CN117917506A - 导水家用器具中自由流泵的自适应转速调整 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于求取自由流泵的体积流量和转速之间的关系以在自由流泵的运行中自适应调整转速的方法，其中，通过控制单元设定自由流泵的至少两个不同的转速；为每个设定的转速求取自由流泵的电机电流；基于设定的转速和求取的电机电流求取电机电流‑转速‑直线和电机电流‑转速‑直线的斜率以及电机电流‑转速‑直线在代表转速的X轴的交点处的直线方程；将电机电流‑转速‑直线的求取的斜率和电机电流‑转速‑直线在X轴的交点处的直线方程用作用于借助预定的电机电流计算体积流量的比例系数。此外，本发明还涉及一种家用器具。

Description

导水家用器具中自由流泵的自适应转速调整

技术领域

本发明涉及一种用于求取自由流泵的体积流量和转速之间的关系以在自由流泵的运行中自适应调整转速的方法。此外，本发明还涉及一种家用器具。

背景技术

在例如洗衣机或洗碗机等导水家用器具中，经常使用所谓的自由流泵作为废水泵。这种泵目前以固定的转速或转速水平运行。根据家庭中的排放软管的连接条件(压力损失和输送高度)，固定的转速或转速水平会导致不同的体积流量，从而导致不同的泵出时间。

家庭中的家用器具的连接条件决定了系统特性曲线。由此，得到取决于自由流泵的转速的体积流量或输送流量。自由流泵的功率消耗或电流消耗随着输送流量的增加而增加。泵电机的电机电子装置或结构只允许一定的最大电流消耗，因此它是受限制的。因此，最大可能的泵转速取决于家庭中的连接条件。

此外，固定的转速值还会对甩干过程产生影响，因为在甩干过程中流向泵的流体量和成分(碱液、泡沫、空气)变化很大。由于泵的转速是恒定的，所以在输入少量空气时空气就会被吸入并且自由流泵在不输送的情况下继续运行。此外，在家用器具的洗涤程序的剩余时间显示方面也会出现误差。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种用于导水家用器具的方法，该方法使得能够对自由流泵进行转速适应控制。

所述任务通过本发明的方法、本发明的控制单元和本发明的家用器具解决。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于求取自由流泵的体积流量和转速之间的关系以在自由流泵的运行中自适应调整转速的方法。例如，该方法可以通过与家用器具中的自由流泵耦合的控制单元实施。

自由流泵可以是对气蚀不敏感的紧凑型泵。它们特别好地适于温和地输送含有固体的介质。

在一个步骤中，通过控制单元设定自由流泵的至少两个不同的转速。在设定的转速稳定后，对于每个设定的转速求取自由流泵的电机电流。这可以通过外部传感器或通过由控制单元读出的电机参数来实现。

在下一步骤中，基于设定的转速和求取的电机电流，求取电机电流-转速-直线和电机电流-转速-直线的斜率以及电机电流-转速-直线在代表转速的X轴的交点处的直线方程。

求取的电机电流-转速-直线斜率和电机电流-转速-直线在X轴交点处的直线方程有利地被用作用于借助预定的电机电流计算体积流量的比例系数。

根据本发明的另一个方面，提供了一种家用器具，其包括控制单元和至少一个自由流泵。该自由流泵例如可配置为污水泵，它通过控制单元控制。所述家用器具设置为实施至少一种本发明的方法。

通过该方法，可以实现对自由流泵的泵转速进行自适应调整，以便对于家庭中的排放软管的连接高度和压力损失的尽可能大的范围实现输送流量的标称值或最大值。通过自适应调整自由流泵的转速，尤其可以补偿系统特性曲线中的变化或者在洗涤程序的剩余时间显示中更精确地加以考虑。

