DE102007009604A1

DE102007009604A1 - Haushaltgerät wie Spülmaschine, Waschmaschine, Trockner, Dunstabzugshaube oder Kühlschrank mit einem elektronisch kommutierten Motor

Info

Publication number: DE102007009604A1
Application number: DE102007009604A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Gessat; Alexander Neufeld
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2008-08-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Haushaltgerät wie Spülmaschine, Waschmaschine, Trockner, Dunstabzugshaube oder Kühlschrank, mit einem elektronisch kommutierten Motor (5) und einem Frequenzumrichter für die Bestromung des Motors (5), wobei der Frequenzumrichter eine Versorgungseinheit (7) und einen Wechselrichter (6) besitzt, wobei die Versorgungseinheit (7) einen Gleichrichter (13) zur Bereitstellung einer ersten Gleichspannung für die Versorgung von elektronischen Leistungsschaltern (T1-T6) im Wechselrichter (6) und ein Netzteil (15) zur Bereitstellung einer zweiten Gleichspannung für die Versorgung einer Treiberstufe (20) im Wechselrichter (6) umfasst, wobei die elektronischen Leistungsschalter (T1-T6) für die Bereitstellung der Motorströme (Iu, Iv, Iw) über die Treiberstufe (20) ein- und ausschaltbar sind. Zur platzsparenden und kompakten Anordnung des Motors ist der Wechselrichter (6) am Motor (5) angebracht oder angeordnet und die Versorgungseinheit (7) zur Bereitstellung der ersten Gleichspannung für den Wechselrichter (6) und räumlich entfernt vom Motor (5) bzw. vom Wechselrichter (6) angeordnet und über Versorgungsleitungen (8a, 8b, 8c) mit der Versorgungseinheit (7) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Haushaltgerät wie Spülmaschine, Waschmaschine, Trockner, Dunstabzugshaube oder Kühlschrank, mit einem elektronisch kommutierten Motor und einem Frequenzumrichter für die Bestromung des Motors, wobei der Frequenzumrichter eine Versorgungseinheit und einen Wechselrichter besitzt, wobei die Versorgungseinheit einen Gleichrichter zur Bereitstellung einer ersten Gleichspannung für die Versorgung von elektronischen Leistungsschaltern im Wechselrichter und ein Netzteil zur Bereitstellung einer zweiten Gleichspannung für die Versorgung einer Treiberstufe im Wechselrichter umfasst, wobei die elektronischen Leistungsschalter für die Bereitstellung der Motorströme über die Treiberstufe ein- und ausschaltbar sind.
Aus der DE 10 2004 003 536 A1 ist ein Haushaltgerät mit einem elektrischen Motor bekannt, der mit einem Wechselrichter bzw. Frequenzumrichter bestromt wird. Am Motor ist eine elektronische Schaltung angeordnet, die zur Messung und Auswertung des Stromes für die Motorwicklungen dient. Wird ein unzulässiger Betriebszustand erkannt, so wird an die Steuerung eine Störung gemeldet. Die Steuerung kann dann den Treiber für die Leistungshalbleiter abschalten, so dass die Bestromung des Motors unterbrochen wird. Bei dieser Anordnung ist es auch im Fehlerfall notwendig, dass die Steuerung zuverlässig arbeitet.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit hinsichtlich der Abschaltung eines elektronisch kommutierten Motors in einem Haushaltgerät zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Haushaltgerät mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Haushaltgerät gelöst, bei dem der Wechselrichter direkt am oder im Motor angebracht oder in der Nähe angeordnet ist und die Versorgungseinheit zur Bereitstellung der ersten Gleichspannung für den Wechselrichter räumlich entfernt vom Motor bzw. vom Wechselrichter angeordnet ist. Die gleichgerichtete Zwischenkreisspannung für die elektronischen Leistungsschalter und eine weitere, sogenannte Kleinspannung für die Treiberstufe wird über Versorgungsleitungen bereitgestellt.
Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass für den Wechselrichter, der direkt am Motor angebracht oder in räumlicher Nähe angeordnet ist und die vom Motor bzw. vom Wechselrichter entfernte Steuerungselektronik nur eine einzige Versorgungseinheit benötigt.
Hierbei ist es vorteilhaft, dass die voluminösen Leistungshalbleiter und Stützkondensatoren, die eine hohe Kapazität, vorzugsweise im Bereich von 50 uF bis 500 uF zur Glättung der Welligkeit nach dem Gleichrichter, und eine hohe Nennspannung, hier im Bereich von etwa 350 V bis 400 V, benötigen, nur in der einzigen Versorgungseinheit eingesetzt werden müssen. Der Stützkondensator ist vorzugsweise in unmittelbarer Nähe zum Gleichrichter, der die Netzeingangswechselspannung gleichrichtet, angeordnet. Da die Versorgungseinheit vom Motor entfernt angeordnet ist, braucht sie beengte Einbaubedingungen, wie sie für den Motor in der Regel relevant sind, nicht zu berücksichtigen.
In einer vorteilhaften Ausführung ist im Wechselrichter, der direkt am Motor angebracht ist an der Zuführung der Gleichspannung für die elektronischen Leistungsschalter ein weiterer Stützkondensator angeordnet, der in diesem Bereich die Gleichspannung stabilisiert. Dieser Stützkondensator benötigt nur eine geringe Kapazität im Bereich zwischen 50 nF und 500 nF, da nur geringe Spannungsschwankungen bzw. Oberwellen zu dämpfen sind, die sich aus dem System von Versorgungseinheit, Leitungen und den Leistungsschaltern im Wechselrichter durch die Schaltvorgänge im Betrieb ergeben können.
In einer vorteilhaften Ausführung zur sicheren Abschaltung der elektronischen Leitungsschalter, um den Motor in den sicheren abgeschalteten Zustand zu überführen, ist die Versorgungsleitung unterbrechbar ausgeführt. Hierbei muss nur die Kleinspannung, die nur eine geringe Leistung für die Treiberstufe bereitstellen muss, mit einem Relais oder Schalter unterbrochen werden, wobei das Schalten kleiner Lasten mit einfachen und preisgünstigen Relais oder Schaltern durchführbar ist.
In einer weiteren Ausführung ist die Versorgungsleitung für die Treiberstufe über einen Türschalter unterbrechbar, wobei eine unmittelbare Abschaltung des Motors beim Betätigen der Verriegelungshandhabe erfolgt. Hierdurch wird erreicht, dass beim Öffnen der Tür, beispielsweise der Beladungsöffnung einer Geschirrspülmaschine, der Motor für die Pumpe sicher abgeschaltet ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Unterbrechung der Versorgungsleitung für die Treiberstufe mit einer Einrichtung zur Erkennung des Türschalters vorgenommen. Hierbei kann an den Türschalter eine Wechselspannung, beispielsweise die Netzeingangsspannung angelegt werden, wobei die Erkennungseinrichtung beim Erkennen der Betätigung des Türschalters nur die Versorgungsspannung für die Treiberstufe abschalten muss. Der Kontakt des Türschalters wird hierbei mit einer Wechselspannung mit einem sehr kleinen Strom im Bereich von 10 bis 100 mA belastet, wodurch beim Abschalten aufgrund der geringen Leistung nur ein kleiner Abschaltfunken entstehen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine skizzierte Spülmaschine in einer Schnittdarstellung;
2 eine Skizze der Pumpe und
3 ein skizzierter Schaltplan der Versorgungseinheit und des Frequenzumrichters.
