DE3233096A1 - Elektronisch kommutierter motor, waschmaschine, verfahren zum betreiben derselben, steuerschaltung und waschmaschinenantrieb - Google Patents
Elektronisch kommutierter motor, waschmaschine, verfahren zum betreiben derselben, steuerschaltung und waschmaschinenantriebInfo
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Description
■do-
Elektronisch kommutierter Motor, Waschmaschine, Verfahren
zum Betreiben derselben, Steuerschaltung und Waschmaschinenantrieb
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf dynamoelektrische Maschinen und Haushaltsgeräte und betrifft insbesondere
einen elektronisch kommutierten Motor, ein Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Motors, eine
Steuerschaltung, eine Waschmaschine, einen Antrieb für dieselbe, der einen solchen elektronisch kommutierten Motor
enthält, und ein Verfahren zum Betreiben der Waschmaschine.
Herkömmliche, über Bürsten kommutierte Gleichstrommotoren haben zwar zahlreiche vorteilhafte Eigenschaften, wie bei- ·
spielsweise die Möglichkeit, auf einfache Weise die Betriebsdrehzahlen und die Drehrichtung ändern zu können, diese haben
jedoch auch Nachteile, wie Bürstenverschleiß und elektrisches Rauschen oder Funkstörungen, die durch Funkenbildung
zwischen den Bürsten und den Kommutatorlamellen verur-
sacht werden, die ihren Einsatz auf einigen Gebieten, wie beispielsweise auf dem Gebiet der Haushaltsgeräte, begrenzt
haben. Bürstenlose Gleichstrommotoren mit elektronischer Kommutierung und Dauermagnetmotoren sind entwickelt worden
und haben die vorteilhaften Eigenschaften der mit Bürsten ausgerüsteten Motoren, ohne viele von deren Nachteilen aufzuweisen,
und haben weitere wichtige Vorteile. Solche elektronisch kommutierten Motoren sind aus den US-PSen 4 005 347,
4 169 990 und 4 162 435 bekannt. Diese Motoren können auf vielen verschiedenen Gebieten oder für viele Zwecke eingesetzt
werden, zu denen Haushaltsgeräte gehören, beispielsweise automatische Waschmaschinen, wie sie in weiteren Patentanmeldungen
der Anmelderin offenbart sind, für die die Prioritäten der US-Patentanmeldungen, Serial No. 077 784,
vom 21. September 1979, bzw., Serial No. 141 268, vom 17.
April 1980 beansprucht worden sind.
Waschmaschinen, wie die dort offenbarten, haben beträchtliche Vorteile gegenüber heutigen Waschmaschinen, bei denen verschiedene
Arten von Transmissionen und Vorrichtungen benutzt werden, um eine Drehbewegung in eine Schwingbewegung zum
wahlweisen Betreiben der Maschine in ihrer Rühr- oder Waschbetriebsart und in ihrer Schleuderbetriebsart umzusetzen, und
die teuerer und/oder komplizierter in der Herstellung sind, mehr Energie verbrauchen und mehr Wartung erfordern. Waschmaschinen
mit elektronisch kommutierten Motoren erfordern keine mechanischen Vorrichtungen, um den Rührflügel in eine
Schwingbewegung zu versetzen, und der Schleuderkorb kann durch einen solchen Motor direkt angetrieben werden. Es ist
jedoch anzunehmen, daß das hohe Drehmoment, das bei niedrigen Drehzahlen während des Rührvorganges erzeugt werden muß,
und die hohe Drehzahl und das relativ niedrige Drehmoment, die für den Schleudervorgang erforderlich sind, dem Aufbau
und der Fertigung solcher Maschinen gewisse praktische Grenzen setzen. Es ist anzunehmen, daß zum Erfüllen dieser verschiedenen
Forderungen eine Mehrfachantriebswegübertragung
mit einem größeren Drehzahluntersetzungsverhältnis für den Waschvorgang vorgesehen werden müßte oder daß dem Motor
stärkere Ströme zugeführt werden müßten. Jede dieser Alternativen dürfte Nachteile haben, von denen insbesondere die
erhöhten Kosten zu nennnen sind. In letzterem Fall ist anzunehmen, daß größere und teuerere Halbleitervorrichtungen
zum Handhaben der erforderlichen stärkeren Ströme erforderlich sein wurden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung beinhaltet die Schaffung eines verbesserten elektronisch kommutierten
Motors, eines verbesserten Verfahrens zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Motors, einer verbesserten
Steuerschaltung, eines verbesserten Antriebs für Waschmaschinen, einer verbesserten Waschmaschine und eines verbesserten
Verfahrens zum Betreiben einer Waschmaschine, die wenigstens einige der oben dargelegten nachteiligen Merkmale
des Standes der Technik beseitigen; die Schaffung des verbesserten elektronisch kommutierten Motors, der sowohl in
einer Betriebsart hoher Drehzahl und niedrigen Drehmoments als auch in einer Betriebsart niedriger Drehzahl und hohen
Drehmoments arbeitet und einen geringeren Energieverbrauch hat; die Schaffung des verbesserten elektronisch kommutierten
Motors, des Verfahrens, der Schaltung, der Waschmaschine und des Antriebs, bei denen weniger teuere Halbleitervorrichtungen
mit niedrigeren Stromnennwerten benutzt werden können, um diesen Motor zu steuern; die Schaffung eines
solchen verbesserten elektronisch kommutierten Motors, der eine kompakte Größe hat, betriebszuverlässig ist, einen
guten Wirkungsgrad hat und wirtschaftlich hergestellt werden kann; und die Schaffung der Waschmaschine und des Antriebs
derselben, die irgendwelche Bewegungsumwandlungsvorrichtungen, Mehrfachdrehzahl- oder Mehrfachwegübertragungen
nicht benötigen und einen direkten Antrieb der Rühr- und Schleuderkomponenten entweder mit oder ohne Drehzahluntersetzungsvorrichtung
gestatten. Weitere Ziele und vorteilhafte
-dl* ·
Merkmale der Erfindung ergeben sich zum Teil aus den folgenden
Darlegungen und sind zum Teil im folgenden angegeben.
Allgemein enthält ein elektronisch kommutierter Motor, der aus einer Gleichstromquelle sowohl in einer Betriebsart
hoher Drehzahl als auch in einer Betriebsart niedriger Drehzahl mit einem Strom gespeist werden kann, der nicht
nennenswert größer ist als ein vorbestimmter Wert, in einer Ausführungsform der Erfindung einen Ständer mit einer mehrstufigen
Wicklungsanordnung, die mehrere Wicklungsstufen enthält. Jede Wicklungsstufe hat mehrere Wicklungswindungen,
von denen nur ein erster Teil in einer ersten vorgewählten Folge elektronisch kommutiert wird, wenn der Motor in der
Betriebsart hoher Drehzahl betrieben wird, und von denen ein vorbestimmt größerer Teil in einer zweiten vorgewählten, von
der ersten vorgewählten Folge verschiedenen Folge elektronisch kommutiert wird, wenn der Motor in der Betriebsart
niedriger Drehzahl betrieben wird. Ein Dauermagnetläufer ist dem Ständer zugeordnet und in wahlweiser magnetischer
Kopplungsbeziehung zu den Wicklungsstufen angeordnet, so daß er dadurch in Drehung versetzt werden kann. Der Läufer wird
in der Betriebsart hoher Drehzahl in einer Richtung in Drehung versetzt, so daß ein erstes Drehmoment bei dem vorgewählten
Stromwert auf die elektronische Kommutierung nur des ersten Teils der Windungen von wenigstens einigen der
Wicklungsstufen in der ersten vorgewählten Folge hin erzeugt wird. Der Läufer wird außerdem in der einen Richtung und in
einer zu dieser entgegengesetzten weiteren Richtung in der Betriebsart niedriger Drehzahl in Drehung versetzt, so daß
ein zweites Drehmoment, das vorbestimmt größer ist als das erste Drehmoment, auf die elektronische Kommutierung in der
zweiten vorgewählten Folge des vorbestimmt größeren Teils der Windungen jeder Wicklungsstufe hin bei einem Strom erzeugt
wird, der nicht nennenswert größer ist als der vorgewählte Wert. ·
Weiter beinhaltet allgemein ein Verfahren zum Betreiben eines solchen elektronisch kommutierten Motors in einer
Ausführungsform der Erfindung die Schritte des elektronischen Kommutierens nur des ersten Teils der Windungen
von wenigstens einigen der Wicklungsstufen, um eine Gleichspannung an diese in einer ersten vorgewählten Folge anzulegen,
damit der Läufer in einer Richtung in Drehung versetzt wird, und in einer zweiten vorgewählten Folge, damit
der Läufer in einer Richtung und in einer zu dieser entgegengesetzten
weiteren Richtung in Drehung versetzt wird. Der Motor wird in einer Betriebsart hoher Drehzahl betrieben,
indem nur ein erster Teil der Windungen jeder der Wicklungsstufen angeschlossen wird, um die Kommutierung zu bewirken,
damit der Läufer mit einer relativ hohen Drehzahl in der einen Richtung angetrieben und ein erstes Drehmoment bei
einem vorgewählten Stromwert erzeugt wird. Der Motor wird in einer Betriebsart niedriger Drehzahl betrieben, indem
ein vorbestimmt größerer Teil der Windungen jeder der Wicklungsstufen angeschlossen wird, um die Kommutierung zu bewirken,
damit der Läufer in der einen Richtung und in der anderen Richtung mit einer relativ niedrigen Drehzahl betrieben
und ein Drehmoment, das vorbestimmt größer als das erste Drehmoment ist, bei einem Strom erzeugt wird, der
nicht nennenswert größer ist als der vorgewählte Wert.
Außerdem enthält allgemein eine Steuerschaltung für einen solchen elektronisch kommutierten Motor in einer Ausführungsform
der Erfindung eine Einrichtung zum Bilden von Steuersignalen, die die Drehposition des Läufers angeben,
und eine auf die Steuersignale ansprechende Einrichtung zum elektronischen Kommutieren wenigstens einiger der Wicklungsstufen, um eine Gleichspannung an diese in einer ersten vorgewählten
Folge anzulegen, damit der Läufer in einer Richtung angetrieben wird, und in einer zweiten vorgewählten
Folge, damit der Läufer in der einen Richtung und in der dazu entgegengesetzten weiteren Richtung angetrieben wird.
Schalteinrichtungen sind vorgesehen, die in einer Betriebsart hoher Drehzahl nur den ersten Teil der Windungen von wenigstens
einigen der Wicklungsstufen mit der Kommutierungseinrichtung verbinden, um an diese eine Gleichspannung in
der ersten vorgewählten Folge anzulegen, damit der Läufer mit einer relativ hohen Drehzahl in der einen Richtung angetrieben
wird und damit ein erstes Drehmoment bei einem vorgewählten Stromwert erzeugt wird, und die in einer Betriebsart
niedriger Drehzahl den vorbestimmt größeren Teil der Windungen jeder der Wicklungsstufen mit der Kommutierungseinrichtung
verbinden, damit an diese eine Gleichspannung in der zweiten vorgewählten Folge angelegt wird, um den
Läufer mit einer relativ niedrigen Drehzahl in der einen Richtung und dann in der anderen, entgegengesetzten Richtung
anzutreiben und ein zweites Drehmoment, das vorbestimmt größer als das erste Drehmoment ist, bei einem Strom zu erzeugen,
der nicht nennenswert größer als der vorgewählte Wert ist.
