WO2007140920A1 - Elektromotor und umwälzpumpe - Google Patents

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WO2007140920A1
WO2007140920A1 PCT/EP2007/004810 EP2007004810W WO2007140920A1 WO 2007140920 A1 WO2007140920 A1 WO 2007140920A1 EP 2007004810 W EP2007004810 W EP 2007004810W WO 2007140920 A1 WO2007140920 A1 WO 2007140920A1
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WO
WIPO (PCT)
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electric motor
motor according
rotor
stator
sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/004810
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karsten Laing
Original Assignee
Laing, Oliver
Laing, Birger
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Laing, Oliver, Laing, Birger filed Critical Laing, Oliver
Publication of WO2007140920A1 publication Critical patent/WO2007140920A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors

Definitions

  • the invention relates to an electric motor, which is commutated electronically, comprising a stator, a magnetic field generating rotor and a position transmitter with at least one sensor.
  • the invention further relates to a circulation pump.
  • Electronically commutated electric motors have a position transmitter, via which the rotor can be positioned.
  • the rotor position must first be detected via at least one sensor.
  • the invention has for its object to provide an electric motor of the type mentioned, which can be produced in a simple manner.
  • the at least one sensor is associated with a flux-conducting device via which a rotor signal can be transmitted to the at least one sensor.
  • the senor By providing a flux guiding device, the sensor can basically be arranged at any desired position.
  • the flux guide ensures that a sufficiently high signal level is provided.
  • the sensor can be positioned in particular at a position optimized for the production of the electric motor.
  • the senor is positioned on a motherboard of a motor circuit or on an add-on board near the motherboard.
  • the sensor can also be supplied in a simple manner with electrical energy and the signal removal can be realized in a simple manner.
  • the flux-conducting device is in signal-active connection with the at least one sensor and the rotor. As a result, a sufficiently strong rotor signal is provided to the sensor, even if the sensor is arranged away from the rotor.
  • the flux guide is made of a paramagnetic material such as soft iron. This allows the magnetic flux to be transferred.
  • the flux-guiding device is designed as a plate.
  • a flux guide can be easily positioned.
  • the flux guide is positioned in a recess to fix it.
  • the flux guide device has a first side and an opposite second side, between which the flux line extends, wherein the thickness of the flux guide between the first Side and the second side is smaller than a width and length of the flux guide. Accordingly, the flux-conducting device can be produced as a thin plate, which can be positioned in a simple manner.
  • first side and / or the second side are substantially planar and parallel to each other.
  • a corresponding flux guide can be produced with small thickness dimensions and positioned in a simple manner.
  • the flux-conducting device has a signal pickup head region and a conduction region.
  • the signal receiving head region serves to receive the rotor signal, that is, to receive magnetic flux.
  • the guide area is used to feed the recorded signal to the sensor.
  • the signal pickup head region is widened relative to the lead region to provide for optimized signal launch.
  • the signal recording head region is adapted in its shape to a separating surface between the rotor and the stator. As a result, an optimized signal coupling can be obtained, wherein the flux-conducting device can be positioned in a simple manner.
  • the at least one sensor is arranged away from a separation surface between the stator and the rotor. It can then be positioned at a suitable location, wherein this point is chosen so that the production is simplified and, for example, leads and leads from the sensor can be produced with little effort. It is favorable if the at least one sensor is arranged below the separating surface between the stator and the rotor. As a result, the production of the electric motor is simplified.
  • the at least one sensor is arranged in a region below or above the rotor.
  • the production is simplified because the sensor no longer needs to be located directly on the rotor.
  • the at least one sensor is arranged on a carrier on which main components of a motor circuit are arranged.
  • the sensor can be provided in a simple manner electrical energy and sensor signals can be derived in a simple manner and perform, for example, an evaluation of the position sensor.
  • the sensor can be positioned integrally with the production of the carrier, for example by equipping.
  • the carrier is arranged in a second chamber of a housing, which is separate from a first chamber of the housing, in which the stator and the rotor are arranged.
  • the at least one sensor is arranged on an additional carrier which is separate from a carrier on which main components of a motor circuit are arranged.
  • This additional carrier is positioned at a location optimized for manufacturing.
  • the rotor facing the stator is spherical.
  • the corresponding electric motor can be operated with high efficiency. It is particularly advantageous if the rotor is mounted spherically. With a spherical bearing, the wear can be minimized. Furthermore, the noise is minimized.
  • stator is associated with a rotor facing the separation surface, which is formed spherically.
  • the corresponding electric motor can be operated with high efficiency.
  • Fluxing device has a spherical or cylindrical end face, which faces the rotor.
  • the flux guide can be positioned in an optimized manner.
  • the end face can be formed cylindrically if the flux-conducting device is correspondingly thin.
  • the stator is associated with at least one pole piece, which faces the rotor.
  • the pole piece serves to provide a return device.
  • pole shoes are arranged on a cap, which sits on the stator.
  • the pole pieces can be easily positioned via the attachment.
  • the attachment has spaced intermediate webs on which the pole shoes are arranged.
  • the pole shoes can be positioned and fixed via the intermediate webs and separated geometrically from each other.
  • the flux guide can be arranged in a simple manner at least partially on a gutter.
  • a gutter has a recess, for example in slot shape, in which at least partially the flux guide is seated.
  • the rotor is magnetic field generating via one or more permanent magnets. This can provide an electric motor with high efficiency.
  • An electric motor according to the invention can advantageously be used in a circulating pump.
  • a paddle wheel of the circulation pump is rotatably connected to the rotor of the electric motor.
  • the circulation pump comprises an electric motor with a stator, a rotor and a motor circuit, and a housing in which the electric motor is arranged.
  • the housing has a first chamber, in which the stator and the rotor are arranged, and has a second chamber, which is separate from the first chamber, and on which at least one carrier is positioned, on which at least a part of the motor circuit is arranged.
  • the first chamber and the second chamber are connected via at least one connection opening, via which at least one electrical Element of the motor circuit, which is arranged on the at least one carrier, is in thermal contact with the stator in the first chamber.
  • the stator can be cooled by means of pumped liquid from the circulating pump (such as water).
  • the delivery fluid has a maximum temperature which is in the range between 95 ° C and 110 0 C.
  • the stator can develop temperatures which are in the range of about 130 0 C. It can thereby achieve effective cooling.
  • one or more electrical elements of the motor circuit are in thermal contact with the stator via the connection opening, then they can be cooled by the conveying liquid, that is, a medium cooling is provided. This can effectively dissipate heat. For example, electronic power components of the motor circuit are cooled accordingly.
  • the second chamber which forms a "control cabinet” for the electric motor
  • a carrier on which both low-temperature circuit elements and high-temperature circuit elements can be positioned.
  • the low-temperature circuit elements have a lower heat development than the high-temperature circuit elements.
  • the low-temperature circuit elements can be cooled by air cooling.
  • the high-temperature circuit elements can be cooled via the delivery fluid due to the thermal connection with the stator.
  • the stator in the first chamber can be cooled by means of conveying fluid.
  • the at least one electrical element of the motor circuit which is in thermal contact via the connection opening with the stator, can be cooled by means of conveying liquid.
  • the second chamber is air cooled.
  • the at least one carrier has a low-temperature region and a high-temperature region, the low-temperature region being air-cooled and the high-temperature region being cooled by means of conveying liquid.
  • the low-temperature circuit elements for which air cooling is sufficient
  • high-temperature circuit elements which are cooled by means of delivery liquid, on the same support.
  • the corresponding circulating pump can be produced in a simple and cost-effective manner. In particular, inexpensive low-temperature circuit elements can be used.
  • electrical elements of the low-temperature range are arranged on one side of the at least one carrier, which faces away from the first chamber. This provides for effective thermal decoupling, with the carrier between the first chamber and the electrical elements.
  • electrical elements of the high-temperature region are arranged on one side of the at least one carrier, which faces the first chamber. This makes it easy to achieve a thermal contact with the stator, which sits in the first chamber. It is particularly advantageous if there is a gap between the first chamber and the second chamber to form an air gap. Through this gap, an air gap separation between the first chamber and the second chamber is provided. As a result, the first chamber and the second chamber can be thermally decoupled.
  • the intermediate space is open to the outside. This allows air to flow through the gap to provide air cooling. Further, the air in the gap provides thermal decoupling between the first chamber and the second chamber.
  • the at least one connection opening is closed relative to the intermediate space, so that it is closed relative to the outer space.
  • the intermediate space comprises an air gap.
  • the first chamber and the second chamber are thermally decoupled. This makes it possible, for example, to cool electrical elements which are arranged on the carrier in the first chamber via air cooling, if they have only a low heat development.
  • a low-temperature region of the at least one carrier lies (directly) below the air gap. This provides for effective thermal decoupling between electrical elements of the low temperature region and the first chamber.
  • the second chamber is below the first chamber.
  • the first chamber has an end wall toward the second chamber. This end wall closes off the first chamber.
  • the second chamber has an end wall toward the first chamber, which is at a distance from the end wall of the first chamber.
  • a gap between the two chambers can be produced, which serves for air gap separation.
  • the end wall of the first chamber on an inner side has a recess for receiving a contact plate of the stator.
  • the inside of the end wall of the first chamber is used in particular for positioning the stator in the first chamber.
  • a contact plate can be positioned, via which coils of the stator are electrically connected to the motor circuit.
  • the housing is formed in one piece. It is in particular made of plastic, for example via injection molding. As a result, the assembly steps during the production of the circulating pump are kept low. It is advantageous if positioning elements for the stator are arranged in the first chamber. By means of the positioning elements, the stator can be positioned and in particular centered in the first chamber during the production of the circulating pump. As a result, the production is simplified.
  • Figure 1 is a plan view of an embodiment of a circulating pump according to the invention.
  • Figure 2 is a sectional view taken along line 2-2 of Figure 1;
  • Figure 3 is a sectional view taken along line 3-3 of Figure 2;
  • Figure 4 is a sectional view taken along line 4-4 of Figure 3;
  • Figure 5 is a partial perspective view of an embodiment of a stator according to the invention.
  • FIG. 6 shows a plan view of the (partial) stator according to FIG. 5 in the direction A (from above);
  • Figure 7 is a plan view of the (partial) stator of Figure 5 in the direction B (from below);
  • FIG. 8 shows a sectional view through the (partial) stator according to FIG. 5;
  • FIG. 9 is a perspective view of an embodiment of a coil module according to the invention.
  • Figure 10 is a plan view of an embodiment of an essay.
  • An embodiment of a circulation pump according to the invention which is shown in Figures 1 to 3 and designated therein by 10, comprises a housing 12.
  • an electric motor 14 is arranged with an electric motor circuit 16.
  • the housing 12 has a first chamber 18 and a second chamber 20 separated from the first chamber 18.
  • the first chamber 18 has a substantially cylindrical interior space 22.
