Ein solcher Spalttopfmotor ist beispielsweise aus der EP 0 846 365 B1 bekannt.

Für das Pumpen von z. B. aggressiver Flüssigkeit oder von Reinstwasser ist zwischen einem Antriebsmotor und der Pumpe eine vollständige Trennung erforderlich. Es ist bekannt, für solche Anwendungen einen Spalttopfmotor oder Spaltrohrmotor zu verwenden, der ein zwi- schen dem Stator und dem Rotor angeordnetes Spaltrohr aufweist. Es ist auch bekannt, den Rotor in dem Spaltrohr hydrostatisch oder mittels eines Gleitlagers zu halten. Spalttopfmoto- ren haben den Vorteil, daß die elektrische Antriebsseite von den rotierenden Teilen sowie dem Fördermedium mittels des Spaltrohres bzw. Spalttopfes hermetisch getrennt werden kann. Je nach Ausgestaltung der Lager ist der Betrieb des Spalttopfes sowohl für den Naßläu- fer-als auch für den Trockenläuferbetrieb möglich. Bei dem Entwurf eines Spalttopfmotors ist grundsätzlich darauf zu achten, daß das Spaltrohr ausreichend stabil ist, damit der Fluid- druck, der auf das Spaltrohr einwirkt, dieses nicht verformt.

Die DE 198 45 864 AI offenbart einen Spaltrohrmotor mit einem Spalttopf, der die Wicklun- gen des Stators trägt, wobei die Wicklungen an der zylindrischen Außenseite des Spalttopfes anliegen. Der Spalttopf weist nach außen gerichtete Elemente auf, um die herum oder in die hinein die Wicklungen gewickelt sind, um einen konstruktiv einfachen Spalttopfmotor zu schaffen.

Die EP 1 024 584 A2 betrifft einen Spalttopfmotor einer Spalttopf-Kreiselpumpe, bei dem zwei Lager zur Lagerung der Motorwelle in dem Spalttopf angeordnet sind. Ziel dieser Druckschrift ist die Schaffung eines konstruktiv einfachen, leicht handhabbaren und preiswert herzustellenden Spalttopfes.

Die EP 0 846 365 B1 offenbart einen Spalttopfmotor mit einem Rotor und einem Stator sowie einem zwischen dem Rotor und dem Stator angeordneten Spaltrohr und mindestens zwei La- gervorrichtungen, wobei wenigstens eine der Lagervorrichtungen als eine Lagerantriebsvor-

richtung ausgebildet ist und sowohl eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung als auch eine magnetische Lagervorrichtung umfaßt, um den Rotor durch diese Lagerantriebsvorrich- tung sowohl anzutreiben als auch zu lagern. Ein Sensor zur Erfassung der Lage des Rotors ist räumlich dem Stator zugeordnet, um die Lage des Rotors in radialer und axialer Richtung zu erfassen und regeln zu können. Die Lageregelung des Rotors erfolgt über ein aktives Ma- gnetlager, so daß sich der Rotor frei drehen kann. Der Sensor ist nicht dafür geeignet oder bestimmt, die Winkellage, Drehgeschwindigkeit oder Drehrichtung des Rotors zu erfassen.

Die EP 0 758 154 Bl betrifft einen Spalttopfmotor mit einem Rotor und einem Stator sowie mit einem Spalttopf, der zwischen den Rotor und den Stator eingefügt ist und den Rotor um- gibt. Der Stator ist in einer Statorkammer untergebracht, die mit einem Füllmaterial gefüllt ist, um einer Ausdehnung des Spalttopfes aufgrund des in diesem herrschenden Fluiddrucks ent- gegen zu wirken. Das Füllmaterial kann insbesondere Gummi oder Polymerharz sein.

