EP2319976B1 - Household device for cleaning items of laundry and method for operating a direct current motor fitted with brushes - Google Patents

Household device for cleaning items of laundry and method for operating a direct current motor fitted with brushes Download PDF

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EP2319976B1
EP2319976B1 EP10189944.1A EP10189944A EP2319976B1 EP 2319976 B1 EP2319976 B1 EP 2319976B1 EP 10189944 A EP10189944 A EP 10189944A EP 2319976 B1 EP2319976 B1 EP 2319976B1
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EP
European Patent Office
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armature
field
current
winding
armature winding
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP10189944.1A
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German (de)
French (fr)
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EP2319976A1 (en
Inventor
Hasan Gökcer ALBAYRAK
Rainer Schach
Jörg SKRIPPEK
Reinhold Dr. Zwingel
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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Publication date
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    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06FLAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F37/00Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
    • D06F37/30Driving arrangements 
    • D06F37/304Arrangements or adaptations of electric motors
    • DTEXTILES; PAPER
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    • D06FLAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F34/00Details of control systems for washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F34/10Power supply arrangements, e.g. stand-by circuits
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • D06F2103/00Parameters monitored or detected for the control of domestic laundry washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F2103/24Spin speed; Drum movements
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    • D06F2105/00Systems or parameters controlled or affected by the control systems of washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F2105/46Drum speed; Actuation of motors, e.g. starting or interrupting

Definitions

  • the invention relates to a household appliance for the care of laundry items.
  • the domestic appliance comprises a laundry drum for receiving the laundry items, as well as a brushed DC motor for driving the laundry drum, which has a stator with excitation means for generating a field of excitation and an armature with an armature winding. Switching means are provided by means of which a current flow through the armature winding can be controlled. Due to this current flow, the armature can be moved in the excitation field.
  • the domestic appliance also comprises a control device for controlling the switching means.
  • the invention also relates to a method for operating a brushed DC motor in a domestic appliance for the care of laundry items.
  • universal motors As a drive for a washing drum of a washing machine. Such universal motors can be operated both with DC voltage and with AC voltage.
  • the universal motors used today are series-wound motors - the armature winding of the armature and the field winding of the stator are connected in series, namely via a commutator. The current flowing through the field winding current also flows through the armature winding; the field current and the armature current are therefore the same.
  • Such a universal motor of the series connection construction is for example from the document DE 10 2008 015 717 A1 known.
  • a field switch is to be made. As a rule, part of the exciter field is tapped, and the universal motor goes into subfield operation. This is, for example, the energization of only a portion of the field winding.
  • the field switching is made in dependence on a power reserve of the universal motor.
  • the armature winding is usually energized in the universal motors via the commutator and a brush system. If now the excitation field of the stator is weakened, then increases the current intensity of the field current and at the same time - the armature winding is connected in series with the field winding - the armature current flowing through the armature winding. The electric power delivered to the universal motor becomes higher, and the brush system as well as the commutator are loaded. The life and the life of the brush system are reduced. In addition, due to the field weakening increases the total power consumption of the household appliance.
  • a household appliance according to the invention serves for the care of laundry items.
  • the household appliance comprises a laundry drum into which items of laundry can be accommodated.
  • the brushed DC motor has a stator with excitation means for generating a field of excitation and an armature with an armature winding.
  • Switching means are provided by means of which a current flow through the armature winding can be controlled, wherein the armature can be moved in the exciter field due to the current flow through the armature winding.
  • the domestic appliance also comprises a control device for controlling the switching means.
  • the armature winding is electrically isolated from the exciter means and the current flow through the armature winding is controllable independently of the exciter field.
  • the strength of the anchor field generated by the armature winding can be adjusted independently of the strength of the exciter field by the controller.
  • the armature winding is not connected in series with the excitation means - as is the case in the prior art in a series motor - switched, but the switching means are designed so that the armature winding can be energized independently of the excitation means or the control device through the current flow can control the armature winding independently of the excitation means.
  • a brush-type DC motor is understood as meaning such a drive motor which has both a smoothed and thus quasi-ideal DC voltage-for example, using pulse width modulation-as well as a voltage that is only rectified and thus still pulsating or time-varying-but mostly only positive can be operated.
  • an externally excited brushed DC motor which can only be operated with an ideal DC voltage, is included.
  • the brushed DC motor is also referred to below as a universal motor, in the present case, the armature winding is not connected in series with the field winding, but the armature and field winding can be controlled independently.
  • the domestic appliance according to the invention has various advantages: It is the speed range of the universal motor both down - advantageous for a washing operation - as well as up - advantageous for a spin operation - increased.
  • the excitation means comprise a field winding and a current flow through the field winding can be controlled by the control device independently of the current flow through the armature winding In the spin mode, a small current flow through the field winding (low strength of the exciter field) and a high current flow through the armature winding (high strength of the armature field) can be set.
  • Another advantage is due to a reduced current flow through the armature winding in a low noise of the universal motor.
  • the procedure according to the invention also enables a rapid acceleration of the universal motor, which in turn allows speed ranges of mechanical resonances to be passed quickly. Rapid acceleration of the universal motor is made possible by rapidly lowering the strength of the excitation field and simultaneously increasing the strength of the anchor field.
  • Another advantage of the domestic appliance according to the invention is the fact that active by the independent control of the current flow through the armature winding of the armature of the universal motor - controlled by the control device - can be braked.
  • the control device can namely switch the switching means in a generator mode of the universal motor such that the armature winding is short-circuited, at least temporarily, against a reference potential. This shorting of the armature winding brakes the armature faster than in a natural spout. By quickly decelerating, time can be saved in performing an operating program of the domestic appliance.
  • the exciter can also be designed and designed as desired.
  • the armature current is namely completely independent of the Excitation means. It is thus possible to provide a wide variety of embodiments with regard to the excitation means-depending on the requirements of the speed setting range.
  • the exciter means have a field winding, by means of which then the excitation field can be generated.
  • the excitation field can be adjusted freely, namely by the control device.
  • the control device can control a current flow through the field winding, so that a total of two manipulated variables - the armature current and the field current - are available for controlling the speed of the universal motor and its power consumption. It thus eliminates the "tapping" of the excitation field used in the prior art and the associated disadvantages.
  • the excitation means may additionally comprise permanent magnets that generate the exciter field.
  • the excitation field generated by the exciter windings is advantageously supported and a ground exciter field is provided.
  • the efficiency of the universal motor can be increased compared to the prior art.
  • the use of permanent magnets also makes it possible to reduce the size of the universal motor, so that a total of a compact universal motor and compact home appliance can be created.
  • Such a procedure is technically particularly simple - it must be generated only a DC voltage and applied to the field winding.
  • Such DC voltage can be tapped for example from a voltage intermediate circuit.
  • the amplitude of the DC voltage may be 12 V, for example.
  • the benefits of field winding are fully realized when further switching means for controlling the flow of current through the field winding are provided and the controller can drive these switching means independently of the armature winding means.
  • two manipulated variables in particular open-loop or closed-loop control variables, are available, which can be set separately from one another, namely on the one hand the armature current or one applied to the armature winding Armature voltage and on the other hand, the field current (excitation current) or applied to the field winding field voltage (excitation voltage).
  • the switching means for the armature winding and the switching means for the field winding may each have an active and controllable by the control device rectifier; then an active rectifier is assigned to the armature winding and an active rectifier is assigned to the field winding.
  • the rectifiers can be coupled to a grid connection and thus directly pick up an AC supply voltage of a supply network and rectify the same AC supply voltage.
  • the separate rectifiers can be bridge rectifiers, each with four thyristors, which can be controlled by the control device. Then a rectified supply voltage can be applied to both the armature winding and the field winding, and the respective (average) amplitudes of the supply voltages applied to the armature winding and the field winding can be adjusted by the control device, namely by outputting corresponding control signals to the respective rectifiers , In this embodiment, a so-called phase section or phase control is performed.
  • a common - in particular passive - rectifier rectify the AC supply voltage of the electrical supply network, and it can be provided with a common DC link capacitor, a voltage intermediate circuit.
  • the controller may, in this embodiment, control the respective (average) amplitudes of the armature voltage and the field voltage using pulse width modulation.
  • n 0 U a c ⁇ B ,
  • the idle speed can be controlled by the armature voltage and the field voltage (exciter voltage), in particular regulate.
  • the armature voltage and the field voltage exciter voltage
  • a high armature voltage and a low field voltage can be set by the control device for high rotational speeds, for example in a centrifugal operation.
  • the torque is determined by the armature current. With a high strength of the exciter field and thus lower speeds relatively high torques are possible for washing. In spin mode, however, lower torques are required, so that the smaller excitation does not lead to excessive armature currents.
  • the control device in a centrifugal operation of the domestic appliance, can set the average current intensity of the armature current higher than the average current intensity of the field current.
  • the control device in a washing operation of the domestic appliance, can set the average current intensity of the armature current smaller than the average current intensity of the field current.
  • the control device when changing from a washing operation to a centrifuging operation of the domestic appliance, increases the average current intensity of the armature current and reduces the average current intensity of the field current.
  • the control device increases the average current intensity of the armature current and reduces the average current intensity of the field current.
  • the control device can - at least temporarily short-circuit the armature winding against a reference potential, under appropriate control of the switching means, in order to actively decelerate the armature of the universal motor.
  • the time required to complete an operating program of the domestic appliance can be reduced to a minimum.
  • the control device can recuperate in a generator operation of the universal motor. Namely, in the generator operation, the control device can control the switching means in such a way that an armature voltage induced in the armature winding in generator operation is supplied to the voltage source. Then, an electric power supplied in the generator operation by the universal motor is stored in the power source and can be reused at a later time, namely, to re-accelerate the universal motor. Thus, the energy efficiency of the household appliance is increased.
  • the control means controls this switching means synchronously with a commutator frequency of the armature.
  • the commutator frequency denotes the frequency with which a brush (carbon brush) of the brush system jumps from a commutator to a next Kommutatorlamelle. This commutator frequency is thus dependent on the one hand on the number of commutator and on the other hand on the instantaneous speed of the armature. The instantaneous speed can be measured, for example, by means of a speedometer device.
  • the controller may detect the armature current flowing across the armature winding.
  • the control device can control the armature voltage or the armature current and / or the field voltage or the field current.
  • the control device may regulate the current strength of the armature current to a constant or a speed-dependent value.
  • a laundry drum is driven in a household appliance for the care of laundry by selbigen universal motor.
  • a field of excitation is generated by energizing means of a stator of the universal motor, and current flow through an armature winding of an armature of the universal motor is controlled by means of a controller. Due to the current flow through the armature winding of the armature is moved in the exciter field. The current flow through the armature winding is controlled independently of the exciter field.
  • Fig. 1 shows a schematic representation in its upper part of an equivalent circuit diagram of a universal motor 1 and a third-party brushed DC motor, which is installed in the embodiment in a washing machine.
  • the universal motor 1 is used to drive a laundry drum not shown in the figures for receiving laundry items.
  • the universal motor 1 comprises a stator to which an armature (also known by the name "rotor") is rotatably mounted.
  • the armature comprises an armature winding 2, which in the equivalent circuit diagram according to FIG Fig. 1 is shown on the left side.
  • the armature winding 2 is energized via a commutator and a brush system.
  • the stator comprises excitation means, which in the exemplary embodiment comprise a field winding 6, the equivalent circuit diagram in FIG Fig. 1 is shown on the right.
  • the excitation means may also comprise permanent magnets.
  • the field winding 6 In the operation of the universal motor 1, the field winding 6 generates an exciting field 7, in which the armature is rotated with respect to the stator.
  • the switching means 10, 11 each comprise an active bridge rectifier with four thyristors 12 each.
  • the bridge rectifiers are therefore full-wave rectifiers.
  • the thyristors 12 of the switching means 10 for the armature winding 2 are driven by a control device 13a - for example a microcontroller -, and the thyristors 12 of the switching means 11 for the field winding 6 are also driven by a control device 13b, which may be a microcontroller.
  • the control devices 13a, 13b are shown only schematically, and a common control device 13 for the switching means 10, 11 can also be provided.
  • relay system 14 between the switching means 10 and the terminals 3, 4 of the armature winding 2 is provided.
  • the relay system 14 which can be controlled by the control device 13a, the armature voltage U a can be reversed, and the direction of rotation of the armature can be changed.
  • the two bridge rectifiers pick up an alternating supply voltage U v of a supply network, which is applied between two input terminals 15, 16.
  • two separate active bridge rectifier are used in order to energize the armature winding 2 and the field winding 6 independently.
  • the control devices 13a, 13b can use phase-angle control or phase-angle control in the control of the thyristors 12 and thus in the control of the respective amplitudes of the armature voltage U a and the field voltage U f .
  • the control devices 13a, 13b to the armature winding 2 and the field winding. 6 separately control outputs delivered or set the respective average currents of the armature current I a and the field current I f separately.
  • Fig. 2 shows a principal course 17 (dashed line) of the armature current I a and a course 18 (solid line) of an armature power P a respectively as a function of the current intensity of the field current I f .
  • the curves 17, 18 are shown for a constant spin speed of the washing machine.
  • the current strength of the armature current I a decreases with increasing current intensity of the field current I f .
  • the course 18 of the armature power P a has a minimum 19, which is speed and load-dependent. The recorded armature power P a can thus be reduced to a minimum, as well as the total energy consumption of the washing machine.
  • the universal motor 1 can be operated at such an operating point at which the minimum 19 of the armature power P a is given.
  • the current intensity of the field current I f can be adjusted so that the minimum 19 of the armature power P a is reached.
  • the current intensity of the armature current I a is relatively low, so that the brush system of the universal motor 1 is spared.
  • Fig. 3 is another example of the control of the universal motor 1 and for the energization of the armature winding 2 and the field winding 6 shown.
  • the DC link voltage U z is between two DC link connections 20, 21.
  • a reference potential B is provided at the DC link 21, an intermediate circuit capacitor 22 is connected to which the DC link voltage U z is applied.
  • a voltage boost converter 23 can also be connected between the DC link connections 20, 21, by means of which the amplitude of the DC link voltage U z can be set as desired. In this way, the washing machine can then be operated on different supply networks become.
  • the voltage step-up converter 23 or in addition to a voltage doubler can be used, which may have a connectable to the intermediate circuit capacitor 22 as needed in series connectable capacitor.
  • the armature winding 2 and the field winding 6 are also in the embodiment according to Fig. 3 energized by means of switching means 10, 11.
  • the armature winding 2 is connected on the one hand to the intermediate circuit terminal 20 and on the other hand to the collector terminal 24 of a bipolar transistor 25.
  • the emitter terminal 26 of the bipolar transistor 25 is coupled to the reference potential B via a current sensing resistor 27 (shunt).
  • the base terminal 28 of the bipolar transistor 25 is connected to a control device 13 (for example a microcontroller).
  • the control device 13 can thus drive the bipolar transistor 25 and thus control the current flow through the armature winding 2, namely, for example, using the pulse width modulation.
  • the field winding 6 is also energized by a bipolar transistor 29.
  • the field winding 6 is also energized via the relay system 14, by means of which the direction of rotation of the universal motor 1 can be changed.
  • the field winding 6 on the one hand to the DC link 20 and on the other hand connected to the collector terminal 30 of the bipolar transistor 29.
  • the emitter terminal 31 of the bipolar transistor 29 is coupled to the reference potential B via a current sensing resistor 32.
  • the base terminal 33 of the bipolar transistor 29 is connected to the control device 13.
  • the control device 13 can control the flow of current through the bipolar transistor 29 and thus through the field winding 6.
  • the control device 13 can also detect the armature current I a as well as the field current I f , namely via lines 34, 35.
  • the control of the current flows using the pulse width modulation, this for both the bipolar transistor 25, as well as for the bipolar transistor 29.
  • the controller 13 can thus both in the embodiment according to Fig. 1 as well as in the according Fig. 3 the average amplitudes of the armature voltage U a and the field voltage U f , as well as the average currents of the armature current I a and the field current I f control.
  • the control device 13 sets a low armature voltage U a and a high field voltage U f .
  • the control device 13 sets a high armature voltage U a and a low field voltage U n .
  • a speedometer device 36 which can detect the speed of the universal motor 1.
  • the tachometer 36 transmits signals with information about the respective instantaneous speed of the universal motor 1 to the control device 13.
  • the control device 13 can thus control or regulate the speed of the universal motor 1.
  • the control device 13 can control the same current intensity and / or the current intensity of the field current I f as a function of the measured current intensity of the armature current I a . It is also possible to regulate the current intensity of the armature current I a . Thus, an excessive power consumption can be avoided, so that the total power consumption of the washing machine can be reduced to a minimum. It can thus be avoided a burden on the brush system, and the life and the service life of the universal motor 1 can be increased.
  • the regulation of the current intensity of the armature current I a can, for example, be such that the minimum 19 of the armature power P a in accordance with Fig. 3 is reached.
  • a domestic appliance is created in which an improved compared to the prior art universal motor 1 is used for driving the laundry drum.
  • a universal motor 1 is used, the armature winding 2 is energized independently of the field winding 6 can be. It thus eliminates the "field tap", as is done in the prior art at high speeds of the universal motor.
  • a total of a larger speed control range of the universal motor 1 can be achieved.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Washing Machine And Dryer (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Hausgerät zur Pflege von Wäschestücken. Das Hausgerät umfasst eine Wäschetrommel zum Aufnehmen der Wäschestücke, wie auch einen bürstenbehafteten Gleichstrommotors zum Antreiben der Wäschetrommel, welcher einen Stator mit Erregermitteln zum Erzeugen eines Erregerfeldes und einen Anker mit einer Ankerwicklung aufweist. Es sind Schaltmittel bereitgestellt, mittels welchen ein Stromfluss durch die Ankerwicklung gesteuert werden kann. Aufgrund dieses Stromflusses kann der Anker in dem Erregerfeld bewegt werden. Das Hausgerät umfasst außerdem eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Schaltmittel. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines bürstenbehafteten Gleichstrommotors in einem Hausgerät zur Pflege von Wäschestücken.The invention relates to a household appliance for the care of laundry items. The domestic appliance comprises a laundry drum for receiving the laundry items, as well as a brushed DC motor for driving the laundry drum, which has a stator with excitation means for generating a field of excitation and an armature with an armature winding. Switching means are provided by means of which a current flow through the armature winding can be controlled. Due to this current flow, the armature can be moved in the excitation field. The domestic appliance also comprises a control device for controlling the switching means. The invention also relates to a method for operating a brushed DC motor in a domestic appliance for the care of laundry items.

