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WO2009098143A2 - Permanentmagneterregte elektrische maschine für ein hausgerät und schaltungsanordnung mit einer permanentmagneterregten maschine - Google Patents

Permanentmagneterregte elektrische maschine für ein hausgerät und schaltungsanordnung mit einer permanentmagneterregten maschine Download PDF

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WO2009098143A2
WO2009098143A2 PCT/EP2009/050874 EP2009050874W WO2009098143A2 WO 2009098143 A2 WO2009098143 A2 WO 2009098143A2 EP 2009050874 W EP2009050874 W EP 2009050874W WO 2009098143 A2 WO2009098143 A2 WO 2009098143A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
winding
circuit arrangement
measuring
stator
coupled
Prior art date
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Ceased
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PCT/EP2009/050874
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English (en)
French (fr)
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WO2009098143A3 (de
Inventor
Hasan Gökcer ALBAYRAK
Falk Laube
Jörg SKRIPPEK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of WO2009098143A2 publication Critical patent/WO2009098143A2/de
Publication of WO2009098143A3 publication Critical patent/WO2009098143A3/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/12—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using detecting coils using the machine windings as detecting coil
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F39/00—Details of washing machines not specific to a single type of machines covered by groups D06F9/00 - D06F27/00 
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    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
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    • 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements

Definitions

  • the present invention relates to a permanent magnet electric machine for a domestic appliance, in particular for the care of laundry, with a stator having a main winding for generating a magnetic field, with a rotor having at least one permanent magnet and is rotatably mounted relative to the stator , And with a measuring device for determining a rotational speed and / or an angular position of the rotor relative to the stator.
  • the present invention relates to a circuit arrangement with such a permanent-magnet-excited electric machine.
  • domestic appliance is understood in particular to mean a washing machine, a dryer or a washer-dryer.
  • a generated by three Hall sensors usually speed signal is used to control the motor.
  • speed signal is used to control the motor.
  • the rotational speed is nevertheless detected further via the sensor and evaluated via separate electronics. This ensures that additional required safety functions, such as a door lock in a rotating drum, are guaranteed.
  • the object of the present invention is to ensure a speed detection in a permanent magnet excited electrical machine, in particular a redundant speed detection.
  • Rotor which has at least one permanent magnet.
  • the rotor is mounted rotatably movable relative to the stator.
  • the electric machine includes a
  • Measuring device for determining a rotational speed and / or an angular position of the rotor relative to the stator, wherein the measuring device has a separate measuring winding, which is arranged on the stator.
  • a basic idea of the present invention is that the current rotational speed and / or the current angular position of the rotor relative to the stator can be determined by means of a separate measuring winding arranged on the stator.
  • the invention is based on the finding that the rotor inherently carries a permanent magnet, which ensures upon rotation of the rotor that in the measurement winding in the frequency and amplitude speed-proportional voltage is induced, which in particular via a special electronics in a similar manner as a signal a Hall sensor can be evaluated.
  • the rotational speed or the relative angular position of the rotor can be determined in a low-cost manner on the basis of an analogue signal.
  • the electrical machine is designed as an internal rotor.
  • the machine is designed as a sensorless controlled electric machine, wherein the measuring device is preferably designed for redundant speed detection.
  • the rotational speed can be detected by the measuring winding even in the event of a fault, for example in the case of a power electronics defect, winding short circuit, cable breakage or the like, and thus additional required safety functions, such as, for example, a door lock Drum rotation, can be ensured.
  • the stator has a group of teeth, which are arranged radially spaced from a rotation axis, wherein the main winding is formed as a tooth coil.
  • the measurement winding may be formed as a tooth coil.
  • the wrapping of an arbitrary tooth is sufficient for speed detection, wherein for rotor position detection preferably a plurality of teeth, in particular two or three, are wound.
  • a ratio of a number of turns of the main winding to a number of turns of the measuring winding is in a value range between 80 and 120, in particular 100.
  • the measurement winding may be formed of a thinner wire compared to the main winding. Since only a small measuring current and a lower measuring voltage are required, the measuring winding can be formed from very few turns and very thin wire, so that a portion of a groove area formed between two teeth required for the execution is small, and thus only very little space for the main winding is lost.
  • the main winding is wound over the measuring winding, wherein the main winding and the measuring winding are preferably wound by means of a Nadelwicklers.
  • the measuring winding is introduced before the main winding and may preferably be provided with an additional phase insulation. Because of that Main winding is wound over the measuring winding, it is achieved that an additional mechanical protection of the measuring winding is ensured.
  • the measuring winding can be introduced to the stator in the same way and with the same wire thickness as the main winding.
  • the main winding on three coil strands which are designed for operation with three-phase current.
