ВОДОНОСНЫЙ БЫТОВОЙ ПРИБОР С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
WATER-BEARING HOUSEHOLD UNIT WITH ELECTRIC DRIVE

Область техники
Предлагаемое изобретение относится к электроприводу для водоносных бытовых приборов. Кроме того, изобретение относится к бытовому прибору, по меньшей мере, с одним жидкостным насосом и электроприводом.
Уровень техники
В водоносном бытовом приборе, в частности в посудомоечном аппарате, обычно используется несколько видов жидкостных насосов. Например, один жидкостный насос используется как циркуляционный насос во время мойки, а другой жидкостный насос используется для слива моющего раствора по завершении программы мойки или части программы. Такие жидкостные насосы располагаются в камере посудомоечного аппарата и, в целом, питаются напряжением бытовой электрической сети. Такой тип жидкостных насосов известен, например, из области стиральных машин, в которых, как правило, используется как циркуляционный, так и сливной насос.
Из DE 10139928 А1 известен привод насоса посудомоечного аппарата, в котором двигатель насоса представляет собой двигатель постоянного тока с постоянным магнитом на роторе и коллектором для переключения тока обмотки возбуждения в зависимости от положения ротора. Цепь тока возбуждения может питаться от имеющегося на плате рабочей схемы выпрямителя, который позволяет двигателю постоянного тока работать в сети переменного тока. Двухфазный двигатель постоянного тока содержит два противоположных контура в каждой обмотке возбуждения, которые попеременно запитываются при помощи переключателя. Коммутатор, чувствительный к полярности многополюсного ротора с постоянными магнитами, помещенного в воздушный зазор в качестве «мокрого ротора», указывает, по какой из двух обмоток возбуждения в данный момент времени должен протекать ток.
В DE 3913639 А1 описана модульная разводка бытовых посудомоечных аппаратов, использующая общую распределительную проводящую плату и питающая все малые потребители защитным напряжением 42 В. Благодаря этому разводка может иметь понятную схему и могут использоваться недорогие низковольтные узлы. Все провода таких потребителей нагрузки, как нагревательный элемент и двигатели насосов, подсоединяются к соответствующим замыкающим контактам и питаются напряжением системы после включения главного выключателя цепи управления. На нагрузочной стороне распределительной проводящей платы предусмотрен защитный трансформатор, на вторичной стороне которого имеет место номинальное напряжение не более 42 В. Это напряжение является защитным низким напряжением и, в свою очередь, питает управляющую сторону и малые потребители через главный выключатель цепи управления.
В DE 10339130 А1 описан бытовой аппарат с жидкостным контуром, например стиральная или посудомоечная машина, в котором управление приводными двигателями жидкостных насосов осуществляется за счет того, что, по меньшей мере, один из двух насосов может быть подключен к контроллеру управления двигателя. При этом центральным узлом контроллера является компьютер с процессором, причем контроллер может использоваться как главное управляющее и регулирующее устройство бытового аппарата. Он выполняет функцию устройства управления двумя жидкостными насосами, в частности циркуляционным насосом и насосом подачи моющего раствора. Кроме того, на контактной стороне компьютера предусмотрено несколько датчиков, которые регистрируют один или несколько параметров работы аппарата. Одним из этих датчиков является, например, датчик нагрузки, регистрирующий нагрузку насоса или объем прошедшей через насос жидкости, причем впоследствии, на основании зарегистрированных датчиком данных, контроллер может задействовать ряд исполнительных органов управления. Для привода насосов могут использоваться, например, двигатели постоянного тока, в результате чего полностью исчезает фон переменного тока, связанный с пульсацией переменного напряжения. В низковольтном диапазоне может использоваться, например, постоянное напряжение 42 В и ниже, причем благодаря этому могут быть достигнуты, в частности, преимущества, связанные с безопасностью. Несколько подключенных к компьютеру датчиков и исполнительных органов управления делают управление приводом сравнительно дорогостоящим, при этом оно должно иметь различные системы питания для различных датчиков и исполнительных органов управления, а также для привода насоса.
Сущность изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка электропривода жидкостных насосов в водоносном бытовом приборе, который позволит реализовать более простое в техническом отношении электронное управление двигателем привода жидкостного насоса. Кроме того, задачей предлагаемого изобретения является разработка соответствующего водоносного бытового прибора.
Эта задача решается устройством согласно п.1 формулы изобретения.