Die EP 0 713 282 B 1 offenbart einen Spaltrohrmotor für Pumpen, mit einem zwischen dem Rotor und dem Ständer angeordneten Spalttopf, welcher die Fördermedium führende Seite von der elektrischen Antriebsseite trennt, wobei der Stator einen hülsenförmigen Grundkörper aufweist, der zumindest teilweise an der Außenseite des Spalttopfes anliegt, um auch bei klei- nen Wandstärken des Spalttopfes eine genügend hohe Stabilität der Konstruktion zu gewähr- leisten.

Im Stand der Technik gibt es eine Vielzahl von Bauweisen für Spalttopfmotoren, die sowohl als Bürstenmotoren, Asynchronmotoren in Dreh-und Wechselstrombetrieb, oder elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren realisiert sein können.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Spalttopfmotor anzugeben, der als ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor realisiert sein kann und Mittel für eine präzise Erfassung der Drehlage, Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung des Rotors aufweist, um anhand dieser Meßgrößen einen einwandferien Motoranlauf in die gewünschte Richtung und darüberhinaus eine sehr genaue Geschwindigkeits-bzw. Drehzahlregelung des Motors bis herab zu sehr niedrigen Drehzahlen zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch einen Spalttopfmotor mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Spalttopfmotor umfaßt einen Rotor mit einer Rotorwelle ; einen Spalt- topf mit einer zylindrischen Wand, die an einem Stirnende geschlossen oder abgedichtet ist ; und einen Stator, wobei die zylindrische Wand des Spalttopfs zwischen den Rotor und den Stator eingefügt ist. Zur Erfassung der Drehlage, der Drehzahl und gegebenenfalls der Dreh- richtung des Rotors sieht die Erfindung einen in den Spalttopfmotor integrierten Resolver vor.

Der Resolver weist vorzugsweise einen mit dem Rotor umlaufenden Resolverrotor und einen feststehenden Resolverstator auf, wobei die zylindrische Wand des Spalttopfs auch zwischen dem Resolverrotor und dem Resolverstator liegt. Der Resolver ermöglicht eine präzise Erfas- sung insbesondere der Drehlage, Drehzahl und Drehgeschwindigkeit des Rotors und dadurch eine Motorregelung, wie sie an sich aus dem Gebiet der elektronisch kommutierten Gleich- strommotoren bekannt ist. Eine solche Regelung abhängig von Drehzahl und Drehlage ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung 101 30 130.8 bekannt.

Die Verwendung von sogenannten Resolvern zur Erfassung von Drehlage, Drehzahl und Drehgeschwindigkeit ergibt wegen der Erzeugung von analogen Sensorsignalen eine bessere Auflösung als bei Verwendung digitaler Sensoren, wie Hall-Sensoren, die nur eine begrenzte Auflösung haben. Ein Resolver erzeugt drei sinusförmige Sensorsignale, welche für Position und Drehrichtung der Rotorwelle ausgewertet werden können. Der Resolver hat aufgrund seiner Bauweise den weiteren Vorteil, daß er die Topfwand des Spalttopfes abstützen kann, wie weiter unten noch erläutert ist.

Die Funktionsweise von solchen Gebersystemen mit Resolvern ist z. B. beschrieben in"Mo- derne Stromrichterantriebe"von Peter F. Brosch, Seiten 245 bis 249. Wie in dieser Schrift ausgeführt, werden bei Resolvern Systeme mit mehreren z. B. zwei Sinussignalen eingesetzt, wobei die Erregerwickler des Resolvers gespeist wird und eine Elektronik die Spannungs- signale auswertet. Resolver ermöglichen eine kontinuierliche Lageerfassung. Auf diese Veröf- fentlichung wird Bezug genommen.