  • a circuit arrangement according to the invention is designed for operating a domestic appliance, in particular for the care of laundry items.
  • the circuit arrangement comprises the permanent magnet excited electric machine according to the invention.
  • the measuring winding is coupled to a test input of a control unit for controlling processes of the domestic appliance.
  • a control unit for controlling processes of the domestic appliance.
  • the control unit may be designed as a microcontroller.
  • the main winding on three coil strands which are designed for operation with three-phase current, and are coupled to a voltage converter, in particular a converter.
  • the voltage converter is coupled to the control unit and controlled by this.
  • the voltage converter is able to convert an AC voltage or a rectified voltage into a three-phase current, with which the electric machine can be supplied.
  • the voltage converter may preferably have a bridge circuit with a plurality of transistors, in particular field-effect transistors.
  • the electric machine can thus be commutated electronically.
  • the rectifier thus constitutes a three-phase current regulator.
  • the skillful coupling of the voltage converter to the control unit ensures that the rotational speed of the rotor detected by means of the measuring winding can be used to control and thus regulate the electrical machine.
  • the voltage converter is coupled to a rectifier, in particular a bridge rectifier, which is coupled to an input of the circuit arrangement. This ensures that an AC voltage from the side of a supply network can be rectified, and thus the voltage converter must be formed only for operation with DC voltage.
  • the rectifier is coupled to the input via an EMC filter. This ensures that no interference signals can be transmitted from the electrical machine in the supply network.
  • a DC link capacitor is connected in parallel to the rectifier and the voltage converter, wherein a voltage divider is preferably connected in parallel to the rectifier and the voltage converter, and between two resistors of the voltage divider a voltage detection is formed, which is coupled to a measuring input of the control unit.
  • the intermediate circuit capacitor is an energy store and preferably has the task of smoothing a DC link voltage having a ripple.
  • the use of the voltage divider with the two resistors ensures that the intermediate circuit voltage can be detected by the control unit.
  • a DC link resistor for absorbing a DC link voltage is connected in parallel to the rectifier or the voltage converter, wherein an electronic control element, in particular a transistor, is connected in series with the DC link resistor, which is controllable by the control unit. This ensures that an excessive DC link voltage can be absorbed and reduced by the DC link resistance.
  • the single FIGURE shows a circuit arrangement for operating a household appliance with a permanent magnet-excited electric machine.
  • a circuit arrangement 1 shown in the figure is designed for operating a household appliance for the care of laundry items, in the present case a washing machine.
  • the home appliance can also be a dryer or a washer-dryer.
  • the circuit arrangement 1 comprises a permanent magnet-excited electric machine 2, which in turn has a stator and a rotor rotatably mounted relative to the stator rotatably mounted.
  • the rotor comprises permanent magnets, wherein the stator is associated with a main winding 3, which in the present case has three coil strands 3a, 3b, 3c.
  • the permanent-magnet-excited electric machine 2 is designed for operation with three-phase current.
  • the three coil strands 3a, 3b, 3c are coupled to a voltage converter 4, which in the present case is designed in the form of a bridge circuit and has the task of an inverter.
  • the circuit arrangement 1 further comprises a control unit 5, which is coupled to the voltage converter 4 via a driver device 6, which provides in favor of safety for a level adjustment of control signals of the control unit 5.
  • the control unit 5 is presently designed as a microcontroller.
  • the voltage converter 4 comprises a plurality of transistors, in the present case field effect transistors, via which the three coil sections 3a, 3b, 3c of the electric machine 2 are commutated.
  • the three coil strands 3a, 3b, 3c in the present case are commutated electronically, wherein the voltage converter 4 is a three-phase regulator.
  • the circuit arrangement 1 also has an input 7, on which an EMC filter 8 is arranged, which has the task of preventing a transmission of interference signals of the circuit arrangement 1 in a supply network, and thus the supply network and other devices connected to the supply network devices protect.
  • the EMC filter 8 is coupled to a rectifier 9, which is designed here as a bridge rectifier with four diodes.
  • the rectifier 9 is also coupled to the voltage converter 4 via intermediate poles 10, 11. By using the rectifier 9 ensures that the voltage converter 4 is supplied with a rectified voltage.
  • a DC link capacitor 12 is parallel to the rectifier 9 and the Voltage transformer 4 connected. This DC link capacitor 12 has to ensure that the rectifier 9 and the voltage converter 4 energetically couple with each other on a common DC voltage level.
  • the intermediate circuit capacitor 12 is an energy storage, by means of which a ripple of an AC voltage to be smoothed by the supply network.
  • a voltage divider 13 is connected in parallel with the intermediate circuit capacitor 12 between the two intermediate circuit poles 10, 11.
