CN103155403B - 用于驱动家用器具的部件的驱动装置、家用器具和用于运行家用器具的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动家用器具1的部件3的驱动装置2，其具有驱动电动机4并且具有用于调节向驱动电动机4输出的电功率的控制装置10，其中控制装置10被构造用于检测与可馈给驱动装置2的网络电压UN的振幅相关的测量参量US，根据所述测量参量US识别网络电压UN的振幅是否低于预给定的边界值，并且对于这种情况将电功率限定到一个大于0的值上。通过这种操作方式还设置用于电动机电流I1、I2、I3的电流强度以及用于驱动电动机4的运行温度的边界。这在驱动电动机4的制造中的材料节省方面具有优点。在较低的运行温度下相应需要用于驱动电动机4的较少材料，必须通过所述材料排出热量。因此，可以节省驱动电动机4的制造成本以及家用器具1中的宝贵的结构空间。

Description

用于驱动家用器具的部件的驱动装置、家用器具和用于运行家用器具的方法
技术领域
本发明涉及一种用于驱动家用器具的部件的驱动装置。所述驱动装置包括驱动电动机。控制装置调节向驱动电动机输出的电功率。此外，本发明还涉及一种家用器具以及一种用于运行家用器具的方法。
背景技术
目前尤其涉及用于家用器具的洗衣滚筒的驱动装置、即尤其是洗衣机的洗衣滚筒的驱动装置。用于驱动洗衣滚筒的这种驱动装置在现有技术中是已知的。例如在出版文献DE102008016472A1以及在出版文献DE10234053C1中描述了这种驱动装置。已知的驱动装置包括电子电路装置，其用于将供电网络的网络电压转换为中间电路直流电压。借助中间电路直流电压、即借助逆变器对驱动电动机供电。目前兴趣尤其在于无刷直流电动机或同步电动机，其定子承载永久磁体。
发明内容
本发明的任务是，提供一种方法：在一开始提到的类型的驱动装置中如何能够以尽可能小的材料消耗实现驱动电动机。
根据本发明，所述任务通过具有相应的独立权利要求的特征的驱动装置、家用器具以及方法解决。本发明的有利实施方式是从属权利要求和后续描述的主题。
根据本发明的用于机械地驱动家用器具的部件的驱动装置包括驱动电动机和控制装置，所述控制装置被构造用于调节向驱动电动机输出的电功率。向驱动装置馈给网络电压，即供电网络的电压。控制装置可以检测与网络电压的振幅相关的测量参量并且根据测量参量识别网络电压的振幅是否低于一个预给定的边界值。在这种情况下，控制装置将电功率限定到一个大于0的值上。
因此，根据本发明，当网络电压的振幅低于一个预给定的边界值、即例如网络电压的标称振幅时，才进行向驱动电动机输出的电功率的限定。因此，当网络电压的振幅小于通常的振幅——例如小于230V时，才限定电功率。本发明所基于的知识是，尤其在调节在洗衣机的脱水运行中驱动电动机的转速时，如果网络电压的振幅减小，则流经驱动电动机的绕组的电动机电流的电流强度变得更大。如果电动机电流的电流强度增大，则驱动电动机的运行温度也升高。恰恰出于这个原因，在现有技术中必须相应地如此构造驱动电动机，使得它能够承受升高的运行温度。出于这个原因，需要相对较多的材料用于驱动电动机的构造，以便可以相应地排出热量。本发明恰恰解决了这个问题：即根据网络电压的各个瞬时振幅来限定驱动电动机的电功率。通过这种方式实现，将驱动电动机的运行温度也限定到一个预给定的值上，并且可以提供相对于现有技术更节省材料的驱动电动机。因此，一方面能够节省驱动电动机的制造成本；另一方面可以因此节省家用器具中的宝贵的结构空间并且在必要时提供更紧凑的家用器具。
驱动装置优选被构造用于驱动家用器具的洗衣滚筒、尤其是洗衣机的洗衣滚筒。
恰恰在驱动洗衣滚筒时——尤其在脱水运行中——需要向驱动电动机输出的相对较大的功率。因此，特别在洗衣滚筒中，根据本发明的驱动装置的优点完全起了作用。如果网络电压的振幅下降，则相应地限定电功率，从而洗衣滚筒的转速——即例如脱水转速也自动地下降。然而，这样的行为在洗衣滚筒中是可接受的。
