具有无刷直流电机的家用器具尤其是干衣机以及用于操作家用器具中的无刷直流电机的方法

技术领域

本发明涉及一种家用器具、尤其是干衣机，其具有构造成无刷直流电 机、用于驱动该家用器具的可移动部件的驱动电机。该驱动电机由包括用 于控制该驱动电机的转速的电机控制单元的逆变器控制，其中，该逆变器 在至少两种运行模式中运行，所述至少两种运行模式以转速的控制而彼此 区分。该家用器具还包括具有至少一个电蓄能器、用于为该电机控制单元 提供供给电压的中间电路。中央控制装置用于该家用器具的运行过程的控 制并且能使所述至少一个蓄能器与电压源耦连和从该电压源再断开。此外， 本发明还涉及一种相应的方法。

背景技术

本文的兴趣尤其聚焦在干衣机上，在干衣机中，为了洗涤滚筒的驱动 装入作为驱动电机的无刷直流电机(BLDC)或同步机。在干衣机中使用这 种机器已经是现有技术。如所知晓的，无刷直流电机的转速能借助逆变器 控制，所述逆变器一方面包括换流器并且另一方面包括电机控制单元。该 换流器由中间电路直流电压提供交变电压并且被所述电机控制单元控制。 在此，通过该换流器的切换频率的相应设置而实现该驱动电机的转速的控 制。

在干衣机中，在电机控制单元之外通常还使用控制烘干过程的中央电 控制装置。通过使中间电路借助相应的开关与整流器(电压源)耦连或者 从该整流器(电压源)断开，所述中央控制装置能激活和停用所述逆变器。 如果该中间电路与该整流器连接，则电压作用在用于将电能供给所述逆变 器并且特别地还供给电机控制单元的中间电路电容上。如果向该整流器的 连接被再次断开，则中间电路上的电压消失并且所述逆变器没有通电。因 此是所述中央控制装置来决定在哪个时间点运行所述逆变器和由此运行所 述驱动电机。

无刷直流电机与所述逆变器的联合使用基本上能实现所述驱动电机的 转速的任意控制。为了在中央控制装置方面实现所述控制，在现有技术中 需要在一侧的中央控制装置和另一侧的电机控制单元之间设置一通信总 线。然而，这种通信总线并不在所有的家用器具中提供并且关联有所使用 的和用于执行的部件方面的付出由此关联有成本方面的一些缺点。

发明内容

本发明的任务在于提供这样一种解决方案：在如前述介绍提到的这种 家用器具中，如何在所述中央控制装置和所述电机控制单元之间不提供通 信总线的情况下，使得逆变器也能在转速的控制方面彼此区分的至少两种 运行模式中运行。

该任务根据本发明通过具有根据相应独立权利要求的特征的家用器具 以及方法予以解决。本发明的有利的实施形成从属权利要求的主题、说明 书和附图。

根据本发明的家用器具、尤其是干衣机，其包括构造成无刷直流电机、 用于驱动所述家用器具的可移动部件的驱动电机。该家用器具此外包括用 于驱动电机的控制的逆变器，其中，该逆变器具有用于该驱动电机转速的 控制的电机控制单元(例如微控制器)并且能在至少两种运行模式中运行， 所述至少两种运行模式在转速的控制方面彼此区分。该家用器具还包括中 间电路，中间电路具有至少用于为电机控制单元提供供给电压的电的蓄能 器(例如中间电路电容)。此外，该家用器具包括用于该家用器具的运行 过程的控制的中央电控制装置(例如数字信号处理器和/或微控制器)。该 控制装置设计成使所述至少一个蓄能器与电压源耦连并且再从同一电压源 断开。根据本发明，所述电机控制单元设置成：检测所述蓄能器从所述电 压源的断开和蓄能器与该电压源的耦连，并且在检测到所述耦连后根据根 据所述耦连发生在所述断开后的预设时间间隔之内还是发生在所述预设时 间间隔结束之后，来选择所述至少两种运行模式中的一种用于所述逆变器 的后续运行。

