EP2018573A1 - Antriebssystem für ein elektronisches haushaltsgerät - Google Patents

Antriebssystem für ein elektronisches haushaltsgerät

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Publication number
EP2018573A1
EP2018573A1 EP07724973A EP07724973A EP2018573A1 EP 2018573 A1 EP2018573 A1 EP 2018573A1 EP 07724973 A EP07724973 A EP 07724973A EP 07724973 A EP07724973 A EP 07724973A EP 2018573 A1 EP2018573 A1 EP 2018573A1
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EP
European Patent Office
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motor
electric motor
drive system
electric
terminals
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07724973A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Zeh
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Diehl AKO Stiftung and Co KG
Original Assignee
Diehl AKO Stiftung and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Diehl AKO Stiftung and Co KG filed Critical Diehl AKO Stiftung and Co KG
Publication of EP2018573A1 publication Critical patent/EP2018573A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation

Definitions

  • the present invention relates to a drive system for a household electronic appliance, such as a washing machine, a dryer or a dishwasher.
  • the drive system is defined here in the case of washing machines and dryers as the composite of the components electric motor, motor control, belt, pulley,
  • the device end test involves short operation of the device with standard movements as in use.
  • certain parameters such as direction of rotation, speed and recorded power tested.
  • external measuring means are necessary, which must be synchronized with the engine control.
  • the electrical parameters of the drive system are usually not detected in such final tests. Although it is conceivable to connect an external test device, such contacting is very complicated, since the measuring points of the drive system within the terminal are poorly accessible.
  • the cheapest manufacturing method is to deliver pre-tested stator and rotor of the electric motor and then on the tub of the To install the washing machine or the dryer or washer dryer.
  • the camp of the washing drum is in this case also the bearing of the electric motor.
  • the rotational movement of the electric motor can only be checked after installation in the household appliance; this again requires a complex contacting of the electric motor within the terminal.
  • the present invention has for its object to provide a drive system for a home electronic appliance that can be tested in a simple and cost-effective manner as part of a final test of the household appliance. It is a further object of the present invention to provide a corresponding
  • the electronic household appliance drive system comprises an electric motor and a motor controller for controlling the operation of the electric motor, and is characterized in that the motor controller is provided with a test device (integrated with the motor controller) comprising a device for measuring motor currents of the electric motor, a device for applying voltages to motor terminals of the electric motor and an interface to an evaluation device contains.
  • a test device integrated with the motor controller
  • the corresponding method for the final testing of an electronic household appliance having a drive system with an electric motor and a motor controller for controlling the operation of the electric motor is characterized in that voltages are applied to motor terminals of the electric motor via the motor controller and corresponding motor currents of the electric motor are measured, and the measurement data is communicated to an evaluation device to check the drive system installed in the household appliance.
  • a testing device is integrated, which is used to test the
  • Drive system is suitable, the testing operations in the engine control can be relocated so that a test of the drive system in the context of a final test of the household appliance, ie with built-drive system in the terminal, easily and without complex contacting of difficult to access measuring points by external test equipment is possible.
  • the test effort can be reduced in terms of time and cost overall.
  • the drive system can be checked for additional error possibilities, which are not detectable in a preliminary examination of the individual components.
  • the conventional motor controllers do not contain dedicated test functionality, and only those movements are implemented which are required for the normal operation of the respective household appliance.
  • the test device also includes a device for measuring motor voltages of the electric motor in order to expand the test and evaluation options.
  • the measured data acquired by the test device can be communicated, for example, by the motor controller via the interface of the test device to an external test device which then evaluates the measured data and the corresponding one
  • a serial interface is suitable, which is usually implemented anyway in the motor control.
  • the motor control can also have its own evaluation device in order to be able to evaluate the measurement data itself.
  • the evaluation result can be communicated to the user by the motor controller, for example via an LED display, or communicated to the user through a characteristic movement profile of the drive system.
  • the engine control can control up to a high rotational speed of the electric motor in the case of a positive evaluation result, in which case an additional noise level assessment by external measuring devices takes place, or in the case of a negative evaluation result, it remains at a standstill.
  • the drive system or method described above is advantageously in electronic household appliances, such as washing machines, dryers, washing dryers and dishwashers for a simple test of the drive system in the terminal used.