Es ist Stand der Technik, Universalmotoren als Antrieb für eine Wäschetrommel einer Waschmaschine einzusetzen. Solche Universalmotoren können sowohl mit Gleichspannung als auch mit Wechselspannung betrieben werden. Die heutzutage eingesetzten Universalmotoren sind Reihenschlussmotoren - die Ankerwicklung des Ankers und die Feldwicklung des Stators sind in Reihe geschaltet, nämlich über einen Kommutator. Der durch die Feldwicklung fließende Strom fließt auch durch die Ankerwicklung; der Feldstrom und der Ankerstrom sind daher gleich. Ein solcher Universalmotor der Reihenschluss-Bauweise ist zum Beispiel aus der Druckschrift DE 10 2008 015 717 A1 bekannt.It is state of the art to use universal motors as a drive for a washing drum of a washing machine. Such universal motors can be operated both with DC voltage and with AC voltage. The universal motors used today are series-wound motors - the armature winding of the armature and the field winding of the stator are connected in series, namely via a commutator. The current flowing through the field winding current also flows through the armature winding; the field current and the armature current are therefore the same. Such a universal motor of the series connection construction is for example from the document DE 10 2008 015 717 A1 known.

Um bei einem Universalmotor eine vorgegebene Schleuderdrehzahl zu erreichen, ist eine Feldumschaltung vorzunehmen. Es wird in der Regel ein Teil des Erregerfeldes angezapft, und der Universalmotor geht in einen Teilfeldbetrieb über. Es handelt sich hier zum Beispiel um das Bestromen von lediglich einem Abschnitt der Feldwicklung. Im Gegenstand gemäß Druckschrift DE 10 2008 007 401 A1 wird die Feldumschaltung in Abhängigkeit von einer Leistungsreserve des Universalmotors vorgenommen.In order to achieve a predetermined spin speed in a universal motor, a field switch is to be made. As a rule, part of the exciter field is tapped, and the universal motor goes into subfield operation. This is, for example, the energization of only a portion of the field winding. In the subject matter in the publication DE 10 2008 007 401 A1 the field switching is made in dependence on a power reserve of the universal motor.