尽管在现有技术中控制命令从中央控制装置向电机控制单元上的传递 通过一特别用于该目的通信总线实现，但是在根据本发明的家用器具中能 取消这种通信总线，并且能利用本来已经存在的部件来实现所述逆变器在 不同的运行模式之间的切换。在此，本发明利用如下事实：在中间电路从 电压源断开后，所述电的蓄能器没有立刻放完电并且由此所述逆变器没有 立刻断电或者失去电流，这是因为电能存储在所述蓄能器中并且在从该电 压源断开后电机控制单元也可获取一定持续时间的电能供给。在该时间期 间，该电机控制单元的功能得以继续提供并且仅仅在中间电路中的所述蓄 能器放完电后，该电机控制单元才丢失它存储的信息。通过相应地明确地 选择所述中间电路再次与所述电压源耦连并且所述蓄能器被再次施加电压 的时间点，该中央控制装置由此可将转速信息或转速细节传递至所述电机 控制单元。该电机控制单元能对此进行检测并且根据该时间点选择所述运 行模式中的一种。由此，位于一侧的所述中央控制装置和另一侧的所述电 机控制单元之间的、具有在成本和额外部件方面的关联的缺点的额外的通 信总线是不需要的。

尤其地，在此区分所述电机控制单元的热启动和冷启动。如已经说明 的，所述电机控制单元在所述蓄能器从电压源断开后没有立刻断电，这是 因为电能存储在该蓄能器中，从而使得电机控制单元在该时间期间仍然被 激活并且仅仅在所述蓄能器放完电后才丢失它存储的信息。如果该蓄能器 在放完电之前再次与所述电压源耦连，就执行热启动。相反地，“冷启动” 在此被理解为意味着在完全丢失信息之后的新启动，其中，该电机控制单 元在此尤其执行重置。电机控制单元的这两种不同的状态现在可用来区分 用于所述驱动电机的后续运行的不同的运行模式。所述预设的时间间隔由 此基本上对应于这样的一时间段，在该时间段期间，在所述蓄能器从所述 电压源断开后电机控制单元仍能还被供应以所述蓄能器的供给电压。因此， 如果所述电机控制单元完全不通电并且由此已经经历冷启动，则例如用于 所述驱动电机的运行的第一运行模式可被选取。在另一方面，如果所述逆 变器不是完全不通电并且由此已经经历热启动，则第二运行模式可被选取。 以这种方式，所述中央控制装置可通过所述电机控制单元的冷启动或热启 动的相应的执行而选择所述逆变器的运行模式而无需过多付出。

所述电机控制单元基本上能设置成以简单的方式检查是否已经经过重 置。如果重置被执行，则可选择第一运行模式。相反地，如果重置没有被 执行，则可选择第二运行模式。

然而，所述蓄能器的放电的时长在所述家用器具的运行过程中变化， 即取决于驱动电机被关闭时所耗费的电能的多少。这又取决于不同的参数， 尤其像洗涤滚筒的装载量和所述驱动电机被制动的速度。所述蓄能器的放 电的时长此外还受部件公差的影响。为了能够清楚说明所述中央控制装置 方面的运行模式以及明确区分热启动和冷启动，在一实施例中这样设置： 如果所述耦连发生在所述断开后的预设的时间间隔结束之后并且所述电机 控制单元由此是无电流的，则选择第一运行模式，并且如果所述耦连发生 在所述断开后的预设的时间之内并且由此没有进行重置，则根据计数器值 选择在所述电机控制单元中执行的运行模式中的一种。

