用于锁定家用器具的门的锁定装置、家用器具和相应的方法与流程

本发明涉及一种用于锁定家用器具的门的锁定装置，其具有机械式地锁定所述门的锁定元件、具有驱动元件尤其电线圈，以便根据流经驱动元件的电流使锁定元件从解除锁定位置运动到锁定位置中，在所述解除锁定位置中，门不锁定，在所述锁定位置中，门被锁定，其中，驱动元件与直流电压源电耦合，所述锁定装置还具有与驱动元件电耦合的、用于控制流经驱动元件的电流的开关元件，和具有用于操控开关元件的控制装置，其中，控制装置设计为用于，为控制流经驱动元件的电流而向开关元件发送操控脉冲序列。此外，本发明涉及一种具有这样的锁定装置的家用器具以及一种用于锁定家用器具的门的方法。
背景技术：
：目前，人们的关注尤其集中在用于锁定洗衣机的门的锁定装置上。从现有技术以各种各样构型已知这样的用于洗衣机的锁定装置。通常，在此，使用电线圈形式的电磁体，所述电线圈作为用于实际的锁阻装置的驱动元件起作用，所述锁阻装置例如由软磁性的材料制成。如果用电压加载线圈，则锁阻装置或者锁定元件运动到锁定位置中并且保持在该位置中，在所述锁定位置中，门被机械式地锁定进而不能被使用者打开。在现有技术中，线圈通常与家用器具的电网连接端直接耦合进而以电网电压运行。使用三端双向可控硅开关元件(Triac)作为用于控制流经线圈的电流的开关元件，所述三端双向可控硅开关元件借助于相应的微控制器操控。例如从文件EP0808935A2已知这样的具有三端双向可控硅开关的锁定装置。在此，这样的状况可视为使用三端双向可控硅开关元件的缺点：所述三端双向可控硅开关元件的控制连接端(门)必须处于供电网的参考电势上或者说中性电势(N)上。这又导致，微控制器也处于该参考电势上。在现代的家用器具中，必须确保微控制器和其他的控制装置之间的电流分隔，所述其它的控制装置具有其它的参考电势。因此，例如用于操控三相无刷直流马达或者说同步电机的马达控制仪必须处于参考电势上，所述参考电势不同于所提到的供电网的中性电势。因此，为了能够实现不同控制装置之间的相互通信，例如使用光电耦合器，其负责所必需的电流分隔。在这里，一种补救办法实现为使用直流电压源用于门的锁定，如这例如在文件DE102012010929A1中说明。在这里，线圈连接在电开关回路中，所述开关电路用直流电压供给。该直流电压例如由电机内部的网络件(Netzteil)提供，所述网络件由电网交变电压通过整流产生直流电压。在此，尤其由电网交变电压通过全波整流提供直流电压，并且所述直流电压可以是由平滑产生的、几乎幅度恒定的电压。一个或多个用电器处于用直流电压供给的开关回路中，所述用电器可以包括例如用于洗衣机的衣物滚筒的电驱动马达。借助于晶体管控制流经线圈的电流，所述晶体管用操控脉冲操控。为了获得线圈电流的所想要的变化曲线，电压脉冲的占空比(Tastverhaeltnis)这样变化，使得电压脉冲在激励阶段开始时具有小的占空比并且朝激励阶段中间具有越来越大的占空比，直到产生线圈电流的最大值。然而，如果为了给锁定装置供电而使用直流电压源，则出现这样的问题：当向用电器放出能量时，由直流电压源提供的直流电压可能塌陷(einbrechen)。尤其当使用电容器作为直流电压源并且从该电容器提取用于线圈或者其它用电器的能量时，是这种情况。然后，电能的这种提取导致电容器上的电压下降，所述电容器然后又需要充电。电容器的充电又取决于电网电压当前的相位。当用来自直流电压源的电能附加地也供电给另外的用电器时，该问题还变得严重。现在，如果用预先确定且恒定的脉冲长度的操控脉冲操控晶体管，则可能发生：向线圈放出的电能或者说功率总的来说不足以将锁定元件带至锁定位置或者保持在那里。在有些情况下，家用器具的运行安全的运行是不可能的。技术实现要素：本发明的任务在于，阐明一种解决方案，如在开篇所提到类型的锁定装置情况下可以实现门的始终可靠的锁定。根据本发明，该任务通过具有根据相应的独立权利要求特征的锁定装置、家用器具以及方法解决。