WO2009118299A2 - Schaltungsanordnung zum sensorlosen betreiben eines universalmotors eines hausgeräts und entsprechendes verfahren - Google Patents

Schaltungsanordnung zum sensorlosen betreiben eines universalmotors eines hausgeräts und entsprechendes verfahren Download PDF

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WO2009118299A2
WO2009118299A2 PCT/EP2009/053410 EP2009053410W WO2009118299A2 WO 2009118299 A2 WO2009118299 A2 WO 2009118299A2 EP 2009053410 W EP2009053410 W EP 2009053410W WO 2009118299 A2 WO2009118299 A2 WO 2009118299A2
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WO
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voltage
rotor
control
universal motor
speed
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PCT/EP2009/053410
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English (en)
French (fr)
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WO2009118299A3 (de
Inventor
Alfred Binder
Hans-Wilhelm Klein
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
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Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
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Publication of WO2009118299A3 publication Critical patent/WO2009118299A3/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/10—Commutator motors, e.g. repulsion motors

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement for operating a universal motor designed to drive a drum of a domestic appliance for the care of laundry articles, in which the universal motor comprises a stator having at least one field winding and a rotatably movably mounted rotor, which has one with the at least one field winding via a commutation device coupled rotor winding, wherein between a first and a second terminal pole of the universal motor, the field winding and the rotor winding are arranged, and with an electronic unit having a control and / or regulating unit, which is designed for detecting a rotational speed of the universal motor.
  • the present invention relates to a corresponding method for operating a universal motor designed to drive a drum of a domestic appliance for the care of laundry items.
  • Such circuit arrangements are already known from the prior art.
  • a drum is driven by means of a universal motor.
  • the universal motor comprises in a known manner a stator, to which usually a field winding is arranged, as well as a rotor, which is mounted rotatably movable relative to the stator.
  • the rotor of the universal motor generally has a rotor winding, which is coupled via a commutation device, in particular a commutator and a brush system, with the field winding of the stator.
  • the known circuit arrangements usually have an electronic unit, which furthermore comprises a control and / or regulating unit.
  • the control and / or regulating unit has the task to detect a speed of the universal motor (an actual speed), and to regulate the speed behavior of the universal motor as a function of the detected speed.
  • a speed of the universal motor an actual speed
  • the control and / or regulating unit has the task to detect a speed of the universal motor (an actual speed), and to regulate the speed behavior of the universal motor as a function of the detected speed.
  • a speed of the universal motor an actual speed
  • the control and / or regulating unit has the task to detect a speed of the universal motor (an actual speed), and to regulate the speed behavior of the universal motor as a function of the detected speed.
  • In domestic appliances for the care of items of laundry are made to the circuit arrangements, and in particular to the universal motors, relatively large demands in terms of speed behavior. So a universal motor must be able to cover both lower speed ranges in a washing operation and higher speed ranges in a centrifugal operation. In order to ensure a satisfactory washing result, it must be ensured that the speed,
  • rotational speed sensors such as ac generators in the form of tachometers, or magnetic field detectors, in particular Hall sensors, are used to scan a magnetic wheel connected to a shaft of the universal motor .
  • a frequency or a period of the generated speed-proportional signal is used as a controlled variable for controlling the speed behavior of the universal motor.
  • Most known from the prior art solutions thus require a sensor, usually a tachometer, and moreover a connecting line between the sensor and a speed control device, whereby a relatively complex and expensive circuit arrangement is provided.
  • the universal motor comprises a stator having a field winding 2 and a rotor whose rotor winding is coupled via a commutator and a brush system 3 to the field winding 2 of the stator.
  • the circuit arrangement 1 further comprises an electronic unit 4, which is designed to control a speed behavior of the universal motor.
  • the circuit arrangement 1 further comprises a tachometer 5, which is designed to generate speed-proportional signals and coupled to the electronic unit 4.
  • the electronic unit 4 has a triac 6, by means of which a current flowing through the universal motor current can be regulated. A change of a direction of rotation of the universal motor can be carried out by means of a switch device 7.
  • document US 2003/0128003 A1 discloses a method and a device for sensorless operation of an electric motor, in which a current flowing through the motor is detected by means of a current detection device and a speed of the motor is determined as a function of the detected current.
  • a voltage dropping across the current detection device connected in series with the motor is filtered by means of a high-pass filter and high-frequency components of this voltage are evaluated. From a frequency of occurring in the high-frequency waveform of the pulses is then closed directly to the instantaneous speed of the motor.
  • the object of the present invention is to provide a circuit arrangement and a method for operating a universal motor of a domestic appliance for the care of laundry, in which or with which with little effort measures are taken to ensure a sensorless control of a speed behavior of the universal motor.
  • the universal motor comprises a stator having at least one field winding and a rotor mounted rotatably movable.
  • the rotor has a rotor winding coupled to the at least one field winding via a commutation device, the field winding and the rotor winding being arranged between a first and a second connection pole of the universal motor.
  • the circuit arrangement further comprises an electronic unit having a control and / or regulating unit, which is designed to detect a rotational speed of the universal motor.
  • the electronic unit has a voltage detection unit for detecting an electric rotor voltage dropping across the rotor winding, the control and / or regulating unit being designed to determine the rotational speed of the universal motor as a function of the rotor voltage.
  • domestic appliance is understood in particular to mean a washing machine, a dryer or a washer-dryer.
  • a basic idea of the present invention consists in evaluating an electrical rotor voltage which can be detected by means of a voltage detection unit and falling on the rotor winding of the rotor, and the rotational speed of the universal motor is determined as a function of the rotor voltage.
  • the term "rotor voltage” is understood to mean, in particular, a voltage which drops or rests on the rotor winding and, moreover, on the commutation device.
  • the commutation device preferably has a commutator and a brush system.
  • the invention is based on the finding that in a universal motor, the rotor voltage is accessible at all times, which is usually exploited, for example, to realize a necessary in home appliance switching a direction of rotation of the universal motor.
  • the speed obtained by the evaluation of the rotor voltage is used in particular for controlling the speed behavior of the universal motor.
  • the invention is based on the consideration that a different number of coils of the rotor winding is alternately short-circuited in a first rotational movement of the rotor by a change of lamellae of the commutation, in particular a commutator, under brushes depending on the position of the rotor. This leads to an alternating deformation of the rotor voltage with respect to a mold at a standstill.
  • This change in the shape of the rotor voltage can be detected by means of the control and / or regulating unit and used to determine the speed of the universal motor.
  • the speed of the universal motor can be determined exactly in a technically low-cost manner. The fact that no sensor is necessary for detecting the rotational speed, thereby a cost-reduced and a component-reduced circuit arrangement is created.
  • the rotational speed can be more accurately detected directly on the rotor.
  • the circuit arrangement according to the invention is particularly advantageous in a starting range of the rotational speed and in lower rotational speed ranges, in particular in the washing mode.
  • the voltage detection unit comprises a first voltage part whoseactser terminatespol is coupled via a first ohmic resistance to a field winding of the stator facing first rotor terminal pole of the rotor winding and a second ohmic resistance to the second terminal pole of the universal motor defining the second rotor terminal pole of the rotor winding.
  • a first voltage part whoseactser terminatespol is coupled via a first ohmic resistance to a field winding of the stator facing first rotor terminal pole of the rotor winding and a second ohmic resistance to the second terminal pole of the universal motor defining the second rotor terminal pole of the rotor winding.
  • the first voltage part ensures that the falling between the first and the second rotor terminal pole rotor voltage can be detected in a technically low-cost manner and particularly reliable.
  • the resistance values of the first and the second ohmic resistance of the first voltage divider are in particular compared with the impedances of the field winding and the rotor winding of the universal motor is designed high-impedance, so that it is ensured that additional losses and additional over a connected to the universal motor in series current sensing resistor (shunt) currents can be ignored.
  • the commutation device is arranged between the first and the second rotor connection pole, it is ensured that upon rotation of the rotor, a pulse-shaped profile of the rotor voltage can be detected and evaluated with regard to the regulation of the speed behavior of the universal motor.
  • the voltage detection unit is designed to detect a reference voltage drop across the field winding and the rotor winding between the first and second terminal poles of the universal motor, the control and / or regulating unit being designed to determine the rotational speed as a function of a difference between the rotor voltage and the reference voltage.
  • the control and / or regulating unit being designed to determine the rotational speed as a function of a difference between the rotor voltage and the reference voltage.
  • the voltage detection unit comprises a second voltage divider for detecting the reference voltage, whose voltage sensing pole is coupled via a third ohmic resistor to the first terminal pole of the universal motor facing the field winding and via a fourth ohmic resistor to the second terminal pole of the universal motor facing the rotor winding.
  • the voltage drop across the universal motor, the reference voltage is detected by the second voltage divider.
  • the resistance values of the third and the fourth ohmic resistance with respect to the impedances of the rotor winding and the field winding of the universal motor are designed to be high-impedance, so that additional losses and additional currents flowing through a current sensing resistor connected in series with the universal motor are negligible.
  • the voltage detection unit is associated with a circuit part, which is designed to determine a differential voltage between the rotor voltage and a voltage drop across the field winding and the rotor winding between the first and the second terminal pole of the universal motor reference voltage.
  • the circuit part comprises a comparator, preferably a Schmitt trigger, or a double comparator in the form of a so-called window comparator, in order better to detect pulses or impulse needles, which can occur with respect to the reference voltage both positive and negative amplitude.
  • the differential voltage between the rotor voltage and the reference voltage is generated by means of the comparator or the double comparator.
  • the circuit part is coupled to the first and the second voltage divider, in particular to the voltage detection pole of the first voltage divider and to the voltage detection pole of the second voltage divider.
  • the circuit part is coupled to the control and / or regulating unit.
  • the pulses are converted by means of the circuit part from the momentary rotation of the universal motor pulse-shaped differential voltage such that they can be counted by the control and / or control unit in predeterminable time windows and hereby as a proportional to the speed of the rotor size can be evaluated by means of the control and / or regulating unit, and can influence the speed behavior of the universal motor ifsvermindernd as a controlled variable.
  • the circuit part comprises a filter unit, by means of which a displacement and / or a limitation of the differential voltage can be carried out. In this way it can be ensured that the voltage values of the differential voltage can be adjusted to allowable input ranges of the control and / or regulating unit.
  • the filter unit in particular short-term, occurring in the course of the differential voltage disturbances, which may be caused for example by so-called brush bounce, but have a shorter duration than the pulses or needle pulses occurring in the course of the differential voltage, suppressed.
  • the filter unit of the circuit part moreover ensures that the comparator designed to form a difference can be protected against interference signals.
  • the electronic unit has a switching unit with an electronic switching element, in particular a triac, which is coupled to the universal motor, in particular connected in series, and by means of which a motor current flowing over the field winding and the rotor winding can be regulated.
  • the universal motor with AC voltage is operated by a phase control.
  • the electronic switching element in particular the triac, is connected to the first connection pole of the universal motor which faces a first connection of an input of the circuit arrangement facing a network potential and not a neutral potential of a supply network.
  • the control terminal of the electronic switching element is coupled to a first connection electrode of the optical switching element, wherein a second connection electrode of the optical switching element is preferably coupled to a mains potential of a supply network facing first terminal of an input of the circuit arrangement.
  • the switching unit has an ohmic current sensing resistor (shunt) connected in series with the electronic switching element, wherein a current sensing pole is formed between the current sensing resistor and the switching element, which pole is coupled to the control and / or regulating unit.
  • the Stromer is coupled to the control and / or regulating unit via an amplifier.
  • control and / or regulating unit is able to detect a current flow time, since due to inductances of the rotor winding and the Field winding of the motor current lags a mains voltage and the electronic switching element, in particular the triac, only after a zero crossing of the mains voltage by falling below its holding current turns off.
  • the amplifier has the task of shifting the potential of the alternating current signal shown on the current detection resistor so that the smallest signal value at an output of the amplifier lies within an admissible voltage range of the control and / or regulating unit.