一般来说，可在所述电机控制单元中设置计数器值，借助该计数器值， 能够检测所述蓄能器从电压源断开之后的时长。然后，所述电机控制单元 能根据所述蓄能器与所述电压源耦连时所述计数器值是小于还是大于预设 的边界值，来选择所述至少两种运行模式的一种用于所述逆变器的后续运 行。如果在所述蓄能器从所述电压源断开后该蓄能器还没放完电并且由此 所述电机控制单元继续被供应以电能，则根据所述计数器值进行所述运行 模式的选择，其中，需要决定该计数器值在所述蓄能器与所述电压源重新 连接的时间点是多大。如果该计数器值大于所述边界值，则可选择被配属 给冷启动的第一运行模式。如果该计数器值低于所述边界值，则可选择被 配属给热启动的第二运行模式。由此，换句话说，利用所述边界值，虚拟 地限定了所述蓄能器最早放完电并且由此所述电机控制单元最早无电流的 时间点。优选这样确定所述边界值：使得它对应于最小的可能放电时长或 者比所述最小的放电时长略小一点，该最小的放电时长指的是在最不利的 情况下所述蓄能器的放电需要的时长。由此确保所述边界值总是处于所述 蓄能器实际放完电并且所述电机控制单元无电流的时间点之前。由此，所 述至少两种运行模式能够被明确地区分。

所述计数器值的实施也能实现如下实施例：在转速的控制方面彼此区 分的一共至少三种运行模式被设置。然后，至少两个时间间隔限定在所述 边界值之下。如果所述蓄能器与所述电压源耦连时该计数器值小于该边界 值，则可根据该计数器值在所述蓄能器与所述电压源耦连时处于所述至少 两个时间间隔的哪个中，来选择用于所述逆变器的运行的运行模式的一个。 低于所述边界值的整个时间间隔原则上可以分隔成任意多的时间间隔，从 而使得在理论上能执行任意数量的不同的运行模式。这对于过程技术和洗 涤衣物的保养是特别有利的，这是因为不同的运行程序、尤其是不同的烘 干程序能够被提供，这些不同的程序尤其适用于不同类型的洗涤衣物并且 它们在所述驱动电机的转速的趋势方面彼此区分。也可能的在单独的运行 程序内设置不同的转速值。

在一个实施例中，所述至少两种运行模式能设置成至少包括第一运行 模式和第二运行模式，在第一运行模式中，所述驱动电机以第一转速运行， 在第二运行模式中，该驱动电机以更高的第二转速运行。由此在所述家用 器具的运行中能够将该驱动电机的转速调节到两个彼此不同的转速值。如 果所述运行模式的一种被启动，则在该运行模式中优选将转速调节到一恒 定值。

在所述蓄能器与所述电压源的耦连发生在所述断开后的预设的时间间 隔结束后的情况下(即冷启动)，如果选择具有较低转速的第一运行模式 被证实为是有利的。在所述家用器具被接入并且由此所述电机控制单元首 次被启动的过程中，由此往往选择该第一运行模式并且由此也被调到较小 的转速。在干衣机中，这被证实为对于过程技术方面是尤为有利的，这是 因为在该时间点，洗涤衣物的湿度是最大的并且通过较小的转速能够确保 洗涤衣物的快速升温。然后，所述驱动电机的转速在烘干过程期间可根据 洗涤衣物的实时干燥水平予以调节，或者能够根据洗涤衣物的实时干燥水 平进行所述逆变器的各种运行模式之间的切换。

在一个实施例中，所述中央控制装置可设置成检测洗涤衣物的实时干 燥水平并且根据所述干燥水平从第一运行模式切换到第二运行模式，即尤 其是在所述干燥水平达到预设阈值的情况下进行该切换。由此，洗涤衣物 不会被损坏。

优选地，所述至少两种运行模式也能在用来驱动电机的启动和/或停机 的特征曲线的斜度或者增加度方面与彼此区分。由此还能实现过程技术方 面的优点。

优选地，所述驱动电机例如通过皮带与洗涤滚筒耦连，并且构造成驱 动洗涤滚筒。

根据本发明的方法用于构造成无刷直流电机的驱动电机的运行，借助 驱动电机能驱动家用器具尤其是干衣机的可移动部件，其中，借助逆变器 控制所述驱动电机并且借助所述逆变器的电机控制单元控制所述驱动电机 的转速，其中，所述电机控制单元在至少两种运行模式中运行，所述至少 两种运行模式在转速的控制方面彼此区分，其中，借助至少一个电的蓄能 器向该电机控制单元提供供给电压，并且其中，借助中央控制装置使所述 至少一个电的蓄能器与电压源耦连并且再从该电压源断开。所述电机控制 单元检测所述蓄能器从所述电压源的断开和该蓄能器与该电压源的耦连， 并且在检测到所述耦连后根据所述耦连发生在所述断开后的预设时间间隔 之内还是在预设时间间隔结束之后，来选择用于所述逆变器的后续运行的 所述至少两种运行模式的一种。