Um eine ausreichende Stabilität des Spalttopfmotor zu gewährleisten, ist die zylindrische Wand vorzugsweise aus Metall hergestellt, insbesondere aus einem nicht magnetischen, schlecht leitenden Material, wie nicht magnetisch leitender Edelstahl oder Kunststoff.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Spalttopfmotor als Pumpenmotor eingesetzt, und der Rotor ist ein Naßläufer ausgebildet, wobei der Spalttopf den Resolverstator und den Stator von dem Fördermedium trennt. Der Resolverstator umfaßt Geber-und Aufnehmerspu-

len, wie in den Figuren gezeigt und später noch erörtert ist. Der Spalttopf, der aus einer zylin- drischen Wand und einem geschlossenen oder abgedichteten Stirnende gebildet ist, ist mit dem Fördermedium, insbesondere einem Druckfluid gefüllt. Das Fördermedium kann auch ein nicht unter Druck stehendes Fluid und gegebenenfalls sogar Luft sein. Für einen Spalt- topfmotor kennzeichnend ist, daß der Spalttopf im wesentlichen geschlossen ist, wobei es Spalttöpfe mit geschlossener Stirnwand sowie mit einer Abdichtung des Stirnendes über La- ger und dergleichen gibt.

Bevorzugt ist der Spalttopfmotor als ein Innenläufer realisiert, so daß der Rotor im Inneren des Spalttopfes angeordnet ist und der Stator auf der Außenseite der zylindrischen Wand sitzt.

Auch eine Außenläuferbauweise liegt im Bereich der Erfindung. Bei der Innenläuferbauweise ist auch der Resolverrotor im Inneren des Spalttopfes angeordnet, und der Resolverstator sitzt auf der Außenseite der zylindrischen Wand.

Bei dem erfindungsgemäßen Spalttopfmotor ist der Resolver an einem Stirnende der aus dem Rotor und dem Stator gebildeten Baugruppe, koaxial zu diesen angeordnet und der Resolver- rotor und der Resolverstator haben geringere Außen-bzw. Innendurchmesser als der Rotor bzw. der Stator. Der Spalttopf hat vorzugsweise eine Wandstärke von 0,1 mm bis 0,5 mm, und insbesondere von etwa 0,3 mm Der erfindungsgemäße Resolverrotor hat vorzugsweise eine zur Drehachse des Rotors nicht rotationssymmetrische Gestalt, wie z. B. ein Polygonform, und ist aus einem Material herge- stellt, das geeignet ist, ein Magnetfeld zu beeinflussen.

Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Resolverstator mehrere Statorwicklungen auf, wobei durch Zusammenwirken von Resolverrotor und Resolverstator Signale in bezug auf die Drehlage, Drehzahl und/oder Drehrichtung des Rotors erzeugbar sind. Diese Statorwicklun- gen umfassen in einer Ausführungsform der Erfindung Erregerwicklungen und Meßwicklun- gen zum Erzeugen bzw. Messen eines Magnetfeldes.

Ferner ist der Resolver gemäß der Erfindung vorteilhaft mit einer, in der Regel externen Aus- werteelektronik verbunden.

Zur Druckstabilisierung können der Stator und/oder der Resolverstator des Spalttopfes eng an der Außenseite der zylindrischen Wand des Spalttopfes anliegen. Zusätzlich können der Sta-

tor und/oder der Resolverstator zur Druckstabilisierung des Spalttopfes beispielsweise mit einem Kunstharz vergossen sein.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die Figuren erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Explosions-Darstellung eines Spalttopfmotors gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Resolvers, der in dem Spalttopfmotor der Fig. 1 eingesetzt werden kann.

Der erfindungsgemäße Spalttopfmotor wird vorzugsweise zum Antreiben von Pumpen einge- setzt, ist hierauf jedoch nicht beschränkt und eignet sich beispielsweise auch zum Antreiben von Lüftern und dergleichen und insbesondere als Antriebsvorrichtung in Kraftfahrzeugen, wie in einem Stoßdämpersystem oder dergleichen. Allgemein eignen sich die erfindungsge- mäßen Spalttopfmotoren zum Einsatz in Flüssigkeiten oder in Umgebungen mit explosiven Gasen u. ä.

