EP0565157A1

EP0565157A1 - Method for the detection and compensation of an unbalance of a motor driven rotor

Info

Publication number: EP0565157A1
Application number: EP93200732A
Authority: EP
Inventors: Lutz Scholten
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH; Philips Gloeilampenfabrieken NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 1992-03-20
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1993-10-13
Also published as: DE4208989A1; JPH0611405A

Abstract

The invention relates to a method for the detection and compensation of an unbalance in a rotor driven by an electric motor (16), for example in a washing drum (15) of a washing machine, with a device for measuring the unbalance in terms of position and amount, and with electronics (17, 18) for controlling the motor (16) on the basis of the measured values, the torque of the motor (16) first being kept constant, after the acceleration of the rotor (15) to a minimum value, so that, in the presence of an unbalance, there is a speed change which is evaluated (detection phase) to determine the amount and position of the unbalance, and that, then, in the event of an increase in the speed, a compensation of the unbalance takes place (compensation phase) on the basis of these determined values by means of an appropriate control of the motor (16). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Detektion und Kompensation einer Unwucht bei einem durch einen Elektromotor angetriebenen Rotor, z.B. bei einer Waschtrommel einer Waschmaschine, mit einer Einrichtung zur Messung der Unwucht nach Lage und Größe und mit einer Elektronik zur Steuerung des Motors aufgrund der gemessenen Unwuchtwerte.The invention relates to a method for detecting and compensating for an unbalance in a rotor driven by an electric motor, e.g. in a washing drum of a washing machine, with a device for measuring the unbalance by position and size and with electronics for controlling the motor based on the measured unbalance values.

Durch die EP-OS 0 349 798 ist ein Verfahren zur Steuerung des Schleudervorganges einer Trommelwaschmaschine bekanntgeworden, die einen Laugenbehälter mit einer darin drehbar gelagerten Trommel, einen steuerbaren Elektromotor zum Antrieb der Trommel und eine Einrichtung zur Messung der Unwucht der Trommel aufweist. Bei dem bekannten Verfahren wird die Trommel unmittelbar vor oder beim Hochfahren auf die Schleuderdrehzahl aus einer von der Unwuchtmeßeinrichtung ermittelten Position der Unwucht heraus beschleunigt, wobei diese Position der Unwucht sich durch einen Drehzahlabfall, eine erhöhte Motorstromaufnahme und ein erhöhtes Drehmoment auszeichnet. Dabei kann die Position und die Größe der Unwucht während der Beschleunigungs- bzw. Hochlaufphase zum Schleudern im Wäscheverteil-Wäscheanlegedrehzahlbereich festgestellt werden. Bei diesen bekannten Verfahren wird die durch Unwucht bedingte Auslenkung des schwingenden Aggregates verringert. Ein Versatz der Maschine soll dadurch auch bei hohen Schleuderdrehzahlen nicht auftreten. Ebenso soll das schwingungsfähig aufgehängte Innenaggregat nicht mehr am Gehäuse anschlagen. Das bekannte Verfahren soll damit ein Schleudern auch dann ermöglichen, wenn eine unzulässig hohe Unwucht vorliegt. Als Indiz für eine eventuell vorliegende Unwucht können dabei die Schwankungen der Drehzahl, der Motorstromaufnahme und/oder des Drehmomentes ausgewertet werden. Bei der bekannten Bauart erzeugt ein mit der Motorwelle verbundener Tachogenerator eine der jeweiligen Drehzahl der Wäschetrommel entsprechende Istspannung, die mit einer der gewünschten Drehzahl entsprechenden Sollspannung verglichen wird. Je nach Regelabweichung erfolgt dabei eine entsprechende Steuerung des Motors. Dabei ist die Größe der Drehzahländerung ein Maß für die Größe der Unwucht, während die Drehzahl, die Motorstromaufnahme bzw. das Drehmoment Aufschluß über die Position der Unwucht der Trommel geben.From EP-OS 0 349 798 a method for controlling the spinning process of a drum washing machine has become known, which has a tub with a drum rotatably mounted therein, a controllable electric motor for driving the drum and a device for measuring the unbalance of the drum. In the known method, the drum is accelerated from a position of the unbalance determined by the unbalance measuring device immediately before or when ramping up to the spin speed, this position of the unbalance being characterized by a drop in speed, an increased motor current consumption and an increased torque. The position and the size of the unbalance can be determined during the acceleration or run-up phase for spinning in the laundry distribution laundry application speed range. In these known methods, the deflection of the vibrating unit caused by imbalance is reduced. As a result, the machine should not be offset even at high spin speeds. Likewise, the vibratingly suspended indoor unit should no longer strike the housing. The known method is intended to enable spinning even if one is not permitted there is high unbalance. The fluctuations in the speed, the motor current consumption and / or the torque can be evaluated as an indication of a possible unbalance. In the known design, a tachometer generator connected to the motor shaft generates an actual voltage corresponding to the respective speed of the laundry drum, which is compared with a target voltage corresponding to the desired speed. Depending on the control deviation, the motor is controlled accordingly. The size of the change in speed is a measure of the size of the unbalance, while the speed, the motor current consumption or the torque provide information about the position of the unbalance of the drum.