Die Ankerwicklung wird bei den Universalmotoren üblicherweise über den Kommutator und ein Bürstensystem bestromt. Wird nun das Erregerfeld des Stators geschwächt, so erhöht sich die Stromstärke des Feldstromes und gleichzeitig auch - die Ankerwicklung ist mit der Feldwicklung in Reihe geschaltet - des Ankerstromes, der durch die Ankerwicklung fließt. Die an den Universalmotor abgegebene elektrische Leistung wird höher, und das Bürstensystem, wie auch der Kommutator werden belastet. Die Lebensdauer und die Standzeit des Bürstensystems werden geringer. Außerdem erhöht sich aufgrund der Feldschwächung die gesamte Leistungsaufnahme des Hausgeräts.The armature winding is usually energized in the universal motors via the commutator and a brush system. If now the excitation field of the stator is weakened, then increases the current intensity of the field current and at the same time - the armature winding is connected in series with the field winding - the armature current flowing through the armature winding. The electric power delivered to the universal motor becomes higher, and the brush system as well as the commutator are loaded. The life and the life of the brush system are reduced. In addition, due to the field weakening increases the total power consumption of the household appliance.

Auf der anderen Seite ist die Schwächung des Erregerfeldes erforderlich, um höhere Schleuderdrehzahlen erreichen zu können. Dies gilt insbesondere bei einer großen Beladung und damit verbundenem hohen Trägheitsmoment der Wäschetrommel. Also ist der Drehzahlbereich eines Universalmotors eingeschränkt - es bedarf einer Schwächung des Erregerfeldes, um einen Schleuderbetrieb bei hohen Drehzahlen zu ermöglichen. Dieser Erfolg ist jedoch mit den oben genannten Nachteilen verbunden.On the other hand, the weakening of the excitation field is required in order to achieve higher spin speeds can. This is especially true for a large load and associated high moment of inertia of the laundry drum. So the speed range of a universal motor is limited - it requires a weakening of the exciter field to allow a spin operation at high speeds. However, this success is associated with the above-mentioned disadvantages.

Außerdem ist die Steuerung - und auch die Regelung - der Drehzahl bei heutigen Universalmotoren sehr aufwendig. Um den Steueraufwand bei Universalmotoren auf ein Minimum zu reduzieren, wird in der Druckschrift DE 10 2005 007 759 B3 vorgeschlagen, den Universalmotor wahlweise nur bei einem ersten oder einem zweiten Drehzahlwert zu betreiben. Der Universalmotor wird also wahlweise bei zwei unterschiedlichen Leistungswerten betrieben. Diese Lösung hat den Nachteil, dass keine weiteren Drehzahlwerte eingestellt werden können und die Funktionalität des Universalmotors somit eingeschränkt ist.In addition, the control - and the control - the speed of today's universal motors is very expensive. To reduce the tax burden on universal motors to a minimum, is in the document DE 10 2005 007 759 B3 proposed to operate the universal motor optionally only at a first or a second speed value. The universal motor is thus operated optionally at two different power levels. This solution has the disadvantage that no further speed values can be set and the functionality of the universal motor is thus limited.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einem Hausgerät der eingangs genannten Gattung der bürstenbehaftete Gleichstrommotor im Vergleich zum Stand der Technik verbessert werden kann.It is an object of the invention to provide a solution, as in a domestic appliance of the type mentioned in the brushed DC motor can be improved compared to the prior art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hausgerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, wie auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patenansprüche und der Beschreibung.This object is achieved by a domestic appliance with the features according to claim 1, as well as by a method having the features according to claim 12. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent patent claims and the description.

Ein Hausgerät nach der Erfindung dient zur Pflege von Wäschestücken. Das Hausgerät umfasst eine Wäschetrommel, in welche Wäschestücke aufgenommen werden können.A household appliance according to the invention serves for the care of laundry items. The household appliance comprises a laundry drum into which items of laundry can be accommodated.

Es umfasst auch einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor zum Antreiben der Wäschetrommel. Der bürstenbehaftete Gleichstrommotor weist einen Stator mit Erregermitteln zum Erzeugen eines Erregerfeldes und einen Anker mit einer Ankerwicklung auf. Es sind Schaltmittel bereitgestellt, mittels welchen ein Stromfluss durch die Ankerwicklung steuerbar ist, wobei aufgrund des Stromflusses durch die Ankerwicklung der Anker in dem Erregerfeld bewegbar ist. Das Hausgerät umfasst außerdem eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Schaltmittel. Die Ankerwicklung ist von den Erregermitteln elektrisch getrennt, und der Stromfluss durch die Ankerwicklung ist unabhängig von dem Erregerfeld steuerbar.It also includes a brushed DC motor for driving the laundry drum. The brushed DC motor has a stator with excitation means for generating a field of excitation and an armature with an armature winding. Switching means are provided by means of which a current flow through the armature winding can be controlled, wherein the armature can be moved in the exciter field due to the current flow through the armature winding. The domestic appliance also comprises a control device for controlling the switching means. The armature winding is electrically isolated from the exciter means and the current flow through the armature winding is controllable independently of the exciter field.

Also kann die Stärke des durch die Ankerwicklung erzeugten Ankerfeldes unabhängig von der Stärke des Erregerfeldes durch die Steuereinrichtung frei eingestellt werden. Erfindungsgemäß ist die Ankerwicklung nämlich nicht in Reihe mit den Erregermitteln - wie dies im Stand der Technik bei einem Reihenschlussmotor der Fall ist - geschaltet, sondern die Schaltmittel sind derart konzipiert, dass die Ankerwicklung unabhängig von den Erregermitteln bestromt werden kann beziehungsweise die Steuereinrichtung den Stromfluss durch die Ankerwicklung unabhängig von den Erregermitteln steuern kann.Thus, the strength of the anchor field generated by the armature winding can be adjusted independently of the strength of the exciter field by the controller. According to the invention, the armature winding is not connected in series with the excitation means - as is the case in the prior art in a series motor - switched, but the switching means are designed so that the armature winding can be energized independently of the excitation means or the control device through the current flow can control the armature winding independently of the excitation means.

Unter einem bürstenbehafteten Gleichstrommotor wird vorliegend ein solcher Antriebsmotor verstanden, welcher sowohl mit einer geglätteten und somit quasi idealen Gleichspannung - zum Beispiel unter Anwendung der Pulsweitenmodulation - als auch mit einer lediglich gleichgerichteten und somit noch pulsierenden beziehungsweise sich zeitlich ändernden - jedoch meist lediglich positiven - Spannung betrieben werden kann. Somit ist ein fremderregter bürstenbehafteter Gleichstrommotor, welcher lediglich mit einer idealen Gleichspannung betrieben werden kann, mit umfasst. Der bürstenbehaftete Gleichstrommotor wird nachstehend auch als Universalmotor bezeichnet, wobei im vorliegenden Fall die Ankerwicklung nicht in Reihe zur Erregerwicklung geschaltet ist, sondern die Anker- und Erregerwicklung unabhängig voneinander gesteuert werden kann.In the present case, a brush-type DC motor is understood as meaning such a drive motor which has both a smoothed and thus quasi-ideal DC voltage-for example, using pulse width modulation-as well as a voltage that is only rectified and thus still pulsating or time-varying-but mostly only positive can be operated. Thus, an externally excited brushed DC motor, which can only be operated with an ideal DC voltage, is included. The brushed DC motor is also referred to below as a universal motor, in the present case, the armature winding is not connected in series with the field winding, but the armature and field winding can be controlled independently.

Das erfindungsgemäße Hausgerät hat diverse Vorteile: Es wird der Drehzahlstellbereich des Universalmotors sowohl nach unten - vorteilhaft für einen Waschbetrieb - als auch nach oben - vorteilhaft für einen Schleuderbetrieb - erhöht. Umfassen die Erregermittel eine Feldwicklung und kann ein Stromfluss durch die Feldwicklung durch die Steuereinrichtung unabhängig von dem Stromfluss durch die Ankerwicklung gesteuert werden, so kann im Schleuderbetrieb ein kleiner Stromfluss durch die Feldwicklung (geringe Stärke des Erregerfeldes) und ein hoher Stromfluss durch die Ankerwicklung (hohe Stärke des Ankerfeldes) eingestellt werden. Man würde hingegen in einem Waschbetrieb - in welchem ein hohes Drehmoment des Universalmotors erforderlich ist - einen hohen Stromfluss durch die Feldwicklung (hohe Stärke des Erregerfeldes) und einen geringen Stromfluss durch die Ankerwicklung (geringe Stärke des Ankerfeldes) einstellen. Somit können sowohl sehr hohe Schleuderdrehzahlen als auch sehr geringe Drehzahlen im Waschbetrieb erreicht werden. Bei dem erfindungsgemäßen Hausgerät kann auch der Stromfluss durch die Ankerwicklung separat dann gesteuert werden, wenn eine Schwächung des Erregerfeldes vorgenommen wird. Somit wird ein in der Regel vorhandenes Bürstensystem thermisch nicht belastet, und die gesamte Leistungsaufnahme des Hausgerätes kann auf ein Minimum reduziert werden. Es erhöhen sich außerdem die Lebensdauer und die Standzeit des Bürstensystems im Vergleich zu Universalmotoren gemäß dem Stand der Technik. Ein weiterer Vorteil besteht aufgrund eines reduzierten Stromflusses durch die Ankerwicklung in einer geringen Geräuschentwicklung des Universalmotors. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht auch ein rasches Beschleunigen des Universalmotors, wodurch wiederum Drehzahlbereiche mechanischer Resonanzen schnell passiert werden können. Ein schnelles Beschleunigen des Universalmotors wird durch rasches Absenken der Stärke des Erregerfeldes und gleichzeitiges Erhöhen der Stärke des Ankerfeldes ermöglicht.The domestic appliance according to the invention has various advantages: It is the speed range of the universal motor both down - advantageous for a washing operation - as well as up - advantageous for a spin operation - increased. The excitation means comprise a field winding and a current flow through the field winding can be controlled by the control device independently of the current flow through the armature winding In the spin mode, a small current flow through the field winding (low strength of the exciter field) and a high current flow through the armature winding (high strength of the armature field) can be set. On the other hand, in a washing operation in which a high torque of the universal motor is required, a high current flow through the field winding (high strength of the excitation field) and a low current flow through the armature winding (low strength of the armature field) would be set. Thus, both very high spin speeds and very low speeds can be achieved in the wash mode. In the domestic appliance according to the invention, the current flow through the armature winding can also be controlled separately if a weakening of the exciter field is undertaken. Thus, a generally existing brush system is not thermally loaded, and the total power consumption of the domestic appliance can be reduced to a minimum. It also increases the life and the life of the brush system compared to universal motors according to the prior art. Another advantage is due to a reduced current flow through the armature winding in a low noise of the universal motor. The procedure according to the invention also enables a rapid acceleration of the universal motor, which in turn allows speed ranges of mechanical resonances to be passed quickly. Rapid acceleration of the universal motor is made possible by rapidly lowering the strength of the excitation field and simultaneously increasing the strength of the anchor field.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Hausgeräts ist darin zu sehen, dass durch die unabhängige Steuerung des Stromflusses durch die Ankerwicklung der Anker des Universalmotors aktiv - durch die Steuereinrichtung gesteuert - abgebremst werden kann. Die Steuereinrichtung kann nämlich die Schaltmittel in einem Generatorbetrieb des Universalmotors derart schalten, dass die Ankerwicklung zumindest zeitweise gegen ein Bezugspotential kurzgeschlossen wird. Durch dieses Kurzschließen der Ankerwicklung wird der Anker schneller abgebremst als bei einem natürlichen Auslauf. Durch schnelles Abbremsen kann Zeit beim Durchführen eines Betriebsprogramms des Hausgeräts gespart werden.Another advantage of the domestic appliance according to the invention is the fact that active by the independent control of the current flow through the armature winding of the armature of the universal motor - controlled by the control device - can be braked. The control device can namely switch the switching means in a generator mode of the universal motor such that the armature winding is short-circuited, at least temporarily, against a reference potential. This shorting of the armature winding brakes the armature faster than in a natural spout. By quickly decelerating, time can be saved in performing an operating program of the domestic appliance.