  • the voltage divider 13 comprises two voltage divider resistors 13a, 13b, between which a voltage detection pole 14 is formed.
  • the voltage detection pole 14 is coupled to a measuring input 15 of the control unit 5 of the circuit arrangement 1.
  • a DC link resistor 16 is also provided, which is connected in parallel with the DC link capacitor 12 between the two DC link poles 10, 11.
  • a transistor 17 is connected in series with the intermediate circuit resistor 16, whose control terminal 18 is coupled to an output 19 of the control unit 5.
  • the DC link resistor 16 has the task of optionally absorbing a voltage applied between the two DC link poles 10, 11 voltage and thus to destroy.
  • the serial connection of the DC link resistor 16 to the transistor 17 ensures that a current flowing through the DC link resistor 16 and the transistor 17 can be regulated by the control unit 5 by driving the transistor 17. If the voltage present between the intermediate circuit poles 10, 11 is too great, which can be detected by the control unit 5 via the voltage divider 13, then the transistor 17 is driven, so that current flows via the intermediate circuit resistance 16.
  • the three coil strands 3a, 3b, 3c of the main winding 3 of the stator of the electric machine 2 are coupled to a device 20 for detecting a countervoltage of the electric machine 2.
  • This device 20 is coupled to the control unit 5.
  • a voltage is induced in the main winding 3 even with a motor operation of the electric machine 2.
  • This induced voltage represents the reverse voltage of the electric machine 2.
  • the device 20 is thus capable of an idling speed of the permanent magnet excited electric machine 2 and to detect the current position of the rotor relative to the stator.
  • a rotor position or speed detection is used to drive a sensorless controlled electric machine.
  • the stator of the electric machine 2 comprises a separate measuring winding 21, which in the present case are inserted in grooves of three coil strands 3a, 3b, 3c of the stator in favor of a reliable rotor position detection. These are grooves of the stator, which are formed between each two teeth of the stator. In comparison with the main winding 3, the measuring winding 21 is formed from a few turns, so that the proportion of the groove area required for the execution is very small and thus only very little space for the main winding 3 is lost.
  • the measuring winding 21 is introduced in front of the main winding 3 and comprises an additional phase insulation, not shown, wherein the main winding 3 is wound in the present case over the measuring winding 21, whereby an additional mechanical protection of the measuring winding is ensured.
  • the measuring winding 21 is also coupled to a measuring device 22, which is designed to detect the rotational speed and the position of the rotor with respect to the stator of the electric machine 2.
  • This measuring device 22 is also coupled to the control unit 5.
  • the possibility is given to regulate the rotational speed of the electric machine 2 on the part of the control unit 5 as a function of signals of the measuring device 22.
  • this ensures that in an error case the speed detection required for safety reasons due to the measuring winding 21 and the additional speed detection is ensured. A door lock on a rotating drum is thereby ensured.
  • Another advantage of the measuring winding 21 in the present case is that no additional speed sensor, such as a Hall sensor, is required, whereby a cost-reduced circuit 1 is provided.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine permanentmagneterregte elektrische Maschine (2) für ein Hausgerät, insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, mit einem Stator, welcher eine Hauptwicklung (3) zum Erzeugen eines magnetischen Felds aufweist, mit einem Rotor, welcher zumindest einen Permanentmagnet aufweist und relativ zu dem Stator rotatorisch bewegbar gelagert ist, und mit einer Messeinrichtung zum Bestimmen einer Drehzahl und/oder einer Winkelstellung des Rotors relativ zu dem Stator, wobei die Messeinrichtung eine separate Messwicklung (21 ) aufweist, welche an dem Stator angeordnet ist.

Description

Permanentmagneterregte elektrische Maschine für ein Hausgerät und Schaltungsanordnung mit einer permanentmagneterregten
Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine permanentmagneterregte elektrische Maschine für ein Hausgerät, insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, mit einem Stator, welcher eine Hauptwicklung zum Erzeugen eines magnetischen Felds aufweist, mit einem Rotor, welcher zumindest einen Permanentmagnet aufweist und relativ zu dem Stator rotatorisch bewegbar gelagert ist, und mit einer Messeinrichtung zum Bestimmen einer Drehzahl und/oder einer Winkelstellung des Rotors relativ zu dem Stator. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaltungsanordnung mit einer derartigen permanentmagneterregten elektrischen Maschine.
Unter dem Begriff Hausgerät wird hier insbesondere eine Waschmaschine, ein Trockner oder ein Waschtrockner verstanden.
