CN101686789B - 用于含水家用电器的电驱动单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于含水家用电器中的液压泵的电驱动单元。所述单元包括用于提供多相电压源系统(6)中的电源电压的可控转换器(2)和至少一个电动机(17)，所述电动机被设计为利用永磁体激励的同步电动机，并且可以连接到多相电压源系统(6)以驱动液压泵(7)。控制单元(10，11)控制转换器(2)，以利用3相电压源系统(6)操作所述电动机(17)。可以将额外的电单元(18，19，20，9)连接至3相电压源(6)的至少一部分，或者连接至传送负载电流并连接所述转换器(2)的上游的中间电路(3-1)，所述电单元包括至少一个额外的用于另一液压泵(8)或风扇(20)和/或至少一个阀(9)的电动机(18，19，20)。因而提供了一种允许对液压泵的驱动进行技术上简单的电子电动机管理的电驱动单元。

Description

用于含水家用电器的电驱动单元
本发明涉及一种用于含水(water-bearing)家用电器的电驱动单元。本发明还涉及具有至少一个液压泵和电驱动单元的家用电器。 
在含水家用电器中，尤其是在洗碗机中，通常采用多种类型的液压泵。例如，提供一液压泵作为在清洗过程中使用的循环泵，提供另一液压泵作为在完成清洗程序或程序部分时抽空水的排水泵。这样的液压泵被设置在洗碗机的贮槽(sump)内，并且通常采用来自家用(市电)系统的系统电压对其供电。例如，在通常既具有循环泵又具有排水泵的洗衣机领域，这种类型的液压泵也是公知的。 
DE 10139928A1公开了一种洗碗机泵驱动，其中采用具有永磁体转子以及用于磁场绕组的磁通势的与转子位置相关的极性反转的传感器换向器(commutator)的DC电压电动机作为泵用电动机。可以由设置在工作电路的电路板上的整流器提供磁场电路，所述整流器能够使DC电动机通过AC电压系统来工作。对于每一磁场绕组而言，两相DC电动机具有两个相反的线圈部分，通过转换开关为所述线圈部分交替供电。对安装在气隙内的作为湿式转子的多极永磁体转子的极性敏感的换向器指定两个磁场绕组中的哪一个会即刻受到磁通势的作用。 
DE3913639A1描述了一种家用洗碗机中的模块化线路布置，所述洗碗机采用了共用配电线路板，并为所有的小负载提供42V保护电压，从而能够清楚地构建线路布置，并且能够实现廉价的低压部件。将通往诸如加热器和泵用电动机的负载的所有引线连接至相应的闭合接点(make-contact)，并在启动主控制开关之后采用系统电压对其供电。在配电线路板的负载侧，提供隔离变压器，其次级侧具有最大42V的额定电压。这被认为是一个安全超低压，并又为控制侧供电，并因此通过主控制开关为小负载供电。 
在DE10339130A1中描述了一种诸如洗衣机或洗碗机的具有液体循环的家用电器，其中激活用于液压泵的驱动电动机，从而能够将两个泵中的 至少一个连接至用于开环和/或闭环电动机控制的控制单元，所述控制单元的中心部件是具有处理器的计算机，所述控制单元能够用作所述电器的中心开环和闭环控制单元。其承担了两个液压泵，尤其是循环泵和排水泵的控制单元的功能。在计算机的连接侧额外提供多个传感器，其用来检测一个或多个机器参数。例如，将所述传感器之一实现为负载传感器，用于检测泵负载或者更具体而言检测泵输入电流，然后根据传感器数据由控制单元启动若干致动器。例如，可以将DC电压电动机用于泵驱动，从而消除迄今偶尔产生的由工作电压纹波导致的干扰。在低压范围内例如可以采用42伏或更低的DC电压，在这种情况下，尤其能够获得安全优势。对于连接至计算机的大量传感器或致动器而言，驱动控制相对复杂，而且必须为不同的传感器和致动器以及为泵驱动提供不同的供电系统。 
本发明的目的在于为含水家用电器中的液压泵指定电驱动单元，利用其能够实现用于驱动液压泵的在技术上更为简单的电子电动机管理。本发明的目的还在于指定对应的含水家用电器。 
这一目的是通过如权利要求1所述的装置实现的。 