  • the second chamber 20 likewise has a substantially cylindrical interior space 24.
  • a stator 26 and a rotor 28 of the electric motor 14 is arranged in the first chamber 18.
  • a carrier 30 is arranged, which is in particular a carrier board, on which the motor circuit 16 or at least main components of the motor circuit 16 sit.
  • the second chamber 20 serves as a "control cabinet" for the electric motor 14.
  • the second chamber 20 has an end wall 32 toward the first chamber 18. At the end wall 32 sits in the interior 24 facing a pin element 34.
  • This pin element 34 is arranged in particular coaxially to a central axis 36 of the housing 12.
  • the first chamber 18 and the second chamber 20 have a central axis which coincides with the central axis 36.
  • the carrier 30 is fixed at a distance from the end wall 32.
  • the motor circuit 16 includes one or more electronic power circuit elements 38, such as one or more thyristors, disposed on the carrier 30.
  • the second chamber 20 is closed toward the outside via a cover element 40, which is fixed to the pin element 34, for example, by means of a screw 42.
  • the first chamber 18 has an end wall 44 toward the second chamber 20.
  • This end wall 44 is spaced from the end wall 32 of the second chamber 20.
  • a gap 46 is formed, which is open to the outside and comprises an air gap.
  • web elements 48a, 48b, etc. are arranged, which keep the end wall 44 and the end wall 32 at a distance to form the intermediate space 46.
  • the housing 12 is preferably formed in one piece.
  • the end walls 32 and 44 are integrally formed with corresponding chamber walls.
  • the second chamber 20 with the motor circuit 16 is air-cooled. Through the intermediate space 46, the second chamber 20 is thermally separated from the first chamber 18, wherein air can flow through the intermediate space 46 or an air cushion in the intermediate space 46 is located.
  • the rotor 28 is rotatable about an axis of rotation 50, which coincides with the central axis 36.
  • Rotatably connected to the rotor 28 is a paddle wheel 52 for conveying a liquid.
  • an upper cover member 54 is arranged, which has a recess 56 in which the paddle wheel 52 is rotatable.
  • the upper cover element 54 comprises a first connecting piece 58, which is aligned, for example, coaxially with the central axis 36. Via this first connecting piece 58, delivery fluid can be introduced into the interior 56. Via the first connecting piece 58, a suction side of the circulation pump 10 is defined.
  • a second connecting piece 60 is further arranged ( Figures 1 and 3), which is oriented for example transversely and in particular perpendicular to the central axis 36. Pumped liquid can be discharged via this second connecting piece 60.
  • the second connection piece 60 defines a pressure side of the circulation pump 10.
  • the upper cover element 54 is fixed to the housing 12, for example via a flange 62.
  • the housing 12 has at its upper end 64, which faces away from the second chamber 20, an outwardly projecting annular region 66.
  • the flange 62 abuts against the annular region 66 from below.
  • Verspannetti 68 such as screws or bolts
  • the upper cover member 54 with the flange 62 which is in particular designed as an annular flange, clamped and thereby held on the housing 12, wherein a fluid-tight fixation by means of an O-ring 63 is made.
  • Positioning elements 72 are arranged on a chamber wall 70 in the interior 22 of the first chamber 18 (FIGS. 3, 4). These positioning elements 72 are formed, for example, as ribs. For example, as shown in FIG. 4, a plurality of pairs of ribs are arranged distributed around the center axis 36 on the chamber wall 70. These positioning elements 72 serve to position the stator 26 during the production of the circulation pump 10.
  • the stator 26 comprises a magnetic return device 73 with a return body 74 and pole shoes.
  • This return body 74 is in particular formed in one piece. It is preferably made of a pressed powder material comprising, for example, iron grains which are electrically insulated from each other. Such a powder material is known under the name "SOMALOY” by the company Höganäs, Sweden. As a result, the eddy current losses in the return body 74 can be kept low.
  • the required magnetic properties are present with an optimized geometrical design of the return body 74.
  • the return body 74 has a holding base 76, which is designed in particular as a ring 78. About this support base 76 of the stator 26 is positioned on an inner side of the end wall 44.
  • the end wall 44 has facing the interior 22, for example, a circular recess 80 (recess) ( Figure 4).
  • a contact plate 82 is arranged in this recess 80.
  • This contact board 82 has contact points 84a, 84b, etc. (FIG. 6), to each of which a coil 86 of the stator 26 is electrically connected to the contact board 82, in particular via welding or soldering.
  • the contact board 82 with its contact points: 84a, 84b, etc., in turn, is connected to the motor circuit 16 via one or more electrical connection lines 88 (FIG. 3).
  • a through opening 90 (FIG. 4) is arranged on the end wall 32 and the end wall 44, via which the connection line 88 is guided from the first chamber 18 into the second chamber 20. The opening 90 is closed to the gap 46 through an outer wall.
  • connection opening 92 is further provided (Figure 4).
  • This connection opening 92 is closed to the intermediate space 46 through a surrounding wall 94 (FIG. 3).
  • electrical circuit elements are arranged, which are positioned in the second chamber 20, and which are air-cooled.
  • Electronic power circuit elements 38 which are positioned at least partially in the first chamber 18, are also arranged on the carrier 30. They protrude through the connection opening 92 into the first chamber 18 and are in thermal contact with the stator 26 and in particular with the return body 74.
  • the stator 26 can be cooled in an effective manner via the conveying liquid, which is conveyed by the circulation pump 10. For example, 26 reaches the stator has a temperature of about 130 0 C. by the circulation pump 10 funded water reaches at a temperature of about 95 ° C to 110 0 C.
  • the part of the motor circuit 16, the amount of heat (generated particularly to electronic power circuit elements 38 ), is in thermal contact with the stator 26 via the communication port 92 to utilize the cooling effect of the fluid at the stator 26.
  • the first chamber 18 and the second chamber 20 are separated via the intermediate space 26 by an air gap.
  • the carrier 30 is divided into a low-temperature region 93a and a high-temperature region 93b, wherein the low-temperature region 93a is air-cooled and circuit elements of the high-temperature region 93b are cooled by the conveying liquid. Circuit elements of the high-temperature region 93b are in thermal contact with the stator 26 and project away from the carrier 30 in the direction of the first chamber 18. circuit elements of the low temperature region 93a protrude away from the carrier 30 in the opposite direction 95, that is, away from the first chamber 18 toward the lid member 42 to provide effective thermal decoupling.
  • the low-temperature region 93a is disposed directly below the air gap of the gap 46.
  • the contact board 82 is located below the return body 74 in the recess 80th
  • the support base 76 is aligned coaxially with the central axis 36. At the support base 76 are evenly distributed around the central axis 36 a plurality of retaining pins 96 ( Figures 5 to 8).
  • the retaining pins 96 (retaining teeth) are all the same distance from the central axis 36. Furthermore, adjacent retaining pins 96 have the same distance from each other. Pierce points of axes 98 of the retention pins 96 on the support base 76 define a regular polygon.
  • the stator 26 comprises six coils 86.
  • the regular polygon in this example is a hexagon, with the angular spacing between adjacent retaining pins 96 being 60 °.
  • the axes 98 of the retaining pins 96 are each oriented parallel to the central axis 36.
  • the retaining pins 96 are integrally connected to the support base 76.
  • a retaining pin 96 has a first region 100, on which a coil module 102 (FIG. 9) is arranged.
  • the first region 100 is substantially cylindrical.
  • a retaining pin 96 is connected to the support base 76.
  • a retaining pin 96 has a second region 104, which lies above the first region 100 and above the respective coil module 102.
  • the second region 104 in each case has a lower surface region 106, which is formed substantially flat and which is parallel to the
  • Holding base 76 is. This lower area 106 has a surface normal, which is parallel to the central axis 36.
  • the second region 104 further includes a spherical surface region 108, wherein the envelope of the spherical surface regions 108 of all retaining pins 96 is a spherical surface section.
  • a center point of the ball belonging to this spherical surface section lies on the center axis 36.
  • This center point which is indicated by the reference numeral 110 in FIG. 2, lies in particular in the center of a convex bearing body 112, over which the rotor 28 is mounted spherically.
  • coil modules 102 On the respective retaining pins 96 are located coil modules 102, which are basically the same design.
  • a coil module 102 comprises a coil holder 114.
  • the coil holder 114 in turn has a base element 116 and a cover element 118.
  • Between the base member 116 and the lid member 118 is a particular hollow cylindrical winding core 120 is arranged.
  • the respective coil 86 is wound with a plurality of turns 122.
  • the cover element 118 and the base element 116 are designed such that they project beyond an outer boundary envelope of the coil 86 and thus cover the coil 86 upwards and downwards.
  • the base member 116 (and also the lid member 118) is formed so that the necessary distance is made to adjacent coils and grounded parts via the corresponding air gap.
  • the base element for this purpose comprises lateral ears 117a, 117b by means of which the base element 116 deviates from a circular disk shape.
  • a minimum distance (air gap) of 3 mm from metal to metal is realized.
  • the coil holder 114 has a particular cylindrical recess 124 which is formed as a through hole.
  • the recess 124 forms a pin receptacle for a retaining pin 96, which can penetrate through the recess 124. Via the recess 124, the coil module 102 can be placed on the associated retaining pin 96 in order to fix the coil 86 to the stator 26.
  • the bobbin holder 114 is formed in the manner of a thread roll.
  • the coil holder 114 is in particular designed so that the coil 86 can be produced on the coil holder 114 automatically via a winding machine.
  • a coil axis 126 is oriented transversely and in particular perpendicular to the base element 116 and to the cover element 118.
  • the coil axis 126 is in Aligned substantially parallel to the central axis 36 and to the axis 98 of the corresponding retaining pin 96. It coincides in particular with the axis 98 of the retaining pin 96 together.
  • a flange 128 is arranged, which extends from the base member 116 downwards.
  • the flange 128 has an extension direction which is parallel to the coil axis 126.
  • the flange 128 may itself be aligned parallel to the coil axis 126 or, for example, be arranged obliquely to the coil axis 126).
  • the flange 128 thereby projects beyond a lower boundary plane 130 which is defined by the base element 116.
  • a first web 132 and a second web 134 are seated on the flange 128.
  • the first web 132 and the second web 134 are oriented, for example, parallel to one another.
  • the two webs 132 and 134 are oriented transversely to the coil axis 126 and in particular perpendicular to this.
  • the two webs 132 and 134 protrude beyond a boundary surface of the coil 86 on the coil module 102.
  • the first web 132 and the second web 134 are seated at or near a lower end of the flange 128.
  • the coil holder 114 with its base element 116 and its cover element 118 is in particular formed in one piece. Furthermore, the flange 128 with the first web 132 and the second web 134 is integrally arranged on the coil holder 114.
  • the coil holder 114 is in particular made of a plastic material.
