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Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät zur Pflege von Wäschestücken, nämlich insbesondere eine Waschmaschine. Das Haushaltsgerät umfasst eine Wäschetrommel zur Aufnahme der Wäschestücke. Es umfasst außerdem einen Laugenbehälter, in welchem die Wäschetrommel drehbar gelagert ist. Die Wäschetrommel wird durch einen Antriebsmotor angetrieben, welcher eine Statorwicklung sowie Permanentmagnete aufweist.
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Antriebsmotoren zum Antreiben einer Wäschetrommel einer Waschmaschine sind bereits aus dem Stand der Technik in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Es sind beispielsweise bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) bzw. permanenterregte Synchronmotoren bekannt. Außerdem sind auch Asynchronmotoren bekannt. Im Stand der Technik werden darüber hinaus so genannte Universalmotoren eingesetzt. Im Allgemeinen weist der Antriebsmotor einen Stator, wie auch einen Rotor, auf. Üblicherweise ist ein Gehäuse des Stators an dem Laugenbehälter der Waschmaschine oder aber an einem Gehäuse des Haushaltsgerätes gehalten, während der Rotor über eine Welle mit der Wäschetrommel verbunden ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Motorkonzept zum Antreiben einer Wäschetrommel eines Haushaltsgeräts zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Haushaltsgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
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Ein erfindungsgemäßes Haushaltsgerät dient zur Pflege von Wäschestücken. Es umfasst eine Wäschetrommel, in welche die Wäschestücke aufgenommen werden können. Die Wäschetrommel ist in einem Laugenbehälter drehbar gelagert, nämlich insbesondere um eine horizontale Drehachse. Es ist außerdem ein Antriebsmotor bereitgestellt, welcher zum Antreiben der Wäschetrommel dient und eine Statorwicklung sowie Permanentmagnete aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete an der Wäschetrommel und die Statorwicklung an dem Laugenbehälter angeordnet sind.
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Also ist erfindungsgemäß ein Rotor des Antriebsmotors durch die Wäschetrommel selbst gebildet, während ein Stator des Antriebsmotors durch den Laugenbehälter gebildet ist. Die Permanentmagnete können direkt an der Wäschetrommel angebracht sein, und die Statorwicklung kann ebenfalls unmittelbar bzw. direkt am Laugenbehälter angebracht sein. Die Erfindung hat mehrere Vorteile: Der Antriebsmotor kann als eine Wärmequelle zum Aufheizen von Wasser im Laugenbehälter genutzt werden. Die aufgrund von elektrischen Verlusten entstehende Wärme kann nämlich in den Laugenbehälter an das dort befindliche Wasser abgeführt werden. Dies ist bei einer erfindungsgemäßen Anordnung der Permanentmagnete an der Wäschetrommel sowie der Statorwicklung am Laugenbehälter ohne viel Aufwand möglich. Auf diese Weise kann elektrische Energie gespart werden, denn es muss weniger Wärme durch separate Heizeinrichtungen erzeugt werden bzw. das Wasser kann schneller aufgeheizt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei einem solchen Motorkonzept kein zusätzliches Getriebe, insbesondere kein Riemen, zum Antreiben der Wäschetrommel eingesetzt werden muss. Es handelt sich bei dem Antriebsmotor nämlich um einen Direktantrieb. Es erübrigt sich also der Einsatz eines Getriebes mit den damit verbundenen Nachteilen hinsichtlich der zusätzlichen Kosten und des Bauraums. Weil der Rotor durch die Wäschetrommel und der Stator durch den Laugenbehälter gebildet sind, kommt der