DE2716243A1

DE2716243A1 - Startschaltung fuer einen elektromotor

Info

Publication number: DE2716243A1
Application number: DE19772716243
Authority: DE
Inventors: Gravs Larsen Dipl Ing Lykke
Original assignee: Lykke gravs Larsen dipl-Ing
Current assignee: Lykke gravs Larsen dipl-Ing
Priority date: 1976-04-30
Filing date: 1977-04-13
Publication date: 1977-11-17
Also published as: IT1081404B; SE7704931L; GB1584982A; NL7704734A; DK195976A

Description

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Dr. V. ϋί;5ί;ϋ · LV, !. :-.c Γ. ':.·.". t Osnabrück, 12. April 1977

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Fall 136

Gravs L. Lykke, Vanl0se, Dänemark
Startschaltung für einen Elektromotor

Die Erfindung betrifft eine Startschaltung für einen

Elektromotor und von der Art, die Mittel zum Feststellen, dass der Motor angelaufen ist, und Organe umfasst, welche in Abhängigkeit von den genannten Mitteln den Startstromstoss des Motors begrenzen.

Bei einer bekannten Startschaltung dieser Art ist der Motor ausser mit seiner üblichen Feldwicklung für den normalen Betrieb noch mit einem zusätzlichen Feldwicklungsteil versehen, der beim Start des Motors eingeschaltet ist und von den genannten Mitteln, wenn diese feststellen, dass der Motor angelaufen ist, ausgeschaltet wird. Die Anwendung des genannten zusätzlichen Feldwicklungsteiles bewirkt, dass bei der Herstellung des Motors weit mehr Kupfer verbraucht wird, als für den normalen Betrieb des Motors notwendig wäre. Ausserdem macht der Bedarf für den genannten Feldwicklungsteil die übliche automatische Herstellung des Motors komplizierter, weil dabei für die Erstellung des erforderlichen Abgriffes an der Feldwicklung gesorgt werden muss. Hierzu kommt noch, dass der Feldwicklungsteil erheblichen Platz im Wicklungsraum des Magnetringes des Motors einnimmt, so dass dieser Wicklungsraum einen geringeren Ausnutzungsgrad für die eigentliche Betriebswicklung erhält. Um diesen Ausnutzungsgrad nicht zu sehr zu verringern, muss man sich deshalb beim zusätzlichen Feldwicklungsteil sogar mit einer kleineren Windungszahl begnügen, als zur Erzielung optimaler Startverhältnisse eigentlich wünschenswert wäre. Schliesslich bewirkt die bekannte Startschaitung eine erhöhte Abnutzung der Kohlebürsten, und zwar avii Grur·"! der ungleichmässigen Feldverteilung, die dadurch verursacht wird, dass der Wicklungs-

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raum Her einen Feldspule teilweise von dem genannten zusätzlichen Feldwicklungsteil eingenommen wird.

Die Erfindung bezweckt, diese Mängel zu beheben, und im Hinblick hierauf ist eine erfindungsgemässe Startschaltung dadurch gekennzeichnet, dass die genannten, den Startstrom begrenzenden Organe einen in den Stromkreis des Motors eingeschalteten Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten umfassen.

Neben einer Beseitigung der genannten Mangel bietet die erfindungsgemässe Startschaltung weitere Vorteile, und zwar insbesondere bei Haushaltsgeräten, bei denen es aus Rücksicht auf die begrenzte Belastbarkeit der Installationssicherungen speziell angebracht ist, den Startstrom des Motors zu reduzieren. Ein besonders wertvoller Vorteil ist hier der bescheidene Platzbedarf der erfindungsgemässen Startvorrichtung. Bei Haushaltsgeräten muss man nämlich aus Gründen der Sicherheit von Personen und Installationen dafür sorgen, dass im Falle eines Versagens derjenigen Organe, die nach Abschluss des Startvorganges für das Ausschalten des Startwiderstandes sorgen, der Startwiderstand nicht durch die vom Strom erzeugte Wärme überhitzt wird, und hier bewirkt der negative Temperaturkoeffizient des Startwiderstandes eine starke Reduktion der Wärmeentwicklung, die beim Auftreten eines derartigen Fehlers im Startwiderstand kontinuierlich erfolgt. Die hierdurch bewirkte starke Reduktion der Wärmeentwicklung ermöglicht es, die Dimensionen des Startwiderstandes klein zu halten, so dass wertvoller Platz eingespart wird.

Bei einer zweckmässigen Ausführungsform der erfindungsgemässen Startschaltung, wobei es sich beim Elektromotor um den Motor eines Staubsaugers mit einem Gebläse handelt, können die genannten Mittel von einem Schalter von der Art gebildet werden, der durch den bei der Aktivierung des Gebläses auftretenden Druckunterschied zwischen zwei

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Bereichen im Inneren und/oder ausserhalb des Staubsaugers betätigt wird.

