DE102010042494A1

DE102010042494A1 - Verfahren zum Abschalten eines Einphasen-Synchronmotors, Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Einphasen-Synchronmotors und Hausgerät

Info

Publication number: DE102010042494A1
Application number: DE102010042494A
Authority: DE
Inventors: Hasan Gökcer Albayrak; David Paul Michaud; Rudolf Seidl; Jörg Skrippek
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-04-19

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Abschalten eines Einphasen-Synchronmotors 2 in einem Hausgerät bereitgestellt, dessen Stator eine Wicklung 3 aufweist. Es wird eine Versorgungswechselspannung UN an die Wicklung 3 des Stators angelegt und hierdurch der Einphasen-Synchronmotor 2 in Betrieb genommen. Es wird ein mit dem Drehmoment des Einphasen-Synchronmotors 2 korrelierter Parameter ermittelt, und der Einphasen-Synchronmotor 2 wird dann abgeschaltet, wenn ein auf den Parameter bezogenes vorbestimmtes Kriterium erfüllt ist. Das Verfahren ermöglicht insbesondere das Abschalten einer von dem Einphasen-Synchronmotor 2 angetriebenen Pumpe dann, wenn kein Wasser mehr zum Abpumpen vorhanden ist oder auch wenn der Rotor blockiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschalten eines Einphasen-Synchronmotors in einem Hausgerät, durch welchen Einphasen-Synchronmotor insbesondere eine Pumpe in dem Hausgerät angetrieben wird, dessen Stator eine Wicklung aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines solchen Einphasen-Synchronmotors eines Hausgeräts. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Hausgerät mit einer solchen Schaltungsanordnung.
Es ist bekannt, eine Pumpe in einem Hausgerät mithilfe eines Einphasen-Synchronmotors anzutreiben. Zum Beispiel werden im Stand der Technik so genannte Laugenpumpen von Waschmaschinen mithilfe eines solchen Motors angetrieben. Das Einschalten des Einphasen-Synchronmotors und somit die Inbetriebnahme der Pumpe erfolgen typischerweise nach Eintritt eines vorbestimmten Ereignisses bzw. gemäß einer Vorgabe – wenn Wasser abgepumpt werden soll. Dabei wird die Wicklung des Stators des Einphasen-Synchronmotors mit einer Versorgungswechselspannung gekoppelt, und die Pumpe wird in Betrieb genommen. In der Regel ist die Zeitdauer, während welcher sich die Pumpe im Betrieb befindet, festgelegt. Die Pumpe bleibt in der Regel für eine längere Dauer in Betrieb als es notwendig ist, um das Wasser vollständig abzupumpen.
Also treten im Stand der Technik solche Szenarien auf, in denen die Pumpe in Betrieb verbleibt, während das Wasser bereits vollständig abgepumpt ist. Dann erzeugt die Pumpe Geräusche, und die akustische Lärmemission durch das Hausgerät wird erhöht.
Es treten auch solche Szenarien auf, in denen der Rotor des Einphasen-Synchronmotors blockiert wird, nämlich zum Beispiel durch einen im Wasser befindlichen Gegenstand. Dann steigt die Temperatur der Wicklung des Stators, und ein Zusammenbruch der Isolation der Wicklung wird beschleunigt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Pumpe in einem Hausgerät besonders zuverlässig betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Schaltungsanordnung sowie durch ein Hausgerät mit den Merkmalen gemäß jeweiligem unabhängigem Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie nachfolgender Beschreibung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zum Abschalten eines Einphasen-Synchronmotors in einem Hausgerät ausgelegt. Insbesondere wird durch den Einphasen-Synchronmotor eine Pumpe in dem Hausgerät angetrieben. Der Stator des Einphasen-Synchronmotors weist eine Wicklung auf. Es wird eine Versorgungswechselspannung an die Wicklung des Stators angelegt, und der Einphasen-Synchronmotor wird hierdurch in Betrieb genommen. Ein mit einem Drehmoment des Einphasen-Synchronmotors korrelierter Parameter wird ermittelt. Der Einphasen-Synchronmotor wird dann abgeschaltet, wenn ein auf den Parameter bezogenes vorbestimmtes Kriterium erfüllt ist.
Also wird der erfindungsgemäße Effekt dadurch erzielt, dass ein Parameter nach der Inbetriebnahme ermittelt wird, welcher mit dem jeweils augenblicklichen Drehmoment des Einphasen-Synchronmotors korreliert ist. Auf diesem Wege gelingt es, den Einphasen-Synchronmotor dann abzuschalten, wenn die angetriebene Last sehr gering geworden ist, wenn also zum Beispiel im Fall des Antreibens einer Pumpe kein oder sehr wenig Wasser zum Abpumpen vorhanden ist oder auch wenn der Rotor des Einphasen-Synchronmotors blockiert ist. Solche Zustände können nämlich durch Auswertung eines solchen Parameters erkannt werden. Wird im Fall eines Antreibens einer Pumpe der Einphasen-Synchronmotor dann abgeschaltet, wenn in der Pumpe kein Wasser vorhanden ist, so wird die akustische Lärmemission auf ein Minimum reduziert. Wird der Synchronmotor bei einem blockierten Rotor abgeschaltet, so können hierdurch eine unzulässige Erhöhung der Temperatur der Wicklung und somit ein Zusammenbruch der Wicklungsisolation vermieden werden. Es erübrigen sich außerdem Wärmeschutzvorrichtungen, welche im Stand der Technik zum thermischen Schutz solcher Motoren eingesetzt werden. Die mit einer solchen Wärmeschutzvorrichtung verbundenen Kosten können somit entfallen.
