DE102021108178A1

DE102021108178A1 - Stator für einen Motor einer Pumpe, Motor mit diesem Stator und Pumpe mit diesem Motor

Info

Publication number: DE102021108178A1
Application number: DE102021108178.5A
Authority: DE
Inventors: Georg Dick; Benjamin Grothe; Christoph Schulte
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2022-10-06
Also published as: WO2022207319A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für den Motor einer Pumpe mit einem Statorkern (1) aus Metall und Statorwicklungen (2) aus Draht, wobei der Statorkern (1) einen inneren Ring (111) aufweist, an den sich radial nach außen ragende Kernelemente (112) anschließen und wobei auf mehreren oder allen Kernelementen (112) eine der Statorwicklungen (2) angeordnet ist, wobei der Stator eine Kunststoffhülle (3) aufweist, die zumindest eine radial innen liegende Seite des inneren Rings (111) bedeckt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für den Motor einer Pumpe mit einem Statorkern aus Metall und Statorwicklungen aus Draht, wobei der Statorkern einen inneren Ring aufweist an den sich radial nach außen ragende Kernelemente anschließen und wobei auf mehreren oder allen Kernelementen eine der Statorwicklungen angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Stators, einen Motor mit einem solchem Stator und eine Pumpe mit einem solchen Motor.
In dem Dokument EP 1 429 443 B1 ist ein Stator offenbart. Der Stator ist Teil eines Motors, der ein Teil einer Pumpe ist. Die Pumpe weist einen sogenannten Spalttopf auf. Dieser Spalttopf ist in einen von dem Stator begrenzten zylindrischen Hohlraum eingesetzt. In dem Spalttopf ist eine Rotorbaugruppe der Pumpe angeordnet. Die Rotorbaugruppe umfasst einen Rotor des Motors und einen Impeller Der Spalttopf ist durch ein Gehäuseteil, einen Deckel verschlossen. Der Spalttopf und der Deckel begrenzen einen Innenraum, in dem die Rotorbaugruppe drehbar gelagert ist. Die Rotorbaugruppe ist von dem Spalttopf und dem Deckel eingeschlossen. Der Innenraum ist über einen Einlass und einen Auslass mit Leitungen für eine Flüssigkeit verbunden. Über den Einlass wird ein durch die Pumpe zu förderndes Medium zugeführt, das über den Auslass von der Pumpe mit hohem Druck abgegeben wird. Dazu wird der Impeller der Pumpe von dem Motor der Pumpe angetrieben.
Der Begriff „Spalt“ in der Bezeichnung Spalttopf kommt von dem Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor des Motors. Dieser Spalt ist notwendig, damit der Rotor drehen kann. Die Leistung eines Motors und so auch des Motors der in dem Dokument EP 1 429 443 B1 offenbarten Pumpe hängt von der Breite des Spaltes ab. Je kleiner die Breite des Spaltes, umso größer ist die Leistung des Motors.
Der Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator wird auch genutzt, um ein Kühlmedium zwischen dem Stator und dem Rotor hindurchzuführen, welches den Motor kühlt. Bei einer Pumpe, wie der in dem Dokument EP 1 429 443 B1 offenbarten Pumpe, wird zur Kühlung des Motors ein Teil des von der Pumpe geförderten Mediums genutzt. Damit das Medium nicht an stromführende Teile des Motors, u.a. die Wicklungen des Stators gelangen kann, ist der Spalttopf vorgesehen, der das Medium in dem Innenraum der Pumpe und damit fern von allen stromführenden Teilen des Motors hält. Der Spalttopf ist bei der bekannten Pumpe also notwendig, um den Stator vor dem von der Pumpe geförderten Medium zu schützen. Ein unerwünschter Nebeneffekt des Spalttopfes ist aber, dass er in dem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor Platz benötigt, wodurch der magnetisch wirksame Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor größer ist, als für eine Drehung des Rotors in dem Stator notwendig wäre. Der Spalttopf hat dadurch einen unerwünschten Effekt auf die Effizienz des Motors.
Hier setzt die Erfindung an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator für einen Motor einer Pumpe so zu gestalten, dass einerseits eine Abdichtung des Stators gegen ein von der Pumpe gefördertes und zur Kühlung des Motors verwendetes Medium gewährleistet ist und andererseits die Breite des Spaltes zwischen dem Stator und dem Rotor möglichst klein ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Stator eine Kunststoffhülle aufweist, die zumindest eine radial innen liegende Seite des inneren Rings bedeckt. Diese Kunststoffhülle ist eine Schicht auf der innen liegenden Seite des inneren Rings. Sie kann zum Beispiel durch Spritzen, Spritzgießen, Gießen und/oder Tauchen auf der innen liegenden Seite aufgebracht worden sein. Die Kunststoffhülle ist an dem Stator befestigt. Die Kunststoffhülle kann dadurch deutlich dünner ausgeführt sein, als der aus dem Stand der Technik bekannte Spalttopf. Die Kunststoffhülle schafft Voraussetzungen für eine Abdichtung der stromführenden Teile des Stators gegenüber dem geförderten und zur Kühlung verwendeten Medium. Zugleich kann die Dicke der Kunststoffhülle auf ein für die Dichteigenschaften und konstruktiv notwendige Maß reduziert werden. Diese Dicke kann deutlich geringer sein als die Wandstärke eines Spalttopfes bei der bekannten Pumpe an gleicher Stelle.
