本发明涉及用于操控电动机、特别是全自动咖啡机的研磨机的电机的方法和设备。
背景技术：
1、全自动咖啡机通常具有由电动机驱动的研磨机以研磨咖啡豆。在此，通过施加全部可用电压来启动电动机。这不仅导致明显可察觉的噪声，而且导致电流峰值的出现，所述电流峰值对设备的电磁兼容性(emv)可能产生负面影响并可能缩短电动机的使用寿命。
技术实现思路
1、本发明的任务是提供用于操控电动机、特别是全自动咖啡机的研磨机的电机的方法和设备，以及一种能够以简单、安静和轻柔的方式对咖啡豆执行研磨过程的全自动咖啡机。
2、该任务通过根据主权利要求或并列或子权利要求之一的方法、控制设备和全自动咖啡机来解决：
3、根据本发明的方法用于操控电动机，优选地全自动咖啡机的研磨机的电动机。该操控在此特别是涉及电动机的启动，因为在此过程中产生最大的噪声和最大的电流峰值。然而，该操控可以还涉及研磨过程后电动机的制动，因为那里也可能出现电流峰值。特别地，所述操控还包括电动机旋转方向的反转，其中这种反转基本上可以被视为对电机进行制动以及随后启动(旋转方向反转)。
4、根据本发明，为了改变电动机的转速，即为了启动或制动电动机，借助于斜坡函数来调制电动机可用的驱动功率，使得电动机的转速从起始转速(例如零)开始达到目标转速(例如最大转速)。斜坡函数在此被设计为，使得(从起始转速开始)在至少200ms后才达到该目标转速。基本上，该时间对应于斜坡函数的时间长度。当然，起始转速和目标转速是不同的，因为否则就不可能改变。该差异在此优选地大于电机最大转速的一半，该最大转速是电机在常规的最大功率下的转速。特别地，这大于3000转/分。始终指的是电机轴的转速。
5、电动机的启动优选地按照以下方式进行，即电动机可用的驱动功率从起始值(该起始值优选地对应于转速零)到预给定目标值z(该目标值典型地对应于研磨过程的最大期望转速)的增加至少在斜坡函数的预给定间隔内不超过每秒5z。在制动时，这对应地适用于驱动功率的下降。术语“操控”还包括对电动机(下文简称为“电机”)的调节。
6、驱动功率是驱动电机的功率。驱动功率通常由电机可用的电压决定，并且也可以与该电压相对应。最大功率可以被视为在电机的常规电压(例如120v或240v)下的功率。然而，根据本发明，优选地通过具有基于斜坡函数的特定占空比的周期性调制来驱动电机。该驱动的基础是向电机提供定期且始终相同的周期的电压脉冲，这些电压脉冲的时间长度和形状产生了驱动功率。为此应该注意的是，斜坡函数不必强制预给定驱动功率，而是用于调制驱动功率。因此，斜坡函数完全可以预给定相位角、占空比或甚至波形或幅度。最主要的是电机不是立即达到其目标转速，而是在必须持续超过200ms的时间之后才达到其目标转速。
7、当启动电机时，改变驱动功率，使得电机从起始转速一直加速到目标转速，优选地加速到期望的最大转速。所述启动在此以电机可用的驱动功率的起始值开始，该起始值导致起始转速(优选驱动功率为零，但理论上也可以大于零)并以导致目标转速的目标值z结束。
8、在启动时，起始转速优选为0转/分，但理论上也可以更高，但不应超过1000转/分。
9、目标转速优选大于5000转/分，特别是大于7000转/分。然而，目标值不应太高，至少在应当运行研磨机的情况下，并且应当低于20000转/分，特别是低于10000转/分。相对于电机的最大转速m，即最大功率下的转速来看，目标转速优选地大于最大转速的10％(>0.1m)，特别是大于最大转速的50％(>0.5m)，特别优选大于最大转速的66％(>0.66m)或者甚至对应于最大转速(＝m)。如果起始转速大于零，则该目标转速优选地比起始转速高相关值。
10、在制动时情况正好相反。这里起始转速高并且对应于先前的目标转速值；而目标转速低，并且对应于先前的起始转速值。现在改变驱动功率，使得电机从起始转速减慢到目标转速，即制动。这里，“制动”是指向电机供应不断减小的功率，即对应地与启动相反，在启动时向电机供应不断增加的功率。在此，制动以电机可用的驱动功率的起始值开始，该起始值导致起始转速，并且以导致目标转速的目标值z结束。