根据本发明的家用器具的所呈现的优选的实施例和它们的优点相应地 通用于根据本发明的方法。

本发明的其它特征从权利要求、附图和附图说明中得知。所有在说明 书中提到的特征和特征组合、以及在后续附图说明中提到和/或在附图中单 独示出的特征和特征组合不仅分别能够以相应给出的组合应用，而且也能 以其它的组合应用或甚至能单独应用。

附图说明

现在借助优选的示范实施例并且参考附图对本发明予以详细说明。附 图示出：

图1为根据本发明的第一实施例的家用器具的框图示意图；

图2为根据本发明的第二实施例的家用器具的框图示意图；

图3示出时间曲线，根据本发明的一个实施方式的方法借助该图予以 详细说明。

具体实施方式

在图1中以示意图示出的家用器具1是示范实施例的一干衣机。作为 可移动部件设置在该家用器具1中的是洗涤滚筒2，该洗涤滚筒用于容纳洗 涤衣物3。该洗涤滚筒2借助构造成无刷直流电机BLDC的驱动电机4而 被驱动。该驱动电机4自身被逆变器5控制，该逆变器具有换流器6以及 电机控制单元7。该电机控制单元7在此控制该换流器6的电切换并且由此 能够控制该驱动电机4的转速。

所述换流器6产生用于所述驱动电机4的相线的交变电压。该驱动电 机4在此例如能够包括三相线并且由此实施为三相。该交变电压由中间电 路直流电压UZ提供，中间电路直流电压施加在作为蓄能器的中间电路电容 8上，即施加在一侧的切换节点9与另一侧的参考电位10(接地)之间。 来自该中间电路电容8的电能也供给所述电机控制单元7，为此，该电机控 制单元例如通过分压器与该中间电路电容8连接，该分压器由两个或两个 以上电阻11、12形成。该电机控制单元7被供应以供给电压UV，该供给 电压具有小于中间电路直流电压UZ的电压值。

所述中间电路电容8是中间电路13的一集成部分，该中间电路能通过 至少一个电开关的形式的开关装置14与电压源15连接，该电压源自身连 接至网路端子16、17。网路端子16、17之间被施加以网路电压UN、例如 230V的交变电压。该电压源15可例如包括网路滤波器、整流器和/或电源 组，从而使得由网路电压UN产生经整流的电压。

为了所述家用器具1的烘干过程的控制，尤其控制开关装置14的中央 电控制装置18被设置。这意味着，借助该中央控制装置18能使得中间电 路13与电压源15耦连并且从该电压源再断开。所述电机控制单元7在此 仅承担将所述驱动电机4的转速调节到预设值的任务。该驱动电机4在烘 干过程期间是否在特定的时间点运行由该中央控制装置18决定：如果开关 装置14闭合，则驱动洗涤滚筒2；如果开关装置14打开，在使得洗涤滚筒 2静止。

通常在家用器具1中这样设置所述电机控制单元7，使得它也能根据供 给电压UV的当前电压值检测网路电压UN的故障。如果检测到这种故障， 则能以受控的方式关闭该驱动电机4。该电机控制单元7由此检测供给电压 UV的相应瞬时电压值并且从而也能够恢复所述开关装置14的当前状态。

所述电机控制单元7在此能够在至少两个不同的运行模式中运行，它 们一方面以所述驱动电机4的转速所要调节达到的转速值而彼此区分，并 且另一方面可选地也以启动特征曲线和/或停机特征曲线或延迟特征曲线的 斜度而彼此区分。