Damit die Fähigkeit des Widerstandes, chen Start zu erleichtern, optimal ausgenutzt wird, können erfindungsgemäss ein derartiger Widerstandswert und Temperaturkoeffizient angestrebt werden, dass der initiale Startstromstoss und der Stromstoss, der bei der Aktivierung der genannten Mittel auftritt, von derselben Grössenordnung sind.

Bei einer besonders günstigen Ausführungsform kann der genannte Widerstand eine solche thermische Zeitkonstante besitzen, dass er vom Startaugenblick an gerechnet innerhalb der Aktivierungszeit der genannten Mittel einem erheblichen Temperaturanstieg ausgesetzt wird. Hierdurch wird erreicht, dass der Widerstandswert relativ schnell abnimmt, so dass der Motor eine relativ hohe Drehzahl erreicht, bevor der Widerstand ausgeschaltet wird, was die günstige Wirkung zur Folge hat, dass der Stromstoss bei diesem Ausschalten begrenzt wird.

Der genannte NTC-Widerstand ist zweckmässigerweise so zu plazieren, dass er gekühlt wird, z.B. durch die vom Motor in Zirkulation versetzte Luft, aber da die Luftzirkulation in einem Staubsauger ab und zu durch z.B. Schmutzablagerungen oder einen Gegenstand im Saugmundstück einge-5 schränkt werden kann, kann der genannte Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten erfindungsgemäss in unmittelbarer Nähe der rotierenden Teile des Motors angeordnet sein. Sobald der Motor in Gang gesetzt wird, bewirkt seine Rotation immer eine gewisse Luftwirbelbildung, die zur Abkühlung des Widerstandes beiträgt.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erklärt. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform einer bekannten Startschaltung und
Fig. 2 und 3 Ausführungsformen der erfindungsgemässen

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Startschaltung. ^

Fig. 1 veranschaulicht eine Motorstartschaltung an sich bekannter Art. Die Schaltung umfasst zwei Anschlussklemmen 1 und 2, mit deren Hilfe sie an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossen wird. Die eine Anschlussklemme Steht über einen Schalter 5, z.B. einen Kippschalter oder einen Drucktastenschalter, mit dem freien Ende der einen Feldspule Ll eines Elektromotors in Verbindung. Die andere Anschlussklemme 2 ist mit einem zentralen, federnden Kontaktstück 12 in einem Schalter 10 verbunden. Dieser Schalter hat zwei feste Kontaktstücke 13 und 14, von denen das Kontaktstück 13 mit dem freien Ende der anderen Feldspule L2 und das Kontaktstück 14 mit einem Abgriff 15 an der Feldspule L2 verbunden ist.

Der Motor ist z.B. ein Staubsaugermotbr, und der Schalter 10 kann ein Schalter von der Art sein, der im dänischen Patent Nr. 87.57$ beschrieben ist. Der Schalter umfasst einen Fühler, auf den ein vom Gebläse des Staubsaugers erzeugter Druckunterschied zwischen zwei Bereichen im Inneren oder ausserhalb des Staubsaugers einwirkt, wodurch der Schalter den Motor auf eine niedrige Geschwindigkeit beim Starten, wenn der Druckunterschied ganz klein oder gleich Null ist, und dann den Motor auf eine höhere Geschwindigkeit schaltet, wenn der Druckunterschied nach dem Start des Motors einen gegebenen Wert erreicht.

In Fig. 1 ist die die Umschaltung hervorrufende Druckeinwirkung durch den Pfeil T angedeutet. Wenn die Druckeinwirkung auftritt, schaltet das federnde Kontaktstück vom festen Kontaktstück 13 auf das feste Kontaktstück 14 um, so dass dann, wenn der Motor angelaufen ist, nur noch der zwischen dem Anker und dem Abgriff liegende Teil der Feldspule L2 vom Strom durchflossen wird, während der andere Teil dieser Feldspule, d.h. der Teil zwischen dem Abgriff 15 und dem unteren, mit dem Kontaktstück 13 verbundenen Ende der Feldspule, ausgeschaltet ist.

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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Motorstartschaltung. In Fig. 2 sind für entsprechende Bauteile der Schaltung dieselben Bezugsziffern benutzt wie in Fig. 1.

