EP3278697A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines mit wechselspannung angetriebenen motors für ein bodenpflegegerät sowie bodenpflegegerät - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines mit wechselspannung angetriebenen motors für ein bodenpflegegerät sowie bodenpflegegerät Download PDF

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EP3278697A1
EP3278697A1 EP17174994.8A EP17174994A EP3278697A1 EP 3278697 A1 EP3278697 A1 EP 3278697A1 EP 17174994 A EP17174994 A EP 17174994A EP 3278697 A1 EP3278697 A1 EP 3278697A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor
voltage range
high power
power mode
mode voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17174994.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Otto Braun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Miele und Cie KG
Original Assignee
Miele und Cie KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Miele und Cie KG filed Critical Miele und Cie KG
Publication of EP3278697A1 publication Critical patent/EP3278697A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L9/00—Details or accessories of suction cleaners, e.g. mechanical means for controlling the suction or for effecting pulsating action; Storing devices specially adapted to suction cleaners or parts thereof; Carrying-vehicles specially adapted for suction cleaners
    • A47L9/28—Installation of the electric equipment, e.g. adaptation or attachment to the suction cleaner; Controlling suction cleaners by electric means
    • A47L9/2836—Installation of the electric equipment, e.g. adaptation or attachment to the suction cleaner; Controlling suction cleaners by electric means characterised by the parts which are controlled
    • A47L9/2842—Suction motors or blowers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L9/00—Details or accessories of suction cleaners, e.g. mechanical means for controlling the suction or for effecting pulsating action; Storing devices specially adapted to suction cleaners or parts thereof; Carrying-vehicles specially adapted for suction cleaners
    • A47L9/28—Installation of the electric equipment, e.g. adaptation or attachment to the suction cleaner; Controlling suction cleaners by electric means
    • A47L9/2857—User input or output elements for control, e.g. buttons, switches or displays

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an AC-powered motor for a floor care device, a corresponding device and a floor care device.
  • Vacuum cleaners are equipped with a high performance or booster function, which can be switched on during the cleaning process for a short time to improve the absorption of particularly stubborn dirt or larger particles from the ground.
  • the EP 0 641 538 B1 describes a device for regulating the power consumption of a vacuum cleaner.
  • a motor for a floor care appliance in normal operation with maximum power without booster stage is operated with a starting time of the phase angle in a range of fifty-five to seventy-five percent of a total duration of a half-wave of an alternating voltage.
  • phase control can be achieved that on the one hand a life of the engine remains sufficiently high and on the other hand when switching to a booster or. High performance stage, a significant power stroke of the engine can be achieved.
  • the Ecodesign Directive limits the power consumption of the devices from September 2014 to less than 1600 watts of rated power and from September 2017 to less than 900 watts rated power.
  • a floor care device can be realized so that it provides a sufficient and satisfactory cleaning power in normal operation with lower power in accordance with the guidelines described above and can generate the required volume flow when switching to high-performance operation to heavy soiling or suction with high To be able to reliably absorb weight (eg broken pieces or pebbles).
  • High power driving of the motor in a high power mode in which the drive current of the motor is turned on in a high power mode voltage range, the drive current being turned on in the high power mode voltage range longer than in the normal mode voltage range.
  • the motor is preferably mechanically commutated, particularly preferably by means of carbon brushes.
  • the floor care appliance may be an electrically operated mobile appliance for cleaning the floor in rooms, e.g. B. a vacuum cleaner, act.
  • a brush-commutated electric motor in question.
  • different modes of operation of the ground care device can be understood, whereby in the normal mode, a possible energy-saving operation of the ground care device can be in focus, while in the high-performance mode the highest possible cleaning power is to be achieved.
  • a normal-mode voltage range or a high-power-mode voltage range can be understood to be time intervals in which the motor of the floor care appliance is switched on in the corresponding normal mode or in the high-power mode.
  • the steps of normal engine operation and high power engine operation may be during a total engine on time be carried out individually or alternately when using the ground care device, wherein typically a time proportion of the normal operation of the total turn-on time may be substantially higher than a temporal portion of the Hochissesbeaxes.
  • the step of normally operating may be performed automatically upon powering up the ground care device while the high power operating step is performed only in response to an operator signal initiated by an operator of the ground care device.
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a device or a control device.
  • the starting time of the normal mode voltage range may be at a zero crossing of the AC voltage.
  • a duration of the high power mode voltage range may be at most forty five percent of the total duration of the half cycle.
  • a motor for a fan of the floor care appliance may be driven as the motor.
  • an optimal cleaning power can be readily provided by the floor care device.
  • the drive current may be turned on in response to a turn-on signal provided at the start time, and turned off in response to a turn-off signal provided at the end time.
  • the turn-on signal and the turn-off signal can be provided via an interface with a semiconductor switch. In this way, the engine can be controlled robust, inexpensive and easy to maintain.
  • the method may include a step of reading in a high power mode signal. Accordingly, the step of high power driving of the engine can be performed by using the high power mode signal. Thus, the motor can advantageously be placed on demand quickly in the high-performance mode.
  • the step of reading the high-performance mode signal is read in via an interface with a control element for the floor care device.
  • the operating element can be designed to be operated by a user of the ground care device for activating the high-performance mode.
  • This embodiment of the method can ensure that the floor care appliance is put into the high-performance mode only when it is actually needed, as a result of which the floor care appliance can be used in a particularly energy-saving manner.