适用于离心泵运行的亲和定律通常不能用于在数学上描述自由流泵的运行。与亲和定律相反，在导水家用器具的碱液泵中，在形成扭矩的电机电流与转速之间存在线性关系。这是因为碱液泵类似于所谓的自由流泵，其在叶轮和压力室壳体之间具有很大的间隙，由此，漂浮在介质中的异物就可以不受阻碍地通过该泵。对于不同的输送高度和压力损失存在线性关系。因此，可以计算或求取电机电流-转速-直线。

由斜率与期望的电机电流的乘积和X轴交点处的电机电流-转速-直线的直线方程相减，可以求取在期望的电机电流下的体积流量或输送流量。

通过根据体积流量的额定值或最大值对泵进行转速调节，使得能够在预给定体积流量的标称值的情况下确保洗涤程序的预定的运行并且从而例如确保准确显示剩余时间。在预给定最大值的情况下，可以例如对于家用器具的短程序自适应地缩短洗涤程序的持续时间。

此外，如果家用器具被设计为洗衣机或洗衣干衣机，则通过对自由流泵运行的这种调节，可以进一步改善甩干期间的泵出过程，例如达到自适应缩短甩干曲线的目的。

根据一个实施方式，为每个转速求取在某个时间间隔上平均的电机电流。替换地，为每个转速求取在某个时间点实际测得的电机电流或相应的有效值。一方面，通过控制单元设定的转速应尽可能相互远离，以最小化测量偏差的影响，并且从而尽可能准确地确定电机电流-转速-直线。另一方面，在高的转速和低的零输送高度时通过自由流泵的最大功率消耗并且在低的转速和高的零输送高度时存在边界或限制，因为这里没有体积流量并且不能足够精确地确定电机-转速-直线。

在使用实际求取的转速值时，该方法可以更快地实施。相反，使用平均值可以降低误差并提高精度。本发明的方法可在启动洗涤程序的初始步骤中实施，以实现自由流泵的最佳校准。

如果通过控制单元设定2400转/分钟至3700转/分钟之间、尤其2700转/分钟至3300转/分钟之间的转速范围内的至少两个不同的转速，则该方法可适用于家用器具的大多数应用情况和安装状况。有利的是，如果要接近的转速为2700转/分钟和3300转/分钟，则地漏和家用器具排放管的悬挂高度之间的系统输送高度范围可达1.5米。

根据另一个实施例，根据控制单元和/或自由流泵求取最大电机电流，并借助于电机电流-转速-直线计算最大转速。

根据另一个实施方式，借助于最大转速求取最大体积流量，并确定用于以最大体积流量泵出预定水量的时间。

通过知晓自由流泵的最大可能的最大体积流量，可以尤其在甩干过程或甩干阶段期间特别精确地确定洗涤程序的剩余时间显示。

通过自由流泵的电机电流和转速之间的线性关系，可以根据自由流泵的功率消耗计算出最大电机电流值。不过，这种关系不必是线性的。为此，可将电机电流-转速-直线的斜率和电机电流-转速-直线在X轴交点处的直线方程作为用于计算可能的最大体积流量的比例系数。在此，最大可能的电机电流取决于电机的设计和电机控制(尤其是变频器)的设计。因此，根据家庭的具体情况设定最大体积流量。此外，还可以求取电机电流-体积流量-直线和/或方程并求取体积流量和用于泵出根据洗涤程序规定的水量的时间。因此，可以尽快泵出规定的水量，例如家用器具的碱液容器或底壳中的水量，以使得洗涤持续时间最小化。

根据另一个实施方式，基于求取的体积流量根据电机电流或基于求取的体积流量与电机电流的函数关系来求取运行点特性曲线。通过这些措施，可以根据家用器具的安装地点和连接条件确定自由流泵的最佳运行条件。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于求取自由流泵的体积流量和转速之间的关系以在自由流泵的运行中自适应调整转速的方法。该方法描述了根据转速和/或电机电流来确定体积流量的替换方案。

在一个步骤中，将自由流泵的泵特性曲线方程定义为取决于体积流量的三次多项式。在另一步骤中，将安装有自由流泵的系统的系统特性曲线方程定义为取决于体积流量的二次多项式。此外，系统特性曲线方程也可以定义为任意次的多项式。

