ПОСУДОМОЕЧНАЯ МАШИНА С НАСОСОМ С БЕСЩЕТОЧНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ПОСТОЯННЫМ МАГНИТОМ
DISHWASHING MACHINE WITH PUMP WITH BRUSHLESS MOTOR WITH PERMANENT MAGNET

Область техники
Изобретение относится к посудомоечной машине, по меньшей мере, с одним насосным устройством для подачи моющего раствора, причем насосное устройство содержит, по меньшей мере, один насос с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом. Кроме того, изобретение относится к электронному устройству управления и насосу.
Уровень техники
Насосы насосных устройств посудомоечных машин обычно выполняются в виде электродвигателей с расщепленными полюсами или синхронных электродвигателей. Преимуществами электродвигателей с расщепленными полюсами являются высокая производительность и фиксированное направление вращения. Поэтому возможно тангенциальное расположение выпуска на корпусе насоса. Проблема использования электродвигателей с расщепленными полюсами заключается в том, что они, большей частью, имеют так называемые сухие роторы, то есть нуждаются в дорогостоящей герметизации. Если невозможно поддерживать герметичность, вероятен выход насоса из строя.
Синхронные двигатели, напротив, в большинстве своем имеют так называемые мокрые роторы, благодаря чему конструкция насоса, не нуждающаяся в дорогостоящей герметизации, может быть упрощена. Однако направление вращения крыльчатки насоса, в принципе, не может быть фиксированным. С одной стороны, это является преимуществом, так как в случае блокирования (например, при засасывании остатков пищи) изменение направления вращения крыльчатки дает возможность разблокировать насос. С другой стороны, случайный выбор направления вращения крыльчатки требует располагать выпуск в центре корпуса насоса. С учетом неудобной конструкции с точки зрения гидродинамики синхронные двигатели отличаются меньшей производительностью по сравнению с электродвигателями с расщепленными полюсами.
На современном уровне техники известны также бесщеточные двигатели с постоянным магнитом (бесщеточные двигатели постоянного тока, переменного тока, синхронные двигатели с возбуждением от постоянного магнита), которые предлагались для использования в стиральных и посудомоечных машинах. Ротор бесщеточного двигателя с постоянным магнитом состоит из одного или нескольких постоянных магнитов, статор - из нескольких электромагнитов. Коммутация электромагнитов в статоре осуществляется электронным управляющим устройством и может быть, например, блочной или синусоидальной. Таким образом, преимущество использования бесщеточных двигателей с постоянным магнитом заключается в том, что направление вращения статора, с которым жестко соединена крыльчатка насоса, может устанавливаться электронным управляющим устройством. Кроме того, производительность насоса с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом может регулироваться путем установки частоты вращения статора.
Использование бесщеточных двигателей с постоянным магнитом в бытовых приборах в целом известно на современном уровне техники.
DE 19533076 A1 описывает схему управления бесщеточным синхронным двигателем насоса в стиральной машине.
DE 19846831 A1 заявляет способ определения положения ротора синхронного двигателя.
JP 2004278539 A предлагает использовать насос с бесщеточным двигателем в посудомоечной машине. Представленная в нем посудомоечная машина располагает одним насосом, который обеспечивает циркуляцию моющего раствора в замкнутом контуре и откачивание моющего раствора из посудомоечной машины.
EP 1502535 A2 описывает циркуляционный насос с бесщеточным двигателем, с помощью которого можно контролировать поток жидкости в посудомоечной машине. В частности, можно на выбор направлять моющий раствор в верхнюю корзину, нижнюю корзину или в обе корзины для посуды.
Кроме того, JP 2001276479 A заявляет насос с бесщеточным двигателем, отличающийся осевым расположением впуска и тангенциальным расположением выпуска на корпусе насоса.
Сущность изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка посудомоечной машины, отличающейся улучшенными потребительскими свойствами и, одновременно, экономичностью производства.
Эта задача решается посудомоечной машиной с признаками, раскрываемыми в пункте 1 формулы изобретения. Выгодные варианты исполнения раскрываются в зависимых пунктах формулы изобретения.
В посудомоечной машине согласно изобретению, по меньшей мере, с одним насосным устройством для подачи моющего раствора, причем насосное устройство содержит, по меньшей мере, один насос с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом, насосное устройство содержит первый насос с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом и второй насос с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом, в частности, с бесщеточным двигателем постоянного тока. Кроме того, предусмотрено общее электронное управляющее устройство для первого и второго насоса насосного устройства.
Применение насосов с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом, в частности, с бесщеточным двигателем постоянного тока, позволяет внести значительные усовершенствования в контур циркуляции воды посудомоечной машины. В целом это реализуется конструкцией корпуса насоса с возможностью оптимизации. Благодаря этому у насосов с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом повышается производительность, которая дополнительно может свободно регулироваться при помощи частоты вращения. Так как насосы с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом имеют так называемые мокрые роторы, нет необходимости в дорогостоящей герметизации насоса. Обычно каждый двигатель с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом имеет собственное электронное управляющее устройство. Способ согласно изобретению, согласно которому первый и второй насосы имеют общее электронное управляющее устройство, позволяет частично компенсировать высокую стоимость.