  • the high-power mode signal can be read in by means of a rotary potentiometer or slider or rotary control or pushbutton assigned to the control element. Since these elements are manufactured in large numbers and are available at low cost, manufacturing and maintenance costs of the floor care device can be kept advantageously low.
  • An apparatus is arranged to execute steps of the method according to one of the above-mentioned embodiments in corresponding units.
  • the device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon.
  • the device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software.
  • the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device.
  • the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • the device may be designed as a drive circuit or have a drive circuit.
  • the floor care device may have a contact for electrically connecting the motor to an electrochemical storage and / or a mains voltage.
  • the connectability of the floor care device to a stationary or mobile energy supply can be ensured without further ado.
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.
  • FIG. 1 1 diagrammatically depicts an exemplary floor care appliance 100 incorporating one embodiment of a device 102 proposed herein for operating an engine 104 of the floor care appliance 100.
  • the floor care appliance 100 is shown in FIG FIG. 1 shown embodiment to a vacuum cleaner 100 with a body that is rolled on rollers on the surface to be cleaned, a floor nozzle for receiving dirt and particles from the ground, connectable to the floor nozzle suction pipe and a hose for coupling the suction tube with the body.
  • the motor or fan motor 104 accommodated in the body is designed to generate a negative pressure during operation of the floor care appliance 100 by means of The dirt and particles are absorbed via the floor nozzle and passed through the suction tube and hose into the body.
  • the blower motor 104 is an AC-powered motor, here a series-wound motor in which the field winding and the armature winding are connected in series. During operation of the motor 104, the same current flows through both windings, which is continuously switched over via carbon brushes and commutator in the armature. For power supply, the motor 104 is connected via an electrical contact with an electrochemical storage and / or a mains voltage.
  • the device 102 is a drive circuit or has a drive circuit and is electrically conductively connected to the motor 104.
  • the device 102 by suitable control of the motor 104, enables operation of the motor 104 in at least two modes of operation, a normal mode, and a high-power or booster mode.
  • the device 102 is configured to turn on a drive current of the motor 104 in the normal mode in a normal mode voltage range and turn it on in the high power mode in a high power mode voltage range.
  • the normal mode voltage range extends over a period in a range of fifty-five to seventy-five percent of a total duration of each half cycle of the AC voltage between a start time and an end time, while in the high power mode voltage range the drive current is turned on longer than in the normal mode voltage range per half cycle.
  • the proposed herein normal mode voltage range of fifty-five to seventy-five percent of the turn-on the sine half wave is an advantageous compromise between power stroke and life of the fan motor 104 by optimally taking into account the conflicting requirements in the overall system, on the one hand to achieve a higher power stroke in the booster mode, and on the other hand, the life of the motor 104 too little ,
  • the booster function or the high-performance mode is activated with a separate button or operating element 106, which is arranged on a handle of the suction tube.
  • the control element 106 for the power control or the activation of the booster function can be realized depending on the specified embodiment as a rotary potentiometer, a keypad with plus / minus buttons, a slider, a knob, etc., or have such elements and is located at a position of the floor care appliance 100 where it is easily accessible to a user in operation of the floor care appliance 100.
  • actuation of the control element 106 generates a high power mode signal 108 which is read into the device 102 via an interface of the control element 106 with the device 102, which places the motor 104 in the high power mode in response to the high power mode signal 108 ,
  • the booster function again plays a special role due to the significantly higher power increase. It can with a device that is characterized by a low recording power and thus by a "good” label, by the short-term increase in recording power in high-performance mode heavier soiling cleaned or sucked up heavy suction material.
  • the novel floor care apparatus 100 having the booster function driving circuit 102 for the brush-commutated electric motor 104 presented herein may be different from that in FIG. 1 also be shown as a portable device.
  • the floor care device 100 may be designed according to the specification for the battery operation or the mains operation or as a combination device for an optional battery or mains operation.
  • FIG. 2 shows a flow chart of one embodiment of a method 200 for operating an AC powered motor of a floor care appliance.
  • the method 200 may be used to operate the in FIG. 1 be shown blower motor running.
  • a step of normal operation 202 the engine is operated in a normal mode in which a drive current of the motor is turned on in a normal mode voltage range.
  • the normal mode voltage range extends between a predefined starting time and a predefined end time over a period in a range of fifty-five to seventy-five percent of a total duration of a half-wave of the alternating voltage.
  • the step of normal operation 202 is automatically performed in response to turning on the floor care device or connecting the floor care device to a supply voltage.
  • the engine is operated in a high power mode in which the drive current of the motor is in one High power mode voltage range, which is characterized by a greater length than the normal mode voltage range.
  • the method 200 includes a step of reading 206 a high power mode signal, and the step of high power driving 204 of the motor is performed in response to the high power mode signal being read.
  • FIG. 3 To illustrate the concept presented herein for implementing a booster function for a floor care appliance and its parameterization, FIG. 12 shows a graph of sinusoidal graph versus time representing an AC current drive current 300 for the engine of a floor care appliance.
  • FIG. 3 is shown the sinusoidal drive current 300 of the motor without bleed control.
  • FIG. 4 shows in another diagram, in turn, the sinusoidal drive current 300 for operating the engine for the ground care device.
  • FIG. 4 illustrates the normal mode operation of the engine, in which one through the in FIG. 1 shown device caused phase control is present and causes a throttling of the power.