随后，对于至少两个转速分别求取泵特性曲线方程与系统特性曲线方程之间的交点。在另一步骤中，借助预定的电机电流由求取的交点求取运行点特性曲线，以计算体积流量。

由系统特性曲线和泵特性曲线的交点得出运行点，进而得出设定的体积流量。不同转速下的泵特性可根据泵制造商和泵几何形状测得。如果泵在可能的最大输送高度(零输送高度)下运行，则没有体积流量。系统特性曲线根据家庭中的连接条件得出。它取决于系统输送高度(排放软管的连接高度或悬挂高度)和压力损失或流动阻力(例如，由于安装的墙壁存水弯或连接区域的横截面减小)。

一种泵类型的泵特性曲线可在多个转速下测量或定义为方程。为了能够对于任意的转速无级地确定泵特性曲线，将测得的特性曲线的近似参数转移到参数模型中。为此，特性曲线近似参数通过进一步近似描述为转速的函数。由此，泵特性曲线可以无级地通过三次多项式方程给出。有利的是，在启动泵时，可以通过接近不同的转速来近似系统特性曲线。为使得所需的测量点尽可能少，假定系统特性曲线为二次多项式。

为了求取运行点特性曲线，将泵特性曲线和系统特性曲线等同。从三次多项式的零点计算中可以导出运行点特性曲线。

在一个实施方式中，对于自由流泵的不同转速通过数值方法(如牛顿法)求取泵特性曲线方程与系统特性曲线方程之间的多个交点。通过该措施可以快速且有效地计算出运行点特性曲线。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于导水家用器具的控制单元，其中该控制单元被配置为用于实施根据前述权利要求之一所述的方法。控制单元可包括计算单元(例如中央处理器CPU)。控制单元可配置为用于接收和处理数据并输出控制指令。

上述结合装置阐述的优点和特征同样适用于方法，反之亦然。本发明的各个特征或方面可以相互结合，并具有在本上下文中阐述的优点。

附图说明

下面参照附图借助于有利的实施方式对本发明进行详细说明。在此：

图1示出用于说明作为系统特性曲线和泵特性曲线的交点的运行点的示意性图表。

图2示出用于说明用于不同转速的泵特性曲线的示意性图表。

图3示出用于说明电机电流-转速-直线的示意性图表。

图4示出用于说明用于不同转速的体积流量-电机电流-直线的示意性图表。

图5示出用于说明图5中体积流量-电机电流-直线的示意性图表。

图6示出用于说明基于根据第一实施方式和第二实施方式的方法确定的体积流量与转速的关系的示意性图表。

图7示出用于说明基于根据第一实施方式和第三实施方式的方法确定的体积流量与转速的关系的示意性图表。

图8示出根据一个实施方式的家用器具的正视图。

在附图中，相同或相应的元件用相同的参考符号标出。例如，数值、形状、部件、部件位置以及部件之间的连接方式等因素仅为示例并且不具有限制性。附图中部分地使用不同的比例，以提高清晰度和可识别性。

具体实施方式

图1示出用于说明三个示例性的运行点B1、B2、B3的示意性图表。运行点B1、B2、B3并且从而设定的体积流量Q由系统特性曲线10和泵特性曲线20之间的交点得出。该图表说明了输送高度H和体积流量Q之间的关系。

不同转速n1、n2、n3下的泵特性曲线20可根据泵制造商和自由流泵110的泵几何形状测量(图8)。如果自由流泵110以最大可能的输送高度(零输送高度)工作，则不产生输送流量。

系统特性曲线10根据家庭中或家用器具100安装地点的连接条件得出。系统特性曲线10取决于系统输送高度H(排放软管的连接高度或悬挂高度)和压力损失或流动阻力(例如由于安装的墙壁存水弯或虹吸管或者连接区域中的横截面减小)。

