DE102006058101A1

DE102006058101A1 - Antriebssystem für ein elektronisches Haushaltsgerät

Info

Publication number: DE102006058101A1
Application number: DE102006058101A
Authority: DE
Inventors: Stefan Zeh
Original assignee: Diehl AKO Stiftung and Co KG
Current assignee: Diehl AKO Stiftung and Co KG
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-12-09
Publication date: 2007-11-22
Also published as: EP2018573A1; WO2007131667A1; US20090115425A1

Abstract

Es wird ein Antriebssystem für ein elektronisches Haushaltsgerät, wie beispielsweise eine Waschmaschine, einen Trockner oder eine Spülmaschine, mit einem Elektromotor und einer Motorsteuerung zum Steuern des Betriebs des Elektromotors, bei welchem die Motorsteuerung mit einer Prüfeinrichtung versehen ist, die wenigstens eine Vorrichtung zum Messen von Motorströmen des Elektromotors, eine Vorrichtung zum Anlegen von Spannungen an Motorklemmen des Elektromotors und eine Schnittstelle zu einer Auswertevorrichtung enthält. Ein solches Antriebssystem kann problemlos und mit minimalem Kostenaufwand im Rahmen einer Endprüfung des Haushaltsgeräts, wenn das Antriebssystem vollständig in das Haushaltsgerät eingebaut ist, geprüft werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein elektronisches Haushaltsgerät, wie beispielsweise eine Waschmaschine, einen Trockner oder eine Spülmaschine.
Das Antriebssystem wird hier im Fall von Waschmaschinen und Trocknern definiert als der Verbund der Komponenten Elektromotor, Motorsteuerung, Riemen, Riemenrad, Waschtrommel, Lager, Dichtung und Kabelbaum zwischen Motorsteuerung und Elektromotor. Bei Waschmaschinen und Trocknern mit Direktantrieb entfallen der Riemen und das Riemenrad. Für Spülmaschinen wird das Antriebssystem als der Verbund Elektromotor, Motorsteuerung, Kabelbaum und Pumpengehäuse der Umwälzpumpe definiert.
Herkömmlicherweise werden die Komponenten Elektromotor, Motorsteuerung und Kabelbaum für sich geprüft und in der Fertigung des Endgeräts in dieses eingebaut. Die Geräteendprüfung beinhaltet einen kurzen Betrieb des Geräts mit Standardbewegungen wie im Nutzbetrieb. Hierbei werden gewisse Parameter wie Drehrichtung, Drehzahl und aufgenommene Leistung geprüft. Zu diesem Zweck sind externe Messmittel notwendig, die mit der Motorsteuerung synchronisiert werden müssen.
Die elektrischen Größen des Antriebssystems werden bei derartigen Endprüfungen üblicherweise nicht erfasst. Es ist zwar denkbar, ein externes Testgerät anzuschließen, eine solche Kontaktierung ist aber sehr aufwändig, da die Messpunkte des Antriebssystems innerhalb des Endgeräts schlecht zugänglich sind.
Bei einem Direktantrieb besteht bisher die günstigste Fertigungsweise darin, Stator und Rotor des Elektromotors vorgeprüft anzuliefern und dann auf dem Bottich der Waschmaschine bzw. des Trockners oder Waschtrockners zu montieren. Das Lager der Waschtrommel ist hierbei zugleich auch das Lager des Elektromotors. Bei dieser Fertigungsweise kann die Drehbewegung des Elektromotors erst nach dem Einbau in das Haushaltsgerät überprüft werden; dies erfordert wieder eine aufwändige Kontaktierung des Elektromotors innerhalb des Endgeräts.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für ein elektronisches Haushaltsgerät bereitzustellen, das in einer einfachen und kostengünstigen Weise im Rahmen einer Endprüfung des Haushaltsgeräts geprüft werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Endprüfung eines elektronischen Haushaltsgeräts vorzusehen.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Antriebssystem für ein elektronisches Haushaltsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren zur Endprüfung eines elektronischen Haushaltsgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem für ein elektronisches Haushaltsgerät weist einen Elektromotor und eine Motorsteuerung zum Steuern des Betriebs des Elektromotors auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung mit einer (in die Motorsteuerung integrierten) Prüfeinrichtung versehen ist, die eine Vorrichtung zum Messen von Motorströmen des Elektromotors, eine Vorrichtung zum Anlegen von Spannungen an Motorklemmen des Elektromotors sowie eine Schnittstelle zu einer Auswertevorrichtung enthält.