In 1 ist eine Spülmaschine 1 in einer Schnittdarstellung in der betriebsgemäßen Lage aufskizziert. Die Spülmaschine 1 umfasst einen Spülbehälter 2, in den Spülflüssigkeit über zumindest eine Flüssigkeitsleitung 24 eingeleitet wird. Der Spülbehälter ist durch eine Tür 3 verschließbar, wobei über einen Türschalter 9 der Zustand der Türbetätigungshandhabe an ein Steuerteil 7a übermittelt wird. In diesem Beispiel ist das Steuerteil als Einheit mit dem Versorgungsteil 7 ausgeführt. Das Steuerteil umfasst die Ablaufsteuerung für den programmmäßig ausgewählten Spülprozess und weitere Einheiten, die für den sicheren Betrieb oder die sichere Abschaltung sorgen. In der Regel umfasst das Steuerteil elektronische Komponenten, wie beispielsweise ein Mikroprozessor mit der dazugehörigen für die Funktion notwendigen Peripherie. Das Versorgungsteil ist über Leitungen 8 mit dem Motor 5 verbunden und stellt für diesen die Leistung bereit. Der Motor 5 treibt die Pumpe 4 zur Flüssigkeitsumwälzung an und steht mit dieser in Wirkverbindung.
In 2 ist die Einheit aus Motor 5 und Pumpe 4 aufskizziert. Der Motor 5 ist direkt mit der Pumpe 4 verbunden oder in einem Gehäuse einstückig ausgeführt. Am Motor 5 bzw. im Gehäuse des Motors 5 ist der Wechselrichter 6 angebracht. Mit dieser integrierten Anordnung ist eine besonders kompakte Bauweise der Anordnung aus Pumpe 4 mit Motor 5 erreicht, wobei die Ausführung als elektronisch kommutierter Motor der Betrieb mit unterschiedlichen Drehzahlen bzw. ein drehzahlgeregelter Betrieb zur Optimierung des Spülprozesses oder eine Verbesserung der Energieeffizienz erreicht wird. Die Pumpe 4 besitzt einen Stutzen für den Wassereinlauf 10 und einen Stutzen für den Wasserauslauf 11, die für die Anbindung an die Flüssigkeitsleitung 24 (1) und an den Spülbehälter 2 (1) benötigt werden.
In 3 sind die wesentlichen funktionalen Komponenten aufskizziert, die zur Versorgung und zur sicheren Abschaltung des elektronisch kommutierten Motors 5 verwendet werden. Die Versorgungseinheit 7 umfasst einen Gleichrichter 13, mit dem die Netzspannung 12 gleichgerichtet wird. Zur Stabilisierung bzw. zur Glättung der nach der Gleichrichtung verbleibenden Halbwellen im Spannungsverlauf wird ein Stützkondensator 14 eingesetzt, der vorzugsweise eine Kapazität von 50 uF bis 500 uF hat und eine Spannungsfestigkeit des maximalen Gleichspannungswertes aufweisen muss. Bei einer Versorgung mit 230 V Netznennspannung kann bei einer Toleranz von 10% ein maximaler Wert von 358 V auftreten, für den der Kondensator geeignet sein muss, wobei der Kondensator üblicherweise für eine maximale Spannung von 350 V bis 400 V spezifiziert sein muss. Die gleichgerichtete und geglättete Spannung wird als Zwischenkreisspannung 8a bezeichnet und für die Versorgung der elektronischen Leistungsschalter 19 im Wechselrichter 6 verwendet. Die Versorgungseinheit 7 umfasst ferner ein Netzteil 15 für die Bereitstellung der Kleinspannung 8b, beispielsweise im Bereich zwischen 10 V und 20 V, für die Versorgung der Treiberstufe 20 und ein weiteres Netzteil 16 für die Bereitstellung der Kleinspannung 8c, beispielsweise im Bereich zwischen 2,5 V und 6 V, für die Versorgung des Controllers 21 für die Ansteuerung der elektronischen Leistungsschalter 19 im Wechselrichter 6.