Durch die getrennte Ankerwicklung können die Erregermittel außerdem beliebig gestaltet und ausgelegt werden. Der Ankerstrom ist nämlich vollständig unabhängig von den Erregermitteln. Es können somit unterschiedlichste Ausführungsformen bezüglich der Erregermittel -je nach Anforderungen an den Drehzahlstellbereich - vorgesehen sein.Due to the separate armature winding, the exciter can also be designed and designed as desired. The armature current is namely completely independent of the Excitation means. It is thus possible to provide a wide variety of embodiments with regard to the excitation means-depending on the requirements of the speed setting range.

Die Erregermittel weisen eine Feldwicklung auf, mittels welcher dann das Erregerfeld erzeugt werden kann. Dadurch kann das Erregerfeld frei eingestellt werden, nämlich durch die Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung kann einen Stromfluss durch die Feldwicklung steuern, so dass insgesamt zwei Stellgrößen - der Ankerstrom und der Feldstrom - zum Steuern der Drehzahl des Universalmotors und seiner Leistungsaufnahme zur Verfügung stehen. Es entfallen somit die im Stand der Technik angewandte "Anzapfung" des Erregerfeldes und die damit verbundenen Nachteile.The exciter means have a field winding, by means of which then the excitation field can be generated. As a result, the excitation field can be adjusted freely, namely by the control device. The control device can control a current flow through the field winding, so that a total of two manipulated variables - the armature current and the field current - are available for controlling the speed of the universal motor and its power consumption. It thus eliminates the "tapping" of the excitation field used in the prior art and the associated disadvantages.

In einer Ausführungsform können die Erregermittel ergänzend Permanentmagnete umfassen, die das Erregerfeld erzeugen. Durch die Permanentmagnete wird vorteilhafterweise das durch die Erregerwicklungen erzeugte Erregerfeld unterstützt und ein Grunderregerfeld bereitgestellt. Durch Einsatz von Permanentmagneten am Stator kann der Wirkungsgrad des Universalmotors im Vergleich zum Stand der Technik erhöht werden. Der Einsatz von Permanentmagneten ermöglicht außerdem die Verringerung der Baugröße des Universalmotors, so dass insgesamt ein kompakter Universalmotor und kompaktes Hausgerät geschaffen werden können.In one embodiment, the excitation means may additionally comprise permanent magnets that generate the exciter field. By means of the permanent magnets, the excitation field generated by the exciter windings is advantageously supported and a ground exciter field is provided. By using permanent magnets on the stator, the efficiency of the universal motor can be increased compared to the prior art. The use of permanent magnets also makes it possible to reduce the size of the universal motor, so that a total of a compact universal motor and compact home appliance can be created.

Prinzipiell kann an die Feldwicklung eine über der Zeit konstante Spannung - eine Gleichspannung - angelegt werden, so dass sich ein zeitlich konstanter Stromfluss durch die Feldwicklung ergibt. Eine solche Vorgehensweise ist technisch besonders einfach - es muss lediglich eine Gleichspannung erzeugt und an die Feldwicklung angelegt werden. Solche Gleichspannung kann zum Beispiel aus einem Spannungszwischenkreis abgegriffen werden. Die Amplitude der Gleichspannung kann beispielsweise 12 V betragen. Jedoch kommen die Vorteile einer Feldwicklung dann vollständig zum Tragen, wenn weitere Schaltmittel zum Steuern des Stromflusses durch die Feldwicklung bereitgestellt sind und die Steuereinrichtung diese Schaltmittel unabhängig von den Schaltmitteln für die Ankerwicklung ansteuern kann.In principle, a voltage that is constant over time-a DC voltage-can be applied to the field winding, resulting in a time-constant current flow through the field winding. Such a procedure is technically particularly simple - it must be generated only a DC voltage and applied to the field winding. Such DC voltage can be tapped for example from a voltage intermediate circuit. The amplitude of the DC voltage may be 12 V, for example. However, the benefits of field winding are fully realized when further switching means for controlling the flow of current through the field winding are provided and the controller can drive these switching means independently of the armature winding means.

Dann sind nämlich - wie bereits ausgeführt - zwei Stellgrößen, insbesondere Steuer- oder Regelgrößen, verfügbar, die separat voneinander eingestellt werden können, nämlich einerseits der Ankerstrom beziehungsweise eine an die Ankerwicklung angelegte Ankerspannung und andererseits der Feldstrom (Erregerstrom) beziehungsweise eine an die Feldwicklung angelegte Feldspannung (Erregerspannung). Die Schaltmittel für die Ankerwicklung und die Schaltmittel für die Feldwicklung können jeweils einen aktiven und durch die Steuereinrichtung ansteuerbaren Gleichrichter aufweisen; dann ist ein aktiver Gleichrichter der Ankerwicklung und ein aktiver Gleichrichter der Feldwicklung zugeordnet. Die Gleichrichter können mit einem Netzanschluss gekoppelt sein und so direkt eine Versorgungswechselspannung eines Versorgungsnetzes abgreifen und selbige Versorgungswechselspannung gleichrichten. Die separaten Gleichrichter können Brückengleichrichter mit jeweils vier Thyristoren sein, die durch die Steuereinrichtung angesteuert werden können. Dann kann sowohl an die Ankerwicklung als auch an die Feldwicklung jeweils eine gleichgerichtete Versorgungsspannung angelegt werden, und die jeweiligen (mittleren) Amplituden der an die Ankerwicklung und die Feldwicklung angelegten Versorgungsspannungen können durch die Steuereinrichtung eingestellt werden, nämlich unter Ausgabe entsprechender Steuersignale an die jeweiligen Gleichrichter. Es erfolgt bei dieser Ausführungsform eine so genannte Phasenabschnitt- oder Phasenanschnittsteuerung. In einer alternativen Ausführungsform kann ein gemeinsamer - insbesondere passiver - Gleichrichter die Versorgungswechselspannung des elektrischen Versorgungsnetzes gleichrichten, und es kann ein Spannungszwischenkreis mit einem gemeinsamen Zwischenkreiskondensator bereitgestellt werden. Dann kann der Ankerwicklung und der Feldwicklung Strom aus dem Spannungszwischenkreis jeweils über einen elektronischen Schalter - insbesondere einen Transistor - zugeführt werden. Beide elektronischen Schalter können mit dem Spannungszwischenkreis gekoppelt sein. Die Steuereinrichtung kann bei dieser Ausführungsform die jeweiligen (mittleren) Amplituden der Ankerspannung und der Feldspannung unter Anwendung der Pulsweitenmodulation steuern. Durch Einsatz eines Spannungszwischenkreises sowie bei Anwendung der Pulsweitenmodulation wird erreicht, dass der Ankerstrom und der Feldstrom jeweils Gleichströme mit sehr geringen - quasi vernachlässigbaren - Oberschwingungsanteilen sind. Dies führt zu einer geringeren Geräuschentwicklung und einer geringeren Erwärmung sowie einer höheren Lebensdauer des Universalmotors.Then, as already explained, two manipulated variables, in particular open-loop or closed-loop control variables, are available, which can be set separately from one another, namely on the one hand the armature current or one applied to the armature winding Armature voltage and on the other hand, the field current (excitation current) or applied to the field winding field voltage (excitation voltage). The switching means for the armature winding and the switching means for the field winding may each have an active and controllable by the control device rectifier; then an active rectifier is assigned to the armature winding and an active rectifier is assigned to the field winding. The rectifiers can be coupled to a grid connection and thus directly pick up an AC supply voltage of a supply network and rectify the same AC supply voltage. The separate rectifiers can be bridge rectifiers, each with four thyristors, which can be controlled by the control device. Then a rectified supply voltage can be applied to both the armature winding and the field winding, and the respective (average) amplitudes of the supply voltages applied to the armature winding and the field winding can be adjusted by the control device, namely by outputting corresponding control signals to the respective rectifiers , In this embodiment, a so-called phase section or phase control is performed. In an alternative embodiment, a common - in particular passive - rectifier rectify the AC supply voltage of the electrical supply network, and it can be provided with a common DC link capacitor, a voltage intermediate circuit. Then, the armature winding and the field winding current from the voltage intermediate circuit in each case via an electronic switch - in particular a transistor - are supplied. Both electronic switches can be coupled to the voltage link. The controller may, in this embodiment, control the respective (average) amplitudes of the armature voltage and the field voltage using pulse width modulation. By using a voltage intermediate circuit and when using the pulse width modulation is achieved that the armature current and the field current are each direct currents with very low - almost negligible - harmonic components. This leads to a lower noise and a lower heating and a longer life of the universal motor.