Согласно одному из вариантов исполнения конструкция электронного управляющего устройства позволяет попеременно включать первый и второй насос насосного устройства. Поэтому компоненты, необходимые для управления бесщеточным двигателем с постоянным магнитом (например, мостовая схема на n-МОП-транзисторах, IGBT (биполярных транзисторах с изолированным затвором) или другие схемные элементы) могут быть предусмотрены только в одном экземпляре и попеременно управлять первым или вторым насосом. Одновременная работа первого и второго насоса не предусмотрена.
Попеременная работа первого и второго насоса насосного устройства в рамках предлагаемого изобретения означает, что между включением одного и другого насоса может иметь место временной промежуток любой длительности, во время которого не работает ни один из насосов. С другой стороны, должна иметься возможность включения другого насоса непосредственно по завершении работы первого насоса.
В то время как первый насос является сливным насосом, с помощью которого моющий раствор может сливаться из моечной камеры, второй насос является циркуляционным насосом посудомоечной машины, с помощью которого моющий раствор может циркулировать в замкнутом контуре посудомоечной машины. Электронное управляющее устройство содержит электронный преобразователь, служащий для управления и питания насосного устройства.
Согласно следующему варианту исполнения конструкция электронного управляющего устройства позволяет определить положение ротора бесщеточного двигателя с постоянным магнитом и изменить направление вращения ротора в случае, если обнаружено, что реальная частота вращения отличается от заданной частоты вращения или заданного диапазона частоты вращения. При этом конструкция обуславливает возможность определения положения ротора бесщеточного двигателя с постоянным магнитом без помощи дополнительного датчика. Положение ротора может быть измерено, например, посредством обратного индуктированного напряжения или результирующего тока. Определение положения ротора, в принципе, известно специалисту, поэтому подробное описание этой операции не приводится. Учитывая эту информацию, электронное управляющее устройство способно определить отклонения частоты вращения от заданной частоты вращения или заданного диапазона частоты вращения. Если такое отклонение имеет место, то оно может быть вызвано блокировкой, обусловленной, например, попаданием остатков пищи или чего-нибудь подобного в сливной насос. Путем изменения направления вращения, например, попеременного изменения направления вращения, которое целенаправленно может выполняться электронным управляющим устройством, возможно снять такую блокировку насоса.
Согласно следующему варианту исполнения конструкция электронного управляющего устройства позволяет выключать первый и/или второй насос по истечении заданного времени после запуска первого и/или второго насоса. Другими словами, первый и/или второй насос может работать с временным управлением, причем можно задать включение и выключение в установленное время. Такой вариант невозможен для насосов с синхронным двигателем, так как там вследствие случайно выбираемого направления вращения ротора до запуска насоса может пройти неопределенное время. Вследствие этого посудомоечные машины с синхронными двигателями работают еще некоторое время сверх периода работы насоса, например, 30 секунд. Устранение этого дополнительного периода работы насоса позволяет снизить энергопотребление и шумность.
Согласно следующему варианту исполнения конструкция электронного управляющего устройства позволяет выключать первый и/или второй насос в случае выполнения заданного условия, относящегося к частоте вращения. Таким условием может быть превышение заданной частоты вращения. В другом варианте условием может быть обнаружение превышения заданного диапазона частоты вращения. В основе этого метода лежит тот факт, что частота вращения повышается, как только через насос начинает проходить воздух, то есть, как только будет завершен собственно процесс слива моющего раствора.
Согласно следующему предпочтительному варианту исполнения первый и/или второй насос имеют расположенный по центру и соосно валу крыльчатки впуск и расположенный тангенциально на корпусе первого и/или второго насоса выпуск. В частности, тангенциальное расположение выпуска на корпусе позволяет значительно улучшить гидравлические свойства. В результате насос с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом может отличаться повышенной производительностью по сравнению с обычным насосом (с двигателем с расщепленными полюсами или с синхронным двигателем).
Благодаря возможности эксплуатировать насос с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом с определенной частотой вращения становится возможным улучшить гидродинамические свойства крыльчатки, жестко соединенной с ротором. Тем самым, становится возможным дальнейшее повышение производительности.
Эти меры позволяют получить повышенное давление на выпуске насоса. В результате, с одной стороны, моющий раствор, циркулирующий в замкнутом контуре при помощи циркуляционного насоса, может подаваться на подлежащие мойке предметы с более высоким давлением, благодаря чему улучшается очищающее действие. С другой стороны, соответствующая конструкция сливного насоса может обеспечить увеличенную высоту подачи по сравнению с насосами с двигателем с расщепленными полюсами или с синхронным двигателем. Это означает, что разъем для подключения к бытовой сети может быть смещен вверх по сравнению с современным уровнем техники. С другой стороны, размеры насоса также могут быть согласованы с доступной на сегодняшний день высотой подачи, благодаря чему можно снизить расходы на производство посудомоечной машины согласно изобретению.
