CN100568704C - 用于控制洗衣机中的电动机的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制洗衣机中电动机的装置，该装置包括：测量电动机速度的速度传感器；以及控制器，该控制器比较测量速度和目标速度以估算施加在电动机上的电动机功率，根据比较结果调节电动机的运行速率，并且根据调节后的运行速率控制电动机。根据电动机速度估算电动机功率，并且如果所估算的电动机功率太高，就向下调节运行速率，从而防止在洗衣和漂洗循环中引起的电动机和逆变器过热。不须使用温度传感器就可实现该装置，从而降低了经济负担。进一步地，电动机不会由于电动机温度的增加而停止，从而避免了完成洗衣所需时间的不必要的增加。

Description

用于控制洗衣机中的电动机的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制洗衣机中的电动机的装置和方法，更具体地说，涉及这样的用于控制洗衣机中的电动机的装置和方法：其中，根据施加在电动机上的电动机功率调节电动机的运行速率，其中电动机功率是基于电动机的速度而被估算的。
背景技术
洗衣机一般都具有用于转动内筒或者搅拌器的洗衣电动机。
通常使用高效率、高性能的无刷直流(BLDC)电动机作为洗衣电动机。
洗衣机通常包括驱动洗衣电动机的逆变器。但是，如果洗衣电动机中发生过载，洗衣电动机和逆变器可能过热而达到异常温度。
为防止洗衣电动机和逆变器的过热，传统的电动机控制装置采用利用设置在洗衣电动机上的温度传感器检测电动机温度的方法，而且如果被检测的电动机温度高，就把当前的洗衣方式改变成另一种方式，并根据已改变的洗衣方式驱动电动机。但是，由于使用了温度传感器，这种方法增加了制造成本。可以采用的另一种方法是防止过热，其中如果由温度传感器检测的电动机的温度很高，就停止洗衣电动机的操作，而如果被检测的温度降低至安全温度，就重新开始洗衣电动机的操作。但是，由于电动机的操作被停止以降低电动机温度，因此这种方法导致了不必要地增加完成洗衣所需的时间。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种用于控制洗衣机中电动机的装置和方法，其中根据施加在电动机上的电动机功率调节电动机的运行速率，所述电动机功率是基于电动机的速度而被估算的，从而防止电动机和逆变器的温度上升至异常温度。
根据本发明的一个方面，提供一种用于控制洗衣机中电动机的装置，该装置包括：用于测量电动机速度的速度传感器；以及控制器，该控制器用于比较测量速度和目标速度，以估算施加在电动机上的电动机功率，根据比较结果调节电动机的运行速率，并且根据调节后的运行速率控制电动机。
所述控制器对利用速度传感器测量的速度和目标速度之间的差值取平均值，并且将平均差值与基准值进行比较以调节电动机的运行速率。
该装置进一步包括：输入单元，该输入单元用于设定洗衣机的操作循环；以及存储单元，该存储单元用于存储与所设定的操作循环相对应的设定的运行速率，其中控制器在电动机启动时使用设定的运行速率，并且如果根据设定的运行速率在运行时间期间测量速度和目标速度之间的差值的平均值小于基准值，就调节电动机的运行速率使其小于设定的运行速率。
所述控制器根据电动机的某一周期中的电动机运行速率、在运行时间期间对测量速度和目标速度之间的差值进行累加，并对所累加的差值取平均值。
如果所述控制器在该周期中判断出需要调节电动机的运行速率，控制器就从下一个周期使用调节后的运行速率。
根据本发明的另一方面，提供一种用于控制洗衣机中电动机的方法，该方法包括：根据洗衣机的操作循环设定电动机的运行速率；根据设定的运行速率在运行时间期间测量电动机的速度；通过对测量速度和目标速度进行比较而估算施加在电动机上的电动机功率；根据比较结果调节电动机的运行速率；以及根据调节后的运行速率控制电动机。
