DE102006060034A1

DE102006060034A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Betriebstemperatur eines Antriebsmotors

Info

Publication number: DE102006060034A1
Application number: DE102006060034A
Authority: DE
Inventors: Hasan Gökcer ALBAYRAK; Lothar Knopp; Thomas Ludenia; Jörg SKRIPPEK
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-06-26
Also published as: WO2008074580A1; RU2400716C1; CN101568815A; EP2102617A1; CN101568815B

Abstract

Das Messverfahren für die Betriebstemperatur insbesondere eines Antriebs für eine Wäschebehandlungsmaschine beruht auf einer Messung des der Betriebstemperatur proportionalen Wicklungswiderstandes des Motors und eines Vergleiches der Wicklungswiderstände im Kaltzustand und im Betriebszustand. Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt die Betriebstemperatur der Wicklung mit einem geringeren Aufwand und kommt zu genaueren und zuverlässigeren Messwerten als die bekannten Verfahren. Dazu wird die Drehzahlsteuerung 4 von einem mit dem Motor drehfest und körperlich verbundenen Tachogenerator 1 geführt und die Höhe der Betriebstemperatur des Motors von Werten des Wicklungswiderstandes des Tachogenerators 1, die unter Berücksichtigung gemessener elektrischer Betriebsgrößen (Strom, Spannung, Frequenz) ermittelt werden, abgeleitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Betriebstemperatur eines Antriebsmotors, insbesondere eines dreisträngigen Motors als Antrieb für eine Wäschebehandlungsmaschine, der über eine Betriebs- und Drehzahlsteuerung gespeist wird, mit Hilfe der Bestimmung eines der Betriebstemperatur proportionalen Wicklungswiderstandes und eines Vergleiches der Wicklungswiderstände im Kaltzustand und im Betriebszustand. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In der Antriebstechnik für Wäschebehandlungsmaschinen ist es üblich, die Antriebsmotoren in ihrer Leistung so auszulegen, dass sie bei Dauerbetrieb zu warm werden würden. Normalerweise werden sie für eine Einschaltdauer (auf dem Typenschild wird hierfür das Kürzel ED gebraucht) von 90% ausgelegt. Das bedeutet, dass bei exakt 90% der möglichen Einschaltdauer mit maximaler Belastung die maximale Betriebstemperatur erreicht werden würde. In der Praxis wird jedoch die maximale Belastung selten erreicht, so dass solche Antriebsmotoren regelmäßig überdimensioniert sind. Um an der Dimensionierung solcher Motoren sparen zu können, müsste die aktuelle Betriebstemperatur genau messbar sein.
Mangels so genau messbarer Temperatur hat man daher die überdimensionierte Auslegung hingenommen und lediglich für arge Überlastungsfälle einen mechanischen (z. B. Schmelzschalter) oder elektronischen (z. B. PTC-Sensor) Temperaturschutzschalter in die Wicklung des Antriebsmotors eingebaut ( EP 0 456 874 B1 ).
Um auf Temperaturschwankungen des Antriebsmotors feiner reagieren und damit zusätzliche Steuerungen des Motors realisieren zu können, lehrt WO 02/087050 A1 , mithilfe von Messungen elektrischer Betriebsgrößen an den Wicklungen des Motors den Widerstand der Wicklungen zu errechnen und über die Temperaturkostanten des Wicklungswerkstoffes (Kupfer) auf die aktuelle Temperatur zu schließen. Beim Vergleich mit dem Kaltwiderstand der Wicklung ist eine Einschätzung der Belastung möglich. Allerdings sind bei dem äußerst geringen Wicklungswiderstand die absoluten Temperaturschwankungen so gering, dass bei einem vertretbaren elektronischen Aufwand die Messgenauigkeit zu wünschen übrig lässt. Bei einer Steigerung der Messgenauigkeit durch erhöhten elektronischen Aufwand ist aber auch die Störanfälligkeit höher, so dass die Messwerte wiederum nicht ausreichend zuverlässig sein können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem eingangs beschriebenen Verfahren mit einem geringeren Aufwand zu genaueren und zuverlässigeren Messwerten zu kommen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Drehzahlsteuerung von einem mit dem Motor drehfest und körperlich verbundenen Tachogenerator geführt und dass von Werten des Wicklungswiderstandes des Tachogenerators, die unter Berücksichtigung gemessener elektrischer Betriebsgrößen berechnet werden, die Höhe der Betriebstemperatur des Motors abgeleitet wird. Für Antriebsmotoren der Haushaltgerätetechnik sind zur Drehzahlregelung ohnehin Tachogeneratoren erforderlich und üblich. Da die Wicklung des Tachogenerators einerseits mit der die Stromwärme erzeugenden Motorwicklung innigen thermischen Kontakt hat und außerdem einen erheblich höheren ohmschen Widerstand aufweist als die Motorwicklung, ist eine Reaktion aufgrund der erfindungsgemäß erhaltenen Temperaturwerte ebenso flink wie im Stand der Technik aber deutlich genauer und zuverlässiger. Zudem ist der elektronische Aufwand geringer und enthält weniger Ausfallgefahren.
Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahren kann es von Vorteil sein, wenn während des Messbetriebs des Tachogenerators bei konstanter Messspannung bzw. konstantem Messstrom der Strom durch die Wicklung bzw. die Spannung an der Wicklung des Tachogenerators gemessen und über eine Beziehung R = U/I der Widerstand der Wicklung des Tachogenerators ermittelt wird. Die konkrete Darstellung der Messeinrichtung wird durch diese Ausbildung der Erfindung in einer kaum zu überbietenden Weise vereinfacht.
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens steigert demgegenüber nochmals die Genauigkeit der Messergebnisse dadurch, dass während des Messbetriebs des Tachogenerators aus einem Frequenzsignal des Tachogenerators Grund- und Oberwellen voneinander isoliert werden, und dass aus Wellenanteilen, die aus einer vom Wicklungswiderstand bestimmten Eigenresonanz erzeugt werden, die Impedanz der Wicklung des Tachogenerators ermittelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer dieser Varianten kann, wenn die Betriebs- und Drehzahlsteuerung mit den abgeleiteten Temperaturwerten versorgt wird und aufgrund eines Vergleichs dieser Temperaturwerte mit vorgegebenen Wertstufen Maßnahmen zur Reduzierung der Antriebsleistung getroffen werden, vorteilhaft fortgebildet werden. Damit ist es erstmals möglich, die Antriebsleistung für die Wäschetrommel einer Wäschebehandlungsmaschine in einer sehr feinstufigen Weise der aktuellen Belastung anzupassen. Beispielsweise können der Betriebs- und Drehzahlsteuerung beim Erreichen unterschiedlicher Temperaturstufen unterschiedliche Werte für die eingangs beschriebene Einschaltdauer vorgeschrieben werden. Dadurch ist es möglich, sich der maximalen Belastbarkeit des eingesetzten Antriebsmotors im Abgleich mit gewissen Parametern der Behandlungsprogramme und sogar unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur differenzierter zu nähern und – wenn nötig und wahrscheinlich nur bei unmittelbaren Fehlern des Antriebsmotors – total abzuschalten sowie den Motor damit zu schonen. Da außerdem bei Anwendung der Erfindung der Motor kleiner dimensioniert werden kann, ist auch an dieser Seite noch Aufwand einzusparen.
Die Merkmale der Unteransprüche sind einzeln oder in beliebiger Kombination mit den jeweiligen Hauptansprüchen anwendbar und können die Erfindung vorteilhaft weiterbilden.
Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigen
1 eine Anordnung eines Blockschaltbildes für die Ermittlung des aktuellen Widerstandswertes der Tachogeneratorwicklung durch Strom-/Spannungsmessung und
2 eine andere Variante im Blockschaltbild für die Ermittlung der aktuellen Resonanzfrequenz der Tachogeneratorwicklung aufgrund einer Oberwellenauswertung der erzeugten Stromschwingungen.
Die Blockschaltbilder zeigen nur schematisch das Symbol für die Wicklung des Tachogenerators 1, die mit der nicht dargestellten Wicklung des Antriebsmotors thermisch und mechanisch innig gekoppelt ist. Dadurch vollführt der Tachogenerator dieselben Drehbewegungen wie die Welle des Antriebsmotors und hat seine Wicklung dieselbe Temperatur wie die Wicklung des Antriebsmotors. Der Tachogenerator 1 wird über einen Schalter 2, der ihn über seinen Ausgang 21 zu den Messzeitpunkten mit der Spannungsquelle 3 verbindet, mit einem konstanten Strom versorgt. Dazu wird der Schalter 2 in der Schaltung der 1 von der Betriebs- und Drehzahlsteuerung 4, die einen Mikroprozessor enthält, jeweils getriggert (Leitung 41).
Zur Bereitstellung von Drehzahlmesswerten, die der Regelung der gewünschten Drehzahl des Antriebsmotors dienen, gibt der Tachogenerator in der gezeichneten Schalterstellung über seinen Eingang 22 ständig drehzahlabhängige Frequenzsignale an die Signalverarbeitung 5, die für die Drehzahlsteuerung 4 verarbeitbare Signale formt. Diese Signale werden dann mit Vergleichswerten in der Drehzahlsteuerung 4 verglichen und zur Korrektur der Motordrehzahl verwendet.
In den Triggerphasen, in denen der Schalter den Ausgang 21 wirksam schaltet, wird die Wicklung des Tachogenerators 1 mit dem stabilen Strom aus der Spannungsquelle 3 versorgt und gleichzeitig von einem Spannungsmesser 6 gemessen. Die gemessene Spannung an der Wicklung des Tachogenerators 1 ist ein Maß dafür, wie große der Widerstand der Wicklung ist, der von ihrem Kaltwiderstandswert entsprechend der im Betrieb erwärmten Spule abweicht. Aus dieser Spannung und der bekannten Spannung im Kaltzustand entsteht in der der Betriebs- und Drehzahl steuerung 4 eine Vergleichsgröße, die mit der Steuerung vorgegebenen Marken verglichen wird.