优选地，驱动电动机是无刷直流电动机（BLDC）或永磁同步电动机。驱动电动机包括三个相支路；然后，驱动装置可以包括逆变器，其相应地提供三个交流电压，即对于驱动电动机的每一个相支路分别提供一个交流电压。逆变器可以由中间电路直流电压产生交流电压。其转子承载永久磁体的这种同步电动机的特征在于，相对于例如异步电动机的高效率。由于高效率，可以更紧凑地实现电动机，从而还可以基于材料节省实现成本方面的优点。在无刷直流电动机中，另一大优点在于以下可能性：准确且没有太大耗费地、即通过控制装置检测电动机电流——即支路电流。
如已经指出的，控制装置在家用器具的脱水运行中——即尤其洗衣机的脱水运行中限定电功率。恰恰在脱水运行中，即在很高的转速的情况下运行驱动电动机；在假设洗衣滚筒的转速和驱动电动机的转速之间的10倍变速比的情况下，驱动电动机的脱水转速可以位于4000转/分钟至甚至20000转/分钟的值范围内。对于这种脱水转速，相应地需要大功率。在现有技术中，将驱动电动机的脱水转速调节到一个恒定的额定值上，从而驱动电动机也消耗恒定的电功率，更确切地说，当网络电压的振幅相对于标称振幅下降时也是如此。其结果是，在出现欠压的情况下工作温度由于电动机电流的电流强度的增大而升高。与此相反，在本实施方式中，在欠压的情况下限定在脱水运行中向驱动电动机输出的功率，从而驱动电动机的运行温度保持恒定。
控制装置检测与网络电压的振幅相关的测量参量并且根据所述测量参量识别网络电压的振幅是否低于预给定的边界值。测量参量优选是与网络电压的振幅成正比的参量。测量参量优选也是电压。控制装置例如可以检测由驱动装置的直流电压源提供的中间电路直流电压或经分压的中间电路直流电压作为测量参量。直流电压源可以由网络电压、即例如借助整流器和中间电路电容器产生中间电路直流电压。然后，可以向驱动电动机馈给所述中间电路直流电压，这例如在逆变器的中转下进行。中间电路直流电压的检测的优点是，同一电压相当于网络电压或与网络电压成正比，并且控制装置因此可以根据同一中间电路直流电压推断出网络电压的各个瞬时振幅。此外，可以在没有大消耗的情况下、即例如借助与控制装置耦合的分压器检测中间电路直流电压。
因此，当网络电压的振幅低于预给定的边界值时，才将电功率限定到一个大于0的值上。所述边界值例如可以等于正弦形网络电压的有效标称值、即例如230V。但所述边界值也可以是较小的值，即例如比网络电压的相应有效标称值小10V、20V、30V或40V。
电功率尤其比在网络电压的标称振幅的情况下调节出的功率额定值降低。更确切地说，电功率优选地被限定到以下值上：所述值一方面大于0而另一方面小于额定值，当网络电压的振幅等于标称值时才调节出电功率的所述额定值。因此，电功率比在网络电压的正常振幅的情况下调节出的额定值更低。因此，将电动机电流的电流强度以及驱动电动机的运行温度保持在合理的边界内。
可以将电功率限定到取决于网络电压的各个瞬时振幅或测量参量的各个瞬时值的值上。例如，当网络电压或测量参量下降时，电功率可以下降。因此，例如可以使电动机电流的电流强度并且因此也使驱动电动机的运行温度保持恒定，而不依赖于网络电压的振幅。
例如特征曲线和/或数学方程可以存储在控制装置中。特征曲线和/或数学方程可以反映电功率和测量参量之间的关系。然后控制装置可以根据所存储的特征曲线和/或方程限定电功率。因此，在本实施方式中，借助特征曲线和/或方程确定电功率的值。这种操作方式耗费特别少：控制装置仅须检测测量参量并且从特征曲线中读取和/或借助方程计算电功率的值。测量参量和电功率之间通过特征曲线和/或方程表示的关系例如可以是线性的以及成正比的关系。然后，向驱动电动机输出的功率与网络电压的振幅一起线性减小。这是特别运行可靠的：在这种线性的关系下，电动机电流的电流强度保持恒定，从而驱动电动机的运行温度也保持恒定。