Steuert man die Amplituden der Ankerspannung und der Feldspannung getrennt beziehungsweise unabhängig voneinander, so gelten für den Universalmotor beziehungsweise den Gleichstrommotor die folgenden Gleichungen: U a = R a l a + L a dl a dt + B n und M = c 2 π Φ B l a ,

Figure imgb0001

wobei Ua die Ankerspannung, Ra einen Ohmschen Widerstand der Ankerwicklung, Ia den Ankerstrom, La eine Induktivität der Ankerwicklung, c die Maschinenkonstante, M ein Drehmoment des Universalmotors, n die Drehzahl und ΦB einen durch die Erregermittel erzeugten magnetischen Fluss bezeichnen.If the amplitudes of the armature voltage and of the field voltage are controlled separately or independently of one another, then the following equations apply to the universal motor or the DC motor: U a = R a l a + L a dl a dt + B n and M = c 2 π Φ B l a .
Figure imgb0001

where U a is the armature voltage, Ra an ohmic resistance of the armature winding, I a is the armature current, L a is an inductance of the armature winding, c is the machine constant, M, a torque of the universal motor n, the rotational speed and Φ B denote a magnetic flux generated by the excitation means ,

Zwischen dem Feldstrom If beziehungsweise der Feldspannung Uf und dem magnetischen Fluss ΦB besteht im Allgemeinen ein nicht-linearer Zusammenhang. Bei einer relativ kleinen Stärke des Erregerfeldes - das heißt wenn das Erregerfeld noch nicht in die Sättigung geht - hat man jedoch eine lineare Beziehung: B = k Φ l f = k Φ U f R f ,

Figure imgb0002

wobei kΦ eine Konstante und Rf einen Ohmschen Widerstand der Feldwicklung bezeichnen. Die statische Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie ergibt sich aus den beiden erstgenannten Gleichungen: n = U a B - R a 2 π B 2 M .
Figure imgb0003
There is generally a non-linear relationship between the field current I f or the field voltage U f and the magnetic flux Φ B. With a relatively small strength of the excitation field - that is, if the exciter field is not yet saturated - but one has a linear relationship: B = k Φ l f = k Φ U f R f .
Figure imgb0002

where k Φ denotes a constant and R f an ohmic resistance of the field winding. The static speed-torque characteristic results from the first two equations: n = U a B - R a 2 π B 2 M ,
Figure imgb0003

Die Leerlaufdrehzahl beträgt: n 0 = U a B .

Figure imgb0004
The idle speed is: n 0 = U a B ,
Figure imgb0004

Die Leerlaufdrehzahl lässt sich durch die Ankerspannung und die Feldspannung (Erregerspannung) steuern, insbesondere regeln. Für eine niedrige Leerlaufdrehzahl - zum Beispiel in einem Waschbetrieb - würde man eine kleine Ankerspannung und eine hohe Feldspannung einstellen. Eine hohe Ankerspannung und eine niedrige Feldspannung kann die Steuereinrichtung hingegen für hohe Drehzahlen einstellen, etwa in einem Schleuderbetrieb. Bei einer gegebenen Stärke des Erregerfeldes, das heißt bei gegebener Erregung, wird das Drehmoment durch den Ankerstrom bestimmt. Bei einer hohen Stärke des Erregerfeldes und somit niedrigeren Drehzahlen sind für das Waschen relativ hohe Drehmomente möglich. Im Schleuderbetrieb sind dagegen niedrigere Drehmomente nötig, so dass die kleinere Erregung nicht zu überhöhten Ankerströmen führt. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung in einem Schleuderbetrieb des Hausgeräts die mittlere Stromstärke des Ankerstromes höher als die mittlere Stromstärke des Feldstromes einstellen. Die Steuereinrichtung kann hingegen in einem Waschbetrieb des Hausgeräts die mittlere Stromstärke des Ankerstromes geringer als die mittlere Stromstärke des Feldstromes einstellen.The idle speed can be controlled by the armature voltage and the field voltage (exciter voltage), in particular regulate. For a low idling speed - for example in a washing operation - one would set a small armature voltage and a high field voltage. By contrast, a high armature voltage and a low field voltage can be set by the control device for high rotational speeds, for example in a centrifugal operation. For a given strength of the exciter field, that is at given excitation, the torque is determined by the armature current. With a high strength of the exciter field and thus lower speeds relatively high torques are possible for washing. In spin mode, however, lower torques are required, so that the smaller excitation does not lead to excessive armature currents. In other words, in a centrifugal operation of the domestic appliance, the control device can set the average current intensity of the armature current higher than the average current intensity of the field current. By contrast, in a washing operation of the domestic appliance, the control device can set the average current intensity of the armature current smaller than the average current intensity of the field current.

In einer Ausführungsform ist auch vorgesehen, dass bei einem Wechsel von einem Waschbetrieb in einen Schleuderbetrieb des Hausgeräts die Steuereinrichtung die mittlere Stromstärke des Ankerstromes erhöht und die mittlere Stromstärke des Feldstromes reduziert. Im Unterschied zum Stand der Technik ist also für die Reduktion des Erregerfeldes kein Eingriff in die Feldwicklung erforderlich, und der Universalmotor kann trotzdem bei sehr hohen Schleuderdrehzahlen betrieben werden.In one embodiment, it is also provided that when changing from a washing operation to a centrifuging operation of the domestic appliance, the control device increases the average current intensity of the armature current and reduces the average current intensity of the field current. In contrast to the prior art, therefore, no intervention in the field winding is required for the reduction of the exciter field, and the universal motor can still be operated at very high spin speeds.

Die Steuereinrichtung kann - unter entsprechender Ansteuerung der Schaltmittel - die Ankerwicklung zumindest zeitweise gegen ein Bezugspotential kurzzuschließen, um den Anker des Universalmotors aktiv abzubremsen. Somit kann die für den Abschluss eines Betriebsprogramms des Hausgeräts erforderliche Zeitdauer auf ein Minimum reduziert werden.The control device can - at least temporarily short-circuit the armature winding against a reference potential, under appropriate control of the switching means, in order to actively decelerate the armature of the universal motor. Thus, the time required to complete an operating program of the domestic appliance can be reduced to a minimum.

Sind die Schaltmittel für die Ankerwicklung mit einer Spannungsquelle - etwa mit einem Zwischenkreiskondensator - gekoppelt, so kann die Steuereinrichtung in einem Generatorbetrieb des Universalmotors eine Rekuperation vornehmen. Und zwar kann die Steuereinrichtung im Generatorbetrieb die Schaltmittel derart ansteuern, dass eine in der Ankerwicklung im Generatorbetrieb induzierte Ankerspannung der Spannungsquelle zugeführt wird. Dann wird eine im Generatorbetrieb von dem Universalmotor gelieferte elektrische Energie in der Spannungsquelle gespeichert und kann zu einem späteren Zeitpunkt wieder genutzt werden, nämlich zum erneuten Beschleunigen des Universalmotors. Somit wird die Energieeffizienz des Hausgeräts gesteigert.If the switching means for the armature winding are coupled to a voltage source, for example to an intermediate circuit capacitor, then the control device can recuperate in a generator operation of the universal motor. Namely, in the generator operation, the control device can control the switching means in such a way that an armature voltage induced in the armature winding in generator operation is supplied to the voltage source. Then, an electric power supplied in the generator operation by the universal motor is stored in the power source and can be reused at a later time, namely, to re-accelerate the universal motor. Thus, the energy efficiency of the household appliance is increased.

Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn - insbesondere bei Anwendung der Pulsweitenmodulation zur Ansteuerung der Schaltmittel für die Ankerwicklung - die Steuereinrichtung diese Schaltmittel synchron mit einer Kommutatorfrequenz des Ankers ansteuert. Die Kommutatorfrequenz bezeichnet dabei diejenige Frequenz, mit welcher eine Bürste (Kohlenbürste) des Bürstensystems von einer Kommutatorlamelle zu einer nächsten Kommutatorlamelle überspringt. Diese Kommutatorfrequenz ist somit einerseits von der Anzahl der Kommutatorlamellen und andererseits von der momentanen Drehzahl des Ankers abhängig. Die momentane Drehzahl kann zum Beispiel mithilfe einer Tachoeinrichtung gemessen werden. Durch die Ansteuerung der Schaltmittel zeitsynchron mit der Kommutatorfrequenz kann erreicht werden, dass die Ankerspannung nur dann mittels der Schaltmittel direkt an die Ankerwicklung angelegt wird, wenn die Bürste in Kontakt mit einer Kommutatorlamelle steht. Bei einem Lamellenwechsel kann die Ankerspannung von der Ankerwicklung wieder entnommen werden. Eine solche Synchronisation lässt sich insbesondere bei der Pulsweitenmodulation der Ankerspannung ohne viel Aufwand erreichen. Es wird durch diese Ausführungsform die Funkenbildung zwischen dem Bürstensystem und den Kommutatorlamellen - ein so genanntes Bürstenfeuer - vermieden. Es erhöht sich somit die Lebensdauer und die Standzeit des Bürstensystems und damit des gesamten Universalmotors und des Hausgeräts.It has been found to be particularly advantageous if - in particular when using the pulse width modulation for controlling the switching means for the armature winding - the control means controls this switching means synchronously with a commutator frequency of the armature. The commutator frequency denotes the frequency with which a brush (carbon brush) of the brush system jumps from a commutator to a next Kommutatorlamelle. This commutator frequency is thus dependent on the one hand on the number of commutator and on the other hand on the instantaneous speed of the armature. The instantaneous speed can be measured, for example, by means of a speedometer device. By driving the switching means time synchronous with the commutator can be achieved that the armature voltage is applied by means of the switching means directly to the armature winding only when the brush is in contact with a commutator. When a lamella change, the armature voltage can be removed from the armature winding again. Such a synchronization can be achieved in particular in the pulse width modulation of the armature voltage without much effort. It is avoided by this embodiment, the sparking between the brush system and the Kommutatorlamellen - a so-called brush fire. It thus increases the life and the life of the brush system and thus the entire universal motor and the household appliance.