  • the drive current 300 is turned on in a normal mode voltage range that extends for a duration of fifty-five percent of a total duration of a half wave of the AC voltage between a start time 402 and an end time 404.
  • the start time 402 is defined at a zero crossing of the sinusoidal drive current 300, while the end time 404 at the in FIG. 4 shown embodiment intersects a position of the sine wave shortly after the maximum of the sine wave.
  • the start time 402 determines the turning on of the drive current 300 and the end time 404, the turning off of the drive current 300.
  • the start time 402 determines the turning on of the drive current 300 and the end time 404, the turning off of the drive current 300.
  • the drive current 300 is in the in FIG. 4 2, in response to a turn-on signal provided at the start time 402, and turned off in response to a turn-off signal provided at the end time 404.
  • the turn-on signal and the turn-off signal are provided via an interface with a semiconductor, for example a triac.
  • a double arrow in the illustration in FIG. 4 represents a turn-off time 406 of the drive current 300.
  • FIG. 4 a 50 hertz system with a half-wave duration of 10 ms.
  • the normal mode voltage range of fifty-five percent shown is switched off after 5.5 ms, so that a remaining cut-off time of 4.5 ms is available as "power reserve" for the high-performance or booster stage.
  • the commutation of the brush motors of the in-line fan motor for the floor care device is still within an acceptable range, so that the life of the motor is not excessively reduced by the gate.
  • the phase angle for the gate is selected to be not less than fifty-five percent, so that a duration of the high-power mode voltage range is a maximum of forty-five percent of the total duration of the half-wave, in this case a maximum of 4.5 ms.
  • FIG. 5 illustrates, with reference to another diagram, the normal mode operation of the engine in a variant of that in FIG. 4 shown embodiment.
  • the phase control is designed so that the end time 404 of the normal mode voltage range is further back, in this case specifically at seventy-five percent of the total duration of the half-wave of the AC voltage.
  • the start time 402 is again at the zero crossing.
  • the sine half-wave is midway between the maximum and the zero crossing.
  • the turn-off time 406 of the drive current 300 is correspondingly shorter, and a power swing for the high-power mode is lower.
  • With the extension of the normal mode voltage range to seventy-five percent of the total half-wave duration however, a sufficiently high power increase is achieved in the booster activation. At the same time, a shorter brush fire during commutation makes it possible to extend the service life of the motor.
  • the power stroke for the booster function for a blower motor which is typically designed as a series-wound motor, is selected in a range which ensures that the life of the motor remains high, even in phase control, since the brush fire is reduced so far during the commutation, that commutator and brushes do not wear out so fast. Since the booster function is typically limited in its duration of use, the time share of the normal, maximum Power level dominantly, and the device can reach at least almost the required maximum lifetime by him as a whole.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)
  • Nozzles For Electric Vacuum Cleaners (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mit Wechselspannung angetriebenen Motors für ein Bodenpflegegerät. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Normalbetreibens des Motors in einem Normalmodus, in dem ein Ansteuerstrom (300) des Motors in einem Normalmodus-Spannungsbereich eingeschaltet ist, wobei der Normalmodus-Spannungsbereich sich über eine Dauer in einem Bereich von fünfundfünfzig bis fünfundsiebzig Prozent einer Gesamtdauer einer Halbwelle der Wechselspannung zwischen einem Startzeitpunkt (402) und einem Endzeitpunkt (404) erstreckt, und einen Schritt des Hochleistungsbetreibens des Motors in einem Hochleistungsmodus, in dem der Ansteuerstrom (300) des Motors in einem Hochleistungsmodus-Spannungsbereich eingeschaltet ist, wobei der Ansteuerstrom (300) in dem Hochleistungsmodus-Spannungsbereich länger als in dem Normalmodus-Spannungsbereich eingeschaltet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mit Wechselspannung angetriebenen Motors für ein Bodenpflegegerät, eine entsprechende Vorrichtung und ein Bodenpflegegerät.
  • Moderne Bodenpflegegeräte wie z. B. Staubsauger sind mit einer Hochleistungs- bzw. Booster-Funktion ausgestattet, die während des Reinigungsvorgangs kurzzeitig zugeschaltet werden kann, um die Aufnahme besonders hartnäckigen Schmutzes oder größerer Partikel vom Boden zu verbessern.
  • Die EP 0 641 538 B1 beschreibt eine Vorrichtung zur Regelung der Leistungsaufnahme eines Staubsaugers.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Betreiben eines mit Wechselspannung angetriebenen Motors für ein Bodenpflegegerät sowie ein verbessertes Bodenpflegegerät zu schaffen.
  • Gemäß dem hier vorgestellten Ansatz wird diese Aufgabe durch ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines mit Wechselspannung angetriebenen Motors für ein Bodenpflegegerät, eine verbesserte Vorrichtung zum Betreiben eines mit Wechselspannung angetriebenen Motors für ein Bodenpflegegerät und ein verbessertes Bodenpflegegerät mit den Merkmalen der Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
  • Gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz wird ein Motor für ein Bodenpflegegerät im Normalbetrieb mit maximaler Leistung ohne Booster-Stufe mit einer Anschnittszeit des Phasenwinkels in einem Bereich von fünfundfünfzig bis fünfundsiebzig Prozent einer Gesamtdauer einer Halbwelle einer Wechselspannung betrieben.