Antriebsmotor auch ohne ein zusätzliches Lager für den Rotor, wie auch ohne ein zusätzliches Gehäuse aus. Das Haushaltsgerät kommt dabei mit lediglich einem einzigen Lager aus, nämlich für die Wäschetrommel. Es entfallen außerdem etwaige Befestigungsteile, die im Stand der Technik zum Befestigen des Antriebsmotors am Laugenbehälter bzw. am Gehäuse des Haushaltsgeräts eingesetzt werden müssen. Es wird auch die Montage des Antriebsmotors vereinfacht: Gleichzeitig mit der Wäschetrommel und dem Laugenbehälter wird auch der Antriebsmotor montiert; es muss kein weiterer Motor bzw. ein separates Bauteil in das Haushaltsgerät eingesetzt werden. Nicht zuletzt kann das Haushaltsgerät – bei einer vorgegebenen Größe der Wäschetrommel – insgesamt kleiner als im Stand der Technik aufgebaut werden; es entfällt nämlich eine separate Motoreinheit. Es kann also der wertvolle Bauraum gespart werden. Sind die Permanentmagnete an einem Außenumfang der Wäschetrommel und die Statorwicklung am Außenumfang des Laugenbehälters angebracht, so ergibt sich außerdem ein entsprechend großer Durchmesser des Rotors (Durchmesser der Wäschetrommel). Es muss somit insgesamt ein geringeres Drehmoment zum Antreiben der Wäschetrommel als bei einem kleineren Durchmesser des Rotors erzeugt werden. Da das Drehmoment proportional zur elektrischen Leistung des Motors ist, kann somit auch elektrische Energie gespart werden. In diesem Falle kann die Wäschetrommel auch schneller abgebremst werden, nämlich beispielsweise durch Kurzschließen der Statorwicklung. Bei dem erfindungsgemäßen Haushaltsgerät lässt sich der Antriebsmotor auch sinnvoll als Schrittmotor betreiben. Dies ist insbesondere für niedrige Drehzahlbereiche besonders vorteilhaft, nämlich in einem Waschbetrieb. Ein solcher Antriebsmotor kann auch sinnvoll als Segmentmotor betrieben werden. Prinzipiell ist durch eine solche Ausgestaltung des Antriebsmotors eine beliebige Art der Ansteuerung des Antriebsmotors möglich: Der Antriebsmotor kann wahlweise als Schrittmotor oder als Segmentmotor oder als Synchronmotor, insbesondere als permanenterregter Synchronmotor bzw. als bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC), betrieben werden. Die Statorwicklung kann nämlich mehrere – zumindest zwei, insbesondere zumindest drei – Phasenstränge aufweisen, die jeweils separat mit elektrischer Wechselspannung beaufschlagt werden können. Durch eine unsymmetrische Verteilung des magnetischen Feldes, also durch entsprechendes Bestromen der Phasenstränge der Statorwicklung, kann auch eine Unwucht der Wäschetrommel ausgeglichen werden.
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Bevorzugt ist das Haushaltsgerät eine Waschmaschine.
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Die Permanentmagnete sind vorzugsweise an einem Umfang der Wäschetrommel – insbesondere ihrem Außenumfang – in Umfangsrichtung verteilt angebracht. Die Permanentmagnete können an dem Umfang der Wäschetrommel äquidistant angeordnet sein. Dies bedeutet, dass jeweils zwei benachbarte Permanentmagnete gleich weit voneinander entfernt sein können. Durch eine derartige Anordnung der Permanentmagnete am Umfang der Wäschetrommel ist der Radius des Rotors (entspricht dem Radius der Wäschetrommel) entsprechend groß. Auf diesem Wege gelingt es, den Drehmomentbedarf und somit die erforderliche Leistung des Antriebsmotors auf ein Minimum zu reduzieren. Es kann somit elektrische Energie gespart werden. Diese Ausführungsform hat auch den Vorteil, dass die Wäschetrommel rasch abgebremst werden kann, nämlich beispielsweise durch Kurzschließen der Statorwicklung.