Unter dem Begriff Hausgerät wird insbesondere ein wasserführendes Hausgerät, insbesondere eine Waschmaschine, eine Geschirrspülmaschine, ein Wäschetrockner oder auch ein Waschtrockner verstanden.
Bevorzugt wird der Parameter aus der angelegten Versorgungswechselspannung und/oder aus einem in der Wicklung des Stators induzierten Strom ermittelt. Beide Größen, die Versorgungswechselspannung und der in der Wicklung fließende Strom können ohne viel Aufwand erfasst werden. Es ist insbesondere der Strom – nämlich seine Phase sowie seine Stärke – der mit dem Drehmoment in einem engen Zusammenhang steht. Die Messung des Stromes ermöglicht somit einen Rückschluss auf das Drehmoment des Einphasen-Synchronmotors.
Mit einer zunehmenden mechanischen Last ergibt sich eine zunehmende Magnetisierung bzw. ein zunehmender Lastwinkel zwischen dem Stator und dem Rotor des Einphasen-Synchronmotors. Bei einem vom Motor bereitgestellten Mindestdrehmoment beträgt der Lastwinkel 0°; bei einem vom Motor bereitgestellten maximalen Drehmoment beträgt der Lastwinkel 90°. Bei einem zunehmenden Lastwinkel ändert sich auch die Stromverzögerung bezüglich der Versorgungswechselspannung. Also ist eine Phasenverschiebung zwischen der angelegten Versorgungswechselspannung und dem in der Wicklung des Stators induzierten Stromes eine mit dem Drehmoment korrelierte Größe. Als Parameter kann somit eine solche Phasenverschiebung zwischen der Versorgungswechselspannung und dem Strom ermittelt werden. Dann ist das vorbestimmte Kriterium auf diese Phasenverschiebung bezogen: Ist das auf die Phasenverschiebung bezogene vorbestimmte Kriterium erfüllt, so wird der Einphasen-Synchronmotor abgeschaltet.
Also steht die Phasenverschiebung zwischen der Versorgungswechselspannung und dem Strom in einer engen Beziehung zum Drehmoment des Synchronmotors. Im Prinzip gilt die Beziehung, dass je größer das vom Synchronmotor bereitgestellte Drehmoment bzw. je größer die Last ist, desto geringer die Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Versorgungswechselspannung ist. Mit der ermittelten Phasenverschiebung kann somit eine genaue Aussage über das Drehmoment und somit über die Last des Synchronmotors getroffen werden, und die Pumpe kann bedarfsgerecht nach Erfülltsein des vorbestimmten Kriteriums abgeschaltet werden.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass als Parameter eine Wirkleistung des Einphasen-Synchronmotors oder eine mit dieser Wirkleistung korrelierte Größe ermittelt wird/werden. Eine mit der Wirkleistung korrelierte Größe kann z. B. eine Zeitdauer sein, während welcher sowohl der Strom als auch die Versorgungswechselspannung positiv und/oder negativ sind. Die Wirkleistung des Einphasen-Synchronmotors liefert ebenfalls – wie die Phasenverschiebung – eine genaue Aussage über das vom Synchronmotor bereitgestellte Drehmoment: Es gilt die Beziehung, dass je größer die Wirkleistung ist, desto größer das bereitgestellte Drehmoment ist.
Ergänzend oder alternativ kann auch die Stromstärke des in der Wicklung induzierten Stromes als Parameter ermittelt werden. Durch Auswertung der Stromstärke des Stromes kann z. B. ein solcher Zustand des Einphasen-Synchronmotors erkannt werden, in welchem der Synchronmotor blockiert ist, nämlich z. B. durch das Vorhandensein eines Gegenstandes im Wasser. Wird der Rotor des Einphasen-Synchronmotors blockiert, so steigt die Stromstärke des Stromes deutlich. In einem solchen Fall steigt ebenfalls die Temperatur der Wicklung des Stators. Durch Abschalten des Synchronmotors nach Erfülltsein eines auf die Stromstärke des Stromes bezogenen Kriteriums können also die Wicklung des Stators und somit auch die Isolation der Wicklung vor zu hohen Temperaturen geschützt werden.
Der Einphasen-Synchronmotor wird nach Erfülltsein des vorbestimmten Kriteriums abgeschaltet bzw. von der Versorgungswechselspannung entkoppelt. Das vorbestimmte Kriterium kann beinhalten, dass der Wert des ermittelten Parameters innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs liegt.