  • Mit einer so gestalteten Phasenanschnittsteuerung kann erreicht werden, dass einerseits eine Lebensdauer des Motors hinreichend hoch bleibt und andererseits bei Umschalten in eine Booster-bzw. Hochleistungsstufe ein signifikanter Leistungshub des Motors erzielt werden kann.
  • Dies ist von großer Bedeutung insbesondere im Hinblick auf die Einführung des EU-Energielabels und der Ecodesign-Richtlinie für Elektrogeräte, mit denen die europäischen Hersteller von netzgebundenen Bodenpflegegeräten wie z. B. Haushaltsstaubsaugern verpflichtet werden, Geräte mit geringerer Aufnahmeleistung und gleichzeitig hoher Staubaufnahme auf Teppichen und/oder Glattböden zu konzipieren. Speziell die Ecodesign-Richtlinie begrenzt die Aufnahmeleistung der Geräte ab September 2014 auf weniger als 1600 Watt Nennleistung und ab September 2017 auf weniger als 900 Watt Nennleistung.
  • Gemäß dem hier vorgestellten Konzept kann ein Bodenpflegegerät so realisiert werden, dass es im Normalbetrieb mit geringerer Aufnahmeleistung gemäß den oben beschriebenen Richtlinien eine ausreichende und zufriedenstellende Reinigungskraft bereitstellt und beim Umschalten in den Hochleistungsbetrieb den nötigen Volumenstrom erzeugen kann, um auch starke Verschmutzungen oder Sauggut mit hohem Gewicht (z. B. Scherben oder Steinchen) zuverlässig aufnehmen zu können.
  • Ein Verfahren zum Betreiben eines mit Wechselspannung angetriebenen Motors für ein Bodenpflegegerät weist die folgenden Schritte auf:
    • Normalbetreiben des Motors in einem Normalmodus, in dem ein Ansteuerstrom des Motors in einem Normalmodus-Spannungsbereich eingeschaltet ist, wobei der Normalmodus-Spannungsbereich sich über eine Dauer in einem Bereich von fünfundfünfzig bis fünfundsiebzig Prozent einer Gesamtdauer einer Halbwelle der Wechselspannung zwischen einem Startzeitpunkt und einem Endzeitpunkt erstreckt; und
  • Hochleistungsbetreiben des Motors in einem Hochleistungsmodus, in dem der Ansteuerstrom des Motors in einem Hochleistungsmodus-Spannungsbereich eingeschaltet ist, wobei der Ansteuerstrom in dem Hochleistungsmodus-Spannungsbereich länger als in dem Normalmodus-Spannungsbereich eingeschaltet ist.
  • Der Motor ist bevorzugt mechanisch kommutiert, besonders bevorzugt mittels Kohlebürsten.
  • Bei dem Bodenpflegegerät kann es sich um ein elektrisch betriebenes mobiles Gerät zum Reinigen des Bodens in Räumen, z. B. um einen Bodenstaubsauger, handeln. Als der Motor kommt beispielsweise ein bürstenkommutierter Elektromotor infrage. Unter dem Normalmodus und dem Hochleistungsmodus können unterschiedliche Betriebsarten des Bodenpflegegeräts verstanden werden, wobei im Normalmodus ein möglichst energiesparender Betrieb des Bodenpflegegeräts im Fokus stehen kann, während im Hochleistungsmodus eine möglichst hohe Reinigungskraft erzielt werden soll. Unter einem Normalmodus-Spannungsbereich bzw. einem Hochleistungsmodus-Spannungsbereich können vorliegend Zeitintervalle verstanden werden, in denen der Motor des Bodenpflegegerätes in dem entsprechenden Normalmodus bzw. dem Hochleistungsmodus eingeschaltet ist. Die Schritte des Normalbetreibens des Motors und des Hochleistungsbetreibens des Motors können während einer Gesamteinschaltzeit des Motors bei einem Einsatz des Bodenpflegegeräts einzeln oder abwechselnd ausgeführt werden, wobei typischerweise ein zeitlicher Anteil des Normalbetreibens an der Gesamteinschaltzeit wesentlich höher als ein zeitlicher Anteil des Hochleistungsbetreibens sein kann. Beispielsweise kann der Schritt des Normalbetreibens automatisch mit Einschalten des Bodenpflegegeräts ausgeführt werden, während der Schritt des Hochleistungsbetreibens lediglich ansprechend auf ein durch einen Bediener des Bodenpflegegeräts ausgelöstes Bediensignal ausgeführt wird.
  • Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware, beispielsweise in einer Vorrichtung oder einem Steuergerät, implementiert sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann in dem Schritt des Normalbetreibens des Motors der Startzeitpunkt des Normalmodus-Spannungsbereichs auf einem Nulldurchgang der Wechselspannung liegen. So kann ohne Weiteres ein ausreichend hoher Leistungshub des Motors für den Betrieb des Bodenpflegegeräts im Normalmodus erreicht werden.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann in dem Schritt des Hochleistungsbetreibens des Motors eine Dauer des Hochleistungsmodus-Spannungsbereichs maximal fünfundvierzig Prozent der Gesamtdauer der Halbwelle betragen. Hierdurch ist insbesondere der Vorteil einer Reduzierung einer kommutierungsbedingten Abnutzung des Motors auf ein Minimum gegeben.