  • the first web 132 and the second web 134 serve to hold a first coil section 136 and a second coil section 138, wherein these two coil sections 136, 138 are oriented transversely and in particular at least approximately perpendicular to the coil axis 126. Further, the first coil portion 136 and the second coil portion 138 are arranged at least approximately at the same height. They preferably have an envelope plane which is oriented parallel to the contact board 82 when the coil module 102 is positioned on the return body 174.
  • the first coil section 136 and the second coil section 138 are oriented transversely to the first web 132 and the second web 134.
  • the first coil section 136 is oriented substantially perpendicular to the first web 132 and the second web 134.
  • the second coil section 138 is not parallel to the first coil section 136, but at an angle to this and thus also at a small acute angle (for example of the order of 30 °) to the first web 132 and the second web 134.
  • the first web 132 is formed shorter than the second web 134th
  • a plurality of coil modules 102 distributed around the central axis 36 can be arranged on the return body 74 (FIG. 6).
  • the first coil section 136 is located near a first wire end 140 of the coil 86.
  • the second coil section 138 is located near a second wire end 142 of the coil 86.
  • the coil wire is fixed to the first land 132 and the second land 134 via a winding 144a, 144b, 144c, 144d, respectively.
  • the coil wire in the region of the first wire end 140 is fixed to the first web 132 via the winding 144a.
  • the first coil section 136 extends, which extends between the first web 132 and the second web 134. Via the winding 144b, the coil wire is then further fixed to the second web 134. From there, the coil wire leads to the coil holder 114.
  • the coil wire is fixed to the second web 134 via the winding 144d.
  • the second coil section 138 which lies between the first web 132 and the second web 134, leads to the winding 144c, via which the reel wire is fixed to the first web 132. From this winding 144c, the coil wire then passes to the coil holder 114.
  • the first web 132 and the second web 134 each have recesses 145 for receiving the corresponding windings 144a, 144b, 144c, 144d.
  • the coil module 102 is associated with an anti-rotation device 146, via which the coil module 102 can be fixed in a rotationally fixed manner to the inference body 74.
  • the rotational securing device 146 comprises (at least) a pin 148, which sits on the flange 128 and projects substantially parallel to the coil axis 126 downwards.
  • the contact board 82 has a corresponding to the corresponding coil module 102 associated pin receptacle 150 ( Figure 7), in which the pin 148 is immersed in correct positioning of the coil module 102 on the associated retaining pin 96.
  • the support base 76 has a recess 152. If the support base 76 is formed as a ring 78, then the recess 152 is the annular recess. The flange 128 of the respective coil modules 102 is immersed in this recess 152. The first web 132 and the second web 134 and thus also the first reel section 136 and the second reel section 138 of the corresponding reel module 102 are thereby positioned in the recess 152. Down to the end wall 32 in the recess 152 is limited by the contact board 82. The coil sections 136 and 138 abut against the contact points 84a, 84b of the contact board 82 and are connected to these electrically. The connection is made in particular by welding or soldering.
  • the electrical contact between the contact points 84a, 84b and the motor circuit 16 is established via the connecting line or connection lines 88.
  • the return body 74 is in particular made in one piece from the pressed powder material.
  • the coil modules 102 are manufactured.
  • the coils 86 on the coil holders 114 are produced by winding by means of a winding machine.
  • the respective coil modules 102 are then placed from above on the retaining pins 96 of the remindön stresses 74, in such a way that the pins 148 of the coil modules 102 in the pin receivers 150 of the contact board 82 (which was previously positioned on the return body 74) can dive. As a result, a correct orientation of the coil modules 102 is achieved.
  • the respective first coil sections 136 and second coil sections 138 are positioned with appropriate dimensioning at the respective contact points 84a, 84b.
  • the electrical connection can then be made from above by welding via a welding robot or by soldering.
  • stator 26 leaves. thereby perform with a high degree of automation.
  • a cap 154 is placed (Figure 10), which is in particular made of a plastic material.
  • the attachment 154 is formed, for example, in one piece. It comprises a ring element 156 which can be positioned on the return body 74. It can be placed in particular on the cover elements 108 of the coil modules 102. The ring member 156 is then positioned in the interior 22 of the first chamber 18.
  • an inner member 158 is arranged within the ring member 156.
  • the inner element can be applied via corresponding abutment surfaces on the lower surface portions 106 of the retaining pins 96.
  • the inner member 158 is the Gap between the coil modules 102 covered about the central axis 36.
  • the inner element 158 is held on the ring element 156 via intermediate webs 160.
  • the number of intermediate webs corresponds to the number of coil modules 102.
  • six intermediate webs 160 corresponding to the six provided coil modules 102 are provided.
  • the intermediate webs 160 are uniformly spaced from each other, for example, at an angular distance of 60 °.
  • Positioning elements 162 are arranged on the ring element 156 between adjacent intermediate webs 160a, 160b. These positioning elements 162 serve to bear against the second regions 104 of the retaining pins 96 on a side facing away from the spherical surface region 108.
  • the attachment 105 can be centered on the return body 74 via them.
  • pole shoes 164 of the magnetic return device 73 which are produced from magnetically conductive material (FIG. 2).
  • the number of retaining pins 96 and the number of pole shoes 164 corresponds to the number of intermediate webs 160.
  • the intermediate webs 160 serve as a contact element for the pole pieces 164 and for the spatial separation of adjacent pole pieces 164.
  • the pole shoes 164 are made, for example, from a pressed powder material, which in particular has iron grains which are electrically insulated from one another.
  • the pole shoes 164 have the shape of a portion of a spherical shell, that is, they have opposite spherical surfaces.
  • the stator 26, facing the rotor 28 has a spherical surface in the region of the pole shoes 164.
  • the pole pieces 164 are in mechanical contact with the respective retention pins 96 to provide a magnetically conductive connection.
  • a cover 166 (separating calotte), which separates the stator 26 in a fluid-tight manner from a wet space of the circulating pump 10.
  • the cover defines an interface between the stator 26 and the rotor 28.
  • the coil modules 102 with the respective coils 86 are arranged below the rotor 28 and below the attachment 154 with respect to the central axis 86, that is to say one envelope of the cover elements 118 lies underneath the rotor 28 and below the pole shoes 164.
  • This space 168 has the shape of a sphere corresponding to a hemisphere having a truncated pole cap.
  • the rotor 28 is mounted spherically over the bearing body 112.
  • the bearing body 112 is convexly formed with a spherical surface 170.
  • the bearing body 112 is arranged rotationally fixed on a pillar 172.
  • This pillar 172 is fixed on a bulge 173 of the cover 166 and extends above the inner member 158 with coaxial alignment with the central axis 36.
  • the bearing body 112 is made of, for example, a ceramic material.
  • the rotor 28 includes a concave bearing cup 174 positioned on the bearing body 112. By the bearing shell 174 and the bearing body 112, a spherical bearing is provided.
  • the rotor 28 is designed to be spherical in the direction of the stator 26, wherein a corresponding ball center coincides at least approximately with the center 110.
  • the rotor 28 is formed magnetic field generating. For this purpose, it has one or more permanent magnets 176.
  • an "air" gap 178 is formed, which has a spherical shell in sections. Through this gap 178 delivery fluid can be flowed through to the bearing body 112 to provide fluid lubrication of the spherical bearing (formed by means of the bearing body 112 and the bearing shell 174).
  • the air gap 178 is in fluidly effective connection with the interior 56 of the circulating pump 10, in which the impeller 52 is rotatable.
  • the impeller 52 is rotatably connected to the bearing shell 174 and is arranged in particular above the bearing body 112.
  • the electric motor 14 is commutated electronically. It has for this purpose a position sensor, which is arranged in particular on the carrier 30 and is part of the motor circuit 16.
  • At least one sensor 180 which serves to determine the rotor position in order to be able to correspondingly control the coils 86 of the stator 26, is associated with this position sensor.
  • the sensor 180 is, for example, a Hall sensor.
  • the sensor 180 is located away from the rotor 28. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, it is arranged on an additional carrier 182 which sits below the coils 86.
  • the senor 180 prefferably be arranged on the carrier 30 in the second chamber 20.
  • a flux guide 184 is provided as a flux guide 185, via which a rotor signal is transmitted from the rotor 28 to the remote sensor 180; the flux guide 184 provides for magnetic flux transfer from an outside of the stator 26 (which faces the rotor 28) to the sensor 180.
  • the flux guide element 184 is made of a paramagnetic material and in particular soft iron. It has a signal receiving region 186, which faces the rotor 28 with an end face 188. This end face 188 is spherical or cylindrical. It lies directly under the cover 166.
  • a slot-shaped recess 190 is formed (FIG. 10), in which the signal receiving area 186 is arranged.
  • Integral with the signal receiving region 186 is a conductive region 192, via which the flux signals from the signal receiving region 186 can be supplied to the sensor 180.
  • the routing area 192 bridges the gap between the signal receiving area 186 and the sensor 180.
  • the guide region 192 extends substantially parallel to the central axis 186 through the stator 26 to the sensor 180.
  • this guide region 192 extends into the second chamber 20 accordingly.
  • the flux guide element 184 is designed in particular as a plate with a first side and an opposite second side, between which the flux guide element 184 extends.
  • the first side and the second side are substantially planar and are parallel to each other. (In FIG. 2, the first side and the second side are parallel to the plane of the drawing.)
  • the signal receiving area 186 is preferably wider than the routing area 192 to provide for optimized signal pickup.
  • the senor 180 can be positioned at a suitable location in the circulation pump 10; the sensor 180 no longer has to be positioned in the immediate vicinity of the rotor 28 in order to obtain an optimized signal reception, but can be positioned at the location which is particularly suitable for ease of manufacture.
  • a circulating pump 10 in which one or more electronic power components 38, which have a high heat production, can be cooled by means of conveying fluid via thermal contact with the stator 26 (provided via the connection opening 92).
  • stator 26 which can be easily manufactured. Via the coil modules 102, the coils 86 can be manufactured in an automated manner by means of a winding machine. The coil modules 102 in turn can be contacted with the motor circuit 16 via the contact board 82 in an automated manner, in particular via welding or soldering.

Abstract

Es wird ein Elektromotor bereitgestellt, welcher elektronisch kommutiert ist, umfassend einen Stator, einen magnetfelderzeugenden Rotor und einen Positionsgeber mit mindestens einem Sensor, wobei dem mindestens einen Sensor eine Flussleiteinrichtung zugeordnet ist, über welche ein Rotorsignal zu dem mindestens einen Sensor übertragbar ist.

Description

Elektromotor und Umwälzpumpe
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, welcher elektronisch kommutiert ist, umfassend einen Stator, einen magnetfelderzeugenden Rotor und einen Posi- tionsgeber mit mindestens einem Sensor.
Die Erfindung betrifft ferner eine Umwälzpumpe.