控制装置也可以检测电动机电流的电流强度并且将电功率限定到以下值上：在所述值时电动机电流的电流强度保持在一个预给定的阈值以下。因此，运行温度也保持在一个定义的边界值以下。
根据本发明的家用器具包括根据本发明的驱动装置或根据本发明的驱动装置的优选构型。家用器具例如可以是用于护理小件衣物的家用器具、尤其是洗衣机。
在根据本发明的用于运行家用器具的方法中，通过电驱动电动机机械地驱动家用器具的部件，以及借助控制装置调节向驱动电动机输出的电功率。控制装置检测与馈给给家用器具的网络电压的振幅相关的测量参量。控制装置根据测量参量识别网络电压的振幅是否低于一个预给定的边界值。在这种情况下，控制装置将电功率限定到一个大于0的值上。
参考根据本发明的驱动装置提出的优选实施方式和其优点相应地适用于根据本发明的家用器具和根据本发明的方法。
本发明的特征从权利要求、附图和其后续描述中得出。所有先前提到的特征和特征组合以及后续提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以以分别说明的组合使用而且可以以其他组合使用或也可以单独使用，而不脱离本发明的范畴。
附图说明
现在根据优选的实施例以及参考附图详细解释本发明。
其唯一的附图以示意图说明根据本发明的一个实施方式的具有驱动装置的家用器具。
具体实施方式
如同在附图中以示意性的和极其抽象的示图示出的那样，洗衣机1包括驱动装置2，所述驱动装置设置用于机械地驱动设置在洗衣机1中的洗衣滚筒3。洗衣滚筒3围绕水平的旋转轴可旋转地支承在洗衣机中并且被构造用于容纳小件衣物。驱动装置2包括驱动电动机4以及用于运行驱动电动机4的电路装置5。驱动电动机4在本实施例中是无刷直流电动机或同步电动机，其转子承载永久磁体。
洗衣滚筒3通过驱动电动机4通过传动带6驱动；驱动电动机4的转子通过传动带6与洗衣滚筒3连接。
驱动电动机4——更准确地说其定子具有三个相支路7，所述三个相支路与电路装置5的输出端8电耦合。电路装置5在其输出端8上提供用于相支路7的交流电压，即对于每一个相支路7分别提供一个交流电压。因此，电路装置5提供用于驱动电动机4的三相电流。
在电路装置5的输入端上施加中间电路直流电压UZ。逆变器9由中间电路直流电压UZ产生用于驱动电动机4的交流电压。通过控制装置10控制逆变器9。控制装置10可以在逆变器9的相应控制下控制交流电压的频率并且因此还控制驱动电动机4的转速以及向驱动电动机4输出的功率。
为了产生中间电路直流电压UZ，电路装置5包含直流电压源11，所述直流电压源又包括整流器12以及中间电路电容器13。直流电压源11由网络电压UN产生中间电路直流电压UZ，所述网络电压UN施加在两个网络连接端14、15之间。通过供电网络提供网络电压UN，洗衣机1与所述供电网络连接。中间电路直流电压UZ落在中间电路电容器13上。更确切地说，中间电路直流电压UZ位于第一和第二节点16、17之间；在第二节点17上提供参考电势。
分压器18与直流电压源11并联连接，即连接在第一和第二节点16、17之间。所述分压器18包括第一和第二欧姆电阻19、20，量取节点21位于所述第一和第二欧姆电阻之间。量取节点21与控制装置10的输入端22连接。因此，控制装置10检测施加在量取节点21和第二节点17——即参考电势——之间的电压Us。所述电压Us表示经分压的中间电路直流电压UZ。控制装置10因此在一定程度上检测中间电路直流电压UZ。中间电路直流电压UZ是与网络电压UN相当的电压，从而控制装置10可以根据所检测的电压Us推断出网络电压UN的振幅。电压Us或中间电路直流电压UZ是测量参量。