  • the motor controller includes at least means for measuring motor currents and for applying voltages to the motor terminals of the electric motor; Preferably, means for measuring the motor voltages are also provided.
  • Stator resistance The stator resistance between at least two motor terminals of the electric motor is determined by applying DC voltage and calculating the quotient from voltage to current. An averaging or integral formation over a certain period of time of up to a few seconds is advantageous.
  • the stator inductance between at least two motor terminals of the electric motor is determined by placing short voltage pulses and measuring the current change when the voltage changes or determining the voltage-time area by time integration of the voltage and current signals.
  • Rotor position-dependent stator inductances such as occur in reluctance motors or permanent magnet synchronous motors, are determined by measuring the stator inductance in the various directions (d and q directions) by applying voltage pulses in the different directions. motor symmetry
  • motor balance can be determined by determining the stator resistance in different directions of the voltage and current space vector.
  • this can also be done by determining the stator inductance in different directions of the space vector for voltage and
  • the magnetic flux of the permanent magnet (in the case of a permanent magnet motor) is determined by checking the magnitude and symmetry of a flux during constant-speed operation of the electric motor.
  • Rotor time constant can be determined in an asynchronous motor.
  • the engine control should also have a way to determine the active power and the torque of the electric motor. As a result, imbalances and mechanical errors can be detected. With an acceleration test, the inertia of the system can be determined, which in turn provides information about the correct assembly. If there is a correct seal and a correct machine bearing, the friction must be within certain limits.
  • a not (properly) applied belt is noticeable by a false inertia of the drive system.
  • An excessive belt tension may be indicated by excessive friction.
  • a strong acceleration movement with a Torque which starts with higher dynamics than with standard movements, can be detected over the resulting speed curve too large or too small belt tension.

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Abstract

Es wird ein Antriebssystem für ein elektronisches Haushaltsgerät, wie beispielsweise eine Waschmaschine, einen Trockner oder eine Spülmaschine, mit einem Elektromotor und einer Motorsteuerung zum Steuern des Betriebs des Elektromotors, bei welchem die Motorsteuerung mit einer Prüfeinrichtung versehen ist, die wenigstens eine Vorrichtung zum Messen von Motorströmen des Elektromotors, eine Vorrichtung zum Anlegen von Spannungen an Motorklemmen des Elektromotors und eine Schnittstelle zu einer Auswertevorrichtung enthält. Ein solches Antriebssystem kann problemlos und mit minimalem Kostenaufwand im Rahmen einer Endprüfung des Haushaltsgeräts, wenn das Antriebssystem vollständig in das Haushaltsgerät eingebaut ist, geprüft werden.

Description

ANTRIEBSSYSTEM FÜR EIN ELEKTRONISCHES HAUSHALTSGERÄT
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein elektronisches Haushaltsgerät, wie beispielsweise eine Waschmaschine, einen Trockner oder eine Spülmaschine.
Das Antriebssystem wird hier im Fall von Waschmaschinen und Trocknern definiert als der Verbund der Komponenten Elektromotor, Motorsteuerung, Riemen, Riemenrad,
Waschtrommel, Lager, Dichtung und Kabelbaum zwischen Motorsteuerung und
Elektromotor. Bei Waschmaschinen und Trocknern mit Direktantrieb entfallen der
Riemen und das Riemenrad. Für Spülmaschinen wird das Antriebssystem als der
Verbund Elektromotor, Motorsteuerung, Kabelbaum und Pumpengehäuse der Umwälzpumpe definiert.
Herkömmlicherweise werden die Komponenten Elektromotor, Motorsteuerung und Kabelbaum für sich geprüft und in der Fertigung des Endgeräts in dieses eingebaut. Die Geräteendprüfung beinhaltet einen kurzen Betrieb des Geräts mit Standardbewegungen wie im Nutzbetrieb. Hierbei werden gewisse Parameter wie Drehrichtung, Drehzahl und aufgenommene Leistung geprüft. Zu diesem Zweck sind externe Messmittel notwendig, die mit der Motorsteuerung synchronisiert werden müssen.
Die elektrischen Größen des Antriebssystems werden bei derartigen Endprüfungen üblicherweise nicht erfasst. Es ist zwar denkbar, ein externes Testgerät anzuschließen, eine solche Kontaktierung ist aber sehr aufwändig, da die Messpunkte des Antriebssystems innerhalb des Endgeräts schlecht zugänglich sind.