  • the circuit arrangement preferably has a line filter (EMC filter), which is coupled to an input of the circuit arrangement.
  • EMC filter ensures that interference signals from the circuit arrangement are suppressed and are not transmitted to a supply network to which the circuit arrangement can be connected.
  • a voltage supply is coupled to an input of the circuit arrangement, wherein the voltage supply is coupled to the control and / or regulating unit for supplying energy.
  • the control and / or regulating unit is coupled to an input of the circuit arrangement via a third voltage divider and designed to detect a voltage applied to the input mains voltage.
  • the third voltage divider comprises a voltage detection pole, which is coupled via a fifth ohmic resistor to a first terminal of the input of the circuit arrangement and via a sixth ohmic resistor to a second terminal of the input of the circuit arrangement.
  • the voltage detection pole of the third voltage divider is preferably coupled to at least one input of the control and / or regulating unit.
  • a mains voltage of a supply network or a voltage applied to the input of the circuit voltage can be mapped in a compatible for the control and / or regulating unit form by means of the control and / or regulating unit.
  • zero crossings and an amplitude of the mains voltage are detected by means of the control and / or regulating unit, so that a mains voltage pre-regulation by means of a regulator, for example in the phase control of the electronic switching element, in particular the triac, can be made, whereby the power loss can be reduced and the response speed of the control can be increased.
  • control and / or regulating unit is designed to detect a number of pulses or impulse needles of the rotor voltage or a difference voltage obtained therefrom within a time interval corresponding to a current flow time and a frequency f of the pulses or impulse needles.
  • the speed of the universal motor is dependent on the particular frequency f of the pulses or the pulse needles and a number Z
  • the frequency f of the pulses preferably results from a quotient of the number z of the pulses and the duration t, of the time interval.
  • a rotational speed n of the universal motor is then preferably selected from the frequency f of the pulses and the number Z
  • at the lamellae: n .
  • Frequency of the pulses are assumed.
  • the frequency of the pulses can be functionally regarded as a sampled, averaged quantity.
  • an average value of the frequency f of the pulses is formed over several periods of the mains voltage.
  • control and / or regulating unit for evaluating a reverse voltage induced by the rotor and from a predetermined speed in particular from a speed of about 1200 revolutions per minute, preferably from a speed of about 2400 revolutions per minute, is designed to determine the speed as a function of the counter-voltage.
  • this embodiment shows especially advantageous.
  • the electromotive force EMF (counter voltage) of the universal motor can be determined and returned directly to an idle speed of the universal motor.
  • the counter voltage can be detected only from a certain speed of the universal motor and can be detected as a geometric voltage sum in the form of the rotor voltage.
  • the motor current flowing through the universal motor is also sampled at the same time. Regardless of a phase angle between the rotor voltage and the motor current, a precise relationship between a ratio of the rotor voltage to the motor current and the speed of the universal motor can be determined. In particular, from a certain speed of the universal motor, in particular from a speed of 1200 revolutions per minute, a largely proportional behavior between the speed of the universal motor and the quotient of the motor voltage and the motor current before. As a result, the speed of the universal motor can be detected particularly reliably in higher ranges of the rotational speed.
  • the universal motor comprises a stator having at least one field winding and a rotatably movably mounted rotor which has a rotor winding coupled to the at least one field winding via a commutation device.
  • a speed of the universal motor is detected by means of a control and / or regulating unit of an electronic unit.
  • a basic idea is that an electrical rotor voltage dropping at the rotor winding is detected by means of a voltage detection unit of the electronics unit, and the speed of the universal motor is determined by means of the control and / or regulating unit as a function of the rotor voltage.
  • the rotor voltage is detected by means of a first voltage divider of the voltage detection unit.
  • a voltage drop across the field winding and the rotor winding between a first and a second pole of the universal motor reference voltage is detected by means of the voltage detection unit, wherein by means of the control and / or control unit, the rotational speed is determined in dependence on a difference of the rotor voltage and the reference voltage.
  • the reference voltage is detected by means of a second voltage divider of the voltage detection unit.
  • a number of pulses of the rotor voltage or of a difference voltage obtained therefrom is detected within a time interval corresponding to a current flow time, and a frequency of the pulses is determined.
  • the speed of the universal motor depending on the specific frequency of the pulses and a number of slats of the commutation, in particular a commutator of the commutation determined by means of the control and / or control unit and used for speed control.
  • control and / or regulating unit is preferably carried out a map control with mains voltage precontrol, wherein from a predetermined speed, in particular from a speed of 1200 U / min, preferably from a speed of 2400 U / min, the speed is controlled in dependence of the map ,
  • a counter-voltage induced in the rotor is evaluated, and from a predetermined speed, in particular from a speed of about 1200 U / min, preferably from a speed of about 2400 U / min, the speed is determined as a function of the reverse voltage and used for speed control.
  • a quotient of the back voltage and the motor current is used as an actual value of the speed for speed control.
  • the back voltage and the motor current are detected as RMS values, wherein alternatively the back voltage and the motor current can be detected as rectifier values.
  • Advantageous embodiments of the circuit arrangement according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a circuit arrangement for operating a universal motor comprising a
  • FIG. 2 shows a circuit arrangement for the sensorless operation of a universal motor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows the circuit arrangement according to FIG. 2, wherein an alternative arrangement of a triac of a switching unit of the circuit arrangement is provided;
  • Fig. 4 is a functional block diagram of the circuit arrangement according to a first embodiment
  • Fig. 5 is a functional block diagram of the circuit arrangement according to a second embodiment
  • FIG. 6 shows exemplary courses of a rotor voltage, a differential voltage, a
  • FIG. 7 shows a profile of a ratio of a rotor voltage to a motor current as a function of a rotational speed.
  • a circuit arrangement 10 shown in FIG. 2 is for operating, in the present case for sensorless operation, one Universal motor 1 1 formed.
  • the universal motor 1 1 is designed for driving a drum of a household appliance for the care of laundry, wherein the term domestic appliance is understood in particular a washing machine, a dryer or a washer-dryer.
  • the universal motor 11 comprises a stator and a rotatably movably mounted rotor 13, wherein the stator has a field winding 12 and the rotor 13 has a rotor winding.
  • the field winding 12 of the stator is coupled to the rotor winding of the rotor 13 via a commutation device, which in the present case has a commutator and a brush system.
  • the universal motor 11 has a first terminal pole 14 and a second terminal pole 15, between which the field winding 12 of the stator and the rotor winding of the rotor 13 are connected or arranged. Moreover, the rotor winding of the rotor 13 comprises a first rotor connection pole 16 facing the field winding 12 and a second rotor connection pole 17 defining the second connection pole 15 of the universal motor 11.
  • the circuit arrangement 10 further comprises an electronic unit 18, which is generally designed for operating the universal motor 1 1.
  • the electronic unit 18 comprises a control and / or regulating unit 19 which is designed to control and / or regulate a rotational speed behavior of the universal motor 11.
  • the electronic unit 18 moreover comprises a switching unit 20 with an electronic switching element 21 coupled to the universal motor 11, which in the present case is designed as a triac.
  • the triac 21 is coupled to the second terminal 15 of the universal motor 11.
  • a control terminal 22 of the triac 21 is coupled to an output 23 of the control and / or regulating unit 19, via which the triac 21 can be controlled by the control and / or regulating unit 19.
  • the switching unit 20 further has a current sensing resistor 24 (shunt) which is coupled via a current detection pole 25 and, moreover, via the triac 21 to the second connection pole 15 of the universal motor 11. Moreover, the Stromer terminatespol 25 via an amplifier 26 of the switching unit 20 with two inputs 27, 28 of the control and / or regulating unit 19 is coupled. This ensures that a motor current flowing via the universal motor 11 and the triac 21 can be detected via the current detection resistor 24 and adjusted via the amplifier 26 to the inputs 27, 28 of the control and / or regulating unit 19.
  • the control and / or regulating unit 19 has the task of evaluating an amplitude of the motor current via the input 27 and via the Input 28 to detect a current flow duration.
  • the amplifier 26 takes over a potential shift of the current measurement resistor 24 mapped AC signal, so that the smallest signal value at an output 26a of the amplifier 26 is within an allowable voltage range of the downstream control and / or regulating unit 19.
  • the detection of the current flow time via the input 28 of the control and / or regulating unit 19 is based on the consideration that due to inductances of the field winding 12 and the rotor winding of the motor current of a mains voltage lags and the triac 21 only after a passage of the mains voltage by falling below its holding current off.
  • the electronics unit 18 of the circuit arrangement 10 furthermore comprises an input 29 with a first connection 30 facing a network potential of a supply network and a second connection 31 facing a neutral potential of the supply network.
  • a network filter 32 (EMC filter) is coupled to the input 29, by means of which Noise signals from the side of the circuit arrangement 10, in particular from the side of the universal motor 11, are filtered or damped. As a result, the supply network is protected against the interference signals.
  • the electronics unit 18 furthermore has a voltage supply 33, which with a first terminal 30 of the input 29 facing and coupled thereto via the line filter 32 first circuit pole 34 and beyond with the second terminal 31 of the input 29 and facing this with the Line filter 32 coupled second circuit 35 is coupled.
  • the second circuit pole 35 is applied in particular to the neutral potential of the supply network.
  • the power supply 33 is coupled to an input 36a of the control and / or regulating unit 19 for supplying energy.
  • the power supply 33 may comprise, for example, a rectifier, by means of which a mains voltage of the supply network can be converted into a DC voltage or a rectified voltage. This ensures that the control and / or regulating unit 19 can be supplied with a rectified voltage.
  • the electronics unit 18 of the circuit arrangement 10 further comprises a third voltage divider 36 (a first and a second voltage divider - see below) whose voltage detection pole 37 is connected to the first one via a fifth ohmic resistor 38 GmbHungspol 34 and a sixth ohmic resistor 39 is coupled to the second circuit pole 35.
  • the voltage detection pole 37 of the third voltage divider 36 is coupled to two inputs 40, 41 of the control and / or regulating unit 19, which ensures that the control and / or regulating unit 19 is able to map a mains voltage of the supply network.
  • an amplitude of the mains voltage is detected by means of the control and / or regulating unit 19 via the input 40, whereby zero crossings of the mains voltage are detected via the input 41 of the control and / or regulating unit 19.
  • the electronics unit 18 of the circuit assembly 10 comprises a first voltage divider 42 whose voltage detection pole 43 is coupled via a first ohmic resistor 44 to the first rotor connection pole 16 facing the field winding 12 of the stator and via a second ohmic resistor 45 to the second rotor connection pole 17 defining the second connection pole of the universal motor 11.
  • the electronic unit For detecting a voltage dropping across the universal motor 11 between the first and the second connection pole 14, 15, the electronic unit comprises a second voltage divider 46, whose voltage detection pole 47 is connected via a third ohmic resistor 48 to the first connection pole 14 of the universal motor 11 and beyond fourth ohmic resistor 49 is coupled to the second terminal 15 of the universal motor 11.
  • Theplasticsungs terminatespol 43 of the first voltage divider 42 and theposser conductedspol 47 of the second voltage divider 46 are coupled to a circuit portion 50 of the electronics unit 18, wherein the first voltage divider 42, the second voltage divider 46, and the circuit part 50 are referred to herein as a voltage detection unit.
  • the circuit part 50 is designed to detect a differential voltage between the rotor voltage and the reference voltage which can be detected by means of the second voltage divider 46.
  • the resistance values of the first, second, third and fourth resistors 44, 45, 48, 49 are designed to be highly resistive with respect to impedances of the rotor winding and the field winding 12 of the universal motor 11, so that additional losses and additional currents flowing across the current sensing resistor 24 Currents are negligible.
  • the circuit part 50 comprises a comparator, which in the present case is designed as a Schmitt trigger, by means of which the differential voltage between the rotor voltage and the reference voltage can be determined.