Elektronisch kommutierte Elektromotoren weisen einen Positionsgeber auf, über welchen der Rotor positionierbar ist. Dazu muss zunächst über mindestens einen Sensor die Rotorposition erfasst werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher auf einfache Weise herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Elektromotor erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem mindestens einen Sensor eine Flussleiteinrichtung zugeordnet ist, über welche ein Rotorsignal zu dem mindestens einen Sensor übertragbar ist.
Durch das Vorsehen eines Flussleiteinrichtung lässt sich der Sensor grundsätzlich an einer beliebigen Position anordnen. Die Flussleiteinrichtung sorgt dafür, dass eine genügend hohe Signalhöhe bereitgestellt ist. Dadurch lässt sich der Sensor insbesondere an einer für die Herstellung des Elektromotors optimierten Position positionieren.
Beispielsweise wird der Sensor an einer Hauptplatine einer Motorschaltung positioniert oder an einer Zusatzplatine in der Nähe der Hauptplatine. Dadurch kann der Sensor auch auf einfache Weise mit elektrischer Energie versorgt werden und die Signalabführung lässt sich auf einfache Weise realisieren.
Günstig ist es, wenn die Flussleiteinrichtung in Signalwirkverbindung mit dem mindestens einen Sensor und dem Rotor steht. Dadurch wird dem Sensor ein genügend starkes Rotorsignal bereitgestellt, auch wenn der Sensor entfernt vom Rotor angeordnet ist.
Insbesondere ist die Flussleiteinrichtung aus einem paramagnetischen Material wie beispielsweise Weicheisen hergestellt. Dadurch lässt sich der Magnetfluss übertragen.
Bei einer fertigungstechnisch vorteilhaften Ausführungsform ist die Flussleit- einrichtung als Plättchen ausgebildet. Eine solche Flussleiteinrichtung lässt sich auf einfache Weise positionieren. Beispielsweise wird die Flussleiteinrichtung in einer Ausnehmung positioniert, um diese zu fixieren.
Bei einer Ausführungsform weist die Flussleiteinrichtung eine erste Seite und eine gegenüberliegende zweite Seite auf, zwischen welchen sich die Flussleitung erstreckt, wobei die Dicke der Flussleiteinrichtung zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite kleiner ist als eine Breite und Länge der Flussleiteinrichtung. Entsprechend lässt sich die Flussleiteinrichtung als dünnes Plättchen herstellen, welches sich auf einfache Weise positionieren lässt.
Günstig ist es, wenn die erste Seite und/oder die zweite Seite im Wesentlichen eben sind und parallel zueinander sind. Eine entsprechende Flussleiteinrichtung lässt sich mit geringen Dickenabmessungen herstellen und auf einfache Weise positionieren.
Günstig ist es, wenn die Flussleiteinrichtung einen Signalaufnahmekopfbereich und einen Leitbereich aufweist. Der Signalaufnahmekopfbereich dient dazu, das Rotorsignal aufzunehmen, das heißt magnetischen Fluss aufzunehmen. Der Leitbereich dient dazu, das aufgenommene Signal dem Sensor zuzuleiten.
Günstigerweise ist der Signalaufnahmekopfbereich gegenüber dem Leitbereich verbreitert, um für eine optimierte Signaleinkopplung zu sorgen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Signalaufnahmekopfbereich in seiner Form an eine Trennfläche zwischen dem Rotor und dem Stator an- gepasst ist. Dadurch lässt sich eine optimierte Signaleinkopplung erhalten, wobei die Flussleiteinrichtung auf einfache Weise positionierbar ist.
Günstig ist es, wenn der mindestens eine Sensor entfernt zu einer Trennfläche zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnet ist. Er lässt sich dann an einer geeigneten Stelle positionieren, wobei diese Stelle so gewählt wird, dass die Herstellung vereinfacht ist und beispielsweise Zuleitungen und Ableitungen von dem Sensor mit geringem Aufwand herstellbar sind. Günstig ist es, wenn der mindestens eine Sensor unterhalb der Trennfläche zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnet ist. Dadurch ist die Herstellung des Elektromotors vereinfacht.
Insbesondere ist der mindestens eine Sensor in einem Bereich unterhalb oder oberhalb des Rotors angeordnet. Dadurch ist die Herstellung vereinfacht, da der Sensor nicht mehr unmittelbar am Rotor angeordnet sein muss.
Bei einer Ausführungsform ist der mindestens eine Sensor an einem Träger angeordnet, an welchem Hauptkomponenten einer Motorschaltung angeordnet sind. Dadurch kann dem Sensor auf einfache Weise elektrische Energie bereitgestellt werden und Sensorsignale lassen sich auf einfache Weise ableiten und beispielsweise einer Auswerteschaltung des Positionsgebers zuführen. Der Sensor lässt sich mit der Herstellung des Trägers integral beispielsweise durch Bestückung positionieren.
Es ist dann günstig, wenn der Träger in einer zweiten Kammer eines Gehäuses angeordnet ist, welche getrennt von einer ersten Kammer des Gehäuses ist, in welcher der Stator und der Rotor angeordnet sind.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist der mindestens eine Sensor an einem Zusatzträger angeordnet, welcher getrennt von einem Träger ist, an welchem Hauptkomponenten einer Motorschaltung angeordnet sind. Dieser Zusatzträger wird an einer für die Herstellung optimierten Stelle positioniert.
Günstig ist es, wenn der Rotor dem Stator zugewandt sphärisch ausgebildet ist. Der entsprechende Elektromotor lässt sich mit hohem Wirkungsgrad betreiben. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Rotor sphärisch gelagert ist. Bei einer sphärischen Lagerung lässt sich der Verschleiß minimieren. Ferner ist die Geräuschentwicklung minimiert.
Günstig ist es, wenn dem Stator eine dem Rotor zugewandte Trennfläche zugeordnet ist, welche sphärisch ausgebildet ist. Der entsprechende Elektromotor lässt sich mit hohem Wirkungsgrad betreiben.
Es ist dann günstig, wenn die dem mindestens einen Sensor zugeordnete
Flussleiteinrichtung eine sphärische oder zylindrische Stirnseite aufweist, welche dem Rotor zugewandt ist. Dadurch lässt sich die Flussleiteinrichtung auf optimierte Weise positionieren. Bei einer sphärischen Ausbildung des Stators, mindestens segmentweise dem Rotor zugewandt, lässt sich die Stirnseite zy- lindrisch ausbilden, wenn die Flussleiteinrichtung entsprechend dünn ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist dem Stator mindestens ein Polschuh zugeordnet, welche dem Rotor zugewandt ist. Der Polschuh dient zur Bereitstellung einer Rückschlusseinrichtung.
Es ist dann günstig, wenn eine Mehrzahl von Polschuhen an einem Aufsatz angeordnet sind, welcher an dem Stator sitzt. Über den Aufsatz lassen sich die Polschuhe auf einfache Weise positionieren.
Es ist ferner günstig, wenn der Aufsatz beabstandete Zwischenstege aufweist, an welchem die Polschuhe angeordnet sind. Über die Zwischenstege lassen sich die Polschuhe positionieren und fixieren und gegeneinander geometrisch trennen. Die Flussleiteinrichtung lässt sich auf einfache Weise mindestens teilweise an einem Zwischensteg anordnen. Beispielsweise weist ein Zwischensteg eine Ausnehmung beispielsweise in Schlitzform auf, in welcher mindestens teilweise die Flussleiteinrichtung sitzt.
Es ist günstig, wenn der Rotor über einen oder mehrere Permanentmagneten magnetfelderzeugend ist. Dadurch lässt sich ein Elektromotor mit hohem Wirkungsgrad bereitstellen.
Günstig ist es, wenn Spulen des Stators unterhalb des Rotors angeordnet sind. Dadurch lässt sich ein Elektromotor mit kompakten Querabmessungen bereitstellen.
Ein erfindungsgemäßer Elektromotor lässt sich auf vorteilhafte Weise in einer Umwälzpumpe einsetzen. Insbesondere ist dabei ein Schaufelrad der Umwälzpumpe drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbunden.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Umwälzpumpe einen Elektromotor mit einem Stator, einem Rotor und einer Motorschaltung, und ein Gehäuse, in welchem der Elektromotor angeordnet ist. Das Gehäuse weist eine erste Kammer auf, in welcher der Stator und der Rotor angeordnet sind, und weist eine von der ersten Kammer getrennte zweite Kammer auf, an welcher mindestens ein Träger positioniert ist, an welchem mindestens ein Teil der Motorschaltung an- geordnet ist. Die erste Kammer und die zweite Kammer sind über mindestens eine Verbindungsöffnung verbunden, über welche mindestens ein elektrisches Element der Motorschaltung, welches an dem mindestens einen Träger angeordnet ist, in thermischem Kontakt mit dem Stator in der ersten Kammer steht.
Der Stator lässt sich über Förderflüssigkeit der Umwälzpumpe (wie beispielsweise Wasser) kühlen. Beispielsweise weist die Förderflüssigkeit eine Höchsttemperatur auf, welche im Bereich zwischen 95°C und 1100C liegt. Der Stator kann Temperaturen entwickeln, welche im Bereich bei ca. 1300C liegen. Es lässt sich dadurch eine effektive Kühlung erreichen.
Wenn ein oder mehrere elektrische Elemente der Motorschaltung über die Verbindungsöffnung in thermischem Kontakt mit dem Stator stehen, dann lassen sich diese über die Förderflüssigkeit kühlen, das heißt es ist eine Mediumkühlung bereitgestellt. Dadurch lässt sich effektiv Wärme abführen. Beispiels- weise werden elektronische Leistungsbauelemente der Motorschaltung entsprechend gekühlt.
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, in der zweiten Kammer (welche einen "Schaltschrank" für den Elektromotor bildet) einen Träger zu positionieren, an dem sowohl Niedertemperaturschaltungselemente als auch Hochtemperaturschaltungselemente positionierbar sind. Die Niedertemperatur- schaltungselemente weisen eine geringere Wärmeentwicklung als die Hoch- temperaturschaltungselemente auf. Die Niedertemperaturschaltungselemente lassen sich über Luftkühlung kühlen. Die Hochtemperaturschaltungselemente lassen sich über die Förderflüssigkeit aufgrund der thermischen Verbindung mit dem Stator kühlen. Insbesondere ist der Stator in der ersten Kammer über Förderflüssigkeit kühlbar. Damit ist dann auch das mindestens eine elektrische Element der Motorschaltung, welches über die Verbindungsöffnung mit dem Stator in thermischen Kontakt steht, über Förderflüssigkeit kühlbar.
Es ist ferner vorgesehen, dass die zweite Kammer luftkühlbar ist.