11、斜坡函数预给定必须如何调制有效功率才从起始值达到目标值。斜坡函数被设计为在至少200ms后才达到目标值。为此，斜坡函数优选地被设计为，使得至少在斜坡函数的预给定间隔中，但优选地在整个斜坡函数中，驱动功率随时间的增加不超过每秒5z的值。例如，这在驱动功率从0线性增加到z的情况下对应于200ms的时间间隔。这同样适用于制动过程。
12、优选地，时间间隔，即斜坡函数的总时间长度，长于200ms。为了使研磨过程与电机的立即接通相比不会持续比需要的更长的时间，优选的是，斜坡函数的总时间长度短于2s，即，比2s之后更早地达到目标转速。特别优选地，时间间隔(即斜坡函数的总时间长度)大于400ms，特别是大于700ms。特别地，在此电动机可用的驱动功率的增加或减少小于7z/s(每秒)，特别是小于9z/s，或者甚至小于10z/s。
13、发明人认识到，在太短的时间内电机转速的大幅增加或减少会带来噪音污染的增加和emv方面的缺点。由于电机转速取决于电机可用的驱动功率，因此与传统的接通相比，该方法降低了启动电机时电机转速的增加(或制动时的减少)。然而，由此不降低研磨所需的电机转速，而只是稍微晚一些达到该电机转速，因此研磨过程的结果不受影响。
14、在优选方法中，驱动功率由经过调制的电压产生，其中在电机启动期间借助于斜坡函数对所述电压进行调制。在此，该电压的大小可以得到调制。特别优选地，在大量预给定周期内具有基于斜坡函数的占空比的电压脉冲驱动电动机。在这种情况下，特别是在不同周期期间调制该占空比。这意味着在预定的时间长度或周期t内，向电机施加时间长度小于或等于t的电压脉冲。电压脉冲越短，驱动功率越低。电压脉冲的时间长度与t之间的时间比率就是占空比。在此，在时间长度t的连续周期内将许多电压脉冲先后施加到电机上。
15、可以区分两种优选情况：
16、在用直流电压驱动电机的情况下，执行脉宽调制。在此，电压始终保持不变。于是，占空比是施加到电机上的电压(电压脉冲)的持续时间tp与相应周期的持续时间t的比率(占空比＝tp/t)。
17、在用交流电压驱动电机的情况下，周期长度可以对应于交流电压的周期(或者在使用半波的情况下为交流电压的周期的一半)，但不一定设定为周期长度一半的倍数。于是，作为电压脉冲仅使用“电压波”的一部分，要么第一部分要么最后部分。这在现有技术中称为前缘调制和后缘调制。如果执行前缘调制或后缘调制，则占空比可以由前缘结束或后缘开始时的相位角来表征。因此，电机仅获得部分波，该部分波的时间长度确定了驱动功率。由于相位角确定了部分波的时间长度，因此相位角同样确定了驱动功率。相位角越小，驱动功率越大。
18、斜坡函数优选地被设计为使得驱动功率(例如占空比)(随着时间的推移)不断地增加(当启动时)或减小(当制动时)。由于电机可能是惯性的并且在占空比大于零时才开始旋转，因此在启动时占空比在斜坡函数开始时优选地以大于零的值开始。这意味着驱动功率在斜坡函数开始时优选地具有大于零的起始值。在启动时，占空比优选地在斜坡函数结束时以大于80％的值结束，特别是以100％的值结束。由此得出驱动功率的目标值或电机的目标转速。在前缘调制的情况下，斜坡函数在启动时优选地以大于20°的相位角开始。在后缘调制的情况下，斜坡函数优选地以对于全波小于340°或对于半波小于160°的相位角结束。
19、在电机制动时，优选地恰好相反，并且占空比在斜坡函数开始时以小于或等于100％(例如80％)的值开始并且优选地以小于20％的值结束。在前缘调制的情况下，斜坡函数优选地以对于半波小于160°或对于全波小于340°的相位角开始。
20、在优选方法中，斜坡函数的预给定间隔至少包括斜坡函数的最后四分之一，特别是后半部分。发明人认识到，在斜坡函数不同的情况下，在斜坡函数结束时会出现不期望的效果。特别优选地，预给定间隔包括整个斜坡函数。