Darüber hinaus enthält allgemein ein elektronisch kommutierter
Motor in einer Ausfuhrungsform der Erfindung einen
Ständer mit mehreren Wicklungsaufnahmenuten. Mehrere Wicklungsstufen
sind in den Nuten zur Kommutierung in wenigstens einer vorgewählten Folge untergebracht, wobei die Wicklungsstufen jeweils mehrere Windungen zur Bildung von mehreren
Ständerpolen haben. Ein Dauermagnetlaufer ist um eine zentrale
Achse des Ständers aufgrund der Magnetfelder der Ständerpole drehbar. Einrichtungen sind vorgesehen zum Bilden
von Steuersignalen, die die Drehposition des Läufers angeben, und Einrichtungen, die auf die Steuersignale ansprechen,
zum elektronischen Kommutieren wenigstens einiger der Wicklungsstufen, um eine Gleichspannung an diese in wenigstens
einer gewünschten Folge zum Antreiben des Läufers anzulegen. Außerdem sind Schalteinrichtungen vorgesehen, die in einer
Betriebsart hoher Drehzahl nur einen Teil der Windungen jeder der Wicklungsstufen mit der Kommutierungseinrichtuna verbin-
den,damit der Läufer mit einer realtiv hohen Drehzahl angetrieben
wird und ein erstes Drehmoment bei einem vorgewählten Stromwert erzeugt wird, und die in einer Betriebsart niedriger
Drehzahl einen vorbestimmt größeren Teil der Windungen jeder der Wicklungsstufen mit der Kommutierungseinrichtung
verbinden, damit der Motor mit einer relativ niedrigen Drehzahl angetrieben und ein Drehmoment, das vorbestimmt größer
als das erste Drehmoment ist, bei einem Strom erzeugt wird, der nicht nennenswert größer als der erste vorgewählte Wert
ist.
Außerdem wird allgemein ein Antrieb für eine Waschmaschine in einer Ausführungsform der Erfindung geschaffen, wobei die
Waschmaschine Vorrichtungen hat zum Bewegen des Wassers und der zu waschenden Wäsche, um dadurch die Wäsche zu waschen,
und zum anschließenden Schleudern der Wäsche, um das Wasser mittels Fliehkraftwirkung aus der Wäsche zu entfernen. Dieser
Antrieb enthält einen elektronisch kommutierten Motor der oben beschriebenen Art zum Antreiben der zum Bewegen des
Wassers dienenden Rührvorrichtung sowie der Schleudervorrichtung, wobei die Einrichtung zum elektronischen Kommutieren
der Wicklungsstufen eine Gleichspannung an die Wicklungsstufen in einer Folge einer Richtung während der Schleuderbetriebsart
und in einer Folge wechselnder Richtung während einer Waschbetriebsart anlegt.
Weiter enthält allgemein eine Waschmaschine in einer Ausführungsform
der Erfindung Vorrichtungen zum Bewegen des Wassers und der zu waschenden Wäsche, um dadurch die Wäsche zu
waschen, und zum anschließenden Schleudern der Wäsche, um das Wasser durch Fliehkraftwirkung aus der Wäsche zu entfernen,
einen Waschmaschinenantrieb und einen elektronisch kommutierten Motor, wie sie oben beschrieben sind.
Außerdem beinhaltet allgemein ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Waschmaschine in einer Ausgestaltung der Er-
findung die Schritte des Bildens von Steuersignalen, die die Drehstellung des Läufers angeben, und des elektronischen
Kommutierens der Wicklungsstufen auf die Steuersignale hin in einer Folge einer Richtung während einer Schleuderbetriebsart
und in einer Folge wechselnder Richtung während einer Waschbetriebsart. Der Motor wird in einer Schleuderbetriebsart
betrieben, indem nur ein Teil der Windungen jeder der Wicklungsstufen angeschlossen wird, um die Kommutierung
zu bewirken, damit der Läufer in einer Richtung mit relativ hoher Drehzahl angetrieben und ein erstes Drehmoment bei
einem vorgewählten Stromwert erzeugt wird. Der Motor wird in einer Waschbetriebsart betrieben, indem ein vorbestimmt
größerer Teil der Windungen jeder der Wicklungsstufen angeschlossen wird, um die Kommutierung zu bewirken, damit der
Läufer mit einer relativ niedrigen Drehzahl hin- und herschwingt und damit ein Drehmoment, das vorbestimmt größer
als das erste Drehmoment ist, bei einem Strom erzeugt wird, der nicht nennenswert größer als der vorgewählte Wert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es
zeigen
Fig. 1 in auseinandergezogener perspekti
vischer Darstellung wenigstens zum Teil eine stationäre Baugruppe und
eine drehbare Baugruppe eines elektronisch kommutierten Motors in einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 ein Schaltbild einer mehrstufigen
Wicklungsanordnung des elektronisch kommutierten Motors in Fig. 1,
die Fig. 3 und 4 mehrstufige Wicklungsanordnungen,
die in der stationären Baugruppe des elektronisch kommutierten Motors in
Fig, 1 angeordnet sind,
Fig. 5 ein Schema einer Waschmaschine und
eines für diese vorgesehenen Antriebs in einer Ausführungsform der Erfindung,
die den elektronisch kommutierten Motor von Fig. 1 enthält,
Fig. 6A ein Schaltbild einer Steuerschaltung
in einer Ausführungsform der Erfindung für den elektronisch kommutierten
Motor in Fig. 1, das bei einem Verfahren zum Betreiben des Motors in einer Ausführungsform der Erfindung
anwendbare Prinzipien veranschaulicht ,
Fig. 6B einen Aspekt der Arbeitsweise der
Steuerschaltung in Fig. 6A,
Fig. 7 ein Diagramm der Drehzahl-Drehmoment
kennlinien und der Leistung eines gemäß Fig. 1 aufgebauten Motors, wenn
dieser in einer Betriebsart niedriger Drehzahl und hohen Drehmoments arbeitet, damit zu waschende Wäsche bewegt
wird, und
Fig. 8 ein weiteres Diagramm der Drehzahl-
Drehmomentkennlinien und der Leistung desselben Motors, der in Verbindung
mit Fig. 7 angegeben ist, wenn dieser
in einer Betriebsart hoher Drehzahl und niedrigen Drehmoments betrieben
wird, um die gewaschene Wäsche zu schleudern.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines elektronisch kommutierten
Motors nach der Erfindung, der insgesamt mit dem Bezugszeichen M bezeichnet ist und eine stationäre Baugruppe
mit einem Ständer oder Blechpaket 1 sowie eine drehbare Baugruppe mit einem Dauermagnetläufer 3 und einer Welle 5 aufweist.
Der Läufer 3 ist auf der Welle 5 befestigt, die in herkömmlichen Lagern in Lagerschilden(nicht dargestellt) der
stationären Baugruppe drehbar gelagert ist, so daß der Läufer innerhalb der Bohrung des Ständers 1 drehbar ist. Der Läufer
hat ein ferromagnetisches Blechpaket 7, das aus einer Anzahl
von dünnen, ebenen, kreisförmigen ferromagnetischen Blechen besteht, die aneinander und an der Welle 5 befestigt sind.
Acht im wesentlichen gleiche Elemente aus magnetischem Material oder relativ dünne gekrümmte Segmente 9 aus Dauermagnetmaterial
(z.B. Keramikmaterial oder Kobalt-Samarium, Alnico, usw.), die jeweils ein Feld relativ konstanten Flusses erzeugen,
sind an dem Läuferblechpaket 7 befestigt, beispielsweise mittels eines Klebstoffes. Die Segmente überspannen jeweils
etwas weniger als 45 mechanische Grad und sind so magnetisiert, daß sie in bezug auf das Läuferblechpaket radial gepolt
sind, wobei benachbarte Segmente abwechselnd gepolt sind, wie dargestellt. Aus Darstellungsgründen sind zwar die Magnete
9 auf dem Läufer 3 gezeigt, es können jedoch auch andere Läufer, die einen anderen Aufbau und andere Magnete haben,
welch letztere eine andere Anzahl, einen anderen Aufbau und andere Flußfelder haben können, im Rahmen der Erfindung benutzt
werden.
Der Ständer 1 kann ebenfalls aus dünnen ferromagnetischen Blechen 10, wie es bei Wechselstrommotoren üblich ist, hergestellt
sein, die durch vier Halteklammern 11 zusammengehal-
ten werden, von denen eine in jeder Ecknut 13 des Ständerblechpakets
angeordnet ist. Statt dessen können die Bleche des Ständerblechpakets durch andere geeignete Mittel zusammengehalten
werden, beispielsweise durch Schweißen oder Kleben, oder lediglich durch die Wicklungen zusammengehalten
werden, wie es auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt ist. Vierundzwanzig nach innen gerichtete Zähne 15 begrenzen die
Ständerbohrung und vierundzwanzig axiale Nuten 17, in denen die Wicklungen 19 angeordnet sind, die acht Ständerpole
bilden. Die Wickelkopfwindungen stehen über die StänderStirnflächen
vor, und die Wicklungsanschlußenden oder -Zuleitungen sind herausgeführt und werden mit einer Steuerschaltung
und zugeordneten Schalteinrichtungen gesondert verbunden. Der Ständer 1 ist lediglich aus Veranschaulichungsgründen
dargestellt, denn andere Ständer mit anderem Aufbau und anderen Zähne- und Nutzahlen können im Rahmen der Erfindung
benutzt werden.
Der hier lediglich aus Veranschaulichungsgründen beschriebene Motor M ist ein dreistufiger, achtpoliger Motor, der elektronisch
kommutierte Motor nach der Erfindung kann aber einen Aufbau mit 2, 4, 6, usw. Polen und 2,3,4 oder mehr Wicklungsstufen
haben. Fig. 2 zeigt schematisch eine mehrstufige Wicklungsanordnung oder Ständerwicklung 19, die drei Wicklungsstufen
S1, S2 und S3 hat,von denen jede aus drei Gruppen von Spulen S1A-S1C, S2A-S2C bzw. S3A-S3C besteht, die jeweils
aus einer vorgewählten Anzahl von Windungen eines elektrischen Leiters bestehen. Jede Wicklungsstufe hat eine
Anschlußklemme T1, T2 bzw. T3 und eine Zwischenanzapfung 11, 12 bzw. 13. Die Spulengruppen S1A, S2A und S3A bilden
somit angezapfte Abschnitte der Wicklungsstufen. Die anderen Anschlußklemmen jeder Wicklungsstufe sind in einem Punkt C
miteinander verbunden. Die Wicklungsstufen S1, S2 und S3 haben hier zwar, wie dargestellt, drei Spulengruppen, Anschlußklemmen
und Zwischenanzapfungen, dabei handelt es sich jedoch um ein Erläuterungsbeispiel, denn irgendeine Anzahl
von Wicklungsstufen größer als zwei kann benutzt werden, die irgendeine Anzahl von Spulengruppen, Anschlußklemmen
und Zwischeanzapfungen größer als zwei haben.
In einer mehrstufigen Wicklungsanordnung, wie sie in Fig. dargestellt ist, sind die Windungen lagengewickelt, wobei
jede Wicklungsstufe aus drei Gruppen von Spulen aus elektrischen Leitern besteht, z.B S1A, S1B und S1C. Jede Spulengruppe
wird hergestellt, indem die gewünschte Anzahl von Windungen auf einem Kreis gewickelt und dann die insgesamt
ebene kreisförmige Spule in eine insgesamt kreuzförmige Gestalt gebogen wird, indem ein nach innen gerichteter Druck
in der Ebene in 90°-Intervallen ausgeübt wird, um vier insgesamt U-förmige Lappen oder Schleifen zu bilden, die sich
insgesamt in der Ebene radial nach außen erstrecken. Jeder Lappen wird dann rechtwinkelig aus der Ebene der Spule
herausgebogen, damit er sich in insgesamt axialer Richtung erstreckt und eine insgesamt zylindrische Form annimmt (d.h.,
die Spule ist in Umfangsrichtung auf der Oberfläche eines Zylinders insgesamt sinusförmig), die acht insgesamt U-förmige
Lappen zum axialen Einführen der Seitenwindungen derselben in die Ständernuten aufweist.
Zum bequemen Handhaben, Einführen in die Ständernuten und Schaffen der Zwischenanzapfungen 11, 12 und 13 sind drei
Gruppen von Spulen für jede Wicklungsstufe benutzt worden. Jede Schleife jeder Spulengruppe S2A, S1A und S3A wird
sequentiell in die Ständernuten eingeführt, so daß jede Schleife jeder Gruppe drei Ständerzähne 15 überspannt, wobei
die Spulengruppe S2A drei Zähne überspannt, die um eine Nut gegenüber denen versetzt sind, welche durch die Windungen
der Spulengruppe S1A eingenommen sind, und gegenüber
denen in der Spulengruppe S3A, die ebenfalls drei Zähne überspannt, aber um eine Nut gegen die von den Windungen
in der Spulengruppe S2A eingenommenen Nuten versetzt sind.
