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Die
Erfindung betrifft einen Antrieb für Gargeräte
mit einem Elektromotor und einer Stromrichteranordnung, wobei die
Stromrichteranordnung eine Gleichrichtereinheit, eine Zwischenkreiseinheit,
eine Wechselrichtereinheit und eine Steuerelektronikeinheit aufweist.
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In
Restaurants und Großküchen werden zur professionellen
Speisezubereitung vermehrt Dampfgargeräte (Konvektomaten,
Kombidämpfer) mit elektrischer oder gasbetriebener Heizung
eingesetzt. Zur Bereitstellung einer bis zu 300°C heißen
Garluft in einem Dampfgarraum des Gargerätes ist ein Gebläse vorgesehen,
das von einem Elektromotor angetrieben wird. Damit der Antrieb für
das Gebläse möglichst platzsparend ausgebildet
ist, werden zunehmend permanent erregte Synchronmotoren als Elektromotoren
eingesetzt, die in Verbindung mit einer Stromrichteranordnung betrieben
werden. Die Stromrichteranordnung umfasst in der Regel eine Frequenz-umrichtereinheit
mit einer netzseitigen Gleichrichtereinheit, mit einer Zwischenkreiseinheit, mit
einer lastseitigen Wechselrichtereinheit und mit einer Steuerelektronikeinheit.
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Aus
der
DE 101 47 472
A1 ist ein Antrieb mit einem Elektromotor und einer Stromrichteranordnung
bekannt, bei dem Komponenten der Stromrichteranordnung baulich voneinander
getrennt sind. Zum einen wird eine Baueinheit gebildet aus einer Gleichrichtereinheit,
einer Zwischenkreiseinheit und einer Wechselrichtereinheit. Zum
anderen wird eine Baueinheit gebildet aus einer Steuerelektronikeinheit,
die mit dem Elektromotor baulich vereinigt sein kann. Durch die
räumlich getrennte Anordnung der Gleichrichtereinheit,
der Zwischenkreiseinheit und der Wechselrichtereinheit auf der einen
Seite und der Steuerelektronikeinheit auf der anderen Seite kann zwar
eine thermische Entkopplung herbeigeführt werden, wobei
die Steuerelektronikeinheit nicht mehr durch die Wärmestrahlung
bzw. Wärmeleitung der Leistungshalbleiter der Gleichrichtereinheit
und der Wechselrichtereinheit nachteilig beeinflusst wird. Auch
kann die Stromrichteranordnung bei sehr hohen Umgebungstemperaturen
betrieben werden, da sich neben dem Elektromotor nur die Steuerelektronikeinheit
in der Nähe des Garraumes befinden kann. Nachteilig an
dem bekannten Antrieb ist allerdings, dass die Flexibilität
des Antriebs eingeschränkt ist. Die Leistungshalbleiter
der Stromrichteranordnung sind zum Betrieb an bestimmte vorgegebenen
Netzspannungen und -frequenzen, beispielsweise auf 100 V, 240 V,
360 V oder 480 V bzw. 50 Hz oder 60 Hz, ausgelegt. Bei Einsatz des
Dampfgargerätes beispielsweise in den Vereinigten Staaten
von Amerika und in Deutschland müsste somit quasi die gesamte Stromrichteranordnung
unter Einschluss der Gleichrichtereinheit, der Zwischenkreiseinheit
und der Wechselrichtereinheit ausgetauscht werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Antrieb mit einem
Elektromotor und einer Stromrichteranordnung derart weiterzubilden, dass
der Aufwand für den universellen Einsatz des Antriebes
an unterschiedliche (Netz-)Einspeisungen verbessert wird.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass
die Wechselrichtereinheit, die Steuerelektronikeinheit und der Elektromotor
eine gemeinsame Baueinheit bilden, die räumlich getrennt
zu einer die Gleichrichtereinheit und den Zwischenkreis aufweisenden
Strombereitstellungseinheit angeordnet ist.
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Der
besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich die Flexibilität
des Antriebs hinsichtlich der Einsatzart vergrößert.