Günstig ist es, wenn der mindestens eine Träger einen Niedertemperaturbereich und einen Hochtemperaturbereich aufweist, wobei der Nieder- temperaturbereich luftgekühlt ist und der Hochtemperaturbereich über Förderflüssigkeit gekühlt ist. Dadurch lassen sich an demselben Träger sowohl Niedertemperaturschaltungselemente anordnen, für die eine Luftkühlung ausreicht, als auch Hochtemperaturschaltungselemente, die über Förderflüssigkeit gekühlt sind. Die entsprechende Umwälzpumpe lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise herstellen. Insbesondere lassen sich kostengünstige Niedertemperaturschaltungselemente einsetzen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn elektrische Elemente des Niedertemperaturbereichs an einer Seite des mindestens einen Trägers angeordnet sind, welche der ersten Kammer abgewandt sind. Dadurch ist für eine effektive thermische Entkopplung gesorgt, wobei der Träger zwischen der ersten Kammer und den elektrischen Elementen liegt.
Es ist dann auch günstig, wenn elektrische Elemente des Hochtemperatur- bereichs an einer Seite des mindestens einen Trägers angeordnet sind, welche der ersten Kammer zugewandt ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein thermischer Kontakt mit dem Stator, welcher in der ersten Kammer sitzt, erreichen. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer ein Zwischenraum zur Bildung eines Luftspalts liegt. Über diesen Zwischenraum ist eine Luftspalttrennung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer bereitgestellt. Dadurch lassen sich die erste Kammer und die zweite Kammer thermisch entkoppeln.
Günstig ist es, wenn der Zwischenraum zum Außenraum hin offen ist. Dadurch kann Luft durch den Zwischenraum strömen, um für eine Luftkühlung zu sor- gen. Ferner wird durch die Luft im Zwischenraum für eine thermische Entkopplung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer gesorgt.
Günstigerweise ist die mindestens eine Verbindungsöffnung gegenüber dem Zwischenraum geschlossen, so dass sie gegenüber dem Außenraum ge- schlössen ist.
Günstig ist es, wenn der Zwischenraum einen Luftspalt umfasst. Über den Luftspalt sind die erste Kammer und die zweite Kammer thermisch entkoppelt. Dadurch ist es beispielsweise möglich, elektrische Elemente, welche an dem Träger in der ersten Kammer angeordnet sind, über Luftkühlung zu kühlen, wenn sie nur eine geringe Wärmeentwicklung aufweisen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Niedertemperaturbereich des mindestens einen Trägers (direkt) unterhalb des Luftspalts liegt. Dadurch ist für eine effektive thermische Entkopplung zwischen elektrischen Elementen des Niedertemperaturbereichs und der ersten Kammer gesorgt. Bei einer Ausführungsform liegt die zweite Kammer unterhalb der ersten Kammer. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine thermische Kontaktierung zwischen dem mindestens einen Element der Rotorschaltung und dem Stator erreichen.
Günstig ist es, wenn die erste Kammer zur zweiten Kammer hin eine Stirnwand aufweist. Diese Stirnwand schließt die erste Kammer ab.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn die zweite Kammer zur ersten Kammer hin eine Stirnwand aufweist, welche beabstandet zur Stirnwand der ersten Kammer ist. Über die beabstandeten Stirnwände lässt sich ein Zwischenraum zwischen den beiden Kammern herstellen, welcher zur Luftspalttrennung dient.
Bei einer Ausführungsform weist die Stirnwand der ersten Kammer an einer Innenseite eine Ausnehmung zur Aufnahme einer Kontaktplatine des Stators auf. Die Innenseite der Stirnwand der ersten Kammer dient insbesondere zur Positionierung des Stators in der ersten Kammer. In der Ausnehmung lässt sich eine Kontaktplatine positionieren, über welche Spulen des Stators elek- trisch mit der Motorschaltung verbunden sind.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse einstückig ausgebildet ist. Es ist insbesondere aus Kunststoff beispielsweise über Spritzgießen hergestellt. Dadurch sind die Zusammenbauschritte bei der Herstellung der Um- wälzpumpe gering gehalten. Günstig ist es, wenn in der ersten Kammer Positionierelemente für den Stator angeordnet sind. Über die Positionierelemente lässt sich bei der Herstellung der Umwälzpumpe der Stator in der ersten Kammer positionieren und insbesondere zentrieren. Dadurch ist die Herstellung vereinfacht.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Umwälzpumpe;
Figur 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 gemäß Figur 1;
Figur 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 gemäß Figur 2;
Figur 4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 gemäß Figur 3;
Figur 5 eine perspektivische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stators;
Figur 6 eine Draufsicht auf den (Teil-)Stator gemäß Figur 5 in der Richtung A (von oben);
Figur 7 eine Draufsicht auf den (Teil-)Stator gemäß Figur 5 in der Richtung B (von unten); Figur 8 eine Schnittansicht durch den (Teil-)Stator gemäß Figur 5;
Figur 9 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Spulenmoduls; und
Figur 10 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Aufsatzes.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Umwälzpumpe, welches in den Figuren 1 bis 3 gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst ein Ge- häuse 12. In dem Gehäuse 12 ist ein Elektromotor 14 mit einer elektrischen Motorschaltung 16 angeordnet.
Das Gehäuse 12 weist eine erste Kammer 18 und eine von der ersten Kammer 18 getrennte zweite Kammer 20 auf. Die erste Kammer 18 hat einen im Wesentlichen zylindrischen Innenraum 22. Die zweite Kammer 20 hat ebenfalls einen im Wesentlichen zylindrischen Innenraum 24.
In der ersten Kammer 18 ist ein Stator 26 und ein Rotor 28 des Elektromotors 14 angeordnet.
In der zweiten Kammer 20 ist ein Träger 30 angeordnet, bei welchem es sich insbesondere um eine Trägerplatine handelt, an welcher die Motorschaltung 16 oder zumindest Hauptkomponenten der Motorschaltung 16 sitzen. Die zweite Kammer 20 dient als "Schaltschrank" für den Elektromotor 14.
Die zweite Kammer 20 weist zu der ersten Kammer 18 hin eine Stirnwand 32 auf. An der Stirnwand 32 sitzt in den Innenraum 24 weisend ein Stiftelement 34. Dieses Stiftelement 34 ist insbesondere koaxial zu einer Mittelachse 36 des Gehäuses 12 angeordnet. Vorzugsweise weisen die erste Kammer 18 und die zweite Kammer 20 eine Mittelachse auf, welche mit der Mittelachse 36 zusammenfällt. An dem Stiftelement 34 ist der Träger 30 beabstandet zu der Stirnwand 32 fixiert.
Auf dem Träger 30 sind elektrische Schaltungselemente und Verbindungsleitungen beispielsweise in der Form von Leiterbahnen angeordnet. Es handelt sich dabei insbesondere um diskrete Schaltungselemente und integrierte Schaltungselemente. Die Motorschaltung 16 umfasst ein oder mehrere elektronische Leistungsschaltungselemente 38, wie beispielsweise ein oder mehrere Thyristoren, welche an dem Träger 30 angeordnet sind.
Die zweite Kammer 20 ist nach außen hin über ein Deckelelement 40 ge- schlössen, welches beispielsweise über eine Schraube 42 an dem Stiftelement 34 fixiert ist.
Die erste Kammer 18 weist eine Stirnwand 44 zu der zweiten Kammer 20 hin auf. Diese Stirnwand 44 ist beabstandet zu der Stirnwand 32 der zweiten Kammer 20. Zwischen der Stirnwand 44 und der Stirnwand 32 ist ein Zwischenraum 46 gebildet, welcher zu dem Außenraum offen ist und einen Luftspalt umfasst. Zwischen einer Außenseite der Stirnwand 32 und einer Außenseite der Stirnwand 44 sind dabei Stegelemente 48a, 48b usw. angeordnet, welche die Stirnwand 44 und die Stirnwand 32 unter Bildung des Zwischen- raums 46 auf Abstand halten. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Insbesondere sind die Stirnwände 32 und 44 mit entsprechenden Kammerwänden einstückig ausgebildet.
Die zweite Kammer 20 mit der Motorschaltung 16 ist luftgekühlt. Durch den Zwischenraum 46 ist die zweite Kammer 20 thermisch von der ersten Kammer 18 getrennt, wobei Luft den Zwischenraum 46 durchströmen kann bzw. ein Luftpolster im Zwischenraum 46 liegt.
Der Rotor 28 ist um eine Drehachse 50 rotierbar, welche mit der Mittelachse 36 zusammenfällt. Mit dem Rotor 28 drehfest verbunden ist ein Schaufelrad 52 zur Förderung einer Flüssigkeit.
An dem Gehäuse 12 ist ein oberes Deckelelement 54 angeordnet, welches eine Ausnehmung 56 aufweist, in welcher das Schaufelrad 52 rotierbar ist. Das obere Deckelelement 54 umfasst einen ersten Anschlussstutzen 58, welcher beispielsweise koaxial zur Mittelachse 36 ausgerichtet ist. Über diesen ersten Anschlussstutzen 58 ist Förderflüssigkeit in den Innenraum 56 einführbar. Über den ersten Anschlussstutzen 58 ist eine Saugseite der Umwälzpumpe 10 definiert.
An dem oberen Deckelelement 54 ist ferner ein zweiter Anschlussstutzen 60 angeordnet (Figuren 1 und 3), welcher beispielsweise quer und insbesondere senkrecht zu der Mittelachse 36 orientiert ist. Über diesen zweiten Anschluss- stutzen 60 ist geförderte Flüssigkeit abführbar. Der zweite Anschlussstutzen 60 definiert eine Druckseite der Umwälzpumpe 10. Das obere Deckelelement 54 ist an dem Gehäuse 12 beispielsweise über einen Flansch 62 fixiert. Dazu weist das Gehäuse 12 an seinem oberen Ende 64, welches der zweiten Kammer 20 abgewandt ist, einen nach außen ragenden Ringbereich 66 auf. Der Flansch 62 liegt von unten her an dem Ringbereich 66 an. Über Verspannelemente 68, wie beispielsweise Schrauben oder Bolzen, wird das obere Deckelelement 54 mit dem Flansch 62, welcher insbesondere als Ringflansch ausgebildet ist, verspannt und dadurch an dem Gehäuse 12 gehalten, wobei eine fluiddichte Fixierung mittels eines O-Rings 63 hergestellt ist.
In den Innenraum 22 der ersten Kammer 18 weisend sind an einer Kammerwand 70 Positionierelemente 72 angeordnet (Figuren 3, 4). Diese Positionierelemente 72 sind beispielsweise als Rippen ausgebildet. Beispielsweise sind, wie in Figur 4 gezeigt, eine Mehrzahl von Rippenpaaren um die Mittelachse 36 verteilt an der Kammerwand 70 angeordnet. Diese Positionierelemente 72 dienen zur Positionierung des Stators 26 bei der Herstellung der Umwälzpumpe 10.