Die Beschleunigung der Wäschetrommel kann auch beim Durchfahren der kritischen Drehzahlbereiche durch eine entsprechende Motor-Leistungsregelung im Verlauf einiger Trommelumdrehungen erreicht werden. Auch dadurch kann die Schwingungsamplitude des Innenaggregates verringert werden. Dabei kann, je nach Bedarf, die Beschleunigung in einem Winkelbereich von 60° bis 170° (in Drehrichtung gemessen) größer als Null sein, während die Beschleunigung im übrigen Winkelbereich gegen Null gehen kann, gleich Null ist oder auch negativ werden kann.The acceleration of the laundry drum can also be achieved when the critical speed ranges are passed through a corresponding motor power control in the course of a few drum revolutions. This can also reduce the vibration amplitude of the indoor unit. Depending on requirements, the acceleration in an angular range from 60 ° to 170 ° (measured in the direction of rotation) can be greater than zero, while the acceleration in the remaining angular range can go to zero, be zero or even become negative.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein wirkungsvolles, zuverlässiges und einfaches Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen.The invention has for its object to provide an effective, reliable and simple method of the type mentioned with simple means.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

daß das Drehmoment des Motors zunächst, nach Beschleunigung des Rotors auf eine Mindestdrehzahl, konstant gehalten wird, so daß beim Vorhandensein einer Unwucht eine Drehzahländerung erfolgt, die zur Ermittlung der Größe und Lage der Unwucht ausgewertet wird (Detektionsphase) und
daß sodann aufgrund dieser ermittelten Werte bei einer Erhöhung der Drehzahl eine Kompensation der Unwucht durch entsprechende Ansteuerung des Motors erfolgt (Kompensationsphase).

According to the invention, this object is achieved by

that the torque of the motor is initially kept constant after the rotor has accelerated to a minimum speed, so that if there is an unbalance, there is a change in speed which is evaluated to determine the size and position of the unbalance will (detection phase) and
then, based on these determined values, when the speed increases, the unbalance is compensated by correspondingly controlling the motor (compensation phase).

Der Mindestwert, auf den der Rotor in dieser Detektionsphase zunächst beschleunigt wird, ist der Wert, bei dem sich eine rotoreigene Unwucht bemerkbar macht. Bei Trommelwaschmaschinen wird die Trommel zunächst auf einen Wert von etwa 70 U/min beschleunigt. Dies ist der Wert, bei dem in der Trommel befindliche Wäsche sich an den Innenwänden anlegt, so daS sich eine durch ungleichmäßige Verteilung der Wäsche bedingte Unwucht nunmehr bemerkbar macht. Wichtig ist somit die Ansteuerung des Motorantriebes derart, daS sich ein konstantes Antriebsmoment ergibt. Im Gegensatz zu der eingangs genannten bekannten Bauart werden bei der erfindungsgemäßen Bauart somit weder Ströme, noch die Differenz zwischen Solldrehzahl und Istdrehzahl ausgewertet. Vielmehr werden, in Ausgestaltung der Erfindung, mit Hilfe eines in der Elektronik abgelegten Motorzustandsmodelles Steuergrößen erzeugt, die ein von der Drehzahl und von der Belastung (Unwucht vorhanden/nicht vorhanden) unabhängiges Motordrehmoment erzeugen. Damit ist es möglich, auf einfache Weise ein konstantes Drehmoment für den Motorantrieb zu erzeugen, so daß die durch eine auftretende Unwucht erzeugten Drehzahländerungen in exakter Weise zur Ermittlung der Größe und der Lage der Unwucht ausgewertet werden können.The minimum value to which the rotor is initially accelerated in this detection phase is the value at which a rotor's own imbalance is noticeable. In drum washing machines, the drum is first accelerated to a value of around 70 rpm. This is the value at which the laundry in the drum deposits on the inner walls, so that an imbalance caused by the uneven distribution of the laundry is now noticeable. It is therefore important to control the motor drive in such a way that a constant drive torque results. In contrast to the known design mentioned at the outset, neither currents nor the difference between the desired speed and the actual speed are evaluated in the design according to the invention. Rather, in an embodiment of the invention, with the aid of a motor status model stored in the electronics, control variables are generated which generate an engine torque that is independent of the speed and the load (unbalance present / not present). This makes it possible to easily generate a constant torque for the motor drive, so that the speed changes generated by an imbalance that occurs can be evaluated in an exact manner to determine the size and position of the imbalance.