一种泵类型的泵特性曲线20能够对于多个转速n1、n2和n3测量。为了能够对于任意的转速无级地确定泵特性曲线20，测得的泵特性曲线20的近似参数被转移到参数模型中。为此，通过近似将特性曲线近似参数描述为转速n的函数。因此，泵特性曲线通过泵特性曲线方程21形式的三次多项式方程无级地给出。在图2中，在一个图表中示出测得的或给定的泵特性曲线20(虚线)与基于泵特性曲线方程21的计算值之间的比较。在此，只有在流量小于20升/分钟时才出现偏差，这在家用器具100的运行中可以忽略不计。

与普通离心泵的亲和定律相反，在家用器具100(例如洗衣机)的碱液泵110中，形成扭矩的电机电流I与转速n之间存在线性关系。这是因为碱液泵110等同于所谓的自由流泵，其在叶轮和压力室壳体之间具有较大的间隙，因此漂浮在介质中的异物可以通过该碱液泵110。在图3中示出不同运行点B的这种关系。对于所有不同的输送高度H和压力损失都适用线性关系。据此，可以计算出电机电流-转速-直线，它们在图表中示出。

自由流泵110的不同运行点在特定的转速n下处于体积流量-电机电流-图表中的一条直线上。图4示出对于不同转速n的体积流量-电机电流-直线的示意性图表。

在此，各测量点以点表示。在每个测量点上，通过调整输送高度H和/或通过排放软管中的附加的压力损失来调整自由流泵110的运行点。在此，特定转速n的所有测量点都位于一条直线上。所有直线都有一个坐标为S(Xs；Ys)的共同交点。在此，Xs相应于与X轴的交点，Ys相应于与Y轴的交点。

相应体积流量-电机电流-直线的斜率(Anstieg)A与转速有关，并且可通过二次多项式方程给出。图4所示的体积流量-电机电流-直线的斜率A在图5中作为转速n的函数示出。

因此，体积流量Q和电机电流I之间的关系由体积流量-电机电流-直线的交点S(Xs；Ys)和取决于转速的斜率A形成。

这些关系的参数化并非普遍有效，并且可有利地根据泵的类型(泵制造商、几何变量)进行调整。

根据本发明方法的第一个实施方式，通过测量技术求取体积流量-电机电流-直线的斜率A。为此，可通过泵控制装置或控制单元120接近至少两个不同的转速n1、n2。一旦电机电流I稳定下来，就可以确定相应的电机电流I并且得出体积流量-电机电流-直线。

被接近的转速应尽可能相互远离，以便使得测量偏差最小化，从而尽可能精确地确定体积流量-电机电流-直线。在所示的实施例中，考虑介于2400转/分钟和3700转/分钟之间的示意性转速n(见图6和图7)。

通过已经解释的关系，现在可以对于任意的转速n计算出体积流量Q。为此，体积流量Q或输送流量是由斜率A与期望的电机电流I的乘积以及X轴交点Xs处的电机电流-转速-直线的直线方程相减而得，该体积流量或输送流量在该期望的电机电流I时出现。

实际电机电流值I_qdelta的使用与平均电机电流值I_qMean的使用一样可行。图6示出在使用实际电机电流值I_qdelta和使用平均电机电流值I_qMean的基础上，根据电机电流I计算出的体积流量Q。在事先定义的转速范围内，在图表中不存在重大差异。这些点代表计算出的值，这些值已通过多项式进行均衡，以说明差异。

根据该方法的第三实施例，通过使系统特性曲线10和泵特性曲线20或相应的方程等效来设定运行点B，进而设定体积流量Q。近似的泵特性曲线方程21被存储为与转速相关的方程(优选三次多项式)。目的是在泵启动时，通过接近不同的转速n，以系统特性曲线方程的形式近似系统特性曲线。为了尽可能减少所需的测量点，假定系统特性曲线方程为二次多项式。

