DE4215552A1

DE4215552A1 - Compact drive unit for automatic washing machines - features asynchronous motor with two stator phases, each with bifilar coil made of two parts

Info

Publication number: DE4215552A1
Application number: DE4215552A
Authority: DE
Inventors: Hans-Wilhelm Dipl Ing Klein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 1991-05-23
Filing date: 1992-05-12
Publication date: 1992-11-26

Abstract

A drive unit for automatic washing machines incorporates an asynchronous motor fed via a converter from a one-phase alternating current mains. The motor features at least two stator phases, each with a bifilar coil made of two coil paths. Both coil paths of each stator phase are located in a stator groove and positioned concentrically in relation to each other, in the manner of layers radially on top of each other. ADVANTAGE - The installation is compact and easy to regulate.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung, insbesondere Waschautomatenantrieb, mit aus einem Einphasen- Wechselstromnetz umrichtergespeistem Asynchronmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1; eine derartige Antriebsvorrich tung ist aus der EP-A1-04 02 267 bekannt.The invention relates to a drive device, in particular washing machine drive, with a single-phase AC network converter-fed asynchronous motor according to Preamble of claim 1; such a drive device device is known from EP-A1-04 02 267.

Bei der bekannten, auch zum Antrieb einer Trommelwasch maschine vorgesehenen Antriebsvorrichtung wird ein Asynchron motor mit einer Statorwicklung aus zumindest zwei um 90° el am Umfang des Stators gegeneinander versetzten Statorphasen mit jeweils bifilarem Aufbau und Mittelanzapfung zur Ein speisung eines aus einem Einphasen-Wechselstromnetz über einen Gleichstrom-Zwischenkreis mit Pulsbreitenmodulation steuer baren Stromes gleicher Richtung (Unipolar-Betrieb) vorgesehen. Besondere Hinweise zum Wicklungsaufbau in einer Statornut werden nicht vermittelt.In the known, also for driving a drum wash Machine provided drive device is an asynchronous motor with a stator winding of at least two by 90 ° el stator phases offset against each other on the circumference of the stator each with a bifilar structure and tapping into the center feeding one from a single-phase AC network via one Control DC link with pulse width modulation current in the same direction (unipolar operation). Special information on the winding structure in a stator slot are not conveyed.

Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll eine Antriebsvor richtung, insbesondere ein Waschautomatenantrieb, mit einem antreibenden umrichtergespeisten Asynchronmotor mit zumindest zwei phasenverschoben zueinander gespeisten Statorphasen mit bifilarem Aufbau geschaffen werden, dessen Baugröße und regel technischer Aufwand gering gehalten werden können.According to the object of the present invention, a drive is intended direction, in particular a washing machine drive, with a driving inverter-fed asynchronous motor with at least two stator phases fed out of phase with each other bifilar structure can be created, its size and rule technical effort can be kept low.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einer Antriebsvorrich tung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. This task is solved with a drive device tion of the type mentioned by the characterizing Features of claim 1; advantageous embodiments of the Invention are the subject of the dependent claims.

Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß der Aufwand für den elektronischen Steuer- bzw. Regelbetrieb und die Bau größe des Asynchronmotors dadurch in vorteilhafter Weise ver mindert werden kann, daß die beiden bifilaren Wicklungsteile jeder Statorphase innerhalb einer Statornut konzentrisch zueinander schichtweise radial übereinanderliegen; aufgrund der dadurch erreichbaren kapazitiven Entkopplung lassen sich unerwünschte überhöhte Einschaltstromspitzen beim Choppen der Statorphasen vermindern, so daß sich eine dadurch bedingte erhöhte Wärme- bzw. Stromfestigkeit der Leistungsschalter bzw. der Motorwicklung und ihrer Isolierung erübrigen. Zur Vermei dung wesentlich unterschiedlicher Wicklungslängen der beiden bifilaren Wicklungsteile der Statorphasen ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Schichtlagen derart in den Nuten zu wechseln, daß sich insgesamt eine etwa gleichlange Wicklungslänge für sämtliche bifilaren Wicklungs teile ergibt.It has surprisingly been shown that the effort for electronic control and regulation operations and construction size of the asynchronous motor thereby ver in an advantageous manner can be reduced that the two bifilar winding parts each stator phase concentrically within a stator slot lie radially one above the other in layers; due to the capacitive decoupling that can be achieved undesirable excessive inrush current peaks when chopping the Reduce stator phases, so that one is caused by this increased heat or current resistance of the circuit breakers or the motor winding and its insulation. To avoid of significantly different winding lengths of the two bifilar winding parts of the stator phases is after one Embodiment of the invention provided the layer layers to change in the grooves such that a total of about same length of winding for all bifilar windings parts results.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungs beispiels einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:The invention and other advantageous embodiments of the Invention according to the features of the subclaims are described in following using a schematically illustrated embodiment example of a drive device according to the invention in the Drawing explained in more detail; show in it:

Fig. 1 in einem Statorausschnitt die Nutbelegung durch die bifilaren Wicklungsteile der Statorphasen, Fig. 1 in a Statorausschnitt the slots are filled by the bifilar winding parts of the stator phases,

Fig. 2 ein Gesamtschaltbild eines Waschautomatenantriebs, Fig. 2 is an overall diagram of an automatic washing machine drive,

Fig. 3 eine Spezialausführung des elektronischen Kommutators in Fig. 1. Fig. 3 is a special version of the electronic commutator in FIG. 1.

Fig. 2 zeigt das Prinzip-Schaltbild eines Waschautomaten antriebs mit aus einem Einphasen-Wechselstromnetz R, M_p gespeisten Einphasen-Asynchronmotor 4 mit zwei 90° el am Umfang versetzten Statorphasen 4.1 bzw. 4.2 mit jeweils bifilar aufgebauten, von einem Wechselrichter im Unipolar-Betrieb ansteuerbaren Wicklungsteilen 4.11 bzw. 4.12 für die Stator phase 4.1 und bifilaren Wicklungsteilen 4.21 bzw. 4.22 für die Statorphase 4.2. Die bifilaren Wicklungsteile werden über ihre endseitigen Anschlüsse bzw. eine Mittelanzapfung 4.13 bzw. 4.23 derart über einen elektronischen Kommutator 5 angesteuert, daß trotz gleicher von dem elektronischen Kommutator jeweils gelieferter Stromrichtung in jeder Statorphase 4.1 bzw. 4.2 ein Wechselfeld entsteht und beide Wechselfelder gegeneinander phasenverschoben sind. Fig. 2 shows the basic circuit diagram of an automatic washing machine drive with a single-phase AC network R, M _p-powered single-phase induction motor 4 with two 90 ° el offset on the periphery of stator phases 4.1 and 4.2 established bifilar each of an inverter in the unipolar Operation of controllable winding parts 4.11 or 4.12 for the stator phase 4.1 and bifilar winding parts 4.21 or 4.22 for the stator phase 4.2 . The bifilar winding parts are controlled via their end connections or a center tap 4.13 or 4.23 via an electronic commutator 5 such that, despite the same current direction supplied by the electronic commutator in each case, an alternating field arises in each stator phase 4.1 or 4.2 and both alternating fields are phase-shifted from one another .

Die Ansteuerung der bifilaren Wicklungsteile der Statorphasen erfolgt in Abhängigkeit von einer vorgebbaren Solldrehzahl einerseits und dem jeweiligen Lastzustand des Asynchronmotors 4 durch eine Drehzahlregeleinrichtung 6. Eine zum Schlupf- und damit zum Lastzustand des Asynchronmotors 4 proportionale Größe wird durch eine Stromüberwachungsvorrichtung 7 erfaßt. Durch einen Schaltungsteil 8 zwischen dem Gleichspannungs ausgang der Gleichrichterbrücke 2 und deren Anschluß an die Drehzahlregeleinrichtung 9 bzw. den elektronischen Kommutator 5 kann durch Veränderung einer Zwischenkreisspannung die Anstiegsgeschwindigkeit des Wicklungsstromes, insbesondere im Sinne eines minimalen Motorgeräusches, gemindert werden. Der elektronische Kommutator 5, die Drehzahlregeleinrichtung 6, die Stromüberwachungsvorrichtung 7 sowie das Schaltungsteil 8 werden von einem Netzteil 1 versorgt.The bifilar winding parts of the stator phases are controlled on the one hand as a function of a predefinable target speed and the respective load state of the asynchronous motor 4 by a speed control device 6 . A variable proportional to the slip and thus to the load state of the asynchronous motor 4 is detected by a current monitoring device 7 . Through a circuit part 8 between the DC voltage output of the rectifier bridge 2 and its connection to the speed control device 9 or the electronic commutator 5 , the rate of increase of the winding current, in particular in the sense of a minimal motor noise, can be reduced by changing an intermediate circuit voltage. The electronic commutator 5 , the speed control device 6 , the current monitoring device 7 and the circuit part 8 are supplied by a power supply unit 1 .