控制装置10在模拟的驱动级23的中转下控制逆变器9。控制装置10还检测流到驱动电动机4的相支路7中的支路电流I1、I2、I3。为此，控制装置10通过模拟的放大器级24与三个量取节点25耦合，支路电流I1、I2、I3流经所述三个量取节点。同一支路电流I1、I2、I3也分别流经一个欧姆测量电阻26。因此，控制装置10也可以测量支路电流I1、I2、I3的电流强度。
控制装置10在本实施例中是微处理器。因此，驱动电动机4的转速的额定值的计算以及所述转速的调节在控制装置10中以数字方式实现。
目前兴趣在于洗衣机1的脱水运行，在所述脱水运行中在高转速下运行洗衣滚筒3以及驱动电动机4。更确切地说，在脱水运行中驱动电动机4的转速甚至可以达到每秒20000转的值。
如已经指出的，控制装置10检测电压Us并且因此测量同一电压Us的振幅。电压Us的振幅是网络电压UN的振幅的或供电网的电能的直接度量。控制装置10监视电压Us的振幅并且因此也监视网络电压UN的振幅。在脱水运行中，控制装置10尝试将驱动电动机4的转速原则上调节到一个额定值上。然而，这仅仅当满足预先确定的、关于电压Us的振幅的标准时，确切地说，当电压Us的振幅不低于预给定的边界值时才发生。所述边界值可以位于一个值范围内，所述值范围相应于网络电压UN的190V至230V的振幅范围，即在网络电压UN的标称值为230V的情况下。因此，电压Us的边界值等于相应于网络电压UN的振幅230V、即标称振幅的值。
如果在脱水运行中网络电压UN的振幅下降，则电压Us的振幅也下降并且控制装置10识别到这种情况。如果电压Us的振幅低于边界值——当例如网络电压UN的振幅低于标称振幅时，则控制装置10调节驱动电动机4的转速并且因此不再将向驱动电动机4输出的功率调节到预给定的额定值上。替代地，控制装置10限定电功率。这例如可能看起来如下：尽管网络电压UN的振幅更小，但控制装置10使支路电流I1、I2、I3的电流强度保持恒定，从而所述电流强度不超过预给定的阈值。因此，向驱动电动机4输出的功率也随着网络电压UN的振幅而下降。因此，相对于在网络电压UN的正常振幅时调节出的额定值或标称值减小所述功率。可以在控制装置10、即在控制装置10的存储器中存储特征曲线和/或数学方程。通过这种特征曲线和/或这种方程可以建模电压Us的振幅和电功率之间的关系。这种关系例如——至少在转速范围内——可以是线性的和成正比的关系。然后，控制装置10根据特征曲线和/或方程调节电功率并且因此也调节驱动电动机4的转速。如果在线性关系下电压Us的振幅变得更小，则向驱动电动机4输出的功率也变得更小。
因此，对于网络电压UN的不同振幅确定电功率的不同最大值，不允许超过所述不同最大值。因此，也限定了驱动电动机4的运行温度。
通过这种操作方式——即根据网络电压UN的各个当前振幅限定电功率，还设置用于支路电流I1、I2、I3的电流强度以及用于驱动电动机4的运行温度的边界。这在驱动电动机4的制造时的材料节省方面尤其有利。即在运行温度较小时相应需要较少的用于驱动电动机4的材料，必须通过所述材料排出热量。因此，节省了驱动电动机4的制造成本以及洗衣机1中的宝贵的构造空间。
参考标记列表
1  洗衣机
2  驱动装置
3  洗衣滚筒
4  驱动电动机
5  电路装置
6          传动带
7          相支路
8          输出端
9          逆变器
10         控制装置
11         直流电压源
12         整流器
13         中间电路电容器
14、15     网络连接端
16、17     节点
18         分压器
19、20     欧姆电阻
21         量取节点
22         输入端
23         驱动级
24         放大器级
25         量取节点
26         欧姆测量电阻
