DE3436510A1

DE3436510A1 - Elektromaschine, insbesondere als antrieb fuer eine umwaelzpumpe

Info

Publication number: DE3436510A1
Application number: DE19843436510
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Ahner; Helmut Dr.-ing. 7148 Remseck Härer; Dieter Dipl.-Ing.(FH) 7100 Heilbronn Schieber; Siegfried Dr.-Ing. 7997 Immenstaad Schustek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1986-04-10
Also published as: FR2571558A1; CH670534A5

Description

24,9,, J 9.8^4- Wo/Pi

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Elektromaschine, insbesondere als Antrieb für eine Umwälzpumpe __

Stand der Technik _t

Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine, insbesondere als Antriebsmotor für eine Umwälzpumpe mit einem kugelabschnittförmigen Rotor und einem diesen induzierenden, ringförmigen 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 leitende Kalotte angeordnet ist, und mit einem im Kugelmittelpunkt liegenden Kugelzapfen zur Taumelbewegungen zulassenden Lagerung des Rotors,

Aus der DE-PS 15 38 715 (.Int.Kl, H02K H9/OO) und der DE-OS 32 31 6lh (.Int.Kl, H02K 1 /06) sind zum Antrieb von Umwälzpumpen bestimmte und mit einer solchen Pumpe baulich vereinigte Elektromaschinen mit kugelförmigem Luftspalt bekannt.

■, 19 o5

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 3-1 6jk benötigt zwar weniger Raum, Sie hat jedoch einen Stator aus einem hochkantgerollten Blechstreifen, dessen nebeneinanderliegende Windungen stumpfwinklige Kegelmantelflachen bilden.. Dabei tritt der Kachteil 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 voi dem Hochkantrollen Wüten für die Statorwicklurtg mit untereinander annähernd gleichem Querschnitt unter Berücksichtigung der Druckmesseränderung bei jeder Windung eingestanzt werden, bedingt durch die konkave, kugelige Aussparung im ringförmigen Stator,

Vorteile der Erfindung

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.

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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen Torgesehen. 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,

Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die Rotor- und Statorraum trennende magnetisch nicht leitende Kalotte in ihrem kugelabschnittförmigen Bereich nutverschließend am Stator anliegt.

Durch die in den Unteransprüchen 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.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert» Es zeigen Figur 1 einen Teil einer

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Elektromaschine als erstes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt, Figur 2 einen Schnitt durch den Stator der Elektromaschine entlang der Linie ΙΙ-ΙΪ in Figur J , Figur 3 eine Abwandlung des Stators nach Figur 2, Fi* gur h einen Teil der Elektromaschine als zweites Aüsführungsbeispiel im Längsschnitt, Figur 5 einen Zahnkranz des Stators der Elektromaschine in Seitenansicht und Figur 6 den Zahnkranz in Draufsicht,

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Elektromotors zum Betrieb einer Umwälzpumpe ist teilweise in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Der Elektromotor hat einen kugel-¹ abschnittf öricigen 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 k 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 Schleuder-teller 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 J und dem Stator 2 entfernen, die zum Blockieren des Rotors -1 führen könnten, beispielsweise nach längerem Stillstand von Umwälzpumpen für Hausheizungen oder Brauchwasserversorgung,

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

Jeder Zahn 10 besteht aus einem Paket aneinanderliegender, im wesentlichen trapezförmiger Bleche ] 2 , deren eine Längsseite der Außenform, des kugelabschnittförmigen Bereichs der Kalotte k 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 1U 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 h und somit des Luftspalts 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 h zugewandten Seite der Zahnköpfe 1k nur zwei verschiedene Stanzteile 12 und 13 erforderlich, Die so für sich hergestellten Zähne 10 sind mit ihrem Zahnkopf lh auf der Außenmantelfläche der Kalotte U in deren kugelabschnittförmigem 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 h im gleichen Winkelabstand befestigten Zähne 10 sind an ihrer dem Zahn-

kopf lh abgewandten Außenseite 17 in die genaue Form von Abschnitten eines gedachten Zylinders gebracht, beispiels weise durch Überschleifen. Die so angeordneten Zähne begrenzen in Umfangsrichtung Nuten 18 für eine Stator-* wicklung 19, während die Kalotte h im Bereich des Nütschlitzes 20 jeweils zwischen zwei benachbareten Zähnköpfen Ik als Nutverschluß dient. In die Nuten 18 ist
eine an sich bekannte und nicht näher dargestellte Nütauskleidung eingebracht,

Nach dem Einlegen der Statorwicklung 19 ist der Jochring 11 auf die Außenseite 17 der Zähne 10 geschoben
und schließt dann die 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 Stanzwerk*- zeug benötigt wird und für eine Ausführung mit hochkantgerolltem Paket ein nicht weiteren Arbeitsgängen unterworfener oder mit komplizierten Vorrichtungen zu bearbeitender Blechstreifen gleichbleibender Breite verwendet werden kann,