Gemäß Fig. 2 sind die bifilaren Wicklungsteile der Statorphasen 4.1 bzw. 4.2 nicht - wie an sich üblich - zweidrähtig parallel, sondern erfindungsgemäß in getrennten konzentrischen radial übereinanderliegenden Schichten - wie aus Fig. 1 anhand zweier dargestellter Statornuten 11 bzw. 12 gezeigt - gewickelt. In vorteilhafter Weise ist dabei ein Schichtlagenwechsel derart vorgesehen, daß sich für jeden bifilaren Wicklungsteil über den Umfang gesehen eine etwa gleichgroße Wicklungslänge ergibt; dementsprechend wechselt zum Beispiel die radial äußerste Schichtlage des bifilaren Wicklungsteils 4.11 in der Statornut 11 zu der radial nächsten Wicklungsschichtlage in der Statornut 12, die zuvor in der Statornut 11 der bifilare Wicklungsteil 4.12 eingenommen hat.According to FIG. 2, the bifilar winding parts of the stator phases 4.1 and 4.2 are not - as usual per se - two-wire parallel, but according to the invention in separate concentric radially superimposed layers - as shown in FIG. 1 with two shown stator slots 11 and 12 - wound. Advantageously, a change in layer position is provided in such a way that for each bifilar winding part there is an approximately equal winding length over the circumference; Accordingly, for example, the radially outermost layer layer of the bifilar winding part 4.11 in the stator groove 11 changes to the radially next winding layer layer in the stator groove 12 , which previously occupied the bifilar winding part 4.12 in the stator groove 11 .

Zur weiteren Vereinfachung des steuertechnischen Aufwandes ist der elektronische Kommutator 5 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung mit vier IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor-) Transistoren 51-54 bestückt. Durch die IGBT-Transistoren mit integrierter Freilaufdiode können die sonst erforderlichen externen Dioden eingespart werden. Der elektronische Aufwand für die Ansteuerung der bifilaren Wicklungsteile und Mittel anzapfung versehenen Statorphasen 4.1 bzw. 4.2 kann dadurch weiter verringert werden, daß in vorteilhafter Weise IGBT- Transistoren mit integriertem Stromsensor verwendet werden, die gemäß Fig. 3 die Aufgabe einer ansonsten gesonderten Strom überwachungseinrichtung übernehmen; der über die Stromsensoren auf dem IGBT-Chip fließende Teilstrom gibt ein Abbild des Gesamtstromes und läßt sich damit zur direkten Laststrom- bzw. Schlupfermittlung durch die Stromüberwachungsvorrichtung 7 verwenden.To further simplify the technical control effort, the electronic commutator 5 is equipped with four IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) transistors 51-54 according to an embodiment of the invention. The IGBT transistors with integrated free-wheeling diode can save the external diodes that are otherwise required. The electronic effort for the control of the bifilar winding parts and means tapping stator phases 4.1 and 4.2 can be further reduced by advantageously using IGBT transistors with an integrated current sensor which, according to FIG. 3, take over the task of an otherwise separate current monitoring device ; The partial current flowing through the current sensors on the IGBT chip gives an image of the total current and can thus be used for direct load current or slip detection by the current monitoring device 7 .

Claims

1.Drive device, in particular a washing machine drive, with an asynchronous motor ( 4 ) fed from a single-phase alternating current network (R, M _p ) with at least two phases out of phase with one another and phase-fed stator phases ( 4.1 and 4.2 ) each with a DC intermediate circuit by pulse-width modulation a bifilar winding consisting of two winding parts ( 4.11 ; 4.12 or 4.21 , 4.22 ) and intermediate tapping ( 4.13 or 4.23 ), characterized in that the two winding parts ( 4.11 ; 4.12 or 4.21 , 4.22 ) of each stator phase ( 4.1 or 4.2 ) are arranged in a stator groove ( 9 or 10 ) concentrically with one another in layers radially one above the other.

2. Drive device according to claim 2, characterized characterized by a groove-by-layer change in the sense of the same for each of the bifilar winding parts Total winding length.

3. Drive device with an electronic commutator ( 5 ) for speed-controllable control of the first or second stator phase ( 4.1 or 4.2 ) according to claim 1 and / or 2, characterized in that as switching elements for the electronic commutator IGBT transistors ( 51; 52 ) are provided.

4. Drive device according to claim 3, characterized characterized in that IGBT transistors integrated current sensor are provided.