DE60102011T2

DE60102011T2 - Elektrischer Motor mit Permanentmagneten für Umwälzpumpen von Heizsystemen

Info

Publication number: DE60102011T2
Application number: DE60102011T
Authority: DE
Inventors: Elio Marioni
Original assignee: Askoll Holding SRL
Current assignee: Askoll Holding SRL
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2021-04-21
Also published as: ITPD20000107A1; ES2215135T3; US20020158545A1; EP1281229A2; AU6589501A; IT1315436B1; WO2001084690A2; DK1281229T3; EP1281229B1; WO2001084690A3; ATE259549T1; US6538353B2; DE60102011D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Motor mit Permanentmagneten für Umwälzpumpen von Heizsystemen.
Technischer Hintergrund
Die Umwälzpumpen von Heizsystemen werden derzeit im Wesentlichen durch eine Kreiselpumpe aufgebaut, die an einen asynchronen elektrischen Motor gekoppelt ist.
Der Ständer ist im Wesentlichen aus einem toroidalen Blechpaket zusammengesetzt, an das elektrische Wicklungen gekoppelt sind.
Der Läufer wird durch eine Welle und durch ein Blechpaket aufgebaut, an das die Welle gekoppelt ist.
Das Blechpaket beherbergt einen Kurzschlusskäfigstromkreis.
Der Läufer ist in einer Flüssigkeit eingebettet, die in das System gedrückt wird, und deshalb ist der Läufer, um eine Korrosion der metallischen Teile zu vermeiden, insbesondere des Blechpakets (da die Leiter des Kurzschlusskäfigstromkreises aus Kupfer gefertigt sind), mittels einer Ummantelung aus rostfreiem Stahl geschützt.
Der Läufer ist in einer zylindrischen Kammer angeordnet, die mit einer wasserdichten Versiegelung vom Ständer abgetrennt ist und für Gewöhnlich aus einem metallischen röhrenförmigen Element gebildet wird.
Es ist bekannt, dass der Spalt zwischen dem Läufer und dem Ständer für einen guten Betrieb von Asynchronmotoren auf ein Minimum verringert sein muss.
Bei bekannten Motoren weist der Spalt minimale Grenzen auf, die in der Praxis durch die Dicke des metallischen röhrenförmigen Elements, das die Kammer des Läufers bildet, durch die Ummantelung aus rostfreiem Stahl, der den Läufer schützt, und durch den Zwischenraum, der (hauptsächlich in Abhängigkeit von den Bearbeitungstoleranz) zwischen dem Läufer und dem röhrenförmigen Element erforderlich ist.
Die grundlegende Notwendigkeit, den Spalt in Kreiselpumpen von Heizsystemen zu minimieren, kollidiert jedoch mit der Notwendigkeit, die Wärme adäquat abzuführen, die von den Ständerwicklungen produziert wird, wobei auch nicht vergessen werden darf, dass die Temperatur des umlaufenden Wassers etwa 95°C betragen kann.
Der Läufer ist infolge der Verbindung seiner Kammer mit der Kammer des Pumpenrads in Wasser eingebettet, aber der Flüssigkeitsfilm, der sich zwischen dem Läufer und den Wänden der Kammer bildet, ist zu gering, um eine adäquate Wärmeabführung zwischen dem Ständer und dem Wasser zu ermöglichen.
Des Weiteren bringt die Tatsache, dass der Zwischenraum zwischen dem Läufer und der Kammer zwangsläufig beschränkt ist, die reale Möglichkeit des Blockierens des Motors mit sich, hauptsächlich infolge von Schmutz, der in die freien Zwischenräume eindringen kann.
Eine andere Konsequenz ist die unzureichende Entfernung von Luftblasen, die sich speziell während der Installation und während des Befüllens des hydraulischen Kreislaufs und schließlich wenn der Druck infolge der Temperatur steigt bilden.
Die Anwesenheit von Luft innerhalb der Pumpe ist störend, weil sie Lärm erzeugt und vor allem weil sie Langlebigkeit der Laufbuchsen beeinträchtigt, die die Läuferwelle tragen.
Aus diesem Grund weisen die bekannten Motoren eine Entlüftungsschraube auf, die im hinteren Teil der Läuferkammer angeordnet ist.
Die Schraube ist auch dazu da, den Läufer zu lösen, wenn ihn Schmutz vom Drehen abhält.
