Een dual-mode hybride rotor-synchrone en vernier-machine met dubbele stator voor variabele snelheidstoepassingen

Waarom een wasmachine-motor ertoe doet

Verborgen in elke automatische wasmachine zit een elektromotor die zware, natte kleren bij lage snelheid voorzichtig moet laten draaien en daarna de trommel op hoge snelheid moet laten draaien om water uit te slingeren. Beide taken efficiënt, stil en goedkoop uitvoeren is lastiger dan het klinkt. Dit artikel beschrijft een nieuw soort motor die binnen één compact ontwerp kan schakelen tussen een krachtige "was"-modus en een snelle, energiezuinige "centrifuge"-modus, met belofte van lagere energiekosten en minder gebruik van zeldzame, dure materialen.

Twee heel verschillende taken in één machine

Wasmachines doorlopen twee hoofdfasen. Tijdens de wascyclus draait de trommel langzaam maar moet veel torsiekracht leveren om doorweekte was te verplaatsen. Tijdens de centrifugecyclus draait de trommel zeer snel, maar is minder kracht nodig en is juist hoge efficiëntie vereist om geen elektriciteit te verspillen en oververhitting te voorkomen. Fabrikanten kiezen vandaag meestal tussen traditionele asynchrone motoren, die goedkoop maar inefficiënt zijn, en permanentmagneetmotoren, die efficiënt zijn maar afhankelijk van dure zeldzame-aardemagneten en moeite kunnen hebben bij zeer lage snelheden. Het nieuwe ontwerp streeft ernaar het beste van beide werelden te vangen, terwijl het makkelijker te onderhouden is en minder van zeldzame materialen afhankelijk.

Één motor, twee schalen en een slimme rotor

De voorgestelde machine gebruikt een ongebruikelijke opstelling: twee stationaire schalen (stators) die een enkele roterende middenring (rotor) omringen. De buitenste stator werkt in een "verstelde" stijl die van nature hoge koppel bij lage snelheid produceert, ideaal voor de wascyclus. De binnenste stator functioneert als een klassieke hoogrendement synchrone motor aangedreven door permanentmagneetvelden op de binnenzijde van de rotor, ideaal voor de snelle centrifugecyclus. De rotor draagt zowel een reeks veel fijne tanden voor de buitenste interactie als een eenvoudiger magneetpatroon voor de binnenste interactie, zodat hetzelfde draaiende onderdeel beide modi kan bedienen zonder hardware te wisselen.

Borstelloze energie zonder extra slijtageonderdelen

Conventionele machines met gewikkelde rotor hebben glijdende elektrische contacten nodig, genaamd borstels en sleepringen, om stroom naar spoelen op de rotor te voeren. Deze onderdelen slijten, vonken en vergen onderhoud. In dit ontwerp herbergt de buitenste stator twee verschillende wikkelingen: een hoofd-drie-fasenwikkeling die het draaimoment produceert, en een kleinere hulpwikkeling die een speciaal laagfrequent magneetpatroon creëert. Terwijl de rotor door dit patroon draait, wekt een speciale wikkeling op de rotor een wisselstroom op, die onmiddellijk wordt gelijkgericht door een kleine gelijkrichter die op de rotor zelf is gemonteerd. Die gelijkstroom voedt vervolgens de hoofdveldwikkeling van de rotor, allemaal zonder fysieke elektrische contacten. In feite "laadt" de machine zijn eigen rotorveld draadloos op terwijl hij draait.

De motor afstemmen op was- en centrifugecycli

De auteurs simuleren het gedrag van de motor in beide modi met gedetailleerde computermodellen. In de laag-snelheids wasmodus levert het buitenste vernier-achtige deel na verfijning ongeveer 20 newtonmeter koppel, meer dan het dubbele van een recent referentieontwerp, met een rendement van ongeveer 77%. Aanvankelijk was het koppel vrij ruw, maar het team verminderde deze "koppelrimpel" door de rotortanden licht schuin te plaatsen, ten koste van slechts een geringe afname van het gemiddelde koppel. In de hogesnelheids centrifuge-modus bij 1200 omwentelingen per minuut wordt alleen het binnenste permanentmagneetdeel geactiveerd. Hier levert de motor ongeveer 5,9 newtonmeter koppel met zeer soepele rotatie en een indrukwekkend rendement van ongeveer 95%, veel hoger dan vergelijkbare alleen-verniermachines bij vergelijkbare snelheden.

Wat dit kan betekenen voor huishoudelijke apparaten

Door twee bedrijfsstijlen in één gedeelde structuur te combineren, kan deze dual-mode dubbele-stator motor zich gedragen als een krachtige laag-snelheids werkpaard tijdens het wassen en als een slanke hoog-snelheids sprinter tijdens het centrifugeren. Hij gebruikt relatief weinig permanentmagneetmateriaal, vermijdt borstels en sleepringen, en voldoet toch aan de veeleisende koppel- en efficiëntiebehoeften van moderne wasmachines. Voor dagelijkse gebruikers kan dat zich vertalen in stillere werking, lager energieverbruik en duurzamere apparaten, terwijl fabrikanten flexibiliteit winnen om strenge efficiëntienormen te halen zonder sterk te leunen op schaarse magnetische materialen.

Bronvermelding: Ali, S., Ali, Q., Munir, H.M. et al. A dual-mode dual-stator hybrid rotor synchronous and vernier machine for variable speed applications. Sci Rep 16, 10315 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40821-y

Trefwoorden: wasmachine-motor, variabele snelheidsaandrijving, borstelloze rotor, vernier-machine, energiezuinige apparaten