Электропривод согласно изобретению содержит управляемый преобразователь переменного тока для получения питающего напряжения из многофазной, в частности трехфазной сети. К многофазной сети может подключаться, по меньшей мере, один электродвигатель, выполненный, в частности, в виде синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов и предусмотренный для привода жидкостного насоса. Управляющее устройство служит для управления преобразователем переменного тока для обеспечения работы электродвигателя от многофазной сети. Дополнительно предусмотрено еще одно электрическое устройство, которое посредством соединительного устройства может подключаться, по меньшей мере, к части многофазной сети или к включенному перед преобразователем промежуточному контуру, по которому проходит ток нагрузки. При этом электрическое устройство содержит, по меньшей мере, еще один электродвигатель для другого жидкостного насоса и/или воздуходувного устройства и/или, по меньшей мере, один клапан.
Таким образом, согласно изобретению, при помощи общего устройства управления преобразователем переменного тока, подающим питающее напряжение из многофазной, в частности трехфазной сети, можно управлять не только электродвигателем привода жидкостного насоса, но и другими электрическими компонентами, например другими электродвигателями для других жидкостных насосов или клапаном с электрическим управлением. Тем самым можно создать единую систему питания как электродвигателей для жидкостных насосов, так и прочих электрических компонентов, основными составными частями которой будут управляемый преобразователь, трехфазная сеть и устройство управления преобразователем переменного тока. Таким образом, управляющее устройство, например, в виде контроллера двигателя может выполнять функции управления другими электрическими компонентами. Тем самым отпадает необходимость в собственных отдельных контроллерах для этих компонентов. При этом преимущество использования синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов для привода насосов заключается в том, что они могут управляться через преобразователь переменного тока без дорогостоящих датчиков. То есть, в целом, может быть реализовано технически более простое электронное управление двигателем, в частности без датчика числа оборотов.
В следующем варианте электропривода согласно изобретению предусмотрено несколько электродвигателей для привода соответствующих жидкостных насосов. Они выполнены как синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов и могут подключаться к многофазной сети через соединительное устройство. При этом управляющее устройство выполнено как общее для электродвигателей устройство управления преобразователем переменного тока для обеспечения работы одного из электродвигателей в многофазной сети.
В выгодном варианте исполнения изобретения предусмотрена обратная связь для снятия электрического параметра многофазной сети и передачи его на управляющее устройство. При этом управляющее устройство управляет преобразователем переменного тока в зависимости от электрического параметра. Таким образом управляющее устройство без дорогостоящих датчиков при помощи электрического параметра может управлять преобразователем переменного тока для обеспечения работы электродвигателя, приводящего жидкостной насос. В частности, преобразователь переменного тока управляется таким образом, что устанавливаются заданное направление вращения и число оборотов приводимого жидкостного насоса.
В выгодном варианте исполнения в качестве электрического параметра регистрируется индуцированное напряжение на одном или нескольких проводах многофазной сети и на основании этого рассчитывается порядок управления клапанами переключения преобразователя переменного тока. Таким образом, не используя, например, датчик Холла, можно определить направление вращения и число оборотов электродвигателя и соответственно отрегулировать преобразователь переменного тока или его клапаны переключения, чтобы установилось нужное направление вращения и число оборотов двигателя. В частности, управляющее устройство регистрирует в качестве электрического параметра индуцированное напряжение на одном или нескольких проводах многофазной сети, который или которые в данный момент не нагружены напряжением с преобразователя переменного тока. Благодаря такому исполнению управляющего устройства с помощью электрического параметра можно определить заблокированное состояние приводимого жидкостного насоса. Таким образом преобразователь переменного тока управляется устройством управления за счет отключения питающего напряжения преобразователя. Такой способ управления удобен тем, что в заблокированном состоянии приводимого жидкостного насоса имеет место соответственно низкое число оборотов двигателя, что может быть обнаружено управляющим устройством при определении числа оборотов. Благодаря этому можно отказаться от защитного выключателя двигателя, так как защитный механизм может быть реализован посредством определения числа оборотов и направления вращения. Тем самым можно отказаться от использования датчика нагрузки, определяющего ток нагрузки.
Соответственно, управляющее устройство с помощью электрического параметра может определить холостой ход приводимого жидкостного насоса, причем управляющее устройство управляет преобразователем переменного тока за счет отключения питающего напряжения преобразователя. Благодаря этому, в частности, можно устранить так называемый шум шнорхеля при откачивании жидкости из прибора, который (шум) возникает на холостом ходу жидкостного насоса.