Bei einem Direktantrieb besteht bisher die günstigste Fertigungsweise darin, Stator und Rotor des Elektromotors vorgeprüft anzuliefern und dann auf dem Bottich der Waschmaschine bzw. des Trockners oder Waschtrockners zu montieren. Das Lager der Waschtrommel ist hierbei zugleich auch das Lager des Elektromotors. Bei dieser Fertigungsweise kann die Drehbewegung des Elektromotors erst nach dem Einbau in das Haushaltsgerät überprüft werden; dies erfordert wieder eine aufwändige Kon- taktierung des Elektromotors innerhalb des Endgeräts.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für ein elektronisches Haushaltsgerät bereitzustellen, das in einer einfachen und kostengünstigen Weise im Rahmen einer Endprüfung des Haushaltsgeräts geprüft werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes
Verfahren zur Endprüfung eines elektronischen Haushaltsgeräts vorzusehen.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Antriebssystem für ein elektronisches Haushaltsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren zur Endprüfung eines elektronischen Haushaltsgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem für ein elektronisches Haushaltsgerät weist einen Elektromotor und eine Motorsteuerung zum Steuern des Betriebs des Elektromotors auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung mit einer (in die Motorsteuerung integrierten) Prüfeinrichtung versehen ist, die eine Vorrichtung zum Messen von Motorströmen des Elektromotors, eine Vorrichtung zum Anlegen von Spannungen an Motorklemmen des Elektromotors sowie eine Schnittstelle zu einer Auswertevorrichtung enthält.
Das entsprechende Verfahren zur Endprüfung eines elektronischen Haushaltsgeräts, das ein Antriebssystems mit einem Elektromotor und einer Motorsteuerung zum Steuern des Betriebs des Elektromotors aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass über die Motorsteuerung Spannungen an Motorklemmen des Elektromotors angelegt und entsprechende Motorströmen des Elektromotors gemessen werden, und dass die Messdaten an eine Auswertevorrichtung kommuniziert werden, um das im Haushaltsgerät installierte Antriebssystem zu prüfen.
Da in die Motorsteuerung eine Prüfeinrichtung integriert ist, die zum Prüfen des
Antriebssystems geeignet ist, können die Testvorgänge in die Motorsteuerung hinein verlagert werden, sodass eine Prüfung des Antriebssystems im Rahmen einer Endprüfung des Haushaltsgeräts, d.h. bei eingebautem Antriebssystem im Endgerät, problemlos und ohne aufwändige Kontaktierungen von schwer zugänglichen Messstellen durch externe Testgeräte möglich ist. Damit kann der Testaufwand zeitlich und kostenmäßig insgesamt reduziert werden. Außerdem kann das Antriebssystem auf zusätzliche Fehlermöglichkeiten hin geprüft werden, die bei einer Vorprüfung der einzelnen Komponenten nicht feststellbar sind.
Im Gegensatz zur oben angegebenen Erfindung enthalten die herkömmlichen Motor- Steuerungen keine dedizierte Testfunktionalität und es sind nur solche Bewegungsabläufe implementiert, die für den normalen Betrieb des jeweiligen Haushaltsgeräts benötigt werden.
Vorzugsweise enthält die Prüfeinrichtung auch eine Vorrichtung zum Messen von Motorspannungen des Elektromotors, um die Test- und Auswertemöglichkeiten zu erweitern.
Die von der Prüfeinrichtung erfassten Messdaten können zum Beispiel von der Motorsteuerung über die Schnittstelle der Prüfeinrichtung an ein externes Testgerät kommuniziert werden, das dann die Messdaten auswertet und das entsprechende
Ergebnis einem Nutzer anzeigt. Zur Kommunikation der Messdaten eignet sich beispielsweise eine serielle Schnittstelle, welche üblicherweise ohnehin in der Motorsteuerung implementiert ist.
Alternativ kann aber die Motorsteuerung auch über eine eigene Auswertevorrichtung verfügen, um die Messdaten selbst auswerten zu können. Das Auswertungsergebnis kann von der Motorsteuerung zum Beispiel über eine LED-Anzeige dem Nutzer mitgeteilt oder dem Nutzer durch ein charakteristisches Bewegungsprofil des Antriebssystems kommuniziert werden. Beispielsweise kann die Motorsteuerung bei einem positiven Auswertungsergebnis auf eine hohe Drehzahl des Elektromotors hochsteuern, bei welcher dann eine zusätzliche Geräuschpegelbeurteilung durch externe Messeinrichtungen erfolgt, oder bei einem negativen Auswertungsergebnis im Stillstand verharren.