Dieselbe Folge wird beim Einführen der Wicklungsgruppen S1B,
S2B und S3B sowie S1C, S2C und S3C angewandt. Die Seitenwindungen jeder Spulengruppe der Wicklungsstufe S1 werden alle
in dieselben Nuten eingebracht, und ebenso werden die Seitenwindungen jeder Spulengruppe der Wicklungsstufe S2 in
dieselben Nuten eingebracht,aber mit einer Winkelversetzung um eine Nut zwischen den Spulengruppen jeder der drei Wicklungsstufen,
usw. Die Kopfwindungen jeder der ü-förmigen Schleifen jeder Gruppe von Spulen in einer Wicklungsstufe
werden beim Einführen abwechselnd positioniert, so daß beispielsweise die Schleifenkopfwindungen der Spulengruppen
S1A und S1C über eine Stirnfläche des Ständers vorstehen,
während die Schleifenkopfwindungen der Spulengruppe S1B über
die entgegengesetzte Stirnfläche des Ständers vorstehen. Das ist in Fig. 3 gezeigt, in der die verschiedenen Windungen
jeder Spulengruppe durch eine einzige Linie dargestellt sind. Vier Kopfwindungsteile der Spulengruppe SlC, die über
die Stirnfläche des Ständers in Fig. 3 vorstehen, sind so gezeigt, während die anderen vier Kopfwindungen der Spulengruppe
S1C, die sich von der unteren Stirnfläche des Ständers
weg erstrecken, in dieser Ansicht verborgen sind. Die Seitenwindungen der Spulengruppen S1A und S1B sind in denselben
versetzten Nuten 17 wie die der Spulengruppe S1C angeordnet, so daß sie in jedem Fall dieselben drei Ständerzähne
überspannen. Eine Anschlußleitung ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Spulengruppen S1A und S1B verbunden
und bildet die Zwischenanzapfung 11. Ebenso sind die Zwischenanzapfungen
12 und 13 für die Wicklungsstufen S2 bzw. S3 vorgesehen.
Die acht ingesamt ü-förmigen Schleifen jeder der Wicklungsstufengruppen,
die jeweils eine von acht Nuten einnehmen, wobei jede Schleife drei Zähne umschließt, werden daher die
vorhandenen vierundzwanzig Ständernuten einnehmen. Es ist somit zu erkennen, daß,wenn die Wicklungsstufen in einer
zeitlichen Folge gespeist werden, drei Gruppen von acht
Magnetpolen gebildet werden, die ein radiales Magnetfeld erzeugen werden, das sich im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn
um die Ständerbohrung bewegt, je nach der vorgewählten Folge oder Reihenfolge, in der die Stufen gespeist
werden. Dieses sich bewegende Feld schneidet die Kraftlinien des Feldes der Dauermagnetläuferpole 9, um den
Läufer 3 zu veranlassen, sich relativ zu dem Ständer 1 in der gewünschten Richtung zu drehen und ein Drehmoment zu
erzeugen, das eine direkte Funktion der Intensitäten oder Stärken der Magnetfelder ist.
Eine weitere mehrstufige Wicklungsanordnung, die drei Wicklungsstufen
mit ähnlichen Zwischenanzapfungen hat und im wesentlichen auf dieselbe Weise wie die vorstehend beschriebene
funktionieren wird, ist in Fig. 4 dargestellt. Die Wicklungsspulen jeder Stufe der in Fig. 4 gezeigten mehrstufigen
Wicklungsanordnung sind, statt lagengewickelt wie in Fig. 3, konzentrisch gewickelt, d.h. jede Spule besteht
aus mehreren vollständigen Schleifen von Windungen statt aus U-förmigen Schleifen. Da sie mit gleichen Anschluß-und
Anzapfleitungen verbunden sind, werden dieselben Bezugszeichen
wie in Fig. 3 für die Anschluß- und die Anzapfleitungen benutzt. Es werden jedoch nur zwei Spulengruppen von Windungen
pro Wicklungsstufe benutzt, wobei jede Gruppe acht konzentrisch gewickelte, in Reihe geschaltete Spulen enthält.
Die Seitenwindungen jeder der beiden Spulengruppen für jede Wicklungsstufe werden in Nuten eingefügt, die durch
drei Ständerzähne voneinander getrennt sind, um acht Ständerpole zu bilden, wenn sie gespeist werden, wie in Fig. 3,
wobei eine WinkelverSetzung um eine Nut zwischen entsprechen
den Spulen von benachbarten Stufen vorhanden ist. Das ist in Fig. 4 gezeigt, in der die Spulengruppe S1A1 acht Spulen ent
hält und deren Seitenwindungen in denselben Nuten 17 wie die Spulen der Gruppe S1B1 angeordnet sind. Die Spulen der zweiten
und der dritten Spulengruppe sind entsprechend mit S2A1,
S2B1 bzw. S3A1, S3B1 bezeichnet.
Oben ist zwar nur eine Zwischenanzapfung beschrieben worden, für den Betrieb des Motors M in drei oder mehr als drei
Drehzahlbetriebsarten können jedoch eine oder mehrere zusätzliche Anzapfungen vorgesehen werden.
Diese Ständerwicklungen 19 können mittels einer hekömmlichen Induktionsmotorwickelmaschine gewickelt werden. Die Windungen
können daher direkt auf Spuleneinführwerkzeugen zum Anordnen in den Blechpaketnuten gewickelt werden oder die
Wicklung kann auf einem Spulenaufnehmer gewickelt, auf das Spuleneinführwerkzeug übertragen und anschließend axial in
die Ständernuten eingeführt werden, beispielsweise mit einer Ausrüstung, wie sie aus den ÜS-PSen 3 522 650, 3 324 536,
3 797 105 und 3 732 897 bekannt ist, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird. Die in den Fig. 3 und 4
gezeigten mehrstufigen Wicklungsanordnungen dienen lediglich zur Veranschaulichung, denn andere Arten von mehrstufigen
Wicklungsanordnungen können im Rahmen der Erfindung benutzt werden.
Die Wicklungsstufen des Motors M werden ohne Bürsten kommutiert,
indem die Drehposition der drehbaren Baugruppe oder des Läufers 3 abgefühlt wird, wenn dieser sich in der Bohrung
des Ständers 1 dreht, und indem die elektrischen Signale, die als Funktion der Drehposition des Läufers sequentiell
erzeugt werden, benutzt werden, um eine Gleichspannung an jede der Wicklungsstufen in unterschiedlichen vorgewählten
Reihenfolgen oder Folgen anzulegen,- die die Drehrichtung des Läufers bestimmen. Die Fühler können stationäre lichtempfindliche
Vorrichtungen sein, die mit einem das Licht unterbrechenden Verschluß zusammenwirken, der an dem Läufer
oder der Welle angebracht ist, oder das Abfühlen der Position kann auf anderem Wege mittels anderer Einrichtungen erfolgen,
um Steuersignale zu erzeugen, die die Drehposition des Läufers angeben, beispielsweise durch eine Positionsdetektorschaltung,
die auf die Gegen-EMK des elektronisch kommutierten Motors anspricht, um ein simuliertes Signal
-is-
zu erzeugen, das die Drehposition des Motors angibt und mit dem das zeitlich gesteuerte sequentielle Anlegen der Spannung
an die Wicklungsstufen des Motors gesteuert wird.
Fig. 5 zeigt schematisch eine Waschmaschine 21 in einer Ausführungsform
der Erfindung, die den Motor M und dessen Steuereinheit ebenfalls in einer Ausführungsform der Erfindung
aufweist. Die Maschine 21 hat einen Korb 23, der innerhalb eines Bottichs (nicht dargestellt) drehbar ist, welcher
das Wasser zum Waschen der zu waschenden Wäsche enthält, und einen koaxial angeordneten Rührflügel 25, die beide unabhängig
voneinander oder gemeinsam um ihre gemeinsame Achse drehbar sind. Der Rührflügel 25 und der Korb 23 bilden gemeinsam
eine Vorrichtung zum Bewegen des Wassers und der zu waschenden Wäsche, um diese dadurch zu waschen, und zum anschließenden
Schleudern der Wäsche, um das Wasser aus ihr mittels Fliehkraftwirkung zu entfernen. Der Motor M ist
wahlweise mit dem Rührflügel allein während des Waschvorgangs oder der Waschbetriebsart und sowohl mit dem Korb als auch
dem Rührflügel während des Schleudervorgangs über eine Verbindungsvorrichtung 27 kuppelbar, die einen Drehzahluntersetzer
mit festem Untersetzungsverhältnis enthalten kann, wie beispielsweise ein Zahnradgetriebe, eine Riemenscheibenanordnung
od.dgl., oder die Welle 5 des Motors M kann mit dem Rührflügel und dem Korb direkt gekuppelt sein. Die Vorrichtung
27 enthält deshalb eine Einrichtung zum Antreiben des Rührflügels und des Schleuderkorbes. Strom, der aus einem
115 V, 60 Hz - Wechselstromnetz geliefert wird, wird durch eine Gleichrichterschaltung 29 gleichgerichtet, die eine
Gleichstromquelle darstellt, und einer Spannungseinstellschaltung 31 zugeführt, die gemäß Steuersignalen, welche eine
Funktion von gewählten Bedingungen und Parametern sind (wie z.T. durch ein angelegtes Befehlssignal dargestellt),
den gleichgerichteten Wechselstrom aus der Gleichrichterschaltung 29 hinsichtlich Amplitude, Dauer und Takt steuert.
Das Ausgangssignal der Spannungseinstellschaltung 31 bildet eine effektive Gleichspannung VM, die an einen Stromschaltkreis
33 angelegt wird. Der Betrieb des Schaltkreises 33 wird durch eine Konunutierungsschaltung 35 gesteuert, so daß die Effektivspannung
an die Wicklungsstufen des elektronisch kommutierten Motors M in den oben erwähnten unterschiedlichen vorgewählten
Folgen angelegt wird. Die Bewegung oder Drehung des Rührflügels 25 und des Korbes 23 entweder im Uhrzeigersinn
oder im Gegenuhrzeigersinn wird so durch die angelegten Befehlssignale sowie durch die Wirkung der Kommutierungsschaltung
35 gesteuert.
Fig. 6A zeigt die grundlegenden Komponenten einer Steuerschaltung sanordnung in einer Ausgestaltung der Erfindung zum Betreiben
des Motors M und der Waschmaschine in Fig. 5 gemäß den Prinzipien der Erfindung. Der Vollwellenbrückengleichrichter
29, der an seinen Eingangsschaltungspunkten Wechselstrom empfängt, liefert vollwellengleichgerichteten Wechselstrom
(wie durch die Spannungskurve WS in Fig. 6B dargestellt) auf Leitungen 37 und 39. Ein Thyristor 41 liegt in Reihe
zwischen der Leitung 37 und einer Leitung C, die die gemeinsame Verbindung zwischen einem Ende jeder der drei Wicklungsstufen S1, S2 und S3 bildet. Durch einen Regler 43, der den
Thyristor 41 triggert, damit dieser als Schalter den der Leitung C zugeführten Strom in Abhängigkeit von dem
zeitlichen Anteil steuert, wird der Thyristor 41 leitend gemacht. Der gesteuerte und gleichgerichtete Wechselstrom, den
die Leitungen C und 39 führen, wird durch einen Kondensator 45 geglättet und gefiltert, wodurch eine gesteuerte (geschaltete,
gepulste oder unterbrochene), gefilterte Gleichspannung an die Wicklungsstufen angelegt wird.
Die anderen Enden oder Klemmen T1, T2 und T3 der Wicklungsstufen S1, S2 und S3 sind jeweils mit einem Kontakt von drei
gekuppelten zweipoligen Schaltvorrichtungen X1, X2 bzw. X3
verbunden, bei denen es sich beispielsweise um die Kontakte eines elektromagnetischen Relais od.dgl. handeln kann.