根据本发明的电驱动单元包含用于从多相，尤其是3相电压系统提供电源电压的可控转换器。可将至少一个电动机连接至所述多相电压系统，其中具体将所述至少一个电动机实现为用于驱动液压泵的永磁体激励同步电动机。采用控制装置激活所述转换器，以便由所述多相电压系统操作液压泵的所述电动机工作。此外，还提供了能够经由连接装置连接至所述多相电压系统的至少一部分或者连接至所述转换器的传送负载电流的DC链路上游的电装置，所述电装置包括至少一个额外的用于另一液压泵和/或鼓风机和/或至少一个阀门的电动机。 
因此，根据本发明，可以利用共用控制装置既控制用于驱动液压泵的电动机，又控制诸如用于其他液压泵或电控阀的其他电动机的其他电部件，其中所述共用控制装置用于激活由多相，尤其是3相电压系统提供电源的转换器。这使得能够提供一种均匀的供电系统，其既为用于液压泵的电动机供电，又为其他电部件供电，所述系统的中心元件是可控转换器、3相电压系统和用于激活所述转换器的控制装置。因此，例如采用电动机控制器 形式的控制装置能够承担针对其他电部件的其他控制功能，这意味着这些部件不需要其自身的独立控制器。将永磁体激励同步电动机用于泵驱动的优点在于，能够在不需要复杂的传感器系统的情况下通过转换器激活所述电动机，从而完全能够实现在技术上更为简单的电子电动机管理，尤其是不需要速度传感器的电子电动机管理。 
在根据本发明的电驱动单元的另一改进中，提供了多个用于驱动相应液压泵的电动机，所述电动机为永磁体激励同步电动机，并能够通过连接装置连接至多相电压系统。这里，将所述控制装置实现为所述电动机的共用控制装置，所述控制装置用于激活转换器，从而由所述多相电压系统操作所述电动机之一。 
在本发明的一个有利实施例中，提供了反馈连接，其用于从多相电压系统抽出电测量变量，并将所述电测量变量馈送到控制装置内，后者将根据所述电测量变量激活转换器。因此，借助于所述电测量变量，所述控制装置能够在不需要复杂的传感器系统的情况下激活所述转换器，从而使电动机工作以驱动液压泵。具体而言，激活所述转换器，从而设置液压泵的具体旋转方向和速度。 
在一个有利的实施例中，获得多相电压系统的一个或多个导体上的感应电压作为电测量变量，并由其确定转换器流控制阀激活顺序。通过这种方式，有可能在不采用例如霍尔传感器的情况下确定电动机的旋转方向和速度，并激活转换器，更具体而言激活其流控制阀，从而获得预期的电动机旋转方向和速度。具体而言，由控制装置检测所述转换器在该时间点上未向其施加电压的一个或多个多相电压系统导体上的感应电压作为所述电测量变量。利用所述电测量变量，控制装置的这一实施例使得可以检测液压泵何时处于阻塞状态。然后，由所述控制装置激活所述转换器，从而切断由所述转换器提供的电源电压。这种控制的有用之处在于，当工作的液压泵处于阻塞状态时，将产生相应的低电动机速度，所述控制装置能够通过确定速度检测到所述低电动机速度，从而避免了对电动机电路断路器的需求，因为能够通过确定速度和旋转方向而实现保护机制。这意味着，能够无需使用用于检测负载电流的负载传感器。 
通过相应的方式，电测量变量能够使控制装置检测到工作的液压泵何 时处于空转状态，在这种情况下，所述控制装置激活转换器，从而切断所述转换器的电源电压。这样尤其能够避免当液压泵空转时在将液体从电器抽出的同时产生的“通气管”噪声。 
在本发明的另一改进中，在输入侧将转换器连接至DC链路，所述DC链路传送用于工作的液压泵的负载电流。此外，还提供了电源单元，所述电源单元在输出侧连接至所述DC链路，从而由输入侧系统电压产生输出侧DC链路电压。具体而言，所述电源单元有利地产生处于低电压范围内的DC链路电压，尤其是大约42伏的DC链路电压。这提供了很多与安全性相关的优点，因为首先不需要对电部件接地，并且能够接触电流传送部分。另外，不需要保持系统电压运行所需的爬电距离和间隙。例如如果发生漏电，意外的通电，即寄生电压降将不是问题。 
在从属权利要求中阐述了本发明的其他有利实施例和其他改进。 
本发明还涉及具有至少一个液压泵和上述电驱动单元的家用电器。 
现在将参考附图更为详细地说明本发明，附图示出了本发明的有利实施例： 
图1示出了根据本发明的电驱动单元的实施例，其用于通过共用控制装置操作洗碗机中的多个液压泵以及水阀； 
图2到图4通过比图1详细的示图示出了本发明的用于液压泵的电驱动单元的另一有利实施例。 