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Auch die Statorwicklung ist bevorzugt an einem Umfang des Laugenbehälters angebracht, nämlich an seinem Außenumfang. Die Statorwicklung kann eine Vielzahl von Induktionsspulen aufweisen, die an dem Umfang des Laugenbehälters – insbesondere äquidistant – verteilt angeordnet sind. Die Induktionsspulen können in mehrere – zumindest zwei, insbesondere zumindest drei – Gruppen von Induktionsspulen unterteilt sein und somit mehrere Phasenstränge der Statorwicklung bilden. Die Induktionsspulen einer Gruppe sind dann miteinander elektrisch verbunden und werden gemeinsam mit Strom durchflossen. Die Anordnung der Statorwicklung am Umfang des Laugenbehälters hat die gleichen Vorteile wie die Anordnung der Permanentmagnete am Umfang der Wäschetrommel: Der Radius des Rotors ist entsprechend groß, und es kann elektrische Energie gespart werden.
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In einer Ausführungsform sind die Permanentmagnete und die Statorwicklung bezüglich einer Drehachse der Wäschetrommel in axialer Richtung auf derselben Höhe angeordnet. Dies bedeutet, dass die Permanentmagnete und die Statorwicklung bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene liegen, die senkrecht zur Drehachse der Wäschetrommel verläuft. Dann ist der Wirkungsgrad des Antriebsmotors maximal.
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Bevorzugt weist der Laugenbehälter eine Vielzahl von Zähnen auf, welche von einem Grundkörper des Laugenbehälters in radialer Richtung nach außen abstehen. Dann kann die Statorwicklung – nämlich die einzelnen Induktionsspulen der Statorwicklung – auf die Zähne gewickelt sein. Die Zähne können aus Eisen ausgebildet sein. Sie können durch Blechpakete gebildet sein. Durch den Einsatz von Zähnen am Laugenbehälter kann die Statorwicklung so angeordnet werden, dass das durch die Statorwicklung erzeugte magnetische Feld an die Permanentmagnete ausgerichtet wird, sodass der Wirkungsgrad des Antriebmotors insgesamt hoch ist.
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Wie bereits ausgeführt, kann der Antriebsmotor wahlweise als Segmentmotor oder als Schrittmotor oder als Synchronmotor betrieben werden. Im Hinblick auf einen Segmentmotor können die Induktionsspulen der Statorwicklung nur an einem Teilumfang des Laugenbehälters angeordnet sein oder aber was bevorzugt ist – die Induktionsspulen können am gesamten Umfang verteilt angeordnet sein und entsprechend derart bestromt werden, dass der Antriebsmotor als Segmentmotor betrieben wird.
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Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn das Haushaltsgerät eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Antriebsmotors aufweist, welche den Antriebsmotor wahlweise als Schrittmotor oder als Synchronmotor betreiben kann. Eine solche Steuereinrichtung kann neben einem Mikrocontroller auch einen Inverter bzw. Wechselrichter umfassen, welcher aus einer Zwischenkreisgleichspannung – diese kann an einem Zwischenkreiskondensator bereitgestellt werden – Wechselspannungen für alle Phasenstränge der Statorwicklung bereitstellen kann. Der Antriebsmotor kann beispielsweise bis zu einem vorgegebenen Drehzahlwert der Wäschetrommel als Schrittmotor und ab dem vorgegebenen Drehzahlwert als Synchronmotor – ohne Schlupf – betrieben werden. Zum Beispiel kann der vorgegebene Drehzahlwert in einem Wertebereich von 50 Umdrehungen pro Minute bis 300 Umdrehungen pro Minute liegen. Der Antriebsmotor kann also in einem Waschbetrieb des Haushaltsgeräts als Schrittmotor betrieben werden. Ein Schrittmotorbetrieb hat dabei den Vorteil, dass bessere Waschwirkung erzielt werden kann, und dass die Wäschetrommel eine beliebige (bekannte) Endstellung einnehmen kann. Erst im Schleuderbetrieb des Haushaltsgeräts kann der Antriebsmotor als Synchronmotor betrieben werden, um einen gleichmäßigen Lauf der Wäschetrommel ohne Unwucht zu ermöglichen.