本发明的有利实施方案为从属权利要求、说明和附图的主题。根据本发明的锁定装置构造为用于锁定家用器具的门。所述锁定装置包括用于机械式地锁定门的锁定元件。例如锁定元件由软磁性的材料构成。此外，锁定装置包括用于根据流经驱动元件的电流使锁定元件从解除锁定位置运动到锁定位置中的驱动元件，在所述解除锁定位置中，门不锁定并且因此可被使用者自由地打开，在所述锁定位置中，门被锁定元件锁定。驱动元件与直流电压源电耦合。所述驱动元件可以是例如线圈或者说电磁体。此外，所述锁定装置包括用于控制流经驱动元件的电流的开关元件、尤其半导体开关。所述开关元件与驱动元件电耦合、尤其与驱动元件电串联。控制装置用于操控开关元件进而通过向开关元件发送至少一个操控脉冲来控制电流。根据本发明，设置，锁定元件具有用于感测由直流电压源提供的直流电压的当前电压值的器件，并且控制装置在锁定装置运行时根据当前电压值来调节操控脉冲的脉冲长度。通过根据直流电压的当前电压高度来确定当前操控脉冲的脉冲长度进而确定向驱动元件发送的电压脉冲的长度实现了：操控脉冲的脉冲长度总是与当前电压值匹配并且因此能够将恒定的电功率并且因此足够地将电能向驱动元件发送，借助于所述电能可以将锁定元件安全和可靠地带至锁定位置中。因此操控脉冲的脉冲长度在电压值较小时可以调节得比在电压值较高时大，以便能够总是确保，向驱动元件发送足够的功率。总的来说，因此能够实现锁定装置的运行安全和可靠的运行，并且这尤其通过使用直流电压源实现，所述直流电压源相对于以电网电压运行驱动元件尤其具有这样的优点：控制装置不必处于电网电压的中性电势上进而不需要采取附加的措施用于多个控制装置之间的电流分隔。在此，家用器具理解为一种使用于家用的器具。家用器具尤其是用于护理衣物物件的器具，如例如洗衣机、洗衣干衣机或者干衣机。门尤其理解为一种器具构件，通过该器具构件可以关闭家用器具的衣物滚筒的开口。如已经解释的这样，尤其使用半导体开关作为开关元件，所述半导体开关的控制连接端与控制装置耦合。在此，例如可以使用PNP双极晶体管和/或NPN双极晶体管和/或N-MOSFET和/或P-MOSFET和/或IGBT作为半导体开关。在一种实施方式中，可以设置，控制装置通过使用脉冲宽度调制以脉冲序列来操控开关元件。然后控制装置可以根据当前电压值调节操控脉冲的当前的占空比。因此，操控脉冲可以涉及周期性的脉冲序列。在所述周期性的脉冲序列中，根据当前电压值调节脉冲持续时间与周期持续时间的比例关系。这一方面具有这样的优点：由此可以在没有多的花费的情况下使操控脉冲序列与电网电压同步；另一方面，可以在没有多的花费的情况下实行这样的具有周期性的脉冲序列的脉冲宽度调制，因为操控脉冲的频率基本上保持恒定并且仅仅需要根据相应地当前电压值调节当前占空比。被证明特别有利的是，直流电压源为中间电路电容器，所述中间电路电容器与整流器、尤其与全桥整流器的输出端耦合，所述全桥整流器构造为用于对电网电压整流。整流器尤其一方面与家用器具的电网连接端耦合并且另一方面与中间电路电容器耦合，从而由整流器整流的电压被发送给中间电路电容器并且然后通过中间电路电容器平滑。因此，经整流和平滑的电网电压(有效值)施加在中间电路电容器上，所述电网电压可以被用于操控锁定装置。这种实施方式具有这样的优点：在现今的家用器具中可以使用本来已经存在的中间电路，以便使锁定元件运动到锁定位置中或者说使其保持在该锁定位置中。因此，使得具有与之相关的缺点的分开的直流电压源的使用成为多余。优选，也与同一直流电压源、尤其与所提到的中间电流电容器附加地也耦合有一换流器，所述换流器构造为用于从直流电压提供用于家用器具的电驱动马达的供电电压。即，有针对性地使用直流电压源，所述直流电压源通常用于给电驱动马达供电。在本文中，尤其可以设置，驱动马达为多相、尤其三相的无刷直流马达(BLDC)或者说同步电机，从而换流器由直流电压产生用于驱动马达运行的多个交变电压。优选，该驱动马达用于驱动家用器具的衣物滚筒。优选适用这样的关系：直流电压源上的直流电压越小，则一个或多个操控脉冲的脉冲长度调节得越大。