Grundgedanke der Erfindung ist es eine funktionelle und räumliche
Auftrennung einer Stromrichteranordnung vorzusehen, wobei eine Gleichrichtereinheit
und eine Zwischenkreiseinheit im Wesentlichen eine Strombereitstellungseinheit
bilden, die räumlich getrennt zu weiteren Bestandteilen
der Stromrichteranordnung bzw. zum Motor angeordnet ist. Erfindungsgemäß kann
die Strombereitstellungseinheit an die elektrischen Einspeisebedingungen
angepasst sein. Die elektrischen Einspeisebedingungen können
beispielsweise die Höhe der Einspeisespannung und/oder
der Einspeisefrequenz betreffen sowie die gesetzlichen Vorgaben
hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit. Die
Wechselrichtereinheit bildet zusammen mit dem Elektromotor und der
Steuerelektronikeinheit eine kompakte Baueinheit, die unabhängig
von den Einspeisebedingungen stets die gleiche Konfiguration aufweist.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
Strombereitstellungseinheit an eine eingangsseitige Netzspannung
und/oder Netzfrequenz angepasst ausgebildet. Während der
Aufbau der Wechselrichtereinheit unverändert bleibt, werden
die Komponenten der Strombereitstellungseinheit an die jeweiligen
Einspeisebedingungen/Netzbedingungen angepasst. Für unterschiedliche
Netze können somit unterschiedliche Strombereitstellungseinheiten
mit auf die Netzbedingungen angepassten Bauelementen (Leistungshalbleiter) eingesetzt
werden. Für unterschiedliche Netze können somit
wahlweise unterschiedliche Strombereitstellungseinheiten mit der
Wechselrichtereinheit und der Steuerelektronikeinheit kombiniert
werden.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Strombereitstellungseinheit
derart ausgebildet, dass an einem Ausgang derselben eine Zwischenkreisspannung
mit einem konstanten Spannungsniveau erzeugbar ist. Durch die Bereitstellung
eines konstanten Spannungsniveaus kann die dem Elektromotor zugeordnete
Wechselrichtereinheit bei unterschiedlichen Einspeisebedingungen
unverändert bleiben. Die Höhe der Zwischenkreisspannung
ist an die Motorauslegung angepasst, so dass für unterschiedliche
Netze stets der gleiche Elektromotor bzw. Wechselrichtereinheit
eingesetzt werden kann.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Strombereitstellungseinheit
einen solchen Netzfilter auf, dass die Anforderungen hinsichtlich der
elektromagnetischen Verträglichkeit erfüllt werden.
In Abhängigkeit von den Einspeisebedingungen, zu denen
gesetzliche Vorgaben hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit
gehören, kann somit für unterschiedliche Netze
ein unterschiedlicher Netzfilter eingesetzt werden. Der Filteraufwand kann
dadurch reduziert werden.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Strombereitstellungseinheit
eine Wandlereinheit auf, mittels derer am Ausgang der Strombereitstellungseinheit
eine Zwischenkreisspannung mit einem konstanten Spannungsniveau
erzeugbar ist. Das konstante Spannungsniveau kann beispielsweise
in einem Bereich von 300 V ± 20 V liegen. Vorteilhaft können
hierdurch die Wechselrichtereinheit und der Elektromotor für
unterschiedliche Netze im Bereich zwischen 100 V und 480 V eingesetzt
werden.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Strombereitstellungseinheit
in einem solchen Abstand zu der Baueinheit und/oder zu einem Garraum des
Dampfgargerätes angeordnet, dass die Betriebstemperatur
der Strombereitstellungseinheit unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes
liegt. Die Größe des Schwellwertes kann beispielsweise
ein Temperaturwert von 90°C sein. Vorteilhaft kann hierdurch
der Kühlungsaufwand verringert und ein langzeitstabiler
Einsatz des Antriebs ermöglicht werden.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
einer Zeichnung näher dargestellt.
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Die
Zeichnung zeigt:
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Figur
ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Antriebs.
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Ein
Antrieb für Gargeräte weist zum einen einen Elektromotor 1 und
zum anderen eine Stromrichteranordnung 2 auf.
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Der
Elektromotor 1 ist als dreiphasiger Synchronmotor ausgebildet,
der über eine Antriebswelle mit einem Gebläserad 3 zur
Umwälzung von heißer Luft in einem Garraum 4 des
Gargerätes gekoppelt ist. Das Gargerät kann als
Dampfgargerät ausgebildet sein, wobei das Gebläserad 3 auch
zur Dampferzeugung eingesetzt wird, indem Wasser auf die relativ
heißen Schaufeln des Gebläserades 3 geleitet wird.
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Der
Elektromotor 1 bildet zusammen mit einer Wechselrichtereinheit 5 und
einer Steuerelektronikeinheit 6 eine gemeinsame Baueinheit 7,
die unmittelbar hinter oder neben dem Garraum 4 montiert ist.
Die Steuerelektronikeinheit 6 kann beispielsweise eine
Signalelektronik (Mikrorechner bzw. Mikrokontroller) aufweisen,
mittels derer die Wechselrichtereinheit 5 und/oder der
Elektromotor 1 angesteuert wird. Die Wechselrichtereinheit 5 kann
eine Zwischenkreispufferung, eine Treiberschaltung, eine Wechselrichter-Leistungsendstufe
aufweisen.
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In
einem Abstand A zu der Baueinheit 7 ist eine Strombereitstellungseinheit 8 angeordnet,
die im Wesentlichen eine Gleichrichtereinheit 9, eine Wandlereinheit 10,
eine Zwischenkreiseinheit 11 sowie eine Filtereinheit 12 umfasst.