图1示出了本发明的用于操作洗碗机中的液压泵的电驱动单元的方框图。也可以按照相同的方式将相当的电驱动单元用在洗衣机中，以操作相应的液压泵。根据图1的电驱动单元1具有所谓的配电板31，所述配电板包含在输入侧经由整流器26和电容器27连接至例如230V的系统电压UN的电源单元4。例如，还经由开关25将加热元件24连接至所述系统电压UN。电源单元4本身包含已知的反激变换器(flyback converter)拓扑结构，具体而言，所述拓扑结构具有在操作上连接至电抗器4-2的电抗器4-1。同样地，电抗器4-1在操作上连接至电抗器4-6。通过控制电路4-3激活采用晶体管形式的开关元件4-4，而控制电路4-3又受到光耦合器4-5的控制。 光耦合器4-5又经由反馈连接连接至DC链路3-1。由于从原理上来讲这一拓扑结构及其工作方式是本领域普通技术人员所熟悉的，因而将不再对其功能进行更详细的说明。 
在输出侧将电源单元4连接至负载电流传送DC链路3-1，以产生例如42V的输出侧DC链路电压UK1。在输出侧还将电源单元4连接至DC链路3-2，以产生15V的输出侧DC链路电压UK2。经由DC链路3-2为控制电路10和11提供电压，所述控制电路的相应转换电路14将15V的电压转换成5V电压，所述5V电压被施加到所述控制电路10和11的输入侧。 
还存在用于从3相电压系统6提供电源电压的可控转换器2。转换器2具有设置了转换器2的开关阀2-1到2-6(采用MOSFET的形式)的单片集成电路。控制电路10经由控制连接16激活开关阀2-1到2-6，出于清晰的原因，没有更为详细地示出控制连接16对开关阀2-1到2-6的激活。将转换器2的输入连接至DC链路3-1，从而将电压UK1(42V)经由开关阀2-1到2-3的上部漏极端子施加到所述开关阀2-1到2-3，并将参考电势GND经由开关阀2-4到2-6的下部源极端子施加到所述开关阀2-4到2-6。转换器2从电压系统6提供灵活的电压系统，这通过3相致动器成为可能。通过这种方式，由DC链路3-1的DC电压提供具有可变频率和电压幅度的3相电压系统。转换器2例如根据3相脉冲控制逆变器的模型工作，所述逆变器利用相应的对开关阀的激活呈现不同的开关状态，并因此产生用于驱动液压泵7的电动机的三相电压系统。 
将液压泵7的电动机实现为永磁体激励同步电动机，并将其连接至3相电压系统，在下文中将参考图2到4对所述电动机进行更详细的说明。例如，将液压泵7实现为洗碗机的循环泵。永磁体激励同步电动机属于多相电机的范畴，其具有对称的3相定子绕组，向所述定子绕组提供3相AC电压。通常通过根据其极性均匀安装在转子的周围的扁平永磁体生成激励场。使用例如采用电动机控制器形式的控制电路10激活转换器2，以由3相电压系统操作液压泵7的电动机，其中提供反馈连接5，以从所述3相电压系统6抽出电测量变量M，并将所述测量变量M注入到控制电路10中。对于转换器2的激活，控制电路10还将这一测量变量M考虑在内。 
除了与电动机相关的液压泵7之外，还提供了其他电装置，在图1的 例子中所述其他电装置采用另一液压泵8和水阀9的形式。例如，将液压泵8实现为洗碗机的排水泵，并且能够经由连接装置28将其连接至DC链路3-1。同样地，液压泵8包括例如被实现为永磁体DC电动机的电动机。连接装置28包含图1所示的构造中的晶体管和二极管，控制电路10可经由控制线15激活连接装置28的晶体管，以便分别接通和切断液压泵8和水阀9。 
具有根据本发明的驱动单元的洗碗机还包括远离配电板31设置的电器的主电子装置32和另一控制电路11，所述另一控制电路11经由总线系统13与控制电路10进行通信。将控制电路11连接至LED显示器12。还提供用于检测相应的机器参数的传感器装置23，所述传感器装置23例如包含温度传感器、压力传感器等。在本发明的另一改进中，可以很容易地将控制电路10和11结合到例如设置在配电板31上的公共控制装置中。 
如图1所示，将驱动单元1的传送用于操作液压泵7和8以及水阀9的负载电流的电部件以及配电板31上的控制电路10设置在洗碗机中的远离主电器电子装置32的区域中。例如，将主电器电子装置32设置在洗碗机的门区域中，同时通过从主电器电子装置32到配电板31上的电动机电子装置的总线通信控制泵电动机和其他电子装置。这样的优点在于电源线短，而且能够以相应的低线数方式实现通过所述门区域的往返于主电器电子装置的线束(wiring harness)。 