Der erfindungsgemäße Spalttopfmotor, der in der Figur gezeigt ist, umfaßt einen Rotor 10, einen Stator 12, einen Resolver mit einem Resolverrotor 14 und einem Resolverstator 16 und einen Spalttopf 18.

Der Rotor 10 umfaßt einen Eisenrückschluß 20, einen Permanentmagneten 22 und eine Ro- torwelle 24. Der Stator 12 ist lediglich schematisch durch einen Statorkörper 26 mit neun Statorpolen dargestellt, wobei die Wicklungen der Klarheit halber weggelassen sind.

Der Resolverrotor 14 sitzt an einem Stirnende der Rotorwelle 24, welches deren Antriebsende gegenüberliegt. Der Resolverrotor 14 dreht sich mit dem Rotor 10 und ist ein Bauelement, welches magnetische Felder verändert, wie ein Eisenrückschluß, ein Magnet oder dergleichen.

Der Resolverrotor 14 kann als ein ringförmiger Permanentmagnet mit mehreren Magnetpolen vorzugsweise als ein Polygon, insbesondere ein Viereck oder ein Dreieck, oder mit einer an- deren asymmetrischen Gestalt so ausgebildet sein, daß er durch seine Drehung ein Magnetfeld verändert, siehe Fig. 2.

Der Resolverstator 16 ist bei der in der Figur gezeigten Ausführungsform mit Wicklungen 28, welche auf den Statorpolen 30 sitzen, ausgebildet, siehe auch Fig. 2. Die Wicklungen 28 um- fassen Erregerwicklungen und Meßwicklungen, die mit Stromerregeranschlüssen (nicht ge- zeigt) verbunden sind, um ein Magnetfeld, zu erzeugen und zu messen. Das Feld wird durch die Drehlage des Resolver-Rotors 14 beeinflußt und ermöglicht es, die Drehlage des Rotors 10 zu erfassen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spaltrohrmotors ist der Resolver ein sogenannter"variable reluctance resolver"bestehend aus Resolverrotor 14, Re- solverstator 16. In Figur 2 ist ein solcher Resolver schematisch dargestellt.

Auf dem Resolverstator 16 sind sowohl Erreger- (bzw. "Primär"-) als auch Meß- (bzw."Se- kundär"-) Wicklungen angeordnet. Der Resolverrotor 14 hat eine Polygonform, so daß der Luftspalt zwischen Resolverrotor 14 und Resolverstator 16 nicht konstant ist, sondern von der Winkellage im rotoreigenen Koordinatensystem abhängig. Eine Drehung des Rotors 10 und somit des mitdrehenden Resolverrotors 14 in bezug auf den Resolverstator 16 hat eine Luftspaltänderung und somit eine Änderung der Kopplung zwischen den Wicklungen zur Folge.

Durch Einspeisung einer hochfrequenten Wechselspannung in die Erregerspule (n) des"Pri- märkreises"wird mit der Drehung des Resolverrotors in den Meßspulen des"Sekundär- kreises"eine amplitudenmodulierte Wechselspannung derselben Frequenz induziert, deren Amplitude abhängig ist vom luftspaltbedingten Kopplungsgrad, also von der Stellung (Win- kellage) des Resolverrotors 14 in bezug auf den Resolverstator 16. Mit anderen Worten han- delt es sich um ein Art Transformator mit veränderlicher Kopplung zwischen"Primär"-und "Sekundärkreis", wobei die Drehzahl, Drehrichtung und Drehlage des Resolverrotors 14 und somit des Rotors 10 des Spalttopfmotors ausgewertet werden.

Die Erfassung der Meßgrößen in bezug auf den Rotor erfolgt berührungslos, da Resolverro- tor 14 und Resolverstator 16 durch einen konzentrischen Zwischenraum voneinander getrennt sind.