21、在优选方法中，斜坡函数是预给定的，因此斜坡函数的形状和时间长度在其使用之前已被确定。斜坡函数在此优选地被设计为使得其导致前缘的时间离散的变化。在时间离散的操控中，优选例如借助于仿真静态地设定电流可以减小到什么程度，从而可以用最高效率进行研磨。启动电机的时间损失由此可以保持得尽可能低，同时电流增加平缓。
22、替代地，在操控电机期间基于传感器值来调节斜坡函数。在此，前缘的pid调节的变化是特别优选的。在pid调节的操控中，优选地存储调节斜坡函数的调节算法。
23、根据优选方法，斜坡函数可以由用户选择和/或配置。为此优选地向用户提供多个预定斜坡函数或斜坡函数的可调整参数的选择。可以调整的参数优选是：
24、-用于间接设定目标转速的最小前缘，
25、-斜坡函数的总时间长度或加速阶段的持续时间的时间，
26、-斜坡函数的形状，
27、-占空比的最小和/或最大宽度。
28、优选地，斜坡函数被设计为使得电磁兼容性和/或使用寿命得到优化。例如，如果负载集合上随着时间的推移出现高启动电流，电动机的磁体可能会自行“消磁”。如果该磁体从一开始就已经具有“弱”磁性，则退磁过程会加速，并且提前出现失效。例如，如果将斜坡函数设计为每次传输的启动电流低于预给定极限，则使用寿命将会增加。
29、优选地借助于斜坡函数来启动和制动电动机。因此在启动时，在至少200ms之后才达到目标转速，并且制动时的制动过程同样持续至少200ms。在启动时，目标转速高于起始转速，并且起始转速优选为零。在制动时，起始转速大于目标转速(因为正在发生制动)。优选地，在制动时起始转速对应于启动时的目标转速(例如启动至最大转速，然后将该最大转速视为制动的起始转速)。因此，在制动时目标转速优选地对应于启动时的起始转速，即例如零。
30、可能优选的是，改变电机的旋转方向。由此，研磨机可以“放松”或“清空”，其中对此应尝试改变研磨机的旋转方向，以减小研磨机的预应力并重新抛出堵塞颗粒。这里的问题是电压上升非常短以及在此过程中产生的emv和使用寿命的问题。这个问题不是使用根据本发明的方法产生的，至少在制动过程和/或随后的启动过程花费长于200ms的情况下不会产生。因此，优选的是在制动之后对应于该方法借助于斜坡函数以相反的旋转方向来控制重新启动。
31、请注意，用于启动和制动或用于重新启动的斜坡函数不必强制相同，尽管这代表了优选实施方式。斜坡函数的形状或时间长度可以不同，然而有利的是，对于两个(或所有)斜坡函数(至少200ms直到达到目标转速为止)都满足根据本发明的方法的基本特征。
32、根据本发明的用于操控或调节电机的设备被设计为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。所述设备包括关于斜坡函数的信息或可以访问这样的信息，并被设计用于控制或调节用于操控电机的驱动功率。如上所述，可以通过改变电压或占空比(即必要时改变相位角)来调制驱动功率。用于借助于pwm、前缘调制或后缘调制来控制电机的电路在现有技术中是已知的。
33、优选地，所述设备包括配置接口，该配置接口被设计为接受用户输入以配置斜坡函数(见上文)。
34、优选地，基于测试或仿真，选择在测试或仿真期间导致低噪声水平的斜坡函数。
35、本发明的大部分前述组件可以完全或部分地以对应计算系统的处理器中的软件模块的形式来实现，例如以全自动咖啡机的控制装置或外部控制设备的形式来实现。主要基于软件的实现具有以下优点：也可以通过软件更新简单地对迄今为止已经使用的设备进行改造，以按照根据本发明的方式工作。在这方面，该任务还通过具有可以直接加载到计算系统中的计算机程序的对应计算机程序产品来解决，该计算机程序具有程序部分，用于当该程序在计算系统中执行时执行根据本发明的方法的步骤，至少可以由计算机执行的步骤。这基本上是生成控制信号，以借助于斜坡函数调制电动机可用的驱动功率。这样的计算机程序产品除了包括计算机程序之外还可以必要时包括诸如文档的附加组成部分和/或附加组件以及硬件组件，例如用于使用软件的硬件密钥(加密狗等)。