Die Ermittlung der Werte für die Größe und die Lage der Unwucht erfolgt vorzugsweise dadurch, daS eine von einem Drehgeber des Motors gelieferte Pulskette von der Elektronik mit Hilfe eines Pulszählers derart ausgewertet wird, daß im Steuerprogramm für den Motor sowohl die jeweilige Drehzahl der Motorwelle als auch die jeweilige Lage eines fiktiven Punktes auf der Motorwelle verfügbar ist und daß damit die Drehzahl des Rotors und die Lage und Größe einer möglichen Unwucht auf dem Rotor erfaßbar sind. Dabei wird bei Drehung der Welle der Pulszähler durch jede Flanke der Pulskette heraufgesetzt.The determination of the values for the size and the position of the unbalance is preferably carried out by evaluating a pulse chain supplied by an encoder of the motor by the electronics with the aid of a pulse counter in such a way that both the The respective speed of the motor shaft and the respective position of a fictitious point on the motor shaft are available and that the speed of the rotor and the position and size of a possible imbalance on the rotor can thus be detected. When the shaft rotates, the pulse counter is incremented by each flank of the pulse chain.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß nach Erreichen eines zyklisch eingeschwungenen Betriebes mit konstantem Antriebsmoment und mit einer Mindestrotordrehzahl die Messung des Zählerstandes innerhalb von bestimmten kurzen Zeitabschnitten erfolgt, deren Dauer jeweils einem Bruchteil der Dauer eines Rotorumlaufes entspricht. Dabei wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Größe der Drehzahl vorzugsweise dadurch bestimmt, daS die Änderung des Zählerstandes pro Zeitabschnitt erfaßt und durch die zwischen den Zeitabschnitten verstrichene Zeit dividiert wird, wodurch sich eine der Drehzahl proportionale Meßgröße ergibt. Dabei wird die Differenz von maximaler und minimaler Rotordrehzahl erfaßt und zur Bemessung der Größe der Unwucht ausgewertet.In an embodiment of the invention, it is provided that after a cyclical steady-state operation with constant drive torque and with a minimum rotor speed, the meter reading is carried out within certain short periods of time, the duration of which corresponds in each case to a fraction of the duration of a rotor revolution. In a further embodiment of the invention, the size of the speed is preferably determined by detecting the change in the counter reading per time period and dividing it by the time elapsing between the time periods, resulting in a measured variable proportional to the speed. The difference between the maximum and minimum rotor speed is recorded and evaluated to determine the size of the unbalance.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Lage der Unwucht dadurch bestimmt, daS die Änderung des Zählerstandes pro Zeitabschnitt erfaßt und durch die Anzahl der möglichen Pulse pro Rotordrehung dividiert wird, wodurch sich eine Meßgröße ergibt, die die Änderung der Lage enes fiktiven Punktes auf dem Rotor, z.B. der Unwucht, pro Zeitabschnitt beschreibt (relative Lage). Die absolute Lage der Unwucht wird bei Auftreten der maximalen bzw. der minimalen Rotordrehzahl erfaßt.In a further embodiment of the invention, the position of the unbalance is determined by detecting the change in the counter reading per time period and dividing it by the number of possible pulses per rotor rotation, which results in a measured variable that changes the position of a fictitious point on the rotor , e.g. describes the unbalance, per time period (relative position). The absolute position of the unbalance is recorded when the maximum or minimum rotor speed occurs.

Die mit Hilfe des Drehzahlverlaufes ermittelte Position einer Unwucht wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung stets so nachgeführt, daS sie jederzeit im Steuerprogramm für den Motor verfügbar ist.The position of an unbalance determined with the aid of the speed curve is always tracked in a further embodiment of the invention so that it is at all times in the control program is available for the engine.