  • Beispielsweise kann ein Motor für ein Gebläse des Bodenpflegegeräts als der Motor angetrieben werden. So kann ohne Weiteres eine optimale Reinigungskraft durch das Bodenpflegegerät bereitgestellt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann in dem Schritt des Normalbetreibens der Ansteuerstrom ansprechend auf ein zu dem Startzeitpunkt bereitgestelltes Einschaltsignal eingeschaltet werden und ansprechend auf ein zu dem Endzeitpunkt bereitgestelltes Ausschaltsignal ausgeschaltet werden. Das Einschaltsignal und das Ausschaltsignal können über eine Schnittstelle mit einem Halbleiterschalter bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann der Motor robust, kostengünstig und wartungsfreundlich gesteuert werden.
  • Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Einlesens eines Hochleistungsmodus-Signals aufweisen. Entsprechend kann der Schritt des Hochleistungsbetreibens des Motors unter Verwendung des Hochleistungsmodus-Signals ausgeführt werden. So kann der Motor vorteilhaft auf Anforderung schnell in den Hochleistungsmodus versetzt werden.
  • Günstig ist ferner, wenn in dem Schritt des Einlesens das Hochleistungsmodus-Signal über einer Schnittstelle mit einem Bedienelement für das Bodenpflegegerät eingelesen wird. Dabei kann das Bedienelement ausgebildet sein, um von einem Nutzer des Bodenpflegegeräts zum Aktivieren des Hochleistungsmodus bedient zu werden. Diese Ausführungsform des Verfahrens kann gewährleisten, dass das Bodenpflegegerät nur bei tatsächlichem Bedarf in den Hochleistungsmodus versetzt wird, wodurch das Bodenpflegegerät besonders energiesparend eingesetzt werden kann.
  • Beispielsweise kann in dem Schritt des Einlesens das Hochleistungsmodus-Signal mittels eines dem Bedienelement zugeordneten Drehpotentiometers oder Schiebereglers oder Drehreglers oder Tasters eingelesen werden. Da diese Elemente in hoher Stückzahl gefertigt werden und kostengünstig zur Verfügung stehen, können Herstellungs- und Wartungskosten des Bodenpflegegeräts vorteilhaft niedrig gehalten werden.
  • Eine Vorrichtung ist eingerichtet, um Schritte des Verfahrens gemäß einer der im Vorangegangenen aufgeführten Ausführungsformen in entsprechenden Einheiten auszuführen.
  • Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
  • Unter der Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
  • Beispielsweise kann die Vorrichtung als eine Ansteuerschaltung ausgebildet sein oder eine Ansteuerschaltung aufweisen.
  • Ein Bodenpflegegerät weist die folgenden Merkmale auf:
    • einen mit Wechselspannung angetriebenen Motor; und
    • eine Vorrichtung wie oben beschrieben, die elektrisch leitfähig mit dem Motor gekoppelt oder koppelbar ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das Bodenpflegegerät einen Kontakt zum elektrisch leitfähigen Verbinden des Motors mit einem elektrochemischen Speicher und/oder einer Netzspannung aufweisen. So kann ohne Weiteres die Anbindbarkeit des Bodenpflegegeräts an eine stationäre oder mobile Energieversorgung gewährleistet werden.
  • Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Bodenpflegegeräts mit einer Vorrichtung zum Betreiben eines Motors des Bodenpflegegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    Figur 2
    ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Motors eines Bodenpflegegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    Figur 3
    ein Diagramm zur Darstellung eines sinusförmigen Ansteuerstroms für einen Motor eines Bodenpflegegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    Figur 4
    ein Diagramm zur Darstellung einer Ansteuerung eines Motors eines Bodenpflegegeräts in einem Normalmodus des Bodenpflegegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
    Figur 5
    ein Diagramm zur Darstellung einer Ansteuerung eines Motors eines Bodenpflegegeräts in einem Normalmodus des Bodenpflegegeräts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein beispielhaftes Bodenpflegegerät 100 mit einem Ausführungsbeispiel einer hierin vorgeschlagenen Vorrichtung 102 zum Betreiben eines Motors 104 des Bodenpflegegeräts 100. Bei dem Bodenpflegegerät 100 handelt es sich bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel um einen Bodenstaubsauger 100 mit einem Korpus, der auf Rollen über den zu reinigenden Untergrund gerollt wird, einer Bodendüse zum Aufnehmen von Schmutz und Partikeln vom Untergrund, einem mit der Bodendüse verbindbaren Saugrohr und einem Schlauch zum Koppeln des Saugrohrs mit dem Korpus. Der in dem Korpus untergebrachte Motor bzw. Gebläsemotor 104 ist ausgebildet, um im Betrieb des Bodenpflegegeräts 100 einen Unterdruck zu erzeugen, mittels dem Schmutz und Partikel über die Bodendüse aufgenommen und durch Saugrohr und Schlauch in den Korpus geleitet werden.
  • Bei dem Gebläsemotor 104 handelt es sich um einen mit Wechselspannung angetriebenen Motor, hier einen Reihenschlussmotor, bei dem die Feld-Wicklung und die Anker-Wicklung in Reihe geschaltet sind. Es fließt im Betrieb des Motors 104 durch beide Wicklungen der gleiche Strom, der über Kohlebürsten und Kommutator im Anker kontinuierlich umgeschaltet wird. Zur Spannungsversorgung ist der Motor 104 über einen elektrischen Kontakt mit einem elektrochemischen Speicher und/oder einer Netzspannung verbunden.