Ist der ermittelte Parameter eine Phasenverschiebung zwischen der angelegten Versorgungswechselspannung und dem in der Wicklung des Stators induzierten Strom, so kann das vorbestimmte Kriterium umfassen, dass diese Phasenverschiebung einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, d. h. in einem Wertebereich zwischen dem vorbestimmten Schwellwert und unendlich liegt. Da die Phasenverschiebung mit dem vom Synchronmotor bereitgestellten Drehmoment korreliert ist, kann abhängig von der Phasenverschiebung auf die Leistung aufnehmende Last rückgeschlossen werden. Ist im Fall des Antreibens einer Pumpe kein oder sehr wenig Wasser zum Abpumpen im Hausgerät befindlich, so kann der Einphasen-Synchronmotor abgeschaltet werden. Dies kann z. B. in einem nachfolgend beschriebenen Ablauf umgesetzt werden: Der Einphasen-Synchronmotor wird gemäß einer Vorgabe – z. B. in einem Schleuderbetrieb in einer Waschmaschine, wobei die Pumpe eine Laugenpumpe ist – mit der Versorgungswechselspannung gekoppelt, und die Pumpe wird in Betrieb genommen. Das in der Waschmaschine befindliche Wasser wird mithilfe der Pumpe abgepumpt. Während des Betriebs der Pumpe wird die Phasenverschiebung zwischen der angelegten Versorgungswechselspannung und dem in der Wicklung induzierten Strom gemessen. Die Phasenverschiebung hängt unmittelbar von dem vom Synchronmotor bereitgestellten Drehmoment bzw. von der Last ab. Während des Abpumpens des Wassers wird das Drehmoment geringer, und die Phasenverschiebung zwischen der Versorgungswechselspannung und dem Strom wird größer. Überschreitet die Phasenverschiebung einen vorbestimmten Schwellwert, so ist dies ein Indiz dafür, dass kein Wasser mehr zum Abpumpen vorhanden ist. Also ist das vorbestimmte Kriterium erfüllt, wenn die Phasenverschiebung den vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Dann wird der Einphasen-Synchronmotor abgeschaltet. Durch eine solche Vorgehensweise wird verhindert, dass die Pumpe Lärm emittiert.
Ist der ermittelte Parameter eine Wirkleistung des Einphasen-Synchronmotors, so kann das vorbestimmte Kriterium beinhalten, dass diese Wirkleistung einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, d. h. in einem Wertebereich zwischen Null und dem vorbestimmten Schwellwert liegt. Da die Wirkleistung mit dem Drehmoment zusammenhängt, kann ebenfalls abhängig von der Wirkleistung auf die Menge des Wassers rückgeschlossen werden. Ist kein oder sehr wenig Wasser zum Abpumpen im Hausgerät vorhanden, so kann der Einphasen-Synchronmotor abgeschaltet werden.
Ist der ermittelte Parameter die Stromstärke des in der Wicklung induzierten Stromes, so kann das vorbestimmte Kriterium beinhalten, dass diese Stromstärke einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, d. h. in einem Wertebereich zwischen dem Schwellwert und unendlich liegt. Wird der Rotor des Einphasen-Synchronmotors blockiert, so steigt die Stromstärke des Stromes an. Bei dieser Ausführungsform wird also der Einphasen-Synchronmotor dann abgeschaltet, wenn sein Rotor blockiert wird. Auf diesem Wege können die Wicklung des Stators sowie die Isolierung derselben geschützt werden.
Es kann ein den Parameter wiedergebendes Signal durch einen Schaltkreis erzeugt und an eine Steuereinheit abgegeben werden. Ein solches Signal kann ein digitales Signal sein, welches wenigstens zwei logische Zustände einnehmen kann. Der Schaltkreis kann zumindest einen Komparator und/oder zumindest ein Gatter aufweisen. Insbesondere ist der Schaltkreis ein Logikschaltkreis, welcher das Signal in Abhängigkeit von wenigstens einer analogen Größe bereitstellt, nämlich insbesondere abhängig von der Versorgungswechselspannung und/oder von dem in der Wicklung induzierten Strom. Dann kann der Schaltkreis beispielsweise einen ersten Komparator umfassen, der dazu ausgelegt ist, eine logische ”Eins” dann abzugeben, wenn die Stromstärke des in der Wicklung induzierten Stromes innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt. Es kann auch ein zweiter Komparator bereitgestellt werden, welcher eine logische ”Eins” dann ausgibt, wenn die Amplitude der Versorgungswechselspannung innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt. Die durch den ersten und den zweiten Komparator bereitgestellten Signale können dann miteinander kombiniert werden, nämlich z. B. mithilfe einer Gatter-Anordnung. Eine solche Gatter-Anordnung kann dann das Signal ausgeben, welches den mit dem Drehmoment des Synchronmotors korrelierten Parameter wiedergibt. Also kann mithilfe des Schaltkreises ohne viel Aufwand ein Signal bereitgestellt werden, welches im Hinblick auf das Drehmoment des Synchronmotors bzw. die Last sowie im Hinblick auf das Abschalten des Einphasen-Synchronmotors durch eine Steuereinheit ausgewertet werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass das digitale Signal einen ersten logischen Zustand (z. B. ”Eins”) dann einnimmt, wenn sowohl die Amplitude der Versorgungswechselspannung als auch die Stromstärke des induzierten Stromes positiv sind, und ansonsten einen zweiten logischen Zustand (z. B. ”Null”) einnimmt. Dann gibt ein solches Signal die Wirkleistung des Einphasen-Synchronmotors wieder; die Wirkleistung ist proportional zu der Zeitdauer, während welcher das Signal unverändert im ersten logischen Zustand verbleibt. Es kann vorgesehen sein, dass der Einphasen-Synchronmotor dann abgeschaltet wird, wenn diese Zeitdauer – also die Pulsdauer des Signals – einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, also wenn kein Wasser mehr zum Abpumpen im Hausgerät vorhanden ist oder die Menge dieses Wassers unterhalb eines bestimmten Werts liegt. Durch Auswertung der Pulsdauer eines solchen Signals kann eine Steuereinheit also überprüfen, ob das auf diese Pulsdauer bezogene vorbestimmte Kriterium erfüllt ist oder nicht, und die Steuereinheit kann nach Erfülltsein dieses Kriteriums den Einphasen-Synchronmotor abschalten.