Das entsprechende Verfahren zur Endprüfung eines elektronischen Haushaltsgeräts, das ein Antriebssystems mit einem Elektromotor und einer Motorsteuerung zum Steuern des Betriebs des Elektromotors aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass über die Motorsteuerung Spannungen an Motorklemmen des Elektromotors angelegt und entsprechende Motorströmen des Elektromotors gemessen werden, und dass die Messdaten an eine Auswertevorrichtung kommuniziert werden, um das im Haushaltsgerät installierte Antriebssystem zu prüfen.
Da in die Motorsteuerung eine Prüfeinrichtung integriert ist, die zum Prüfen des Antriebssystems geeignet ist, können die Testvorgänge in die Motorsteuerung hinein verlagert werden, sodass eine Prüfung des Antriebssystems im Rahmen einer Endprüfung des Haushaltsgeräts, d.h. bei eingebautem Antriebssystem im Endgerät, problemlos und ohne aufwändige Kontaktierungen von schwer zugänglichen Messstellen durch externe Testgeräte möglich ist. Damit kann der Testaufwand zeitlich und kostenmäßig insgesamt reduziert werden. Außerdem kann das Antriebssystem auf zusätzliche Fehlermöglichkeiten hin geprüft werden, die bei einer Vorprüfung der einzelnen Komponenten nicht feststellbar sind.
Im Gegensatz zur oben angegebenen Erfindung enthalten die herkömmlichen Motorsteuerungen keine dedizierte Testfunktionalität und es sind nur solche Bewegungsabläufe implementiert, die für den normalen Betrieb des jeweiligen Haushaltsgeräts benötigt werden.
Vorzugsweise enthält die Prüfeinrichtung auch eine Vorrichtung zum Messen von Motorspannungen des Elektromotors, um die Test- und Auswertemöglichkeiten zu erweitern.
Die von der Prüfeinrichtung erfassten Messdaten können zum Beispiel von der Motorsteuerung über die Schnittstelle der Prüfeinrichtung an ein externes Testgerät kommuniziert werden, das dann die Messdaten auswertet und das entsprechende Ergebnis einem Nutzer anzeigt. Zur Kommunikation der Messdaten eignet sich beispielsweise eine serielle Schnittstelle, welche üblicherweise ohnehin in der Motorsteuerung implementiert ist.
Alternativ kann aber die Motorsteuerung auch über eine eigene Auswertevorrichtung verfügen, um die Messdaten selbst auswerten zu können. Das Auswertungsergebnis kann von der Motorsteuerung zum Beispiel über eine LED-Anzeige dem Nutzer mitgeteilt oder dem Nutzer durch ein charakteristisches Bewegungsprofil des Antriebssystems kommuniziert werden. Beispielsweise kann die Motorsteuerung bei einem positiven Auswertungsergebnis auf eine hohe Drehzahl des Elektromotors hochsteuern, bei welcher dann eine zusätzliche Geräuschpegelbeurteilung durch externe Messeinrichtungen erfolgt, oder bei einem negativen Auswertungsergebnis im Stillstand verharren.
Das oben beschriebene Antriebssystem bzw. Verfahren ist in vorteilhafter Weise bei elektronischen Haushaltsgeräten, wie Waschmaschinen, Trocknern, Waschtrocknern und Spülmaschinen für eine einfache Prüfung des Antriebssystems im Endgerät einsetzbar.
Die Motorsteuerung enthält wenigstens Mittel zur Messung von Motorströmen und zum Anlegen von Spannungen an die Motorklemmen des Elektromotors; vorzugsweise sind außerdem Mittel zum Messen der Motorspannungen vorgesehen.