  • Die Vorrichtung 102 ist eine Ansteuerschaltung oder weist eine Ansteuerschaltung auf und ist elektrisch leitfähig mit dem Motor 104 verbunden. Die Vorrichtung 102 ermöglicht durch geeignete Ansteuerung des Motors 104 einen Betrieb des Motors 104 in mindestens zwei Betriebsmodi, einem Normalmodus und einem Hochleistungs- bzw. Booster-Modus. Die Vorrichtung 102 ist ausgebildet, um einen Ansteuerstrom des Motors 104 im Normalmodus in einem Normalmodus-Spannungsbereich einzuschalten und im Hochleistungsmodus in einem Hochleistungsmodus-Spannungsbereich einzuschalten. Dabei erstreckt sich der Normalmodus-Spannungsbereich über eine Dauer in einem Bereich von fünfundfünfzig bis fünfundsiebzig Prozent einer Gesamtdauer jeder Halbwelle der Wechselspannung zwischen einem Startzeitpunkt und einem Endzeitpunkt, während im Hochleistungsmodus-Spannungsbereich der Ansteuerstrom länger als im Normalmodus-Spannungsbereich je Halbwelle eingeschaltet ist.
  • In Anbetracht der Tatsache, dass bei typischen Gebläse- bzw. Staubsaugermotoren mit Kohlebürsten und Kollektor als Kommutierungssystem, sogenannten Universalmaschinen, im Phasenanschnitt mit reduzierter Leistung eine Reduktion der Lebensdauer zu verzeichnen ist, stellt der hierin vorgeschlagene Normalmodus-Spannungsbereich von fünfundfünfzig bis fünfundsiebzig Prozent der Anschaltzeit der Sinushalbwelle einen vorteilhaften Kompromiss zwischen Leistungshub und Lebensdauer des Gebläsemotors 104 dar, indem im Gesamtsystem den gegensätzlichen Anforderungen, einerseits einen höheren Leistungshub im Booster-Modus zu erreichen, und andererseits die Lebensdauer des Motors 104 nicht zu sehr zu belasten, jeweils optimal Rechnung getragen wird.
  • Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Booster-Funktion bzw. der Hochleistungsmodus mit einer separaten Taste bzw. einem Bedienelement 106 aktiviert, die bzw. das an einem Handgriff des Saugrohrs angeordnet ist. Das Bedienelement 106 für die Leistungssteuerung bzw. die Aktivierung der Booster-Funktion kann je nach spezifizierter Ausführung als ein Drehpotentiometer, ein Tastenfeld mit Plus-/ Minus-Tasten, ein Schieberegler, ein Drehregler, etc. realisiert sein oder derartige Elemente aufweisen und befindet sich an einer Position des Bodenpflegegeräts 100, wo es für einen Anwender im Betrieb des Bodenpflegegeräts 100 bequem erreichbar ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird mit der Betätigung des Bedienelements 106 ein Hochleistungsmodus-Signal 108 erzeugt, das über eine Schnittstelle des Bedienelements 106 mit der Vorrichtung 102 in die Vorrichtung 102 eingelesen wird, die ansprechend auf das Hochleistungsmodus-Signal 108 den Motor 104 in den Hochleistungsmodus versetzt.
  • Durch die reduzierte Motorleistung der gemäß den in der Einleitung erwähnten neuen Ecodesign- bzw. Energielabelrichtlinien optimierten Geräte spielt die Booster-Funktion durch die deutlich größere Leistungserhöhung wieder eine besondere Rolle. Es können mit einem Gerät, das durch eine niedrige Aufnahmeleistung und damit durch ein "gutes" Label gekennzeichnet ist, durch die kurzzeitige Erhöhung der Aufnahmeleistung im Hochleistungsmodus schwerere Verschmutzungen gereinigt oder schweres Sauggut aufgesaugt werden.
  • Das hierin vorgestellte neuartige Bodenpflegegerät 100 mit der Ansteuerschaltung 102 für den bürstenkommutierten Elektromotor 104 mit Booster-Funktion kann anders als in Figur 1 gezeigt auch als ein tragbares Gerät ausgeführt sein. Das Bodenpflegegerät 100 kann je nach Spezifikation für den Akkubetrieb oder den Netzbetrieb oder als Kombigerät für einen wahlweisen Akku- oder Netzbetrieb ausgelegt sein.
  • Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 200 zum Betreiben eines mit Wechselspannung angetriebenen Motors eines Bodenpflegegeräts. Das Verfahren 200 kann zum Betreiben des in Figur 1 gezeigten Gebläsemotors ausgeführt werden.
  • In einem Schritt des Normalbetreibens 202 wird der Motor in einem Normalmodus betrieben, in dem ein Ansteuerstrom des Motors in einem Normalmodus-Spannungsbereich eingeschaltet ist. Dabei erstreckt sich der Normalmodus-Spannungsbereich zwischen einem vordefinierten Startzeitpunkt und einem vordefinierten Endzeitpunkt über eine Dauer in einem Bereich von fünfundfünfzig bis fünfundsiebzig Prozent einer Gesamtdauer einer Halbwelle der Wechselspannung.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Schritt des Normalbetreibens 202 ansprechend auf das Einschalten des Bodenpflegegeräts bzw. die Verbindung des Bodenpflegegeräts mit einer Versorgungsspannung automatisch ausgeführt.
