DE2307800B2

DE2307800B2 - Kollektorloser Gleichstrommotor für hohe Drehzahlen

Info

Publication number: DE2307800B2
Application number: DE2307800A
Authority: DE
Inventors: Reiner Kristen; Hans Dipl.-Phys. 8501 Grossgruendlach Kuehnlein; Manfred Dr.-Ing. Liska; Peter Tschirner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-02-16
Filing date: 1973-02-16
Publication date: 1975-03-06
Also published as: DE2307800C3; JPS5642219B2; CH564274A5; JPS49113106A; NL7400787A; GB1447463A; CS167861B2; DE2307800A1; FR2218683B3; IT1007282B; FR2218683A1; US3911299A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen Gleichstrommotor für hohe Drehzahlen, mit einer zwischen den beiden Lagern des Permanentmagretläufers angeordneten und von einem nutenlosen Ständerrückschluß umgebenen, glockenförmig ausgebildeten und durch Kunststoff isolierten Ständerwicklung.

Ein derartiger Motor ist aus der Siemens-Zeitschrift 44 (1970), Heft 6, S. 392 bis 395, bekannt. Beim Betrieb eines solchen Motors mit hohen Drehzahlen, d. h. mit Drehzahlen über 10 000 Umdrehungen pro Minute, ergeben sich trotz Verwendung von Speziallagern nur relativ kurze Standzeiten für die Lager. Die Lager müssen dementsprechend häufig ausgewechselt werden. Wegen der hohen Drehzahlen ist eine große Rundlaufgenauigkeit des Permanentmagnetläufers erforderlich. Beim Auswechseln eines defekten Lagers genügt es nicht, das Lager für sich von der Welle des Permanentmagnetläufers abzuziehen und durch ein anderes zu ersetzen. Vielmehr muß der Permanentmagnetläufer aus dem Motor herausgenommen und nach Anbringen eines neuen Lagers nach sei/ier Rundlaufgenauigkeit hin untersucht werden. Durch die glockenförmige Ausbilf.ung der Ständerwicklung des bekannten Motors ist ein Ausbau des Permanentmagnetläufers und damit ein Auswechseln des defekten Lagers möglich.

Um drehzahlabhängige Oberflächenverluste im Läufer zu vermeiden, wird bekanntlich der Ständerrückschluß nutenlos ausgefühn. Der Läufer muß jedoch auch vor einer Erwärmung durch Wärmeabstrahlung der Ständerwicklung geschützt werden, denn eine solehe Erwärmung des Läufers überträgt sich über die Welle auf die eng tolerierten Lager und führt durch Veränderung des Lagerspiels zu einer höheren mecha

nischen Beanspruchung der Lager.

Bei dem aus der weiter obengenannten Siemens-Zeitschrift bekannten Motor ist ein die Ständerwicklung tragendes Kunststoffrohr vorgesehen. Der Läufer des Motors ist direkt mit einem Pumpenrad gekoppelt, so daß das durch das Pumpenrad zu fördernde Medium auch zu dem Läufer vordringen kann und dieser ebenfalls in diesem Medium läuft. Das Kunststoffrohr hat daher bei diesem bekannten Motor die Aufgabe, die Ständerwicklung vor dem zu fördernden Medium zu schützen. Eine Wärmeabstrahlung von der Ständerwicklung zum Läufer hin wird durch dieses Kunststoffrohr nicht verhindert.