UZ         中间电路直流电压
UN         网络电压
US         电压
I1、I2、I3 支路电流

Claims (9)

1.一种用于驱动家用器具(1)的部件(3)的驱动装置(2)，其具有驱动电动机(4)并且具有控制装置(10)，所述控制装置用于调节向所述驱动电动机(4)输出的电功率，其特征在于，所述控制装置(10)被构造用于检测与供给所述驱动装置(2)的网络电压(UN)的振幅相关的测量参量(US)，根据所述测量参量(US)识别所述网络电压(UN)的振幅是否低于一个预给定的边界值，以及在根据所述测量参量(US)识别所述网络电压(UN)的振幅低于一个预给定的边界值时，将所述电功率相对于在网络电压(UN)的正常振幅时调节出的额定值减小到一个大于0的值上。
2.根据权利要求1所述的驱动装置(2)，所述驱动装置被构造用于驱动所述家用器具(1)的洗衣滚筒(3)。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的驱动装置(2)，其特征在于，所述驱动电动机(4)是无刷直流电动机，其尤其具有三个相支路。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的驱动装置(2)，其特征在于，所述控制装置(10)被构造用于在所述家用器具(1)的脱水运行中限定所述电功率。
5.根据权利要求1和2中任一项所述的驱动装置(2)，其特征在于，所述驱动装置(2)具有直流电压源(11)，所述直流电压源用于由所述网络电压(UN)提供中间电路直流电压(UZ)，并且所述控制装置(10)被构造用于检测所述中间电路直流电压(UZ)作为测量参量(US)。
6.根据权利要求1和2中任一项所述的驱动装置(2)，其特征在于，反映所述电功率和所述测量参量(US)之间的关系的特征曲线和/或数学方程存储在所述控制装置(10)中，并且所述控制装置(10)被构造用于根据所存储的特征曲线和/或所述方程限定所述电功率。
7.根据权利要求1和2中任一项所述的驱动装置(2)，其特征在于，所述控制装置(10)被构造用于检测流经所述驱动电动机(4)的绕组的电动机电流(I1，I2，I3)的电流强度并且将所述电功率限定到以下值上：在所述值时所述电动机电流(I1，I2，I3)的电流强度保持在一个预给定的阈值以下。
8.一种家用器具(1)，其具有驱动装置(2)和能够通过所述驱动装置驱动的部件(3)，其中，所述驱动装置(2)具有驱动电动机(4)和控制装置(10)，所述控制装置用于调节向所述驱动电动机(4)输出的电功率，其特征在于，所述控制装置(10)被构造用于检测与能够供给所述驱动装置(2)的网络电压(UN)的振幅相关的测量参量(US)，根据所述测量参量(US)识别所述网络电压(UN)的振幅是否低于一个预给定的边界值，以及在根据所述测量参量(US)识别所述网络电压(UN)的振幅低于一个预给定的边界值时，将所述电功率相对于在网络电压(UN)的正常振幅时调节出的额定值减小到一个大于0的值上。
9.一种用于驱动家用器具(1)的方法，其中，通过驱动电动机(4)机械地驱动所述家用器具(1)的部件(3)并且借助控制装置(10)调节向所述驱动电动机(4)输出的电功率，其特征在于，所述控制装置(10)检测与能够供给所述家用器具(1)的网络电压(UN)的振幅相关的测量参量(US)，根据所述测量参量(US)识别所述网络电压(UN)的振幅是否低于一个预给定的边界值，并且在根据所述测量参量(US)识别所述网络电压(UN)的振幅低于一个预给定的边界值时，将所述电功率相对于在网络电压(UN)的正常振幅时调节出的额定值减小到一个大于0的值上。
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