Damit ist die Detektionsphase abgeschlossen, in der bei einem zyklisch eingeschwungenem Betrieb bei konstantem Antriebsmoment und bei einer Mindestrotordrehzahl die Größe und die Lage der Unwucht ermittelt wurde. Nach Abschluß dieser Detektionsphase erfolgt nunmehr die eigentliche Prozeßsteuerung in der sogenannten Kompensationsphase, wobei eine aktive Unwuchtkompensation eingesetzt wird, wenn der Rotor auf eine höhere Drehzahl beschleunigt werden soll. Bei einer Waschmaschine, bei der die Trommel mit Wäsche gefüllt ist, setzt diese aktive Unwuchtkompensation dann ein, wenn die Trommel in den Schleuderbetrieb beschleunigt werden soll. Dabei werden, in Ausgestaltung der Erfindung, zur Kompensation einer nach Größe und Lage in der Detektionsphase ermittelten Unwucht in der Elektronik Steuergrößen erzeugt, welche ein Drehmoment an der Motorwelle entstehen lassen, das dem für eine mittlere Beschleunigung notwendigen Moment plus einem zur Kompensation erforderlichen Moment entspricht, wobei das zur Kompensation erforderliche Moment von der Größe und Lage der Unwucht abhängig ist. Diese Steuergrößen werden in der Elektronik aufgrund der Werte ermittelt, die in der Detektionsphase für die Lage und Größe der Unwucht gefunden wurden. Je nach Lage der Unwucht muß daher entweder Energie zugeführt werden oder es muß Energie vernichtet werden, damit der Rotor die gewünschte Beschleunigung erhält.This completes the detection phase, in which the size and position of the unbalance was determined during cyclical steady-state operation with constant drive torque and at a minimum rotor speed. After completion of this detection phase, the actual process control now takes place in the so-called compensation phase, an active unbalance compensation being used when the rotor is to be accelerated to a higher speed. In the case of a washing machine in which the drum is filled with laundry, this active imbalance compensation is used when the drum is to be accelerated in the spin mode. In an embodiment of the invention, in order to compensate for an imbalance determined in terms of size and position in the detection phase, control variables are generated which produce a torque on the motor shaft which corresponds to the torque required for medium acceleration plus a torque required for compensation , whereby the moment required for compensation depends on the size and position of the unbalance. These control variables are determined in the electronics on the basis of the values found for the position and size of the unbalance in the detection phase. Depending on the position of the unbalance, energy must either be supplied or energy must be destroyed so that the rotor receives the desired acceleration.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die zur Erzeugung des Kompensationsmomentes erforderlichen Steuergrößen in einem Kennlinienfeld als Rechengröße in einem ROM abgespeichert sind. Dies bedeutet, daß bei der Beschleunigung des Rotors auf höhere Drehzahlen in jedem Moment der Elektronik angezeigt wird, wo die vorher nach Größe bereits ermittelte Unwucht sich befindet, und daß aufgrund dieser Werte anhand des gespeicherten Kennlinienfeldes Steuergrößen geliefert werden, die zur Erzeugung des Kompensationsmomentes erforderlich sind.In a further embodiment of the invention it is provided that the control variables required to generate the compensation torque are stored in a characteristic field as a calculation variable in a ROM. This means that when the rotor accelerates to higher speeds, the electronics will show where they were before there is already an unbalance determined by size, and that based on these values, control values are supplied based on the stored characteristic field, which are required to generate the compensation torque.

Vorzugsweise wird das oben genannte Verfahren angewendet bei einem mit Wäsche beladenen Haushaltgerät, z.B. bei einer Waschmaschine, wobei das Haushaltgerät vor Beginn des Detektions- und Kompensationsverfahrens auf eine Mindestumdrehung von etwa 70 U/min beschleunigt wird, so daß die eine Unwucht erzeugende Wäsche an der Trommelinnenwand haften bleibt. Damit wird, wie bereits oben erwähnt, erreicht, daß eine durch ungleichmäßige Verteilung der Wäsche erzeugte Unwucht wirksam wird und somit nach Lage und Größe detektiert werden kann.Preferably, the above method is applied to a household appliance loaded with laundry, e.g. in a washing machine, the household appliance being accelerated to a minimum rotation of about 70 rpm before the start of the detection and compensation process, so that the unbalanced laundry adheres to the inside wall of the drum. As already mentioned above, this ensures that an imbalance produced by uneven distribution of the laundry becomes effective and can thus be detected according to position and size.

Eine einfache und zuverlässige Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens der oben genannten Art ist vorzugsweise gekennzeichnet durch einen am Netz liegenden Umrichter zur Erzeugung einer Speisespannung für den Motor und durch einen Mikrokontroller zur Steuerung des Motors, der einen Speicher (ROM) und Anzeige- und Bedienelemente enthält und der mit einem Drehgeber und mit dem Umrichter verbunden ist.A simple and reliable arrangement for carrying out a method of the type mentioned above is preferably characterized by a converter connected to the mains for generating a supply voltage for the motor and by a microcontroller for controlling the motor, which contains a memory (ROM) and display and operating elements and which is connected to a rotary encoder and to the converter.

Dabei enthält der Umrichter

a) eine Gleichrichterbrücke zur Gleichrichtung der Netzspannung,
b) einen nachgeschalteten Glättungskondensator zum Glätten einer anstehenden Zwischenkreisspannung auf einen konstanten Wert,
c) einen automatisch zuschaltbaren Bremswiderstand zur Umwandlung von aus kinetischer Bremsenergie des Motors gewonnener elektrischer Energie in thermische Energie und
d) einen Wechselrichter mit durch den Mikrokontroller steuerbaren Leistungstransistoren zur Erzeugung einer blockförmigen Zwischenkreisspannung für den Motor.