Durch das deutsche Gebrauchsmuster 18 67 072 ist es bekannt, die Wickelköpfe von Motoren mit einem Kunststoff hoher Wärmekapazität und hoher Wärmeleitfähigkeit zu umgeben. Durch diese Maßnahme soll die bei kurzzeitigen Überlastungen anfallende größere Wärmemenge schneller abgeführt werden. Ein Schutz des Läufers gegenüber der von dem Ständer abgestrahlten Yerlustwärme ist bei diesem bekannten Motor jedoch nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Gleichstrommotor für hohe Drehzahlen so auszubilden, daß eine zusätzliche thermische Beanspruchung der Lager infolge einer Erwärmung des Läufers durch Wärmtabstrahlung der Ständerwicklung vermieden wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch, daß die Ständerwicklung derart in dem Kunststoff eingebettet ist, daß an der dem Permanentmagnetläufer zugewandten Innenfläche der Ständerwicklung ein hoher Wärmeübergangswiderstand und an der am Ständerrückschluß anliegenden Außenfläche ein niederer Wärmeübergangswiderstand besteht.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist auf der Innenfläche der glockenförmigen Ständerwicklung eine Kunststoffschicht mit niederer Wärmeleitfähigkeit aufgebracht. Eine unterschiedliche Leitfähigkeit an der Innen- und Außenfläche der Ständerwicklung läßt sich in einfacher Weise auch dadurch erreichen, daß die glokkenförmige Ständerwicklung mit Kunststoff umgössen ist, dessen Wärmeleitfähigkeit in Richtung von der Innenfläche zur Außenfläche ansteigt. Bei einem Motor, dessen Ständerwicklung mit einem Kunststoff umgössen ist. dem ein Fremdstoff hoher Wärmeleitfähigkeit beigemischt ist, läßt sich eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes dadurch erreichen, daß die Konzentration des Fremdstoffes im Kunststoff in Richtung von der Innenfläche zur Außenfläche der Ständerwicklung zunimmt.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben.

Mit 1 ist ein aus einer Welle 2 und einem Permanentmagneten 3 bestehender Permanentmiagnetläufer bezeichnet. Auf der Antriebsseite des Motors ist die Welle 2 in einem aus zwei Wälzlagern bestehenden Doppellager 4 gelagert. Die Wälzlager 4 sind in einem entsprechend ausgebildeten Lagerschild 5 angeordnet, das an einem als Kühlmantel ausgebildeten Gehäuse 6 des Motors angeschraubt ist. Das Gehäuse 6 weist einen Kühlkanal 7 auf, durch den eine Kühlflüssigkeit gepumpt wird. In das Gehäuse 6 ist ein nutenloser Ständerrückschluß 8 eingesetzt, der eine glockenförmige Ständerwicklung 9 umgibt. Die glockenförmige

Ständerwicklung 9 ist mit Kunststoff umgössen und dadurch selbsttragend. Auf der Innenseite der glockenförmigen Ständerwicklung ist eine aus Isolierstoff (z. B. Asbest) bestehende, ebenfalls glockenförmige Hülse 10 eingesetzt. Das der Antriebsseite gegenüberliegende Ende der Welle 2 ist durch eine im Boden der Hülse 10 vorgesehene öffnung 11 hindurchgesteckt und in einem Wälzlager 12 geführt, das in einem weiteren, an dis Gehäuse 6 angeschraubten Lagerschild 13 angeordnet ist.

Durch die Verwendung eines Doppellagers 4 auf der Antriebsseite des Motors werden die in der Regel auf dieser Motorseite auftretenden radialen Zug- oder Druckkräfte von dem Doppellager aufgenommen und belasten nicht das auf der anderen Seite angeordnete Wälzlager 12. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Standzeit des Wälzlagers 12 durch die hohe Drehzahl kaum beeinträchtigt wird und somit dieses L^ger überhaupl nicht oder nur selten ausgewechselt werden muß. Beim Auswechseln des Doppellagers 4 kann der Permanentmagne'.läufer 1 aus der glockenförmigen Ständerwicklung 9 herausgezogen werden. Nach erfolgtem Auswechseln des Doppellagers 4 kann der Permanentmagnetläufer 1 außerhalb des Motors auf seine Rundlaufgenauigkeit hin überprüft werden und danach wieder in die Ständerwicklung 9 hineingeschoben werden.