Der Stator 26 umfasst eine magnetische Rückschlusseinrichtung 73 mit einem Rückschlusskörper 74 und Polschuhen. Dieser Rückschlusskörper 74 ist insbesondere einstückig ausgebildet. Er ist vorzugsweise aus einem gepressten Pulvermaterial hergestellt, welches beispielsweise Eisenkörner umfasst, die gegeneinander elektrisch isoliert sind. Ein solches Pulvermaterial ist unter der Bezeichnung "SOMALOY" von der Firma Höganäs, Schweden bekannt. Dadurch lassen sich die Wirbelstromverluste in dem Rückschlusskörper 74 gering halten. Die erforderlichen magnetischen Eigenschaften (große Magnetleitfähigkeit) sind bei einer optimierten geometrischen Gestaltbarkeit des Rückschlusskörpers 74 vorhanden. Der Rückschlusskörper 74 weist eine Haltebasis 76 auf, welche insbesondere als Ring 78 ausgebildet ist. Über diese Haltebasis 76 ist der Stator 26 an einer Innenseite der Stirnwand 44 positioniert.
Die Stirnwand 44 weist zu dem Innenraum 22 weisend eine beispielsweise kreisförmige Ausnehmung 80 (Vertiefung) auf (Figur 4). In dieser Ausnehmung 80 ist eine Kontaktplatine 82 angeordnet. Diese Kontaktplatine 82 weist Kontaktstellen 84a, 84b usw. auf (Figur 6), an welchen jeweils eine Spule 86 des Stators 26 elektrisch mit der Kontaktplatine 82 insbesondere über Anschweißung oder Anlötung verbunden ist.
Die Kontaktplatine 82 mit ihren Kontaktstellen:84a, 84b usw. wiederum ist über eine oder mehrere elektrische Verbindungsleitungen 88 (Figur 3) mit der Motorschaltung 16 verbunden. Dazu ist an der Stirnwand 32 und der Stirnwand 44 eine durchgehende Öffnung 90 (Figur 4) angeordnet, über welche die Verbindungsleitung 88 von der ersten Kammer 18 in die zweite Kammer 20 geführt ist. Die Öffnung 90 ist zu dem Zwischenraum 46 hin über eine Außenwand geschlossen.
Zwischen der ersten Kammer 18 und der zweiten Kammer 20 ist ferner eine Verbindungsöffnung 92 vorgesehen (Figur 4). Diese Verbindungsöffnung 92 ist zu dem Zwischenraum 46 hin durch eine Umgebungswand 94 (Figur 3) geschlossen. An dem Träger 30, welcher wiederum in der zweiten Kammer 20 fixiert ist, sind elektrische Schaltungselemente angeordnet, welche in der zweiten Kammer 20 positioniert sind, und welche luftgekühlt sind. An dem Träger 30 sind ferner elektronische Leistungsschaltungselemente 38 angeordnet, welche min- destens teilweise in der ersten Kammer 18 positioniert sind. Sie ragen durch die Verbindungsöffnung 92 hindurch in die erste Kammer 18 und stehen in thermischem Kontakt mit dem Stator 26 und insbesondere mit dem Rückschlusskörper 74.
Der Stator 26 lässt sich auf effektive Weise über die Förderflüssigkeit, welche durch die Umwälzpumpe 10 gefördert wird, kühlen. Beispielsweise erreicht der Stator 26 eine Temperatur von ca. 1300C. Durch die Umwälzpumpe 10 gefördertes Wasser erreicht maximal eine Temperatur von ca. 95°C bis 1100C. Derjenige Teil der Motorschaltung 16, der viel Wärme erzeugt (insbesondere elektronische Leistungsschaltungselemente 38), steht über die Verbindungsöffnung 92 in thermischem Kontakt mit dem Stator 26, um die Kühlwirkung der Förderflüssigkeit am Stator 26 zu nutzen.
Die erste Kammer 18 und die zweite Kammer 20 sind dabei über den Zwischenraum 26 durch einen Luftspalt getrennt.
Der Träger 30 ist in einen Niedertemperaturbereich 93a und in einen Hochtemperaturbereich 93b aufgeteilt, wobei der Niedertemperaturbereich 93a luftgekühlt ist und Schaltungselemente des Hochtemperaturbereichs 93b über die Förderflüssigkeit gekühlt sind. Schaltungselemente des Hochtemperaturbereiches 93b stehen in thermischem Kontakt mit dem Stator 26 und ragen in Richtung der ersten Kammer 18 von dem Träger 30 weg. Schaltungselemente des Niedertemperaturbereichs 93a ragen von dem Träger 30 weg in die entgegengesetzte Richtung 95, d.h. von der ersten Kammer 18 weg in Richtung des Deckelelements 42, um für eine effektive thermische Entkopplung zu sorgen. Der Niedertemperaturbereich 93a ist direkt unterhalb des Luftspalts des Zwischenraums 46 angeordnet.
Die Kontaktplatine 82 sitzt unterhalb des Rückschlusskörpers 74 in der Ausnehmung 80.
Die Haltebasis 76 ist koaxial zu der Mittelachse 36 ausgerichtet. An der Haltebasis 76 sitzen gleichmäßig verteilt um die Mittelachse 36 eine Mehrzahl von Haltestiften 96 (Figuren 5 bis 8). Die Haltestifte 96 (Haltezähne) weisen alle den gleichen Abstand zu der Mittelachse 36 auf. Ferner weisen benachbarte Haltestifte 96 den gleichen Abstand zueinander auf. Durchstoßpunkte von Ach- sen 98 der Haltestifte 96 an der Haltebasis 76 definieren ein regelmäßiges Vieleck. Bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Stator 26 sechs Spulen 86. Das regelmäßige Vieleck ist in diesem Beispiel ein Sechseck, wobei der Winkelabstand zwischen benachbarten Haltestiften 96 60° ist. Die Achsen 98 der Haltestifte 96 sind jeweils parallel zur Mittelachse 36 orien- tiert.
Die Haltestifte 96 sind einstückig mit der Haltebasis 76 verbunden.
Ein Haltestift 96 weist einen ersten Bereich 100 auf, an welchem ein Spulen- modul 102 (Figur 9) angeordnet ist. Der erste Bereich 100 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Über diesen ersten Bereich 100 ist ein Haltestift 96 mit der Haltebasis 76 verbunden. Ferner weist ein Haltestift 96 einen zweiten Bereich 104 auf, welcher oberhalb des ersten Bereichs 100 und oberhalb des jeweiligen Spulenmoduls 102 liegt. Der zweite Bereich 104 weist jeweils einen unteren Flächenbereich 106 auf, welcher im Wesentlichen eben ausgebildet ist und welcher parallel zu der
Haltebasis 76 ist. Dieser untere Flächenbereich 106 weist eine Flächennormale auf, welche parallel zur Mittelachse 36 ist.
Der zweite Bereich 104 weist ferner einen sphärischen Flächenbereich 108 auf, wobei die Einhüllende der sphärischen Flächenbereiche 108 aller Haltestifte 96 ein Kugeloberflächenabschnitt ist. Ein Mittelpunkt der zu diesem Kugeloberflächenabschnitt gehörenden Kugel liegt auf der Mittelachse 36. Dieser Mittelpunkt, welcher in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 110 angedeutet ist, liegt insbesondere im Mittelpunkt eines konvexen Lagerkörpers 112, über welchen der Rotor 28 sphärisch gelagert ist.
An den jeweiligen Haltestiften 96 sitzen Spulenmodule 102, welche grundsätzlich gleich ausgebildet sind.
Ein Spulenmodul 102 umfasst einen Spulenhalter 114. Der Spulenhalter 114 wiederum weist ein Basiselement 116 und ein Deckelelement 118 auf. Zwischen dem Basiselement 116 und dem Deckelelement 118 ist ein insbesondere hohlzylindrischer Wickelkern 120 angeordnet. Auf diesen Wickelkern 120 ist die jeweilige Spule 86 mit einer Mehrzahl von Windungen 122 gewickelt. Das Deckelelement 118 und das Basiselement 116 sind dabei so ausgebildet, dass sie über eine äußere Begrenzungseinhüllende der Spule 86 hinausragen und damit die Spule 86 nach oben und nach unten hin abdecken. Das Basiselement 116 (und auch das Deckelelement 118) ist so ausgebildet, dass zu benachbarten Spulen und zu geerdeten Teilen über die entsprechende Luftstrecke der notwendige Abstand hergestellt ist. Beispielsweise umfasst das Basiselement hierzu seitliche Ohren 117a, 117b mittels welchen das Basiselement 116 von einer Kreisscheibengestalt abweicht.
Beispielsweise ist ein Mindestabstand (Luftstrecke) von 3 mm von Metall zu Metall realisiert.
Der Spulenhalter 114 weist eine insbesondere zylindrische Ausnehmung 124 auf, welche als durchgehende Öffnung ausgebildet ist. Die Ausnehmung 124 bildet eine Stiftaufnahme für einen Haltestift 96, welcher durch die Ausnehmung 124 hindurchtauchen kann. Über die Ausnehmung 124 ist das Spulenmodul 102 auf den zugeordneten Haltestift 96 aufsetzbar, um die Spule 86 an dem Stator 26 zu fixieren.
Der Spulenhalter 114 ist in der Art einer Fadenrolle ausgebildet.
Der Spulenhalter 114 ist insbesondere so ausgebildet, dass die Spule 86 an dem Spulenhalter 114 automatisch über eine Wicklungsmaschine herstellbar ist.
Eine Spulenachse 126 ist quer und insbesondere senkrecht zu dem Basis- element 116 und zu dem Deckelelement 118 orientiert. Bei an dem Rückschlusskörper 74 fixiertem Spulenmodul 102 ist die Spulenachse 126 im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse 36 und zu der Achse 98 des entsprechenden Haltestifts 96 orientiert. Sie fällt dabei insbesondere mit der Achse 98 des Haltestifts 96 zusammen.
An dem Basiselement 116 des Spulenhalters 114 ist ein Flansch 128 angeordnet, welcher sich von dem Basiselement 116 nach unten erstreckt. Der Flansch 128 weist dabei eine Erstreckungsrichtung auf, welche parallel zur Spulenachse 126 ist. (Der Flansch 128 kann dabei selber parallel zur Spulenachse 126 ausgerichtet sein oder beispielsweise schräg zur Spulenachse 126 an- geordnet sein.) Der Flansch 128 ragt dadurch über eine untere Begrenzungsebene 130 hinaus, welche durch das Basiselement 116 definiert ist.
An dem Flansch 128 sitzen ein erster Steg 132 und ein zweiter Steg 134. Der erste Steg 132 und der zweite Steg 134 sind beispielsweise parallel zueinander orientiert. Die beiden Stege 132 und 134 sind quer zur Spulenachse 126 orientiert und insbesondere senkrecht zu dieser. Die beiden Stege 132 und 134 ragen über eine Begrenzungsfläche der Spule 86 an dem Spulenmodul 102 hinaus.