Die anderen Kontakte der Schaltvorrichtungen sind mit den
Wicklungsstufenzwischenanzapfungen 11, 12 bzw. 13 verbunden.
Die Schaltarme der Schaltvorrichtungen X1, X2 und X3 sind mit den Kollektoren von Kommutierungsleistungstransistoren
P1, P2 bzw. P3 verbunden. Da das Zu- und Abschalten dieser Kontakte nur erfolgt, wenn von einer Betriebsart niedriger
Drehzahl auf eine Betriebsart hoher Drehzahl übergegangen wird oder umgekehrt, und da typischerweise dieses Schalten
"trocken" erfolgt (d.h. dann, wenn die Schaltkontakte keinen Strom führen), ist die erwartete Lebensdauer von üblichen
Relais als ausreichend anzusehen. Die Emitter der Transistoren P1, P2 und P3 sind gemeinsam mit einer Leitung 47
verbunden. Die Basen dieser Transistoren sind so angeschlossen, daß sie Signale aus der Kommutierungsschaltung 35 gemäß
angelegten Positionssignalen, die durch eine Positionsabfühlschaltung 48 geliefert werden, empfangen. Diese Transistoren
bilden gemeinsam den Stromschaltkreis 33 in Fig. 5 und umfassen Einrichtungen, die auf die die Drehposition des Läufers
angebenden Steuersignale hin die Wicklungsstufen elektronisch kommutieren. Die Positionsabfühlschaltung ist
beispielsweise aus der oben erwähnten US-PS 4 169 990 bekannt. Es können, wie dort beschrieben, zwar optische, magnetische
oder andere physikalische Effekte im Rahmen der Erfindung benutzt werden, um Positionsabfühlsignale dieser
gesteuerten Schaltung zu liefern, die Positionsabfühlschaltung 48 spricht jedoch vorzugsweise auf Gegen-EMK-Signale an,
die von den Kollektoren der Transistoren P1-P3 abgenommen werden, welche durch die Leitungen 49, 51 bzw. 53 gespeist
werden. Diese Signale, die zu der Läuferwinkelgeschwindigkeit proportional sind, werden anschließend integriert, um
der Kommutierungsschaltung 35 die gewünschten Positionssignale zu liefern.
Der Thyristor 41, der normalerweise abgeschaltet oder nichtleitend
ist, wird durch den Regler 43 gesteuert, der auf
•if-
eine Anzahl unterschiedlicher Eingangssignale anspricht. Der Thyristor 41, der Regler 43 und der Kondensator 45 sind alle
Teil der Spannungseinstellschaltung 31 in Fig. 5.
Ein erstes Eingangssignal des Reglers 43 (in Fig. 5 als "BEFEHL" dargestellt), das an seine Klemme 55angelgt wird,
wird von einer äußeren Quelle geliefert und stellt die gewünschte Motorleistung und -funktion dar. In der Waschmaschine
nach der Erfindung wird dieses Signal typischerweise von einem Mikrocomputer, einem Folgetaktgeber, usw. gemäß den
Instruktionen geliefert, die an der Steuertafel der Waschmaschine eingetastet oder anderweitig eingegeben oder eingestellt
werden. Weitere Signale, die die Motorleistung und -funktion darstellen, können außerdem auf andere Weise geliefert
und erzeugt werden. Ein zweites Reglereingangssignal, das auf einer Leitung 57 geliefert wird, stammt aus einem
Nulldurchgangsdetektor 59, der an die Ausgangsleitungen 37 und 39 des Brückengleichrichters 29 angeschlossen ist. Dem
Regler 43 wird ein weiteres Eingangssignal über zwei Leitungen 61 und 63 geliefert, die an einen Widerstand 65 angeschlossen
sind, der in Reihenschaltung in der Gleichstromrückleitung der Wicklungsstufen liegt. Dieser Widerstand
führt den Gesamtstrom, der von den Wicklungsstufen aufgenommen wird. Der Spannungsabfall an dem Widerstand 65,bei
welchem es sich um das auf den Leitungen 61 und 63 gelieferte Signal handelt, ist deshalb proportional zu dem von den
Wicklungsstufen aufgenommenen Gesamtstrom. Dieses Spannungssignal kann wahlweise auch der Kommutierungsschaltung 35
zugeführt werden, was durch gestrichelte Leitungen 67 und 69 dargestellt ist. Die an die Wicklungsstufen angelegte
Spannung, die mit VM bezeichnet ist und an den Regler 43 über
eine Leitung 71 angelegt wird, ist ein weiteres Reglereingangssignal und stellt die Effektivspannung dar, die an die
Wicklungsstufen angelegt wird und zwischen der positiven Leitung 71 und der negativen Leitung 61 vorhanden ist.
Dieses Signal wird für Drehzahlregelzwecke benutzt.
3233Q96
- is
Im Betrieb steuert die Positxonensabfühlschaltung 48 die Kommutierungsschaltung 35, die ihrerseits die Zeitsteuerung
der elektronischen Kommutierung oder Erregung der Wicklungsstufen S1-S3 auf die angelegten Läuferpositionssignale
hin sowie die Folge der Erregung dieser Wicklungsstufen steuert. Diese Steuerfunktion wird durch die Signale erfüllt,
die an die Basen der Koinmutierungstransistoren PI, P2 und P3 angelegt werden und diese Transistoren zu den gewünschten
Zeitpunkten leitend machen. Unter Verwendung des Signals zwischen den Leitungen 61 und 63, bei welchem es sich
um eine zu dem Gesamtmotorstrom proportionale Spannung handelt,
wirkt der Regler 43 als Strombegrenzer, so daß, wenn der Motorstrom bestrebt ist, über einen vorgewählten oder
eingestellten Stromwert anzusteigen, der Regler 43 den Thyristor 41 so steuert, daß der den Wicklungsstufen zugeführte
Strom begrenzt wird. Wenn die an dem Stromabfühlwiderstand 65 abfallende Spannung außerdem über die wahlweise vorhandenen
Leitungen 67 und 69 an die Kommutierungsschaltung 35 angelegt wird, werden die Perioden leitenden Zustandeder
Koinmutierungstransistoren P1-P3 auf einem Maximum gehalten, das dem vorgewählten Stromwert entspricht.
Die Winkelgeschwindigkeit der drehbaren Baugruppe 3 wird in Phasenwinkelsteuertechnik geregelt. Die Nulldurchgänge der
60 Hz - Netzspannung werden erfaßt, und ein Signal wird in einem vorbestimmten Zeitintervall danach, z.B. bei einem
Phasenwinkel von 120°, erzeugt. Dieses Signal wird über die Leitung 57 an den Regler 43 angelegt, der auf das Signal hin
den Thyristor 41 einschaltet. Das an die Klemme 55 angelegte Signal, das die gewünschte Motorleistung und -funktion darstellt,
legt somit die Spannung fest, die an die Wicklungsstufen während eines Zeitintervalls anzulegen ist, das einem
Phasenwinkel von 60° entspricht, wie es durch die schraffierte Fläche in Fig 6B gezeigt ist. Der Kondensator 45 filtert,
wie oben erwähnt, das Ausgangssignal des Thyristors 41,
- Tf -
um eine Effektivspannung V zu erzeugen, die an die Wicklungsstufen
S1, S2 und S3 angelegt wird. Es ist somit zu erkennen, daß eine Gleichspannung nur während eines 60°-Intervalls
unter den angenommenen Betriebsbedingungen angelegt wird. Wenn die Phasensteuertechnik angewandt wird, wird somit
die Winkelgeschwindigkeit des Läufers 3 gesteuert, indem der Phasenwinkel vorgewählt wird, während welchem eine
Gleichspannung an die Wicklungsstufen angelegt wird.
Weiter kann gemäß Fig. 6A die Steuerung der Winkelgeschwindigkeit der drehbaren Motorbaugruppe mittels Spannungsrückkopplung
erfolgen, wobei die Spannung V„ an den Regler 43 angelegt wird, um sie mit dem an die Klemme 55 angelegten
äußeren Befehlssignal zu vergleichen. Da die Spannung VM die
Istwinkelgeschwindigkeit der drehbaren Motorbaugruppe darstellt, wird sich dieses Geschwindigkeitssignal mit der
Differenz zwischen den verglichenen Signalen ändern. Das sich ergebende Fehlersignal wird an die Steuerelektrode des
Thyristors 41 angelegt. Wenn die Amplitude des Fehlersignals zunimmt, bleibt der Thyristor für ein längeres Zeitintervall
leitend, um die Effektivspannung zu vergrößern und dadurch die Drehzahl des Motors zu erhöhen. Wenn die Amplitude
des Fehlersignals abnimmt, wird der Thyristor 41 für ein kürzeres Zeitintervall leitend gemacht, und durch die Belastung
des Motors M, z.B. aufgrund der Reibung und der Wäsche in der Waschmaschine, wird die Motordrehzahl verringert,
bis die gewünschte Winkelgeschwindigkeit erreicht ist.
Die Drehzahl des elektronisch kommutierten Motors M ist deshalb eine direkte Funktion der angelegten Spannung. Zum Arbeiten
mit hohen Drehzahlen muß daher eine hohe Effektivspannung an die Ständerwicklungen S1-S3 angelegt werden. Umgekehrt
muß zum Arbeiten bei niedrigen Drehzahlen die niedrige Spannung V"M an diese Ständerwicklungen angelegt werden.
Zum Erzielen einer hohen Ausgangsleistung bei niedrigen
- ae -
Spannungen sind starke Ströme erforderlich. Die Kosten der Halbleitervorrichtungen P1-P3, die bei der Kommutierung des
Motors M benutzt werden, nehmen jedoch mit zunehmenden Stromnennwerten zu.
In der Waschmaschine 21, in der sich der Korb 23 beim Schleudern
mit relativ hohen Drehzahlen dreht, beispielsweise 600 ü/min od.dgl., wird daher der elektronisch kommutierte
Motor mit relativ hohen Spannungen arbeiten und kann ein ausreichendes Drehmoment bei relativ niedrigem Strom liefern.
In der Waschbetriebsart muß jedoch die Waschmaschine 21 die zu waschende Wäsche bei viel niedrigererDrehzahl, beispielsweise
150 U/min , bewegen, und zwar üblicherweise hin- und herbewegen. Die Belastung bei der Hin- und Herbewegungsoder
Waschbetriebsart, die sowohl das Waschwasser als auch die Wäsche umfaßt, ist viel größer als einfach die Belastung
durch die nasse Wäsche, die bei dem Schleudervorgang zu schleudern ist, um das Wasser aus ihr zu entfernen. Es
muß deshalb ein viel höheres Drehmoment durch den Motor M zum Betreiben der Waschmaschine 21 erzeugt werden, um die
größere Belastung während des Waschens zu berücksichtigen. Die hier verwendeten Begriffe Hin- und Herbewegungsbetriebsart,
Hin- und Herbewegung oder Schwingbewegung bedeuten eine Drehung für eine vorbestimmte Zeitspanne oder eine Anzahl von
Umdrehungen oder einen Teil einer Umdrehung in einer Richtung, z.B. im Uhrzeigersinn, woran sich eine Drehung für
eine weitere vorbestimmte Zeitspanne oder eine Anzahl von Umdrehungen oder ein Teil einer Umdrehung in der anderen Richtung,
z.B. im Gegenuhrzeigersinn, d.h. entgegengesetzt zu der erstgenannten Richtung anschließt.
Das erforderliche höhere Drehmoment der Waschmaschine 21 in der Waschbetriebsart ist in Fig. 7 dargestellt, wobei die
Verbindungsvorrichtung 27 einen Drehzahluntersetzer mit einem festen Untersetzungsverhältnis von 8:1 enthält; es können
aber auch andere feste Verhältnisse für den Drehzahlunter-
setzer im Rahmen der Erfindung benutzt werden. Der Motor M
entwickelt, wie in Fig. 7 dargestellt, ein Drehmoment von ungefähr 297,5 p-m (35 oz. ft.) bei einer Wellendrehzahl von
etwa 1200 U/min, um dem Rührflügel 25 eine Schwingbewegung bei einer Drehzahl von etwa 150 U/min zum Waschen einer
vollen Wäschefüllung zu geben. Das ist durch die Belastungslinie und den Spitzenleistungspunkt in Fig. 7 dargestellt.