Die Kunststoffhülle eines erfindungsgemäßen Stators kann eine radial außen liegende Seite des inneren Rings bedecken. Außerdem ist es möglich, dass die Kunststoffhülle in Drehrichtung des Rotors und entgegen der Drehrichtung weisende Seiten der Kernelemente bedeckt. Sind auch die außen liegende Seite des inneren Rings und die in Drehrichtung bzw. entgegen der Drehrichtung weisenden Seiten der Kernelemente bedeckt, hat das den Vorteil, dass die Wicklungen, die auf wenigstens einem Teil der Kernelemente angeordnet sind, vor scharfen Kanten an den Kernelementen geschützt sind. Sowohl der innere Ring als auch die Kernelemente sind durch Blechpakete aus Blechelementen hergestellt, die durch Stanzen aus sogenanntem Elektroblech hergestellt sind. Solche Blechelemente haben durch das Stanzen scharfe Kanten, die die Drähte der Wicklungen beschädigen könnten, insbesondere wenn die Wicklungen durch Wickeln unmittelbar auf den Kernelementen hergestellt werden. Durch das Einhüllen mit der Kunststoffhülle werden die scharfen Kanten abgedeckt, so dass die auf die Kernelemente gewickelten Drähte der Wicklungen nicht durch die Kanten beschädigt werden können.
Der Statorkern eines erfindungsgemäßen Stators kann einen äußeren Ring aufweisen, der sich an radial äußeren Enden der Kernelemente anschließt.
Ein erfindungsgemäßer Stator kann eine Stirnwand aufweisen, die einen von dem Teil der Kunststoffhülle auf der radial innen liegenden Seite des inneren Rings eingeschlossenen Raum auf einer Seite verschließt, wobei die Kunststoffhülle und die Stirnwand monolithisch ausgebildet sind. Dadurch wird ein Topf ähnlich dem Spalttopf geschaffen, in dem der Rotor bzw. die Rotorbaugruppe drehbar angeordnet werden kann.
Auf einer Innenseite der Stirnwand kann ein Lagerring vorgesehen sein, wobei der Lagerring, die Stirnwand und die Kunststoffhülle monolithisch ausgebildet sind. Die feste Verbindung zwischen der den Spalttopf ersetzenden Kunststoffhülle und dem Statorkern hat den Vorteil, dass zwischen der Kunststoffhülle und dem damit verbundenen monolithischen Lagerring einerseits und dem Statorkern andererseits, kein Spiel und damit Toleranzen auftreten können, die bei der Anordnung des Rotors in dem Stator berücksichtigt werden müssen.
Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Stators kann zunächst eine Baugruppe aus dem inneren Ring und den Kernelementen hergestellt werden und dann die radial innen liegende Seite des inneren Rings zur Herstellung der Kunststoffhülle mit einer Kunststoffschicht versehen werden. Im gleichen Schritt, in dem die radial innen liegende Seite des inneren Rings mit der Kunststoffschicht versehen wird, können auch die in Drehrichtung oder entgegen der Drehrichtung liegenden Seiten der Kernelemente und die radial nach außen weisenden Seiten des inneren Ringes zur Herstellung der Kunststoffhülle mit einer Kunststoffschicht versehen werden. Ferner kann auch im gleichen Schritt, in dem die radial innen liegende Seite des inneren Rings mit der Kunststoffschicht versehen wird, auch die Stirnwand hergestellt werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Motor kann in dem Raum, der von der Kunststoffhülle auf der radial innen liegenden Seite des inneren Rings und der Stirnwand begrenzt wird, ein Rotor angeordnet sein, wobei zwischen der Kunststoffhülle und der Stirnwand einerseits und dem Rotor andererseits ein Spalt vorgesehen ist. Der Rotor des erfindungsgemäßen Motors und ein Impeller einer erfindungsgemäßen Pumpe können eine Rotorbaugruppe bilden, wobei die Pumpe ein Gehäuseteil aufweist, welches zusammen mit dem Stator einen Innenraum begrenzt, in dem die Rotorbaugruppe angeordnet ist, und wobei die Pumpe einen Einlass und einen Auslass aufweist, die mit dem Innenraum verbunden sind.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