Der erste Steg 132 und der zweite Steg 134 sitzen dabei an oder in der Nähe eines unteren Endes des Flansches 128.
Der Spulenhalter 114 mit seinem Basiselement 116 und seinem Deckelelement 118 ist insbesondere einstückig ausgebildet. Ferner ist der Flansch 128 mit dem ersten Steg 132 und dem zweiten Steg 134 einstückig an dem Spulenhalter 114 angeordnet. Der Spulenhalter 114 ist insbesondere aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Der erste Steg 132 und der zweite Steg 134 dienen dazu, einen ersten Spulenabschnitt 136 und einen zweiten Spulenabschnitt 138 zu halten, wobei diese beiden Spulenabschnitte 136, 138 quer und insbesondere mindestens nähe- rungsweise senkrecht zu der Spulenachse 126 orientiert sind. Ferner sind der erste Spulenabschnitt 136 und der zweite Spulenabschnitt 138 mindestens näherungsweise auf der gleichen Höhe angeordnet. Sie weisen vorzugsweise eine Einhüllendenebene auf, welche parallel zu der Kontaktplatine 82 orientiert ist, wenn das Spulenmodul 102 an dem Rückschlusskörper 174 positioniert ist.
Der erste Spulenabschnitt 136 und der zweite Spulenabschnitt 138 sind quer zu dem ersten Steg 132 und dem zweiten Steg 134 orientiert. Beispielsweise ist der erste Spulenabschnitt 136 im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Steg 132 und dem zweiten Steg 134 orientiert. Der zweite Spulenabschnitt 138 liegt nicht parallel zum ersten Spulenabschnitt 136, sondern in einem Winkel zu diesem und damit auch in einem kleinen spitzen Winkel (beispielsweise in der Größenordnung von 30°) zu dem ersten Steg 132 und dem zweiten Steg 134. Dazu kann es vorgesehen sein, dass der erste Steg 132 kürzer ausgebildet ist als der zweite Steg 134.
Bei dieser Ausbildung lässt sich bei Bereitstellung einer großen Kontaktfläche eine Mehrzahl von Spulenmodulen 102 verteilt um die Mittelachse 36 an dem Rückschlusskörper 74 anordnen (Figur 6).
Der erste Spulenabschnitt 136 liegt in der Nähe eines ersten Drahtendes 140 der Spule 86. Der zweite Spulenabschnitt 138 liegt in der Nähe eines zweiten Drahtendes 142 der Spule 86. Der Spulendraht ist an dem ersten Steg 132 und dem zweiten Steg 134 jeweils über eine Wicklung 144a, 144b, 144c, 144d fixiert. So ist der Spulendraht im Bereich des ersten Drahtendes 140 über die Wicklung 144a an dem ersten Steg 132 fixiert. Von dieser Wicklung geht der erste Spulenabschnitt 136 aus, welcher sich zwischen dem ersten Steg 132 und dem zweiten Steg 134 erstreckt. Über die Wicklung 144b ist der Spulendraht dann weiter an dem zweiten Steg 134 fixiert. Von dort aus führt der Spulendraht zu dem Spulenhalter 114.
Im Bereich des zweiten Drahtendes 142 ist der Spulendraht über die Wicklung 144d an dem zweiten Steg 134 fixiert. Ausgehend von dieser Wicklung 144d führt der zweite Spulenabschnitt 138, welcher zwischen dem ersten Steg 132 und dem zweiten Steg 134 liegt, zu der Wicklung 144c, über welche der Spulendraht an dem ersten Steg 132 fixiert ist. Von dieser Wicklung 144c läuft der Spulendraht dann zu dem Spulenhalter 114.
Der erste Steg 132 und der zweite Steg 134 weisen jeweils Ausnehmungen 145 zur Aufnahme der entsprechenden Wicklungen 144a, 144b, 144c, 144d auf.
Dem Spulenmodul 102 ist eine Drehsicherungseinrichtung 146 zugeordnet, über welche sich das Spulenmodul 102 drehfest an dem Rückschlusskörper 74 fixieren lässt. Die Drehsicherungseinrichtung 146 umfasst dazu (mindestens) einen Stift 148, welcher an dem Flansch 128 sitzt und im Wesentlichen parallel zur Spulenachse 126 nach unten ragt. Die Kontaktplatine 82 weist eine dem entsprechenden Spulenmodul 102 zugeordnete Stiftaufnahme 150 auf (Figur 7), in welche der Stift 148 bei korrekter Positionierung des Spulenmoduls 102 an dem zugeordneten Haltestift 96 eingetaucht ist.
Die Haltebasis 76 weist eine Ausnehmung 152 auf. Wenn die Haltebasis 76 als Ring 78 ausgebildet ist, dann ist die Ausnehmung 152 die Ringausnehmung. Der Flansch 128 der jeweiligen Spulenmodule 102 ist in diese Ausnehmung 152 eingetaucht. Der erste Steg 132 und der zweite Steg 134 und damit auch der erste Spulenabschnitt 136 und der zweite Spulenabschnitt 138 des entsprechenden Spulenmoduls 102 sind dadurch in der Ausnehmung 152 positioniert. Nach unten zu der Stirnwand 32 in ist die Ausnehmung 152 durch die Kontaktplatine 82 begrenzt. Die Spulenabschnitte 136 und 138 liegen an den Kontaktstellen 84a, 84b der Kontaktplatine 82 an und sind mit diesen elek- trisch verbunden. Die Verbindung ist insbesondere durch Schweißen oder Löten hergestellt.
Über die Verbindungsleitung oder Verbindungsleitungen 88 wiederum ist der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktstellen 84a, 84b und der Motor- Schaltung 16 hergestellt.
Zur Herstellung des Stators 26 wird der Rückschlusskörper 74 insbesondere einstückig aus dem gepressten Pulvermaterial hergestellt.
Getrennt davon werden die Spulenmodule 102 hergestellt. Es werden dabei insbesondere die Spulen 86 an den Spulenhaltern 114 durch Wicklung mittels einer Wicklungsmaschine hergestellt. Die jeweiligen Spulenmodule 102 werden dann von oben auf die Haltestifte 96 des Rückschlusskörpers 74 aufgesetzt, und zwar derart, dass die Stifte 148 der Spulenmodule 102 in die Stiftaufnahmen 150 der Kontaktplatine 82 (welche zuvor am Rückschlusskörper 74 positioniert wurde) eintauchen können. Dadurch ist eine richtige Ausrichtung der Spulenmodule 102 erreicht.
Die jeweiligen ersten Spulenabschnitte 136 und zweiten Spulenabschnitte 138 sind dabei bei entsprechender Dimensionierung an den jeweiligen Kontakt- stellen 84a, 84b positioniert. Die elektrische Verbindung kann dann von oben her durch Schweißen über einen Schweißroboter oder durch Löten erfolgen.
■ Die Herstellung des Stators 26 lässt. sich dadurch mit einem hohen Automatisierungsgrad durchführen.
Auf dem Rückschlusskörper 74 mit den Spulenmodulen 102 ist ein Aufsatz 154 aufgesetzt (Figur 10), welcher insbesondere aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
Der Aufsatz 154 ist beispielsweise einstückig ausgebildet. Er umfasst ein Ringelement 156, welches auf dem Rückschlusskörper 74 positionierbar ist. Es ist insbesondere auf die Deckelelemente 108 der Spulenmodule 102 aufsetzbar. Das Ringelement 156 ist dann in dem Innenraum 22 der ersten Kammer 18 positioniert.
Innerhalb des Ringelements 156 ist ein Innenelement 158 angeordnet. Das Innenelement ist über entsprechende Anlageflächen an die unteren Flächenbereiche 106 der Haltestifte 96 anlegbar. Durch das Innenelement 158 ist der Zwischenraum zwischen den Spulenmodulen 102 um die Mittelachse 36 abgedeckt.
Das Innenelement 158 ist an dem Ringelement 156 über Zwischenstege 160 gehalten. Die Anzahl der Zwischenstege entspricht dabei der Anzahl der Spulenmodule 102. Bei dem in Figur 10 gezeigten Ausführungsbeispiel sind sechs Zwischenstege 160 entsprechend den sechs vorgesehenen Spulenmodulen 102 vorgesehen. Die Zwischenstege 160 sind gleichmäßig beabstandet zueinander, beispielsweise in einem Winkelabstand von 60°.
Zwischen benachbarten Zwischenstegen 160a, 160b sind an dem Ringelement 156 Positionierelemente 162 angeordnet. Diese Positionierelemente 162 dienen zur Anlage an die zweiten Bereiche 104 der Haltestifte 96 an einer den sphärischen Flächenbereich 108 abgewandten Seite. Über sie lässt sich der Aufsatz 105 an dem Rückschlusskörper 74 zentrieren.
Zwischen benachbarten Zwischenstegen 160a, 160b sind jeweils Polschuhe 164 der magnetischen Rückschlusseinrichtung 73 angeordnet, welche aus magnetisch leitfähigem Material hergestellt sind (Figur 2). Die Anzahl der Haltestifte 96 und die Anzahl der Polschuhe 164 entspricht der Anzahl der Zwischenstege 160. Die Zwischenstege 160 dienen als Anlageelement für die Polschuhe 164 und zur räumlichen Trennung benachbarter Polschuhe 164.
Die Polschuhe 164 sind beispielsweise aus einem gepressten Pulvermaterial hergestellt, welches insbesondere Eisenkörner aufweist, die elektrisch voneinander isoliert sind. Die Polschuhe 164 haben die Form eines Abschnitts einer Kugelschale, das heißt sie weisen gegenüberliegende sphärische Oberflächen auf. Dadurch weist der Stator 26 dem Rotor 28 zugewandt im Bereich der Polschuhe 164 eine sphärische Oberfläche auf.
Die Polschuhe 164 stehen in mechanischem Kontakt mit den jeweiligen Haltestiften 96, um eine magnetisch leitfähige Verbindung bereitzustellen.
Auf den Polschuhen 164 ist eine Abdeckung 166 (Trennkalotte) angeordnet, welche den Stator 26 fluiddicht von einem Nassraum der Umwälzpumpe 10 trennt. Die Abdeckung definiert eine Trennfläche zwischen dem Stator 26 und dem Rotor 28.
Die Spulenmodule 102 mit den jeweiligen Spulen 86 sind bezogen auf die Mittelachse 86 unterhalb des Rotors 28 und unterhalb des Aufsatzes 154 angeordnet, das heißt eine Einhüllende der Deckelelemente 118 liegt unterhalb des Rotors 28 und unterhalb der Polschuhe 164.
Durch die Abdeckung 166 ist ein Raum 168 in der Umwälzpumpe 10 gebildet, in welchem der Rotor 28 positioniert ist. Dieser Raum 168 hat die Form eines Kugelabschnitts entsprechend einer Halbkugel, welche eine abgeschnittene Polkappe hat.