  • In einem Schritt des Hochleistungsbetreibens 204 wird der Motor in einem Hochleistungsmodus betrieben, in dem der Ansteuerstrom des Motors in einem Hochleistungsmodus-Spannungsbereich eingeschaltet ist, der durch eine größere Länge als der Normalmodus-Spannungsbereich gekennzeichnet ist.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 200 einen Schritt des Einlesens 206 eines Hochleistungsmodus-Signals auf, und der Schritt des Hochleistungsbetreibens 204 des Motors wird ansprechend auf das Einlesen des Hochleistungsmodus-Signals ausgeführt.
  • Figur 3 zeigt zur Veranschaulichung des hierin vorgestellten Konzepts zur Umsetzung einer Booster-Funktion für ein Bodenpflegegerät und deren Parametrierung ein Diagramm mit einem sinusförmigen Graphen als Funktion der Zeit, der einen als Wechselstrom vorliegenden Ansteuerstrom 300 für den Motor eines Bodenpflegegeräts repräsentiert.
  • In Figur 3 ist der sinusförmige Ansteuerstrom 300 des Motors ohne Anschnittsteuerung gezeigt.
  • Figur 4 zeigt in einem weiteren Diagramm wiederum den sinusförmigen Ansteuerstrom 300 zum Betrieb des Motors für das Bodenpflegegerät. Figur 4 illustriert den Normalmodusbetrieb des Motors, in dem eine durch die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung bewirkte Phasenanschnittsteuerung vorliegt und eine Drosselung der Leistung bewirkt. In dem in Figur 4 gezeigten beispielhaften Normalmodus ist der Ansteuerstrom 300 in einem Normalmodus-Spannungsbereich eingeschaltet, der sich über eine Dauer von fünfundfünfzig Prozent einer Gesamtdauer einer Halbwelle der Wechselspannung zwischen einem Startzeitpunkt 402 und einem Endzeitpunkt 404 erstreckt. Dabei ist der Startzeitpunkt 402 auf einen Nulldurchgang des sinusförmigen Ansteuerstromes 300 definiert, während der Endzeitpunkt 404 bei dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Position der Sinuswelle kurz nach dem Maximum der Sinuswelle schneidet. Der Startzeitpunkt 402 bestimmt das Einschalten des Ansteuerstroms 300 und der Endzeitpunkt 404 das Ausschalten des Ansteuerstroms 300. Damit legt der in Figur 4 gezeigte beispielhafte Phasenanschnitt eine Dauer des Normalmodus-Spannungsbereichs des Ansteuerstroms von fünfundfünfzig Prozent fest.
  • Der Ansteuerstrom 300 wird in der in Figur 4 gezeigten Anschnittsteuerung ansprechend auf ein zu dem Startzeitpunkt 402 bereitgestelltes Einschaltsignal eingeschaltet und ansprechend auf ein zu dem Endzeitpunkt 404 bereitgestelltes Ausschaltsignal ausgeschaltet. Das Einschaltsignal und das Ausschaltsignal werden über eine Schnittstelle mit einem Halbleiterbeispielsweise einem Triac - bereitgestellt.
  • Ein Doppelpfeil in der Darstellung in Figur 4 repräsentiert eine Ausschaltzeit 406 des Ansteuerstroms 300. Je länger eine Dauer der Ausschaltzeit 406 ist, desto stärker wird die Leistung des Motors gedrosselt.
  • Beispielhaft zeigt die Darstellung in Figur 4 ein 50-Hertz-System mit einer Halbwellendauer von 10 ms. Bei dem in Figur 4 beispielhaft gezeigten Normalmodus-Spannungsbereich von fünfundfünfzig Prozent erfolgt das Abschalten des Stromflusses des Ansteuerstroms 300 also nach 5,5 ms, sodass eine restliche Anschnittszeit von 4,5 ms als "Leistungsreserve" für die Hochleistungs- bzw. Booster-Stufe zur Verfügung steht. In diesem Bereich befindet die Kommutierung der Bürstenmotoren des als Reihenschlussmotor ausgeführten Gebläses für das Bodenpflegegerät noch in einem akzeptablen Bereich, sodass die Lebensdauer des Motors durch den Anschnitt nicht über Gebühr reduziert wird.
  • Gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz wird der Phasenwinkel für den Anschnitt nicht kleiner als fünfundfünfzig Prozent gewählt, womit entsprechend eine Dauer des Hochleistungsmodus-Spannungsbereichs maximal fünfundvierzig Prozent der Gesamtdauer der Halbwelle, hier also maximal 4,5 ms, beträgt. So werden negative Auswirkungen auf die Lebensdauer des Kommutatorantriebs vermieden, da durch das Anschalten bei einem Phasenwinkel von mindestens fünfundfünfzig Prozent die Kommutatorspannung und der Kommutierungsstrom nicht maximal werden und damit auch der Verschleiß an Kohlebürste und Kollektor geringer ist.