Nach dem Einschalten der Motorsteuerung im Rahmen der Endprüfung des Haushaltsgeräts führt diese einen Test von verschiedenen Antriebsparametern durch. Nach Freigabe durch die Hauptsteuerung des Haushaltsgeräts oder auf Veranlassung von dieser werden auch spezielle Bewegungsabläufe durchgespielt, mit welchen bestimmte Parameter genauer ermittelt werden können als bei Standardbewegungen in den eingangs genannten herkömmlichen Endprüfungen.
Nachfolgend werden in Frage kommende Parameter des Antriebssystems und deren Messmethoden erläutert. Die folgende Aufzählung ist selbstverständlich nur beispielhaft und insbesondere nicht abschließend zu verstehen.
Statorwiderstand
Der Statorwiderstand zwischen wenigstens zwei Motorklemmen des Elektromotors wird durch Anlegen von Gleichspannung und Berechnen des Quotienten von Spannung zu Strom ermittelt. Vorteilhaft ist dabei eine Mittelwertbildung bzw. Integralbildung über einen gewissen Zeitraum von bis zu einigen Sekunden.
Statorinduktivität
Die Statorinduktivität zwischen wenigstens zwei Motorklemmen des Elektromotors wird durch Stellen von kurzen Spannungspulsen und Messen der Stromänderung bei Änderung der Spannung oder Bestimmen der Spannungs-Zeitfläche durch zeitliche Integration der Spannungs- und Stromsignale ermittelt.
Rotorpositionsabhängige Statorinduktivitäten
Rotorpositionsabhängige Statorinduktivitäten, wie sie zum Beispiel bei Reluktanzmotoren oder Permanentmagnet-Synchronmotoren vorkommen, werden durch Messen der Statorinduktivität in den verschiedenen Richtungen (d- und q-Richtung) durch Anlegen von Spannungspulsen in den verschiedenen Richtungen ermittelt.
Motorsymmetrie
Bei mehrphasigen Elektromotoren kann die Motorsymmetrie durch Bestimmen des Statorwiderstandes in verschiedenen Richtungen des Raumzeigers für Spannung und Strom ermittelt werden. Gegebenenfalls kann dies auch durch die Bestimmung der Statorinduktivität in verschiedenen Richtungen des Raumzeigers für Spannung und Strom erfolgen.
Kontakte des Kabelbaums
Die Korrektheit der elektrischen Kontakte des Kabelbaums zwischen Motorsteuerung und Elektromotor wird automatisch bei der Ermittlung des Statorwiderstandes und der Motorsymmetrie sichergestellt.
Magnetischer Fluss
Der magnetische Fluss des Permanentmagneten (im Fall eines Permanentmagnetmotors) wird durch Überprüfen der Stärke und der Symmetrie eines Flusses bei einem betrieb des Elektromotors mit konstanter Drehzahl bestimmt. Alternativ kann auch der Elektromotor hochgedreht werden und die induzierten Spannungen (=EMK) beim Auslauf gemessen werden, wobei Amplitude, Symmetrie und DC-Anteil der EMK ausgewertet werden.
Rotorzeitkonstante
Aus der Sprungantwort des Motorstroms auf einen Spannungssprung kann die Rotorzeitkonstante bei einem Asynchronmotor ermittelt werden.
Aufgenommene Leistung und Drehmoment
Die Motorsteuerung sollte auch eine Möglichkeit besitzen, die Wirkleistung und das Drehmoment des Elektromotors zu ermitteln. Dadurch können Unwuchten und mechanische Fehler detektiert werden. Mit einem Beschleunigungsversuch lässt sich die Trägheit des Systems ermitteln, was wiederum Aufschluss über die korrekte Assemblierung gibt. Wenn eine korrekte Dichtung und ein korrektes Maschinenlager vorhanden sind, muss die Reibleistung innerhalb gewisser grenzen liegen.
Riementest
Ein nicht (richtig) angelegter Riemen macht sich durch eine falsche Trägheit des Antriebssystems bemerkbar. Eine zu starke Riemenspannung ist eventuell durch eine überhöhte Reibung erkennbar. Bei einer starken Beschleunigungsbewegung mit einem Drehmoment, welches mit höherer Dynamik einsetzt als bei Standardbewegungen, kann über den resultierenden Drehzahlverlauf eine zu große oder zu kleine Riemenspannung detektiert werden.
Mit den oben aufgelisteten Tests wird selbstverständlich auch die Funktion der elektronischen Motorsteuerung selbst überprüft. Dadurch können separate Tests in der Endfertigung der Motorsteuerung entfallen, was die Systemkosten weiter reduziert.