  • this comparator can also be designed as a double comparator in the form of a so-called window comparator.
  • the circuit part 50 moreover comprises a filter unit for shifting and / or limiting the voltages formed by means of the first and the second voltage divider 42, 46 so that the voltage values obtained are adapted to permissible low-voltage input ranges from alternating voltages in the order of magnitude of the mains voltage be limited.
  • This filtering is necessary in order to suppress short-term disturbances, which occur, for example, due to so-called brush bounce, but have a shorter duration than the pulses of the voltage to be evaluated.
  • the circuit part is coupled via a first signal line 51 to an input 52 of the control and / or regulating unit 19 and via a second signal line 53 to an input 54 of the control and / or regulating unit 19.
  • the control and / or regulating unit 19 is able to evaluate via the input 52 from the sides of the circuit part 50 supplied differential voltages between the rotor voltage and the reference voltage and supplied via the input 54 rotor voltage.
  • Fig. 3 shows the circuit 10 with the electronics unit 18 and the universal motor 11 again.
  • the circuit arrangement 10 according to FIG. 3 generally corresponds to the circuit arrangement 10 according to FIG. 2, the triac 21 being arranged between the first circuit pole 34 and the first connection pole 14 of the universal motor 11. This arrangement of the triac 21 ensures that in the case of a blocked triac 21 no high voltages between the first and the second terminal pole 14, 15 of the universal motor 1 1 or no high potentials on the first and the second voltage divider 42, 46 can occur ,
  • the circuit arrangement 10 according to FIG. 3 further comprises an optical switching element 55, which in the present case is designed as an opto-triac.
  • a first connection electrode 56 is in this case coupled to the first circuit pole 34, wherein a second connection electrode 57 of the opto-triac 55 is coupled to the control connection 22 of the triac 21. Moreover, a control electrode 58 of the opto-triac 55 with the control and / or regulating unit 19 in With regard to an activation of the triac 21 coupled. If the opto-triac 55 is actuated by the control and / or regulating unit 19 via the control electrode 58, electrical voltage is present at the control terminal 22 of the triac 21, so that the triac 21 is turned on or driven.
  • FIG. 4 schematically shows a functional block diagram of the circuit arrangement 10 with regard to the detection of the rotational speed and the regulation of the rotational speed behavior of the universal motor 11. Shown is the universal motor 11 with the first and the second voltage divider 42, 46 and the circuit part 50 having voltage detection unit 59. With regard to the control of the speed behavior of the universal motor 1 1, the control and / or regulating unit 19 in FIG split a plurality of function blocks. Moreover, two schematically represented functional blocks 60, 61 correspond to the switching unit 20, wherein the functional block 60 comprises the triac 21 as well as the current sensing resistor 24 and the functional block 61 comprises the amplifier 26. A functional block 62 corresponds to the third voltage divider 36, by means of which the mains voltage, designated U N in FIG. 4, is to be imaged.
  • the starting point is a characteristic map control, which according to different speed operating ranges, especially in a washing operation and a centrifugal operation, different control circuits for controlling the speed behavior of the universal motor 1 1 are underlain.
  • a mains voltage pre-regulation is used, which is made possible by the mapping of the mains voltage U N by means of the third voltage divider 36, 62.
  • a firing angle or a current flow angle for driving the triac 21, 60 is defined in a function block 62a of the control and / or regulating unit 19 as a function of the mapped mains voltage U N.
  • the universal motor 11 starts at a larger or a smaller ignition angle ⁇ .
  • Overcoming a static friction and the load torque which is reduced by a rotational movement of the items of laundry within the drum after the lifting thereof would exceed the speed required for the washing operation with an unchanged ignition angle ⁇ without regulation, ie with a map control.
  • the universal motor 1 1 as a two-pole universal motor with a collector with 36 fins and an 18-groove rotor 13 is formed.
  • the rotational speed of the universal motor 11 is determined according to the invention as a function of the rotor voltage dropping between the first and the second rotor connection pole 16, 17.
  • 6 shows a profile 63 of the rotor voltage, a profile 64 of the differential voltage between the rotor voltage and the reference voltage, a profile 65 of the motor current flowing through the universal motor 11 and the triac 21, and a profile 66 of a tacho signal for reference purposes only.
  • the rotor voltage detected by the voltage detection unit 59 is transmitted to the control and / or regulating unit 19, in particular to a functional block 67.
  • the differential voltage obtained from the rotor voltage of the control and / or regulating unit 19, in particular the function block 67 for detecting the rotational speed of the universal motor 11 is transmitted.
  • Fig. 6 is clearly visible on the curve 65 of the motor current of the gaping current curve due to the phase control.
  • the reference voltage pulses By evaluating the reference voltage pulses can be detected in the course 64 of the differential voltage, the frequency of which is proportional to the speed.
  • the same pulse frequency / is to be assumed even in a current gap in which it is not possible to measure.
  • the frequency / is thus to be regarded functionally as a sampled, averaged size.
  • the engine speed results from this with a number of fins z lam of the collector of the universal motor 11 and the assumption that one pulse is generated per one louver, to:
  • the rotational speed n obtained as a function of the rotor voltage can be supplied to a regulator unit, for example a PI controller, which is presently arranged in a function block 69.
  • the reference voltage shown by the voltage detection unit 59 is not required and can be disregarded, so that the number of pulses from the curve 63 of the rotor voltage and the speed n in
  • the rotational speed n is determined as a function of the rotor voltage in low ranges of the rotational speed n, in particular in a washing operation.
  • the speed n of the universal motor 1 1 is based on a countervoltage or an electromotive force of the universal motor 1 1 (EMF). certainly.
  • EMF electromotive force of the universal motor 1 1
  • This countervoltage can only be detected above a certain value of the rotational speed n and can be detected as a geometric voltage sum in the form of the rotor voltage.
  • the motor current is sampled at the same time. Regardless of a phase angle between the rotor voltage and the motor current, an accurate and reliable relationship to the speed can be determined, corresponding to:
  • Rotor voltage Mr 0 and the motor current are shown imot:.
  • the gear ratios are usually in a range of values from 10: 1 to 17: 1 for drum drives with universal motors in household appliances for the care of laundry.
  • the reference transfer ratio used in the present example is 12: 1.
  • FIG. 7 shows the function according to the above formula from various measurements on the universal motor 11. It is shown that at the drum speed n tr> 100 U / min a largely proportional behavior between the rotational speed n tr un ⁇ the quotient
  • a control variable defining the ignition angle ⁇ is furthermore formed, and an ignition pulse for controlling the triac 21, 60 is generated in the function block 62a taking into account the subordinate mains voltage pre-regulation.
  • a stable ignition pulse for controlling the triac 21, 60 is generated in the function block 62a taking into account the subordinate mains voltage pre-regulation.
  • Speed behavior of the universal motor 11 is possible without the additional control carried out as a function of the negative voltage, can be dispensed with due to the mechanical load through the drum on the control in the higher speed ranges. It can be provided that in the upper speed ranges on the map control with mains voltage feedforward control is switched speed-dependent.
  • a functional block diagram illustrating this embodiment is shown schematically in FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) zum Betreiben eines zum Antreiben einer Trommel eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken ausgebildeten Universalmotors (11), bei welcher der Universalmotor (11) einen mindestens eine Feldwicklung (12) aufweisenden Stator und einen rotatorisch bewegbar gelagerten Rotor (13) umfasst, welcher eine mit der mindestens einen Feldwicklung (12) über eine Kommutiereinrichtung gekoppelte Rotorwicklung aufweist, wobei zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusspol (14, 15) des Universalmotors (11) die Feldwicklung (12) und die Rotorwicklung angeordnet sind, und mit einer Elektronikeinheit (18), die eine Steuer- und/oder Regeleinheit (19) aufweist, welche zum Erfassen einer Drehzahl (n) des Universalmotors (11) ausgebildet ist, wobei die Elektronikeinheit (18) eine Spannungserfassungseinheit (59) zum Erfassen einer an der Rotorwicklung abfallenden elektrischen Rotorspannung aufweist, und die Steuer- und/oder Regeleinheit (19) zum Bestimmen der Drehzahl (n) des Universalmotors (11) in Abhängigkeit der Rotorspannung ausgebildet ist.

Description

Schaltungsanordnung zum sensorlosen Betreiben eines Universalmotors eines Hausgeräts und entsprechendes
Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines zum Antreiben einer Trommel eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken ausgebildeten Universalmotors, bei welcher der Universalmotor einen mindestens eine Feldwicklung aufweisenden Stator und einen rotatorisch bewegbar gelagerten Rotor umfasst, welcher eine mit der mindestens einen Feldwicklung über eine Kommutiereinrichtung gekoppelte Rotorwicklung aufweist, wobei zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusspol des Universalmotors die Feldwicklung und die Rotorwicklung angeordnet sind, und mit einer Elektronikeinheit, die eine Steuer- und/oder Regeleinheit aufweist, welche zum Erfassen einer Drehzahl des Universalmotors ausgebildet ist. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines zum Antreiben einer Trommel eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken ausgebildeten Universalmotors.
Derartige Schaltungsanordnungen sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Bei diesen bekannten Schaltungsanordnungen, welche in Hausgeräten zur Pflege von Wäschestücken eingesetzt werden, wird eine Trommel mittels eines Universalmotors angetrieben. Der Universalmotor umfasst dabei in bekannter Weise einen Stator, an welchem üblicherweise eine Feldwicklung angeordnet ist, sowie einen Rotor, welcher bezüglich des Stators rotatorisch bewegbar gelagert ist. Der Rotor des Universalmotors weist dabei in der Regel eine Rotorwicklung, welche über eine Kommutiereinrichtung, insbesondere einen Kommutator und ein Bürstensystem, mit der Feldwicklung des Stators gekoppelt ist. Die bekannten Schaltungsanordnungen weisen darüber hinaus üblicherweise eine Elektronikeinheit auf, welche weiterhin eine Steuer- und/oder Regeleinheit umfasst. Die Steuer- und/oder Regeleinheit hat dabei die Aufgabe, eine Drehzahl des Universalmotors (eine Ist-Drehzahl) zu erfassen, und in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl das Drehzahlverhalten des Universalmotors zu regeln. Bei Hausgeräten zur Pflege von Wäschestücken werden an die Schaltungsanordnungen, und insbesondere an die Universalmotoren, verhältnismäßig große Anforderungen im Hinblick auf das Drehzahlverhalten gestellt. So muss ein Universalmotor in der Lage sein, sowohl niedrigere Drehzahlbereiche bei einem Waschbetrieb als auch höhere Drehzahlbereiche bei einem Schleuderbetrieb abzudecken. Um ein befriedigendes Waschergebnis zu gewährleisten, muss sichergestellt werden, dass die Drehzahl, insbesondere im Waschbetrieb, ein stabiles Verhalten aufweist, und keine kritische Abweichung der Drehzahl von einer vordefinierten Soll-Drehzahl auftritt. Dabei ist ein Fallweg der Wäschestücke innerhalb der Trommel und damit der mechanische Reinigungseffekt von einer Geschwindigkeit, also der Drehzahl der Trommel, abhängig. Darüber hinaus muss bei den Schaltungsanordnungen zum Betreiben von Universalmotoren berücksichtigt werden, dass für unterschiedliche Beladungszustände der Trommel unterschiedliche Anlaufmomente des Universalmotors erforderlich sind. Eine weitere Anforderung ist damit verbunden, dass relativ große Momentenpendelungen im Waschbetrieb, welche auf ein Anheben und Fallen der Wäschestücke innerhalb der Trommel zurückzuführen sind, geregelt werden müssen. Demzufolge muss eine Möglichkeit eingeräumt werden, eine durch die herabfallenden Wäschestücke bzw. durch eine Verteilung der Wäschestücke innerhalb der Trommel bewirkte Unwucht bei einer bestimmten Drehzahl zu erfassen. Die erfasste Unwucht kann dann zum Regeln des Drehzahlverhaltens des Universalmotors herangezogen werden.