Darüber hinaus zwingt die Tatsache, dass das Element zum Abtrennen der Flüssigkeit, die in der Läuferkammer zirkuliert, von den aktiven Teilen des Ständers (Eisen, Kupfer) aus einem Material gefertigt ist, das nicht elektrisch isolierend ist, den Hersteller dazu, den elektrischen Stromkreis zu erden, mit offensichtlichen konstruktiven Komplikationen, welche die Kosten beeinträchtigen.
Im Dokument DE 195 18 215 A ist eine Pumpe mit einem Motor offenbart, der einem permanentmagnetischem Läufer aufweist, welcher vom Ständer isoliert ist. Die Pumpe weist die Merkmale auf, die im Oberbegriff von Anspruch 1 angegeben werden.
Offenbarung der Erfindung
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Motor für Umlaufpumpen von Heizsystemen bereitzustellen, der solch einen Aufbau aufweist, der es erlaubt, die oben erwähnten Probleme bei herkömmlichen Motoren zu beseitigen oder im Wesentlichen zu vermindern.
Innerhalb des Umfangs des obigen Ziels ist eine logische erste Aufgabe der Erfindung, einen Motor bereitzustellen, der kompakt und konstruktiv solide ist.
Eine andere wichtige Aufgabe ist es, einen elektrischen Motor bereitzustellen, der einen Aufbau aufweist, der in der Lage ist, für eine gute Wärmeabführung in die Umgebung zu sorgen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Motor bereitzustellen, dessen Aufbau eine Vielzahl von Komponenten vereinigen und deshalb beträchtliche Vorteile hinsichtlich der Einfachheit des Zusammenbaus erzielen kann.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Motor bereitzustellen, der einen Aufbau aufweist, der auch vom Gesichtspunkt der Kosten her mit herkömmlichen Motoren konkurrenzfähig ist.
Dieses Ziel und diese und andere Aufgaben, die im Folgenden besser ersichtlich werden, werden durch einen erfindungsgemäßen elektrischen Motor mit Permanentmagneten für Umwälzpumpen von Heizsystemen erreicht bzw. gelöst, der die Merkmale aufweist, die in Anspruch 1 angegeben werden.
Vorteilhafterweise ist der Querschnitt der Kammer, die den Läufer enthält, im Wesentlichen quadratisch mit mittleren Bereichen der Seiten, die sich in einer bogenartigen Form weiten.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung von einigen Ausführungsbeispielen davon besser ersichtlich werden, die in den beigefügten Zeichnungen lediglich beispielhaft, aber nicht einschränkend veranschaulicht sind, wobei:
1 eine Seitenansicht einer Umwälzpumpe ist, die bei einem ersten Ausführungsbeispiel mit dem erfindungsgemäßen Motor ausgestattet ist;
2 eine Schnittansicht des Ständers des Motors von 1 ist, genommen entlang einer Längsebene;
3 eine Draufsicht der Kammer ist, in der der Läufer platziert ist;
4 eine Vorderansicht der Ständerpolschuhe mit den entsprechenden Wicklungen ist;
5 eine perspektivische Ansicht der Polschuhe von 4 mit vergrößertem Maßstab ist;
6 eine allgemeine perspektivische Ansicht der Polschuhe von 4 ist;
7 eine Schnittansicht des zusammengebauten Ständers bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des Motors ist, genommen entlang einer Längsebene;
8 eine Schnittansicht der Komponenten des Ständers von 7 ist;
9 eine Schnittansicht des zusammengebauten Ständers bei einem dritten Ausführungsbeispiel ist, genommen entlang einer Längsebene.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Ein elektrischer Motor mit Permanentmagneten für Umwälzpumpen von Heizsystemen, der den erfindungsgemäßen Aufbau aufweist, hier wird auf die oben erwähnten 1 bis 6 Bezug genommen, umfasst bei einem ersten Ausführungsbeispiel einen Ständer 10, der aus einem Packet von metallischen Ankerblechen 11 zusammengesetzt ist, die vier Polschuhe 12 bilden, die in einer kreuzförmigen Konfiguration angeordnet sind; korrespondierende Spulen 13, die aus Kunststoff gefertigt sind, sind an die Polschuhe gekoppelt und tragen entsprechende Wicklungen 14, von denen jede mit elektrischen Anschlüssen 15 versehen ist.
