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Elektromaschine, insbesondere als Antrieb für eine Umwälzam»e Stand
der Technik 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 Kalotte angeordnet ist, und
mit einem im Kugelmittelpunkt liegenden Kugelzapfen zur Taumelbewegungen zulassenden
Lagerung des Rotors.
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Aus der DE-PS 14 63 800 (Int.Kl. H02K 49wo6) und der DE-OS 32 31 674
(Int.Kl. H02K 1/06) sind zum Antrieb von Umwälzpumpen bestimmte und mit einer solchen
Pumpe baulich vereinigte Elektromaschinen mit einem Luftspalt bekannt, der die Form
eines Kugelabschnittes auSweis.
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Dabei ist von Nachteil, daß bei Elektromaschinen mit einem Stator,
dessen flußführender Teil als Sinterteil ausgebildet ist, durch fehlende Lamellierung
große Wirbelstromverluste und durch einen geringen Ohmschen Widerstand große Hystereseverluste
auftreten, was sich in unerwünschter Weise auf den Wirkungsgrad der elektrischen
Maschine auswirkt. Bei Elektromaschinen mit geblechtem Stator wiederum bereitet
die dem kugelabschnittförmigen Rotor angepaßte Form Herstellungsschwierigkeiten
vor allem durch Dehnen und Stauchen eines Blechstreifens mit Zähnen oder durch umfangreiche
Werkzeuge zum Stanzen der Lamellen verschiedener Größe.
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Aufgabe, Lösung und 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 gutem
elektrisch-mechanischem Wirkungsgrad einen geringen Aufwand an Ständereisen und
einen guten Nutenfüllfaktor aufweist und für eine wirtschaftliche Großmengenfertigung
geeignet ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im Kennzeichen des Anspruchs 1
angegebenen Maßnahmen vorgesehen.
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Dabei ist von Vorteil gegenüber den bekannten Elektromaschinen, daß
der Stator aus weichmagnetischem Verbundwerkstoff mit hohem spezifischen Widerstand
in jede erforderliche Form gebracht werden kann. Dadurch läßt sich die für die erforderliche
Wicklung und deren Montage günstigste Form der Nuten ausbilden. Als weiterer Vorteil
ist anzusehen, daß die Rotor- und Statorraum trennende Kalotte in ihrem kugelabschnittförmigen
Bereich nutverschlußbildend am Stator anliegt.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Elektromaschine möglich. Besonders
vorteilhaft ist es, die die Nuten für die Wicklung in Umfangsrichtung begrenzenden,
für sich hergestellten Zähne mit ihrem angeformten Zahnkopf außen an der hier unmagnetischen
Kalotte zu befestigen und das ringförmige Ständerjoch nach dem direkten Einwickeln
der Wicklung in die nach außen offenen Nuten in einfacher Weise über die Zähne zu
schieben und so die Nuten zu schließen. Hierbei ergibt sich ein wesentlich höherer
Kupferfüllfaktor für die Nuten als bei den bekannten Einrichtungen mit halboffenen
Nuten und Bewicklung von innen. Dazu ist noch in erfinderischer Weise das ringförmige
Statorjoch mit Nuten versehen, in welche sich die Zahnfüße erstrecken. Dadurch werden
große Übergangsflächen für den magnetischen Fluß zwischen den Zähnen und dem Joch
geschaffen. So können magnetische Spannungsabfälle an den Zahnfüßen sehr gering
gehalten werden. Außerdem ist von Vorteil, daß durch die Formgebung des Stators
(ringförmiges Ständerjoch und Zähne) aus weichmagnetischem Verbundwerkstoff wesentlich
kürzere magnetische Wege erreicht werden können als bei geblechten Statoren, und
sich darüber hinaus der geringere Sisenfüllfaktor des weichmagnetischen Verbundwerkstoffes
ebenfalls durch eine entsprechende Formgebung in einfacher Weise ausgleichen läßt.
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Bei einem einteilig aus Ständerjochring und Zähnen ausgebildeten Stator
aus weichmagnetischem Verbundwerkstoff sind in vorteilhafter Weise wiederum ganz
offene Nuten für leichtes Einlegen der Wicklung mit hohem Kupferfüllfaktor möglich.
Außerdem findet kein Spannungsabfall an den Zahnfüßen statt. Darüber hinaus bildet
die nach dem Einlegen der Wicklung in den Stator eingesetzte,
hier
aus magnetisch leitendem Werkstoff mit geprägten Abschnitten versehene Kalotte die
verbreiterten Zahnköpfe und sehr stark in der Sättigung befindliche sehr dünne Streustege,
die als Nutverschlüsse dienen. In den Zahnköpfen auftretende durch Wirbelstromverluste
bewirkte Wärme kann durch die von der Elektromaschine angetriebene Umwälzpumpe erfolgende
Wasserkühlung gut abgeführt werden.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 einen Teil eines ersten Ausführungsbeispieles einer Elektromaschine im Längsschnitt,
Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 1, Figur 3 einen Teil eines
zweiten Ausführungsbeispieles der Elektromaschine im Längsschnitt und Figur 4 einen
Schnitt entlang der Linie -V-IV in Figur 3.