Die Strombereitstellungseinheit 8 ist auf einer dem Garraum 4 abgewandten
Seite der Baueinheit 7 angeordnet, wobei der Abstand A
vorzugsweise mindestens 0,5 m beträgt, damit die Betriebstemperatur
der Strombereitstellungsein heit 8 unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes
von beispielsweise 90°C gehalten werden kann. Sofern die
zueinander gekehrte Gehäusewandung der Strombereitstellungseinheit 8 und/oder
der Baueinheit 7 thermisch isoliert ausgebildet sind, kann
der Abstand A auch kleiner gewählt sein und im Falle eines
beschränkten Bauraumbedarfes insbesondere bei entsprechender
thermischer Isolierung wenige Millimeter oder Null betragen. Für den
Fall, dass der Abstand A Null beträgt, liegen die zueinander
gerichteten Gehäusewandungen der Strombereitstellungseinheit 8 und
der Baueinheit 7 unmittelbar aneinander.
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Die
Strombereitstellungseinheit 8 ist eingangsseitig mit einem
Stromversorgungsnetz verbunden, das eine dreiphasige Netzspannung
U1 bei einer Frequenz f1 bereitstellt.
Beispielsweise kann die Netzspannung U1 230
V und die Netzfrequenz 50 Hz betragen. Alternativ kann die Strombereitstellungseinheit 8 auch
an einer Batterie oder anderen Stromquellen angeschlossen sein.
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Die
Gleichrichtereinheit 9 weist vorzugsweise einen netzgeführten
Gleichrichter und eine aktive Regelschaltung zur Leistungsfaktorkorrektur
auf, der die eingangsseitige Netzspannung U1 in
eine Gleichspannung umwandelt. Der Gleichrichtereinheit 9 ist die
Wandlereinheit 10 nachgeordnet, die beispielsweise einen
Aufwärtswandler (Hochsetzsteller) und/oder einen Abwärtswandler
(Tiefsetzsteller) aufweisen kann zur Erzeugung eines konstanten
Spannungsniveaus UZK am Ausgang der Strombereitstellungseinheit 8.
Der Zwischenkreis 11 weist mindestens eine Spule und einen
Kondensator auf, so dass die eingespeiste elektrische Energie zwischengespeichert
werden kann, und zwar unter Bereitstellung des konstanten Spannungsniveaus
mit der Spannung UZK.
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Die
Filtereinheit 12 weist mindestens einen Netzfilter auf,
der insbesondere die elektromagnetische Verträglichkeit
des Dampfgargerätes gegen Störungen aus dem Stromnetz
verbessert. Zusätzlich kann der Netzfilter auch so ausgelegt
sein, dass eine elektrische Störung des öffentlichen
Stromversorgungsnetzes durch das Dampfgargerät begrenzt wird.
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Die
Wechselrichtereinheit 5 weist einen auf die Motornennspannung
U2 ausgelegten Wechselrichter auf. Der Wechselrichter
ist derart ausgelegt, dass er aus der Zwischenkreisspannung UZK die vorgegebene dreiphasige Motornennspannung
U2 erzeugen kann.
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In
Abhängigkeit von den Einspeisebedingungen des Gargerätes,
insbesondere unterschiedlichen Stromnetzen wie beispielsweise 100
V–230 V 50 Hz/60 Hz 1~ oder 360 V–480 V 50/60
Hz 3~ erfolgt eine Umkonfiguration der Strombereitstellungseinheit 8 dahingehend,
dass die Gleichrichtereinheit 9 und/oder die Wandlereinheit 10 auf
die Einspeisebedingungen bzw. Einspeiseart angepasst ausgebildet sind.
Die Auslegung der Filtereinheit 12 wird ebenfalls an die
Einspeisebedingungen, insbesondere den gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich
der elektromagnetischen Verträglichkeit abgestimmt. Somit kann
für unterschiedliche Anwendungen eine flexible Bereitstellung
eines Antriebs ermöglicht werden, wobei die Baueinheit 7 stets
die gleiche Konfiguration und in dem Dampfgargerät integriert
angeordnet ist. Auch die Strombereitstellungseinheit 8 ist
in einem Gehäuse des Dampfgargerätes integriert
angeordnet; sie ist je doch beabstandet zu dem Elektromotor 1 im
Bereich eines Gehäuserandes angeordnet, so dass die Zugänglichkeit
bzw. ein Austausch derselben vereinfacht wird.
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Der
erfindungsgemäße Antrieb kann für jegliche
motorbetriebenen Geräte angewendet werden, wo zum einen
eine hohe thermische Belastung im Motorbereich vorliegt und zum
anderen eine relativ hohe Variantenvielfalt bezüglich der
Stromeinspeisung und bezüglich Filteranforderungen besteht.
Der erfindungsgemäße Antrieb kann beispielsweise
für Pumpenantriebe im Haushaltsgerätebereich,
beispielsweise für Geschirrspülgeräte
eingesetzt werden. Darüber hinaus ist er einsetzbar in
der Labortechnik, in der Medizintechnik oder im Industriebereich.
Der erfindungsgemäße Antrieb ermöglicht
eine verbesserte Modularität bei der Konfiguration von motorbetriebenen
Geräten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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