Ergänzend oder alternativ kann ein von dem Schaltkreis erzeugtes digitales Signal seinen ersten logischen Zustand dann einnehmen, wenn die Amplitude der Versorgungswechselspannung den Wert Null passiert, und in seinen zweiten logischen Zustand wechseln, wenn die Stromstärke des induzierten Stromes den Wert Null passiert. Auf diese Art und Weise kann ein digitales Signal bereitgestellt werden, welches die Phasenverschiebung zwischen der Versorgungswechselspannung und dem Strom wiedergibt. Die Zeitdauer, während welcher dieses Signal unverändert in dem ersten logischen Zustand verbleibt, stellt nämlich ein direktes Maß für die Phasenverschiebung zwischen der Versorgungswechselspannung und dem Strom dar. Also kann der Einphasen-Synchronmotor dann abgeschaltet werden, wenn diese Zeitdauer bzw. die Phasenverschiebung einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, d. h. wenn das Drehmoment aufgrund der geringen Menge von Wasser einen bestimmten Wert unterschreitet.
Also kann ein Zeitintervall, während dessen das Signal unverändert in dem ersten oder dem zweiten Zustand verbleibt, als ein Maß für den Parameter ermittelt werden. Dass vorbestimmte Kriterium beinhaltet dann, dass die Zeitdauer dieses Zeitintervalls oder eine daraus berechnete Größe innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt. Zum Beispiel kann ein gleitendes Mittel aus jeweiligen Zeitdauern einer vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen berechnet werden, in denen jeweils das Signal unverändert im ersten oder im zweiten Zustand verbleibt. Das vorbestimmte Kriterium umfasst dann, dass der jeweils aktuelle arithmetische Mittelwert des gleitenden Mittels innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt. Durch die Bildung eines gleitenden Mittels werden die in der Reihe von Zeitdauern der Zeitintervalle vorhandenen Variationen verringert, und die Genauigkeit der Auswertung des Signals kann erhöht werden. Dies kann z. B. so aussehen: Der Einphasen-Synchronmotor und somit die Pumpe werden in Betrieb genommen. Der Schaltkreis stellt ein digitales Signal bereit, welches eine logische ”Eins” dann einnimmt, wenn sowohl die Amplitude der Versorgungswechselspannung als auch die Stromstärke des Stromes positiv sind. Ansonsten gibt der Schaltkreis eine logische ”Null” aus. Die jeweilige Pulsdauer des Signals stellt ein Maß für die Wirkleistung des Einphasen-Synchronmotors dar. Es wird ein gleitendes Mittel der Pulsdauer über z. B. 32 Perioden berechnet. Das gleitende Mittel umfasst also eine Reihe von Mittelwerten, die jeweils aus 32 Pulsdauern des Signals berechnet werden. Die jeweiligen arithmetischen Mittelwerte des gleitenden Mittels werden durch eine Steuereinheit ausgewertet. Liegt der jeweils aktuelle arithmetische Mittelwert des gleitenden Mittels innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs, so schaltet die Steuereinheit die Pumpe ab.
Der vorgegebene Wertebereich kann abhängig von einem ersten arithmetischen Mittelwert des gleitenden Mittels definiert werden. Insbesondere wird ein Grenzwert des vorgegebenen Wertebereichs abhängig von dem ersten arithmetischen Mittelwert des gleitenden Mittels eingestellt. Zum Beispiel kann der erste arithmetische Mittelwert des gleitenden Mittels erfasst und als ursprünglicher Bezugswert abgespeichert werden. Die folgenden Mittelwerte können dann zu dem ersten Mittelwert in Beziehung gesetzt werden. Es hat sich herausgestellt, dass beim Übergang in einen unbelasteten Zustand der Pumpe eine relative Abnahme des Mittelwerts um mehr als 10% bezüglich des ersten Mittelwerts vorliegt. Wird also eine Abnahme des Mittelwerts um etwa 10% in Bezug auf den ersten Mittelwert festgestellt, so kann die Pumpe abgeschaltet werden.
Es kann vorkommen, dass die Pumpe unbelastet in Betrieb genommen wird, das heißt wenn kein Wasser zum Abpumpen im Hausgerät vorhanden ist. In einem solchen Fall verändert sich der ermittelte Parameter kaum, zum Beispiel sind der ursprüngliche Mittelwert und nachfolgende Mittelwerte des gleitenden Mittels nicht deutlich unterschiedlich. In einem solchen Fall wird bevorzugt ein Zeitintervall vorbestimmt, nach dessen Ablauf der Einphasen-Synchronmotor und somit die Pumpe abgeschaltet werden. Also kann das vorbestimmte Kriterium beinhalten, dass der Wert des ermittelten Parameters für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach dem Einschalten des Einphasen-Synchronmotors konstant verbleibt.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist zum Betreiben eines Einphasen-Synchronmotors eines Hausgeräts ausgelegt. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Schaltungseingang zum Anlegen einer Versorgungswechselspannung sowie einen Schaltungsausgang zum Koppeln der Schaltungsanordnung mit einer Wicklung des Stators des Einphasen-Synchronmotors. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Schaltkreis, der an einem ersten Abgriffpol ein erstes elektrisches Potenzial abgreift, welches mit der Versorgungswechselspannung korreliert ist. An einem zweiten Abgriffpol greift der Schaltkreis ein zweites elektrisches Potenzial ab, welches mit einem in der Wicklung des Stators induzierten Strom korreliert ist. Der Schaltkreis ist dazu ausgebildet, ein Signal bereitzustellen, welches einen mit dem Drehmoment des Einphasen-Synchronmotors korrelierten Parameter wiedergibt.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht das Abschalten des Einphasen-Synchronmotors nach Erfülltsein eines auf den Parameter bezogenen vorbestimmten Kriteriums. Durch Bereitstellen eines Signals, welches den mit dem Drehmoment korrelierten Parameter wiedergibt, wird ein Abschalten einer Pumpe des Hausgeräts dann ermöglicht, wenn zum Beispiel kein Wasser im Hausgerät vorhanden ist oder auch wenn der Rotor des Einphasen-Synchronmotors blockiert wird. Dabei gelten die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile auch entsprechend für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.