Keine der Feldspulen in Fig. 2 hat einen Abgriff. Das freie Ende der Feldspule Ll ist ebenfalls an den Arbeitskontakt 5a des Schalters 5 und das freie Ende der Feldspule L2 an das Arbeitskontaktstück 14 des Schalters 10 angeschlossen. Das federnde Kontaktstück 12 des Schalters 10 ist ständig mit der Anschlussklemme 2 verbunden, aber ausserdem ist sie noch mit dem einen Ende eines Widerstandes mit negativem Temperaturkoeffizienten, eines sogenannten NTC-Widerstandes, verbunden. Das andere Ende dieses Widerstandes ist mit dem Kontaktstück 14 des Schalters 10 und damit auch mit der Feldspule L2 verbunden.

Die Wirkungsweise der Motorstartschaltung ist folgende. Es sei vorausgesetzt, dass die Anschlussklemmen 1 und 2 an das Versorgungsnetz angeschlossen sind. Dann steht vor dem Start des Motors der Schalter 5 offen. Da der Motor deshalb stillsteht, besteht kein Druckunterschied, der den Schalter 10 betätigen kann, weshalb sich dessen Kontaktstück 12 in der in Fig. 2 wiedergegebenen, offenen Stellung befindet und der NTC-Widerstand deshalb mit der Feldspule L2 in Serie geschaltet ist.

Wenn der Schalter 5 betätigt wird, fliesst Strom durch die Feldspulen Ll und L2 und durch den NTC-Widerstand. Anfänglich hat der NTC-Widerstand einen gegebenen Widerstandswert, der auf Grund des negativen Temperaturkoeffizienten schnell abnimmt. Der Motor startet mit einem Startstrom, der von der Speisespannung und den Parametern der Motorwicklung sowie vom Widerstandswert des NTC-Widerständes abhängig ist. Der NTC-Widerstand begrenzt diesen Startstrom. Nach einem relativ kurzen Zeitraum, der u.a. von' der Inartie des Motors abhängig ist, nimmt der genannte Druckunterschied so weit zu, dass der Schalter 10 betätigt wird, wodurch dessen federndes Kontaktstück 12 die Verbindung mit dem Kontaktstück 14 her-

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Vorstellt, so dass der Schalter 10 den NTC-Widerstand kurzschliesst. Von diesem Augenblick ab läuft der Motor dann mit dem nominellen Betriebsstrom weiter.

Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Anordnung hat der Motor, der z.B. ein seriengewickelter Universalmotor ist, einen Startstrom von z.B. über 20 A. Durch die Anwendung eines NTC-Widerstandes mit einem nominellen Widerstandswert von z.B. 20Λ im Startaugenblick wird der Startstrom auf ungefähr 10 A reduziert.

Normalerweise wird der Schalter im Inneren des Staubsaugers untergebracht, und der NTC-Widerstand, der direkt auf dem Schalter montiert sein kann, wird so plaziert, dass er von dem sich durch den Staubsauger bewegenden Luftstrom gekühlt wird. Der NTC-Widerstand ist mit einer derartigen thermischen Zeitkonstanten zu wählen, dass innerhalb des Zeitraumes zwischen dem Startaugenblick und demjenigen Augenblick, in dem der Schalter durch den genannten Druckunterschied betätigt wird, ein erheblicher Temperaturanstieg erfolgt. Beispielsweise kann der Widerstandswert innerhalb eines Zeitraumes von weniger als 1 Sekunde von 20xl auf 2 λ absinken.

Es sei bemerkt, dass der Schalter 10 bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung nur eine Schliessfunktion ausführt, was bedeutet, dass diese Anordnung die Kontakte des Schalters schont, so dass sie eine wesentlich längere Lebensdauer haben als in der bekannten, in Fig. 1 wiedergegebenen Anordnung, bei welcher der Strom zum Motor durch Umschalten vom einen Kontaktstück 13 zum anderen Kontaktstück 14 kurzzeitig unterbrochen wird.

Da der NTC-Widerstand in einem zirkulierenden Luftstrom angeordnet ist, kühlt er sich schnell wieder ab, sobald der Schalter 10 den Widerstand kurzgeschlossen hat. Hierdurch erreicht der NTC-Widerstand schnell wieder seinen anfänglichen Widerstandswert, und auch für den Fall, dass der Benutzer den Staubsauger mehrere Male hintereinander ein- und

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ausschalten sollte, gewährleistet der NTC-Widerstand trotzdem den gewünschten Schutz. Versuche haben ergeben, dass NTC-Widerstände bei mehreren sukzessiven Start-Stoppvorgängen fortwährend fast dieselbe Reduktion des Startstromes bewirken.

