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Spaltpolmotor zum Antrieb von Haushaltswäschezentrifugen Die Erfindung
bezieht sich auf einen Spaltpolmotor mit unterdrücktem Drehmomentsattel im unteren
Drehzahlbereich zum Antrieb von Wäschezentrifugen.
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Haushaltswäschezentrifugen, die ja nie unwuchtfrei beladen sind, durchlaufen
beim Anlauf einige kritische Drehzahlen, an denen das Drehmoment sehr stark zunimmt.
Reihenuntersuchungen an gebräuchlichen Wäschezentrifugen haben ergeben, daß eine
kritische Drehzahl mit hohem Drehmoment bei 35
bis 4011/o der Nenndrehzahl
liegt.
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Spaltpolmotoren, die sich durch ihren einfachen Aufbau und ihre Robustheit
im Betrieb auszeichnen, sind schon lange bekannt. In den letzten 20 Jahren haben
Spaltpolmotoren zunehmend als Kleinstmotoren Anwendung gefunden. Gleichzeitig wurden
diese Spaltpolkleinstmotoren Gegenstand verschiedener wissenschaftlich-theoretischer
Arbeiten. Danach zeigt sich als Folge der im Luftspaltfeld vorhandener räumlicher
Feldoberwellen dritter Ordnung bei Motoren »großer« Leistung von 100 bis
150 W in der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie eine Einsattelung bei etwa
30 bis 40"/o der Nenndrehzahl, während bei »kleinen« bzw. »normalen« Motoren
von 2 bis 10 W bzw. 10 bis 20 W die Einsattelung fehlt.
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Eine derartige Einsattelung beschreibt schon K i in b e r
1 y in seinem Aufsatz »The Field Fluxes of the Shaded-Pole Motor« in AIEE-Transactions
1949, S. 273 bis 277, in welchem er sich mit der allgemeinen Flußverteilung
und dem Einfluß des Widerstandes der Spaltpolspule auf die Oberwellenmomente bei
einem Spaltmotor befaßt.
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Ein Hinweis wie die Einsattelung vermeidbar ist, findet sich in der
USA.-Patentschrift 2 773 999. Danach ist der Luftspalt unter dem nicht abgeschirmten
Polteil laufend zu vergrößern, und zwar etwa ab Polmitte bis Polende. Dadurch soll
erreicht werden, daß der Fluß sich in Richtung des abgeschirmten Poles verdichtet,
so daß eine Feldverteilung entsteht, bei welcher die dritte Feldoberwelle unterdrückt
wird. Die primäre Folge ist, daß die Einsattelung unterdrückt wird; die sekundäre
Folge ist, daß man einen Läufer mit geringem Widerstand verwenden kann, was sonst
ohne Hängenbleiben des Rotors auf Grund der Oberwellenmomente nicht möglich war,
und dadurch ein höheres Kippmoment erreicht. In dieser Patentschrift ist nichts
über die Motorgröße ausgesagt. Selbst wenn diese Lehre auf einen Motor von etwa
150 W Leistung übertragen werden könnte, wäre dieser Motor kaum zum Antrieb
einer Wäschezentrifuge geeignet. Der Vorteil des erhöhten Kippmomentes könnte sich
nicht auswirken, da das Lastmoment der Wäschezentrifuge in diesem Drehzahlbereich
sehr klein ist. Die durch die Luftspaltvergrößerung bedingten Nachteile, nämlich
der höhere Magnetisierungsstrom, die größeren Kupferverluste, der schlechtere Wirkungsgrad
und auch die schwierige Herstellung würden sich ungünstig auswirken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spaltpolmotor zu schaffen,
der zum Antrieb von Wäschezentrifugen geeignet ist, dessen Drehmomentkennlinie der
der Wäschezentrifuge möglichst angepaßt ist, der also keine Sattelbildung, jedoch
ein möglichst großes Anlaufdrehmoment aufweist, wobei die Höhe des Kippmomentes
keine Rolle spielt.
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Die Erfindung gibt hierfür eine auf einfache Weise verwirklichbare
Bemessungsgrundlage an und besteht darin, daß bei diesem Motor das Verhältnis von
R Xk = 0,7 bis 1,0 und das Verhältnis von RJ: R,
= 3,5 bis 6,0 beträgt, wenn R, der Ohmsche Kaltwiderstand der Primärwicklung,
R 2' der auf die Primärwicklung bezogene Ohmsche Kaltwiderstand des Läufers und
Xk die Gesamtkurzschluß-Reaktanz in Ohm bedeuten.
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Lehren, die sich zumeist auf die Erhöhung des Kippmomentes und die
Gestaltung des Anlaufmomentes in Abhängigkeit vom Widerstand des Läufers, der Spaltpolspule
und der Ständerwicklung sowie von Streublindwiderständen im Rahmen von Berechnungen
und Messungen bei mit Spaltpolen verseheneu Kleinstmotoren beziehen, sind an sich
bekannt. In diesem Zusammenhang ist durch S. 48 und 49 im »Archiv für Elektrotechnik«,
1957, zwar ein Spaltpolmotor bekannt, bei dem das Verhältnis RJ: Xk innerhalb
der in der Erfindung vorgeschlagenen Ürenzen liegt und das Verhältnis R,': R, gleich
3,3 ist. Hierbei handelt es sich jedoch um einen Motor mit einem Anlaufmoment
von 0,18 und ein Kippmoment
von 0,6 cmkp, bei dem
der Einfluß der Oberwellenmomente nicht ins Gewicht fällt und nicht- Grundlage der
Bemessung des Motors bildet. Ein Zentrifugenantriebsmotor weist hingegen entsprechende
Momente bis zu etwa 8 bzw. 12 emkp auf, bei denen der Einfluß der Oberwellenmomente
beachtenswert ist.
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Die erfindungsgemäßen Verhältniszahlen sind praktisch unabhängig von
der Polzahl des- Motors. Das Verhältnis des Kurzschlußstromes Jk zum Leerlaufstrom
J, ist dagegen abhängig von der Polzahl. Bei einem vierpoligen Motor wird für dieses
Verhältnis in an sich bekannter Weise zweckmäßig eine Zahl zwischen 1,5 und
2 gewählt.
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Der technische Fortschritt des erfindungsgemäßen Spaltpolmotors gegenüber
einem bekannten Motor üblicher Bemessung und vergleichbarer Größe geht deutlich
aus der Zeichnung hervor, in welcher die Drehmomentkurven in Abhängigkeit von der
Drehzahl aufgezeichnet sind.
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Die Drehmomentkurve 1 des Motors üblicher Bemessung erreicht
bei etwa 600 U/min einen niedrigsten Wert von etwa 3,2 emkp. Im gleichen
Drehzahlbereich erreicht das Gegendrehmoment 2 der Wäschezentrifuge einen Höchstwert
von etwa 6 cmkp.
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Ein Motor der üblichen Bauart würde bei etwa 500 U/min hängenbleiben.
Beim erfindungsgemäßen Motor ergibt sich, wie die Kurve 3 zeigt, im niedrigen
Drehzahlbereich ein nahezu konstantes Drehmoment von etwa 9 cmkp, das mit
Sicherheit ausreicht, das Gegendrehmoment der Zentrifuge auch bei ungünstigster
Beiadung und bei Unterspannung im Netz zu überwinden. Der Umstand, daß das maximale
Drehmoment und das Kippmoment des Motors geringer ist als bei den Motoren der üblichen
Bauart, kann in, Kauf genommen werden, da im oberen Drehzahlbereich das Gegendrehmoment
der Zentrifuge nur gering ist.