Der Rotor 28 ist über den Lagerkörper 112 sphärisch gelagert. Der Lager- körper 112 ist konvex ausgebildet mit einer sphärischen Oberfläche 170. Der Lagerkörper 112 ist an einer Säule 172 drehfest angeordnet. Diese Säule 172 ist auf einer Auswölbung 173 der Abdeckung 166 fixiert und erstreckt sich oberhalb des Innenelements 158 mit koaxialer Ausrichtung zur Mittelachse 36. Der Lagerkörper 112 ist beispielsweise aus einem keramischen Material hergestellt.
Der Rotor 28 umfasst eine konkave Lagerschale 174, welche auf dem Lagerkörper 112 positioniert ist. Durch die Lagerschale 174 und den Lagerkörper 112 ist ein sphärisches Lager bereitgestellt.
Der Rotor 28 ist dem Stator 26 zugewandt sphärisch ausgebildet, wobei ein entsprechender Kugelmittelpunkt mindestens näherungsweise mit dem Mittelpunkt 110 zusammenfällt.
Der Rotor 28 ist magnetfelderzeugend ausgebildet. Dazu weist er ein oder mehrere Permanentmagnete 176 auf.
Zwischen der Abdeckung 166 und dem Rotor 28 ist ein "Luft"-Spalt 178 gebildet, welcher abschnittsweise eine Kugelschalenform hat. Durch diesen Spalt 178 ist Förderflüssigkeit durchströmbar bis zu dem Lagerkörper 112, um für eine Flüssigkeitsschmierung des sphärischen Lagers (gebildet mittels des Lagerkörpers 112 und der Lagerschale 174) zu sorgen.
Der Luftspalt 178 steht dazu in fluidwirksamer Verbindung mit dem Innenraum 56 der Umwälzpumpe 10, in welchem das Schaufelrad 52 rotierbar ist.
Das Schaufelrad 52 ist dabei drehfest mit der Lagerschale 174 verbunden und ist insbesondere oberhalb des Lagerkörpers 112 angeordnet. Der Elektromotor 14 ist elektronisch kommutiert. Er weist dazu einen Positionsgeber auf, welcher insbesondere auf dem Träger 30 angeordnet ist und Teil der Motorschaltung 16 ist.
Diesem Positionsgeber ist mindestens ein Sensor 180 zugeordnet, welcher zur Ermittlung der Rotorposition dient, um die Spulen 86 des Stator 26 entsprechend ansteuern zu können.
Bei dem Sensor 180 handelt es sich beispielsweise um einen Hall-Sensor.
Der Sensor 180 ist entfernt von dem Rotor 28 angeordnet. Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist er auf einem Zusatzträger 182 angeordnet, welche unterhalb der Spulen 86 sitzt.
Es ist auch möglich, dass der Sensor 180 an dem Träger 30 in der zweiten Kammer 20 angeordnet ist.
Zur Signalwirkankopplung des Sensors 180 und des Rotors 28 ist (mindestens) ein Flussleitelement 184 als Flussleiteinrichtung 185 vorgesehen, über welches ein Rotorsignal von dem Rotor 28 zu dem entfernt angeordneten Sensor 180 übertragen wird; das Flussleitelement 184 sorgt für eine magnetische Flussübertragung von einer Außenseite des Stators 26 her (welche dem Rotor 28 zugewandt ist) zu dem Sensor 180.
Das Flussleitelement 184 ist aus einem paramagnetischen Material und insbesondere Weicheisen hergestellt. Es weist einen Signalaufnahmebereich 186 auf, welcher mit einer Stirnseite 188 dem Rotor 28 zugewandt ist. Diese Stirnseite 188 ist dabei sphärisch oder zylindrisch ausgebildet. Sie liegt unmittelbar unter der Abdeckung 166.
Insbesondere ist in einem Zwischensteg 160 eine beispielsweise schlitzförmige Ausnehmung 190 gebildet (Figur 10), in welcher der Signalaufnahmebereich 186 angeordnet ist.
Einstückig mit dem Signalaufnahmebereich 186 ist ein Leitbereich 192 ver- bunden, über welchen sich die Flusssignale von dem Signalaufnahmebereich 186 dem Sensor 180 zuführen lassen.
Der Leitbereich 192 überbrückt den Zwischenraum zwischen dem Signalaufnahmebereich 186 und dem Sensor 180.
Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Leitbereich 192 im Wesentlichen parallel zur Mittelachse 186 durch den Stator 26 zu dem Sensor 180.
Wenn der Sensor 180 in der zweiten Kammer 20 ausgebildet ist, dann erstreckt sich dieser Leitbereich 192 entsprechend in die zweite Kammer 20.
Das Flussleitelement 184 ist insbesondere als Plättchen ausgebildet mit einer ersten Seite und einer gegenüberliegenden zweiten Seite, zwischen welchen sich das Flussleitelement 184 erstreckt. Die erste Seite und die zweite Seite sind dabei im Wesentlichen eben ausgebildet und liegen parallel zueinander. (In Figur 2 liegen die erste Seite und die zweite Seite parallel zur Zeichenebene.) Der Signalaufnahmebereich 186 ist vorzugsweise breiter als der Leitbereich 192, um für eine optimierte Signalaufnahme zu sorgen.
Durch die Flussleiteinrichtung 185 lässt sich der Sensor 180 an einer geeigneten Stelle in der Umwälzpumpe 10 positionieren; der Sensor 180 muss nicht mehr in unmittelbarer Nähe des Rotors 28 positioniert werden, um eine optimierte Signalaufnahme zu erhalten, sondern kann an der insbesondere für eine einfache Herstellbarkeit geeigneten Stelle positioniert werden.
Erfindungsgemäß wird eine Umwälzpumpe 10 bereitgestellt, bei welcher ein oder mehrere elektronische Leistungsbauelemente 38, welche eine hohe Wärmeproduktion aufweisen, über thermischen Kontakt mit dem Stator 26 (bereitgestellt über die Verbindungsöffnung 92) mittels Förderflüssigkeit kühl- bar sind.
Es wird ein Stator 26 bereitgestellt, welcher sich auf einfache Weise herstellen lässt. Über die Spulenmodule 102 können die Spulen 86 mittels einer Wicklungsmaschine auf automatisierte Weise hergestellt werden. Die Spulenmodule 102 wiederum können mit der Motorschaltung 16 über die Kontaktplatine 82 auf automatisierte Weise insbesondere über Schweißung oder Lötung kontaktiert werden.
Dadurch, dass dem (mindestens) einen Sensor 180 des Positionsgebers des elektrisch kommutierten Elektromotors 14 eine Flussleiteinrichtung 185 zugeordnet ist, lässt sich der Sensor 180 an einer insbesondere für die Herstellung des Elektromotors 14 bzw. der Umwälzpumpe 10 optimierten Position anordnen, wobei während des Betriebs des Elektromotors 14 gute Signalhöhe bereitgestellt ist.

Claims

PATE NTANSPRÜCH E
1. Elektromotor, welcher elektronisch kommutiert ist, umfassend einen Stator (26), einen magnetfelderzeugenden Rotor (28) und einen Positionsgeber mit mindestens einem Sensor (180), d ad u rch g eke n nzeich net , dass dem mindestens einen Sensor (180) eine Flussleiteinrichtung (185) zugeordnet ist, über welche ein Rotorsignal zu dem mindestens einen Sensor (180) übertragbar ist.
2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleiteinrichtung (185) in Signalwirkverbindung mit dem mindestens einen Sensor (180) und dem Rotor (28) steht.
3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleiteinrichtung (185) aus einem paramagnetischen Material hergestellt ist.
4. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleiteinrichtung (185) als Plättchen ausgebildet ist.
5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleiteinrichtung (185) eine erste Seite und eine gegenüberliegende zweite Seite aufweist, zwischen welchen sich die Flussleiteinrichtung (185) erstreckt, wobei die Dicke der Flussleiteinrichtung (185) zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite kleiner ist als eine Breite und Länge der Flussleiteinrichtung (185).
6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seite und/oder die zweite Seite im Wesentlichen eben ist.
7. Elektromotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seite und die zweite Seite parallel zueinander sind.
8. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleiteinrichtung (185) einen Signalaufnahmekopfbereich (186) und einen Leitbereich (192) aufweist.
9. Elektromotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalaufnahmekopfbereich (186) gegenüber dem Leitbereich (192) verbreitert ist.
10. Elektromotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalaufnahmekopfbereich (186) in seiner Form an eine Trennfläche zwischen dem Rotor (28) und dem Stator (26) angepasst ist.
11. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (180) entfernt zu einer Trennfläche zwischen dem Stator (26) und dem Rotor (28) angeordnet ist.
12. Elektromotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (180) unterhalb der Trennfläche zwischen dem Stator (26) und dem Rotor (28) angeordnet ist.
13. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (180) in einem Bereich unterhalb oder oberhalb des Rotors (28) angeordnet ist.
14. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (180) an einem Träger (30) angeordnet ist, an welchem Hauptkomponenten einer Motorschaltung (16) angeordnet sind.
15. Elektromotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger in einer zweiten Kammer (20) eines Gehäuses (12) angeordnet ist, welche getrennt von einer ersten Kammer (18) des Gehäuses (12) ist, in welcher der Stator (26) und der Rotor (28) angeordnet sind.
16. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (180) an einem Zusatzträger (182) angeordnet ist.
17. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (28) dem Stator (26) zugewandt sphärisch ausgebildet ist.
18. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (28) sphärisch gelagert ist.
19. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stator (26) eine dem Rotor (28) zugewandte Trennfläche zugeordnet ist, welche sphärisch ausgebildet ist.
20. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem mindestens einen Sensor (180) zugeordnete Flussleiteinrichtung (185) eine sphärische oder zylindrische Stirnseite (188) aufweist, welche dem Rotor (28) zugewandt ist.
21. Elektromotor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stator (26) mindestens ein Polschuh (164) zugeordnet ist, welche dem Rotor (28) zugewandt ist.
22. Elektromotor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Polschuhen (164) an einem Aufsatz (154) angeordnet sind, welcher an dem Stator (26) sitzt.
23. Elektromotor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatz (154) beabstandete Zwischenstege (160) aufweist, an welchen die Polschuhe (164) angeordnet sind.
24. Elektromotor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleiteinrichtung (185) mindestens teilweise an einem Zwischensteg (160) angeordnet ist.
25. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (28) über einen oder mehrere Permanentmagneten (176) magnetfelderzeugend ist.
26. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Spulen (86) des Stators (26) unterhalb des Rotors (28) angeordnet sind.
27. Umwälzpumpe, umfassend einen Elektromotor (14) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
PCT/EP2007/004810 2006-06-02 2007-05-31 Elektromotor und umwälzpumpe WO2007140920A1 (de)

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