换言之，控制装置可以在直流电压的电压值较小时比在电压值较高时调节操控脉冲的更大的脉冲长度，从而脉冲长度与直流电压源上的直流电压成反比。通过这样的处理方法总是可以确保，平均有足够的电流流经驱动元件，所述电流负责锁定装置的安全运行。为了使流经驱动元件的电流的平均值进而发送给驱动元件的功率保持恒定，控制装置可以将操控脉冲的脉冲长度调节为与直流电压的电压值的平方成反比。因此。可以安全地阻止在家用器具运行时门不期望地解除锁定。例如在控制装置中可以存储查阅表，所述查阅表说明脉冲长度与直流电压源的直流电压的相互关系。控制装置则可以通过使用查阅表来调节当前的脉冲长度。因此，可以在没有多的计算功率的情况下实现根据当前电压值调节脉冲长度。除了所提到的开关元件(以下称作第一开关元件)之外，锁定装置也可以具有至少一个另外的开关元件(以下称作第二开关元件)，所述另外的开关元件与驱动元件耦合并且尤其与第一开关元件和驱动元件串联地电连接。控制装置可以这样设计，使得至少在第一开关元件的操控脉冲期间打开第二开关元件，从而以操控脉冲序列来操控所述第二开关元件，所述操控脉冲至少具有与第一开关元件的操控脉冲相等的脉冲长度。因此，第二开关元件的一个或多个操控脉冲与第一开关元件的一个或多个操控脉冲重叠。第二开关元件的使用在运行安全性方面具有优点：在开关元件停止运转时，可以通过其它的开关元件阻止：以直流电压加载操控元件——尤其线圈。如果通过控制装置探测到所述开关元件中的一个的故障或者说缺陷，可以发送相应的警报信号。也可以设置，由控制装置感测电网电压的当前的相位，并且根据电网电压的相位产生操控脉冲序列。以此方式可以使操控脉冲序列与电网电压同步，并且，例如可能的是，当直流电压源完全充电时，产生操控脉冲。因此，可以可靠地阻止直流电压源的太强的放电。根据本发明的、尤其用于护理衣物物件的家用器具包括门以及用于锁定门的、根据本发明的锁定装置。根据本发明的方法用于借助于锁定元件锁定家用器具的门，所述锁定元件根据流经驱动元件的电流从解除锁定位置运动到锁定位置中，其中，以直流电压源的直流电压加载驱动元件并且借助于开关元件控制流经驱动元件的电流，借助于控制装置以操控脉冲序列操控所述开关元件。感测直流电压的当前电压值，并且由控制装置根据当前电压值调节操控脉冲的脉冲长度。在根据本发明的锁定装置方面所介绍的优选实施方式和它们的优点相应地适用于根据本发明的家用器具以及用于根据本发明的方法。从权利要求、附图和附图说明得出本发明的另外的特征。所有以上在说明中所提到的特征和特征组合以及以下在附图说明中所提到的和/或在附图中仅仅示出的特征和特征组合不仅能够以相应地说明的组合而也以其它的组合或者但是单独地使用。附图说明现在，参照优选的实施例以及参照附图详细解释本发明。示出：图1以示意性的示图示出根据本发明的实施方式的家用器具；图2以示意性的示图示出具有根据本发明的实施方式的锁定装置的电路组件；和图3操控脉冲的脉冲长度与中间电路直流电压的相互关系。具体实施方式在图1中所示出的家用器具1为例如洗衣机。家用器具1包括用于接收衣物物件的衣物滚筒2，所述衣物滚筒可绕水平的转动轴线4转动地支承在家用器具1的壳体3中——并且也支承在未示出的浸液容器中。衣物物件可以通过开口放入衣物滚筒2中，所述开口可借助于门5封闭。家用器具1的使用者可以以已知的方式打开和关闭门5。如果门5关闭，则可以借助于锁定装置6相对于壳体3锁定进而相对于壳体3机械式地固定所述门，从而不再能够打开门5。为了驱动衣物滚筒2，家用器具1包括电驱动马达7。使用者可以借助于操作装置8选择家用器具1的所想要的运行程序并且激活运行过程。如果激活运行过程——在这里洗涤过程，则借助于锁定装置6锁定门5并且在运行过程结束之后才又解除锁定。因此阻止门5在运行过程期间打开。如在图2中所示出的这样，电路组件为家用器具1的组成部分并且包括锁定装置6。家用器具1具有电网连接端9，10，所述电网连接端处于供电网的电势L，N上。