图2通过比图1详细的示图示出了根据本发明的电驱动单元的另一实施例。为了操作根据图1的液压泵7，提供电动机17，将其实现为永磁体激励同步电动机，在图2中更详细地示出了所述电动机的星形连接3相定子绕组。可以将电动机17经由连接装置21连接至3相电压系统6，其中通过可并行启动的开关布置形成所述连接装置21。提供另一例如用于操作根据图1的排水泵8的电动机18，其具有与电动机17一样的设计。可以将电动机18经由连接装置21连接至3相电压系统6，从而经由转换器2分别通过电动机17和电动机18由3相电压系统6交替操作液压泵7和液压泵8。这里，控制电路10用作电动机17和18的共用控制装置，其用于激活转换器2，以由3相电压系统6操作电动机17或18中的一个。 
图3示出了本发明的电驱动单元的另一实施例，与图2所示的实施例 相反，其并非具有3相永磁体同步电动机18，而是具有2相永磁体同步电动机19。可以经由连接装置21将后者连接至3相电压系统6的一部分，更确切地说，连接至所述电压系统的两个导体。同样地，电动机19例如用于驱动根据图1的液压泵8。 
图4示出了本发明的相对于图2和图3的扩展实施例，其中除了用于操作相应的液压泵的电动机17和18之外，还提供了电动机20，例如以便操作洗碗机的鼓风机或风扇。将电动机17、18和20中的每一个实现为3相永磁体激励同步电动机(所谓的PM无刷DC技术)。可以将它们经由连接装置22连接至3相电压系统6，可以由控制电路10激活所述连接装置22。连接装置22包含开关22-1和用于启动开关22-1的继电器22-2。继电器22-2又可经由相应的晶体管22-3进行切换，连接装置22的上部由控制信号COM-1激活，连接装置22的下部由控制信号COM-2的激活。根据图4的下部所示的真值表，根据控制信号COM-1和控制信号COM-2的信号状态将各电动机17、18和20交替地连接至电压系统6。 
根据本发明的电驱动单元的优点在于，能够省去用于测量工作的液压泵的旋转方向和速度的速度传感器。控制电路10经由反馈连接5检测3相电压系统6的一个或多个导体上的感应电压作为电测量变量M，使得控制电路10能够由其计算出电动机的旋转方向和速度。基于该计算确定了转换器2的流控制阀2-1到2-6的激活顺序。具体而言，检测3相电压系统6的在这一时间点上转换器2未向其施加电压的导体上的感应电压。这提供了确定工作的液压泵何时处于阻塞状态从而能够切断转换器2提供的电源电压的有利手段。能够同样地确定工作的液压泵何时处于空转状态，从而能够同样地切断转换器2提供的电源电压，以便尤其防止所谓的通气管噪声。这种控制尤其避免了对采用断路器形式的电动机保护器的需求。此外，还能够省去用于测量电动机的速度的霍尔传感器。 
与通过系统电压进行工作相比，为根据图1到图4的本发明的电驱动控制系统提供处于低电压范围内的工作电压提供了很多其他优点。具体地，就洗碗机设计而言，电子部件的42V DC运行提供了下述显著优点： 
如上所述，能够对驱动单元的电部件提出更少的严格的与安全性相关的要求。对于转换器，可以采用廉价的所谓的“六开关”单片集成电路用 于低压操作。采用低压电动机意味着采用匝数更少的较粗绕组线，从而提高绕组质量和降低成本。与同步电动机相比，通过显著的效率改善，这种类型的以永磁体激励同步电动机的形式使用的电动机提供了更高的性能。具体而言，能够实现更低的工作噪声，因为尤其是不会产生由系统电压引起的100Hz的干扰。此外，能够对液压泵进行不同的设计，从而使泵不太容易受超大物体(oversize body)的影响。能够提高对电动机的电利用率，因为通过均匀的42V工作电压进行工作与系统电压的波动无关。因此，不再有必要针对系统电压波动对电动机进行过度设计。 
就电操作阀而言，有可能获得与之相当的优点，尤其是提高的磁力和较低的工作噪声。采用匝数很少的较粗绕组线能够实现以较高的质量和较低的成本制造绕组。此外，还提高了电利用率，因为既为泵驱动又为其他部件提供了均匀的工作电压。 
这里，还应当提及，42V电压是为了举例而选择的。就此而言，还可以选择具有不同幅度的DC工作电压。当使用在输入软管破裂的情况下防止液体在供水系统处流出的所谓的水停阀(aquastop valve)技术时，使得可以使用相应的绝缘性较弱的水阀电源线导体。此外，没有必要采用灌注化合物(pottign compound)对水阀进行密封。 