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Am Laugenbehälter kann auch zumindest ein – insbesondere zumindest zwei – ferromagnetisches Element gehalten werden, welches zum Ermitteln einer aktuellen Winkelstellung der Wäschetrommel dient. Ein solches Element kann beispielsweise in Form eines Stifts bzw. Stabes bereitgestellt sein. Es kann aus Eisen ausgebildet sein. Das Element kann am Laugenbehälter derart angeordnet sein, dass ein durch die Permanentmagnete erzeugtes magnetisches Feld auch in dem ferromagnetischen Element induziert wird. Dieses magnetische Feld kann dann am ferromagnetischen Element abgegriffen werden, und die aktuelle Winkellage kann in Abhängigkeit von dem abgegriffenen Magnetfeld bestimmt werden. Das Abgreifen des magnetischen Feldes am ferromagnetischen Element kann beispielsweise mithilfe eines Hall-Sensors erfolgen. Ergänzend oder alternativ kann auf das ferromagnetische Element eine elektrische Wicklung gewickelt werden, und die Winkellage kann in Abhängigkeit von einer an der elektrischen Wicklung gemessenen Spannung bestimmt werden. Ist das ferromagnetische Element in Form eines Stifts bereitgestellt, so kann dieser Stift parallel zur Drehachse der Wäschetrommel angeordnet sein, bevorzugt zwischen zwei benachbarten Induktionspulen der Statorwicklung.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung 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 aber in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung eine Schnittansicht durch ein Haushaltsgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
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2 in schematischer Darstellung eine Schnittansicht durch eine Wäschetrommel und einen Laugenbehälter entlang in 1 dargestellten Schnittlinie II-II.
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Ein in 1 dargestelltes Haushaltsgerät 1 ist im Ausführungsbeispiel eine Waschmaschine. Es umfasst ein Gehäuse 2 mit einer Öffnung 3. Über die Öffnung 3 können Wäschestücke in eine Wäschetrommel 4 eingebracht werden. Die Wäschetrommel 4 ist in einem Laugenbehälter 5 drehbar gelagert, nämlich über ein Drehlager 6. Die Wäschetrommel 4 kann um eine horizontale Drehachse 7 gedreht werden. Die Waschmaschine 1 umfasst außerdem einen Antriebsmotor 8, welcher zum Antreiben der Wäschetrommel 4 dient. Der Antriebsmotor 8 beinhaltet eine Statorwicklung 9, wie auch Permanentmagnete 10. Ein Stator des Antriebsmotors 8 ist durch den Laugenbehälter 5 gebildet, während sein Rotor durch die Wäschetrommel 4 gebildet ist. Und zwar sind die Permanentmagnete 10 direkt an der Wäschetrommel 4 angebracht, nämlich in Eisen eingebettet. Die Statorwicklung 9 ist am Laugenbehälter 5 angebracht.
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2 zeigt einen Schnitt durch den Laugenbehälter 5 und die Wäschetrommel 4 entlang einer in 1 dargestellten Schnittlinie II-II. Bezugnehmend auf 2 sind die Permanentmagnete 10 an einem Außenumfang 11 der Wäschetrommel 4 verteilt angebracht, nämlich in Umfangsrichtung. Die Permanentmagnete 10 sind am Außenumfang 11 äquidistant verteilt angeordnet. Die Permanentmagnete 10 zeigen in radialer Richtung nach außen. Sie können abwechselnd gepolt sein; das heißt, zwischen zwei S-Magneten kann jeweils ein N-Magnet angeordnet sein.
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Die Statorwicklung 9 umfasst eine Vielzahl von Induktionsspulen 12, die an einem Außenumfang 13 des Laugenbehälters 5 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, nämlich äquidistant. Die Induktionsspulen 12 sind in zumindest zwei – insbesondere drei – Phasenstränge unterteilt. Die Induktionsspulen 12 innerhalb eines jeden Phasenstrangs sind miteinander elektrisch verbunden und werden somit gemeinsam bestromt.
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Die Induktionsspulen 12 sind auf Zähne 14 gewickelt, welche von einem Grundkörper 15 des Laugenbehälters 5 in radialer Richtung nach außen abstehen. Die Zähne 14 können aus Blechpaketen aus Eisen ausgebildet sein.