Das oben beschriebene Antriebssystem bzw. Verfahren ist in vorteilhafter Weise bei elektronischen Haushaltsgeräten, wie Waschmaschinen, Trocknern, Waschtrocknern und Spülmaschinen für eine einfache Prüfung des Antriebssystems im Endgerät einsetzbar.
Die Motorsteuerung enthält wenigstens Mittel zur Messung von Motorströmen und zum Anlegen von Spannungen an die Motorklemmen des Elektromotors; vorzugsweise sind außerdem Mittel zum Messen der Motorspannungen vorgesehen.
Nach dem Einschalten der Motorsteuerung im Rahmen der Endprüfung des Haushaltsgeräts führt diese einen Test von verschiedenen Antriebsparametern durch. Nach Freigabe durch die Hauptsteuerung des Haushaltsgeräts oder auf Veranlassung von dieser werden auch spezielle Bewegungsabläufe durchgespielt, mit welchen bestimmte Parameter genauer ermittelt werden können als bei Standardbewegungen in den eingangs genannten herkömmlichen Endprüfungen.
Nachfolgend werden in Frage kommende Parameter des Antriebssystems und deren
Messmethoden erläutert. Die folgende Aufzählung ist selbstverständlich nur beispielhaft und insbesondere nicht abschließend zu verstehen.
Statorwiderstand Der Statorwiderstand zwischen wenigstens zwei Motorklemmen des Elektromotors wird durch Anlegen von Gleichspannung und Berechnen des Quotienten von Spannung zu Strom ermittelt. Vorteilhaft ist dabei eine Mittelwertbildung bzw. Integralbildung über einen gewissen Zeitraum von bis zu einigen Sekunden.
Statorinduktivität
Die Statorinduktivität zwischen wenigstens zwei Motorklemmen des Elektromotors wird durch Stellen von kurzen Spannungspulsen und Messen der Stromänderung bei Änderung der Spannung oder Bestimmen der Spannungs-Zeitfläche durch zeitliche Integration der Spannungs- und Stromsignale ermittelt.
Rotorpositionsabhäng ige Statorinduktivitäten
Rotorpositionsabhängige Statorinduktivitäten, wie sie zum Beispiel bei Reluktanzmotoren oder Permanentmagnet-Synchronmotoren vorkommen, werden durch Messen der Statorinduktivität in den verschiedenen Richtungen (d- und q-Richtung) durch Anlegen von Spannungspulsen in den verschiedenen Richtungen ermittelt. Motorsymmetrie
Bei mehrphasigen Elektromotoren kann die Motorsymmetrie durch Bestimmen des Statorwiderstandes in verschiedenen Richtungen des Raumzeigers für Spannung und Strom ermittelt werden. Gegebenenfalls kann dies auch durch die Bestimmung der Statorinduktivität in verschiedenen Richtungen des Raumzeigers für Spannung und
Strom erfolgen.
Kontakte des Kabelbaums
Die Korrektheit der elektrischen Kontakte des Kabelbaums zwischen Motorsteuerung und Elektromotor wird automatisch bei der Ermittlung des Statorwiderstandes und der
Motorsymmetrie sichergestellt.
Magnetischer Fluss
Der magnetische Fluss des Permanentmagneten (im Fall eines Permanentmagnet- motors) wird durch Überprüfen der Stärke und der Symmetrie eines Flusses bei einem betrieb des Elektromotors mit konstanter Drehzahl bestimmt. Alternativ kann auch der Elektromotor hochgedreht werden und die induzierten Spannungen (=EMK) beim Auslauf gemessen werden, wobei Amplitude, Symmetrie und DC-Anteil der EMK ausgewertet werden.
Rotorzeitkonstante
Aus der Sprungantwort des Motorstroms auf einen Spannungssprung kann die
Rotorzeitkonstante bei einem Asynchronmotor ermittelt werden.