In einer Ausführungsform kann die Steuereinrichtung den über die Ankerwicklung fließenden Ankerstrom erfassen. Abhängig von der Stromstärke des Ankerstromes kann die Steuereinrichtung die Ankerspannung beziehungsweise den Ankerstrom und/oder die Feldspannung beziehungsweise den Feldstrom steuern. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung die Stromstärke des Ankerstromes auf einen konstanten oder einen drehzahlabhängigen Wert regeln. Die Überwachung des Ankerstromes ermöglicht einerseits eine geringere Erwärmung des Bürstensystems - die Stromstärke des Ankerstromes kann nämlich entsprechend gering eingestellt werden - und damit eine Erhöhung der Lebensdauer des Universalmotors; andererseits kann anhand der Messwerte des Ankerstromes ein Wegfall des Feldstromes erkannt werden, und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen können getroffen werden. Beim Wegfall des Feldstromes besteht nämlich die Gefahr eines "Durchgehens" des Universalmotors, das heißt die Drehzahl und die Stromstärke des Ankerstromes steigen stark an. Ein solches "Durchgehen" des Universalmotors kann nun durch die Steuereinrichtung anhand der Stromstärke des Ankerstromes erkannt werden, und die Steuereinrichtung kann die Ankerwicklung von einer Spannungsquelle trennen. Durch die Erfassung des Ankerstromes können darüber hinaus Riemenrissen erkannt werden. Bei einem eventuellen Riemenriss steigt nämlich die Motordrehzahl an, während die Stromstärke des Ankerstromes sinkt. Die Steuereinrichtung kann einen solchen Fehlzustand erkennen und beispielsweise ein Informationssignal an eine Bedienperson des Hausgeräts ausgeben.In one embodiment, the controller may detect the armature current flowing across the armature winding. Depending on the current strength of the armature current, the control device can control the armature voltage or the armature current and / or the field voltage or the field current. For example, the control device may regulate the current strength of the armature current to a constant or a speed-dependent value. The monitoring of the armature current allows on the one hand a lower heating of the brush system - namely, the current strength of the armature current can be set correspondingly low - and thus an increase in the life of the universal motor; On the other hand, with the aid of the measured values of the armature current, an omission of the field current can be detected, and corresponding safety measures can be taken. In fact, when the field current ceases, there is the danger of a "runaway" of the universal motor, that is to say the rotational speed and the current intensity of the armature current increase sharply. Such a "runaway" of the universal motor can now by the controller on the basis of Amount of current of the armature current can be detected, and the controller can separate the armature winding from a voltage source. By detecting the armature current, moreover, belt cracks can be detected. In the event of a belt break, the engine speed increases, while the armature current decreases. The control device can detect such a false state and, for example, output an information signal to an operator of the domestic appliance.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Universalmotors wird eine Wäschetrommel in einem Hausgerät zur Pflege von Wäschestücken durch selbigen Universalmotor angetrieben. Es wird ein Erregerfeld durch Erregermittel eines Stators des Universalmotors erzeugt, und ein Stromfluss durch eine Ankerwicklung eines Ankers des Universalmotors wird mithilfe einer Steuereinrichtung gesteuert. Aufgrund des Stromflusses durch die Ankerwicklung wird der Anker in dem Erregerfeld bewegt. Der Stromfluss durch die Ankerwicklung wird unabhängig von dem Erregerfeld gesteuert. Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Hausgerät vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Hausgerät.In a method according to the invention for operating a universal motor, a laundry drum is driven in a household appliance for the care of laundry by selbigen universal motor. A field of excitation is generated by energizing means of a stator of the universal motor, and current flow through an armature winding of an armature of the universal motor is controlled by means of a controller. Due to the current flow through the armature winding of the armature is moved in the exciter field. The current flow through the armature winding is controlled independently of the exciter field. The preferred embodiments presented with reference to the domestic appliance according to the invention and their advantages apply correspondingly to the domestic appliance according to the invention.

Weitere Vorteile 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 in Alleinstellung verwendbar.Further advantages of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. All the features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation.

Die Erfindung wird nun anhand einzelner bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1
in schematischer Darstellung ein Ersatzschaltbild eines bürstenlbehafteten Gleichstrommotors zum Antreiben einer Wäschetrommel eines Hausgeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei Schaltmittel für eine Ankerwicklung sowie Schaltmittel für eine Feldwicklung des Gleichstrommotors bereitgestellt sind;
Fig. 2
einen Verlauf der Stromstärke eines Ankerstroms sowie einen Verlauf einer Ankerleistung bei einer konstanten Schleuderdrehzahl jeweils in Abhängigkeit von der Stromstärke eines Feldstromes (Erregerstromes); und
Fig. 3
in schematischer Darstellung eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben einer Wäschetrommel eines Hausgeräts gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
The invention will now be explained in more detail with reference to individual preferred embodiments, as well as with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1
schematically an equivalent circuit diagram of a brushless DC motor for driving a laundry drum of a domestic appliance according to an embodiment of the invention, wherein switching means for an armature winding and switching means for a field winding of the DC motor are provided;
Fig. 2
a profile of the current strength of an armature current and a profile of an armature power at a constant spin speed in each case as a function of the current intensity of a field current (exciter current); and
Fig. 3
a schematic representation of a drive device for driving a laundry drum of a domestic appliance according to another embodiment of the invention.

In den Figuren werden gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung in ihrem oberen Teil ein Ersatzschaltbild eines Universalmotors 1 beziehungsweise eines fremderregten bürstenbafteten Gleichstrommotors, welcher im Ausführungsbeispiel in eine Waschmaschine eingebaut ist. Der Universalmotor 1 dient zum Antreiben einer in den Figuren nicht näher dargestellten Wäschetrommel zur Aufnahme von Wäschestücken. Der Universalmotor 1 umfasst einen Stator, an welchem ein Anker (auch unter Bezeichnung "Rotor" bekannt) drehbar gelagert ist. Der Anker umfasst eine Ankerwicklung 2, welche in dem Ersatzschaltbild gemäß Fig. 1 auf der linken Seite dargestellt ist. Die Ankerwicklung 2 wird über einen Kommutator sowie ein Bürstensystem bestromt. Fig. 1 shows a schematic representation in its upper part of an equivalent circuit diagram of a universal motor 1 and a third-party brushed DC motor, which is installed in the embodiment in a washing machine. The universal motor 1 is used to drive a laundry drum not shown in the figures for receiving laundry items. The universal motor 1 comprises a stator to which an armature (also known by the name "rotor") is rotatably mounted. The armature comprises an armature winding 2, which in the equivalent circuit diagram according to FIG Fig. 1 is shown on the left side. The armature winding 2 is energized via a commutator and a brush system.

Betrachtet man nun die Ankerwicklung 2 von zwei Anschlussklemmen 3, 4 aus, so sieht man einen Ohmschen Widerstand Ra, eine Induktivität La sowie eine Spannungsquelle 5, die eine in der Ankerwicklung 2 induzierte Spannung Ui darstellt. Zwischen den Anschlussklemmen 3, 4 liegt eine Ankerspannung Ua an. Durch die Ankerwicklung 2 fließt ein Ankerstrom Ia.If one now considers the armature winding 2 from two connection terminals 3, 4, one sees an ohmic resistance R a , an inductance L a and a voltage source 5, which represents a voltage U i induced in the armature winding 2. Between the terminals 3, 4 is an armature voltage U a . Through the armature winding 2, an armature current I a flows .

Der Stator umfasst Erregermittel, die im Ausführungsbeispiel eine Feldwicklung 6 umfassen, deren Ersatzschaltbild in Fig. 1 auf der rechten Seite dargestellt ist. Die Erregermittel können auch Permanentmagnete umfassen. Die Feldwicklung 6 erzeugt im Betrieb des Universalmotors 1 ein Erregerfeld 7, in welchem der Anker bezüglich des Stators gedreht wird.The stator comprises excitation means, which in the exemplary embodiment comprise a field winding 6, the equivalent circuit diagram in FIG Fig. 1 is shown on the right. The excitation means may also comprise permanent magnets. In the operation of the universal motor 1, the field winding 6 generates an exciting field 7, in which the armature is rotated with respect to the stator.

Betrachtet man die Feldwicklung 6 von zwei Anschlussklemmen 8, 9 aus, so sieht man einen Ohmschen Widerstand Rf sowie eine in Reihe dazu geschaltete Induktivität Lf. Zwischen den Anschlussklemmen 8, 9 liegt eine Feldspannung Uf (Erregerspannung) an. Durch die Feldwicklung 6 fließt ein Feldstrom If (Erregerstrom).Looking at the field winding 6 of two terminals 8, 9, so you can see an ohmic resistance R f and an inductance connected in series L f . Between the terminals 8, 9 is applied to a field voltage U f (excitation voltage). Through the field winding 6, a field current I f (excitation current) flows.

Sowohl für die Ankerwicklung 2 als auch für die Feldwicklung 6 sind Schaltmittel 10, 11 bereitgestellt, über welche die Ankerwicklung 2 respektive die Feldwicklung 6 bestromt werden. Und zwar umfassen die Schaltmittel 10, 11 jeweils einen aktiven Brückengleichrichter mit jeweils vier Thyristoren 12. Die Brückengleichrichter sind also Vollweggleichrichter. Die Thyristoren 12 der Schaltmittel 10 für die Ankerwicklung 2 werden durch eine Steuereinrichtung 13a - zum Beispiel einen Mikrokontroller - angesteuert, und die Thyristoren 12 der Schaltmittel 11 für die Feldwicklung 6 werden ebenfalls durch eine Steuereinrichtung 13b angesteuert, die ein Mikrokontroller sein kann. Die Steuereinrichtungen 13a, 13b sind lediglich schematisch dargestellt, es kann auch eine gemeinsame Steuereinrichtung 13 für die Schaltmittel 10, 11 bereitgestellt werden.Both for the armature winding 2 and for the field winding 6 switching means 10, 11 are provided, via which the armature winding 2 and the field winding 6 are energized. Namely, the switching means 10, 11 each comprise an active bridge rectifier with four thyristors 12 each. The bridge rectifiers are therefore full-wave rectifiers. The thyristors 12 of the switching means 10 for the armature winding 2 are driven by a control device 13a - for example a microcontroller -, and the thyristors 12 of the switching means 11 for the field winding 6 are also driven by a control device 13b, which may be a microcontroller. The control devices 13a, 13b are shown only schematically, and a common control device 13 for the switching means 10, 11 can also be provided.

Es ist ein Relaissystem 14 zwischen den Schaltmitteln 10 und den Anschlussklemmen 3, 4 der Ankerwicklung 2 vorgesehen. Mittels des Relaissystems 14, welches durch die Steuereinrichtung 13a angesteuert werden kann, kann die Ankerspannung Ua umgepolt werden, und die Drehrichtung des Ankers kann verändert werden.It is a relay system 14 between the switching means 10 and the terminals 3, 4 of the armature winding 2 is provided. By means of the relay system 14, which can be controlled by the control device 13a, the armature voltage U a can be reversed, and the direction of rotation of the armature can be changed.