根据本发明的在图2中示例性的示出的替代实施例，用于产生中间电 路电压的整流也可在开关元件14下游、在中间电路电容8上游进行。为此， 例如转换单元21可以被设置，它包括整流器并且在开关装置14和切换节 点9之间以及在电压源15和切换节点10之间切换。该转换单元21可包括 另外的网路滤波元件，该网路滤波元件未在图2中明确示出。在该布置中， 该开关元件14被加载以交变电压从而接通逆变器5。该转换单元21也能包 含电压变换器。

现在参考附图3详细说明根据本发明的实施例的方法。

在图3中示出在烘干过程期间产生的关于时间t的不同的信号响应。在 图3的上部示出所述驱动电机4的转速n的时间曲线。利用所述逆变器5， 在此于第一运行模式M1和第二运行模式M2之间形成区别，在第一运行模 式M1和第二运行模式M2中转速n被设置成不同的目标值，也即，在第一 运行模式M1中设置成第一转速值n1并且在第二运行模式M2中设置成更 高的第二转速值n2。对运行模式M1、M2之一的选取通过所述中央控制装 置18予以预设。

在当前运行模式M1、M2的预设被中央控制装置18具体化时，这样的 事实被使用：所述电机控制单元7在开关装置14打开后没有立即没有电流， 这是因为电能被存储在中间电路电容8中并且如有必要的话还存储在另外 的更小电容中。在该时间期间，该电机控制单元7的功能仍能被完全提供， 不过该电机控制单元7仍能识别出所述开关装置14已经被打开。仅仅在所 述中间电路电容8以及有必要的话供给链中的其它的电容向电机控制单元7 放完电后，所有存储的信息才会丢失。所述开关装置14在该时间之前的再 次闭合被视为“热启动”；开关装置14在信息丢失后的闭合被称为“冷启 动”。

此外，在图3中示出了曲线19，该曲线19示出了所述开关装置14的 当前状态。状态“0”表示该开关装置14被打开，而状态“1”象征着闭合 的开关装置14。此外，在图3的下部示出曲线20，曲线20象征着所述中 间电路电容8是否完全放完电和由此所述电机控制单元7是无电流的或还 是仍然激活的。状态“1”意味着所述电机控制单元7被供应以电能。反之， 状态“0”意味着所述电机控制单元是无电流的。

在时间点T0进行所述家用器具1的接入，并且所述开关装置14被闭 合。所述电机控制单元7识别出没有信息可用或者所有的注册信息都被删 除。如果冷启动被检测到，则所述电机控制单元7启动第一运行模式M1， 从而使得所述驱动电机4根据第一启动特征曲线K1运行至第一转速值n1 并且将转速n调节到第一转速值n1。

在时间点T1，所述中央控制装置18打开所述开关装置14，该动作通 过供给电压UV被所述电机控制单元7检测到。作为对其的反应，所述驱 动电机4通过电机控制单元7以受控的方式被关机并且由此根据第一关机 特征曲线H1被制动，也即制动至0值。在时间点T2，达到所述驱动电机4 的停止状态。

在时间点T1，所述电机控制单元7还开始检测从时间点T1起经过的 时长。为此，执行计数器值ZW，该计数器值ZW从时间点T1起随着时间 增加。

在时间点T1后，所述电机控制单元7仅保持激活至所述中间电路电容 8放完电。该中间电路电容8的放电时间被称为“缓冲时间”，“缓冲时间” 在图3中用PZ表示。

如果在时间点T1后已经经过第一暂停时间P1后所述开关装置14在另 一时间点T3再次闭合，则所述电机控制单元7检查所述计数器值小于还是 大于预设的边界值TG。该检查自然仅在这样的前提下进行：所述缓冲时间 PZ还没结束并且所述电机控制单元7还是激活的。在此，这样选择所述边 界值TG：使得它略小于最小的可能缓冲时间PX或等于该最小的可能缓冲 时间PX。如果在时间点T3的检查发现所述计数器值ZW小于边界值TG， 则启动第二运行模式M2，从而使得所述驱动电机4根据第二启动特征曲线 K2启动并且转速n被调节到第二转速值n2。通过该计数器值ZW的执行， 所述电机控制单元7由此可没有显著付出地确定出所述开关装置14在所述 缓冲时间PZ结束前是闭合的并且由此应该进行热启动。