Der Spalttopf 18 ist mit einer zylindrischen Wand in zwei Abschnitten 32,34 ausgebildet. Der erste Abschnitt 32 ist an den Umfang des Permanentmagneten 22 des Rotors 10 angepaßt, und

der zweite Abschnitt 34 ist an den Außenumfang des Resolverrotors 14 angepaßt, so daß der Rotor 10 und der Resolverrotor 14 in dem Spalttopf 18 frei drehbar sind, jedoch ein möglichst kleiner Luftspalt zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 12 bzw. dem Resolverrotor 14 und dem Resolverstator 16 gebildet wird.

Die Wand des Spalttopfes 18 sollte möglichst dünn, jedoch ausreichend stabil sein, um einem Fluiddruck, insbesondere einem Öldruck innerhalb des Spalttopfes Stand zu halten. Die Wand des Spalttopfes besteht vorzugsweise aus nicht magnetisch leitendem Edelstahl oder einem anderen schlecht leitenden Metall, so daß sie ausreichend stabil ist und einen möglichst gerin- gen Einfluß auf die Magnetfelder der Rotoren hat sowie keinen bzw. einen möglichst gerin- gen Wirbelstromeffekt erzeugt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Wandstärke zwischen 0,1 und 0,5 mm und insbesondere bei ungefähr 0,3 mm. Es ist bei der Auslegung des Spalttopfes 18 zu berücksichtigen, daß die Antriebs-und Meßströme des erfindungsgemäßen Resolvers im Vergleich zu dem Antriebsstrom des Motors um ungefähr vier Größenordnungen kleiner sind. Es muß durch Wahl von Material-und Wandstärke si- chergestellt werden, daß auch bei kleinen Meßströmen von einigen mA noch auswertbare Meßsignale erhalten werden.

Um bei einer dünnen Spalttopfwand eine ausreichende mechanische Festigkeit zu gewährlei- sten, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Stator 12 und der Resol- verstator 16 so ausgebildet, daß sie sich an der Außenseite des Spalttopfes 18 abstützen. Zu- sätzlich können die Wicklungen des Stators 13 und/oder des Resolverstators 16 mit einem Kunststoff umspritzt sein, um eine flächige Abstützung zu erreichen.

Untersuchungen an dem erfindungsgemäßen Spalttopfmotor haben gezeigt, daß ein Einfluß der Wand des Spalttopfes 18 auf die Erfassung der Drehlage und/oder der Drehzahl des Ro- tors mit Hilfe des Resolvers 14,16 zwar vorhanden ist, daß der Einfluß auf das Meßsignal jedoch nicht zu stark ist, als daß er eine sinnvolle Auswertung des Meßsignals verhindern würde.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Spalttopf 18 an seinem frei- en Ende 36 leicht nach außen gebogen, um ihn ohne Beschädigung des Rotors 10 über diesen schieben zu können. Zur Abdichtung des Spalttopfes 18 kann z. B. ein O-Ring oder derglei- chen vorgesehen sein.

Die Erfindung, die in den folgenden Ansprüchen definiert ist, kann zahlreiche Modifikationen erfahren. So kann in dem erfindungsgemäßen Spalttopfmotor anstelle des beschriebenen Re- solvers mit"variable Reluktanz"auch ein klassischer Resolver verwendet werden, dessen Resolverrotor mehrere Magnetfeld-Steuerelemente aufweist und z. B. wie der Permanentma- gnet eines Gleichstrommotors mit mehreren Magnetpolen aufgebaut ist. Der erfindungsge- mäße Spalttopfmotor ist vorzugsweise als ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor realisiert.

Bezugszeichenliste Rotor 10 Stator 12 Resolver-Rotor 14 Resolver-Stator 16 Spalttopf 18 Eisenrückschluß 20 Permanentmagnet 22 Rotorwelle 24 Wicklungen 28 Statorpole 30 Wandabschnitte 32,34 Freies Spalttopfende 36