DE19836944A1 - Wäschebehandlungsgerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wäschebehandlungsgerät wie Waschmaschine, Wäschetrockner oder Waschtrockner mit einer drehbar gelagerten Trommel mit mindestens annähernd horizontaler Drehachse und mit einem auf der Trommelwelle angeordneten Antriebsmotor in Form eines permanentmagneterregten Synchronmotors, dessen Stator mit einer Wicklung versehen ist, welche durch einen Umrichter bestromt wird, wobei die Wicklung als Einzelpolwicklung ausgeführt ist, wobei die Anzahl der Statorpole und der Magnetpole ungleich ist, und wobei als Umrichter ein Frequenzumrichter verwendet wird, dessen Ausgangsspannung derart eingestellt ist, daß sich in allen Wicklungssträngen kontinuierliche Ströme ausbilden (nach Patentanmeldung 19806258.3). Um die Pulsationen der Reluktanzmomente zu eliminieren oder wenigstens deutlich zu reduzieren, wird vorgeschlagen, daß die Zahnköpfe der Statorpole mindestens in ihren Randbereichen eine derart dimensionierte Krümmung aufweisen, daß der Luftspalt zwischen dem Permanentmagneten und den Zahnflanken 4 bis 6 mal größer als der Luftspalt zwischen dem Permanentmagneten und der Zahnkopfmitte ist. Alternativ dazu wird vorgeschlagen, daß das Statorblechpaket bezogen auf die Statorpolteilung eine Schränkung alpha von 25 DEG el bis 30 DEG el aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wäschebehandlungsgerät wie Waschmaschine, Wäschetrockner oder Waschtrockner mit einer drehbar gelagerten Trommel mit mindestens annähernd horizontaler Drehachse, und mit einem auf der Trommelwelle angeordneten Antriebsmotor in Form eines permanentmagneterregten Synchronmotors, dessen Stator mit einer Wicklung versehen ist, welche durch einen Umrichter bestromt wird, wobei die Wicklung als Einzelpolwicklung ausge­ führt ist, wobei die Anzahl der Statorpole und der Magnetpole ungleich ist, und wobei als Um­ richter ein Frequenzumrichter verwendet wird, dessen Ausgangsspannung derart eingestellt ist, daß sich in allen Wicklungssträngen kontinuierliche Ströme ausbilden (nach Patentanmeldung 198 06 258.3).

Wie bereits in der Deutschen Patentanmeldung 198 06 258.3 und der korrespondierenden in­ ternationalen Patentanmeldung (Aktenzeichen PCT/EP98/00902) beschrieben, werden im Ge­ gensatz zu den bisher bekannten Direktantrieben für Waschmaschinen mit elektronisch kom­ mutierten Gleichstrommotoren bei dem hier beschriebenen Antriebskonzept alle Wicklungs­ stränge der dreiphasigen Statorwicklung kontinuierlich bestromt. Hierdurch ist die Geräusch­ entwicklung bereits geringer als bei elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren, trotzdem können die bei permanentmagneterregten Motoren auftretenden Reluktanzmomente zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen.

Aus der WO 98/00902 A1 ist ein Direktantrieb für Waschmaschinen bekannt, bei dem ein elek­ tronisch kommutierter Gleichstrommotor eingesetzt wird. Der Motor besitzt ein Rotorpol-zu-Sta­ torpol-Verhältnis von 4/3 und ein Statorzahnbreiten-zu-Nutschlitzbreiten-Verhältnis von 1.868. Dieser relativ geringe Wert, welcher wiederum den Rückschluß auf eine ungewöhnlich geringe Breite der Statorzähne zuläßt scheint der Grund dafür zu sein, daß zusätzliche Maß­ nahmen zur Erzeugung einer sinusförmigen Induktionsspannung getroffen werden müssen. Aus diesem Grund wird in der WO 98/00902 A1 vorgeschlagen, die Statorpole oder die Perma­ nentmagneten mit einer leicht konvexen Form zu versehen. Hierdurch soll ein geräuscharmer Lauf des elektronisch kommutierten Gleichstrommotors auch bei hohen Momenten an der Mo­ torwelle erreicht werden. Reluktanzmomente werden in dieser Patentanmeldung nicht betrach­ tet. Der Beschreibung der o. g. Patentanmeldung sind auch keine Angaben über die Dimensio­ nierung einer Krümmung zu entnehmen, die Darstellung der Statorpole in einer Zeichnung läßt jedoch den Schluß zu, daß die Aufweitung des Luftspaltes an den Rändern der Statorzähne maximal um den Faktor 2 erfolgt.