Um eine Ist-Drehzahl eines sich im Betrieb befindlichen Universalmotors zu erfassen, werden im Stand der Technik Drehzahlsensoren, wie beispielsweise Wechselspannungsgeneratoren in Form von Tachoeinrichtungen, oder Magnetfelddetektoren, wie insbesondere Hall-Sensoren, zur Abtastung eines mit einer Welle des Universalmotors verbundenen Magnetrades, benutzt. Dabei wird in den meisten Fällen eine Frequenz oder eine Periodendauer des erzeugten drehzahlproportionalen Signals als Regelgröße zum Regeln des Drehzahlverhaltens des Universalmotors genutzt. Die meisten aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen erfordern also einen Sensor, üblicherweise eine Tachoeinrichtung, sowie darüber hinaus eine Verbindungsleitung zwischen dem Sensor und einer Drehzahl-Regeleinrichtung, wodurch eine relativ aufwändige und teure Schaltungsanordnung geschaffen wird. Eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung einschließlich einer Tachoeinrichtung zum Erfassen der Ist-Drehzahl eines Universalmotors eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken ist in Fig. 1 dargestellt. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung 1 umfasst der Universalmotor einen eine Feldwicklung 2 aufweisenden Stator sowie einen Rotor, dessen Rotorwicklung über einen Kommutator und ein Bürstensystem 3 mit der Feldwicklung 2 des Stators gekoppelt ist. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst dabei ferner eine Elektronikeinheit 4, welche zum Regeln eines Drehzahlverhaltens des Universalmotors ausgebildet ist. Hierzu umfasst die Schaltungsanordnung 1 überdies eine Tachoeinrichtung 5, welche zum Erzeugen von drehzahlproportionalen Signalen ausgebildet und mit der Elektronikeinheit 4 gekoppelt ist. Darüber hinaus weist die Elektronikeinheit 4 einen Triac 6 auf, mittels welchem ein durch den Universalmotor fließender Strom regelbar ist. Eine Änderung einer Drehrichtung des Universalmotors kann dabei mittels einer Schaltereinrichtung 7 durchgeführt werden.
Aus Kostengründen werden im Stand der Technik Schaltungsanordnungen und Verfahren vorgeschlagen, bei welchen Maßnahmen getroffen sind, die gewährleisten, dass ein sensorloses, insbesondere ein tacholoses, Betreiben eines Universalmotors ermöglicht wird. So offenbart die Druckschrift US 2003/0128003 A1 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum sensorlosen Betreiben eines elektrischen Motors, bei welchen mittels einer Stromerfassungseinrichtung ein über den Motor fließender Strom erfasst und in Abhängigkeit des erfassten Stroms eine Drehzahl des Motors bestimmt wird. Hierzu wird eine an der in Reihe mit dem Motor geschalteten Stromerfassungseinrichtung abfallende Spannung mittels eines Hochpassfilters gefiltert und hochfrequente Anteile dieser Spannung ausgewertet. Aus einer Frequenz von in dem hochfrequenten Verlauf der Spannung auftretenden Impulsen wird dann direkt auf die momentane Drehzahl des Motors geschlossen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Universalmotors eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken zu schaffen, bei welcher bzw. mit welchem mit wenig Aufwand Maßnahmen getroffen sind, die eine sensorlose Regelung eines Drehzahlverhaltens des Universalmotors gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 , sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 16, gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben eines zum Antreiben einer Trommel eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken ausgebildeten Universalmotors umfasst der Universalmotor einen mindestens eine Feldwicklung aufweisenden Stator und einen rotatorisch bewegbar gelagerten Rotor. Dabei weist der Rotor eine mit der mindestens einen Feldwicklung über eine Kommutiereinrichtung gekoppelte Rotorwicklung auf, wobei zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusspol des Universalmotors die Feldwicklung und die Rotorwicklung angeordnet sind. Die Schaltungsanordnung umfasst ferner eine Elektronikeinheit, die eine Steuer- und/oder Regeleinheit aufweist, welche zum Erfassen einer Drehzahl des Universalmotors ausgebildet ist. Erfindungsgemäß weist die Elektronikeinheit eine Spannungserfassungseinheit zum Erfassen einer an der Rotorwicklung abfallenden elektrischen Rotorspannung auf, wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit zum Bestimmen der Drehzahl des Universalmotors in Abhängigkeit der Rotorspannung ausgebildet ist.
Unter dem Begriff Hausgerät wird hier insbesondere eine Waschmaschine, ein Trockner oder ein Waschtrockner verstanden.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht mit anderen Worten darin, dass eine mittels einer Spannungserfassungseinheit erfassbare, an der Rotorwicklung des Rotors abfallende elektrische Rotorspannung ausgewertet wird, und die Drehzahl des Universalmotors in Abhängigkeit der Rotorspannung bestimmt wird. Unter der Rotorspannung wird hier insbesondere eine Spannung verstanden, welche an der Rotorwicklung und darüber hinaus an der Kommutiereinrichtung abfällt bzw. anliegt. Die Kommutiereinrichtung weist dabei vorzugsweise einen Kommutator sowie ein Bürstensystem auf. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Universalmotor die Rotorspannung jederzeit zugänglich ist, was in der Regel beispielsweise zur Realisierung einer im Hausgerät notwendigen Umschaltung einer Drehrichtung des Universalmotors ausgenutzt wird. Die durch die Auswertung der Rotorspannung gewonnene Drehzahl wird insbesondere zum Regeln des Drehzahlverhaltens des Universalmotors herangezogen. Mit anderen Worten liegt der Erfindung eine Überlegung zugrunde, dass bei einer ersten rotatorischen Bewegung des Rotors durch einen Wechsel von Lamellen der Kommutiereinrichtung, insbesondere eines Kommutators, unter Bürsten abwechselnd je nach Stellung des Rotors eine unterschiedliche Anzahl von Spulen der Rotorwicklung kurzgeschlossen wird. Dieses führt zu einer wechselnden Verformung der Rotorspannung gegenüber einer Form im Stillstand. Diese Veränderung der Form der Rotorspannung kann mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit detektiert und dazu benutzt werden, die Drehzahl des Universalmotors zu bestimmen. In vorteilhafter Weise wird durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erreicht, dass die Drehzahl des Universalmotors auf technisch aufwandsarme Weise exakt bestimmt werden kann. Dadurch, dass kein Sensor zum Erfassen der Drehzahl notwendig ist, wird dabei eine kostenreduzierte sowie eine bauteilreduzierte Schaltungsanordnung geschaffen. Überdies wird durch das Auswerten der Rotorspannung, und nicht beispielsweise des Motorstroms, im Hinblick auf eine zuverlässige Regelung des Drehzahlverhaltens des Universalmotors erreicht, dass die Drehzahl genauer direkt an dem Rotor erfasst werden kann. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeigt sich insbesondere in einem Anlaufbereich der Drehzahl sowie in niedrigeren Drehzahlbereichen, insbesondere im Waschbetrieb, besonders vorteilhaft.
In einer Ausführungsform umfasst die Spannungserfassungseinheit einen ersten Spannungsteil, dessen Spannungserfassungspol über einen ersten Ohmschen Widerstand mit einem der Feldwicklung des Stators zugewandten ersten Rotoranschlusspol der Rotorwicklung und über einen zweiten Ohmschen Widerstand mit einem den zweiten Anschlusspol des Universalmotors definierenden zweiten Rotoranschlusspol der Rotorwicklung gekoppelt ist. Insbesondere ist zwischen dem der Feldwicklung des Stators zugewandten ersten Rotoranschlusspol der Rotorwicklung und dem den zweiten Anschlusspol des Universalmotors definierenden zweiten Rotoranschlusspol der Rotorwicklung außer der Rotorwicklung auch die Kommutiereinrichtung, insbesondere mit einem Kommutator und einem Bürstensystem, angeordnet. Durch den ersten Spannungsteil wird gewährleistet, dass die zwischen dem ersten und dem zweiten Rotoranschlusspol abfallende Rotorspannung auf technisch aufwandsarme Weise und besonders zuverlässig erfasst werden kann. Die Widerstandswerte des ersten und des zweiten Ohmschen Widerstands des ersten Spannungsteilers sind insbesondere gegenüber den Impedanzen der Feldwicklung und der Rotorwicklung des Universalmotors hochohmig ausgebildet, so dass gewährleistet wird, dass Zusatzverluste sowie zusätzliche über einen mit dem Universalmotor in Reihe geschalteten Stromerfassungswiderstand (Shunt) fließende Ströme vernachlässigt werden können. Da zwischen dem ersten und dem zweiten Rotoranschlusspol auch insbesondere die Kommutiereinrichtung angeordnet ist, wird sichergestellt, dass bei einem Drehen des Rotors ein impulsförmiger Verlauf der Rotorspannung erkannt und im Hinblick auf die Regelung des Drehzahlverhaltens des Universalmotors ausgewertet werden kann.
Vorzugsweise ist die Spannungserfassungseinheit zum Erfassen einer an der Feldwicklung und der Rotorwicklung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusspol des Universalmotors abfallenden Referenzspannung ausgebildet, wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit zum Ermitteln der Drehzahl in Abhängigkeit einer Differenz der Rotorspannung und der Referenzspannung ausgebildet ist. Indem eine Differenzspannung aus der Rotorspannung und der am Universalmotor abfallenden Referenzspannung gebildet wird, können die bei einem Drehen des Rotors durch den Lamellenwechsel der Kommutiereinrichtung bewirkten nadeiförmigen Impulse, die der Rotorspannung überlagert sind, im Verlauf der Differenzspannung besser erkannt und die Drehzahl des Universalmotors zuverlässiger erfasst werden.
