härte oder aus natürlichem oder künstlichem Gummi verwirklicht wird.
Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflager (14) in einem Sitz (15, 16) untergebracht ist, welcher an einem Boden (11) bzw. in einem Deckel (12) der Begrenzungshülse (9) des Rotors (7) eingebracht sind, wobei jeder der Sitze (15, 16) mit der äußeren Form (24) der Durchführung (22) konjugiert ist.
Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Sitze (15, 16) der Hülse (9) Seitenwände (30) und Bodenwände (31) aufweist, welche dazu geeignet sind, die Durchführung (22) aufzunehmen, wobei die Seitenwände (30) eine achteckige glatte Form aufweisen, welche mit der externen Form (24) konjugiert.
Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (22) die äußere achteckige Form (24) mit einer Mittelsenkrechten A vorzugsweise gleich 10,6 mm aufweist, und dass der kugelförmige Sitz (23) und die äußere Oberfläche (19) der Buchse (17) einen Durchmesser gleich D aufweist, vorzugsweise gleich 18 mm.
Motor nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (17) und die Durchführung (22) eine axiale Höhe (H) aufweisen, welche im Wesentlichen identisch ist, und vorzugsweise 12 mm beträgt, und dass die Durchführung (22) die axiale Einführung der Buchse (17) durch Druck in den Sitz (23) erlaubt, und dass die Buchse (17) das Loch (18) mit einem Durchmesser (d) aufweist, welcher vorzugsweise gleich 10 mm beträgt und dem Durchmesser der Welle (13) entspricht, und zwar mit den Nuten (20) vorzugsweise an Zahl gleich 20, welche eine Tiefe von 2 mm aufweisen.