Als Motor 5 wird in diesem Beispiel ein 3-Phasen Motor mit einer 3-strängigen Statorwicklung 23 verwendet, die sternförmig ausgeführt ist. Zur Bereitstellung der Phasenströme Iu, Iv, Iw sind die elektronischen Leistungsschalter T1 bis T6 im Wechselrichter als Halbbrücken angeordnet und verschaltet, wobei eine Pulsweitenmodulation verwendet wird, die zur Bereitstellung von sinusförmigen Strömen oder gepulsten Gleichströmen in den Phasen U, V, W dient. Die Ansteuerung der elektronischen Leistungsschalter erfolgt über den Controller 21, der die Ansteuerung für die Treiberstufe 20 bereitstellt, wobei die Ausgänge der Treiberstufe 20 auf die Steuereingänge der elektronischen Leistungsschalter T1 bis T6 wirken. Zur Stabilisierung der Gleichspannung 8a im Zwischenkreis wird ein weiterer Stützkondensator 18 verwendet, der jedoch nur eine kleine Kapazität im Bereich von 50 nF bis 500 nF bei in etwa gleicher Spannungsfestigkeit, beispielsweise 350 V bis 400 V aufweisen muss, da im Eingangsbereich des Wechselrichters 6 nur mit einer geringen Welligkeit zu rechnen ist und deshalb nur geringe Spannungsschwankungen bzw. Oberwellen zu dämpfen sind. Für die Verbindung zwischen der Versorgungseinheit 7 und dem Wechselrichter 6 wird für jede Spannung jeweils zumindest eine Versorgungsleitung 8a, 8b, 8c und für die gemeinsame Masse zumindest eine weitere Leitung Gnd verwendet.
Die oben genannte Anordnung zur sicheren Abschaltung von elektronisch kommutierten Motoren kann auch für den Antrieb einer Trommel oder einer Laugenpumpe in einer Waschmaschine oder den Antrieb für die Bereitstellung der Prozessluft in einem Trockner verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004003536 A1 [0002]

Claims

Haushaltgerät wie Spülmaschine, Waschmaschine, Trockner, Dunstabzugshaube oder Kühlschrank, mit einem elektronisch kommutierten Motor (5) und einem Frequenzumrichter für die Bestromung des Motors (5), wobei der Frequenzumrichter eine Versorgungseinheit (7) und einen Wechselrichter (6) besitzt, wobei die Versorgungseinheit (7) einen Gleichrichter (13) zur Bereitstellung einer ersten Gleichspannung für die Versorgung von elektronischen Leistungsschaltern (T1–T6) im Wechselrichter (6) und ein Netzteil (15) zur Bereitstellung einer zweiten Gleichspannung für die Versorgung einer Treiberstufe (20) im Wechselrichter (6), umfasst, wobei die elektronischen Leistungsschalter (T1–T6) für die Bereitstellung der Motorströme (Iu, Iv, Iw) über die Treiberstufe (20) ein- und ausschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (6) am Motor (5) angebracht oder in Motornähe angeordnet ist und die Versorgungseinheit (7) zur Bereitstellung der ersten Gleichspannung für den Wechselrichter (6) und räumlich entfernt vom Motor (5) bzw. vom Wechselrichter (6) angeordnet und über Versorgungsleitungen (8a, 8b, 8c) mit der Versorgungseinheit (7) verbunden ist.
Haushaltgerät nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (7) einen Stützkondensator (14) umfasst, der dem Gleichrichter (13) nachgeschaltet ist und zur Stabilisierung der ersten Gleichspannung dient, wobei der Stützkondensator (14) in unmittelbarer Nähe zum Gleichrichter (13) angeordnet ist.
Haushaltgerät nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass im Wechselrichter (6) in der Zuführung der Gleichspannung für die Versorgung der elektronischen Schalter (T1–T6) zumindest ein weiterer Stützkondensator (18) angeordnet ist, der zur Stabilisierung der Versorgungsspannung im Bereich der elektronischen Schalter (T1–T6) dient.
Haushaltgerät nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (8b) zur Treiberstufe (20) unterbrechbar ist, wodurch die elektronischen Leitungsschalter (T1–T6) abschaltbar und damit der Motor (5) in den sicheren abgeschalteten Zustand überführbar ist.
Haushaltgerät nach Anspruch 4; dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (8b) über einen Türschalter (9) unterbrechbar ist.
Haushaltgerät nach Anspruch 5; dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung über eine Einrichtung zur Erkennung (17) des Türschalters (9) erzeugbar ist.