Da bei Motoren mit größeren Statorzahnbreiten-zu-Nutschlitzbreiten-Verhältnissen bereits aufgrund der Statorgeometrie eine sinusförmige Induktionsspannung erreicht wird, liegt der hier beschriebenen Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei dem Antriebsmotor eines Wäschebe­ handlungsgeräts der eingangs genannten Art die Pulsationen der Reluktanzmomente zu elimi­ nieren oder wenigstens deutlich zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem bei dem eingangs genannten Wäschebehandlungsgerät dadurch gelöst, daß die Zahnköpfe der Statorpole mindestens in ihren Randbereichen eine derart dimensionierte Krümmung aufweisen, daß der Luftspalt zwischen dem Permanent­ magneten und den Zahnflanken 4 bis 6 mal größer als der Luftspalt zwischen dem Permanent­ magneten und der Zahnkopfmitte ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Antriebsmotors und die damit verbundene stark konvexe Ausbildung der Zahnköpfe wird eine deutliche Aufweitung des Luftspaltes an den Zahnflanken und somit eine wirksame Reduzierung der Reluktanzmomente erreicht. Durch diese Geometrie heben sich die Kraftbeträge, die für die Bildung von Reluktanzmomenten maß­ gebend sind, über eine Elementarmaschine, bestehend aus 4 Rotorpolen und 3 Statorpolen weitgehend auf. Dies gilt insbesondere für Motoren mit einem Verhältnis der Zahnkopfbreite b_Z zur Polteilung τ_P von 0,7. . .0,8, was wiederum zu Statorzahnbreiten-zu-Nutschlitz­ breiten-Verhältnissen von 2,33. . .4 führt.

Es ist vorteilhaft, wenn die Zahnköpfe der Statorpole in der Mitte einen abgeflachten Teilbereich aufweisen, welcher mit dem Permanentmagneten einen annähernd konstanten Luftspalt bildet. Diese Abflachung verhindert eine starke Reduzierung des magnetischen Flusses durch die be­ schriebene Luftspaltaufweitung. Insbesondere bei Einsatz von Blockmagneten mit einer Pol­ lücke bleibt die Abnahme des magnetischen Flusses durch die stark konvexe Statorpolform so gering, daß weiterhin hohe Wirkungsgrade mit diesem Antrieb erreicht werden.

In Verbindung mit dieser Statorgeometrie ergibt sich sowohl bei Segmentmagneten, die bezo­ gen auf den Luftspalt konkav ausgebildet sind, als auch bei Blockmagneten mit einer Pollücke, ein deutlich reduziertes Eigenrastverhalten und somit ein äußerst geringes Betriebsgeräusch bei allen Drehzahlen.

Eine alternative erfindungsgemäße Lösung des zuvor genannten Problems bei dem eingangs beschriebenen Wäschebehandlungsgerät wird dadurch erreicht, daß das Statorblechpaket eine Schränkung α von 25° el bis 30° el aufweist.

Auch bei dieser Geometrie heben sich die Kraftbeträge, die für die Bildung von Reluktanzmo­ menten maßgebend sind, über eine Elementarmaschine, bestehend aus 4 Rotorpolen und 3 Statorpolen, auf. Diese Aussage gilt wiederum insbesondere für Motoren mit einem Verhältnis der Zahnkopfbreite b_Z zur Polteilung τ_P von 0,7. . .0,8. Die Schränkung bewirkt sowohl bei Segmentmagneten ohne Pollücke als auch bei Blockmagneten mit Pollücke eine erhebliche Reduzierung der Reluktanzmomente.