Wenn dagegen die Waschmaschine 21 in ihrer Schleuderbetriebsart arbeitet, die in Fig. 8 dargestellt ist, ergibt die Spitzenleistung,
die erzeugt wird, um eine gewaschene volle Wäschefüllung trockenzuschleudern, ein Drehmoment von nur etwas
über 68 p-m (8 oz. ft.) bei einer Wellendrehzahl des Läufers
3 von etwa 5000 ü/min, was bei dem festen Drehzahluntersetzungsverhältnis von 8:1 bewirkt, daß sich der Korb mit
etwa 600 U/min dreht.
Das Betreiben des Motors M mit der niedrigeren Drehzahl von 1200 U/min erfordert, wie oben dargelegt, daß die an die
Wicklungsstufen angelegte Effektivspannung verringert wird, wodurch der Strom und somit die von den Wicklungsstufen
aufgenommene Leistung proportional verringert werden, wodurch wiederum das erzeugte Drehmoment verringert wird. Bei
Wicklungsstufen mit bestimmter fester Windungszahl wird daher beim Betrieb des Motors bei niedrigerer Drehzahl die von
dem Motor aufgenommene Leistung verringert. Zum Vergrößern des Stroms, um ein viel höheres Drehmoment zu erzeugen, das
beim Waschvorgang oder in der Waschbetriebsart erforderlich ist, würde es deshalb erforderlich sein, den Strom in den
Wicklungsstufen stark zu vergrößern und daher Kommutierungstransistoren mit viel höheren Stromnennwerten oder aber
eine Doppelweg- und Doppelverhältnisübertragung mit einem viel höheren übersetzungsverhältnis zum Antreiben des Rührflügels
bei dem Waschvorgang zu benutzen.
-Vi-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die viel größeren Drehmomente, die bei dem Waschvorgang mit niedriger Drehzahl
erforderlich sind, ohne Verwendung einer dieser unerwünschten Alternativen erzielt. Das wird erreicht, indem
jede der Wicklungsstufen mit den Anzapfungen 11, 12 und 13
versehen wird und indem die Schalteinrichtungen X1, X2 und X3 vorgesehen werden, die nur einen Teil der Windungen jeder
Wicklungsstufe S1, S2 und S3 mit den Kommutierungstransistoren
während der Schleuderbetriebsart verbinden, dagegen aber die volle Windungszahl jeder Wicklungsstufe mit den
Transistoren P1, P2 und P3 in der Waschbetriebsart verbinden (wobei sich die Schaltarme in der in Fig. 6A gezeigten Stellung
befinden). Dann wird in Abhängigkeit von dem Verhältnis der größeren Anzahl von Windungen, die in der Waschbetriebsart
angeschlossen sind, zu der kleineren Anzahl von Windungen, die in der Schleuderbetriebsart angeschlossen
sind, derselbe Wert des von den Wicklungsstufen aufgenommenen Stroms dem Motor M ermöglichen, ein entsprechend größeres
Drehmoment zu liefern. Beispielsweise durch die Lagenwicklung der Spulengruppen SlA, S2A und S3A der Ständerbaugruppe
in Fig. 3 mit jeweils 24 Windungen und durch die Lagenwicklung der Spulengruppen S1B, S2B, S3B, S1C, S2C und S3C
mit jeweils 36 Windungen wird das Verhältnis der Windungen, die durch die Schalter X1-X3 in der Waschbetriebsart niedriger
Drehzahl und hohen Drehmoments angeschlossen sind, zu der Anzahl der Windungen, die in der Schleuderbetriebsart
hoher Drehzahl und niedrigen Drehmoments angeschlossen sind, 4:1 betragen. Für jede Einheit des Stroms, der durch die gesamten
Windungen in den Wicklungsstufen geführt wird, wird somit ebensoviel Drehmoment erzeugt wie durch den Motor nur
mit dem Teil der Windungen erzeugt wird, die angeschlossen sind, wenn die Schaltarme der Schalter X1-X3 so eingestellt
sind, daß nur die Spulengruppen S1A, S2A und S3A angeschlossen
sind. In der konzentrisch gewickelten Ständerbaugruppe, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, sind die Spulengruppen S1A1-S3A1
jeweils mit 12 vollen Windungen gewickelt, und die
anderen Spulengruppen S1B'-S3B' haben jeweils 36 volle Windungen,
wodurch dasselbe Windungszahlverhältnis von 4:1 zwischen den gesamten Windungen und der Anzahl der Windungen
in den Spulengruppen S1A1, S2A1 und S3A" vorliegt. Die
Windungszahlverhältnisse, die während der Betriebsarten des Motors M mit hoher und niedriger Drehzahl vorliegen, sind
lediglich zu Erläuterungszwecken angegeben worden, denn es
können im Rahmen der Erfindung auch andere Windungszahlverhältnisse benutzt werden, um andere resultierende Drehmomente
zu erzielen.
Der Strom, der in der Schleuderbetriebsart über irgendeine Anzahl von Windungen erforderlich ist, die gespeist sind, um
die Spitzenleistung zu erzeugen, die in dieser Betriebsart hoher Drehzahl und niedrigen Drehmoments erforderlich ist,
stellt einen vorgewählten Stromwert dar. Eine zusätzliche Anzahl von Windungen wird dann vorgesehen, um das vorbestimmt
oder wesentlich größere Drehmoment zu erzeugen, das für die Waschbetriebsart bei ungefähr demselben Stromwert erforderlich
ist. Es ist daher eine vorbestimmt oder wesentlich größere Anzahl von Amperewindungen in der Waschbetriebsart
vorhanden, obgleich der Strom derselbe bleibt oder nicht wesentlich größer ist als der, der in der Schleuderbetriebsart
erforderlich ist, um das Drehmoment zu erzeugen, welches benötigt wird, um die für die Schleuderbetriebsart erforderliche
Spitzenleistung zu liefern.
Vorstehendes ist in den Fig. 7 und 8 veranschaulicht, die graphisch die Drehzahl-Drehmomentbeziehung und -kennlinien
des Motors M in der Schleuderbetriebsart hoher Drehzahl und niedrigen Drehmoments (Fig. 8) und in der Waschbetriebsart
niedriger Drehzahl und hohen Drehmoments zeigen. Diese Kurven machen deutlich, daß, wenn der effektive oder mittlere
Gleichstrom, der von den Wicklungsstufen bei der angelegten Effektivspannung aufgenommen wird, um den Läufer 3 mit den
gewünschten Drehzahlwerten anzutreiben, auf etwa 6 A begrenzt
wird, das größere Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen erzeugt wird, um die erforderliche Spitzenleistung in der
Waschbetriebsart zu liefern, ohne daß mehr Strom erforderlich ist als zum Erzeugen der Spitzenleistung bei den höheren
Drehzahlen in der Schleuderbetriebsart. Dieser vorgewählte Stromwert stellt etwa 4 A Wechselstrom dar, den die
115 V - Wechselstromquelle an den Gleichrichter 29 abzugeben
hat. Das ist mit den 8-10 A vergleichbar, die bei einer Wechselspannung von 115 V erforderlich sind, um eine herkömmliche
Waschmaschine mit einem Wechselstrominduktionsmotor, einer Doppelweg- und -Verhältnisübersetzung und einer Vorrichtung
zum Umwandeln der Drehbewegung in die Schwingbewegung zum Antreiben des Rührflügels anzutreiben.
Die Schaltfunktionen der Schalter X1-X3 können auch durch
FestkörperSchaltvorrichtungen, wie beispielsweise Triacs,
erfüllt werden, und zusätzliche Wicklungsanzapfungen können vorgesehen werden, um andere Bruchteile der Windungen anzuschließen,
so daß ein effizienter Betrieb mit niedrigem Strom des elektronisch kommutierten Motors bei mehreren
verschiedenen Drehzahlen erfolgen kann. Weiter sind bei den hier beschriebenen besonderen Ausführungsformen die Intensitäten
oder Stärken der Magnetpole, die während des Betriebes in der Betriebsart hoher Drehzahl erzeugt werden,
zwar alle gleich, die Anzahl der so erregten Windungen kann aber effektiv reduziert werden, indem Pole mit anderen Stärken
oder Intensitäten gebildet werden, oder die Anzahl der Spulengruppen, die in der Betriebsart hoher Drehzahl erregt
sind, kann reduziert werden, wodurch dann weniger als acht Ständerpole gebildet werden. Weiter werden bei den hier beschriebenen
Ausführungsformen der Waschmaschine und des Antriebs zwar ein gesonderter Rührflügel und ein Korb benutzt,
die auf einer gemeinsamen vertikalen Achse befestigt sind, die hier beschriebene Erfindung kann jedoch auch bei
anderen Arten von Waschmaschinen eingesetzt werden, z.B. bei solchen, bei denen der Korb auf einer horizontalen oder einer
U-
geneigten Achse befestigt und kein gesonderter, mit Rippen versehener Rührflügel vorgesehen ist, sondern der Korb
hin- und herbewegt wird, um das Waschwasser und die Wäsche zu bewegen, damit diese gewaschen wird.
Vorstehende Darlegungen zeigen, daß ein neuer, elektronisch kommutierter Motor M, ein neues Verfahren zum Betreiben desselben,
eine neue Steuerschaltung, eine neue Waschmaschine 21 und ein neuer Antrieb für diese geschaffen worden sind,
um die eingangs erwähnte Aufgabenstellung zu lösen,wobei aber im Rahmen der Erfindung Änderungen hinsichtlich der
genauen Anordnungen, Formen, Einzelheiten und Verbindungen der Einzelteile sowie der Schritte der Verfahren möglich
sind.
Claims (37)
1.JElektronisch kommutierter Motor, der sowohl in einer Betriebsart
hoher Drehzahl als auch in einer Betriebsart niedriger Drehzahl aus einer Gleichstromquelle mit einem Strom
speisbar ist, der nicht nennenswert größer als ein vorbestimmter Wert ist, gekennzeichnet durch:
einen Ständer (1), der eine mehrstufige Wicklungsanordnung
(19) mit mehreren Wicklungsstufen (S1, S2, S3) hat, die jeweils mehrere Windungen aufweisen, von denen nur ein erster Teil in einer ersten vorgewählten Folge elektronisch kommutiert wird, wenn der Motor (M) in der Betriebsart hoher Drehzahl gespeist wird, und von denen ein vorbestimmt größerer
Teil in einer von der ersten vorgewählten Folge verschiedenen vorgewählten Folge elektronisch kommutiert wird, wenn der
Motor (M) in der Betriebsart niedriger Drehzahl gespeist
wird; und
(19) mit mehreren Wicklungsstufen (S1, S2, S3) hat, die jeweils mehrere Windungen aufweisen, von denen nur ein erster Teil in einer ersten vorgewählten Folge elektronisch kommutiert wird, wenn der Motor (M) in der Betriebsart hoher Drehzahl gespeist wird, und von denen ein vorbestimmt größerer
Teil in einer von der ersten vorgewählten Folge verschiedenen vorgewählten Folge elektronisch kommutiert wird, wenn der
Motor (M) in der Betriebsart niedriger Drehzahl gespeist
wird; und
einen Dauermagnetläufer (3), der dem Ständer (1) zugeordnet und in wahlweiser magnetischer Kopplungsbeziehung zu den
Wicklungsstufen (S1, S2, S3) angeordnet ist, so daß er durch diese in Drehung versetzt wird, wobei der Läufer (3) in der
Wicklungsstufen (S1, S2, S3) angeordnet ist, so daß er durch diese in Drehung versetzt wird, wobei der Läufer (3) in der
Betriebsart hoher Drehzahl in einer Richtung in Drehung versetzt wird, so daß ein erstes Drehmoment bei dem vorgewählten
Stromwert auf das elektronische Korratiutieren nur des
ersten Teils der Windungen wenigstens einiger der Wicklungsstufen (S1, S2, S3) in der ersten vorgewählten Folge hin erzeugt
wird, und wobei der Läufer (3) außerdem in dieser einen Richtung und in einer zu dieser entgegengesetzten
weiteren Richtung in der Betriebsart niedriger Drehzahl in Drehung versetzt wird, so daß ein zweites Drehmoment, das
vorbestimint größer ist als das erste Drehmoment, auf die
elektronische Kommutierung des vorbestimmt größeren Teils der Windungen jeder Windungsstufe in der zweiten vorgewählten
Folge hin bei einem Stromwert, der nicht nennenswert größer als der vorgewählte Wert ist, erzeugt wird.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen jeder Wicklungsstufe (S1, S2, S3) eine Klemme (Tl,
T2, T3) an jedem Ende und wenigstens eine Zwischenanzapfung (11, 12, 13) haben, wobei die Windungen zwischen einer
Endklemme und der Zwischenanzapfung den ersten Teil der Windungen jeder Stufe bilden und wobei die Windungen zwischen
den Endklemmen jeder Wicklungsstufe den vorbestimmt größeren Teil derselben bilden.