为了确定系统特性曲线方程的多项式，需要三个测量点。为了使精度最大化，测量点之间的距离应尽可能远。为了求取运行点特性曲线B，将系统特性曲线方程和泵特性曲线方程21等效。因此，会产生零点问题，该零点问题可通过数值方法、例如牛顿法局部求解，以求取体积流量Q与转速n或电机电流I之间的关系。图7示出基于使用实际电机电流值I_qdelta(方法(approach)1)和零点问题解决方案(方法(approach)2)的运行点特性曲线或体积流量Q与电机电流I的关系的比较。

在图8中示出根据一个实施方式的家用器具100的正视图。家用器具100具有控制单元120，该控制单元设置成用于控制碱液泵110。碱液泵110设计为自由流泵，并且可以将收集在碱液容器130或底壳中的液体量输送到排放口200中。排放口200相对于碱液泵110具有高度，该高度作为碱液泵110的输送高度H。

附图标记列表

10 系统特性曲线

100 家用器具

110自由流泵/碱液泵

120 控制单元

130 碱液容器

20 泵特性曲线

21 泵特性曲线方程

200 排放口

A斜率/坡度

B运行点

n转速

I电机电流

Q体积流量

H输送高度。

Claims (10)

1.一种用于求取自由流泵(110)的体积流量(Q)和转速(n)之间的关系以在自由流泵(110)的运行中自适应调整转速(n)的方法，其中，

通过控制单元(120)设定自由流泵(110)的至少两个不同的转速(n1、n2)；

为每个设定的转速(n1、n2)求取自由流泵(110)的电机电流(I)；

基于设定的转速(n1、n2)和求取的电机电流(I)求取电机电流-转速-直线和电机电流-转速-直线的斜率(A)以及电机电流-转速-直线在代表转速(n)的X轴的交点(Xs)处的直线方程；

将电机电流-转速-直线的求取的斜率(A)和电机电流-转速-直线在X轴的交点(Xs)处的直线方程用作用于借助预定的电机电流(I)计算体积流量(Q)的比例系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，为每个转速(n)求取在一个时间间隔上平均的电机电流(I_qMean)，或者为每个转速(n)求取在一个时间点上测得的电机电流(I_qdelta)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过控制单元(120)设定至少两个不同的转速(n1、n2)，所述至少两个不同的转速的转速范围在2400转/分钟至3700转/分钟之间、尤其2700转/分钟至3300转/分钟之间。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，根据控制单元(120)和/或自由流泵(110)求取最大电机电流(I)并且借助于电机电流-转速-直线计算最大转速(n)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，借助于最大转速(n)求取最大体积流量(Q)，并且确定用最大体积流量(Q)泵出预定水量的时间。

6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其中，基于求取的体积流量(Q)根据电机电流(I)求取运行点特性曲线(B)。

7.一种用于求取自由流泵(110)的体积流量(Q)和转速(n)之间的关系以在自由流泵(110)的运行中自适应调整转速(n)的方法，其中，

将自由流泵(110)的泵特性曲线方程(21)定义为取决于体积流量(Q)的三次多项式；

将安装有自由流泵的系统(100)的系统特性曲线方程定义为取决于体积流量(Q)的二次多项式；

为至少两个转速(n1、n2)分别求取泵特性曲线方程(21)和系统特性曲线方程之间的交点；

借助预定的电机电流(I)由求取的交点求取运行点特性曲线B，以计算体积流量(Q)。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过数值方法、如牛顿法为自由流泵(110)的不同转速(n)求取泵特性曲线方程(21)与系统特性曲线方程之间的多个交点。

9.一种用于导水家用器具(100)的控制单元(120)，其中该控制单元(120)被设计用于实施根据前述权利要求之一所述的方法。

10.一种家用器具(100)，其具有控制单元(120)和通过该控制单元(120)控制的至少一个自由流泵(110)，其中该家用器具(100)被设置用于实施至少一种根据前述权利要求之一所述的方法。