Aufgenommene Leistung und Drehmoment
Die Motorsteuerung sollte auch eine Möglichkeit besitzen, die Wirkleistung und das Drehmoment des Elektromotors zu ermitteln. Dadurch können Unwuchten und mechanische Fehler detektiert werden. Mit einem Beschleunigungsversuch lässt sich die Trägheit des Systems ermitteln, was wiederum Aufschluss über die korrekte Assemblierung gibt. Wenn eine korrekte Dichtung und ein korrektes Maschinenlager vorhanden sind, muss die Reibleistung innerhalb gewisser grenzen liegen.
Riementest
Ein nicht (richtig) angelegter Riemen macht sich durch eine falsche Trägheit des Antriebssystems bemerkbar. Eine zu starke Riemenspannung ist eventuell durch eine überhöhte Reibung erkennbar. Bei einer starken Beschleunigungsbewegung mit einem Drehmoment, welches mit höherer Dynamik einsetzt als bei Standardbewegungen, kann über den resultierenden Drehzahlverlauf eine zu große oder zu kleine Riemenspannung detektiert werden.
Mit den oben aufgelisteten Tests wird selbstverständlich auch die Funktion der elektronischen Motorsteuerung selbst überprüft. Dadurch können separate Tests in der Endfertigung der Motorsteuerung entfallen, was die Systemkosten weiter reduziert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Antriebssystem für ein elektronisches Haushaltsgerät, mit einem Elektromotor und einer Motorsteuerung zum Steuern des Betriebs des Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung mit einer Prüfeinrichtung versehen ist, die eine
Vorrichtung zum Messen von Motorströmen des Elektromotors, eine Vorrichtung zum Anlegen von Spannungen an Motorklemmen des Elektromotors und eine Schnittstelle zu einer Auswertevorrichtung enthält.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung ferner eine Vorrichtung zum Messen von Motorspannungen des Elektromotors enthält.
3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle der Prüfeinrichtung zum Kommunikation mit einem externen Testgerät ausgebildet ist.
4. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung ebenfalls in die Motorsteuerung integriert ist.
5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung zum Bestimmen und Auswerten wenigstens eines der folgenden Parameter ausgebildet ist:
Statorwiderstand zwischen wenigstens zwei Motorklemmen des Elektromotors - Statorinduktivität zwischen wenigstens zwei Motorklemmen des
Elektromotors rotorpositionsabhängige Statorinduktivitäten
Motorsymmetrie
(bei mehrphasigen Elektromotoren) elektrische Kontakte des Kabelbaums zwischen Motorsteuerung und Elektromotor magnetischer Fluss des Permanentmagneten
(im Fall eines Permanentmagnetmotors)
Rotorzeitkonstante
(bei einem Asynchronmotor) - aufgenommene Leistung aufgenommenes Drehmoment
Massenträgheit des Systems
Parameter des Riemens (bei einem Riemenantrieb)
6. Elektronisches Haushaltsgerät mit einem Antriebssystem nach einem der
Ansprüche 1 bis 5.
7. Verfahren zur Endprüfung eines elektronischen Haushaltsgeräts, das ein Antriebssystems mit einem Elektromotor und einer Motorsteuerung zum Steuern des Betriebs des Elektromotors aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass über die Motorsteuerung Spannungen an Motorklemmen des Elektromotors angelegt und entsprechende Motorströmen des Elektromotors gemessen werden, und dass die Messdaten an eine Auswertevorrichtung kommuniziert werden, um das im Haushaltsgerät installierte Antriebssystem zu prüfen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass über die Motorsteuerung ferner Motorspannungen des Elektromotors gemessen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten an ein externes Testgerät oder an eine in die Motorsteuerung integrierte Auswertevorrichtung kommuniziert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der folgenden Parameter ausgewertet wird:
Statorwiderstand zwischen wenigstens zwei Motorklemmen des Elektromotors
Statorinduktivität zwischen wenigstens zwei Motorklemmen des
Elektromotors rotorpositionsabhängige Statorinduktivitäten
Motorsymmetrie (bei mehrphasigen Elektromotoren) elektrische Kontakte des Kabelbaums zwischen Motorsteuerung und
Elektromotor magnetischer Fluss des Permanentmagneten
(im Fall eines Permanentmagnetmotors) - Rotorzeitkonstante
(bei einem Asynchronmotor) aufgenommene Leistung aufgenommenes Drehmoment
Massenträgheit des Systems - Parameter des Riemens (bei einem Riemenantrieb)
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