В следующем варианте исполнения изобретения вход преобразователя переменного тока соединен с промежуточным контуром, по которому проходит ток нагрузки приводимого жидкостного насоса. Кроме того, предусмотрен блок питания, выход которого соединен с промежуточным контуром; этот блок предназначен для возбуждения напряжения промежуточного контура на выходе из напряжения сети на входе. В частности, блок питания выгодным образом возбуждает напряжение промежуточного контура в низковольтном диапазоне, в частности напряжение промежуточного контура, равное примерно 42 В. Тем самым достигается ряд важных для безопасности преимуществ, так как прежде всего отпадает необходимость в заземлении электрических узлов, а к токоведущим деталям можно прикасаться руками. Кроме того, не нужно выдерживать пути утечки и воздушные зазоры, как при работе с напряжением сети. Потеря напряжения или паразитное падение напряжения, например, при утечках не составляет проблемы.
Прочие выгодные варианты исполнения изобретения раскрываются в зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение относится также к бытовому прибору с, по меньшей мере, одним жидкостным насосом и вышеописанным электроприводом.
Краткое описание чертежей
Изобретение подробно описывается ниже на основании фигур, на которых представлены выгодные варианты исполнения предлагаемого изобретения.
Фигура 1: вариант исполнения электропривода согласно изобретению для управления несколькими жидкостными насосами в посудомоечном аппарате, а также водяным клапаном на общем управляющем устройстве.
Фигуры 2-4: другие выгодные варианты исполнения электропривода жидкостных насосов согласно изобретению, представленные фрагментами фиг.1.
Осуществление изобретения
N
N
На фиг.1 представлена схема электропривода согласно изобретению, предназначенного для обеспечения работы жидкостных насосов в посудомоечной машине. Сравнимый электропривод может аналогичным образом использоваться, например, в стиральной машине для обеспечения работы соответствующих жидкостных насосов. Электропривод 1 согласно фиг.1 содержит силовую плату 31, на которой расположен блок 4 питания, на вход которого через выпрямитель 26 и конденсатор 27 подается напряжение U сети, равное примерно 230 В. К напряжению U сети также подключен, например, нагревательный элемент 24 через выключатель 25. Блок 4 питания имеет известную топологию обратноходового преобразователя, которая, в частности, содержит дроссель 4-1, состоящий в функциональной связи с дросселем 4-2. Кроме того, дроссель 4-1 состоит в функциональной связи с дросселем 4-6. Коммутирующий элемент 4-4 в форме транзистора управляется управляющей схемой 4-3, которая, со своей стороны, управляется оптроном 4-5. Оптрон 4-5, со своей стороны, посредством обратной связи соединен с промежуточным контуром 3-1. Так как эта топология и способ ее функционирования в принципе понятны специалисту, эта функциональность не будет рассматриваться подробно.
K1
K2
Выход блока 4 питания соединен с промежуточным контуром 3-1, по которому проходит ток нагрузки, с целью создания на выходе постоянного напряжения U промежуточного контура, равного, например, 42 В. Кроме того, выход блока 4 питания соединен с промежуточным контуром 3-2 с целью создания на выходе постоянного напряжения U промежуточного контура, равного 15 В. Посредством промежуточного контура 3-2 напряжение подается на управляющие схемы 10 и 11, причем соответствующие трансформирующие схемы 14 преобразуют напряжение 15 В в напряжение 5 В, которое подается на вход управляющих схем 10 и 11.
K1
Кроме того, предусмотрен управляемый преобразователь 2 переменного тока, предназначенный для получения питающего напряжения из трехфазной сети 6. Преобразователь 2 переменного тока содержит монолитную интегральную схему, в которую входят клапаны 2-1 - 2-6 переключения (в форме n-МОП) преобразователя 2. Клапаны 2-1 - 2-6 переключения управляются при этом управляющей схемой 10 посредством управляющего соединения 16, причем такое управление по соображениям наглядности подробно не показано. Вход преобразователя 2 переменного тока соединен с промежуточным контуром 3-1, так что на верхний сток клапанов 2-1 - 2-3 переключения поступает напряжение U в размере 42 В, а на нижний исток клапанов 2-4 - 2-6 переключения - потенциал GND электрода сравнения. Преобразователь 2 переменного тока создает в сети 6 напряжения гибкую систему напряжения благодаря наличию трехфазного исполнительного элемента. При этом из постоянного напряжения промежуточного контура 3-1 получается система трехфазного напряжения с переменной частотой и амплитудой напряжения. Преобразователь 2 переменного тока работает, например, по принципу трехфазного преобразователя с широтно-импульсным управлением, который в зависимости от соответствующего положения клапанов переключения переходит в различные состояния коммутации и образует тем самым систему трехфазного напряжения для привода электродвигателя жидкостного насоса 7.