The converter contains

a) a rectifier bridge for rectifying the mains voltage,
b) a downstream smoothing capacitor for smoothing an applied intermediate circuit voltage to a constant value,
c) an automatically switchable braking resistor for converting electrical energy obtained from kinetic braking energy of the motor into thermal energy and
d) an inverter with power transistors controllable by the microcontroller to generate a block-shaped intermediate circuit voltage for the motor.

Der Umrichter besitzt vorzugsweise eine Schaltfrequenz von 20 kHz. Der erfindungsgemäße Aufbau der Anordnung besitzt den Vorteil, daß kurzzeitig ein Drehmoment in Höhe des drei- bis vierfachen Nennmomentes erreichbar ist, ohne daß der Antrieb Schaden nimmt. Ein möglichst hohes Drehmoment aber ermöglichst erst ein zufriedenstellendes Resultat, besonders im Bereich der mechanischen Resonanzdrehzahl. Gerade in diesem Drehbereich soll die aktive Unwuchtkompensation angewendet werden. Da das Produkt aus Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit die Leistung ergibt und da während der Kompensation ein hohes Drehmoment bei relativ großer Drehzahl gefordert wird, ergibt sich ein kurzzeitig großer Leistungsbedarf, welcher durch den überlastbaren Antrieb gedeckt wird.The converter preferably has a switching frequency of 20 kHz. The structure of the arrangement according to the invention has the advantage that a torque of three to four times the nominal torque can be reached for a short time without the drive being damaged. However, the highest possible torque enables a satisfactory result, especially in the area of the mechanical resonance speed. Active unbalance compensation should be used in this rotation range. Since the product of torque and angular velocity gives the power and because a high torque at relatively high speed is required during the compensation, there is a short-term high power requirement, which is covered by the overloadable drive.

In der Zeichnung ist in den Fig. 1 bis 4 ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Fig. 1 und 2 zeigen eine schematische Vorder- und Seitenansicht einer Waschmaschine, Fig. 3 zeigt ein Schaltbild zur Steuerung eines Motors zum Antrieb der Waschmaschine und Fig. 4 zeigt den Verlauf der Steuerspannung für den Motor.In the drawing, an embodiment of the object according to the invention is shown schematically in FIGS. 1 to 4. 1 and 2 show a schematic front and side view of a washing machine, FIG. 3 shows a circuit diagram for controlling a motor for driving the washing machine and FIG. 4 shows the course of the control voltage for the motor.

Die Waschmaschine enthält ein Gehäuse 10, in dem ein schwingbeweglich gelagerter Laugenbehälter 11 angeordnet ist, der einerseits über Stoßdämpfer 12 am Boden 13 abgestützt und andererseits über Federn 14 an der Decke des Gehäuses aufgehängt ist. Innerhalb des Laugenbehälters 11 ist eine einseitig drehbar gelagerte Trommel 15 angeordnet, die im weiteren Verlauf der Beschreibung auch als Rotor bezeichnet wird und die von einem am Laugenbehälter 11 befestigten Motor 16 angetrieben wird. In Fig. 2 sind die Federn 14 als eine Feder und die Stoßdämpfer 12 als ein Stoßdämpfer schematisch dargestellt.The washing machine contains a housing 10 in which an oscillatingly mounted tub 11 is arranged, which is supported on the one hand by shock absorbers 12 on the floor 13 and on the other hand is suspended by springs 14 on the ceiling of the housing. Arranged inside the tub 11 is a drum 15 which is rotatably mounted on one side and which, in the further course of the description, also functions as Rotor is called and which is driven by a motor 16 attached to the tub 11. In Fig. 2, the springs 14 are shown schematically as a spring and the shock absorbers 12 as a shock absorber.

Fig. 3 zeigt eine einen Umrichter 17 und einen Mikrokontroller 18 enthaltende Elektronik zur Steuerung des Antriebsmotors 16. Der Umrichter 17 liegt eingangsseitig an einem Netz 19 und dient zur Erzeugung einer ausgangsseitigen Speisespannung 20 für den Motor 16. Der Mikrokontroller 18 enthält einen Speicher 21 und Anzeige- bzw. Bedienelemente 22 und ist einerseits über Leitungen 23a, b mit dem Umrichter 17 und andererseits über eine Leitung 24 mit einem Drehgeber 25 verbunden, der auf der Motorwelle 26 sitzt.3 shows an electronic system containing a converter 17 and a microcontroller 18 for controlling the drive motor 16. The converter 17 is connected on the input side to a network 19 and is used to generate an output voltage 20 for the motor 16. The microcontroller 18 contains a memory 21 and Display and operating elements 22 and is connected on the one hand via lines 23a, b to the converter 17 and on the other hand via a line 24 to a rotary encoder 25 which is seated on the motor shaft 26.