在另一时间点T4，所述开关装置14被再次打开，如在图3中根据曲线 19所表示的。所述电机控制单元7识别该动作并且同时开始使计数器值ZW 增加并且此外还使得驱动电机4根据对应于第一特征曲线H1的第二停机特 征曲线H2关闭。在时间点T5，所述驱动电机4的转速n达到0值。如从 图3中明显得知，所述缓冲时间PZ在时间点T6、于所述开关装置14再次 闭合前结束。这意味着所述中间电路电容8在时间点T6放完电并且由此所 述电机控制单元7是无电流的。在时间点T6，所述电机控制单元7由此丢 失包括计数器值ZW在内的所有存储的信息，该计数器值在过渡时间中也 已经超过了所述边界值TG。如果所述开关装置14在经过第二暂停时间P2 后在时间点T6后的另一时间点T7处再次闭合并且所述电机控制单元7正 在开始运行，则进行了冷启动，这意味着该电机控制单元7启动第一运行 模式M1。

如果所述边界值TG由此确定为它等于或略小于最小的可能缓冲时间 PZ，那么在原则上能发生(尽管很少出现)：所述开关装置14会发生在所 述计数器值ZW已经超过所述边界值TG但是所述缓冲时间PZ还没结束的 时间点。在这种情况下，该电机控制单元7还没经历重置，由此使得包括 该计数器值ZW在内的信息还没丢失。在这种情况中，所述电机控制单元7 为此可构造成将这些理解为冷启动并且激活第一运行模式M1。

所述计数器值ZW的设置也能实现更多运行模式的提供。多个小的时 间间隔可设置在所述缓冲时间PZ内或者在边界值TG以下，并且所述电机 控制单元7可在闭合所述开关装置14的时间点检查：当前的计数器值ZW 落在哪个时间间隔中。在此，每个时间间隔可被配属另外的运行模式，并 且所述运行模式至少在转速n应该被调节达到的目标值方面彼此区分。

此外，还从图3清楚可见，将转速n调节到较小的转速值n1的运行模 式M1在冷启动后启动。该较小的转速值被已经证实在烘干过程的开始时是 尤其有利的，这是因为在所述时间点T0，洗涤衣物3的湿度是最大的并且 由此洗涤衣物3可以被相对迅速地加热到较高的温度。如果洗涤衣物3的 干燥水平达到预设值，则中央控制装置18可通过打开所述开关装置14并 且在所述计时器值ZW达到边界值TG前再次闭合该开关装置，从而触发从 第一运行模式M1到第二运行模式M2的切换。

总而言之，本文所描述的方法在不需要在所述中央控制装置18和所述 电机控制单元7之间设置特定的数据通信的情况下，使得所述驱动电机4 的转速n能够调节到不同的目标值。通过所述开关装置14的相应的切换并 且由此通过所述电机控制单元的冷启动或热启动的选择使得控制命令传递 至所述电机控制单元7。

附图标号列表

1  家用器具

2  洗涤滚筒

3  洗涤衣物

4  驱动电机

5  逆变器

6  换流器

7  电机控制单元

8  中间电路电容

9  切换节点

10 参考电位

11 电阻

12 电阻

13 中间电路

14 开关装置

15 电压源

16 网路端子

17 网路端子

18 控制装置

19 曲线

20 曲线

21 转换单元

n  转速

n1 第一转速值

n2 第二转速值

t  时间

H1 停机特征曲线

H2 停机特征曲线

K1 启动特征曲线

K2 启动特征曲线

M1 第一运行模式

M2 第二运行模式

T0 时间点

T1 时间点

T2 时间点

T3      时间点

T4      时间点

T5      时间点

T6      时间点

T7      时间点

BLDC    无刷直流电机

P1      第一暂停时间

P2      第二暂停时间

PZ      缓冲时间

TG      边界值

UN      网路电压

UZ      中间电路直流电压

UV      供给电压

ZW      计数器值