在电网连接端9，10之间提供电网电压UN，该电网电压为交变电压。交变电压UN借助于整流器11整流，在该实施例中，该整流器构造为具有四个二极管的全桥整流器。整流器11在输出侧与中间电路电容器12耦合，该中间电路电容器平滑经整流的电压。中间电路直流电压VZK处于一方面中间电路节点13和另一方面参考电势14之间。参考电势14为与中性电势N不同的电势。在本发明的意义下，中间电路电容器12为直流电压源。在所述实施例中，电驱动马达7为三相的同步电机或者说具有永磁体的无刷直流马达(BLDC)。在此，借助于换流器(Inverters)15提供用于定子绕组的交变电压，所述换流器包括具有多个晶体管的逆变器(Wechselrichter)并且与中间电流节点13耦合。即，由中间电路直流电压ZZK提供用于电驱动马达7的交变电压或者说用来自中间电路电容器12的电能供给换流器15。在此，通过马达控制仪16操控换流器15。该马达控制仪16处于参考电势14上并且用供电电压供给，所述供电电压借助于直流电压变换器17、例如开关网络件由中间电路直流电压VZK提供。供电电压可以为例如3.3V或者5V。锁定装置6包括门接触部的电开关18，该门接触部仅仅在门5关闭时关闭并且在门5打开时打开。即，仅仅在门5关闭时电流可以流经开关18。一方面，开关18与节点19连接，在所述节点上施加与在中间电路节点13上相同的电势。另一方面，开关18与线圈或电磁体形式的驱动元件20连接。另一方面，该驱动元件20通过节点21以及通过由第一和第二开关元件22，23组成的串联电路与参考电势14耦合。即，存在着由驱动元件20和开关元件22，23组成的串联电路。空载二极管24使节点21与节点19连接，并且，因此，当开关元件22，23阻断时能够实现流经驱动元件20的电流。在该实施例中，开关元件22，23构造为NPN双极晶体管。在此，第一开关元件22的集电极与节点21连接；开关元件22的发射极与第二开关元件23的集电极连接。第二开关元件23的发射极与参考电势14连接进而处于参考电势14上。为了操控开关元件22，23，设置有微控制器形式的控制装置25，所述控制装置与开关元件22，23的基极连接端连接并且也处于参考电势14上。借助于直流电压变换器26、例如开关网络件产生用于控制装置25的供电电压(例如3.3V或者5V)。可选地，控制装置25也可以与马达控制仪16成整体地构造，从而控制装置25和马达控制仪16由唯一的控制装置、尤其微控制器构成。流经驱动元件20的电流I导致，锁定元件27从解除锁定位置运动到锁定位置中，在所述解除锁定位置中门5不锁定，在所述锁定位置中，门5通过锁定元件27相对于壳体3固定进而锁定。锁定元件27可以例如包括软磁性的锁阻装置。为了能够检验锁定元件27的当前位置，锁定元件27配属有开关28，该开关一方面与节点19并且另一方面与控制装置25耦合。如果锁定元件27运动到锁定位置中，则也闭合开关28，这可以由控制装置25相应地探测。此外，第一开关元件22的发射极和第二开关元件23的集电极之间的节点29也与控制装置25耦合，从而也可以检验流经开关元件22，23的电流进而检验开关元件22，23的符合规定的功能方式。开关元件22由控制装置25操控。第二开关23作为保险开关元件使用并且可以与开关元件22无关地被操控。为了释放驱动元件22的操控，可以与第一开关元件22同步地以相同的操控脉冲序列或者替代地以较长的脉冲操控保险开关元件23，从而第二开关元件23至少在第一开关元件22的操控脉冲30的整个持续时间期间打开。替代地，第二开关元件23也可以不变地接合(durchgeschaltet)。为了禁止驱动元件20的操控进而阻止磁阀28的转换，可以阻断保险开关元件23。在此，优选，保险开关元件的操控与开关元件22无关地通过在控制装置25中所实现的保险开关电路或者软件功能进行。因此，可以与用于阻断元件27的功能指令无关地实现保险功能。在一种替代的实施方案中，也可以通过使用脉冲宽度调制以操控脉冲30序列来操控开关元件22。