Der Motor umfasst des Weiteren einen permanentmagnetischen Läufer 16, der in einer Kammer 17 angeordnet ist, die mit einer wasserdichten Versiegelung vom Läufer 10 abgetrennt ist.
Wie es in den Figuren gezeigt ist, ist ein Pumpenrad 8 an einem Ende an einer Welle 16a des Läufers 16 befestigt und ist in einer Schnecke 19 angeordnet, die an den Motor gekoppelt ist, so dass eine Kreiselpumpe 20 aufgebaut wird.
An diesem Punkt sollte beachtet werden, dass das Blechpaket 11 und die Spulen 13 mit den Wicklungen 14 sind in einer Kunststoffkapselung 21 eingebettet und isoliert, die übergeformt ist und eine Kammer 17 des Läufers 16 integriert.
Wie es in den Figuren gezeigt ist, sind die einzigen Elemente, die von der Kapselung 21 abstehen, die elektrischen Anschlüsse 15.
Des Weiteren weist die Kammer 17 eine besondere Kontur auf, die die kreisrunde Form der Polschuhe 12 in Regionen 22 wiedergibt, die davon berührt werden und anstelle dessen geweitete Abschnitte 23 in den Regionen aufweist, die nicht berührt werden.
In der Praxis ist der Querschnitt der Kammer 17 im Wesentlichen quadratisch, mit bogenförmigen geweiteten Abschnitten der Seiten in den mittleren Regionen.
Bei einem Synchronmotor mit Permanentmagneten ist es in der Tat möglich, den Zwischenraum in den Regionen aufzuweiten, die nicht von den Polschuhen berührt werden, so dass die Menge an Flüssigkeit, die zwischen den Läufer 16 und die Innenwand der Kammer 17 dringen kann, vergrößert werden kann, um die Wärmeabführung zwischen der Flüssigkeit und dem Ständer 10 zu vergrößern.
Die Verringerung des Rauminhalts, in dem der Läufer 16 an die Kammer 17 angrenzt, verringert zudem die Gefahr des Blockierens des Läufers 16 und erleichtert das Entweichen irgendwelcher Luftblasen, die innerhalb der Kammer 17 des Läufers 16 eingefangen worden sein könnten.
Es sollte zudem beachtet werden (siehe insbesondere die 3 und 4), dass die Spulen 13, die die Wicklungen 14 des Ständers 10 tragen, Enden 24 aufweisen, die an der Läuferseite 16 lokalisiert sind, die jeweils so gestaltet sind, dass sie an einer Seite einen erhabenen Abschnitt 25 und eine komplementär geformte Aussparung 26 an der anderen Seite bilden, so dass sie in der kreuzförmigen Anordnung zur gegenseitigen Positionierung aneinander stoßen, um so Bewegungen während des Spritzgießens der Kapselung 21 zu vermeiden.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, hier wird nun auf die oben erwähnten 7 und 8 Bezug genommen, ist der Motor wiederum aus einem Ständer 110 mit einer Packung von Ankerblechen 111 aufgebaut, die Polschuhe 112 bilden, auf denen Spulen 113 für Wicklungen 114 mit entsprechenden elektrischen Anschlüssen 115 gekoppelt sind.
Der Läufer ist wiederum vorgesehen und in einer Kammer 117 angeordnet, die mit einer wasserdichten Versiegelung vom Ständer 110 abgetrennt ist; in diesem Fall integriert die übergeformte Kapselung 121, die die Polschuhe 112 und die elektrischen Wicklungen 114 enthält, nicht die Läuferkammer, die anstelle dessen mittels einer separaten Komponente 117 bereitgestellt wird, die in einen entsprechenden Zwischenraum 127 eingesetzt wird und durch Ineinandergreifen mit einer geflanschten Partie 128 davon ankoppelt, der mit Steckansätzen 129 versehen ist, um in passende Einpassungen 130 der Kapselung 121 eingesetzt zu werden.
Der Querschnitt der Kammer 117 entspricht dem Querschnitt der bereits erwähnten Kammer 17.
Wasserdichtheit gegen ein mögliches Eindringen von Wasser, das im Kupplungsbereich eines Anschlags 131 des Flansches 128 und einer Ebene 132 des Läufers 110 auftreten könnte (Feuchtigkeit, Rohrtröpfeln etc.), kann durch Ultraschallschweißen, Kleben oder durch Bereitstellen einer Dichtung sichergestellt werden.