Электродвигатель жидкостного насоса 7, который ниже описывается более подробно на основании фиг.2-4, выполнен в виде синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов и подключен к трехфазной сети. Жидкостный насос 7 выполнен, например, в виде циркуляционного насоса посудомоечной машины. Синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов (относится к классу многофазных электрических машин) содержит симметричную тройную обмотку статора, на которую подается трехфазное переменное напряжение. Поле возбуждения генерируется, в целом, плоскими постоянными магнитами, которые равномерно закреплены по окружности ротора в соответствии со своей полярностью. Управляющая схема 10, выполненная, например, в форме контроллера двигателя, служит для управления преобразователем 2 в целях обеспечения работы электродвигателя жидкостного насоса 7 от трехфазной сети, причем предусмотрена обратная связь 5 для снятия электрического параметра М трехфазной сети 6 и для передачи параметра М на управляющую схему 10. При этом параметр М учитывается при управлении преобразователем 2 с управляющей схемы 10.
Помимо жидкостного насоса 7 с относящимся к нему электродвигателем предусмотрены и другие электрические устройства, например, на фиг.1 показаны еще один жидкостный насос 8 и водяной клапан 9. Жидкостный насос 8 выполнен, например, в виде сливного насоса посудомоечной машины и может соединяться с промежуточным контуром 3-1 посредством соединительного устройства 28. Жидкостный насос 8 содержит также электродвигатель, выполненный, например, в виде двигателя постоянного тока с постоянными магнитами. Соединительное устройство 28 содержит транзисторы и диоды, подключенные согласно схеме на фиг.1, причем транзисторы соединительного устройства 28 могут управляться с управляющей схемы 10 посредством управляющего провода 15 с целью включения или отключения жидкостного насоса 8 или водяного клапана 9.
Посудомоечная машина с приводом согласно изобретению содержит также главную электронную схему 32, которая удалена от силовой платы 31 и содержит еще одну управляющую схему 11, которая связывается с управляющей схемой 10 посредством системы 13 шин. Управляющая схема 11 соединена с дисплеем 12 на светодиодах. Кроме того, предусмотрено устройство 23 с датчиками, которое содержит, например, датчики температуры, давления или иные датчики для снятия соответствующих параметров машины. В следующем варианте исполнения изобретения можно было бы без дополнительных усилий объединить управляющие схемы 10 и 11 в общее управляющее устройство, расположенное, например, на силовой плате 31.
Согласно фиг.1, те из электрических компонентов привода 1, которые несут ток нагрузки для обеспечения работы жидкостных насосов 7 и 8, а также водяного клапана 9, а также управляющая схема 10, расположены на силовой плате 31 в той области посудомоечной машины, которая удалена от главной электронной схемы 32. Например, главная электронная схема 32 расположена в области дверки посудомоечной машины, в то время как управление двигателями насосов и прочими электронными узлами осуществляется по шинам, ведущим от главной электронной схемы 32 к электронике двигателей на силовой плате 31. Преимущества такой схемы заключаются в сокращении длины силовых кабелей и возможности сократить толщину кабельного жгута, ведущего к главной электронной схеме и от нее через область дверки.
На фиг.2 показан следующий вариант исполнения электропривода согласно изобретению в виде фрагмента фиг.1. Для обеспечения работы жидкостного насоса 7 согласно фиг.1 предусмотрен электродвигатель 17, выполненный в виде синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов, тройная обмотка статора которого, соединенная по схеме «звезда», подробно показана на фиг.2. Посредством соединительного устройства 21, образованного параллельно включаемым переключателем, электродвигатель 17 может подключаться к трехфазной сети 6. Предусмотрен еще один электродвигатель 18, предназначенный, например, для обеспечения работы сливного насоса 8 согласно фиг.1, конструкция которого аналогична электродвигателю 17. Электродвигатель 18 может подключаться к трехфазной сети 6 посредством соединительного устройства 21, так что жидкостный насос 7 с электродвигателем 17 и жидкостный насос 8 с электродвигателем 18 могут попеременно подключаться к трехфазной сети 6 через преобразователь 2 переменного тока. При этом управляющая схема 10 работает как общее для электродвигателей 17 и 18 устройство управления преобразователем 2 с целью обеспечения работы одного из электродвигателей 17 или 18 от трехфазной сети 6.
На фиг.3 показан следующий вариант исполнения электропривода согласно изобретению, в котором, в отличие от варианта исполнения согласно фиг.2, вместо трехфазного синхронного двигателя 18 с постоянными магнитами используется двухфазный синхронный двигатель 19 с постоянными магнитами. Этот двигатель посредством соединительного устройства 21 может подключаться к части трехфазной сети 6, точнее к двум проводам сети. Электродвигатель 19 служит, например, и для привода жидкостного насоса 8 согласно фиг.1.