Кроме того, изобретение относится к электронному управляющему устройству, сконструированному для использования в вышеописанной посудомоечной машине, а также к насосу.
Краткое описание чертежей
Изобретение подробно описывается ниже на основании фигур. На фигурах изображено:
Фигура 1: схематичный вид посудомоечной машины согласно изобретению.
Фигура 2: схематичный вид (сечение) насоса с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом, который может применяться в посудомоечной машине согласно изобретению.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 представлено сечение посудомоечной машины 1 согласно изобретению в схематичном виде. Она известным образом содержит моечную камеру 2. В моечной камере 2, также известным образом, расположены два распылителя 3, 4, относящиеся к известным и не показанным корзинам для посуды. Моющий раствор после попадания на подлежащие мойке предметы (также не показанные на фигуре) попадает в ванну 16 для моющего раствора и далее в насосный колодец 17. Выход насосного колодца 17 соединен посредством трубки 12 или 13 со сливным насосом 5 или с циркуляционным насосом 6. Выпуск циркуляционного насоса 6 известным образом соединен с распылителями 3 или 4 посредством трубки 8 или 9. Выпуск сливного насоса 5 соединен с выпуском 20 посудомоечной машины, то есть подаваемый насосом 5 грязный моющий раствор через трубку 18 может попадать в расположенный в стенке 21 канализационный вход 19, причем должен быть преодолен заданный перепад высот между выпуском 20 и канализационным входом 19.
Эксплуатация и управление сливным насосом 5 и циркуляционным насосом 6 осуществляется общим электронным управляющим устройством 7. Это устройство соединено со сливным насосом 5 через управляющую линию 14 и с циркуляционным насосом 6 через управляющую линию 15. Электронное управляющее устройство содержит, в том числе, электронный преобразователь, например, мостовую схему, предназначенную для управления и питания сливного насоса 5 или циркуляционного насоса 6. При этом электронный преобразователь предусмотрен в электронном управляющем устройстве 7 только в одном экземпляре. Этого достаточно, так как сливной насос 5 и циркуляционный насос 6 всегда работают попеременно под управлением программируемого управляющего устройства и никогда - одновременно.
На фигуре 2 схематично показана примерная конструкция насоса 30 с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом (не показанным на фигуре). При этом насос 30 может представлять собой сливной насос 5 и/или циркуляционный насос 6. В качестве двигателя с постоянным магнитом могут применяться, в принципе, все известные типы, например, бесщеточные электродвигатели постоянного тока (BLDC), бесщеточные электродвигатели переменного тока (BLAC) или синхронные двигатели с постоянным возбуждением (PMSM). Предпочтительно применяются бесщеточные электродвигатели постоянного тока. Корпус 35 насоса имеет впуск 31, расположенный соосно валу крыльчатки 33, и тангенциально расположенный выпуск 32. Направление вращения крыльчатки 33 обозначено буквой A. Буквой B обозначено направление потока, получаемого при работе насоса 30 в направлении A вращения. Помимо возможности свободной настройки частоты вращения крыльчатки 33 посредством электронного управляющего устройства подобная конструкция обеспечивает на выпуске лишь незначительное гидравлическое сопротивление, так что насос 30 по сравнению с обычными насосами отличается высокой производительностью. Производительность может быть дополнительно улучшена выбором формы крыльчатки 33, имеющей, например, четыре лопасти 34. Оптимальное количество и форма лопастей 34 могут быть определены известными средствами путем моделирования.
Таким образом, применение циркуляционного насоса с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом позволяет получить повышенное, максимально достижимое давление на форсунках распылителей, благодаря чему улучшается очищающее действие по сравнению с обычными посудомоечными машинами. Если такое повышенное давление нежелательно, например, при мойке чувствительной посуды, то оно может быть уменьшено простой регулировкой частоты вращения (снижением частоты вращения насоса).
Использование сливного насоса с бесщеточным двигателем с постоянным магнитом благодаря повышенной производительности по сравнению с обычными насосами позволяет преодолевать больший перепад высот между выпуском 20 посудомоечной машины и канализационным входом 19 в стенке 21, благодаря чему канализационный вход 19 в стенке 21 можно было бы расположить в другом месте. С другой стороны, если перепад высот между выпуском 20 посудомоечной машины и канализационным входом 19 останется таким же, как было предусмотрено в обычных посудомоечных машинах современного уровня техники, то становится возможным сделать размеры сливного насоса 5 соответствующими этому перепаду высот. Благодаря этому можно уменьшить конструктивные размеры сливного насоса. В результате, помимо снижения производственных расходов, в посудомоечной машине появляется больше места для монтажа других компонентов.
Если конструктивные особенности не позволяют расположить выпуск тангенциально на корпусе насоса, то можно предусмотреть выпуск и в другом месте, например, по центру.
Таким образом, предлагаемое изобретение описывает посудомоечную машину, которая, помимо улучшенных потребительских свойств, может отличаться меньшими производственными расходами.