Claims

Antriebssystem für ein elektronisches Haushaltsgerät, mit einem Elektromotor und einer Motorsteuerung zum Steuern des Betriebs des Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung mit einer Prüfeinrichtung versehen ist, die eine Vorrichtung zum Messen von Motorströmen des Elektromotors, eine Vorrichtung zum Anlegen von Spannungen an Motorklemmen des Elektromotors und eine Schnittstelle zu einer Auswertevorrichtung enthält.
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung ferner eine Vorrichtung zum Messen von Motorspannungen des Elektromotors enthält.
Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle der Prüfeinrichtung zum Kommunikation mit einem externen Testgerät ausgebildet ist.
Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung ebenfalls in die Motorsteuerung integriert ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung zum Bestimmen und Auswerten wenigstens eines der folgenden Parameter ausgebildet ist: – Statorwiderstand zwischen wenigstens zwei Motorklemmen des Elektromotors – Statorinduktivität zwischen wenigstens zwei Motorklemmen des Elektromotors – rotorpositionsabhängige Statorinduktivitäten – Motorsymmetrie (bei mehrphasigen Elektromotoren) – elektrische Kontakte des Kabelbaums zwischen Motorsteuerung und Elektromotor – magnetischer Fluss des Permanentmagneten (im Fall eines Permanentmagnetmotors) – Rotorzeitkonstante (bei einem Asynchronmotor) – aufgenommene Leistung – aufgenommenes Drehmoment – Massenträgheit des Systems – Parameter des Riemens (bei einem Riemenantrieb)
Elektronisches Haushaltsgerät mit einem Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Verfahren zur Endprüfung eines elektronischen Haushaltsgeräts, das ein Antriebssystems mit einem Elektromotor und einer Motorsteuerung zum Steuern des Betriebs des Elektromotors aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass über die Motorsteuerung Spannungen an Motorklemmen des Elektromotors angelegt und entsprechende Motorströmen des Elektromotors gemessen werden, und dass die Messdaten an eine Auswertevorrichtung kommuniziert werden, um das im Haushaltsgerät installierte Antriebssystem zu prüfen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass über die Motorsteuerung ferner Motorspannungen des Elektromotors gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten an ein externes Testgerät oder an eine in die Motorsteuerung integrierte Auswertevorrichtung kommuniziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, wenigstens einer der folgenden Parameter ausgewertet wird: – Statorwiderstand zwischen wenigstens zwei Motorklemmen des Elektromotors – Statorinduktivität zwischen wenigstens zwei Motorklemmen des Elektromotors – rotorpositionsabhängige Statorinduktivitäten – Motorsymmetrie (bei mehrphasigen Elektromotoren) – elektrische Kontakte des Kabelbaums zwischen Motorsteuerung und Elektromotor – magnetischer Fluss des Permanentmagneten (im Fall eines Permanentmagnetmotors) – Rotorzeitkonstante (bei einem Asynchronmotor) – aufgenommene Leistung – aufgenommenes Drehmoment – Massenträgheit des Systems – Parameter des Riemens (bei einem Riemenantrieb)