3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Wicklungsstufen (S1, S2, S3), die in der
Betriebsart niedriger Drehzahl bzw. in der Betriebsart hoher Drehzahl elektronisch kommutiert werden, die gewünschten
maximalen Drehmomente in jeder Betriebsart bei dem vorgewählten Stromwert erzeugen werden.
4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung eine Lagenwicklung ist, wobei jede Windung eine
insgesamt U-förmige Leiterschleife ist und wobei jede der Wicklungsstufen mehrere Wicklungsgruppen (S1A-S1C, S2A-S2C,
S3A-S3C) enthält.
Y"\ ";·";. : 3233098
5. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wicklungsstufen jeweils mehrere Wicklungsgruppen (S1A1, S1B1;
S2A' , S2B1; S3A1 , S3B1) enthalten und daß die Ständerwicklung
konzentrisch gewickelt ist, wobei jede Windung eine vollständige Leiterschleife ist.
6. Elektronisch kommutierter Motor, gekennzeichnet durch: einen Ständer (1), der mehrere Wicklungsaufnahmenuten (17)
hat;
mehrere Wicklungsstufen (S1, S2, S3), die in den Nuten (17)
untergebracht und in wenigstens einer vorgewählten Folge kommutierbar sind, wobei die Wicklungsstufen jeweils mehrere
Windungen zum Bilden von mehreren Ständerpolen haben; einen Dauermagnetläufer (3), der durch die Magnetfelder der
Ständerpole um eine zentrale Achse des Ständers (1) drehbaist;
eine Einrichtung (48) zum Bilden von Steuersignalen, die die Drehposition des Läufers angeben;
eine Einrichtung (33, 35), die auf die Steuersignale hin wenigstens einige der Wicklungsstufen (S1, S2, S3) elektronisch
kommutiert, um an sie eine Gleichspannung in wenigstens einer gewünschten Folge zum Antreiben des Läufers anzulegen;
und
eine Schalteinrichtung (X1, X2, X3), die in einer Betriebsart
hoher Drehzahl nur einen ersten Teil der Windungen jeder Wicklungsstufe mit der Kommutierungseinrichtung (35) verbindet,
um den Läufer (3) mit einer relativ hohen Drehzahl anzutreiben und ein erstes Drehmoment bei einem vorgewählten
Stromwert zu erzeugen, und in einer Betriebsart niedriger Drehzahl einen vorbestimmt größeren Teil der Windungen jeder
Wicklungsstufe mit der Kommutierungseinrichtung (35) verbindet, um den Läufer (3) mit einer relativ niedrigen Drehzahl
anzutreiben und ein Drehmoment, das vorbestimmt größer als das erste Drehmoment ist, bei einem Strom zu erzeugen, der
nicht nennenswert größer als der vorgewählte Wert ist.
7. Motor nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (43) zum Begrenzen des den Wicklungsstufen (S1, S2, S3)
zugeführten Stroms auf den vorgewählten Wert, wodurch der von den Wicklungsstufen aufgenommene Strom, wenn der Motor
(M) entweder in seiner Betriebsart niedriger Drehzahl oder in seiner Betriebsart hoher Drehzahl arbeitet, den vorgewählten
Wert nicht überschreiten wird.
8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen jeder Wicklungsstufe (S1, S2, S3) eine Klemme (T1,
T2, T3, C) an jedem Ende und wenigstens eine Zwischenanzapfung (11, 12, 13) haben, wobei die Windungen zwischen einer
Endklemme und der Zwischenanzapfung den ersten Teil (S1A, S2A, S3A) der Windungen bilden, und daß die Schalteinrichtung
(X1, X2, X3) in ihrer Betriebsart niedriger Drehzahl die Endklemmen der Windungen jeder Wicklungsstufe (S1, S2,
S3) mit der Kommutierungseinrichtung (35) verbindet und in ihrer Betriebsart hoher Drehzahl die Kommutierungseinrichtung
von einer Endklemme trennt und die Kommutierungseinrichtung (35) mit der Zwischenanzapfung (11, 12, 13) verbindet, wodurch
die Kommutierungseinrichtung nur mit dem ersten Teil (S1A, S2A, S3A) der Windungen jeder Stufe verbunden wird.
9. Motor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ständer (1) eine Bohrung hat, daß die Wicklungsaufnahmenuten (17) die Bohrung schneiden und daß
der Läufer (3) in dieser drehbar ist.
10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Wicklungsstufen (S1, S2, S3), die durch die
Schalteinrichtung (X1, X2, X3) mit der Kommutierungseinrichtung
(35) in der Betriebsart niedriger Drehzahl bzw. in der Betriebsart hoher Drehzahl verbunden werden, die gewünschten
maximalen Drehmomente in jeder Betriebsart bei dem vorgewählten Stromwert erzeugen werden.
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11. Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet/ daß die Gesamtzahl der Ständerpole, die durch jede Wicklungsstufe
(S1, S2, S3) gebildet werden, wenn die Schalteinrichtung (X1, X2, X3) in ihrer Betriebsart hoher Drehzahl ist, der
Anzahl der Ständerpole entspricht, die gebildet werden, wenn die Schalteinrichtung in ihrer Betriebsart niedriger Drehzahl
ist.
12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Stärken der Magnetfelder der Ständerpole, wenn mit der Schalteinrichtung(X1, X2, X3) in deren Betriebsart hoher
Drehzahl gearbeitet wird, insgesamt gleich sind.
13. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (1) lagengewickelt ist, wobei jede Windung eine
insgesamt U-förmige Leiterschleife ist und wobei die Wicklungsstufen (S1, S2, S3) jeweils mehrere Wicklungsgruppen
(S1A, S1C, S2A, S2C, S3A, S3C) enthalten.
14. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsstufen jeweils mehrere Wicklungsgruppen (S1A1,
S1B1; S2A1, S2B»; S3A1, S3B') enthalten und daß der Ständer
(1) konzentrisch gewickelt ist, wobei jede Windung eine vollständige Leiterschleife ist.
15. Motor nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteinrichtung (X1, X2, X3) ein Relais ist.
16. Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das
Relais ein elektromechanisches Relais ist.
17. Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Motors, der aus einer Gleichstromquelle speisbar ist und
einen Ständer mit einer mehrstufigen Wicklungsanordnung mit
mehreren Wicklungsstufen, von denen jede einen ersten Teil
von Windungen und einen vorbestimmt größeren Teil von Windungen hat, sowie einen Dauermagnetläufer aufweist, der dem
Ständer zugeordnet und in wahlweiser magnetischer Kopplungsbeziehung zu den Wicklungsstufen angeordnet ist, so daß er
durch diese in einer Betriebsart hoher Drehzahl und in einer Betriebsart niedriger Drehzahl antreibbar ist, gekennzeichnet
durch folgende Schritte:
elektronisches Kommutieren nur des ersten Teils der Windungen
wenigstens einiger der Wicklungsstufen, um an diese eine Gleichspannung in einer ersten vorgewählten Folge anzulegen,
um den Läufer in einer Richtung in Drehung zu versetzen, und in einer zweiten vorgewählten Folge, um den Läufer in
der einen und in einer dazu entgegengesetzten weiteren Richtung anzutreiben;
Speisen des Motors in einer Betriebsart hoher Drehzahl durch Anschließen nur eines ersten Teils der Windungen jeder Wicklungsstufe
zum Bewirken der Kommutierung, um den Läufer mit einer relativ hohen Drehzahl in der einen Richtung anzutreiben
und ein erstes Drehmoment bei einem vorgewählten Stromwert zu erzeugen; und
Speisen des Motors in einer Betriebsart niedriger Drehzahl durch Anschließen eines vorbestimmt größeren Teils der
Windungen jeder Wicklungsstufe zum Bewirken der Kommutierung, um den Läufer in der einen Richtung und in der weiteren Richtung
mit einer relativ niedrigen Drehzahl anzutreiben und ein Drehmoment, das vorbestimmt größer als das erste Drehmoment
ist, bei einem Stromwert zu erzeugen, der nicht nennenswert größer ist als der erste vorgewählte Wert.
18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch den
weiteren Schritt des Begrenzens des vorgewählten Wertes des den Wicklungsstufen zugeführten Stroms, wodurch der von den
Wicklungsstufen aufgenommene Strom, wenn der Motor entweder in seiner Betriebsart niedriger Drehzahl oder in seiner Betriebsart
hoher Drehzahl arbeitet, den vorgewählten Wert nicht überschreiten wird.
19. Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Motors, der aus einer Gleichstromquelle sowohl in einer Betriebsart
hoher Drehzahl als auch in einer Betriebsart niedriger Drehzahl mit einem Strom speisbar ist, der nicht nennenswert
größer als ein vorgewählter Wert ist, wobei der elektronisch kommutierte Motor einen Ständer mit einer mehrstufigen
Wicklungsanordnung mit mehreren Wicklungsstufen, von denen jede mehrere Windungen hat, und einen Dauermagnetläufer
enthält, der dem Ständer zugeordnet und in wahlweiser magnetischer Kopplungsbeziehung mit wenigstens einigen der
Wicklungsstufen in Drehung versetzbar ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
elektronisches Kommutieren nur eines Teils der Windungen wenigstens einiger der Wicklungsstufen in einer vorgewählten
Folge und dadurch Drehen des Dauermagnetläufers in der Betriebsart hoher Drehzahl in einer Richtung auf seine wahlweise
magnetische Kopplungsbeziehung zu den elektronisch kommutierten Windungsteilen hin;
Aufnehmen eines Stroms nur durch die elektronisch kommutierten Windungsteile, um ein erstes Drehmoment während der in
einer Richtung erfolgenden Drehung des Dauermagnetläufers in der Betriebsart hoher Drehzahl zu erzeugen, wobei das
erste Drehmoment zu einem vorgewählten Wert des durch die elektronisch kommutierten Windungsteile aufgenommenen Stroms
direkt proportional ist;
elektronisches Kommutieren der Wicklungsstufen in einer weiteren vorgewählten Folge, die sich von der erstgenannten
vorgewählten Folge unterscheidet, und dadurch Bewirken einer Hin- und Herdrehung des Dauermagnetläufers in der Betriebsart
niedriger Drehzahl auf dessen wahlweise magnetische Kopplungsbeziehung zu den elektronisch kommutierten Wicklungsstufen
hin;
Aufnehmen eines Stroms, der nicht nennenswert größer ist als der vorgewählte Stromwert, durch die elektronisch kommutierten
Wicklungsstufen, um ein weiteres Drehmoment, das nennens-
wert größer als das erste Drehmoment während der Hin- und
Herdrehung des Dauermagnetläufers in der Betriebsart niedriger Drehzahl ist, zu erzeugen, wobei das weitere Drehmoment
zu dem durch die elektronisch kommutierten Wicklungsstufen aufgenommenen Strom direkt proportional ist.
20. Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Motors, der aus einer Gleichstromquelle sowohl in einer Betriebsart
hoher Drehzahl als auch in einer Betriebsart niedriger Drehzahl mit einem Strom speisbar ist, der nicht
nennenswert größer als ein vorgewählter Wert ist, wobei der elektronisch kommutierte Motor einen Ständer mit einer mehrstufigen
Wicklungsanordnung, die mehrere Wicklungsstufen aufweist, von denen jede mehrere Windungen hat, wobei wenigstens
ein Teil der Windungen wenigstens einiger der Wicklungsstufen einen angezapften Abschnitt derselben bildet,
und eine drehbare Dauermagnetbaugruppe enthält, die dem Ständer zugeordnet und sowohl in der Betriebsart hoher Drehzahl
als auch in der Betriebsart niedriger Drehzahl drehbar ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Kommutieren der Wicklungsstufen in einer vorgewählten Folge und dadurch Erregen nur der angezapften Abschnitte von wenigstens
einigen der Wicklungsstufen in der vorgewählten Folge aus der Gleichstromquelle;
magnetisches Koppeln der drehbaren Dauermagnetbaugruppe mit den angezapften Abschnitten der in der vorgewählten Folge
erregten Wicklungsstufen und dadurch Drehen der drehbaren Dauermagnetbaugruppe in der Betriebsart hoher Drehzahl in
einer Richtung, so daß ein erstes Drehmoment erzeugt wird, das in Korrelation zu einem Strom steht, der nicht größer
als der vorgewählte Wert ist und durch die angezapften Abschnitte der Wicklungsstufen bei deren Erregung in der vorgewählten
Folge aufgenommen wird;
Kommutieren der Wicklungsstufen in einer weiteren vorgewählten Folge, die sich von der erstgenannten vorgewählten Folge
unterscheidet, so daß die Wicklungsstufen in der weiteren vorgewählten Folge aus der Gleichstromquelle erregt werden;
magnetisches Wiederkoppeln der drehbaren Dauermagnetbaugruppe mit den in der weiteren vorgewählten Folge erregten Wicklungsstufen
und dadurch Drehen der drehbaren Dauermagnetbaugruppe in der Betriebsart niedriger Drehzahl in der einen
Richtung und in einer zu dieser entgegengesetzten weiteren Richtung, so daß ein weiteres Drehmoment erzeugt wird, das
nennenswert größer ist als das erste Drehmoment und in Korrelation zu einem Strom steht, der nicht nennenswert größer
als der vorgewählte Wert ist und durch die Wicklungsstufen bei Erregung derselben in der weiteren vorgewählten Folge
aufgenommen wird.
21. Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten
Motors, der aus einer Gleichstromquelle sowohl in einer Betriebsart hoher Drehzahl als auch in einer Betriebsart niedriger
Drehzahl mit einem Strom speisbar ist, der nicht nennenswert größer als ein vorgewählter Wert ist, wobei der
elektronisch kommutierte Motor einen Ständer mit einermehrstufigen
Wicklungsanordnung, die mehrere Wicklungsstufen hat, von denen jedemehrere Windungen aufweist, wobei wenigstens
ein Teil der Windungen der Wicklungsstufen einen angezapften Abschnitt derselben bildet, und eine drehbare
Dauermagnetbaugruppe enthält, die dem Ständer und der mehrstufigen Wicklungsanordnung zugeordnet ist, mehrere Einrichtungen
zum elektronischen Kommutieren der Wicklungsstufen und nur der angezapften Abschnitte der Wicklungsstufen und
eine Schalteinrichtung, die insgesamt in wenigstens zwei Schaltbetriebsarten betreibbar ist, um die elektronisch kommutierenden
Einrichtungen mit den Wicklungsstufen bzw. nur mit den angezapften Abschnitten der Wicklungsstufen zu verbinden,
gekennzeichnet durch folgende Schritte: Verbinden der elektronisch kommutierenden Einrichtungen nur
mit den angezapften Abschnitten der Wicklungsstufen, wenn die Schalteinrichtung in einer ihrer Schaltbetriebsarten ist;
Anlegen eines Steuersignals an die elektronisch kommutierenden Einrichtungen, um diese in einer vorgewählten Folge zu
erregen und dadurch in der vorgewählten Folge nur die angezapften Abschnitte der Wicklungsstufen aus der Gleichstromquelle
zu erregen;
magnetisches Koppeln der drehbaren Dauermagnetbaugruppe mit den angezapften Abschnitten der in der vorgewählten Folge
erregten Wicklungsstufen und dadurch Drehen der drehbaren Dauermagnetbaugruppe in der Betriebsart hoher Drehzahl in
einer Richtung, so daß ein erstes Drehmoment erzeugt wird, das in Korrelation zu einem Strom steht, der nicht größer
als der vorgewählte Wert ist und durch die angezapften Abschnitte der Wicklungsstufen bei deren Erregung in der vorgewählten
Folge aufgenommen wird;
Versetzen der Schalteinrichtung in die andere Schaltbetriebsart, wobei die Schaltungsverbindung zwischen den elektronisch
kommutierenden Einrichtungen und den angezapften Abschnitten der Wicklungsstufen unterbrochen wird und die elektronisch
kommutierenden Einrichtungen mit den Wicklungsstufen verbunden werden;
Anlegen eines weiteren Steuersignals, das von dem erstgenannten Steuersignal verschieden ist, an die elektronisch kommutierenden
Einrichtungen, um deren Erregung in einer weiteren vorgewählten Folge, die von der ersten vorgewählten Folge
verschieden ist, zu bewirken und dadurch in der weiteren vorgewählten Folge die Wicklungsstufen aus der Gleichstromquelle
zu erregen; und
magnetisches Wiederkoppeln der drehbaren Dauermagnetbaugruppe mit den in
der weiteren vorgewählten Folge erregten Wicklungsstufen und dadurch Drehen der drehbaren Dauermagnetbaugruppe in der Betriebsart
niedriger Drehzahl in der einen Richtung und in einer dazu entgegengesetzten weiteren Richtung, so daß ein
weiteres Drehmoment erzeugt wird, das nennenwert größer als das erste Drehmoment ist und in Korrelation zu einem Strom
steht, der nicht nennenswert größer als der vorgewählte Wert ist und durch die Wicklungsstufen bei Erregung derselben in
der weiteren vorgewählten Folge aufgenommen wird.
22. Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Motors, der einen Ständer mit mehreren Wicklungsstufen, die
in Nuten in dem Ständer untergebracht sind, wobei die Wicklungsstufen jeweils mehrere Windungen zum Bilden von mehreren
Ständerpolen haben, und einen Dauermagnetläufer hat, der durch die Magnetfelder der Ständerpole um eine zentrale
Achse des Ständers drehbar ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bilden von Steuersignalen, die die Drehposition des Läufers angeben, um die Kommutierung jeder der Wicklungsstufen in
wenigstens einer vorgewählten Folge zu steuern; elektronisches Kommutieren wenigstens einiger der Wicklungsstufen
auf die Steuersignale hin, um an diese eine Gleichspannung in wenigstens einer gewünschten Folge zum Antreiben
des Läufers anzulegen;
Speisen des Motors in einer Betriebsart hoher Drehzahl durch Anschließen nur eines Teils der Windungen jeder der
Wicklungsstufen zum Bewirken der Kommutierung, um den Läufer mit einer relativ hohen Drehzahl anzutreiben und ein erstes
Drehmoment bei einem vorgewählten Stromwert zu erzeugen; und Speisen des Motors in einer Betriebsart niedriger Drehzahl
durch Anschließen eines vorbestimmt größeren Teils der Windungen jeder der Wicklungsstufen zum Bewirken der Kommutierung,
um den Läufer mit einer relativ niedrigen Drehzahl anzutreiben und ein Drehmoment, das vorbestimmt größer als
das erste Drehmoment ist, bei einem Strom zu erzeugen, der nicht nennenswert größer als der vorgewählte Wert ist.
23. Verfahren nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Begrenzens des vorgewählten Wertes des den
Wicklungsstufen zugeführten Stroms, wodurch der Strom, der
durch die Wicklungsstufen aufgenommen wird, wenn der Motor entweder in seiner Betriebsart niedriger Drehzahl oder in
seiner Betriebsart hoher Drehzahl arbeitet, den vorgewählten Wert nicht überschreiten wird.
24. Steuerschaltung für einen elektronisch kommutierten Motor,
der aus einer Gleichstromquelle speisbar ist und einen Ständer mit einer mehrstufigen Wicklungsanordnung mit mehreren
Wicklungsstufen, von denen jede einen ersten Teil von Windungen und einen vorbestimmt größeren Teil von Windungen
hat, und einen Dauermagnetläufer aufweist, welcher dem Ständer zugeordnet und in wahlweiser magnetischer Kopplungsbeziehung
zu den Wicklungsstufen angeordnet ist, so daß er durch diese in einer Betriebsart niedriger Drehzahl und in
einer Betriebsart hoher Drehzahl in Drehung versetzbar ist, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung (48) zum Bilden von Steuersignalen, die die Drehposition des Läufers (3) angeben;
eine Einrichtung (33, 35), die auf die Steuersignale hin wenigstens einige der Wicklungsstufen (S1, S2, S3) elektronisch
kommutiert, um eine Gleichspannung an diese in einer ersten vorgewählten Folge zum Antreiben des Läufers (3) in
einer Richtung und in einer zweiten vorgewählten Folge zum Antreiben des Läufers in der einen Richtung und in einer
dazu entgegengesetzten weiteren Richtung anzulegen; und eine Schalteinrichtung (X1, X2, X3j, die in einer Betriebsart
hoher Drehzahl nur den ersten Teil (S1A, S2A, S3A) der
Windungen wenigstens einiger der Wicklungsstufen (S1, S2, S3) mit der Kommutierungseinrichtung (35) verbindet, um an diese
eine Gleichspannung in der ersten vorgewählten Folge anzulegen, damit der Läufer (3) mit einer relativ hohen Drehzahl
in der einen Richtung angetrieben und ein erstes Drehmoment bei einem vorgewählten Stromwert erzeugt wird,und die in
einer Betriebsart niedriger Drehzahl den vorbestimmt größeren Teil der Windungen jeder der Wicklungsstufen mit der
Kommutierungseinrichtung (35) verbindet, um eine Gleichspannung an diese in der zweiten vorgewählten Folge anzulegen,
damit der Läufer (3) mit einer relativ niedrigen Drehzahl in der einen Richtung und dann in einer dazu entgegengesetzten
weiteren Richtung angetrieben und ein zweites Drehmoment, das vorbestimmt größer als das erste Drehmoment ist, bei
einem Strom erzeugtwird, der nicht nennenswert größer als
der vorgewählte Wert ist.
25. Steuerschaltung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (43) zum Begrenzen des den Wicklungsstufen
(S1, S2, S3) zugeführten Stroms auf den vorgewählten Wert,
wodurch der durch die Wicklungsstufen aufgenommene Strom, wenn der Motor (M) entweder in seiner Betriebsart niedriger
Drehzahl oder in seiner Betriebsart hoher Drehzahl arbeitet, den vorgewählten Wert nicht nennenswert überschreiten wird.