Der Umrichter 17 enthält eine Gleichrichterbrücke 27 zur Gleichrichtung der Netzspannung 19, einen nachgeschalteten Glättungskondensator 28 zum Glätten einer anstehenden Zwischenkreisspannung 29 auf einen konstanten Wert, einen automatisch zuschaltbaren Bremswiderstand 30 zum Umwandeln von aus kinetischer Bremsenergie des Motors 16 gewonnener elektrischer Energie in thermische Energie, einen Wechselrichter 31 mit durch den Mikrokontroller 18 steuerbaren Leistungstransistoren 32 zur Erzeugung einer blockförmigen Speisespannung 20 bzw. 34 für den Motor 16. Der Bremswiderstand 30 wandelt im Bremsmodus des Motors 16 die elektrische Energie, welche aus der Umwandlung der kinetischen Energie aus der Trommelbewegung gewonnen wurde, in thermische Energie um. Der Bremszweig wird automatisch, z.B. durch Detektieren einer Zwischenkreisspannung 29 oberhalb einer vorgegebenen Grenze, solange zugeschaltet, bis die Zwischenkreisspannung 29 wieder unter die vorgegebene Grenze fällt.The converter 17 contains a rectifier bridge 27 for rectifying the mains voltage 19, a downstream smoothing capacitor 28 for smoothing an applied intermediate circuit voltage 29 to a constant value, an automatically switchable braking resistor 30 for converting electrical energy obtained from kinetic braking energy of the motor 16 into thermal energy, one Inverter 31 with power transistors 32 controllable by the microcontroller 18 for generating a block-shaped supply voltage 20 or 34 for the motor 16. In the braking mode of the motor 16, the braking resistor 30 converts the electrical energy which was obtained from the conversion of the kinetic energy from the drum movement, into thermal energy. The braking branch is switched on automatically, for example by detecting an intermediate circuit voltage 29 above a predetermined limit, until the intermediate circuit voltage 29 falls below the predetermined limit again.

Durch Ansteuerung der Leistungstransistoren 32 durch den Mikrokontroller 18 wird die Zwischenkreisspannung 29 blockförmig auf die Klemmen des Motors 16 geschaltet, und zwar derart, daß die Grundschwingungen 33 dieser blockförmigen Spannungssignale 34 an den Motorklemmen ein symmetrisches, dreiphasiges Spannungssidnal ergeben. Die Form der Wechselrichterausgangssignale ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Der Umrichter besitzt eine Schaltfrequenz von 20 kHz, d.h., daß der Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flanken der Spannungsblöcke 34 50 µsec beträgt. Somit ist das Umrichtergeräusch unhörbar und das Motorgeräusch sehr gering.By driving the power transistors 32 through the microcontroller 18, the intermediate circuit voltage 29 is connected in block form to the terminals of the motor 16, in such a way that the fundamental oscillations 33 of these block-shaped voltage signals 34 at the motor terminals result in a symmetrical, three-phase voltage signal. The form of the inverter output signals is shown schematically in FIG. 4. The converter has a switching frequency of 20 kHz, i.e. the period between two successive edges of the voltage blocks 34 is 50 µsec. The converter noise is therefore inaudible and the motor noise is very low.

Der Ausgang des Pulsgebers 25 auf der Welle 26 des Asynchronmotors 16 liefert bei Drehung der Welle eine Pulskette 35, die von dem Mikrokontroller 18 derart ausgewertet wird, daß im Steuerprogramm sowohl die mechanische Drehzahl der Motorwelle 26 als auch die Position eines fiktiven Punktes auf der Motorwelle 26 verfügbar sind, so daß damit auch die Drehzahl der Trommel 15 und die Lage und Größe einer möglichen Unwucht auf der Trommel 15 erfaßbar sind.The output of the pulse generator 25 on the shaft 26 of the asynchronous motor 16 supplies a pulse chain 35 when the shaft rotates, which is evaluated by the microcontroller 18 in such a way that in the control program both the mechanical speed of the motor shaft 26 and the position of a fictitious point on the motor shaft 26 are available, so that the speed of the drum 15 and the position and size of a possible imbalance on the drum 15 can be detected.

Der Mikrokontroller 18 hat folgende Aufgaben:

a) Erzeugung der pulsweitenmodulierten (PWM)-Signale zur Ansteuerung der Leistungstransistoren 32,
b) Auswertung der pulsförmigen Drehgebersignale 35 vom Drehgeber 25,
c) Messen der Zwischenkreisspannung 29 oder des Zwischenkreisstromes 36 zur Aktivierung des Bremswiderstandes 30 im Bremszweig mittels eines Schalters 29a und
d) die eigentliche Prozeßsteuerung.

The microcontroller 18 has the following tasks:

a) generation of the pulse width modulated (PWM) signals for controlling the power transistors 32,
b) evaluation of the pulse-shaped encoder signals 35 from the encoder 25,
c) Measuring the intermediate circuit voltage 29 or the intermediate circuit current 36 for activating the braking resistor 30 in the braking branch by means of a switch 29a and
d) the actual process control.