Bei einer klassischen Steuerung einer permanentmagneterregten Synchronmaschine, beziehungsweise einer so genannten bürstenlosen Gleichstrommaschine, wird ein durch in der Regel drei Hallsensoren erzeugtes Drehzahlsignal zur Ansteuerung des Motors genützt. In einem Fehlerfall, beispielsweise bei einem Defekt einer Leistungselektronik, einem Wicklungskurzschluss, einem Kabelbruch oder dergleichen, wird die Drehzahl trotzdem weiter über den Sensor detektiert und über eine separate Elektronik ausgewertet. Hierdurch wird sichergestellt, dass zusätzlich geforderte Sicherheitsfunktionen, wie beispielsweise eine Türverriegelung bei einer sich drehenden Trommel, gewährleistet sind.
Bei einem sensorlosen Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors ist für den Betrieb kein Sensorsignal erforderlich, so dass eine Drehzahlerfassung über die Auswertung einer induzierten Spannung einer Maschinenwicklung in einem Stromnulldurchgang erfolgt. Mit anderen Worten wird so nach dem Generatorprinzip in der Maschinenwicklung auch bei einem Motorbetrieb eine Spannung induziert, welche wie die Betriebsspannung gepolt ist und daher dem Rotorstrom entgegenwirkt. Diese so genannte Gegenspannung ermöglicht es, eine Leerlaufdrehzahl zu bestimmen. Allerdings kann dabei in einem Fehlerfall die aus Sicherheitsgründen vorgeschriebene Drehzahlerkennung nicht sichergestellt werden, so dass eine zusätzliche, unabhängige Drehzahlerfassung vorgesehen werden muss. Eine Abhilfe schafft hier beispielsweise ein zusätzlicher Drehzahlsensor, wie in der Regel ein Tachometer.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Drehzahlerfassung bei einer permanentmagneterregten elektrischen Maschine, insbesondere eine redundante Drehzahlerfassung, zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine permanentmagneterregte elektrische Maschine sowie durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen gemäß jeweiligem unabhängigem Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße permanentmagneterregte elektrische Maschine für ein Hausgerät, insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, umfasst einen Stator, welcher eine Hauptwicklung zum Erzeugen eines magnetischen Felds aufweist, sowie einen
Rotor, welcher zumindest einen Permanentmagnet aufweist. Dabei ist der Rotor relativ zu dem Stator rotatorisch bewegbar gelagert. Die elektrische Maschine umfasst eine
Messeinrichtung zum Bestimmen einer Drehzahl und/oder einer Winkelstellung des Rotors relativ zu dem Stator, wobei die Messeinrichtung eine separate Messwicklung aufweist, welche an dem Stator angeordnet ist.
Somit besteht ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung darin, dass mittels einer separaten und an dem Stator angeordneten Messwicklung die aktuelle Drehzahl und/oder die aktuelle Winkelstellung des Rotors relativ zu dem Stator ermittelt werden kann. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Rotor prinzipbedingt einen Permanentmagnet trägt, welcher bei Drehung des Rotors dafür sorgt, dass in der Messwicklung eine in der Frequenz und Amplitude drehzahlproportionale Spannung induziert wird, welche insbesondere über eine spezielle Elektronik in ähnlicher Weise wie ein Signal eines Hallsensors ausgewertet werden kann. Durch die erfindungsgemäße elektrische Maschine wird erreicht, dass die Drehzahl beziehungsweise die relative Winkelstellung des Rotors auf wenig aufwändige Weise anhand eines Analogsignals ermittelt werden kann. Durch Einsparung eines üblichen Drehzahlsensors wird überdies im Hinblick auf die Fertigung eine kostenreduzierte sowie bauteilreduzierte elektrische Maschine geschaffen.
Vorzugsweise ist die elektrische Maschine als Innenläufer ausgebildet.
In einer Ausführungsform ist die Maschine als sensorlos gesteuerte elektrische Maschine ausgebildet, wobei die Messeinrichtung vorzugsweise zur redundanten Drehzahlerfassung ausgebildet ist. Hierdurch wird im Hinblick auf die Sicherheit erreicht, dass die Drehzahl selbst in einem Fehlerfall, beispielsweise bei einem Defekt einer Leistungselektronik, bei einem Wicklungskurzschluss, einem Kabelbruch oder dergleichen, über die Messwicklung erfasst werden kann und somit zusätzlich geforderte Sicherheitsfunktionen, wie beispielsweise eine Türverriegelung bei Trommeldrehung, sichergestellt werden können.