Die beiden Brückengleichrichter greifen eine Versorgungswechselspannung Uv eines Versorgungsnetzes ab, die zwischen zwei Eingangsanschlüssen 15, 16 anliegt.The two bridge rectifiers pick up an alternating supply voltage U v of a supply network, which is applied between two input terminals 15, 16.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden also zwei separate aktive Brückengleichrichter eingesetzt, um die Ankerwicklung 2 sowie die Feldwicklung 6 unabhängig voneinander bestromen zu können. Zwischen den Anschlussklemmen 3, 4 sowie 8, 9, das heißt an der Ankerwicklung 2 sowie der Feldwicklung 6, liegt somit jeweils eine gleichgerichtete und somit positive Spannung an. Die Steuereinrichtungen 13a, 13b können bei der Ansteuerung der Thyristoren 12 und somit bei der Steuerung der jeweiligen Amplituden der Ankerspannung Ua und der Feldspannung Uf die Phasenabschnittsteuerung oder Phasenanschnittsteuerung anwenden. Somit können die Steuereinrichtungen 13a, 13b die an die Ankerwicklung 2 sowie die Feldwicklung 6 abgegebenen Leistungen separat steuern bzw. die jeweiligen mittleren Stromstärken des Ankerstromes Ia und des Feldstroms If separat einstellen.In the in Fig. 1 illustrated embodiment, therefore, two separate active bridge rectifier are used in order to energize the armature winding 2 and the field winding 6 independently. Between the terminals 3, 4 and 8, 9, that is, to the armature winding 2 and the field winding 6, thus in each case a rectified and thus positive voltage is applied. The control devices 13a, 13b can use phase-angle control or phase-angle control in the control of the thyristors 12 and thus in the control of the respective amplitudes of the armature voltage U a and the field voltage U f . Thus, the control devices 13a, 13b to the armature winding 2 and the field winding. 6 separately control outputs delivered or set the respective average currents of the armature current I a and the field current I f separately.

Fig. 2 zeigt einen prinzipiellen Verlauf 17 (gestrichelte Linie) des Ankerstromes Ia sowie einen Verlauf 18 (durchgezogene Linie) einer Ankerleistung Pa jeweils in Abhängigkeit von der Stromstärke des Feldstromes If. Die Verläufe 17, 18 sind für eine konstante Schleuderdrehzahl der Waschmaschine dargestellt. Wie aus dem Graphen gemäß Fig. 2 zu erkennen ist, sinkt die Stromstärke des Ankerstromes Ia mit steigender Stromstärke des Feldstromes If. Der Verlauf 18 der Ankerleistung Pa hat dagegen ein Minimum 19, welches drehzahl- und beladungsabhängig ist. Die aufgenommene Ankerleistung Pa lässt sich somit auf ein Minimum reduzieren, wie auch der Gesamtenergieverbrauch der Waschmaschine. Der Universalmotor 1 kann nämlich in einem solchen Arbeitspunkt betrieben werden, bei welchem das Minimum 19 der Ankerleistung Pa gegeben ist. Mit anderen Worten kann die Stromstärke des Feldstromes If derart eingestellt werden, dass das Minimum 19 der Ankerleistung Pa erreicht wird. In diesem Arbeitspunkt ist auch die Stromstärke des Ankerstroms Ia relativ gering, so dass das Bürstensystem des Universalmotors 1 geschont wird. Fig. 2 shows a principal course 17 (dashed line) of the armature current I a and a course 18 (solid line) of an armature power P a respectively as a function of the current intensity of the field current I f . The curves 17, 18 are shown for a constant spin speed of the washing machine. As from the graph according to Fig. 2 can be seen, the current strength of the armature current I a decreases with increasing current intensity of the field current I f . The course 18 of the armature power P a , however , has a minimum 19, which is speed and load-dependent. The recorded armature power P a can thus be reduced to a minimum, as well as the total energy consumption of the washing machine. Namely, the universal motor 1 can be operated at such an operating point at which the minimum 19 of the armature power P a is given. In other words, the current intensity of the field current I f can be adjusted so that the minimum 19 of the armature power P a is reached. At this operating point, the current intensity of the armature current I a is relatively low, so that the brush system of the universal motor 1 is spared.

In Fig. 3 ist ein weiteres Beispiel für die Ansteuerung des Universalmotors 1 bzw. für das Bestromen der Ankerwicklung 2 und der Feldwicklung 6 dargestellt. Auf der rechten Seite ist in Fig. 3 der Universalmotor 1 mit der Feldwicklung 6 und der Ankerwicklung 2 schematisch dargestellt. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird aus der Versorgungswechselspannung Uv (in Fig. 3 nicht dargestellt) des elektrischen Versorgungsnetzes eine Zwischenkreisgleichspannung Uz erzeugt, nämlich zum Beispiel mithilfe eines Gleichrichters. Die Zwischenkreisgleichspannung Uz liegt zwischen zwei Zwischenkreisanschlüssen 20, 21 an. An dem Zwischenkreisanschluss 21 ist ein Bezugspotential B bereitgestellt. Zwischen den Zwischenkreisanschlüssen 20, 21 ist ein Zwischenkreiskondensator 22 geschaltet, an welchem die Zwischenkreisgleichspannung Uz anliegt.In Fig. 3 is another example of the control of the universal motor 1 and for the energization of the armature winding 2 and the field winding 6 shown. On the right is in Fig. 3 the universal motor 1 with the field winding 6 and the armature winding 2 shown schematically. In the embodiment according to Fig. 3 is from the supply AC voltage U v (in Fig. 3 not shown) of the electrical supply network generates a DC link voltage U z , namely, for example by means of a rectifier. The DC link voltage U z is between two DC link connections 20, 21. At the DC link 21, a reference potential B is provided. Between the DC link 20, 21, an intermediate circuit capacitor 22 is connected to which the DC link voltage U z is applied.

Optional kann zwischen den Zwischenkreisanschlüssen 20, 21 auch ein Spannungshochsetzsteller 23 geschaltet sein, durch welchen die Amplitude der Zwischenkreisgleichspannung Uz beliebig eingestellt werden kann. Auf diesem Wege kann die Waschmaschine dann an unterschiedlichen Versorgungsnetzen betrieben werden. Anstatt des Spannungshochsetzstellers 23 oder zusätzlich dazu kann auch ein Spannungsverdoppler eingesetzt werden, welcher einen zu dem Zwischenkreiskondensator 22 bedarfsabhängig in Reihe zuschaltbaren Kondensator aufweisen kann.Optionally, a voltage boost converter 23 can also be connected between the DC link connections 20, 21, by means of which the amplitude of the DC link voltage U z can be set as desired. In this way, the washing machine can then be operated on different supply networks become. Instead of the voltage step-up converter 23 or in addition to a voltage doubler can be used, which may have a connectable to the intermediate circuit capacitor 22 as needed in series connectable capacitor.

Wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, werden die Ankerwicklung 2 und die Feldwicklung 6 auch im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 mithilfe von Schaltmitteln 10, 11 bestromt. Die Ankerwicklung 2 ist einerseits mit dem Zwischenkreisanschluss 20 und andererseits mit dem Kollektoranschluss 24 eines Bipolartransistors 25 verbunden. Der Emitter-Anschluss 26 des Bipolartransistors 25 ist über einen Stromerfassungswiderstand 27 (Shunt) mit dem Bezugspotential B gekoppelt. Der Basis-Anschluss 28 des Bipolartransistors 25 ist mit einer Steuereinrichtung 13 (zum Beispiel einem Mikrokontroller) verbunden. Die Steuereinrichtung 13 kann also den Bipolartransistor 25 ansteuern und somit den Stromfluss durch die Ankerwicklung 2 steuern, nämlich beispielsweise unter Anwendung der Pulsweitenmodulation.As in the embodiment according to Fig. 1 , The armature winding 2 and the field winding 6 are also in the embodiment according to Fig. 3 energized by means of switching means 10, 11. The armature winding 2 is connected on the one hand to the intermediate circuit terminal 20 and on the other hand to the collector terminal 24 of a bipolar transistor 25. The emitter terminal 26 of the bipolar transistor 25 is coupled to the reference potential B via a current sensing resistor 27 (shunt). The base terminal 28 of the bipolar transistor 25 is connected to a control device 13 (for example a microcontroller). The control device 13 can thus drive the bipolar transistor 25 and thus control the current flow through the armature winding 2, namely, for example, using the pulse width modulation.

Die Feldwicklung 6 wird ebenfalls durch einen Bipolartransistor 29 bestromt. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird die Feldwicklung 6 auch über das Relaissystem 14 bestromt, mittels welchem die Drehrichtung des Universalmotors 1 verändert werden kann. In dem in Fig. 3 dargestellten Zustand des Relaissystems 14 ist die Feldwicklung 6 einerseits mit dem Zwischenkreisanschluss 20 und andererseits mit dem Kollektor-Anschluss 30 des Bipolartransistors 29 verbunden. Der Emitter-Anschluss 31 des Bipolartransistors 29 ist über einen Stromerfassungswiderstand 32 mit dem Bezugspotential B gekoppelt. Der Basis-Anschluss 33 des Bipolartransistors 29 ist mit der Steuereinrichtung 13 verbunden. Also kann die Steuereinrichtung 13 den Stromfluss durch den Bipolartransistor 29 und somit durch die Feldwicklung 6 steuern.The field winding 6 is also energized by a bipolar transistor 29. In the embodiment according to Fig. 3 the field winding 6 is also energized via the relay system 14, by means of which the direction of rotation of the universal motor 1 can be changed. In the in Fig. 3 illustrated state of the relay system 14, the field winding 6 on the one hand to the DC link 20 and on the other hand connected to the collector terminal 30 of the bipolar transistor 29. The emitter terminal 31 of the bipolar transistor 29 is coupled to the reference potential B via a current sensing resistor 32. The base terminal 33 of the bipolar transistor 29 is connected to the control device 13. Thus, the control device 13 can control the flow of current through the bipolar transistor 29 and thus through the field winding 6.

Die Steuereinrichtung 13 kann auch den Ankerstrom Ia sowie den Feldstrom If erfassen, nämlich über Leitungen 34, 35.The control device 13 can also detect the armature current I a as well as the field current I f , namely via lines 34, 35.

Also kann die Steuereinrichtung 13 im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 - wie auch im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 - den Stromfluss durch die Ankerwicklung 2 sowie den Stromfluss durch die Feldwicklung 6 unabhängig voneinander steuern. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erfolgt die Phasenabschnittsteuerung oder Phasenanschnittsteuerung. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 erfolgt die Steuerung der Stromflüsse unter Anwendung der Pulsweitenmodulation, dies sowohl für den Bipolartransistor 25, als auch für den Bipolartransistor 29. Die Steuereinrichtung 13 kann somit sowohl im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als auch in dem gemäß Fig. 3 die mittleren Amplituden der Ankerspannung Ua sowie der Feldspannung Uf, wie auch die mittleren Stromstärken des Ankerstromes Ia und des Feldstromes If steuern.Thus, the controller 13 in the embodiment according to Fig. 3 - As in the embodiment according to Fig. 1 - Control the current flow through the armature winding 2 and the current flow through the field winding 6 independently. In the embodiment according to Fig. 1 the phase section control or Phase control. In the embodiment according to Fig. 3 The control of the current flows using the pulse width modulation, this for both the bipolar transistor 25, as well as for the bipolar transistor 29. The controller 13 can thus both in the embodiment according to Fig. 1 as well as in the according Fig. 3 the average amplitudes of the armature voltage U a and the field voltage U f , as well as the average currents of the armature current I a and the field current I f control.