Bei der unter d) erwähnten Prozeßsteuerung wird die aktive Unwuchtkompensation eingesetzt, wenn die durch den Motor 16 angetriebene Trommel (Rotor) 15 in den Schleuderbetrieb beschleunigt werden soll. Hierbei unterscheidet der Mikrokontroller 18 zwei unterschiedliche Phasen, und zwar einmal die Detektionsphase und zum anderen die Kompensationsphase.In the process control mentioned under d), active unbalance compensation is used when the drum (rotor) 15 driven by the motor 16 is to be accelerated into the spin operation. The microcontroller 18 differentiates two different phases, namely the detection phase and the compensation phase.

In der Detektionsphase wird die Trommel 15 beschleunigt, so daß bei Antrieb mit einem konstanten Drehmoment die Mindestdrehzahl der Trommel etwa 70 U/min beträgt. Dabei ist wichtig, daß die Ansteuerung des Antriebes so erfolgt, daß sich ein konstantes Antriebsmoment ergibt. Dabei werden mit Hilfe eines im Mikrokontroller 18 abgelegten Motorzustandsmodelles zunächst Steuergrößen erzeugt, die ein von der Drehzahl und von der Belastung unabhängiges Motordrehmoment erzeugen. Des weiteren werden die von dem Drehgeber 25 erzeugten Drehgebersignale 35 ausgewertet, wobei jede Flanke der pulsförmigen Signale 35 einen Zähler im Mikrokontroller 18 heraufsetzt. Die Auswertung der Motordrehzahl dient zur Bestimmung der Größe und der Lage der Unwucht. Nachdem ein zyklisch eingeschwungener Betriebszustand bei konstantem Antriebsmoment und der Mindestdrehzahl erreicht ist, wird die Differenz von maximaler und minimaler Trommeldrehzahl zur Bemessung der Größe der Unwucht herangezogen. Außerdem wird die Lage der Unwucht mit Hilfe des Drehzahlverlaufs detektiert und durch den Zähler stets so nachgeführt, daß die Lage der Unwucht jederzeit im Steuerprogramm verfügbar ist. Zur Bestimmung der Lage der Unwucht wird die Änderung des Zählerstandes für einen bestimmten Auswertzyklus, d.h. für einen bestimmten Zeitabschnitt, untersucht. Dabei entspricht die Änderung des Zählerstandes pro Zeitabschnitt dividiert durch die Anzahl der möglichen Pulse pro Rotordrehung der Änderung der Lage eines fiktiven Punktes auf dem Rotor, z.B. der Unwucht.In the detection phase, the drum 15 is accelerated, so that when driving with a constant torque, the minimum speed of the drum is approximately 70 rpm. It is important that the drive is controlled so that there is a constant drive torque. With the help of an engine state model stored in the microcontroller 18, control variables are first generated which generate an engine torque which is independent of the speed and the load. Furthermore, the encoder signals 35 generated by the encoder 25 are evaluated, each edge of the pulse-shaped signals 35 incrementing a counter in the microcontroller 18. The evaluation of the engine speed is used to determine the size and position of the unbalance. After a cyclically steady operating state is reached with constant drive torque and the minimum speed, the difference between the maximum and minimum drum speed is used to measure the size of the unbalance. In addition, the position of the unbalance is detected with the aid of the speed curve and always tracked by the counter so that the position of the unbalance is always available in the control program. To determine the position of the unbalance, the change in the counter reading is examined for a specific evaluation cycle, ie for a specific period of time. The change in the counter reading per time period corresponds to the number of possible pulses per Rotor rotation of the change in the position of a fictitious point on the rotor, for example the unbalance.

Nach Abschluß der Detektionsphase folgt die Kompensationsphase. Hier werden ab einer gewissen Trommeldrehzahl im Mikrokontroller 18 Steuergrößen erzeugt, die ein Drehmoment an der Motorwelle entstehen lassen, das dem für eine mittlere Beschleunigung notwendige Moment plus einem zur Kompensation erforderlichen Moment entspricht. Das zur Kompensation erforderliche Moment ist von der Unwuchtmasse sowie der Unwuchtposition abhängig und die dazu notwendigen Steuergrößen sind in einem Kennlinienfeld als Rechengröße in dem ROM-Speicher 21 abgespeichert.After the detection phase has ended, the compensation phase follows. From a certain drum speed, 18 control variables are generated in the microcontroller, which generate a torque on the motor shaft that corresponds to the torque required for medium acceleration plus a torque required for compensation. The torque required for compensation depends on the unbalance mass and the unbalance position, and the control variables required for this purpose are stored in a characteristic field as a calculation variable in the ROM memory 21.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird also keine Leistungs-, sondern eine Spannungsregelung durchgeführt. Die dem System zugeführte Leistung stellt sich als Funktion mehrer Parameter ein. Eine direkte Leistungsregelung ist für das erfindungsgemäße Antriebskonzept nicht einsetzbar.In the method according to the invention, therefore, there is no power regulation, but rather voltage regulation. The power supplied to the system is a function of several parameters. A direct power control cannot be used for the drive concept according to the invention.