Vorzugsweise weist der Stator eine Gruppe von Zähnen auf, welche von einer Drehachse radial beabstandet angeordnet sind, wobei die Hauptwicklung als Zahnwicklung ausgebildet ist. In einer Ausführungsform kann die Messwicklung als Zahnwicklung ausgebildet sein. Insbesondere ist zur Drehzahlerfassung das Umwickeln eines beliebigen Zahnes ausreichend, wobei zur Rotorlageerfassung vorzugsweise mehrere Zähne, insbesondere zwei oder drei, gewickelt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis einer Windungszahl der Hauptwicklung zu einer Windungszahl der Messwicklung in einem Wertebereich zwischen 80 und 120 liegt, insbesondere 100 beträgt. Vorzugsweise kann die Messwicklung aus einem im Vergleich zu der Hauptwicklung dünneren Draht ausgebildet sein. Da nur ein geringer Messstrom und eine geringere Messspannung erforderlich sind, kann die Messwicklung aus sehr wenigen Windungen sowie sehr dünnem Draht ausgebildet sein, so dass ein für die Ausführung benötigter Anteil einer zwischen zwei Zähnen gebildeten Nutfläche gering ist, und hierdurch nur sehr wenig Platz für die Hauptwicklung verloren geht.
Vorzugsweise ist die Hauptwicklung über die Messwicklung gewickelt, wobei die Hauptwicklung und die Messwicklung bevorzugt mittels eines Nadelwicklers gewickelt sind. Insbesondere wird die Messwicklung vor der Hauptwicklung eingebracht und kann vorzugsweise mit einer zusätzlichen Phasenisolierung versehen sein. Dadurch, dass die Hauptwicklung über die Messwicklung gewickelt wird, wird erreicht, dass ein zusätzlicher mechanischer Schutz der Messwicklung gewährleistet wird. Darüber hinaus wird durch das Wickeln sowohl der Hauptwicklung als auch der Messwicklung mittels des Nadelwicklers im Hinblick auf die Fertigung erreicht, dass die Messwicklung auf gleiche Weise und mit der gleichen Drahtstärke wie die Hauptwicklung an den Stator eingebracht werden kann.
Vorzugsweise weist die Hauptwicklung drei Spulenstränge auf, welche zum Betrieb mit Drehstrom ausgebildet sind.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist zum Betreiben eines Hausgeräts, insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, ausgebildet. Die Schaltungsanordnung umfasst dabei die erfindungsgemäße permanentmagneterregte elektrische Maschine.
Vorzugsweise ist die Messwicklung mit einem Testeingang einer Steuereinheit zum Steuern von Prozessen des Hausgeräts gekoppelt. Hierdurch wird erreicht, dass die Drehzahl und/oder die relative Winkelstellung des Rotors besonders zuverlässig mittels der Steuereinheit erfasst werden kann. Insbesondere kann die Steuereinheit als Mikrokontroller ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform weist die Hauptwicklung drei Spulenstränge auf, welche zum Betrieb mit Drehstrom ausgebildet sind, und mit einem Spannungswandler, insbesondere einem Umrichter, gekoppelt sind. Vorzugsweise ist der Spannungswandler mit der Steuereinheit gekoppelt und von dieser ansteuerbar. Insbesondere ist der Spannungswandler in der Lage, eine Wechselspannung beziehungsweise eine gleichgerichtete Spannung in einen Drehstrom zu wandeln, mit welchem die elektrische Maschine versorgbar ist. Vorzugsweise kann der Spannungswandler eine Brückenschaltung mit mehreren Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren, aufweisen. Insbesondere kann somit die elektrische Maschine elektronisch kommutiert werden. Insbesondere stellt der Gleichrichter also einen Drehstromregler dar. Durch die geschickte Kopplung des Spannungswandlers mit der Steuereinheit wird erreicht, dass die mittels der Messwicklung erfasste Drehzahl des Rotors zur Ansteuerung und somit zur Regelung der elektrischen Maschine herangezogen werden kann. Vorzugsweise ist der Spannungswandler mit einem Gleichrichter, insbesondere einem Brückengleichrichter, gekoppelt, welcher mit einem Eingang der Schaltungsanordnung gekoppelt ist. Hierdurch wird erreicht, dass eine Wechselspannung von Seiten eines Vorsorgungsnetzes gleichgerichtet werden kann, und somit der Spannungswandler lediglich zum Betrieb mit Gleichspannung ausgebildet werden muss. Vorzugsweise ist der Gleichrichter mit dem Eingang über einen EMV-Filter gekoppelt. Hierdurch wird erreicht, dass keine Störsignale von Seiten der elektrischen Maschine in das Versorgungsnetz übertragen werden können.