Der Schaltkreis kann dazu ausgebildet sein, ein solches digitales Signal bereitzustellen, welches eine Phasenverschiebung zwischen der Versorgungswechselspannung und dem Strom wiedergibt. Ergänzend oder alternativ kann der Schaltkreis dazu ausgebildet sein, ein solches digitales Signal bereitzustellen, welches eine Wirkleistung des Einphasen-Synchronmotors oder eine mit der Wirkleistung korrelierte Größe wiedergibt. Ergänzend oder alternativ kann der Schaltkreis auch dazu ausgebildet sein, ein solches Signal bereitzustellen, welches die Stromstärke des in der Wicklung induzierten Stromes wiedergibt.
Zur Erfindung gehört auch ein Hausgerät, welches eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung oder eine bevorzugte Ausgestaltung derselben umfasst. Unter dem Hausgerät wird insbesondere ein wasserführendes Hausgerät einschließlich einer Pumpe verstanden, wie beispielsweise eine Waschmaschine, eine Geschirrspülmaschine, ein Wäschetrockner oder auch ein Waschtrockner.
Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus den Patentansprüchen, den Figuren der beigefügten Zeichnung und deren nachfolgender Beschreibung. Die vorstehend genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in welcher Zeichnung:
1 eine Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und
2 einen Verlauf einer an eine Wicklung eines Einphasen-Synchronmotors angelegten Versorgungswechselspannung, einen Verlauf eines in der Wicklung induzierten Stromes sowie beispielhafte Verläufe von Signalen, die jeweils einen mit dem Drehmoment des Einphasen-Synchronmotors korrelierten Parameter wiedergeben, veranschaulicht, wobei anhand der Verläufe ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert wird.
Eine in 1 dargestellte Schaltungsanordnung 1 betreibt einen Einphasen-Synchronmotor 2. Der Synchronmotor 2 ist ein permanenterregter Motor, das heißt sein Rotor umfasst Permanentmagnete. Der Stator des Synchronmotors 2 weist eine Wicklung 3 auf, die einen ersten Anschluss 4 sowie einen zweiten Anschluss 5 umfasst. Der Synchronmotor 2 treibt beispielsweise eine Laugenpumpe in einer Waschmaschine an.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst einen Schaltungseingang 6 einschließlich eines ersten und eines zweiten Eingangsanschlusses 7, 8, zwischen denen eine Versorgungswechselspannung U_N anliegt. Der zweite Eingangsanschluss 8 stellt ein Bezugspotenzial dar.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst außerdem einen Schaltungsausgang 9 einschließlich eines ersten sowie eines zweiten Ausgangsanschlusses 10, 11.
Der erste Ausgangsanschluss 10 ist über einen elektrischen Schalter 12 mit dem ersten Eingangsanschluss 7 koppelbar; durch Schließen des Schalters 12 kann der Synchronmotor 2 eingeschaltet und die Pumpe in Betrieb genommen werden.
Parallel zum Ausgang 9 ist ein Spannungsteiler 13 geschaltet, welcher eine Parallelschaltung eines ersten Widerstandspaares 14 und eines zweiten Widerstandspaares 15 sowie einen in Reihe dazu geschalteten Widerstand 16 aufweist. Die Ohmschen Widerstände des ersten und des zweiten Widerstandspaares 14, 15 betragen jeweils 220 kΩ, und der Ohmsche Widerstand 16 beträgt im Beispiel 1,8 kΩ. Zwischen der Parallelschaltung der beiden Widerstandspaare 14, 15 und dem Widerstand 16 ist ein erster Abgriffpol 17 ausgebildet, an welchem ein erstes elektrisches Potenzial V_sens abgegriffen werden kann.
Dem zweiten Eingangsanschluss 8 ist ein Ohmscher Widerstand 18 nachgeschaltet, dessen Widerstandswert etwa 1 Ω beträgt. Zwischen dem zweiten Eingangsanschluss 8 und diesem Widerstand 18 ist ein zweiter Abgriffpol 19 ausgebildet, an welchem ein zweites elektrisches Potenzial I_sens abgegriffen werden kann.
Das erste Potenzial V_sens stellt einen Bruchteil der Versorgungswechselspannung U_N und ist somit mit derselben korreliert. Das zweite Potenzial I_sens stellt ein Maß für die Stromstärke eines in der Wicklung 3 induzierten Stromes I.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst ferner einen Schaltkreis 20, dessen erster Anschluss 21 mit dem zweiten Abgriffpol 19 gekoppelt ist und dessen zweiter Anschluss 22 mit dem ersten Abgriffpol 17 gekoppelt ist. Der Schaltkreis 20 umfasst einen ersten sowie einen zweiten Komparator 23, 24. Die Komparatoren 23, 24 werden mit einer Betriebsspannung von beispielsweise +12 V_DC versorgt. Der positive Eingang des ersten Komparators 23 ist mit einem Referenzpol 25 gekoppelt, an welchem ein Referenzpotenzial von beispielsweise 6 V_DC anliegt. Das Referenzpotential ergibt sich aus der Betriebsspannung von +12 V_DC, die mithilfe eines Spannungsteilers einschließlich der Widerstände 26, 27 von jeweils 5,1 kΩ geteilt wird. Die Widerstände 28 stellen die jeweiligen Eingangswiderstände der beiden Komparatoren 23, 24 dar. Die Widerstandswerte dieser Eingangswiderstände 28 betragen im Beispiel jeweils 10 kΩ.