In entsprechender Weise funktioniert eine gleichartige Anordnung, wenn anstelle eines konstanten Stromes eine konstante Spannung eingespeist wird. Dann wird anstelle der temperaturabhängigen Spannung der Strom durch die Tachogeneratorwicklung 1 gemessen und mit einem Wert für den Strom bei kalter Wicklung verglichen. In jedem Fall genügt es bereits, diese temperaturabhängigen Werte mit den entsprechenden Kaltwerten zu vergleichen. Man kann jedoch auch die Widerstandswerte für die Wicklung aus der Beziehung R = U/I ermitteln und mit den Kaltwerten vergleichen. Anstelle der Ausblendung des Frequenzsignals durch den getriggerten Schalter ist es auch möglich, die Messung stets vorzunehmen und im Messkreis durch Gegenkopplung mit dem drehzahlabhängigen Frequenzsignal die Messspannung bzw. den Messstrom herauszufiltern.
Beim Beispiel der 2 wird durch Messung der Eigenresonanz der Tachogenerator-Wicklung 1 auf das Temperaturäquivalent geschlossen. Dazu wird ein Hochfrequenzgenerator 7 verwendet, dessen frequenzbestimmender Schwingkreis durch die Wicklung des Tachogenerators 1 als Induktivität vervollständigt ist. Der Hochfrequenzgenerator 7 wird nun von der Betriebs- und Drehzahlregelung 4 periodisch zum Schwingen angeregt, so dass im Erregungszustand ein Signal mit einer durch die temperaturabhängige Impedanz der Wicklung des Tachogenerators 1 bestimmten Schwingfrequenz erzeugt wird. Dieses Signal wird an eine Signalverarbeitung 8 ausgegeben. Die Signalverarbeitung 8 enthält ein Bandpassfilter, dessen Grenzfrequenzen alle möglichen Schwingfrequenzen des Hochfrequenzgenerators 7 umfassen. Die Signalverarbeitung 8 dann ein der erkannten Frequenz entsprechendes Signal an die Betriebs- und Drehzahlsteuerung 4 weiter, wo in vergleichbarer Weise wie bei 1 eine Vergleichgröße hergestellt wird, die mit vorgegebenen Marken verglichen wird.
Demgegenüber werden die verhältnismäßig niederfrequenten Tachometer-Signale, die aus der gemessenen Drehzahl gewonnen werden, unmittelbar an die Signalverarbeitung 9 weitergegeben, die einen Tiefpassfilter aufweist. Dadurch wer den nur diese niederfrequenten Messsignale – entsprechend aufbereitet – an die Betriebs- und Drehzahlsteuerung 4 weitergeleitet.
Wenn auf diese Weise Widerstandswerte der Tachogenerator-Wicklung 1 ermittelt sind, kann über Approximationsgleichungen oder Tabellen die zugeordnete Motortemperatur errechnet werden. Der Motor wird dann immer so betrieben, dass die maximal zulässige Arbeitstemperatur gerade noch nicht erreicht wird. Bei Übereinstimmung der ermittelten Motortemperatur mit einer der Marken wird die zugehörige Maßnahme ausgelöst. Beispielsweise wird beim Erreichen einer Marke, die dem Motortemperaturwert von 100°C entspricht die Einschaltdauer auf 80% gesetzt. Beim Erreichen höherer Temperaturwerte wird die Einschaltdauer entsprechend abgesenkt. Auf diese Weise wird der Antriebsmotor mit einem optimalen Leistungs-Profil gesteuert. Beim Überschreiten der maximal zulässigen Arbeitstemperatur wird der Motor schließlich abgeschaltet. Er kann aber nach Abkühlen wieder in Betrieb genommen werden. Die Steuerung 4 kann so – gewissermaßen vorausschauend – den Motor immer in seiner gemäß Norm zulässigen Betriebstemperatur ansteuern.
Verteilhafterweise muss bei Anwendung der Erfindung der Motor nicht mehr für einen ungünstigsten Betriebsfall (größte Beladung, maximale Umgebungstemperatur, längstes Programm mit maximalem Wasserstand, größtmögliche Unwucht, alles kumuliert) ausgelegt werden, der im Verlaufe seiner Betriebsdauer vielleicht nie erreicht wird. Ein erfindungsgemäß gesteuerter Motor wird im ordnungsgemäßen Betrieb beim Eintreten ungünstiger Betriebszustände nicht mehr zu warm und dann abgeschaltet, sondern er wird rechtzeitig stufenweise auf geringere Einschaltdauern zurück geschaltet, so dass er nie eine zu hohe Betriebstemperatur erreichen wird. Eine totale Abschaltung des Motors kann daher praktisch nur noch bei einem Fehler am Motor auftreten.
Für den Hersteller von Wäschebehandlungsmaschinen wird durch die Erfindung der Entwicklungsaufwand vermindert. Da eine Wäschebehandlungsmaschine mit einer kompakten Einheit aus Motor, Tachogenerator und elektronischer Steuerung ausgestattet werden kann, muss nicht mehr umständlich ein für den Motor schwierigstes Programm ermittelt werden, um dem Motor seine einheitlich zulässige Einschaltdauer zuzuweisen. Da die Steuerung die jeweils zulässigen Einschaltdauerwerte selbst ermittelt, können sie gewissermaßen in situ selbsttätig eingestellt werden.
Auch für den Kunden ergeben sich Vorteile dadurch, dass die durchgeführten Programme in jedem Falle bis zum Ende abgearbeitet werden. Ihre Aufgaben werden in jedem Fall wie gewünscht durchgeführt, weil die Steuerung entsprechende Anpassungen je nach angepasster Einschaltdauer selbst vornimmt. Programmabbrüche sind nicht mehr zu befürchten.

