Motorrotor

EEN RAADSEL uit de keuken. De raamventilator ging kapot. Dat was op zichzelf niet zo vreemd want hij was zwaar aangegroeid met bakvet, broodrook en broccoliwalm. De laatste jaren ploegde hij steeds moeizamer door de dikke lucht en daar moest natuurlijk een eind aan komen. Vorige week woensdag was het zover. Het starten en op toeren komen duurden de dagen ervoor steeds langer en langer en opeens was er niets meer. Het schoonkrabben van de propeller bracht geen soelaas. Hij was stuk.

Er zijn mensen die daar een mannetje bij halen, maar een man kan geen mannetje laten komen. Er zat niets anders op dan het geval behoedzaam uit het glas te tillen en het was nog een raar gegoochel om te verhinderen dat daarbij de buitenste delen in de diepgelegen tuintjes vielen. Daarna werd begonnen aan de anatomie en dat leverde gelijk al een verrassing op: er zat bijna niets in het kastje. Een klikschakelaar en een vernuftig systeem om die schakelaar via een trekkoord te bedienen. En verder alleen de motor. Geen elektronische componenten zoals condensatoren, weerstanden, laat staan chips. Niets. Na een trek aan het trekkoord ging gelijk de volle 230 volt over de motor.

In die motor herkende de HBS-er zonder moeite twee spoelen die kennelijk samen de `stator' vormden. Het gelamineerde ijzer ertussen moest wel het weekijzer zijn dat vroeger zo onmisbaar leek.In het midden zat een glanzend cilindertje dat makkelijk draaien kon, dat moest wel de `rotor' zijn. Op de verlengde rotoras was de propeller gestoken, maar die kon er makkelijk af.

Twee vragen drongen zich op: 1. waarom werkt dit niet en 2. als het werkt hoe werkt het dan. Vaak kom je het eerste te weten zonder het tweede te kunnen beantwoorden. In dit geval ging het andersom. Met een platte 4,5 volt batterij kon binnen de kortste keren worden vastgesteld dat de twee spoelen, die in serie zijn geschakeld, niet waren doorgebrand. De stroom die er aan de ene kant inging kwam er aan de andere kant gewoon weer uit. De raadselachtige onderbreker die aan de zijkant van het motorhuis in de keten was opgenomen maakte kennelijk goed sluit-contact. De rol van die onderbreker, die sterk aan die van de spanningsregelaar in een oude motorfiets doet denken, is onduidelijk. Waarschijnlijk beschermt hij de ventilatormotor tegen overbelasting en reageert hij op een te sterk magnetisch veld.

Aan de allerbedonderdst gelagerde rotor viel ook niets te zien dat kapot leek. Hij zag er sowieso onaantastbaar uit. Slijtage zou herkend zijn aan slijpsel en dat was er niet. Achteraf moet dus worden aangenomen dat er iets haperde aan die trekschakelaar of dat de lagerwrijving te groot was geworden. De Winkler Prins, die zijn lemma over `de elektrische machine' waarschijnlijk door Thorbecke heeft laten schrijven, oppert nog de mogelijkheid van degeneratie van het isolatiemateriaal in de spoelen. Daardoor kan de machine onbruikbaar worden zonder dat er echts iets doorbrandt.

Soit. Hoe wèrkte dit motortje, daar gaat het om. De HBS-er, die immers werd opgeleid voor het bedrijfsleven, kreeg vroeger heel wat elektrotechnische kennis mee. Hij herinnert zich dat er, zoals ook de Prins benadrukt, eigenlijk maar twee principes werken. Een stroomvoerende draad ondervindt van een magnetisch veld een krachtwerking. En in een gesloten stroomkring verandert de stroomsterkte als het magnetisch veld rond de kring van sterkte verandert.

De hoofdlijnen zijn terug te vinden in de fietsdynamo die vaak nog als twee druppels water lijkt op de dynamo die in 1832 door Hippolyte Pixii werd ontworpen. Een krachtige permanente magneet die voor of tussen een spoel is geplaatst wekt, zodra hij aan het draaien wordt gebracht, in die spoel een wisselspanning op. Dat wordt wisselstroom zodra de stroomkring sluit. Hier is dus mechanische energie omgezet in elektriciteit maar het mooie van de fietsdynamo is dat het vaak (niet altijd) ook andersom kan: wordt hij aangesloten op wisselspanning dan gaat-ie draaien. Dan gaat het van stroom naar kracht.

Op dit thema valt naar hartelust te variëren: niet de magneet tussen een stel spoelen, maar een spoel tussen de polen van een magneet. Een elektromagneet in plaats van een permanente magneet en nog veel meer. Maar aan de combinatie van een spoel en een magneet lijkt niet te ontkomen. Als er wisselspanning ter beschikking staat, is vaak het streven de spoelen een draaiend magnetisch veld te laten opwekken dat dan zo goed en zo kwaad als dat gaat door de magneet of een samenstel van magneten wordt gevolgd.

Nu, om met dat laatste te beginnen: de ventilatormotor heef natuurlijk geen draaiend veld. Er staan daar twee in serie geschakelde spoelen recht tegenover elkaar en het enige dat er gebeurt is dat het magnetische veld tussen die spoelen 100 keer per seconde van richting verandert. Dat is het effect van 50 Hz wisselspanning. Hier en daar zijn mini-kompasjes ter grootte van een dubbeltje te koop. Met behulp van zo'n kompasje (geplaatst in het hart van de motor) en die 4,5 volt batterij was mooi in beeld te krijgen wat er gebeurt.

Nog vreemder is het met de rotor. Die is voor geen meter magnetisch, om het zo eens te zeggen. Magnetiseerbaar is-ie, maar dat is wat anders. Hoe redt een man zich hieruit zonder een mannetje te bellen?

Hij slaat Tak Kenjo's boek `Electric motors and their controls' (Oxford University Press, 1991) open. Kenjo rubriceerde veel motoren naar aard en uiterlijk van hun rotor en de onderhavige rotor is er snel gevonden. Het is wat in het Engels heet: een squirrel-cage rotor. De squirrel-cage is het tredmolentje van Knabbel en Babbel. In het Nederlands heet dat een kooianker of kortsluitanker. De geleidende voor en achterplaat van het anker zijn (onzichtbaar, maar achter die sleuven) verbonden door 13 aluminium staven die elektrische stroom uitstekend geleiden. Het wisselend veld wekt stroom op in die staven en vervolgens oefent hetzelfde veld op de stroomvoerende staven een kracht uit. Dat brengt de kooi aan het draaien. En, zoals Kenjo zegt: dit is het meest gangbare type motor voor huishoudelijke toepassingen. Zonder magneet.