На фиг.4 представлен вариант исполнения, дополненный по сравнению с вариантами исполнения согласно фиг.2 и 3. В этом варианте, помимо электродвигателей 17 и 18 для привода соответствующих жидкостных насосов, предусмотрен электродвигатель 20, предназначенный, например, для привода воздуходувного устройства или вентилятора посудомоечной машины. Электродвигатели 17, 18 и 20 выполнены в виде синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов (так называемые бесколлекторные электродвигатели). Они могут подключаться к трехфазной сети 6 посредством соединительного устройства 22, причем соединительное устройство 22 может управляться управляющей схемой 10. Соединительное устройство 22 содержит переключатель 22-1, а также реле 22-2 для включения переключателя 22-1. Реле 22-2, со своей стороны, может включаться через соответствующий транзистор 22-3, причем верхняя часть соединительного устройства 22 управляется сигналом СОМ-1 управления, а нижняя часть соединительного устройства 22 - сигналом СОМ-2 управления. Согласно показанной в нижней части фиг.4 таблице истинности, в зависимости от состояния сигнала СОМ-1 управления и сигнала СОМ-2 управления к сети 6 напряжения попеременно подключаются электродвигатели 17, 18 и 20.
Преимущество электропривода согласно изобретению заключается в том, что можно отказаться от использования датчика числа оборотов для определения направления вращения и числа оборотов приводимого жидкостного насоса. Управляющая схема 10 через обратную связь 5 снимает в качестве электрического параметра М индуцированное напряжение на одном или нескольких проводах трехфазной сети 6, на основании которого управляющая схема 10 может рассчитать направление вращения и число оборотов электродвигателя. На основании этого расчета определяется порядок включения клапанов 2-1 - 2-6 преобразователя 2. В частности, измеряется индуцированное напряжение на тех проводах трехфазной сети 6, который или которые в данный момент времени не нагружены напряжением с преобразователя 2. Благодаря этому выгодным образом можно определить заблокированное состояние приводимого жидкостного насоса, на основании чего питающее напряжение преобразователя 2 отключается. Также можно определить холостой ход приводимого жидкостного насоса, на основании чего также можно отключить питающее напряжение преобразователя 2, чтобы, в частности, избегнуть так называемого шума шнорхеля. Такой способ управления позволяет, в частности, отказаться от защитного выключателя двигателя. Кроме того, можно отказаться от датчика Холла, предназначенного для измерения числа оборотов электродвигателя.
Благодаря подаче рабочего напряжения в низковольтном диапазоне электропривод согласно изобретению (согласно фиг.1-4) получает ряд преимуществ по сравнению с работой от напряжения сети.
В частности, работа электронных компонентов на постоянном токе напряжением 42 В имеет следующие значимые преимущества для конструкции посудомоечной машины.
К электрическим компонентам привода могут предъявляться более мягкие требования по безопасности, как было упомянуто выше. Для преобразователя переменного тока можно использовать более дешевую монолитную интегральную схему, так называемую «Six-Switch», для обеспечения работы от низковольтного напряжения. Благодаря использованию низковольтных электродвигателей применяется более толстая обмоточная проволока с меньшим количеством витков, в результате чего качество обмотки повышается, а стоимость снижается. Использование синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов позволяет увеличить мощность с существенным повышением кпд по сравнению с синхронным двигателем. В частности, можно снизить рабочий шум благодаря отсутствию гудения на частоте 100 Гц, вызываемого пульсацией напряжения сети. Кроме того, конструкция жидкостного насоса может быть изменена таким образом, что снизится его чувствительность к крупным частицам. Интенсивность использования электродвигателей может быть повышена, так как работа от постоянного рабочего напряжения 42 В не зависит от скачков напряжения сети. Тем самым отпадает необходимость в избыточных размерах двигателей, связанная со скачками напряжения сети,
В отношении клапана с электрическим управлением достигаются сравнимые преимущества, в частности повышение магнетизма и снижение рабочего шума. Благодаря использованию более толстой обмоточной проволоки с меньшим количеством витков качество изготовления обмотки повышается, а стоимость снижается. Кроме того, повышается интенсивность использования, так как постоянное рабочее напряжение подается как на привод насоса, так и на прочие компоненты.
Также следует упомянуть, что напряжение 42 В выбрано для примера. В этой связи могут использоваться постоянные рабочие напряжения разной величины. При использовании так называемой системы клапанов защиты от протечек, которая предотвращает выливание жидкости из водозабора при разрыве подающей трубки, для подачи тока на водяной клапан можно использовать провода с более слабой изоляцией. Кроме того, не требуется изолировать водяной клапан герметиком.