In einem Waschbetrieb der Waschmaschine, in welchem der Universalmotor 1 bei geringeren Drehzahlen betrieben wird, stellt die Steuereinrichtung 13 eine geringe Ankerspannung Ua und eine hohe Feldspannung Uf ein. In einem Schleuderbetrieb der Waschmaschine, in welchem der Universalmotor 1 bei hohen Drehzahlen betrieben wird, stellt die Steuereinrichtung 13 hingegen eine hohe Ankerspannung Ua und eine niedrige Feldspannung Un ein.In a washing operation of the washing machine, in which the universal motor 1 is operated at lower speeds, the control device 13 sets a low armature voltage U a and a high field voltage U f . In a spin operation of the washing machine, in which the universal motor 1 is operated at high speeds, the control device 13, however, sets a high armature voltage U a and a low field voltage U n .

In Fig. 3 ist zusätzlich eine Tachoeinrichtung 36 dargestellt, die die Drehzahl des Universalmotors 1 erfassen kann. Die Tachoeinrichtung 36 übermittelt Signale mit Informationen über die jeweils augenblickliche Drehzahl des Universalmotors 1 an die Steuereinrichtung 13. Die Steuereinrichtung 13 kann somit die Drehzahl des Universalmotors 1 steuern oder regeln.In Fig. 3 In addition, a speedometer device 36 is shown, which can detect the speed of the universal motor 1. The tachometer 36 transmits signals with information about the respective instantaneous speed of the universal motor 1 to the control device 13. The control device 13 can thus control or regulate the speed of the universal motor 1.

Die Steuereinrichtung 13 kann abhängig von der gemessenen Stromstärke des Ankerstromes Ia selbige Stromstärke und/oder die Stromstärke des Feldstroms If steuern. Es ist auch eine Regelung der Stromstärke des Ankerstromes Ia sinnvoll möglich. Somit kann eine zu hohe Stromaufnahme vermieden werden, so dass insgesamt die Leistungsaufnahme der Waschmaschine auf ein Minimum reduziert werden kann. Es kann somit auch eine Belastung des Bürstensystems vermieden werden, und die Lebensdauer und die Standzeit des Universalmotors 1 kann erhöht werden. Die Regelung der Stromstärke des Ankerstromes Ia kann zum Beispiel so erfolgen, dass das Minimum 19 der Ankerleistung Pa gemäß Fig. 3 erreicht wird.The control device 13 can control the same current intensity and / or the current intensity of the field current I f as a function of the measured current intensity of the armature current I a . It is also possible to regulate the current intensity of the armature current I a . Thus, an excessive power consumption can be avoided, so that the total power consumption of the washing machine can be reduced to a minimum. It can thus be avoided a burden on the brush system, and the life and the service life of the universal motor 1 can be increased. The regulation of the current intensity of the armature current I a can, for example, be such that the minimum 19 of the armature power P a in accordance with Fig. 3 is reached.

Insgesamt wird also ein Hausgerät geschaffen, bei welchem ein im Vergleich zum Stand der Technik verbesserter Universalmotor 1 zum Antreiben der Wäschetrommel eingesetzt wird. Anstatt eines Universalmotors der Reihenschluss-Bauweise wird ein Universalmotor 1 verwendet, dessen Ankerwicklung 2 unabhängig von der Feldwicklung 6 bestromt werden kann. Es entfällt somit die "Feldanzapfung", wie sie im Stand der Technik bei hohen Drehzahlen des Universalmotors vorgenommen wird. Durch separate Steuerung des Stromflusses durch die Ankerwicklung 2 und die Feldwicklung 6 kann insgesamt ein größerer Drehzahlstellbereich des Universalmotors 1 erzielt werden.Overall, therefore, a domestic appliance is created in which an improved compared to the prior art universal motor 1 is used for driving the laundry drum. Instead of a universal motor of the series connection construction, a universal motor 1 is used, the armature winding 2 is energized independently of the field winding 6 can be. It thus eliminates the "field tap", as is done in the prior art at high speeds of the universal motor. By a separate control of the current flow through the armature winding 2 and the field winding 6 a total of a larger speed control range of the universal motor 1 can be achieved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
bürstenbehafteter Gleichstrommotorbrushed DC motor
22
Ankerwicklungarmature winding
3, 43, 4
Anschlussklemmenterminals
55
Spannungsquellevoltage source
66
Feldwicklungfield winding
77
Erregerfeldexciting field
8, 98, 9
Anschlussklemmenterminals
10, 1110, 11
BrückengleichrichterBridge rectifier
1212
Thyristorenthyristors
13, 13a, 13b13, 13a, 13b
Steuereinrichtungcontrol device
1414
Relaissystemrelay system
15, 1615, 16
Eingangsanschlüsseinput terminals
17, 1817, 18
Verläufecourses
1919
Minimumminimum
20,2120.21
ZwischenkreisanschlüsseDC link connections
2222
ZwischenkreiskondensatorLink capacitor
2323
SpannungshochsetzstellerVoltage step-up converter
2424
Kollektor-AnschlussCollector terminal
2525
Bipolartransistorbipolar transistor
2626
Emitter-AnschlussEmitter terminal
2727
StromerfassungswiderstandCurrent sensing resistor
2828
Basis-AnschlussBase terminal
2929
Bipolartransistorbipolar transistor
3030
Kollektor-AnschlussCollector terminal
3131
Emitter-AnschlussEmitter terminal
3232
StromerfassungswiderstandCurrent sensing resistor
3333
Basis-AnschlussBase terminal
34, 3534, 35
Leitungencables
3636
TachoeinrichtungTacho facility
Ia I a
Ankerstromarmature current
If I f
Feldstromfield current
Ua U a
Ankerspannungarmature voltage
Uf U f
Feldspannungfield voltage
Ra R a
Ohmscher Widerstand der Ankerwicklung 2Ohmic resistance of the armature winding 2
LA L A
Induktivität der Ankerwicklung 2Inductance of the armature winding 2
Ui U i
induzierte Spannunginduced voltage
Rf R f
Ohmscher Widerstand der Feldwicklung 6Ohmic resistance of the field winding 6
Lf L f
Induktivität der Feldwicklung 6Inductance of the field winding 6
Uv U v
VersorgungswechselspannungAC supply voltage
Uz U z
ZwischenkreisgleichspannungIntermediate circuit voltage
PA P A
Ankerleistunganchor performance

Claims (12)

  1. Domestic appliance for the treatment of articles of laundry, comprising:
    - a laundry drum for receiving the articles of laundry,
    - a brush-equipped direct current motor (1) for driving the laundry drum, which motor comprises a stator with excitation means (6) for generating an energising field (7) and an armature with an armature winding (2),
    - switching means (10), by means of which a current flow (Ia) through the armature winding (2) is controllable, wherein the armature is movable in the energising field (7) as a consequence of the current flow (Ia) through the armature winding (2), and
    - a control device (13, 13a, 13b) for activating the switching means (10), characterised in that the armature winding (2) is electrically separated from the excitation means (6) and the current flow (Ia) through the armature winding (2) is thereby controllable independently of the energising field (7).
  2. Domestic appliance according to claim 1, characterised in that the excitation means (6) comprise permanent magnets for generating the energising field (7).
  3. Domestic appliance according to claim 1 or 2, characterised in that the excitation means (6) comprises a field winding (6) for generating the energising field (7).
  4. Domestic appliance according to claim 3, characterised by a further switching means (11) for controlling a current flow (If) through the field winding (6), wherein the control device (13, 13a, 13b) is designed for the purpose of activating the further switching means (11) independently of the switching means (10) for the armature winding (2).
  5. Domestic appliance according to claim 2 or 3, characterised in that the control device (13, 13a, 13b) is designed to increase the mean amperage of an armature current (Ia) flowing through the armature winding (2) and to reduce the mean amperage of a field current (If) flowing through the field winding (6) when the domestic appliance changes from washing operation to spinning operation.
  6. Domestic appliance according to any one of claims 3 to 5, characterised in that the control device (13, 13a, 13b) is designed for the purpose of setting, in spinning operation of the domestic appliance, the mean amperage of an armature current (Ia) flowing through the armature winding (2) to be higher than the mean current intensity of a field current (If) flowing through the field winding (6).
  7. Domestic appliance according to any one of claims 3 to 6, characterised in that the control device (13, 13a, 13b) is designed for the purpose of setting, in washing operation of the domestic appliance, the mean amperage of an armature current (Ia) flowing through the armature winding (2) to be lower than the mean amperage of a field current (If) flowing through the field winding (6).
  8. Domestic appliance according to any one of the preceding claims, characterised in that the control device (13, 13a, 13b) is designed for the purpose of short-circuiting the armature winding (2) at least temporarily relative to a reference potential (B) for active braking of the armature.
  9. Domestic appliance according to any one of the preceding claims, characterised in that the switching means (10) for the armature winding (2) are coupled with a voltage source (22) and the control device (13, 13a, 13b) is designed for the purpose of so activating a switching means (10) in generator operation of the direct current motor (1) that an armature voltage (Ua) induced in the armature winding (2) in generator operation can be supplied to the voltage source (22).
  10. Domestic appliance according to any one of the preceding claims, characterised in that the control device (13, 13a, 13b) is designed for the purpose of activating the switching means (10) for the armature winding (2) synchronously with a commutator frequency.
  11. Domestic appliance according to any one of the preceding claims, characterised in that the control device (13, 13a, 13b) is constructed for the purpose of detecting the armature current (Ia) flowing across the armature winding (2).
  12. Method of operating a brush-equipped direct current motor (1), by which a laundry drum in a domestic appliance for the treatment of articles of laundry is driven, comprising the steps of:
    - generating an energising field (7) by excitation means (6) of a stator of the direct current motor (1) and
    - controlling a current flow (Ia) through an armature winding (2) of an armature of the direct current motor (1) with the help of a control device (13, 13a, 13b), wherein the armature is moved in the energising field (7) by way of the current flow (Ia) through the armature winding (2),
    characterised in that the current flow (Ia) through the armature winding (2) is controlled independently of the energising field (7).
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