Eine Abwandlung des Zahns für den Stator 2 ist in der
Figur 3 dargestellt_t Soweit die Teile gleich den in

den vorstehenden Figuren dargestellten sind, haben sie dieselben Bezugs zahlen,

Die Zähne 21 sind wiederum aus Blechen 12 gebildet, jedoch mit Deckblechen 22 versehen. Die Deckbleche 22 haben nicht nur eine Zahnköpfe .1U bildende, angeformte Verbreiterung an ihrer an der Kalotte h 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 NutverSchluß¹

Ein zweites Ausführungsbeispiel für Teile des Elektromotors ist in den Figuren k bis 6 dargestellt, Soweit die Teile gleich denen des ersten Ausführungsbeispieles sind, haben sie die selben 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 k 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 J5 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 Zahnköpfe 33, die durch zwei Stege 3^ verbunden sind. Die Stege 3^ ragen über die Deckbleahe 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 STutschlitz 36 in Längsausdehnung, Die Bleche jedes Zahns 27 und die an ihnen anliegenden Deckbleche 32 jeweils zweier Verbindungsteile 31 sind an den Stirnseiten 35 des Zahns 27 verschweißt. Somit sind alle Zähne 27 durch die Ver bindungteile 31 zu einem Zahnkranz 37 als vorgefertigte Baueinheit verbunden. Da die die einzelnen Zähne 27 verbindenden Stege 3^ außerhalb der wirksamen Zahnköpfe 33 liegen und zudem geringe Querschnitte haben, sind die in den Stegen 3^· 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 Kalotte k 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 h an. Ebenso schmiegen sich die Stege 3^ an die Kalotte h an.

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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 dar 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 ies Elektromotors eingesetzt, Ein am Gehäuse 26 verrastbar angeordneter federnder Halter ho in Form eines Formfederringes oder einzelner Federelemente liegt federnd am kegelstumpfförmigen Mantelabschnitt des Jochrings 28 an. Die Zentrierung der Kalotte k und damit des gesamten Stators 25 erfolgt über einen Bund k' der .Kalotte k_} an dem sie am Gehäuse 26 anliegt, Der Hohlraum zwischen Gehäuse 26 und Kalotte h 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 kegelstumpfförmigen Aufbau des Stators 25 kann der Außendurchmesser des Elektromotors in besonders vorteilhafter und einfacher Weise klein gehalten werden.

- Leerseite -

Claims

R. 1 9 o5 4

21*.9, 1981* Wo/Pi

ROBERT BOSCE GMBH, 7000 STUTTGART 1

Ansprüche

1 ,. Elektromaschine, insbesondere 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 Ku⁴¹ gel verlaufenden Luftspalt gegenübersteht, in Welchem eine den Statorraum vom Rotorraum trennende unaagne-¹ tische Kalotte angeordnet ist, und mit einem im Kugelmittelpunkt des Rotors liegenden Kugelzapfen zur Taümelbewegungen zulassenden Lagerung des Rotors, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2j 25) außen an der Kalotte (U) anliegende geblechte Zähne (1Oj 21; 27) aufweist, deren Blechlagen mit ihrer hauptsächlichen Ausdehnungsrichtung in parallelen Ebenen aneinander" liegen, welche ebenfalls parallel zu der radial durch die Rotationsachse (15) der Elektromaschine verlaufenden Mittelebene (16J des jeweiligen Zahns (IO3 21: 27) liegen, und einen nach Einlegen einer Statorwicklung (J9.) in die zwischen den Zähnen (10j 21 j 27) gebildeten Nuten (J83 38) auf den Außenmantel (17. 30) der Zähne (1Oj 21; 27) schiebbaren geblechten Jochring (11; 28) hat.

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2. Elektromaschine nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß jeder geblechte Zahn (. 1 Oj 21;- 27) des Stators (.2j 25) aus einem Lamellenpaket (.12;; 29) und zwei Deckblechen (...13j 22j 32) gebildet ist, und Lamellenpaket (12; 29.) und Deckbleche U 3; 22j 32) miteinander fest verbunden sind.
3, Elektromaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder geblechte Zahn (10i 21 j 27) an seinem der Kalotte (Λ.) zugewandten Ende einen Zahnkopf C1 Uj 33) hat, der aus an den Deckblechen (13: 22·, 32) in Umfangsricht'ung des Stators (2j 25) angeformten Verbreiterungen (.J Uj 33) gebildet ist,
h, Elektromaschine nach einem der Ansprüche Y bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder geblechte Zahn (21) an seinem dem Jochring (JJ) 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 h, 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 (Λ) anschmiegenden Steg (.3*0 verbunden sind,
6. Elektromaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine zwei benachbarte Zähne (.27) verbindende Steg (.3*0 sich an die Kalotte \.h) anschmiegend am Zahnkranz (.27) vorsteht.
7, Elektromaschine nach Anspruch .1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (17) der Zähne (iÖj 2J) einen gedachten Zylinder bildet, auf den ein kreiszylindrischer, geblechter Jochring (11) geschoben ist, dessen Blechlagen im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse C-1 5) der Elektromaschine verlauf en.
8.. Elektromaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Jochring (1.1 ) aus einem Paket gestanzter Lamellen gleicher Form gebildet ist.

2.· Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel C3O) 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,