Claims

Verfahren zum Messen der Betriebstemperatur eines Antriebsmotors, insbesondere als Antrieb für eine Wäschebehandlungsmaschine, der über eine Betriebs- und Drehzahlsteuerung gespeist wird, mit Hilfe der Bestimmung eines der Betriebstemperatur proportionalen Wicklungswiderstandes und eines Vergleiches der Wicklungswiderstände im Kaltzustand und im Betriebszustand, dadurch gekennzeichnet, dass – die Drehzahlsteuerung von einem mit dem Motor drehfest und körperlich verbundenen Tachogenerator geführt wird und dass – von Werten des Wicklungswiderstandes des Tachogenerators, die unter Berücksichtigung gemessener elektrischer Betriebsgrößen berechnet werden, die Höhe der Betriebstemperatur des Motors abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Messbetriebs des Tachogenerators bei konstanter Messspannung bzw. konstantem Messstrom der Strom durch die Wicklung bzw. die Spannung an der Wicklung des Tachogenerators gemessen und über eine Beziehung R = U/I der Widerstand der Wicklung des Tachogenerators berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Messbetriebs des Tachogenerators aus einem Frequenzsignal des Tachogenerators Grund- und Oberwellen voneinander isoliert werden, und dass aus Wellenanteilen, die aus einer vom Wicklungswiderstand bestimmten Eigenresonanz erzeugt werden, die Impedanz der Wicklung des Tachogenerators ermittelt wird.
Verfahren zum Steuern des Antriebs einer Wäschebehandlungsmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebs- und Drehzahlsteuerung mit den abgeleiteten Temperaturwerten versorgt wird und dass aufgrund eines Vergleichs dieser Temperaturwerte mit vorgegebenen Wertstufen Maßnahmen zur Reduzierung der Antriebsleistung getroffen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen aus einer Reduzierung der für die Betriebssteuerung vorgegebenen Einschaltdauer des Antriebsmotors bestehen.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen aus einer Totalsperre für den Betrieb des Antriebsmotors bestehen.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung des Tachogenerators in innigem thermischen Kontakt mit den Wicklungen des Antriebsmotors stehen.