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Mit erneutem Bezug auf 1 beinhaltet das Haushaltsgerät 1 auch eine Steuereinrichtung 16, welche zur Ansteuerung des Antriebsmotors 8 dient. Die Steuereinrichtung 16 kann die einzelnen Phasenstränge der Statorwicklung 9 bestromen. Und zwar kann die Steuereinrichtung 16 für jeden Phasenstrang der Statorwicklung 9 eine elektrische Wechselspannung bereitstellen. Die Steuereinrichtung 16 kann den Antriebsmotor 8 wahlweise als Schrittmotor oder als Segmentmotor oder aber als Synchronmotor betreiben. Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung 16 den Antriebsmotor 8 wahlweise als Schrittmotor oder aber als Synchronmotor betreibt. Und zwar kann der Antriebsmotor 8 bis zu einem bestimmten Drehzahlwert der Wäschetrommel 4 als Schrittmotor und dann als Synchronmotor betrieben werden. Der Antriebsmotor 8 kann also in einem Waschbetrieb der Waschmaschine 1 als Schrittmotor und in einem Schleuderbetrieb als Synchronmotor betrieben werden.
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Es können am Laugenbehälter 5 auch zumindest zwei aus einem ferromagnetischen Material – insbesondere aus Eisen – ausgebildete und in den Figuren nicht dargestellte Stifte gehalten werden. Diese Stifte können am Laugenbehälter 5 parallel zur Drehachse 7 angebracht sein; sie können beispielsweise in eine Wand des Laugenbehälters 5 integriert sein. Auch die Stifte können in der gemeinsamen Ebene der Permanentmagnete 10 und der Statorwicklung 9 liegen. Die Stifte dienen dann zum Ermitteln einer aktuellen Winkelstellung der Wäschetrommel 4, so dass die Steuereinrichtung 16 die jeweils augenblickliche Anordnung bzw. Winkelstellung der Permanentmagneten 10 kennt und unter Berücksichtigung dieser Stellung die Statorwicklung 9 entsprechend bestromen kann. Und zwar kann ein durch die Permanentmagnete 10 erzeugtes magnetisches Feld auch in den Stiften induziert werden. Dieses magnetische Feld wird dann an den Stiften abgegriffen. Die Winkelstellung der Wäschetrommel 4 wird in Abhängigkeit von dem Magnetfeld bestimmt, welches an den Stiften mithilfe jeweils eines Hall-Sensors abgegriffen werden kann. Auf die Stifte kann auch jeweils eine elektrische Wicklung gewickelt werden, und die Winkelstellung kann in Abhängigkeit von einer an der elektrischen Wicklung gemessenen Spannung bestimmt werden. Die zwei Stifte können am Laugenbehälter 5 derart angeordnet sein, dass, wenn einer der Stifte über einem Permanentmagneten 10 liegt, der andere Stift zwischen zwei Permanentmagneten 10 bzw. über einem Übergang zwischen zwei Permanentmagneten 10 liegt. Die an den beiden Stiften abgegriffenen Magnetfelder liegen also in Form von Sinussignalen vor, die gegeneinander um 90° in der Phase verschoben sind. Die Steuereinrichtung 16 kann anhand dieser Sinussignale feststellen, wo sich aktuell welche Permanentmagnete 10 befinden, und die Steuereinrichtung 16 kann die Statorwicklung 9 unter Berücksichtigung der aktuellen Winkelstellung der Wäschetrommel 4 bestromen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Haushaltsgerät
- 2
- Gehäuse
- 3
- Öffnung
- 4
- Wäschetrommel
- 5
- Laugenbehälter
- 6
- Drehlager
- 7
- Drehachse
- 8
- Antriebsmotor
- 9
- Statorwicklung
- 10
- Permanentmagnete
- 11
- Außenumfang
- 12
- Induktionsspulen
- 13
- Außenumfang
- 14
- Zähne
- 15
- Grundkörper
- 16
- Steuereinrichtung