Vorzugsweise ist ein Zwischenkreiskondensator parallel zu dem Gleichrichter und dem Spannungswandler geschaltet, wobei ein Spannungsteiler bevorzugt parallel zu dem Gleichrichter und dem Spannungswandler geschaltet ist, und zwischen zwei Widerständen des Spannungsteilers ein Spannungserfassungspol ausgebildet ist, welcher mit einem Messeingang der Steuereinheit gekoppelt ist. Insbesondere stellt der Zwischenkreiskondensator einen Energiespeicher dar und weist vorzugsweise die Aufgabe auf, eine eine Welligkeit aufweisende Zwischenkreisspannung zu glätten. Überdies wird durch den Einsatz des Spannungsteilers mit den zwei Widerständen erreicht, dass die Zwischenkreisspannung von der Steuereinheit erfasst werden kann. Vorzugsweise ist ein Zwischenkreiswiderstand zum Absorbieren einer Zwischenkreisspannung parallel zu dem Gleichrichter oder dem Spannungswandler geschaltet, wobei ein elektronisches Steuerelement, insbesondere ein Transistor, in Reihe mit dem Zwischenkreiswiderstand geschaltet ist, welches von der Steuereinheit ansteuerbar ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass eine zu große Zwischenkreisspannung durch den Zwischenkreiswiderstand absorbiert und reduziert werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
Die einzige Figur zeigt eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Hausgeräts mit einer permanentmagneterregten elektrischen Maschine. Eine in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung 1 ist zum Betreiben eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken, vorliegend einer Waschmaschine, ausgebildet. Das Hausgerät kann auch ein Trockner oder ein Waschtrockner sein.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst eine permanentmagneterregte elektrische Maschine 2, welche wiederum einen Stator sowie einen relativ zu dem Stator rotatorisch bewegbar gelagerten Rotor aufweist. Dabei umfasst der Rotor Permanentmagnete, wobei dem Stator eine Hauptwicklung 3 zugeordnet ist, welche vorliegend drei Spulenstränge 3a, 3b, 3c aufweist. Vorliegend ist die permanentmagneterregte elektrische Maschine 2 zum Betrieb mit Drehstrom ausgebildet.
Im vorliegenden Beispiel sind die drei Spulenstränge 3a, 3b, 3c mit einem Spannungswandler 4 gekoppelt, welcher vorliegend in Form einer Brückenschaltung ausgebildet ist und die Aufgabe eines Umrichters aufweist. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst ferner eine Steuereinheit 5, welche mit dem Spannungswandler 4 über eine Treibereinrichtung 6 gekoppelt ist, welche zu Gunsten der Sicherheit für eine Pegelanpassung von Steuersignalen der Steuereinheit 5 sorgt. Die Steuereinheit 5 ist vorliegend als ein Mikrokontroller ausgebildet. An dieser Stelle sei erwähnt, dass der Spannungswandler 4 eine Mehrzahl von Transistoren, vorliegend Feldeffekttransistoren, umfasst, über welche die drei Spulenstränge 3a, 3b, 3c der elektrischen Maschine 2 kommutiert werden. Mit anderen Worten werden die drei Spulenstränge 3a, 3b, 3c vorliegend elektronisch kommutiert, wobei der Spannungswandler 4 einen Drehstromregler darstellt.
Die Schaltungsanordnung 1 weist überdies einen Eingang 7 auf, an welchem ein EMV- Filter 8 angeordnet ist, welches die Aufgabe hat, ein Übertragen von Störsignalen der Schaltungsanordnung 1 in ein Versorgungsnetz zu verhindern, und somit das Versorgungsnetz und andere an das Versorgungsnetz angeschlossene Geräte zu schützen. Das EMV-Filter 8 ist mit einem Gleichrichter 9 gekoppelt, welcher vorliegend als Brückengleichrichter mit vier Dioden ausgebildet ist. Der Gleichrichter 9 ist überdies mit dem Spannungswandler 4 über Zwischenkreispole 10, 11 gekoppelt. Durch Einsatz des Gleichrichters 9 wird gewährleistet, dass der Spannungswandler 4 mit einer gleichgerichteten Spannung versorgt wird. Zwischen den beiden Zwischenkreispolen 10, 1 1 ist ein Zwischenkreiskondensator 12 parallel zu dem Gleichrichter 9 und dem Spannungswandler 4 geschaltet. Dieser Zwischenkreiskondensator 12 hat dafür zu sorgen, den Gleichrichter 9 und den Spannungswandler 4 auf einer gemeinsamen Gleichspannungsebene energetisch miteinander zu verkoppeln. So stellt der Zwischenkreiskondensator 12 einen Energiespeicher dar, mittels welchem eine Welligkeit einer Wechselspannung von Seiten des Versorgungsnetzes zu glätten ist.