Die Polschuhe 112 werden auf diese Art und Weise geschützt.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel ist der Motor wiederum, hier wird auf die oben erwähnte 9 Bezug genommen, aus einem Ständer 210 mit einem Pack von Ankerblechen 211 aufgebaut, die Polschuhe 212 bilden, an denen Spulen 213 für Wicklungen 214 mit entsprechenden elektrischen Anschlüssen 215 gekoppelt sind.
Der Läufer wird wieder bereitgestellt und ist in einer Kammer 217 angeordnet, die mit einer wasserdichten Versiegelung vom Ständer 210 abgetrennt ist.
Es sollte beachtet werden, dass das Blechpaket 211 und die Spulen 213 mit den Wicklungen 214 in einem Epoxidharz innerhalb einer Kapselung 221 eingebettet sind, die aus Kunststoff gefertigt ist, das die Kammer 217 des Läufers integriert.
In der Praxis ist gefunden worden, dass alle obigen Ausführungsbeispiele des elektrischen Motors für Umwälzpumpen von Heizsystemen das angestrebte Ziel und die Aufgaben der vorliegenden Erfindung erreicht bzw. löst.
Die besondere Form des Ständers des Synchronmotors ermöglicht es in der Tat, den Bereich des Wärmeaustauschs zwischen dem Läufer und dem Wasser, das in der Läuferkammer zirkuliert, vollständig zu nutzen, der praktischerweise mit einem nicht kreisrunden Querschnitt mit einem geweiteten Zwischenraum zur Zirkulation der Flüssigkeit zwischen der Kammer und dem Läufer versehen ist.
Die Verringerung der Bereiche, in denen der Läufer an der Innenwand der Kammer angrenzt, verringert die Möglichkeit des Blockierens des Läufers infolge von Schmutz.
Diese Tatsache erlaubt es in Verbindung mit einem Läufer/Kammerspielraum von ungefähr 0.5 mm, die Schraube zu beseitigen, die für gewöhnlich bei herkömmlichen Umwälzern an der Seite der Pumpe lokalisiert ist, die mit der Läuferkammer verbunden ist, und die im Fall des Blockierens entfernt wird, um es dem Mechaniker zu erlauben, mit einem Schraubenzieher an der Welle (die eingekerbte Enden aufweist) einzugreifen, um so den Läufer zu lösen.
Es sollte auch beachtet werden, dass der Synchronmotor ein höheres Anlaufdrehmoment aufweist, als der traditionelle Asynchronmotor, so dass er eine größere Chance besitzt, das entgegenwirkende Reibungsdrehmoment zu überwinden.
Die Vergrößerung des Zwischenraums zwischen dem Läufer und der Kammer, in der sich die umlaufende Flüssigkeit bei normalen Betriebsbedingungen für gewöhnlich bei einem Druck von 2/3 bar befindet, erlaubt ein natürliches und fast automatisches Entgasen ohne weitere Operationen zu erfordern, die von außen her durchzuführen sind.
Der Motor, der mittels einer Monoblockeinheit hergestellt wird, die aus dem übergeformten Ständer gebildet wird, ist des Weiteren besonders kompakt und stark gebaut; die elektrische Isolierung und die Beständigkeit gegen Feuchtigkeit ist ebenso gesichert.
Die aktiven Teile des Motors, die aus Eisen oder Kupfer gefertigt sind, sind elektrisch vom Wasser isoliert, da der Teil, der die Abtrennung aufbaut, aus Kunststoff gefertigt ist. Es ist daher unnötig, die Vorrichtung elektrisch zu erden.
Die Ständerwicklungen, die in Kunststoff ohne Luftzwischenräume eingebettet sind, erzeugen auch eine gute Motor/Umgebungswärmeabführung.
Schließlich wird auf die Möglichkeit aufmerksam gemacht, verschiedene Komponenten zu integrieren, mit beträchtlichen Vorteilen hinsichtlich der Einfachheit des Zusammenbaus.
Insbesondere werden die Anschlüsse 15 der Wicklungen 14 im Formstück perfekt in Position gehalten, so dass die Steuerelektronik ohne besondere Techniken zusammengebaut werden kann.
Die so denkbare Erfindung ist zahlreichen Modifikationen und Variationen zugänglich, die sich alle innerhalb des Umfangs des erfinderischen Konzepts befinden.
Alle Details können desweiteren durch andere technisch äquivalente Elemente ersetzt werden.