Die Kombination der zuvor beschriebenen Maßnahmen bewirkt ebenfalls eine deutliche Redu­ zierung der Reluktanzmomente.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines permanentmagneterregten Synchronmotors mit Blockmagneten (31) und konvexen Statorpolen (6).

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1.

Fig. 3 einen Ausschnitt eines permanentmagneterregten Synchronmotors mit Seg­ mentmagneten (32) und konvexen Statorpolen (6).

Fig. 4a, b einen Ausschnitt eines permanentmagneterregten Synchronmotors mit Block­ magneten (31) und geschränkten Statorpolen in Seitenansicht und Draufsicht.

In den Fig. 1 bis 4 ist lediglich der erfindungsgemäße Aufbau des Motors beschrieben, die aus der Patentanmeldung 198 06 258.3 bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Bestrom­ ung des Motors sind hier nicht näher erläutert.

Der Rotor (1) des in Fig. 1 dargestellten permanentmagneterregten Synchronmotors ist als Außenläufer ausgebildet. Er besitzt einen weichmagnetischen Eisenrückschluß (2), auf dessen Innenseite Permanentmagnete (3) mit rechteckigem Querschnitt als Rotorpole befestigt sind. Die Breite der Permanentmagnete (31) ist kleiner als die Polteilung des Rotors (1), wodurch Lücken (4) zwischen den Permanentmagneten (31) gebildet werden.

Das Statorblechpaket (5) weist am Umfang eine Reihe von ausgeprägten Statorpolen (6) auf, die mit Statorwicklungen (7) versehen sind (s. Fig. 2). Die Wicklungen (7) sind über Wick­ lungskörper (8) gegen das Statorblechpaket (5) isoliert. Das Verhältnis von Rotorpolen zu Sta­ torpolen beträgt 4/3.

Die Zahnköpfe (61) der Statorpole (6) weisen in ihren Randbereichen eine derart dimensio­ nierte Krümmung (611) auf, daß der Luftspalt d_R zwischen den Permanentmagneten (3) und den Zahnkopfflanken (612) 4 bis 6 mal größer als der Luftspalt d_M zwischen den Permanent­ magneten (3) und den Zahnkopfmitten (613) ist. In der Mitte (613) besitzen die Zahnköpfe (61) einen abgeflachten Teilbereich, der mit dem Permanentmagneten (3) einen konstanten Luftspalt d_M bildet. Das Verhältnis a der Zahnkopfbreite b_Z zur Polteilung τ_P des Startors beträgt 0,7. . .0,8, was wiederum zu Statorzahnbreiten-zu-Nutschlitzbreiten-Verhältnissen von 2,33. . .4 führt.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt eines permanentmagneterregten Synchronmotors mit gekrümm­ ten Zahnköpfen (61), bei dem die Permanentmagnete (32) kreissegmentförmig ausgebildet sind. Die Breite der Permanentmagnete (32) entspricht in etwa der Polteilung des Rotors (1), so daß eine geschlossene Anordnung der Magnete (3) erreicht wird. Um den Luftspalt d_M im Mit­ telbereich der Zahnköpfe (61) homogen zu gestalten, weist dieser eine dem Radius des Ro­ tors (1) entsprechende Krümmung auf. Da eine ebene Ausgestaltung der Zahnköpfe (61) nur zu einer Abweichung im Bereich eines Zehntelmillimeters führt, ist auch diese denkbar.