Zwischen den beiden Zwischenkreispolen 10, 1 1 ist überdies ein Spannungsteiler 13 parallel zu dem Zwischenkreiskondensator 12 geschaltet. Der Spannungsteiler 13 umfasst dabei zwei Spannungsteilerwiderstände 13a, 13b, zwischen welchen ein Spannungserfassungspol 14 ausgebildet ist. Der Spannungserfassungspol 14 ist vorliegend mit einem Messeingang 15 der Steuereinheit 5 der Schaltungsanordnung 1 gekoppelt. Hierdurch kann eine zwischen den beiden Zwischenkreispolen 10, 11 anliegende Spannung erfasst und mittels der Steuereinheit 5 ausgewertet werden. Hierzu ist überdies ein Zwischenkreiswiderstand 16 vorgesehen, welcher parallel zu dem Zwischenkreiskondensator 12 zwischen den beiden Zwischenkreispolen 10, 11 geschaltet ist. Darüber hinaus ist ein Transistor 17 in Reihe mit dem Zwischenkreiswiderstand 16 geschaltet, dessen Steueranschluss 18 mit einem Ausgang 19 der Steuereinheit 5 gekoppelt ist. Dabei hat der Zwischenkreiswiderstand 16 die Aufgabe, eine zwischen den beiden Zwischenkreispolen 10, 11 anliegende Spannung gegebenenfalls zu absorbieren und somit zu vernichten. Durch die Seriellschaltung des Zwischenkreiswiderstands 16 mit dem Transistor 17 wird erreicht, dass ein über den Zwischenkreiswiderstand 16 sowie den Transistor 17 fließender Strom von der Steuereinheit 5 durch eine Ansteuerung des Transistors 17 geregelt werden kann. Ist die zwischen den Zwischenkreispolen 10, 1 1 anliegende Spannung zu groß, was von der Steuereinheit 5 über den Spannungsteiler 13 festgestellt werden kann, so wird der Transistor 17 angesteuert, so dass über den Zwischenkreiswiderstand 16 Strom fließt.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass die drei Spulenstränge 3a, 3b, 3c der Hauptwicklung 3 des Stators der elektrischen Maschine 2 mit einer Einrichtung 20 zum Erfassen einer Gegenspannung der elektrischen Maschine 2 gekoppelt sind. Diese Einrichtung 20 ist mit der Steuereinheit 5 gekoppelt. Nach einem Generatorprinzip wird in der Hauptwicklung 3 auch bei einem Motorbetrieb der elektrischen Maschine 2 eine Spannung induziert. Diese induzierte Spannung stellt die Gegenspannung der elektrischen Maschine 2 dar. Die Einrichtung 20 ist somit in der Lage, eine Leerlaufdrehzahl der permanentmagenterregten elektrischen Maschine 2 sowie die aktuelle Lage des Rotors bezüglich des Stators zu erfassen. Üblicherweise wird eine derartige Rotorlage- beziehungsweise Drehzahlerfassung zum Ansteuern einer sensorlos gesteuerten elektrischen Maschine verwendet. Allerdings kann eine aus Sicherheitsgründen vorgeschriebene Drehzahlerkennung in einem Fehlerfall nicht sichergestellt werden, so dass eine zusätzliche, unabhängige Drehzahlerfassung vorgesehen werden muss. Hierzu umfasst der Stator der elektrischen Maschine 2 eine separate Messwicklung 21 , welche vorliegend zugunsten einer zuverlässigen Rotorlageerfassung in Nuten dreier Spulenstränge 3a, 3b, 3c des Stators eingebracht sind. Dabei handelst es sich um Nuten des Stators, welche zwischen jeweils zwei Zähnen des Stators ausgebildet sind. Im Vergleich mit der Hauptwicklung 3 ist die Messwicklung 21 aus wenigen Windungen ausgebildet, so dass der für die Ausführung benötigte Anteil der Nutfläche sehr gering ist und damit nur sehr wenig Platz für die Hauptwicklung 3 verloren geht. Im vorliegenden Beispiel ist die Messwicklung 21 vor der Hauptwicklung 3 eingebracht und umfasst eine nicht dargestellte zusätzliche Phasenisolierung, wobei die Hauptwicklung 3 vorliegend über die Messwicklung 21 gewickelt ist, wodurch ein zusätzlicher mechanischer Schutz der Messwicklung gewährleistet ist. Die Messwicklung 21 ist darüber hinaus mit einer Messeinrichtung 22 gekoppelt, welche zum Erfassen der Drehzahl und der Lage des Rotors bezüglich des Stators der elektrischen Maschine 2 ausgebildet ist. Diese Messeinrichtung 22 ist überdies mit der Steuereinheit 5 gekoppelt. Somit wird die Möglichkeit eingeräumt, die Drehzahl der elektrischen Maschine 2 von Seiten der Steuereinheit 5 in Abhängigkeit von Signalen der Messeinrichtung 22 zu regeln. Darüber hinaus wird hierdurch gewährleistet, dass in einem Fehlerfall die aus Sicherheitsgründen vorgeschriebene Drehzahlerkennung aufgrund der Messwicklung 21 und der zusätzlichen Drehzahlerfassung sichergestellt ist. Eine Türverriegelung bei einer sich drehenden Trommel ist hierdurch sichergestellt. Ein weiterer Vorteil der Messwicklung 21 besteht vorliegend darin, dass kein zusätzlicher Drehzahlsensor, wie beispielsweise ein Hallsensor, erforderlich ist, wodurch eine kostenreduzierte Schaltungsanordnung 1 geschaffen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Permanentmagneterregte elektrische Maschine (2) für ein Hausgerät, insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, mit einem Stator, welcher eine Hauptwicklung (3) zum Erzeugen eines magnetischen Felds aufweist, mit einem Rotor, welcher zumindest einen Permanentmagnet aufweist und relativ zu dem Stator rotatorisch bewegbar gelagert ist, und mit einer Messeinrichtung zum Bestimmen einer Drehzahl und/oder einer Winkelstellung des Rotors relativ zu dem Stator, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine separate Messwicklung (21 ) aufweist, welche an dem Stator angeordnet ist.