Wegen der nutenlosen Ausbildung des Ständerrückschlusses 8 treten keine Oberflächenverluste im Pe-manentmagnetläufer auf. Damit entfällt auch die durch solche Verluste bedingte Erwärmung des Permanentmagnetläufers. Um auch eine Erwärmung des Permanentmagnetläufers durch eine Wärmeabstrahlung der Ständerwicklung 9 zu vermeiden, weist die Ständerwicklung 9 an der Innenfläche einen höheren Wärmeübergangswiderstand als an ihrer Außenfläche auf. Dadurch wird die in der Ständerwicklung 9 entstehende Verlustwärme verstärkt zu dem Ständerrückschluß 8 abgeführt und somit von dem Permanentmagnetläufer 1 und den Lagern 4 und 12 ferngehalten. Die thermische Beanspruchung der Lager 4 und 12 wird somii durch die Verluste in der Ständerwicklung 9 nicht erhöht, sondern allein durch die Reibungsverluste im Lager selbst bestimmt Durch die Maßnahmen zur Wärmeableitung in der Ständerwicklung 9 wird der Motor für den Betrieb mit hohen Drehzahlen wesentlich verbessert.

Um eine von innen nach außen gerichtete Wärmeableitung in der Ständerwicklung 9 zu erhalten, kann auf der Innnenseite der glockenförmigen Ständerwicklung 9 eine gesonderte Isolierschicht angebracht werden,

deren Wärmeleitfähigkeit kleiner ist als die Wärmeleitfähigkeit des die Ständerwicklung einschließenden Kunststoffes. Es besteht auch die Möglichkeit, dem Kunststoff einen Fremdstoff hoher Wärmeleitfähigkeit beizumischen, z. B. ein Metallpulver. Durch eine höhere Konzentration dieses Fremdstoffes in dem Bereich der Außenfläche der Ständerwicklung 9 wird die Wärmeleitfähigkeit an der Außenfläche verbessert und damit die Wärme schneller an den Ständerrückschluß 8 abgeführt. Von dem Ständerrückschluß 8 wird die Wärme über das Gehäuse 6 an die in dem Kühlkanal 7 strömende Kühlflüssigkeit abgegeben.

Wird dem Kunststoff ein Metallpulver beigemischt, dessen spezifisches Gewicht größer als das spezifische Gewicht des Kunststoffes ist, so kann auf einfache Weise eine stärkere Konzentration des Metallpulvers zur Außenfläche der Ständerwicklung hin dadurch erreicht werden, daß beim Vergießen der Ständerwicklung dieselbe in Rotation versetzt wird. Durch die Zentrifugalkräfte wird das Metallpulver in dem noch flüssigen Kunststoff stärker nach außen gedrängt und dadurch die Konzentration in dem Außenbereich erhöht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kollektorloser Gleichstrommotor für hohe Drehzahlen, mit einer zwischen den beiden Lagern

■ des Permanentmagnetläufers angeordneten und von einem nutenlosen Ständerruckschluß umgebenen, glockenförmig ausgebildeten und durch Kunststoff isolierten Ständerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung (9) derart in dem Kunststoff eingebettet ist, daß an der dem Permanentmagnetläufer (1) zugewandten Innenfläche der Ständerwicklung (9) ein hoher Wärmeübergangswiderstand und an der am Ständerrückschluß (8) anliegenden Außenfläche ein miederer Wärmeübergangswiderstand besieht

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenfläche der glockenförmigen Ständerwicklung (9) eine Kunststoffschicht mit niederer Wärmeleitfähigkeit autgebracht ist.

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die glockenförmige Ständerwicklung (9) mit Kunststoff umgössen ist, dessen Wärmeleitfähigkeit in Richtung von der Innenfläche zur Außenfläche ansteigt.

4. Motor nach Anspruch 3, bei dem dem Kunststoff ein Fremdstoff hoher Wärmeleitfähigkeit beigemischt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Fremdstoffes im Kunststoff in Richtung von der Innenfläche zur Außenfläche der Ständerwicklung (9) zunimmt.