In einer Ausführungsform umfasst die Spannungserfassungseinheit einen zweiten Spannungsteiler zum Erfassen der Referenzspannung, dessen Spannungserfassungspol über einen dritten Ohmschen Widerstand mit dem der Feldwicklung zugewandten ersten Anschlusspol des Universalmotors und über einen vierten Ohmschen Widerstand mit dem der Rotorwicklung zugewandten zweiten Anschlusspol des Universalmotors gekoppelt ist. Insbesondere wird durch den zweiten Spannungsteiler die am Universalmotor abfallende elektrische Spannung, die Referenzspannung, erfasst. Durch Einsatz des zweiten Spannungsteilers wird überdies gewährleistet, dass die Referenzspannung auf einfache und zuverlässige Weise erfasst werden kann. Vorzugsweise sind die Widerstandswerte des dritten und des vierten Ohmschen Widerstands gegenüber den Impedanzen der Rotorwicklung und der Feldwicklung des Universalmotors hochohmig ausgebildet, so dass Zusatzverluste sowie zusätzliche über einen mit dem Universalmotor in Reihe geschalteten Stromerfassungswiderstand fließende Ströme vernachlässigbar sind. Bevorzugt ist der Spannungserfassungseinheit ein Schaltungsteil zugeordnet, welcher zum Bestimmen einer Differenzspannung zwischen der Rotorspannung und einer an der Feldwicklung und der Rotorwicklung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusspol des Universalmotors abfallenden Referenzspannung ausgebildet ist. Insbesondere umfasst der Schaltungsteil einen Komparator, bevorzugt einen Schmitt-Trigger, oder einen Doppelkomparator in Form eines so genannten Fensterkomparators, um damit Impulse bzw. Impulsnadeln, die gegenüber der Referenzspannung sowohl mit positiver als mit negativer Amplitude auftreten können, besser zu erfassen. Insbesondere wird mittels des Komparators oder des Doppelkomparators die Differenzspannung zwischen der Rotorspannung und der Referenzspannung erzeugt. Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Schaltungsteil mit dem ersten und dem zweiten Spannungsteiler, insbesondere mit dem Spannungserfassungspol des ersten Spannungsteilers und dem Spannungserfassungspol des zweiten Spannungsteilers gekoppelt ist. Vorzugsweise ist der Schaltungsteil mit der Steuer- und/oder Regeleinheit gekoppelt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass aus der bei einem Drehen des Universalmotors impulsförmigen Differenzspannung die Impulse mittels des Schaltungsteils derart umgeformt werden, dass diese durch die Steuer- und/oder Regeleinheit in vorgebbaren Zeitfenstern gezählt werden können und hiermit als eine zur Drehzahl des Rotors proportionale Größe mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit ausgewertet werden können, und als eine Regelgröße das Drehzahlverhalten des Universalmotors störgrößenvermindernd beeinflussen können. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Schaltungsteil eine Filtereinheit umfasst, mittels welcher eine Verschiebung und/oder eine Begrenzung der Differenzspannung durchführbar ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Spannungswerte der Differenzspannung auf zulässige Eingangsbereiche der Steuer- und/oder Regeleinheit angepasst werden können. Mittels der Filtereinheit werden insbesondere kurzzeitige, im Verlauf der Differenzspannung auftretende Störungen, die beispielsweise durch so genanntes Bürstenprellen entstehen können, jedoch eine kürzere Zeitdauer als die im Verlauf der Differenzspannung auftretenden Impulse bzw. Nadelimpulse aufweisen, unterdrückt. Durch die Filtereinheit des Schaltungsteils wird überdies gewährleistet, dass der zur Differenzbildung ausgebildete Komparator gegen Störsignale geschützt werden kann.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Elektronikeinheit eine Schalteinheit mit einem elektronischen Schaltelement, insbesondere einem Triac, aufweist, welches mit dem Universalmotor gekoppelt, insbesondere in Reihe geschaltet, ist, und mittels welchem ein über die Feldwicklung und die Rotorwicklung fließender Motorstrom regelbar ist. Insbesondere wird der Universalmotor mit Wechselspannung durch eine Phasenanschnittsteuerung betrieben. Um im Falle eines gesperrten Triacs hohe Spannungen an der Feldwicklung sowie an der Rotorwicklung bzw. hohe Potentialwerte an dem ersten und dem zweiten Anschlusspol des Universalmotors und somit hohe Spannungen an dem ersten und dem zweiten Spannungsteiler zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass das elektronische Schaltelement, insbesondere der Triac, an den ersten Anschlusspol des Universalmotors angeschlossen ist, welcher einem einem Netzpotential und nicht einem Neutralpotential eines Versorgungsnetzes zugewandten ersten Anschluss eines Eingangs der Schaltungsanordnung zugewandt ist.
Vorzugsweise ist ein Steueranschluss des elektronischen Schaltelements mit einem optischen Schaltelement, insbesondere einem Opto-Triac, gekoppelt, welches von der Steuer- und/oder Regeleinheit galvanisch entkoppelt ansteuerbar ist. Insbesondere ist der Steueranschluss des elektronischen Schaltelements mit einer ersten Anschlusselektrode des optischen Schaltelements gekoppelt, wobei eine zweite Anschlusselektrode des optischen Schaltelements bevorzugt mit einem einem Netzpotential eines Versorgungsnetzes zugewandten ersten Anschluss eines Eingangs der Schaltungsanordnung gekoppelt ist.
In einer Ausführungsform weist die Schalteinheit einen Ohmschen Stromerfassungswiderstand (Shunt) auf, welcher mit dem elektronischen Schaltelement in Reihe geschaltet ist, wobei zwischen dem Stromerfassungswiderstand und dem Schaltelement ein Stromerfassungspol ausgebildet ist, welcher mit der Steuer- und/oder Regeleinheit gekoppelt ist. Vorzugsweise ist der Stromerfassungspol mit der Steuer- und/oder Regeleinheit über einen Verstärker gekoppelt. Durch den Stromerfassungswiderstand und den zwischen dem Stromerfassungswiderstand und dem Universalmotor ausgebildeten und mit der Steuer- und/oder Regeleinheit gekoppelten Stromerfassungspol wird sichergestellt, dass der über den Universalmotor fließende Motorstrom erfasst und über den Verstärker an einen Eingang der Steuer- und/oder Regeleinheit angepasst und mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit ausgewertet werden kann. Insbesondere ist die Steuer- und/oder Regeleinheit in der Lage, eine Stromflussdauer zu erfassen, da aufgrund von Induktivitäten der Rotorwicklung und der Feldwicklung der Motorstrom einer Netzspannung nacheilt und das elektronische Schaltelement, insbesondere der Triac, erst nach einem Nulldurchgang der Netzspannung durch unterschreiten seines Haltestroms ausschaltet. Der Verstärker hat überdies insbesondere die Aufgabe einer Potentialverschiebung des am Stromerfassungswiderstand abgebildeten Wechselstromsignals, so dass der kleinste Signalwert an einem Ausgang des Verstärkers innerhalb eines zulässigen Spannungsbereichs der Steuer- und/oder Regeleinheit liegt.
Bevorzugt weist die Schaltungsanordnung ein Netzfilter (EMV-Filter) auf, welches mit einem Eingang der Schaltungsanordnung gekoppelt ist. Durch das Netzfilter wird gewährleistet, dass Störsignale von Seiten der Schaltungsanordnung unterdrückt werden und in ein Versorgungsnetz, an welches die Schaltungsanordnung anschließbar ist, nicht übertragen werden.
In einer Ausführungsform ist eine Spannungsversorgung mit einem Eingang der Schaltungsanordnung gekoppelt, wobei die Spannungsversorgung mit der Steuer- und/oder Regeleinheit zur Energieversorgung gekoppelt ist.
Vorzugsweise ist die Steuer- und/oder Regeleinheit mit einem Eingang der Schaltungsanordnung über einen dritten Spannungsteiler gekoppelt und zum Erfassen einer an dem Eingang anliegenden Netzspannung ausgebildet. Insbesondere umfasst der dritte Spannungsteiler einen Spannungserfassungspol, welcher über einen fünften Ohmschen Widerstand mit einem ersten Anschluss des Eingangs der Schaltungsanordnung und über einen sechsten Ohmschen Widerstand mit einem zweiten Anschluss des Eingangs der Schaltungsanordnung gekoppelt ist. Der Spannungserfassungspol des dritten Spannungsteilers ist bevorzugt mit mindestens einem Eingang der Steuer- und/oder Regeleinheit gekoppelt. Hierdurch wird erreicht, dass eine Netzspannung eines Versorgungsnetzes bzw. eine an dem Eingang der Schaltungsanordnung anliegende Netzspannung in einer für die Steuer- und/oder Regeleinheit verträglichen Form mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit abgebildet werden kann. Insbesondere werden mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit Nulldurchgänge sowie eine Amplitude der Netzspannung erfasst, so dass eine Netzspannungsvorregelung mittels eines Reglers, beispielsweise bei der Phasenanschnittsteuerung des elektronischen Schaltelements, insbesondere des Triacs, vorgenommen werden kann, wobei die Verlustleistung reduziert und die Ansprechgeschwindigkeit der Regelung erhöht werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist, eine Anzahl von Impulsen bzw. von Impuls-Nadeln der Rotorspannung oder einer daraus gewonnenen Differenzspannung innerhalb eines einer Stromflussdauer entsprechenden Zeitintervalls zu detektieren und eine Frequenz f der Impulse bzw. der Impuls-Nadeln zu bestimmen. Vorzugsweise ist die Drehzahl des Universalmotors in Abhängigkeit der bestimmten Frequenz f der Impulse bzw. der Impuls- Nadeln sowie einer Anzahl Z|am von Lamellen der Kommutiereinrichtung, insbesondere eines Kommutators der Kommutiereinrichtung, durch die Steuer- und/oder Regeleinheit ermittelbar. Insbesondere werden die Impulse im Verlauf der Rotorspannung oder der Differenzspannung innerhalb des Zeitintervalls mit einer Stromflussdauer t, pro einer Halbwelle, welche insbesondere über die Schalteinheit mit dem Stromerfassungswiderstand mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit ermittelt wird, gezählt. Die Frequenz f der Impulse ergibt sich vorzugsweise aus einem Quotienten aus der Anzahl z der Impulse und der Dauer t, des Zeitintervalls. Eine Drehzahl n des Universalmotors wird dann bevorzugt aus der Frequenz f der Impulse und der Anzahl Z|am der Lamellen ermittelt: n = . Im Falle, dass in erster Näherung eine quasi konstante
Zlam
Drehzahl des Rotors angenommen wird, kann insbesondere auch in einer Stromlücke, in welcher aufgrund eines fehlenden Stroms nicht gemessen werden kann, die gleiche
Frequenz der Impulse angenommen werden. Hiermit kann die Frequenz der Impulse funktionell als eine abgetastete, gemittelte Größe angesehen werden. Um einen so genannten Jitter der pro einer Halbwelle ermittelten Impulse zu unterdrücken, kann vorgesehen sein, dass ein Mittelwert der Frequenz f der Impulse über mehrere Perioden der Netzspannung gebildet wird.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit zum Auswerten einer durch den Rotor induzierten Gegenspannung und ab einer vorbestimmten Drehzahl, insbesondere ab einer Drehzahl von etwa 1200 Umdrehung pro Minute, bevorzugt ab einer Drehzahl von etwa 2400 Umdrehungen pro Minute, zum Ermitteln der Drehzahl in Abhängigkeit der Gegenspannung ausgebildet ist. Insbesondere in einem Schleuderbetrieb bei höheren Drehzahlen zeigt sich diese Ausführungsform besonders vorteilhaft. So kann die elektromotorische Kraft EMK (Gegenspannung) des Universalmotors ermittelt und direkt auf eine Leerlaufdrehzahl des Universalmotors zurückgeführt werden. Insbesondere ist die Gegenspannung erst ab einer bestimmten Drehzahl des Universalmotors erfassbar und lässt sich als eine geometrische Spannungssumme in Form der Rotorspannung erfassen. Um hierbei eine Stromabhängigkeit der Gegenspannung zu eliminieren, kann vorgesehen sein, dass gleichzeitig auch der über den Universalmotor fließende Motorstrom abgetastet wird. Unabhängig von einem Phasenwinkel zwischen der Rotorspannung und dem Motorstrom lässt sich eine genaue Beziehung zwischen einem Verhältnis der Rotorspannung zu dem Motorstrom und der Drehzahl des Universalmotors ermitteln. Insbesondere liegt ab einer bestimmten Drehzahl des Universalmotors, insbesondere ab einer Drehzahl von 1200 Umdrehungen pro Minute, ein weitgehend proportionales Verhalten zwischen der Drehzahl des Universalmotors und dem Quotienten aus der Motorspannung und dem Motorstrom vor. Hierdurch kann die Drehzahl des Universalmotors in höheren Bereichen der Drehzahl besonders zuverlässig erfasst werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines zum Antreiben einer Trommel eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken ausgebildeten Universalmotors umfasst der Universalmotors einen mindestens eine Feldwicklung aufweisenden Stator und einen rotatorisch bewegbar gelagerten Rotor, welcher eine mit der mindestens einen Feldwicklung über eine Kommutiereinrichtung gekoppelte Rotorwicklung aufweist. Dabei wird mittels einer Steuer- und/oder Regeleinheit einer Elektronikeinheit eine Drehzahl des Universalmotors erfasst. Ein Grundgedanke besteht darin, dass eine an der Rotorwicklung abfallende elektrische Rotorspannung mittels einer Spannungserfassungseinheit der Elektronikeinheit erfasst wird, und die Drehzahl des Universalmotors mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit in Abhängigkeit der Rotorspannung bestimmt wird.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass die Rotorspannung mittels eines ersten Spannungsteilers der Spannungserfassungseinheit erfasst wird.
Vorzugsweise wird mittels der Spannungserfassungseinheit eine an der Feldwicklung und der Rotorwicklung zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusspol des Universalmotors abfallende Referenzspannung erfasst, wobei mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit die Drehzahl in Abhängigkeit einer Differenz der Rotorspannung und der Referenzspannung ermittelt wird.