Der negative Eingang des ersten Komparators 23 ist mit dem ersten Anschluss 21 und somit mit dem zweiten Abgriffpol 19 gekoppelt. Der positive Eingang des zweiten Komparators 24 ist mit dem zweiten Anschluss 22 und somit mit dem ersten Abgriffpol 17 gekoppelt. Der negative Eingang des zweiten Komparators 24 ist mit dem Referenzpol 25 gekoppelt, an welchem das Referenzpotential von +6 V_DC abgegriffen wird.
Der Ausgang des ersten Komparators 23 ist sowohl über einen Ohmschen Widerstand 29 von 4,7 kΩ mit einem Anschluss 30 als auch mit einem ersten Eingang 31 eines ersten NAND-Gatters 32 gekoppelt. An dem Anschluss 30 liegt dabei eine Gleichspannung von beispielsweise +5 V_DC an. Ein zweiter Eingang 33 des ersten NAND-Gatters 32 ist mit dem Ausgang des zweiten Komparators 24 gekoppelt, wie auch mit einem Anschluss 34, nämlich über einen Ohmschen Widerstand 35 von 4,7 kΩ. An dem Anschluss 34 liegt ein Potenzial von beispielsweise +5 V_DC an.
Der Ausgang des ersten NAND-Gatters 32 ist an zwei Eingänge 36, 37 eines zweiten NAND-Gatters 38 geführt. Der Ausgang des zweiten NAND-Gatters 38 stellt gleichzeitig einen Ausgang des Schaltkreises 20 dar.
Ist der Strom I positiv, so ist die an dem Widerstand 18 abfallende Spannung negativ. Das zweite Potenzial I_sens ist dann kleiner als das Referenzpotenzial an dem Referenzpol 25. Der erste Komparator 23 liefert in einem solchen Fall eine logische „Eins”. Ist der Strom I negativ, so liefert der erste Komparator 23 eine logische „Null”.
Ist die an die Wicklung 3 angelegte Versorgungswechselspannung U_N positiv, so gibt der zweite Komparator 23 eine logische „Eins” aus. Ansonsten gibt der zweite Komparator 24 eine logische „Null” aus.
Der Schaltkreis 20 stellt somit ein digitales Signal S bereit, welches den logischen Zustand „Eins” dann einnimmt, wenn sowohl die Versorgungswechselspannung U_N als auch die Stromstärke des Stromes I positiv sind. Ansonsten nimmt das Signal S den logischen Zustand „Null” ein.
Das Signal S wird an eine Steuereinheit 39 abgegeben, die im Beispiel ein Mikrokontroller ist. Die Steuereinheit 39 steuert den elektrischen Schalter 12 an und kann somit den Synchronmotor 2 ein- und abschalten. Die Steuereinheit 39 wertet das digitale Signal S aus und schaltet den Synchronmotor 2 und somit die Pumpe abhängig von dieser Auswertung ab.
2 zeigt einen Verlauf der Versorgungswechselspannung U_N, die an die Wicklung 3 angelegt wird, sowie einen Verlauf des Stromes I, welcher über die Wicklung 3 fließt. Wie aus 2 hervorgeht, ist der Strom I phasenverschoben bezüglich der Versorgungswechselspannung U_N. Ein erstes digitales Signal S₁ beträgt „Eins”, wenn sowohl die Amplitude der Versorgungswechselspannung U_N als auch die Stromstärke des Stromes I positiv sind. Dieses Signal S₁ stellt also das digitale Signal S, welches von dem Schaltkreis 20 gemäß 1 bereitgestellt wird. Ein zweites digitales Signal S₂ beträgt „Eins”, wenn die Versorgungswechselspannung U_N den Wert null passiert. Das zweite Signal S₂ beträgt ”Null”, wenn der Strom I den Wert null passiert. Ein solches digitales Signal S₂ kann gleichfalls ohne viel Aufwand durch einen Schaltkreis bereitgestellt werden. Dies bedarf keiner wesentlichen Änderungen in dem in 1 dargestellten Schaltkreis 20.
Das erste Signal S₁ gibt eine Wirkleistung des Synchronmotors 2 wieder. Die Pulsdauer der Impulse des ersten Signals S₁ ist dabei mit der Wirkleistung korreliert. Es gilt die Beziehung, dass je größer die Wirkleistung ist, umso länger die Pulsdauer der Impulse ist. Das zweite Signal S₂ gibt eine Phasenverzögerung beziehungsweise Phasenverschiebung zwischen der Versorgungswechselspannung U_N und dem Strom I wieder. Die Pulsdauer der Impulse des Signals S₂ hängen dabei unmittelbar von der Phasenverschiebung ab. Es gilt die Beziehung, dass je kleiner die Phasenverschiebung ist, umso geringer die Pulsdauer ist.
Nachfolgend wird ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bezugnehmend auf die Verläufe gemäß 2 näher erläutert.