1.一种用于操控电动机(e)的方法，其中为了将所述电动机(e)的转速(d)从起始转速(ds)变化到目标转速(dz)借助于斜坡函数(r)来调制所述电动机(e)可用的驱动功率(p)，使得从所述起始转速(ds)开始，在至少200ms后才达到所述目标转速(dz)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述驱动功率(p)由经过调制的电压产生，并且在所述电动机(e)的转速(d)变化期间、特别是启动或制动期间借助于所述斜坡函数(r)对所述电压进行调制，
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述斜坡函数(r)被设计为使得所述驱动功率不断变化，优选地不断增加或不断减小，特别是其中
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电动机(e)可用的有效功率(p)从起始值(ps)到预给定目标值(pz)z的增加或减少至少在所述斜坡函数(r)的预给定间隔内不超过每秒5z，
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述斜坡函数(r)是预给定的，并且特别是导致前缘的时间离散变化，或者在所述电动机(e)的操控期间基于传感器值来调节所述斜坡函数(r)，其中前缘的pid调节的变化是优选的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述斜坡函数(r)的总时间长度长于400ms和/或短于2s。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述斜坡函数(r)能够由用户选择和/或配置，优选地其中能够调整
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述斜坡函数(r)被设计为使得所述电动机(e)的电磁兼容性和/或使用寿命得到优化。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述斜坡函数(r)控制所述驱动功率(p)从起始值(ps)到目标值(pz)的变化，并且所述斜坡函数(r)被设计为，使得所述电动机(e)可用的驱动功率(p)从起始值(ps)到预给定目标值(pz)z的增加或减少至少在所述斜坡函数(r)的预给定间隔内不超过每秒5z。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于所述斜坡函数(r)来进行所述电动机(e)的启动以及所述电动机(e)的制动，其中在启动时所述目标转速(ds)高于所述起始转速(ds)且所述起始转速(ds)优选为零，并且制动时的起始转速(ds)对应于启动时的目标转速(dz)且优选制动时的目标转速(dz)对应于启动时的起始转速(ds)，
11.一种用于操控电动机(e)的设备(10)，其特征在于，所述设备被设计为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
12.根据权利要求9所述的设备，包括配置接口(6)，所述配置接口(6)被设计为接受用于配置所述斜坡函数(r)的用户输入，特别是按照根据权利要求7所述的方法的用户输入。
13.一种全自动咖啡机(1)，包括根据权利要求11或12所述的设备(10)，其中所述设备(10)优选地被设计为操控研磨机(2a)的电动机(e)。
14.一种计算机程序产品，包括指令，当程序由计算机执行时，所述指令促使所述计算机生成控制信号，所述控制信号用于根据权利要求1至10中任一项借助于斜坡函数(r)调制电动机(e)可用的驱动功率(p)。
15.一种计算机可读存储介质，包括指令，当由计算机执行时，所述指令促使所述计算机生成控制信号，所述控制信号用于根据权利要求1至10中任一项借助于斜坡函数(r)调制电动机(e)可用的驱动功率(p)。