Bevorzugt wird die Referenzspannung mittels eines zweiten Spannungsteilers der Spannungserfassungseinheit erfasst.
Mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit wird bevorzugt eine Anzahl von Impulsen der Rotorspannung oder einer daraus gewonnenen Differenzspannung innerhalb eines einer Stromflussdauer entsprechenden Zeitintervalls detektiert und eine Frequenz der Impulse bestimmt.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass die Drehzahl des Universalmotors in Abhängigkeit der bestimmten Frequenz der Impulse sowie einer Anzahl von Lamellen der Kommutiereinrichtung, insbesondere eines Kommutators der Kommutiereinrichtung, mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit ermittelt und zur Drehzahlregelung verwendet wird.
Mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit wird bevorzugt eine Kennfeldsteuerung mit Netzspannungsvorsteuerung durchgeführt, wobei ab einer vorbestimmten Drehzahl, insbesondere ab einer Drehzahl von 1200 U/min, bevorzugt ab einer Drehzahl von 2400 U/min, die Drehzahl in Abhängigkeit des Kennfelds gesteuert wird.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit eine im Rotor induzierte Gegenspannung ausgewertet wird, und ab einer vorbestimmten Drehzahl, insbesondere ab einer Drehzahl von etwa 1200 U/min, bevorzugt ab einer Drehzahl von etwa 2400 U/min, die Drehzahl in Abhängigkeit der Gegenspannung ermittelt und zur Drehzahlregelung verwendet wird.
Bevorzugt wird zur Drehzahlregelung ein Quotient der Gegenspannung und des Motorstroms als ein Ist-Wert der Drehzahl herangezogen.
In bevorzugter Weise kann vorgesehen sein, dass die Gegenspannung und der Motorstrom als Effektivwerte erfasst werden, wobei alternativ die Gegenspannung und der Motorstrom als Gleichrichtwerte erfasst werden können. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind als vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einzelner bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Universalmotors umfassend eine
Tachoeinrichtung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zum sensorlosen Betreiben eines Universalmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2, wobei eine alternative Anordnung eines Triacs einer Schalteinheit der Schaltungsanordnung vorgesehen ist;
Fig. 4 ein funktionelles Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 ein funktionelles Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 beispielhafte Verläufe einer Rotorspannung, einer Differenzspannung, eines
Motorstroms, sowie eines zur Referenz dargestellten Tachosignals;
Fig. 7 einen Verlauf eines Verhältnisses einer Rotorspannung zu einem Motorstrom in Abhängigkeit einer Drehzahl.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zum Betreiben, vorliegend zum sensorlosen Betreiben, eines Universalmotors 1 1 ausgebildet. Der Universalmotor 1 1 ist dabei zum Antreiben einer Trommel eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken ausgebildet, wobei unter dem Begriff Hausgerät insbesondere eine Waschmaschine, ein Trockner oder ein Waschtrockner verstanden wird. Der Universalmotor 11 umfasst einen Stator sowie einen rotatorisch bewegbar gelagerten Rotor 13, wobei der Stator eine Feldwicklung 12 und der Rotor 13 eine Rotorwicklung aufweist. Die Feldwicklung 12 des Stators ist mit der Rotorwicklung des Rotors 13 über eine Kommutiereinrichtung, welche vorliegend einen Kommutator sowie ein Bürstensystem aufweist, gekoppelt. Der Universalmotor 11 weist einen ersten Anschlusspol 14 sowie einen zweiten Anschlusspol 15 auf, zwischen welchen die Feldwicklung 12 des Stators sowie die Rotorwicklung des Rotors 13 geschaltet bzw. angeordnet sind. Überdies umfasst die Rotorwicklung des Rotors 13 einen der Feldwicklung 12 zugewandten ersten Rotoranschlusspol 16 sowie einen den zweiten Anschlusspol 15 des Universalmotors 11 definierenden zweiten Rotoranschlusspol 17.
Die Schaltungsanordnung 10 umfasst weiterhin eine Elektronikeinheit 18, welche im Allgemeinen zum Betreiben des Universalmotors 1 1 ausgebildet ist. Die Elektronikeinheit 18 umfasst eine Steuer- und/oder Regeleinheit 19, welche zum Steuern und/oder zum Regeln eines Drehzahlverhaltens des Universalmotors 11 ausgebildet ist. Hierzu umfasst die Elektronikeinheit 18 überdies eine Schalteinheit 20 mit einem mit dem Universalmotor 11 gekoppelten elektronischen Schaltelement 21 , welches vorliegend als Triac ausgebildet ist. Es sei erwähnt, dass der Triac 21 mit dem zweiten Anschlusspol 15 des Universalmotors 11 gekoppelt ist. Überdies ist ein Steueranschluss 22 des Triacs 21 mit einem Ausgang 23 der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 gekoppelt, über welchen der Triac 21 von der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 ansteuerbar ist. Die Schalteinheit 20 weist ferner einen Stromerfassungswiderstand 24 (Shunt) auf, welcher über einen Stromerfassungspol 25 und überdies über den Triac 21 mit dem zweiten Anschlusspol 15 des Universalmotors 11 gekoppelt ist. Überdies ist der Stromerfassungspol 25 über einen Verstärker 26 der Schalteinheit 20 mit zwei Eingängen 27, 28 der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 gekoppelt. Hierdurch wird erreicht, dass ein über den Universalmotor 11 und den Triac 21 fließender Motorstrom über den Stromerfassungswiderstand 24 erfasst und über den Verstärker 26 an die Eingänge 27, 28 der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 angepasst werden kann. Dabei hat die Steuer- und/oder Regeleinheit 19 die Aufgabe, über den Eingang 27 eine Amplitude des Motorstroms auszuwerten und über den Eingang 28 eine Stromflussdauer zu erfassen. Dabei übernimmt der Verstärker 26 eine Potentialverschiebung des am Stromerfassungswiderstand 24 abgebildeten Wechselstromsignals, so dass der kleinste Signalwert an einem Ausgang 26a des Verstärkers 26 innerhalb eines zulässigen Spannungsbereichs der nachgeschalteten Steuer- und/oder Regeleinheit 19 liegt. Dem Erfassen der Stromflussdauer über den Eingang 28 der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 liegt die Überlegung zugrunde, dass aufgrund von Induktivitäten der Feldwicklung 12 und der Rotorwicklung der Motorstrom einer Netzspannung nacheilt und der Triac 21 erst nach einem Durchgang der Netzspannung durch Unterschreiten seines Haltestroms ausschaltet.
Die Elektronikeinheit 18 der Schaltungsanordnung 10 umfasst weiterhin einen Eingang 29 mit einem einem Netzpotential eines Versorgungsnetzes zugewandten ersten Anschluss 30 sowie einem einem Neutralpotential des Versorgungsnetzes zugewandten zweiten Anschluss 31. Mit dem Eingang 29 ist vorliegend ein Netzfilter 32 (EMV-Filter) gekoppelt, mittels welchem Störsignale von Seiten der Schaltungsanordnung 10, insbesondere von Seiten des Universalmotors 11 , gefiltert, bzw. gedämpft werden. Hierdurch wird das Versorgungsnetz gegen die Störsignale geschützt.
Die Elektronikeinheit 18 weist weiterhin eine Spannungsversorgung 33 auf, welche mit einem dem ersten Anschluss 30 des Eingangs 29 zugewandten und mit diesem über das Netzfilter 32 gekoppelten ersten Schaltungspol 34 und darüber hinaus mit einem dem zweiten Anschluss 31 des Eingangs 29 zugewandten und mit diesem über das Netzfilter 32 gekoppelten zweiten Schaltungspol 35 gekoppelt ist. Der zweite Schaltungspol 35 liegt insbesondere an dem Neutralpotential des Versorgungsnetzes an. Die Spannungsversorgung 33 ist mit einem Eingang 36a der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 zur Energieversorgung gekoppelt. Die Spannungsversorgung 33 kann beispielsweise einen Gleichrichter umfassen, mittels welchem eine Netzspannung des Versorgungsnetzes in eine Gleichspannung bzw. eine gleichgerichtete Spannung umwandelbar ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit 19 mit einer gleichgerichteten Spannung versorgt werden kann.
Die Elektronikeinheit 18 der Schaltungsanordnung 10 umfasst überdies einen dritten Spannungsteiler 36 (ein erster und ein zweiter Spannungsteiler - siehe unten), dessen Spannungserfassungspol 37 über einen fünften Ohmschen Widerstand 38 mit dem ersten Schaltungspol 34 sowie über einen sechsten Ohmschen Widerstand 39 mit dem zweiten Schaltungspol 35 gekoppelt ist. Überdies ist der Spannungserfassungspol 37 des dritten Spannungsteilers 36 mit zwei Eingängen 40, 41 der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 gekoppelt, wodurch gewährleistet wird, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit 19 in der Lage ist, eine Netzspannung des Versorgungsnetzes abzubilden. So wird mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 über den Eingang 40 eine Amplitude der Netzspannung erfasst, wobei über den Eingang 41 der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 Nulldurchgänge der Netzspannung erfasst werden.
Vorliegend gilt ein besonderes Interesse einem Erfassen einer an der Rotorwicklung des Rotors 13 zwischen dem ersten und dem zweiten Rotoranschlusspol 16, 17 anfallenden Rotorspannung im Hinblick auf ein Bestimmen einer Drehzahl des Universalmotors 1 1. Hierzu umfasst die Elektronikeinheit 18 der Schaltungsanorndung 10 einen ersten Spannungsteiler 42, dessen Spannungserfassungspol 43 über einen ersten Ohmschen Widerstand 44 mit dem der Feldwicklung 12 des Stators zugewandten ersten Rotoransschlusspol 16 sowie über einen zweiten Ohmschen Widerstand 45 mit dem den zweiten Anschlusspol des Universalmotors 1 1 definierenden zweiten Rotoranschlusspol 17 gekoppelt ist. Zum Erfassen einer an dem Universalmotor 11 zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusspol 14, 15 abfallenden Spannung umfasst die Elektronikeinheit einen zweiten Spannungsteiler 46, dessen Spannungserfassungspol 47 über einen dritten Ohmschen Widerstand 48 mit dem ersten Anschlusspol 14 des Universalmotors 1 1 und darüber hinaus über einen vierten Ohmschen Widerstand 49 mit dem zweiten Anschlusspol 15 des Universalmotors 11 gekoppelt ist. Der Spannungserfassungspol 43 des ersten Spannungsteilers 42 sowie der Spannungserfassungspol 47 des zweiten Spannungsteilers 46 sind mit einem Schaltungsteil 50 der Elektronikeinheit 18 gekoppelt, wobei der erste Spannungsteiler 42, der zweite Spannungsteiler 46, sowie der Schaltungsteil 50 vorliegend als eine Spannungserfassungseinheit bezeichnet werden. Dabei ist der Schaltungsteil 50 zur Erfassung einer Differenzspannung zwischen der Rotorspannung und der mittels des zweiten Spannungsteilers 46 erfassbaren Referenzspannung ausgebildet. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Widerstandswerte des ersten, zweiten, dritten und vierten Widerstands 44, 45, 48, 49 gegenüber Impedanzen der Rotorwicklung und der Feldwicklung 12 des Universalmotors 11 hochohmig ausgebildet sind, so dass Zusatzverluste sowie zusätzliche über den Stromerfassungswiderstand 24 fließende Ströme vernachlässigbar sind. Vorliegend umfasst der Schaltungsteil 50 einen Komparator, welcher vorliegend als ein Schmitt- Trigger ausgebildet ist, mittels welchem die Differenzspannung zwischen der Rotorspannung und der Referenzspannung ermittelbar ist. Zur Erfassung von Impulsen bzw. Impuls-Nadeln kann dieser Komparator auch als Doppelkomparator in Form eines so genannten Fensterkomparators ausgebildet sein. Im vorliegenden Beispiel umfasst der Schaltungsteil 50 darüber hinaus eine Filtereinheit zur Verschiebung und/oder Begrenzung der mittels des ersten und des zweiten Spannungsteilers 42, 46 gebildeten Spannungen, so dass aus Wechselspannungen in der Größenordnung der Netzspannung die gewonnenen Spannungswerte auf zulässige Kleinspannungs-Eingangsbereiche angepasst bzw. begrenzt werden. Diese Filterung ist erforderlich, um kurzzeitige Störungen, welche beispielsweise durch so genanntes Bürstenprellen entstehen, jedoch eine kürzere Zeitdauer als die Impulse der auszuwertenden Spannung aufweisen, zu unterdrücken.