有利地，在控制装置25的输出端和开关元件22之间则可以设置耦合电容器，该耦合电容器阻止，在功能性故障的情况下连续地激活开关元件22。锁定装置6也包括用于感测中间电路直流电压VZK的当前电压值的器件。在此，当前电压值由控制装置25感测，为此目的，该控制装置可以具有例如分开的测量输入端(未示出)，该测量输入端——例如通过分压器或者其它直流电压转换器——与中间电路节点13连接。补充地或者替代地，通过供电输入端31可以进行中间电路直流电压VZK的电压值的感测，以上所提到的供电电压通过所述供电输入端供给控制装置25。设置，根据中间电路直流电压VZK的当前电压值调节操控脉冲30的在时间上的脉冲长度。为此，控制装置25持续地或者说连续地感测中间电路直流电压VZK的当时瞬间的电压值并且控制操控脉冲30的脉冲长度，所述操控脉冲被发送到第一开关元件22上，以便在家用器具1运行时将锁定元件27带至锁定位置中。在此，发送到驱动元件20上的电功率借助于操控脉冲30的脉冲长度根据中间电路直流电压VZK的当前电压值调节或者说与当前电压值匹配。这种匹配看起来这样：操控脉冲30的脉冲长度与中间电路直流电压VZK的平方成反比。在图3中描绘出这种相互关系。在此，在y轴上以Voltdc标注中间电路直流电压VZK；在x轴上以毫秒标注操控脉冲30的脉冲长度w。如从图3得知，中间电路直流电压VZK可以在大约150V的下极限值和大约400V的上极限值之间变化。在中间电路直流电压VZK为400V时，设置大约4.4ms的脉冲长度w。在中间电路直流电压VZK为150V时，设置大约32.6ms的脉冲长度w。在此，以下的查阅表存储在控制装置25中：中间电路直流电压[VDC]脉冲长度[ms]4004.43505.93007.825011.120018.515032.6以上所示出的相互关系基于以下考虑：尽管使用线圈作为驱动元件20，该驱动元件20也具有内部的欧姆电阻(内阻)，该内部的欧姆电阻也影响向驱动元件20提供的能量。从以下等式得出由驱动元件20接收的能量：E＝VIw，其中，E表示由驱动元件20接收的电能，V表示中间电路直流电压VZK的电压值，I表示流经驱动元件20的最大电流并且w表示以秒为单位的脉冲长度。如果假定驱动元件20的感应率非常小，则电流I基本上由内阻确定：I＝V/R，其中，R表示驱动元件20的内阻。由此得出脉冲长度w对电压值V的以下的相互关系：w＝ER/V2。如果假定能量E恒定以及电阻R恒定，则可以借助于常数k如下地表示该等式：w＝k/V2。根据图3的变化曲线满足这种相互关系。控制装置25也可以感测电网电压UN当前的相位并且使操控脉冲30序列与电网电压UN这样同步，使得在中间电路电容器12充电时产生操控脉冲30。由此阻止，中间电路直流电压VZK太强烈地下降并且例如低于150V的下极限值。在使用脉冲宽度调制以脉冲序列进行操控时，控制装置25持续地或者连续地感测中间电路直流电压VZK的当时瞬间的电压值并且持续地控制操控脉冲30的脉冲长度，所述操控脉冲被持续地发送给第一开关元件22，以便在家用器具1运行时持续地将锁定元件27保持在锁定位置中。在此，根据以上的考虑，发送给驱动元件20的电功率在时间上保持恒定，其方式是，操控脉冲30的脉冲长度根据中间电路直流电压VZK的当前电压值调节或者说与当前电压值匹配。这种匹配看起来这样：操控脉冲30的脉冲长度与中间电流直流电压VZK的平方成反比。参考标记列表1家用器具2衣物滚筒3壳体4转动轴线5门6锁定装置7电驱动马达8操作装置9，10电网连接端11整流器12中间电路电容器13中间电路节点14参考电势15换流器16马达控制仪17直流电压转换器18电开关19节点20驱动元件21节点22，23开关元件24空载二极管25控制装置26直流电压转换器27锁定元件28开关29节点30操控脉冲31供电输入端I电流L电势N电势UN电网电压VZK中间电路直流电压w脉冲长度当前第1页1 2 3