26. Antrieb für eine Waschmaschine mit einer Vorrichtung zum Bewegen des Wassers und der zu waschenden Wäsche, um
dadurch die Wäsche zu waschen, und zum anschließenden Schleudern der Wäsche, um das Wasser durch Fliehkraftwirkung
aus der Wäsche zu entfernen, gekennzeichnet durch:
einen elektronisch kommutierten Motor (M) zum Antreiben der Bewegungs-und Schleudervorrichtung (25, 23), mit einem
Ständer (1), der mehrere Wicklungsaufnahmenuten (17) hat, mit mehreren in den Nuten untergebrachten Wicklungsstufen
(S1, S2, S3), die in wenigstens einer vorgewählten Folge
kommutierbar sind, wobei die Wicklungsstufen jeweils mehrere Windungen zum Bilden von mehreren Ständerpolen haben, mit
einem Dauermagnetläufer (3), der durch die Magnetfelder der
Ständerpole um eine zentrale Achse des Ständers (1) drehbar ist, mit einer Einrichtung (48) zum Bilden von Steuersignalen,
die die Drehposition des Läufers angeben, und mit einer Einrichtung (33, 35), die auf die Steuersignale hin die
Wicklungsstufen elektronisch kommutiert, um an diese eine Gleichspannung in einer eine Richtung aufweisenden Folge
während einer Schleuderbetriebsart und in einer Folge wechselnder Richtung während einer Waschbetriebsart anzulegen;
eine Schalteinrichtung (X1, X2, X3), die in der Schleuderbetriebsart
nur einen Teil der Windungen jeder der Wicklungsstufen mit der Kommutierungseinrichtung (35) verbindet, damit
der Läufer (3) in einer Richtung mit einer relativ hohen
Drehzahl angetrieben und ein erstes Drehmoment bei einem
vorgewählten Stromwert erzeugt wird, und die in der Waschbetriebsart einen vorbestimmt größeren Teil der Windungen
jeder der Wicklungsstufen mit der Konunutierungseinrichtung (35) verbindet, damit der Läufer (3) bei einer relativ
niedrigen Drehzahl hin- und herbewegt und ein Drehmoment, das vorbestimmt größer als das erste Drehmoment ist, bei
einem Strom erzeugt wird, der nicht nennenswert größer als der vorgewählte Wert ist; und
eine Vorrichtung (27) zum Antreiben der Bewegungs- und Schleudervorrichtung (25, 23) von dem Läufer (3) aus, wobei
die Antriebsvorrichtung, wenn die Schalteinrichtung (X1, X2,
X3) in der Waschbetriebsart ist, die Bewegung des Wassers zum Waschen bewirkt, und, wenn die Schalteinrichtung in ihrer
Schleuderbetriebsart ist, das Schleudern bewirkt, damit das Wasser unter Fliehkraftwirkung aus der Wäsche entfernt wird.
27. Antrieb nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der
elektronisch kommutierte Motor (M) eine Einrichtung (43) zum Begrenzen des den Wicklungsstufen (S1, S2, S3) zugeführten
Stroms auf den vorgewählten Wert enthält, wodurch der durch die Wicklungsstufen aufgenommene Strom, wenn der Motor in
seiner Waschbetriebsart oder in seiner Schleuderbetriebsart arbeitet, den vorgewählten Wert nicht überschreiten wird.
28. Antrieb nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungs- und Schleudervorrichtung einen Rührflügel (25)
und einen Korb (23) enthält, wobei der Korb zum Schleudern mit hoher Drehzahl in einer Richtung drehbar ist und wobei
der Rührflügel in dem Korb zum Hervorrufen der Wasser- und Wäschebewegung
in zwei Richtungen drehbar ist, und daß die Antriebsvorrichtung (27) eine Einrichtung enthält zum Antreiben des Rührflügeis
(25) von dem Läufer (3) aus mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment, wenn die Schalteinrichtung (X1, X2, X3) in der
Waschbetriebsart ist, um den Rührflügel zum Waschen hin- und herzubewegen, und zum Antreiben des Korbes (23) von dem
Läufer (3) aus mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment, wenn die Schalteinrichtung (X1, X2, X3) in der Schleuderbetriebsart
ist, um die Wäsche zum Entfernen des Wassers unter Fliehkraftwirkung zu schleudern.
29. Antrieb nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (27) einen Drehzahluntersetzer
mit festem Untersetzungsverhältnis enthält, der einen durch den Läufer (3) angetriebenen Eingang und einen Ausgang zum
Antreiben der Bewegungs- und Schleudervorrichtung (25, 23) enthält.
30. Antrieb nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungs- und Schleudervorrichtung (25, 23) einen Rührflügel
(25) und einen Korb (23) enthält, wobei der Korb zum Schleudern bei hoher Drehzahl in einer Richtung drehbar ist
und wobei der Rührflügel zum Bewegen des Wassers und der Wäsche in dem Korb in zwei Richtungen drehbar ist, und daß
die Antriebsvorrichtung (27) eine Einrichtung enthält zum Antreiben
des Rührflügels von dem Läufer aus über den Drehzahluntersetzer mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment,
wenn die Schalteinrichtung (X1, X2, X3) in der Waschbetriebsart
ist, um den Rührflügel zum Waschen hin- und herzubewegen,
und zum Antreiben des Korbes von dem Läufer aus über den Drehzahluntersetzer mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment,
wenn die Schalteinrichtung in der Schleuderbetriebsart ist, um die Wäsche zum Austreiben des Wassers mittels
Fliehkraftwirkung zu schleudern.
31. Waschmaschine, gekennzeichnet durch:
eine Vorrichtung (25, 23) zum Bewegen des Wassers und der zu waschenden Wäsche,um dadurch die Wäsche zu waschen, und
zum anschließenden Schleudern der Wäsche, um das Wasser mittels Fliehkraftwirkung aus der Wäsche zu entfernen;
einen elektronisch kommutierten Motor (M) zum Antreiben der Bewegungs- und Schleudervorrichtung (25, 23), mit einem
Ständer (1) mit mehreren Wicklungsaufnahmenuten (17), mit
mehreren in den Nuten untergebrachten und in wenigstens einer vorgewählten Folge kommutierbaren Wicklungsstufen (S1,
S2, S3), wobei jede Wicklungsstufe mehrere Windungen zum Bilden von mehreren Ständerpolen hat, mit einem Dauermagnetläufer
(3), der durch die Magnetfelder der Ständerpole um eine zentrale Achse des Ständers drehbar ist, mit einer
Einrichtung (48) zum Bilden von Steuersignalen, die die Drehposition des Läufers angeben, mit einer Einrichtung
(33, 35), die auf die Steuersignale hin die Wicklungsstufen elektronisch kommutiert, um an diese eine Gleichspannung in
einer eine Richtung aufweisenden Folge während einer Schleuderbetriebsart und in einer Folge wechselnder Richtung
während einer Waschbetriebsart anzulegen; eine Schalteinrichtung (X1, X2, X3), die in der Schleuderbetriebsart
nur einen Teil der Windungen jeder der Wicklungsstufen (S1, S2, S3) mit der Kommutierungseinrichtung (35)
verbindet, damit der Läufer (3) in einer Richtung mit einer relativ hohen Drehzahl angetrieben und ein erstes Drehmoment
bei einem vorgewählten Stromwert erzeugt wird, und die in der Waschbetriebsart einen vorbestimmt größeren Teil der
Windungen jeder der Wicklungsstufen mit der Kommutierungseinrichtung (35) verbindet, damit der Läufer (3) mit einer
relativ niedrigen Drehzahl hin- und herbewegt und ein Drehmoment, das vorbestimmt größer als das erste Drehmoment ist,
bei einem Strom erzeugt wird, der nicht nennenswert größer als der vorgewählte Wert ist; und
eine Vorrichtung (27) zum Antreiben der Bewegungs- und Schleudervorrichtung (25, 23) von dem Läufer (3) aus, die,
wenn die Schalteinrichtung (X1, X2, X3) in der Waschbetriebsart ist, die Bewegung zum Waschen bewirkt,und, wenn die
Schalteinrichtung in ihrer Schleuderbetriebsart ist, das Schleudern zum Austreiben des Wassers mittels Fliehkraftwirkung
aus der Wäsche bewirkt.
32. Waschmaschine nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronisch kommutierte Motor (M) eine Einrichtung
(43) zum Begrenzen des den Wicklungsstufen (S1, S2, S3) zugeführten
Stroms auf den vorgewählten Wert enthält, wodurch der durch die Wicklungsstufen aufgenommene Strom, wenn der
Motor entweder in seiner Waschbetriebsart oder in seiner Schleuderbetriebsart arbeitet, den vorgewählten Wert nicht
überschreiten wird.
33. Waschmaschine nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungs- und Schleudervorrichtung (25, 23) einen
Rührflügel (25) und einen Korb (23) enthält, wobei der Korb in einer Richtung mit hoher Drehzahl zum Schleudern drehbar
ist und wobei der Rührflügel zum Hervorrufen der Bewegung in zwei Richtungen drehbar ist, und daß die Antriebsvorrichtung
(27) eine Einrichtung enthält zum Antreiben des Rührflügels von dem Läufer aus mit niedriger Drehzahl und hohem
Drehmoment, wenn die Schalteinrichtung (X1, X2, X3) in der Waschbetriebsart ist, um den Rührflügel zum Waschen hin- und
herzubewegen, und zum Antreiben des Korbes von dem Läufer aus mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment, wenn die
Schalteinrichtung (X1, X2, X3) in der Schleuderbetriebsart ist, um das Schleudern zum Austreiben des Wassers aus der
Wäsche mittels Fliehkraftwirkung zu bewirken.
34. Waschmaschine nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (27) einen Drehzahluntersetzer
mit festem UnterSetzungsverhältnis enthält, der einen durch den Läufer (3) angetriebenen Eingang und einen Ausgang zum
Antreiben der Bewegungs- und Schleudervorrichtung (25, 23) hat.
35. Waschmaschine nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungs- und Schleudervorrichtung (25, 23) einen
Rührflügel (25) und einen Korb (23) enthält, wobei der Korb zum Schleudern in einer Richtung mit hoher Drehzahl drehbar
ist und wobei der Rührflügel zum Hervorrufen der Bewegung in dem Korb in zwei Richtungen drehbar ist, und daß die Antriebsvorrichtung
(27) eine Einrichtung enthält zum Antreiben des Rührflügels von dem Läufer aus über den Drehzahluntersetzer
mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment, wenn die Schalteinrichtung (X1, X2, X3) in der Waschbetriebsart
ist, um den Rührflügel zum Waschen hin- und herzubewegen,
und zum Antreiben des Korbes von dem Läufer aus über den Drehzahluntersetzer mit hoher Drehzahl und niedrigem
Drehmoment, wenn die Schalteinrichtung (X1, X2, X3) in der
Schleuderbetriebsart ist, um das Schleudern zum Austreiben des Wassers mittels Fliehkraftwirkung aus der Wäsche zu bewirken
.
36. Verfahren zum Betreiben einer Waschmaschine, die eine Vorrichtung zum Bewegen des Wassers und der zu waschenden
Wäsche, um dadurch die Wäsche zu waschen, und zum anschliesenden Schleudern der Wäsche zum Austreiben des Wassers
mittels Fliehkraftwirkung aus der Wäsche und einen elektronisch kommutierten Motor zum Antreiben der Bewegungs- und
Schleudervorrichtung hat, wobei der Motor einen ferromagnetischen Ständer mit mehreren Wicklungsstufen, die in
Ständernuten untergebracht sind und von denen jede mehrere Windungen zum Bilden von mehreren Ständerpolen hat, und
einen Dauermagnetläufer aufweist, der durch die Magnetfelder der Ständerpole um eine zentrale Achse des Ständers drehbar
ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bilden von Steuersignalen, die die Drehposition des Läufers
angeben;
elektronisches Kommutieren der Wicklungsstufen auf die Steuersignale hin in einer eine Richtung aufweisenden Folge
während einer Schleuderbetriebsart und in einer Folge wechselnder Richtung während einer Waschbetriebsart;
Speisen des Motors in einer Schleuderbetriebsart durch Anschließen nur eines ersten Teils der Windungen jeder der
Wicklungsstufen zum Bewirken der Kommutierung, damit der
Läufer in einer Richtung mit einer relativ hohen Drehzahl angetrieben und ein erstes Drehmoment bei einem vorgewählten
Stromwert erzeugt wird; und
Speisen des Motors in einer Waschbetriebsart durch Anschliessen eines vorbestimmt größeren Teils der Windungen jeder der
Wicklungsstufen zum Bewirken der Kommutierung, damit der Läufer mit einer relativ niedrigen Drehzahl hin- und herbewegt
und ein Drehmoment, das vorbestimmt größer als das erste Drehmoment ist, bei einem Strom erzeugt wird, der
nicht nennenswert größer als der vorgewählte Wert ist.
37. Verfahren nach Anspruch 36, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Begrenzens des vorgewählten Wertes des
den Wicklungsstufen zugeführten Stroms, wodurch der durch die Wicklungsstufen aufgenommene Strom, wenn der Motor entweder
in seiner Waschbetriebsart oder in seiner Schleuderbetriebsart arbeitet, den vorgewählten Wert nicht überschreiten
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