Vorliegend ist der Schaltungsteil über eine erste Signalleitung 51 mit einem Eingang 52 der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 sowie über eine zweite Signalleitung 53 mit einem Eingang 54 der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 gekoppelt. So ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 19 dabei in der Lage, über den Eingang 52 von Seiten des Schaltungsteils 50 gelieferte Differenzspannungen zwischen der Rotorspannung und der Referenzspannung sowie über den Eingang 54 gelieferte Rotorspannung auszuwerten.
Fig. 3 gibt die Schaltungsanordnung 10 mit der Elektronikeinheit 18 sowie dem Universalmotor 11 wieder. Die Schaltungsanordnung 10 gemäß Fig. 3 entspricht im Allgemeinen der Schaltungsanordnung 10 gemäß Fig. 2, wobei der Triac 21 zwischen dem ersten Schaltungspol 34 und dem ersten Anschlusspol 14 des Universalmotors 1 1 angeordnet ist. Durch diese Anordnung des Triacs 21 wird erreicht, dass im Falle eines gesperrten Triacs 21 keine hohen Spannungen zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusspol 14, 15 des Universalmotors 1 1 bzw. keine hohen Potentiale an dem ersten und dem zweiten Spannungsteiler 42, 46 auftreten können. Die Schaltungsanordnung 10 gemäß Fig. 3 umfasst ferner ein optisches Schaltelement 55, welches vorliegend als ein Opto-Triac ausgebildet ist. Eine erste Anschlusselektrode 56 ist vorliegend mit dem ersten Schaltungspol 34 gekoppelt, wobei eine zweite Anschlusselektrode 57 des Opto-Triacs 55 mit dem Steueranschluss 22 des Triacs 21 gekoppelt ist. Überdies ist eine Steuerelektrode 58 des Opto-Triacs 55 mit der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 im Hinblick auf eine Ansteuerung des Triacs 21 gekoppelt. Wird der Opto-Triac 55 über die Steuerelektrode 58 von der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 angesteuert, so liegt an dem Steueranschluss 22 des Triacs 21 elektrische Spannung an, so dass der Triac 21 leitend bzw. angesteuert wird.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf ein Bestimmen bzw. ein Erfassen der Drehzahl des Universalmotors 11. In Fig. 4 ist ein funktionelles Blockschaltbild der Schaltungsanordnung 10 im Hinblick auf das Erfassen der Drehzahl und das Regeln des Drehzahlverhaltens des Universalmotors 11 schematisch dargestellt. Gezeigt ist der Universalmotor 11 mit der den ersten und den zweiten Spannungsteiler 42, 46, sowie den Schaltungsteil 50 aufweisenden Spannungserfassungseinheit 59. Im Hinblick auf die Regelung des Drehzahlverhaltens des Universalmotors 1 1 ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 19 in Fig. 4 auf eine Mehrzahl von Funktionsblöcken aufgeteilt. Überdies entsprechen zwei schematisch dargestellte Funktionsblöcke 60, 61 der Schalteinheit 20, wobei der Funktionsblock 60 den Triac 21 sowie den Stromerfassungswiderstand 24 und der Funktionsblock 61 den Verstärker 26 umfasst. Ein Funktionsblock 62 entspricht dem dritten Spannungsteiler 36, mittels welchem die Netzspannung, in Fig. 4 mit UN bezeichnet, abzubilden ist.
Nachfolgend wird auf eine Bestimmung der Drehzahl des Universalmotors 11 näher eingegangen. Ausgangspunkt ist dabei eine Kennfeldsteuerung, welcher entsprechend unterschiedliche Drehzahl-Betriebsbereiche, insbesondere bei einem Waschbetrieb und einem Schleuderbetrieb, unterschiedliche Regelkreise zum Regeln des Drehzahlverhaltens des Universalmotors 1 1 unterlagert werden. In allen Drehzahl- Betriebsbereichen wird insbesondere eine Netzspannungsvorregelung eingesetzt, was durch die Abbildung der Netzspannung UN mittels des dritten Spannungsteilers 36, 62 ermöglicht wird. Hierbei wird in einem Funktionsblock 62a der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 in Abhängigkeit der abgebildeten Netzspannung UN ein Zündwinkel oder ein Stromflusswinkel zur Ansteuerung des Triacs 21 , 60 definiert. Entsprechend der Kennfeldsteuerung wird bei Vorgabe einer Soll-Drehzahl, was mittels eines Funktionsblocks 71 der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 durchgeführt wird, der Zündwinkel α des Triacs 21 , 60 nach einer Rampenfunktion verkleinert und damit der Stromflusswinkel vergrößert. Eine an den Universalmotor 11 gelegte Spannung ergibt sich hierbei mit der Netzspannung UN ZU: Ua = UN * 12 * P - « + α Sin(«) * C0S(«)
2 * π
Abhängig von einem Beladungszustand der Trommel des Hausgeräts läuft der Universalmotor 11 bei einem größeren oder einem kleineren Zündwinkel α an. Die Überwindung einer Haftreibung und des sich durch eine Drehbewegung der Wäschestücke innerhalb der Trommel nach deren Anheben verringernden Lastmoments würde die für den Waschbetrieb benötigte Drehzahl bei unverändertem Zündwinkel α ohne Regelung, also bei einer Kennfeldsteuerung, überschritten. Hierzu ist eine Regelung des Drehzahlverhaltens des Universalmotors 11 , insbesondere in einem Anlaufbereich der Drehzahl, vorzunehmen. Mit einer ersten rotatorischen Bewegung des Rotors 13 wird durch einen Lamellenwechsel des Kommutators der Kommutiereinrichtung unter den Bürsten abwechselnd je nach Stellung des Rotors 13 eine unterschiedliche Anzahl von Spulen der Rotorwicklung des Rotors 13 kurzgeschlossen. Dies führt zu einer wechselnden Verformung der Rotorspannung gegenüber einer Form im Stillstand. Im vorliegenden Beispiel ist der Universalmotor 1 1 als ein zweipoliger Universalmotor mit einem Kollektor mit 36 Lamellen und einem 18-nutigen Rotor 13 ausgebildet.
Vorliegend wird erfindungsgemäß die Drehzahl des Universalmotors 11 in Abhängigkeit der zwischen dem ersten und dem zweiten Rotoranschlusspol 16, 17 abfallenden Rotorspannung bestimmt. Fig. 6 zeigt einen Verlauf 63 der Rotorspannung, einen Verlauf 64 der Differenzspannung zwischen der Rotorspannung und der Referenzspannung, einen Verlauf 65 des über den Universalmotor 11 und den Triac 21 fließenden Motorstroms sowie einen Verlauf 66 eines Tachosignals lediglich zur Referenzdarstellung. Zum Erfassen der Drehzahl des Universalmotors 11 wird die mittels der Spannungserfassungseinheit 59 erfasste Rotorspannung der Steuer- und/oder Regeleinheit 19, insbesondere einem Funktionsblock 67 übermittelt. Es kann vorgesehen sein, dass auch die aus der Rotorspannung gewonnene Differenzspannung der Steuer- und/oder Regeleinheit 19, insbesondere dem Funktionsblock 67 zum Erfassen der Drehzahl des Universalmotors 11 übermittelt wird. In Fig. 6 ist an dem Verlauf 65 des Motorstroms deutlich der lückende Stromverlauf aufgrund der Phasenanschnittssteuerung zu erkennen. Durch die Auswertung der Referenzspannung lassen sich Impulse im Verlauf 64 der Differenzspannung detektieren, deren Frequenz proportional zur Drehzahl ist. Unter den Impulsen werden hier Impuls-Nadeln im Verlauf 64, 63 der Differenzspannung und/oder der Rotorspannung innerhalb eines einer Stromflussdauer 68 entsprechenden Zeitintervalls t, verstanden. Innerhalb des Zeitintervalls t, bzw. der Stromflussdauer t„ 68 pro Halbwelle, welches mittels des Stromerfassungswiderstands 24 und des mit der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 bzw. mit dem Funktionsblock 67 gekoppelten Stromerfassungspol 25 ermittelt wird, werden die Impulse aus dem Verlauf 63, 64 der Rotorspannung und/oder der Differenzspannung gezählt und eine Anzahl z der Impulse im Funktionsblock 67 ermittelt. Daraus wird eine Frequenz / der Impulse wie folgt ermittelt:
' -Ϊ
Wird in erster Näherung eine quasi konstante Drehzahl des Rotors 13 angenommen, so ist auch in einer Stromlücke, in welcher nicht gemessen werden kann, die gleiche Impulsfrequenz / anzunehmen. Die Frequenz / ist somit funktionell als eine abgetastete, gemittelte Größe anzusehen. Die Motordrehzahl ergibt sich daraus mit einer Anzahl von Lamellen zlam des Kollektors des Universalmotors 11 und der Annahme, dass pro eine Lamelle jeweils ein Impuls erzeugt wird, zu:
/" • 60 n = l .
Zlam
Um hierbei einen möglichen, so genannten Jitter der pro Halbwelle ermittelten Impulse zu unterdrücken, kann an dieser Stelle vorgesehen sein, dass ein Mittelwert über mehrere Perioden der Netzspannung gebildet wird. Die in Abhängigkeit der Rotorspannung erhaltene Drehzahl n kann dabei einer Reglereinheit, beispielsweise einem Pl-Regler zugeführt werden, welcher vorliegend in einem Funktionsblock 69 angeordnet ist.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass für eine Drehzahl-Regelung in einem Teil des Arbeitsbereichs die mittels der Spannungserfassungseinheit 59 abgebildete Referenzspannung nicht erforderlich ist und unberücksichtigt bleiben kann, so dass die Anzahl der Impulse aus dem Verlauf 63 der Rotorspannung und die Drehzahl n in
Abhängigkeit der Frequenz / der Impulse ermittelt werden. Im vorliegenden Beispiel wird die Drehzahl n in Abhängigkeit der Rotorspannung in niedrigen Bereichen der Drehzahl n, insbesondere in einem Waschbetrieb, ermittelt. In höheren Bereichen der Drehzahl n wird vorliegend die Drehzahl n des Universalmotors 1 1 auf der Grundlage einer Gegenspannung bzw. einer elektromotorischen Kraft des Universalmotors 1 1 (EMK) bestimmt. Diese Gegenspannung ist erst ab einem bestimmten Wert der Drehzahl n erfassbar und lässt sich als eine geometrische Spannungssumme in Form der Rotorspannung erfassen. Um hierbei die Stromabhängigkeit der Gegenspannung zu eliminieren, kann vorgesehen sein, dass gleichzeitig der Motorstrom abgetastet wird. Unabhängig von einem Phasenwinkel zwischen der Rotorspannung und dem Motorstrom lässt sich eine genaue und zuverlässige Beziehung zu der Drehzahl ermitteln, entsprechend:
Urot
— Imot = f(n) . wobei urot der Rotorspannung und Lot dem Motorstrom sowie n der Motordrehzahl entsprechen. Bezogen auf eine Trommeldrehzahl ntr mit einem Übersetzungsverhältnis n — kann die Trommeldrehzahl n» in Abhängigkeit eines Quotienten aus der
Rotorspannung Mr0; und dem Motorstrom imot dargestellt werden: .