  • Figur 5 illustriert anhand eines weiteren Diagramms den Normalmodusbetrieb des Motors in einer Variante zu dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel. Hier ist die Phasenanschnittsteuerung so ausgelegt, dass der Endzeitpunkt 404 des Normalmodus-Spannungsbereichs weiter hinten liegt, hier konkret bei fünfundsiebzig Prozent der Gesamtdauer der Halbwelle der Wechselspannung. Der Startzeitpunkt 402 liegt wieder am Nulldurchgang. An der Fünfundsiebzig-Prozent-Position befindet sich die Sinushalbwelle in der Mitte zwischen dem Maximum und dem Nulldurchgang. Die Ausschaltzeit 406 des Ansteuerstroms 300 ist entsprechend kürzer, und ein Leistungshub für den Hochleistungsmodus fällt geringer aus. Mit der Ausdehnung des Normalmodus-Spannungsbereichs auf fünfundsiebzig Prozent der Halbwellengesamtdauer wird aber noch eine ausreichend hohe Leistungszunahme bei der Booster-Aktivierung erreicht. Gleichzeitig wird durch ein geringeres Bürstenfeuer bei der Kommutierung eine Verlängerung der Lebensdauer des Motors ermöglicht.
  • Gemäß dem hier vorgestellten Konzept wird der Leistungshub für die Booster-Funktion für einen typischerweise als Reihenschlussmotor ausgeführten Gebläsemotor in einem Bereich gewählt, der gewährleistet, dass die Lebensdauer des Motors auch im Phasenanschnitt hoch bleibt, da das Bürstenfeuer bei der Kommutierung so weit reduziert wird, dass Kommutator und Bürsten nicht so schnell verschleißen. Da die Booster-Funktion typischerweise in ihrer Anwendungsdauer begrenzt wird, ist auch der zeitliche Anteil der normalen, maximalen Leistungsstufe dominanter, und das Gerät kann als Ganzes die von ihm geforderte, maximale Lebensdauer zumindest nahezu erreichen.

Claims (13)

  1. Verfahren (200) zum Betreiben eines mit Wechselspannung angetriebenen Motors (104) für ein Bodenpflegegerät (100), wobei das Verfahren (200) die folgenden Schritte aufweist:
    Normalbetreiben (202) des Motors (104) in einem Normalmodus, in dem ein Ansteuerstrom (300) des Motors (104) in einem Normalmodus-Spannungsbereich eingeschaltet ist, wobei der Normalmodus-Spannungsbereich sich über eine Dauer in einem Bereich von fünfundfünfzig bis fünfundsiebzig Prozent einer Gesamtdauer einer Halbwelle der Wechselspannung zwischen einem Startzeitpunkt (402) und einem Endzeitpunkt (404) erstreckt; und
    Hochleistungsbetreiben (204) des Motors (104) in einem Hochleistungsmodus, in dem der Ansteuerstrom (300) des Motors (104) in einem Hochleistungsmodus-Spannungsbereich eingeschaltet ist, wobei der Ansteuerstrom (300) in dem Hochleistungsmodus-Spannungsbereich länger als in dem Normalmodus-Spannungsbereich eingeschaltet ist.
  2. Verfahren (200) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt des Normalbetreibens (202) des Motors (104) der Startzeitpunkt (402) des Normalmodus-Spannungsbereichs auf einem Nulldurchgang der Wechselspannung liegt.
  3. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt des Hochleistungsbetreibens (204) des Motors (104) eine Dauer des Hochleistungsmodus-Spannungsbereichs maximal fünfundvierzig Prozent der Gesamtdauer der Halbwelle beträgt.
  4. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motor für ein Gebläse des Bodenpflegegeräts (100) als der Motor (104) angetrieben wird.
  5. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt des Normalbetreibens (202) der Ansteuerstrom (300) ansprechend auf ein zu dem Startzeitpunkt (402) bereitgestelltes Einschaltsignal eingeschaltet wird und ansprechend auf ein zu dem Endzeitpunkt (404) bereitgestelltes Ausschaltsignal ausgeschaltet wird, wobei das Einschaltsignal und das Ausschaltsignal über eine Schnittstelle mit einem Halbleiterschalter bereitgestellt werden.
  6. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt des Einlesens (406) eines Hochleistungsmodus-Signals (108), wobei der Schritt des Hochleistungsbetreibens (204) des Motors (104) unter Verwendung des Hochleistungsmodus-Signals (108) ausgeführt wird.
  7. Verfahren (200) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt des Einlesens (206) das Hochleistungsmodus-Signal (108) über einer Schnittstelle mit einem Bedienelement (106) für das Bodenpflegegerät (100) eingelesen wird, wobei das Bedienelement (106) ausgebildet ist, um von einem Nutzer des Bodenpflegegeräts (100) zum Aktivieren des Hochleistungsmodus bedient zu werden.
  8. Verfahren (200) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt des Einlesens (206) das Hochleistungsmodus-Signal (108) mittels eines dem Bedienelement (106) zugeordneten Drehpotentiometers oder Schiebereglers oder Drehreglers oder Tasters eingelesen wird.
  9. Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Motor (104) mechanisch kommutiert ist, bevorzugt mit Kohlebürsten.
  10. Vorrichtung (102), die eingerichtet ist, um Schritte des Verfahrens (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten auszuführen.
  11. Bodenpflegegerät (100) mit folgenden Merkmalen:
    einem mit Wechselspannung angetriebenen Motor (104); und
    einer Vorrichtung (102) gemäß Anspruch 9, die elektrisch leitfähig mit dem Motor (104) gekoppelt oder koppelbar ist.
  12. Bodenpflegegerät (100) gemäß Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Kontakt zum elektrisch leitfähigen Verbinden des Motors (104) mit einem elektrochemischen Speicher und/oder einer Netzspannung aus einem Versorgungsnetz.
  13. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
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