Ein weiterer Vorteil der in Fig. 2 dargestellten Anordnung, bei welcher der Schalter eine Schliessfunktion ausführt, besteht darin, dass weniger elektrische Störungen erzeugt werden, als wenn, wie bei der in Fig. 1 gezeigten, bekannten Anordnung, durch Umschalten mit dem Schalter 10 die Verbindung unterbrochen und dann wieder hergestellt wird,

Da die Luftzirkulation im Staubsauger ab und zu durch z.B. Schmutz oder irgendeinen Gegenstand im Saugmundstück gehemmt sein kann, ist es zweckmässig, den NTC-Widerstand in der Nähe des Ankers oder anderer rotierender Teile des Motors, z.B. des Läufers des Staubsaugers zu plazieren, da die Rotation dieser Teile immer eine gewisse Luftwirbelbildung bewirkt, die bereits dazu ausreichen kann, für eine passende Abkühlung des NTC-Widerstandes zu sorgen.

Der unter Bezugnahme auf Fig. 1 erwähnte, im dänischen Patent Nr. 87.57$ beschriebene Schalter 10 hat normalerweise drei Kontakte, und zwar ein federndes Kontaktstück 12 und zwei Kontaktstücke 13 und 14. Aus der obigen Erklärung unter Bezugnahme auf Fig. 2 geht hervor, dass der in der erfindungsgema'ssen Schaltung Anwendung findende Schalter nur zwei Kontaktstücke zu haben braucht, und zwar das federnde Kontaktstück 12 und den Arbeitskontakt 14. Bei einer Massenfabrikation des Schalters bedeutet dies eine erhebliche Ersparnis, da der Schalter einfacher sein kann.

Fig. 3 zeigt noch eine Ausführungsform der Motorstartschaltung. Für entsprechende Bauteile sind in Fig. 3 wiederum dieselben. Bezugsziffern benutzt, wie in den Fig. 1 und 2. Bei der in Fig. 3 wiedergegebenen Schaltung ist der NTC-Widerstand mit den Kontaktstücken 13 und 14 des Schalters 10 parallel und mit dem Motor in Serie geschaltet.

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Diese Anordnung, die nicht den oben erwähnten Vorteil bietet, dass der Schalter nur eine Schliessfunktion ausführt, so dass beim Umschalten der Motorstrom kurzzeitig unterbrochen wird, entspricht demjenigen Fall, in dem man bei einem existierenden Staubsauger mit dem bereits vorhandenen Schalter die Feldwicklung des Motors gegen eine neue "kürzere" Feldwicklung auszuwechseln wünscht. In diesem Fall braucht man also den NTC-Widerstand lediglich so zu montieren, wie es aus Fig. 3 ersichtlich ist. ***

Es ist einleuchtend, dass die Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, bei denen das Ausschalten des NTC-Widerstandes in Abhängigkeit von einer Vakuum- oder Luftdruckdifferenz erfolgt. Das Ausschalten des Widerstandes könnte auch in direkter Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors, z.B. von einem Zentrifugalregler gesteuert, in Abhängigkeit von einer Temperatur, z.B. gesteuert von einem Thermorelais mit einem Widerstandsheizkörper oder mit dem NTC-Widerstand selbst als Wärmequelle, oder in Abhängigkeit von der Zeit nach der Betätigung des Netzschalters des Motors erfolgen, z.B. gesteuert von einem Zeitrelais mit einem Hemmwerk oder einer anderen Form von Zeitverzögerungseinrichtung.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Startschaltung für einen Elektromotor und von der Art, die Mittel zum Feststellen, dass der Motor angelaufen ist, und Organe umfasst, welche in Abhängigkeit von den genannten Mitteln den Startstromstoss des Motors begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten, den Startstrom begrenzenden Organe einen in den Stromkreis des Motors eingeschalteten Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten umfassen.
2. Startschaltung nach Anspruch 1 und wobei es sich beim Elektromotor um den Motor eines Staubsaugers mit einem Gebläse handelt, dadurch gekennzeichnet _t dass die genannten Mittel von einem Schalter (10) von der Art gebildet werden, der durch den bei der Aktivierung des Gebläses auftretenden Druckunterschied (T) zwischen zwei Bereichen im Inneren und/ oder ausserhalb des Staubsaugers betätigt wird.
3· Startschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen derartigen Widerstandswert und Temperaturkoeffizienten des Widerstandes (NTC), dass der initiale Startstromstoss und der Stromstoss, der bei der Aktivierung der genannten Mittel auftritt, von derselben Grössenordnung sind.
4. Startschaltung nach Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet , dass der genannte Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten eine solche thermische Zeitkonstante besitzt, dass er vom Startaugenblick an gerechnet innerhalb der Aktivierungszeit der genannten Mittel einem erheblichen Temperaturanstieg ausgesetzt wird.
5. Startschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte V/iderstand mit negativem Temperaturkoeffizienten in unmittelbarer Nähe der rotierenden Teile des Motors angeordnet ist.

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ORIGINAL INSPECTED