Figure imgf000023_0001
Die Übersetzungsverhältnisse liegen bei Trommelantrieben mit Universalmotoren in Hausgeräten zur Pflege von Wäschestücken üblicherweise in einem Wertebereich von 10:1 bis 17:1. Das im vorliegenden Beispiel verwendete Bezugsübertragungsverhältnis beträgt 12:1.
Fig. 7 gibt die Funktion gemäß der obigen Formel aus verschiedenen Messungen an dem Universalmotor 11 wieder. Dargestellt ist, dass bei der Trommeldrehzahl ntr > 100 U/min ein weitgehend proportionales Verhalten zwischen der Drehzahl ntr unύ dem Quotienten
"rot vorliegt. Die mathematische Form der verwendeten Messgrößen urot und imot sind
^mot dabei Effektivwerte. Es ist jedoch auch möglich, statt dessen mit Gleichrichtwerten zu arbeiten, um somit ein vereinfachtes Abtasten und Berechnen mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 zu ermöglichen. Das Ermitteln der Drehzahl n des Universalmotors 11 geschieht vorliegend in einem Funktionsblock 70 und die Bildung einer Stellgröße in dem Funktionsblock 69, wobei mittels des Funktionsblocks 71 der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 ein Wert der Soll-Drehzahl vorgegeben wird. Überdies wird mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 im Funktionsblock 69 zwischen dem impulsproportionalen Ermitteln und dem EMK-proportionalen Ermitteln der Drehzahl n des Universalmotors 11 abhängig vom Drehzahlbereich entschieden. Mittels des Funktionsblocks 69 wird darüber hinaus eine den Zündwinkel α definierende Stellgröße gebildet und im Funktionsblock 62a wird ein Zündimpuls zur Ansteuerung des Triacs 21 , 60 unter Berücksichtigung der unterlagerten Netzspannungsvorregelung erzeugt. Da im höheren Drehzahlbereich, insbesondere in einem Schleuderbetrieb, ein stabiles
Drehzahlverhalten des Universalmotors 11 auch ohne die zusätzliche in Abhängigkeit der Gegenspannung durchgeführte Regelung möglich ist, kann aufgrund der mechanischen Belastung durch die Trommel auf die Regelung in den höheren Drehzahlbereichen verzichtet werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass in den oberen Drehzahlbereichen auf die Kennfeldsteuerung mit Netzspannungsvorsteuerung drehzahlabhängig umgeschaltet wird. Ein funktionelles Blockschaltbild, welches diese Ausführungsform darstellt, ist in Fig. 5 schematisch gezeigt.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Alle vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Merkmale sind in vielfältiger Weise miteinander kombinierbar.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung (10) zum Betreiben eines zum Antreiben einer Trommel eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken ausgebildeten Universalmotors
(11 ), bei welcher der Universalmotor (11 ) einen mindestens eine Feldwicklung (12) aufweisenden Stator und einen rotatorisch bewegbar gelagerten Rotor (13) umfasst, welcher eine mit der mindestens einen Feldwicklung (12) über eine
Kommutiereinrichtung gekoppelte Rotorwicklung aufweist, wobei zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusspol (14, 15) des Universalmotors (1 1 ) die
Feldwicklung (12) und die Rotorwicklung angeordnet sind, und mit einer
Elektronikeinheit (18), die eine Steuer- und/oder Regeleinheit (19) aufweist, welche zum Erfassen einer Drehzahl (n) des Universalmotors (1 1 ) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (18) eine Spannungserfassungseinheit (59) zum Erfassen einer an der Rotorwicklung abfallenden elektrischen Rotorspannung aufweist, und die Steuer- und/oder
Regeleinheit (19) zum Bestimmen der Drehzahl (n) des Universalmotors (11 ) in
Abhängigkeit der Rotorspannung ausgebildet ist.
2. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Spannungserfassungseinheit (59) einen ersten Spannungsteiler (42) umfasst, dessen Spannungserfassungspol (43) über einen ersten Ohmschen Widerstand (44) mit einem der Feldwicklung (12) des Stators zugewandten ersten Rotoranschlusspol (16) der Rotorwicklung und über einen zweiten Ohmschen Widerstand (45) mit einem den zweiten Anschlusspol (15) des Universalmotors
(11 ) definierenden zweiten Rotoranschlusspol (17) der Rotorwicklung gekoppelt ist.
3. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungserfassungseinheit (59) zum Erfassen einer an der
Feldwicklung (12) und der Rotorwicklung zwischen dem ersten und dem zweiten
Anschlusspol (14, 15) des Universalmotors (11 ) abfallenden Referenzspannung ausgebildet ist, und die Steuer- und/oder Regeleinheit (19) zum Ermitteln der
Drehzahl (n) in Abhängigkeit einer Differenz der Rotorspannung und der Referenzspannung ausgebildet ist.
4. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungserfassungseinheit (59) einen zweiten Spannungsteiler (46) zum
Erfassen der Referenzspannung umfasst, dessen Spannungserfassungspol (47) über einen dritten Ohmschen Widerstand (48) mit dem der Feldwicklung (12) zugewandten ersten Anschlusspol (14) des Universalmotors (1 1 ) und über einen vierten Ohmschen Widerstand (49) mit dem der Rotorwicklung zugewandten zweiten Anschlusspol (15) des Universalmotors (1 1 ) gekoppelt ist.
5. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungserfassungseinheit (59) ein Schaltungsteil (50) zugeordnet ist, welcher zum Bestimmen einer Differenzspannung zwischen der Rotorspannung und einer an der Feldwicklung (12) und der Rotorwicklung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusspol (14, 15) des Universalmotors (1 1 ) abfallenden Referenzspannung ausgebildet ist.
6. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (18) eine Schalteinheit (20) mit einem elektronischen Schaltelement (21 ), insbesondere einem Triac, aufweist, welches mit dem Universalmotor (1 1 ) gekoppelt ist, und mittels welchem ein über die Feldwicklung (12) und die Rotorwicklung fließender Motorstrom regelbar ist.
7. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schalteinheit (20) einen Ohmschen Stromerfassungswiderstand (24) aufweist, welcher mit dem elektronischen Schaltelement (21 ) in Reihe geschaltet ist, wobei zwischen dem Stromerfassungswiderstand (24) und dem Schaltelement (21 ) ein Stromerfassungspol (25) ausgebildet ist, welcher mit der Steuer- und/oder Regeleinheit (19) gekoppelt ist.
8. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Stromerfassungspol (25) mit der Steuer- und/oder Regeleinheit (19) über einen Verstärker (26) gekoppelt ist.
9. Schaltungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steueranschluss (22) des elektronischen
Schaltelements (21 ) mit einem optischen Schaltelement (55), insbesondere einem
Opto-Triac, gekoppelt ist, welches von der Steuer- und/oder Regeleinheit (19) galvanisch entkoppelt ansteuerbar ist.
10. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) ein Netzfilter (32) aufweist, welches mit einem Eingang (29) der Schaltungsanordnung (10) gekoppelt ist.
11. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsversorgung (33) mit einem Eingang (29) der
Schaltungsanordnung (10) gekoppelt ist, welche mit der Steuer- und/oder Regeleinheit (19) zur Energieversorgung gekoppelt ist.
12. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (19) mit einem Eingang
(29) der Schaltungsanordnung (10) über einen dritten Spannungsteiler (36) gekoppelt und zum Erfassen einer an dem Eingang (29) anliegenden Netzspannung (UN) ausgebildet ist.
13. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (19) dazu ausgebildet ist, eine Anzahl (z) von Impulsen der Rotorspannung oder einer daraus gewonnenen Differenzspannung innerhalb eines einer Stromflussdauer entsprechenden Zeitintervalls (t,) zu detektieren und eine Frequenz (f) der Impulse zu bestimmen.
14. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) des Universalmotors (11 ) in Abhängigkeit der bestimmten Frequenz (f) der Impulse sowie einer Anzahl (zlam) von Lamellen der Kommutiereinrichtung des Rotors (13), insbesondere eines Kommutators der Kommutiereinrichtung des
Rotors (13), durch die Steuer- und/oder Regeleinheit (19) ermittelbar ist.
15. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (19) zum Auswerten einer im Rotor (13) induzierten Gegenspannung und ab einer vorbestimmten Drehzahl
(n), insbesondere ab einer Drehzahl (n) von etwa 1200 U/min, bevorzugt ab einer Drehzahl (n) von etwa 2400 U/min, zum Ermitteln der Drehzahl (n) in Abhängigkeit der Gegenspannung ausgebildet ist.
16. Verfahren zum Betreiben eines zum Antreiben einer Trommel eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken ausgebildeten Universalmotors (1 1 ), bei welchem der Universalmotor (1 1 ) einen mindestens eine Feldwicklung (12) aufweisenden Stator und einen rotatorisch bewegbar gelagerten Rotor (13) umfasst, welcher eine mit der mindestens einen Feldwicklung (12) über eine Kommutiereinrichtung gekoppelte Rotorwicklung aufweist, wobei mittels einer Steuer- und/oder
Regeleinheit (19) einer Elektronikeinheit (18) eine Drehzahl (n) des Universalmotors (1 1 ) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der Rotorwicklung abfallende elektrische Rotorspannung mittels einer Spannungserfassungseinheit (59) der Elektronikeinheit (18) erfasst wird, und die Drehzahl (n) des Universalmotors (1 1 ) mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit
(19) in Abhängigkeit der Rotorspannung bestimmt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorspannung mittels eines ersten Spannungsteilers (42) der Spannungserfassungseinheit (59) erfasst wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Spannungserfassungseinheit (59) eine an der Feldwicklung (12) und der Rotorwicklung zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusspol (14, 15) des Universalmotors (1 1 ) abfallende Referenzspannung erfasst wird, und mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit (19) die Drehzahl (n) in Abhängigkeit einer Differenz der Rotorspannung und der Referenzspannung ermittelt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die
Referenzspannung mittels eines zweiten Spannungsteilers (46) der Spannungserfassungseinheit (59) erfasst wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit (19) eine Anzahl (z) von Impulsen der
Rotorspannung oder einer daraus gewonnenen Differenzspannung innerhalb eines einer Stromflussdauer entsprechenden Zeitintervalls (t,) detektiert wird und eine Frequenz (f) der Impulse bestimmt wird.
21 . Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) des
Universalmotors (1 1 ) in Abhängigkeit der bestimmten Frequenz (f) der Impulse sowie einer Anzahl von Lamellen (zlam) der Kommutiereinrichtung, insbesondere eines Kommutators der Kommutiereinrichtung, mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit (19) ermittelt und zur Drehzahlregelung verwendet wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit (19) eine Kennfeldsteuerung mit Netzspannungsvorsteuerung (62) eingesetzt wird, und ab einer vorbestimmten Drehzahl (n), insbesondere ab einer Drehzahl (n) von 1200 U/min, bevorzugt ab einer Drehzahl (n) von 2400 U/min, die Drehzahl (n) in Abhängigkeit des
Kennfelds gesteuert wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit (19) eine im Rotor (13) induzierte Gegenspannung ausgewertet wird, und ab einer vorbestimmten Drehzahl (n), insbesondere ab einer Drehzahl (n) von etwa 1200 U/min, bevorzugt ab einer Drehzahl (n) von etwa 2400 U/min, die Drehzahl (n) in Abhängigkeit der Gegenspannung ermittelt und zur Drehzahlregelung verwendet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur
Drehzahlregelung ein Quotient der Gegenspannung und des Motorstroms als ein Ist-Wert der Drehzahl (n) herangezogen wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenspannung und der Motorstrom als Effektivwerte erfasst werden.
26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenspannung und der Motorstrom als Gleichrichtwerte erfasst werden.
PCT/EP2009/053410 2008-03-26 2009-03-24 Schaltungsanordnung zum sensorlosen betreiben eines universalmotors eines hausgeräts und entsprechendes verfahren WO2009118299A2 (de)

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