In der Praxis können die verwendeten Materialien, so lange sie mit der eventuellen Verwendung, ebenso wie mit den Abmessungen, kompatibel sind, irgend eines gemäß den Erfordernissen sein.
Wo technischen Merkmalen, die in irgend einem Anspruch erwähnt werden, Bezugszeichen folgen, sind diese Bezugszeichen nur für den einzigen Zweck der größeren Verständlichkeit der Ansprüche eingefügt worden und demgemäß haben solche Bezugszeichen keine beschränkende Wirkung auf die Interpretation eines jeden Elements, das beispielsweise durch solch ein Bezugszeichen identifiziert worden ist.

Claims

Elektrischer Motor mit Permanentmagneten für Umwälzpumpen von Heizsystemen, der folgendes umfasst: einen Ständer (10, 110, 210), der aus einem Paket von Metallblechen (11, 111, 211) zusammengesetzt ist, das Polschuhe (12, 112, 212) bildet, an denen elektrische Wicklungen (14, 114, 214) angebracht sind; einen Läufer (16) mit Permanentmagneten, der in einer Kammer (17, 117, 217) angeordnet ist, die mit einem wasserdichten Verschluss abgetrennt ist und elektrisch vom Ständer isoliert ist; wobei die Kammer (17, 117, 217), die den Läufer (16) enthält, einen Querschnitt aufweist, der die kreisförmige Form der Polschuhe in Regionen (22) der Kammer (17, 117, 217) wiedergibt, die von den Polschuhen (12, 112, 212) berührt werden, und die so geformt ist, dass sie geweitete Abschnitte (23) in den Regionen bildet, die nicht von den Polschuhen (12, 112, 212) berührt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (10, 110, 210) aus vier Polschuhen zusammengesetzt ist, die in einer kreuzförmigen Konfiguration angeordnet sind; und der Querschnitt der Kammer (17) im Wesentlichen quadratisch ist, mit Eckbereichen, welche die geweiteten Abschnitte (23) in den Regionen bilden, die nicht von den Polschuhen berührt werden, und mit bogenartigen Abschnitten (22) in mittleren Regionen der Seiten, wobei die mittleren Regionen die Regionen (22) der Kammer (17) sind, die von den Polschuhen (12) berührt werden.
Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket (11, 111, 211), das die Polschuhe (12, 112, 212) bildet, und die entsprechenden elektrischen Wicklungen (14, 114, 214) in eine Kunststoffkapselung (21, 121, 221) eingebettet und isoliert sind, welche übergeformt ist.
Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselung (21, 221) die Kammer (17, 217) integriert, in welcher der Läufer (16) mit Permanentmagneten angeordnet ist.
Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (117), in welcher der Läufer angeordnet ist, durch eine Kunststoffkomponente (117) gebildet wird, die der Kapselung (121) angefügt wird, die das Blechpaket und die entsprechenden elektrischen Wicklungen einbettet, wobei die zusätzliche Komponente (117) mit der Kapselung (121) durch Ineinandergreifen zusammengebaut wird.
Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffkomponente (117) die Kammer (117) bildet, in welcher der Läufer angeordnet ist, und eine geflanschte Partie (128) enthält, die sich durch Eingreifen mit der Kapselung verbindet.
Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffkomponente (117) hydraulisch verschließend mit der geflanschten Partie mittels einer Dichtung oder mittels Ultraschallschweißen, Kleben oder gleichwertiger Methoden verbunden ist.
Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffkomponente (117) hydraulisch verschließend mit der geflanschten Partie mittels Überformen der zusätzlichen Komponente mit dem Läufer verbunden ist.
Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass komplementäre männliche und weibliche ineinandergreifende Komponenten (129, 130) zwischen der geflanschten Partie und der Kapselung ausgebildet sind.
Motor nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket (11, 111, 211) und die Spulen (13, 113, 213) mit den Wicklungen (14, 114, 214) in ein Epoxidharz innerhalb einer Kunststoffkapselung (21, 121, 221) eingebettet sind, das die Läuferkammer (17, 117, 217) integriert.
Motor nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, wobei die Wicklungen auf vier Spulen plaziert sind, die mit den entsprechenden der vier Polschuhe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass diese Läuferseitenenden dieser Spulen zur Verbindung und gegenseitigen Positionierung an einer Seite einen erhabenen Abschnitt (25) und eine komplementäre Aussparung (26) an der anderen Seite aufweisen.