Claims (17)

1.一种用于含水家用电器的电驱动单元，至少包括：
-用于从多相电压系统(6)提供电源电压的可控转换器(2)，
-用于激活所述转换器(2)以通过所述多相电压系统(6)操作液压泵(7)的电动机(17)的控制装置(10，11)，
-额外的电装置(18，19，20，9)，能够经由连接装置(28，21，22)将所述额外的电装置连接至所述多相电压系统(6)的至少一部分或者连接至所述转换器(2)的负载电流传送DC链路(3-1)上游，所述电装置包括至少一个用于另一液压泵(8)和/或鼓风机(20)和/或至少一个阀(9)的额外电动机(18，19，20)。
2.根据权利要求1所述的电驱动单元，其特征在于，所述多相电压系统是3相电压系统。
3.根据权利要求1所述的电驱动单元，其特征在于，所述含水家用电器是家用洗碗机或洗衣机。
4.根据权利要求1所述的电驱动单元，其特征在于
-多个电动机(17，18，19)能够经由连接装置(21，22)连接至所述多相电压系统(6)以驱动相应的液压泵(7，8)，其中所述多个电动机(17，18，19)实现为永磁体激励同步电动机，以及
-将所述控制装置(10，11)实现为所述电动机的共用控制装置，其用于激活所述转换器(2)，以通过所述多相电压系统(6)操作所述电动机(17，18，19)中的一个。
5.根据权利要求1或4所述的电驱动单元，其特征在于
-提供反馈连接(5)，以从所述多相电压系统(6)抽出电测量变量(M)，并将所述电测量变量(M)馈送到所述控制装置(10)中，
-其中所述控制装置(10，11)根据所述电测量变量(M)激活所述转换器(2)。
6.根据权利要求5所述的电驱动单元，其特征在于，所述控制装置(10，11)基于所述电测量变量(M)激活所述转换器(2)，从而获得工作的液压泵(7)的具体旋转方向和速度。
7.根据权利要求5所述的电驱动单元，其特征在于，由所述控制装置(10，11)检测所述多相电压系统(6)的一个或多个导体上的感应电压作为所述电测量变量(M)，并由其确定所述转换器(2)的开关阀(2-1到2-6)的激活顺序。
8.根据权利要求5所述的电驱动单元，其特征在于，由所述控制装置(10，11)检测所述多相电压系统(6)的在该时间点上所述转换器(2)未向其施加电压的一个或多个导体上的感应电压作为所述电测量变量(M)。
9.根据权利要求5所述的电驱动单元，其特征在于，利用所述电测量变量(M)，所述控制装置(10，11)检测工作的液压泵(7)何时处于阻塞状态，然后所述装置激活所述转换器(2)，从而切断由所述转换器(2)提供的电源电压。
10.根据权利要求5所述的电驱动单元，其特征在于，利用所述电测量变量(M)，所述控制装置(10，11)检测工作的液压泵(7)何时处于空转状态，然后所述装置激活所述转换器(2)，从而切断由所述转换器(2)提供的电源电压。
11.根据权利要求1或4所述的电驱动单元，其特征在于
-在输入侧将所述转换器(2)连接至DC链路(3-1)，并且
-提供在输出侧连接至所述DC链路(3-1)的电源单元(4)，以从输入侧系统电压(UN)产生输出侧DC链路电压(UK1)。
12.根据权利要求11所述的电驱动单元，其特征在于，所述电源单元(4)产生处于低电压范围内的DC链路电压(UK1)。
13.根据权利要求12所述的电驱动单元，其特征在于，所述电源单元(4)产生42V的DC链路电压(UK1)。
14.根据权利要求1或4所述的电驱动单元，其特征在于，所述转换器(2)包含设置了所述转换器的开关阀(2-1到2-6)的单片集成电路。
15.根据权利要求4所述的电驱动单元，其特征在于，将至少一个永磁体激励同步电动机(17)的转子实现为湿式转子。
16.根据权利要求1或4所述的电驱动单元，其特征在于，将所述电驱动单元(1)的传送用于操作所述液压泵(7)的负载电流的部件以及所述控制装置(10)设置在所述家用电器中的远离所述电器的主电子装置(32)的区域(31)中。
17.具有至少一个液压泵和根据前述权利要求之一所述的电驱动单元的家用电器。
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