Claims

Method for detecting and compensating an imbalance in a rotor driven by an electric motor (16), e.g. B. in a washing drum (15) of a washing machine, with a device for measuring the unbalance according to position and size and with electronics (17, 18) for controlling the motor (16) based on the measured values,
characterized by

- That the torque of the motor (16) is initially kept constant after the rotor (15) has accelerated to a minimum speed, so that if there is an unbalance, a speed change occurs which is evaluated to determine the size and position of the unbalance (detection phase) , and

- That the imbalance is compensated for by an appropriate activation of the motor (16) based on the determined values when the speed increases (compensation phase).

Method according to claim 1,
characterized in that with the aid of a motor state model stored in the electronics (17, 18), control variables are generated which generate the motor torque which is independent of the speed and the load.

The method of claim 1 or 2,
characterized in that a pulse chain (35) supplied by a rotary encoder (25) of the motor (16) is evaluated by the electronics (17, 18) with the aid of a pulse counter such that in the control program for the motor (16) both the respective speed the motor shaft (26) as well the respective position of a fictitious point on the motor shaft (26) is available and that the speed of the rotor (15) and the position and size of a possible imbalance on the rotor can thus be detected.

Method according to claim 3,
characterized in that after a cyclical steady-state operation with constant drive torque and with a minimum rotor speed, the meter reading is carried out within certain time periods, the duration of which corresponds to a fraction of the duration of a rotor revolution.

Method according to claim 3 or 4,
characterized in that the change in the counter reading per time period and divided by the time elapsed between the time periods, resulting in a measured variable proportional to the speed.

Method according to claim 5,
characterized in that the difference between the maximum and minimum rotor speeds is recorded and evaluated to determine the size of the unbalance.

Method according to claim 3 or 4,
characterized in that the change in the counter reading is recorded per time period and divided by the number of possible pulses (35) per rotor rotation, resulting in a measured variable which shows the change in the position of a fictitious point on the rotor, for example the unbalance, per time period describes (relative location).

Method according to claim 7,
characterized in that the absolute position of the unbalance is detected when the maximum or minimum rotor speed occurs.

Method according to claim 7 or 8,
characterized in that the position of the unbalance is always tracked so that it is always available in the control program.

Method according to one of claims 1 to 9,
characterized in that to compensate for an unbalance determined according to size and position in the electronics (17, 18) control variables are generated which give rise to a torque on the motor shaft (26), the torque required for an average acceleration plus one required for the compensation Torque corresponds, whereby the torque required for compensation depends on the size and position of the unbalance.

A method according to claim 10,
characterized in that the control variables required for generating the compensation torque are stored in a characteristic field as a calculation variable in a ROM (21).

Method according to one of claims 1 to 11,
characterized by use in a household appliance loaded with laundry, e.g. B. washing machine, which is accelerated to a minimum rotation of about 70 rpm before the start of the detection and compensation phase, so that the unbalanced laundry adheres to the inside wall of the drum.

Arrangement in the implementation of a method according to one of claims 1 to 12, comprising an electronic system (17, 18) for controlling the motor (16), - By a converter (17) lying on the network (19) for generating a supply voltage (20) for the drive motor (16) designed as an asynchronous motor, and

- By a microcontroller (18) for controlling the motor (16), which microcontroller contains a memory (ROM) (21) and display and control elements (22) and with a rotary encoder (25) on the motor shaft (26) and with Converter (17) is connected.

Arrangement according to claim 13,
characterized in that the converter (17) contains: a) a rectifier bridge (27) for rectifying the mains voltage (19),

b) a downstream smoothing capacitor (28) for smoothing an applied intermediate circuit voltage (29) to a constant value,

c) an automatically switchable braking resistor (30) for converting electrical energy obtained from kinetic braking energy of the motor (16) into thermal energy and

d) an inverter (31) with power transistors (32) controllable by the microcontroller (18) for generating a block-shaped supply voltage (34) for the motor (16).

Arrangement according to claim 14,
characterized in that the automatic connection and disconnection of the braking resistor (30) is carried out by the microcontroller (18), specifically when a certain, definable limit value of the intermediate circuit voltage (29) is exceeded.

Arrangement according to one of claims 13 to 15,
characterized in that the block-shaped supply voltage (34) is connected to the asynchronous motor (16) in such a way that the fundamental oscillation (33) of these voltage signals at the motor terminals results in a symmetrical, three-phase voltage system (rotating rotating field).