1 Perspektivische Ansicht des Stators
2 Draufsicht auf den Stator
3 Seitenansicht des Stators
4 Schnittansicht des Stators entlang der Linie A-A in 3 und
5 Schnittansicht des Stators entlang der Linie B-B in 3.

Der erfindungsgemäße Stator weist einen Statorkern 1 auf, der aus zwei Blechpakten 11, 12 hergestellt ist. Jedes der beiden Blechpakte besteht aus mehreren Blechelementen 11, 12 eines gleichen Typs. Die Blechelemente 11 eines ersten Typs weisen einen Ring 111 auf, an den sich radial nach außen ragende Ansätze 112 anschließen. Die Blechelemente 12 eines zweiten Typs weisen einen weiteren Ring auf, dessen innerer Rand an die Ansätze 112 anstößt, so dass so die Blechelemente 11, 12 des ersten Typs und des zweiten Typs mit einander verbunden sind. Ein Blechelement 11 des ersten Typs und ein Blechelement 12 des zweiten Typs bilden eine Lage von Blechelementen 11, 12. Alle Lagen übereinander bilden den Statorkern 1.
Die Ringe der Blechelemente 11 des ersten Typs bilden einen inneren Ring des Statorkerns 1 und die Ansätze 112 der Blechelemente 11 des ersten Typs bilden Kernelemente 112. Diese Kernelemente tragen die Wicklungen 2 des erfindungsgemäßen Stators. Das Blechpaket aus den Blechelementen 12 des zweiten Typs bildet einen äußeren Ring des Statorkerns 1.
Das Blechpakt aus den Blechelementen 11 des ersten Typs ist mit Ausnahme der T-artig geformten Enden mit einem Kunststoff umspritzt, der eine Kunststoffhülle 3 bildet, die das Blechpaket aus den Blechelementen 11 des ersten Typs einhüllt.
Die auf der innen liegenden Seite des inneren Rings aufgebrachte Kunststoffschicht der Kunststoffhülle 3 begrenzt einen zylindrischen Raum. Dessen eine Stirnseite ist mit einer Stirnwand 31 verschlossen, die monolithisch mit der Kunststoffhülle 3 ausgebildet ist. Auf einer Innenseite der Stirnwand ist ein Lagerring 32 zur Lagerung einer Rotorbaugruppe angeformt.
Bezugszeichenliste

1: Statorkern
11: Blechelemente eines ersten Typs
111: Ring
112: Ansätze/Kernelemente
113: T-förmige Enden
12: Blechelemente eines zweiten Typs
121: hinterschnittene Ausnehmungen
2: Wicklungen
3: Kunststoffhülle
31: Stirnwand
32: Lagerring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1429443 B1 [0002, 0003, 0004]

Claims

Stator für den Motor einer Pumpe mit einem Statorkern (1) aus Metall und Statorwicklungen (2) aus Draht, wobei der Statorkern (1) einen inneren Ring (111) aufweist, an den sich radial nach außen ragende Kernelemente (112) anschließen und wobei auf mehreren oder allen Kernelementen (112) eine der Statorwicklungen (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator eine Kunststoffhülle (3) aufweist, die zumindest eine radial innen liegende Seite des inneren Rings (111) bedeckt.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffhülle (3) eine radial außen liegende Seite des inneren Rings (111) bedeckt.
Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffhülle (3) in Drehrichtung und entgegen der Drehrichtung weisende Seiten der Kernelemente (112) bedeckt.
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkern (1) einen äußeren Ring (12) aufweist, der sich an radial äußeren Enden der Kernelemente (112) anschließt.
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) eine Stirnwand (31) aufweist, die einen von dem Teil der Kunststoffhülle (3) auf der radial innen liegenden Seite des inneren Rings eingeschlossenen Raum auf einer Seite verschließt, wobei die Kunststoffhülle (3) und die Stirnwand (31) monolithisch ausgebildet sind.
Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Innenseite der Stirnwand (31) ein Lagerring (32) vorgesehen ist, wobei der Lagerring (32), die Stirnwand (31) und die Kunststoffhülle (3) monolithisch ausgebildet sind.
Verfahren zum Herstellen eines Stators nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Baugruppe aus dem inneren Ring und den Kernelementen hergestellt wird und dann die radial innen liegende Seite des inneren Rings zur Herstellung der Kunststoffhülle mit einer Kunststoffschicht versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im gleichen Schritt, in dem die radial innen liegende Seite des inneren Rings mit der Kunststoffschicht versehen wird auch die in Drehrichtung oder entgegen der Drehrichtung liegenden Seiten der Kernelemente und die radial nach außen weisenden Seiten des inneren Ringes zur Herstellung der Kunststoffhülle mit einer Kunststoffschicht versehen werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im gleichen Schritt, in dem die radial innen liegende Seite des inneren Rings mit der Kunststoffschicht versehen wird auch die Stirnwand hergestellt wird.
Motor mit einem Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Raum, der durch die Kunststoffhülle auf der radial innen liegende Seite des inneren Rings und der Stirnwand begrenzt wird, ein Rotor angeordnet ist, wobei zwischen der Kunststoffhülle und der Stirnwand einerseits und dem Rotor andererseits ein Spalt vorgesehen ist.
Pumpe mit einem Motor nach Anspruch 10 und einem Impeller, wobei der Rotor des Motors und der Impeller eine Rotorbaugruppe bilden, wobei die Pumpe ein Gehäuseteil aufweist, welches zusammen mit dem Stator einen Innenraum begrenzt, in dem die Rotorbaugruppe angeordnet ist, und wobei die Pumpe einen Einlass und einen Auslass aufweist, die mit dem Innenraum verbunden sind.