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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 kugelabschnittförmigen Rotor 1 und
einen Stator 2, der in einem Gehäuse 3 eingesetzt und befestigt ist. In dem sphärischen
Luftspalt zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 1 ist eine Trennkalotte 4 aus nicht
magnetisierbarem Blech oder Kunststoff angeordnet, welche den rotorseltigen Innenraum
5 vom statorseitigen Innenraum 6 des Elektromotors trennt. Der Rotor 1 bildet eine
bauliche Einheit mit einem Schleuderteller 7 einer an sich oekannten und nicht näher
dargestellten Kreisel-TQmwäl3pumpe .
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In der dargestellten, stabilisierten Betriebslage läuft der auf einem
Kugelzapfen 8 gelagerte Rotor 1 um die Längsachse des Elektromotors um. Erforderlichenfalls
kann der Rotor 1 um das kugelige Zentrum 9 des Kugelzapfens 8 Taumelbewegungen ausführen
und dabei etwaige Fremdkörper aus dem sphärischen Luftspalt zwischen dem Rotor 1
und dem Stator 2 bzw. aus dem nicht dargestellten Spalt zwischen dem Pumpenrad und
dem Pumpengehäuse 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 10 und einem ringförmigen
Statorjoch 11 gebildet. Zähne -10 und Statorjoh 11 sind aus weichmagnetischen Verbundwerkstoff,
beispielsweise aus kunstharzgebundenem Eisenpulver gepreßt. An ein Ende der Zähne
10 sind dabei einen verbreiterten Zahnkopf 12 bildende Lappen ausgeprägt. An der
Innenwand des ringförmigen Statorjochs 11 sind Nuten 13 in der Breite der Zähne
10 eingeformt. Die.Zähne 10 sind mit dem Zahnkopf 12 außen auf die Kalotte 4 in
deren kugelabschnittförmigem Bereich befestigt. Die Zähne 10 begrenzen dabei In
Umfangsrichtung nach außen offene Nuten 14 für eine von außen einzulegende Statorwicklung
15, während die Kalotte 4 jeweils im Spalt zwischen zwei benachbarten Zahnköpfen
12 als Nutverschluß dient. Nach Einlegen der Wicklung 15 wird das ringförmige Statorjoch
11 in Richtung der Längsachse des Elektromotors über die Zähne 10 geschoben. Die
Zahnfüße 16 liegen dann in den Nuten J3 am Statorjoch 11 an. Das Statorjoch 11 verschließt
dabei die Wicklungsnuten 15 nach außen.
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Die Zahnfüße 10 können mit dem Imprägnierharz für die Statorwicklung
15 in die Nuten 13 des Statorjochs 11.
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geklebt sein.
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Der in den Figuren 3 und 4 dargestellte Elektromotor weist ein zweites
Ausführungsbeispiel des Stators auf.
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Soweit die Teile des Elektromotors die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel
sind, haben sie die selben Bezugszahlen. Der kugelabschnittförmige Rotor 1 ist wiederum
so auf dem Kugelzapfen 8, 9 drehbar gelagert, daß er erforderlichenfalls auch Taumelbewegungen
ausführen kann.
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Der rotorseitige Innenraum 5 ist vom statorseitigen Innenraum 6 durch
eine Kalotte 17 aus magnetisch leitendem Werkstoff getrennt. An ihrer Außenseite
sind im kugelabschnittförmigen Bereich der Kalotte 17 Vertiefungen 18 eingeprägt,
deren schräge Randabschnitte 19 an einem dünnen Boden 20 enden, Der Stator 21 ist
mit einem aus weichmagnetischem Verbundwerkstoff, beispielsweise kunstharzgebundenem
Eisenpulver gepreßten ringförmigen Statorjoch 22 versehen, an dessen Innenwand offene
Nuten 23 ausgebildet sind, welche in Umfangsrichtung durch Zähne 24 begrenzt sind.
Die Stirnseiten 25 der Zähne 24 umgreifen den sphärischen, auf einer gedachten kugel
verlaufenden Luftspalt zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 21. Nach dem Einlegen
der Statorwicklung 26 in die Nuten 23 ist die Kalotte 17 so in das ringförmige Statorjoch
22 eingesetzt, daß die Abschnitte zwischen den Vertiefungen 18 der Kalotte 17 an
den Stirnseiten 25 der Zähne 24 anliegen. Die schrägen Randabschnitte 19 der Kalotte
17 bilden zusammen mit den an den Stirnseiten 25 des Statorjochs 22 anliegenden
Abschnitten verbreiterte Zahnköpfe 27 des Stators 21, Der dünne Boden 20 der eingeprägten
Vertiefung 18 stellt lediglich einen sehr dünnen Streusteg dar, der in magnetischer
Hinsicht infolge starker Sättigung wie ein offener
Nutschlitz wirkt,
jedoch als mechanischer NutverschluS dient. Die Kalotte 17 ist an den Stirnseiten
25 der Zähne 24 des Statorjochs22 beispielsweise durch Kleben befestigt Die Ausführung
der Statoren 2 und 21 mit Statorjochen und Zähnen aus weichmagnetischem Verbundwerkstoff
ermöglicht die Gestaltung von kompliziert geformten magnetischen Kreisen in elektrischen
Maschinen mit in einfacher Weise einzubringenden Statorwicklungen und einem guten
Nutenfüllfaktor.
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