Fig. 4a und 4b zeigen einen Ausschnitt eines weiteren permanentmagneterregten Synchron­ motors mit Blockmagneten (31) in der Seitenansicht und der Draufsicht. Bei diesem Motor ist das Statorblechpaket (51) und somit auch die Zahnköpfe (62) geschränkt. Eine deutliche Redu­ zierung der Reluktanzmomente wird durch eine Schränkung des Statorblechpaketes (51) bzw. der Zahnköpfe (62) um einen Winkel α von 26°. . .30° elektrisch, bezogen auf eine Statorpoltei­ lung τ_P, erreicht. Die Zahnköpfe (62) sind derart gestaltet, daß der Luftspalt zwischen den Zahnköpfen und den Permanentmagneten (3) nahezu homogen ist. Das Verhältnis von Ma­ gnetpolen zu Statorpolen (6) beträgt auch in diesem Fall 4/3. Auch hier beträgt das Verhältnis von Zahnkopfbreite b_Z zur Polteilung τ_P 0,7. . .0,8.

Die Permanentmagnete (3) sind in der dargestellten Ausführung rechteckförmig ausgebildet. Es können jedoch auch bei gleicher Form der Statorpole (6) segmentförmige Permanentma­ gnete (3) eingesetzt werden. Zur weiteren Reduzierung der Reluktanzmomente können die Zahnköpfe (62) mit einer Krümmung (nicht dargestellt) in der vorbeschriebenen Dimensionie­ rung versehen sein.

Claims (5)

1. Wäschebehandlungsgerät wie Waschmaschine, Wäschetrockner oder Waschtrockner mit einer drehbar gelagerten Trommel mit mindestens annähernd horizontaler Drehachse, und mit einem auf der Trommelwelle angeordneten Antriebsmotor in Form eines permanentmagnet­ erregten Synchronmotors, dessen Stator mit einer Wicklung versehen ist, welche durch einen Umrichter bestromt wird, wobei die Wicklung als Einzelpolwicklung ausgeführt ist, wobei die Anzahl der Statorpole und der Magnetpole ungleich ist, und wobei als Umrichter ein Frequen­ zumrichter verwendet wird, dessen Ausgangsspannung derart eingestellt ist, daß sich in allen Wicklungssträngen kontinuierliche Ströme ausbilden (nach Patentanmeldung 198 06 258.3), dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnköpfe der Statorpole mindestens in ihren Randbereichen eine derart dimensio­ nierte Krümmung aufweisen, daß der Luftspalt zwischen dem Permanentmagneten und den Zahnflanken 4 bis 6 mal größer als der Luftspalt zwischen dem Permanentmagneten und der Zahnkopfmitte ist.

2. Wäschebehandlungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Zahnkopfbreite b_Z zur Polteilung τ_P 0,7. . .0,8, beträgt.

3. Wäschebehandlungsgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnköpfe der Statorpole in der Mitte einen abgeflachten Teilbereich aufweisen, wel­ cher mit dem Permanentmagneten einen annähernd konstanten Luftspalt bildet.

4. Wäschebehandlungsgerät wie Waschmaschine, Wäschetrockner oder Waschtrockner mit einer drehbar gelagerten Trommel mit mindestens annähernd horizontaler Drehachse, und mit einem auf der Trommelwelle angeordneten Antriebsmotor in Form eines permanentmagnet­ erregten Synchronmotors, dessen Stator mit einer Wicklung versehen ist, welche durch einen Umrichter bestromt wird, wobei die Wicklung als Einzelpolwicklung ausgeführt ist, wobei die Anzahl der Statorpole und der Magnetpole ungleich ist, und wobei als Umrichter ein Frequen­ zumrichter verwendet wird, dessen Ausgangsspannung derart eingestellt ist, daß sich in allen Wicklungssträngen kontinuierliche Ströme ausbilden (nach Patentanmeldung 198 06 258.3), dadurch gekennzeichnet, daß das Statorblechpaket bezogen auf die Statorpolteilung eine Schränkung α von 25° el bis 30° el aufweist.

5. Wäschebehandlungsgerät wie Waschmaschine, Wäschetrockner oder Waschtrockner nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 1 bis 3.