2. Elektrische Maschine (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (2) als Innenläufer ausgebildet ist.
3. Elektrische Maschine (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (2) als sensorlos gesteuerte elektrische Maschine ausgebildet ist.
4. Elektrische Maschine (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwicklung (21 ) zur redundanten Drehzahlerfassung ausgebildet ist.
5. Elektrische Maschine (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator eine Gruppe von Zähnen aufweist, welche von einer Drehachse radial beabstandet angeordnet sind, wobei die Hauptwicklung (3) als Zahnwicklung ausgebildet ist.
6. Elektrische Maschine (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwicklung (21 ) als Zahnwicklung ausgebildet ist.
7. Elektrische Maschine (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Windungszahl der Hauptwicklung (3) zu einer Windungszahl der Messwicklung (21 ) in einem Wertebereich zwischen 80 und
120 liegt, insbesondere 100 beträgt.
8. Elektrische Maschine (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwicklung (21 ) aus einem im Vergleich zu der Hauptwicklung (3) dünneren Draht ausgebildet ist.
9. Elektrische Maschine (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwicklung (3) über die Messwicklung (21 ) gewickelt ist.
10. Elektrische Maschine (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwicklung (3) und die Messwicklung (21 ) mittels eines Nadelwicklers gewickelt sind.
1 1. Schaltungsanordnung (1 ) zum Betreiben eines Hausgeräts, insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, mit einer permanentmagneterregten elektrischen Maschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Schaltungsanordnung (1 ) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messwicklung (21 ) mit einem Testeingang einer Steuereinheit (5) zum Steuern von Prozessen des Hausgeräts gekoppelt ist.
13. Schaltungsanordnung (1 ) nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwicklung (3) drei Spulenstränge (3a, 3b, 3c) aufweist, welche zum Betrieb mit Drehstrom ausgebildet sind, und mit einem Spannungswandler (4), insbesondere einem Umrichter, gekoppelt sind.
14. Schaltungsanordnung (1 ) nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (4) mit der Steuereinheit (3) gekoppelt und von dieser ansteuerbar ist.
15. Schaltungsanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (4) mit einem Gleichrichter (9), insbesondere einem Brückengleichrichter, gekoppelt ist, welcher mit einem Eingang (7) der Schaltungsanordnung (1 ) gekoppelt ist.
16. Schaltungsanordnung (1 ) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (9) mit dem Eingang (7) über einen EMV-Filter (8) gekoppelt ist.
17. Schaltungsanordnung (1 ) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenkreiskondensator (12) parallel zu dem Gleichrichter (9) und dem Spannungswandler (4) geschaltet ist.
18. Schaltungsanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungsteiler (13) parallel zu dem Gleichrichter (9) und dem Spannungswandler (4) geschaltet ist, und zwischen zwei Widerständen (13a, 13b) des Spannungsteilers (13) ein Spannungserfassungspol (14) ausgebildet ist, welcher mit einem Messeingang (15) der Steuereinheit (5) gekoppelt ist.
19. Schaltungsanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenkreis-Widerstand (16) zum Absorbieren einer Zwischenkreisspannung parallel zu dem Gleichrichter (9) und dem
Spannungswandler (4) geschaltet ist, und ein elektronisches Steuerelement (17), insbesondere ein Transistor, in Reihe mit dem Zwischenkreis-Widerstand (16) geschaltet ist, welches von der Steuereinheit (5) ansteuerbar ist.
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