Die Steuereinheit 39 schließt den elektrischen Schalter 12 gemäß einer Vorgabe bzw. nachdem sie einen Steuerbefehl empfangen hat. Hierdurch nimmt die Steuereinheit 39 den Synchronmotor 2 und somit die Pumpe in Betrieb. Die Steuereinheit 39 empfängt das Signal S (Signal S₁ gemäß 2). Die Steuereinheit 39 berechnet ein gleitendes Mittel aus einer vorbestimmten Anzahl der Pulsdauer der Impulse des Signals S. Zum Beispiel berechnet die Steuereinheit 39 das gleitende Mittel aus jeweils 32 Pulsdauern der Impulse des Signals S. Der erste Mittelwert des gleitenden Mittels wird als ein Referenzwert abgespeichert. Die folgenden Mittelwerte werden zu diesem Referenzwert in Beziehung gesetzt. Es wird durch die Steuereinheit 39 überprüft, ob ein auf den Mittelwert bezogenes vorbestimmtes Kriterium erfüllt ist oder nicht. Das vorbestimmte Kriterium beinhaltet im Beispiel, dass der Mittelwert 10% geringer als der abgespeicherte Referenzwert ist. Ist dies der Fall, so schaltet die Starteinheit 39 den Synchronmotor 2 ab, indem sie den elektrischen Schalter 12 öffnet.
Wie bereits ausgeführt, gibt das Signal S die Wirkleistung des Synchronmotors 2 wieder. Diese Wirkleistung ist mit dem Drehmoment des Synchronmotors 2 korreliert. Steigt die Wirkleistung, so fällt das Drehmoment ab. Die Steuereinheit 39 schaltet also den Synchronmotor 2 dann ab, wenn die Menge des Wassers, das durch die Pumpe abgepumpt werden soll, einen bestimmten Wert unterschreitet. Auf diese Art und Weise wird verhindert, dass die Waschmaschine Lärm erzeugt. Es hat sich herausgestellt, dass die Pulsdauer eines Impulses des Signals S₁ bei einem belasteten Synchronmotor 2 etwa 6,7 ms beträgt. Diese Pulsdauer beträgt bei einem unbelasteten Synchronmotor 2 (kein Wasser) etwa 5,7 ms. Es kann somit eindeutig festgestellt werden, ob und wann die Pumpe abgeschaltet werden soll.
Selbiges Verfahren kann gleichfalls auf das zweite Signal S₂ angewandt werden. Hier gilt die Beziehung, dass je kleiner das Drehmoment ist, umso größer die Phasenverschiebung und somit die Pulsdauer der Impulse ist. Es wird somit in diesem Falle überwacht, ob die einzelnen Pulsdauer und auch die Mittelwerte eines gleitenden Mittels einen vorbestimmten Wert überschreiten.
Insgesamt wird eine Schaltungsanordnung 1 sowie ein Verfahren bereitgestellt, mit welcher und welchem ein Abschalten einer Pumpe in einem Hausgerät ermöglicht wird, nämlich dann, wenn kein Wasser mehr zum Abpumpen vorhanden ist oder der Rotor des Synchronmotors 2 blockiert ist. Dabei wird ein Signal S₁, S₂ bereitgestellt, welches einen mit einem Drehmoment des Synchronmotors 2 korrelierten Parameter wiedergibt. Der Parameter kann dabei eine Wirkleistung und/oder eine Phasenverschiebung zwischen U_N und I und/oder die Stromstärke des Stromes I sein. Das Signal S₁, S₂ wird mithilfe einer Steuereinheit 39 (z. B. ein Mikroprozessor) ausgewertet. Die Steuereinheit 39 überwacht, ob ein auf den Parameter bezogenes vorbestimmtes Kriterium erfüllt ist oder nicht. Nach Erfülltsein dieses Kriteriums schaltet die Steuereinheit 39 den Synchronmotor 2 ab.
Bezugszeichenliste

1: Schaltungsanordnung
2: Einphasen-Synchronmotor
3: Wicklung
4, 5: Anschlüsse
6: Schaltungseingang
7,8: Eingangsanschlüsse
9: Schaltungsausgang
10, 11: Ausgangsanschlüsse
12: Schalter
13: Spannungsteiler
14, 15: Widerstandspaare
16: Widerstand
17: erster Abgriffpol
18: Widerstand
19: zweiter Abgriffpol
20: Schaltkreis
21, 22: Anschlüsse
23, 24: Komparatoren
25: Referenzpol
26, 27: Widerstände
28: Eingangswiderstände
29: Widerstand
30: Anschluss
31: Eingang
32: NAND-Gatter
33: Eingang
34: Anschluss
35: Widerstand
36, 37: Eingänge
38: NAND-Gatter
39: Steuereinheit
U_N: Versorgungswechselspannung
V_sens: erstes Potenzial
I_sens: zweites Potential
I: Strom
S, S₁, S₂: Signale

Claims

Verfahren zum Abschalten eines Einphasen-Synchronmotors (2) eines Hausgeräts, dessen Stator eine Wicklung (3) aufweist, mit den Schritten: – Anlegen einer Versorgungswechselspannung (UN) an die Wicklung (3) des Stators und hierdurch Nehmen des Einphasen-Synchronmotors (2) in Betrieb, – Ermitteln eines mit einem Drehmoment des Einphasen-Synchronmotors (2) korrelierten Parameters, – Abschalten des Einphasen-Synchronmotors (2) dann, wenn ein auf den Parameter bezogenes vorbestimmtes Kriterium erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Parameter aus der angelegten Versorgungswechselspannung (UN) und/oder aus einem in der Wicklung (3) des Stators induzierten Strom (I) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei welchem als Parameter eine Phasenverschiebung zwischen der angelegten Versorgungswechselspannung (UN) und dem in der Wicklung (3) des Stators induzierten Stromes (I) und/oder eine Wirkleistung des Einphasen-Synchronmotors (2) oder eine mit der Wirkleistung korrelierte Größe und/oder eine Stromstärke des Stromes (I) ermittelt wird/werden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei welchem das vorbestimmte Kriterium umfasst, dass der Wert des ermittelten Parameters innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs liegt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei welchem zumindest ein den Parameter wiedergebendes, insbesondere digitales, Signal (S, S₁, S₂) durch einen Schaltkreis (20) erzeugt und an eine Steuereinheit (39) abgegeben wird, wobei bevorzugt der Schaltkreis (20) zumindest einen Komparator (23, 24) und/oder zumindest einen Gatter (32, 38) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem ein digitales Signal (S, S₁) einen ersten logischen Zustand einnimmt, wenn sowohl die Amplitude der Versorgungswechselspannung (U_N) als auch die Stromstärke des induzierten Stromes (I) positiv sind, und ansonsten einen zweiten logischen Zustand einnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, bei welchem ein digitales Signal (S₂) einen ersten logischen Zustand einnimmt, wenn die Amplitude der Versorgungswechselspannung (U_N) den Wert Null passiert, und in einen zweiten logischen Zustand wechselt, wenn die Stromstärke des induzierten Stromes (I) den Wert Null passiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei welchem ein Zeitintervall, während dessen das Signal (S, S₁, S₂) unverändert in seinem ersten oder seinem zweiten Zustand verbleibt, als ein Maß für den Parameter ermittelt wird und das vorbestimmte Kriterium umfasst, dass die Zeitdauer dieses Zeitintervall oder eine daraus berechnete Größe innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem ein gleitender Mittelwert aus jeweiligen Zeitdauern einer vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen, in denen jeweils das Signal (S, S₁, S₂) unverändert im ersten oder im zweiten Zustand verbleibt, berechnet wird und das vorbestimmte Kriterium umfasst, dass der jeweils aktuelle arithmetische Mittelwert des gleitenden Mittels innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem ein Grenzwert des vorgegebenen Wertebereichs abhängig von einem ersten arithmetischen Mittelwert des gleitenden Mittels eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei welchem das vorbestimmte Kriterium umfasst, dass der Wert des ermittelten Parameters für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach dem Einschalten des Einphasen-Synchronmotors (2) konstant verbleibt.
Schaltungsanordnung (1) zum Betreiben eines Einphasen-Synchronmotors (2) eines Hausgeräts, mit – einem Schaltungseingang (6) zum Anlegen einer Versorgungswechselspannung (UN), – einem Schaltungsausgang (9) zum Koppeln der Schaltungsanordnung (1) mit einer Wicklung (3) des Einphasen-Synchronmotors (2), und – einem Schaltkreis (20), der an einem ersten Abgriffpol (17) ein erstes elektrisches Potential (V_sens) abgreift, welches mit der Versorgungswechselspannung (U_N) korreliert ist, und an einem zweiten Abgriffpol (19) ein zweites elektrisches Potential (I_sens) abgreift, welches mit einem über den Schaltungsausgang (9) fließenden Strom (I) korreliert ist, – wobei der Schaltkreis (20) dazu ausgebildet ist, ein Signal (S, S₁, S₂) bereitzustellen, welches einen mit dem Drehmoment des Einphasen-Synchronmotors (2) korrelierten Parameter wiedergibt.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 12, bei welcher der Schaltkreis (20) dazu ausgebildet ist: – ein solches digitales Signal (S₂) bereitzustellen, welches eine Phasenverschiebung zwischen der Versorgungswechselspannung (U_N) und dem Strom (I) wiedergibt und/oder – ein solches digitales Signal (S₁) bereitzustellen, welches eine Wirkleistung des Einphasen-Synchronmotors (2) oder eine mit der Wirkleistung korrelierte Größe wiedergibt und/oder – ein solches Signal bereitzustellen, welches die Stromstärke des in der Wicklung induzierten Stromes (I) wiedergibt.
Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 12 und 13, bei welcher der Schaltkreis (20) zumindest einen Komparator (23, 24) und/oder zumindest ein Gatter (32, 38) umfasst.
Hausgerät mit einem Einphasen-Synchronmotor (2) und einer Schaltungsanordnung (1) zum Betreiben des Einphasen-Synchronmotors (2), welche Schaltungsanordnung (1) aufweist: – einen Schaltungseingang (6) zum Anlegen einer Versorgungswechselspannung (UN), – einen Schaltungsausgang (9) zum Koppeln der Schaltungsanordnung (1) mit einer Wicklung (3) des Einphasen-Synchronmotors (2), und – einen Schaltkreis (20), der an einem ersten Abgriffpol (17) ein erstes elektrisches Potential (V_sens) abgreift, welches mit der Versorgungswechselspannung (U_N) korreliert ist, und an einem zweiten Abgriffpol (19) ein zweites elektrisches Potential (I_sens) abgreift, welches mit einem über den Schaltungsausgang (9) fließenden Strom (I) korreliert ist, wobei der Schaltkreis (20) dazu ausgebildet ist, ein Signal (S, S₁, S₂) bereitzustellen, welches einen mit dem Drehmoment des Einphasen-Synchronmotors (2) korrelierten Parameter wiedergibt.