对测量速度和目标速度进行比较包括：根据电动机的运行速率在运行时间期间对由速度传感器测量的速度和目标速度之间的差值取平均值；对平均差值和基准值进行比较；而且如果所述平均差值大于基准值，就通过降低运行速率而调节为洗衣机的操作循环而设定的运行速率。
控制器根据设定的运行速率、平均差值和基准值而调节电动机的运行速率。
操作循环是洗衣或者漂洗循环，其中电动机交替地运行和停止。
周期性地施加电动机的运行速率，而且如果判断出有必要在某一周期内根据测量速度和目标速度之间的差值调节电动机的运行速率，就从下一个周期施加调节后的运行速率。
附图说明
通过下面结合附图对实例性实施例的说明，本发明的上述和/或其它方面和优点将会变得显而易见并且更加容易理解，其中
图1是根据本发明的实例性实施例所示的用于控制洗衣机中电动机的装置的方框图；
图2所示的图示出怎样根据本发明的实例性实施例控制电动机的运行速率；以及
图3是根据本发明的实例性实施例所示的用于控制洗衣机中电动机的方法。
具体实施方式
下面将详细参照本发明的实例性实施例，其实例图示在附图中，全文中相同的参考标记表示相同的部件。下面对实例性实施例的说明旨在参照附图解释本发明。
将参照用于控制洗衣机中电动机的装置说明本发明，该洗衣机应用由逆变器驱动的洗衣电动机。但是，本发明并不局限于该洗衣电动机。例如，本发明也可应用于产生发动功率以驱动搅拌器或者转动内筒来进行洗衣的电动机。
如果洗衣电动机中发生过载，不但是洗衣电动机的温度而且是包括用于驱动洗衣电动机的切换部件的逆变器的温度都增加到异常温度。
洗衣电动机温度的增加涉及到电动机的运行速率和施加在电动机上的电动机功率。电动机功率与电动机的速度和其目标速度之间的差值具有函数关系。
考虑到这样的事实，在本发明中，根据电动机的速度估算施加在电动机上的电动机功率，并且根据操作循环调节电动机的运行速率，从而使电动机的功率处于合适的范围内，进而防止电动机过载并由此防止电动机和逆变器的温度都变得特别地高。
如图1所示，根据本发明所述的用于控制洗衣机中的电动机的装置包括用于向电动机40提供驱动功率的逆变器30。该逆变器30通过变流器20连接至电源单元10，并且通过逆变器驱动器70连接至控制器60。变流器20将从电源单元10接收的交流电转换成直流电，并把直流电输出到逆变器30。包括切换部件的逆变器30将从变流器20接收的直流电转换成交流电，并将该交流电提供至电动机40，从而电动机40以理想的速度运转。
速度传感器50设置用来在操作期间检测电动机40的速度，并将表示已检测的电动机速度的电动机速度信号提供至控制器60。速度传感器50采用霍耳(hall)传感器实现。
控制器60根据从速度传感器50接收的电动机速度信号检测电动机40的速度，并且将电动机控制信号输出到逆变器驱动器70，从而使电动机的速度达到目标速度。逆变器驱动器70把逆变器驱动信号输出至逆变器30，从而根据来自于控制器60的电动机控制信号驱动逆变器30中的切换部件。
用户使用输入单元90设定洗衣机的理想操作循环。
响应于通过输入单元90对洗衣机的操作循环的设定，控制器60从存储单元80接收对应于设定操作循环的设定的运行速率的信息，并根据该设定的运行速率驱动电动机40。根据施加在操作速率的电动机的运行和停止时间之间的比值，确定诸如洗衣或者漂洗周期之类的操作循环中的电动机40的设定运行速率。根据由用户设定的操作循环选择对应的其中一个设定的运行速率。
存储单元80存储电动机驱动信息，例如分别对应于洗衣机的操作循环的设定的运行速率。
基于洗衣负载和衣物(washes)的吸收特性在电动机40中可能发生过载。如果忽略电动机的过载，电动机的线圈产生热量，电动机40中的温度上升并且引起逆变器30中的切换部件过热。如果把温度传感器设置成直接检测每个逆变器30和电动机40的温度，就会增加经济负担。因此，在本发明的实例性实施例中，可省略温度传感器，而且取而代之，控制器60估算施加在电动机40上的电动机功率，并且根据所估算的电动机功率调节电动机40的运行速率，以防止电动机40和逆变器30过热，其中电动机功率与电动机温度和逆变器温度之间为函数关系。
如图2所示，电动机40根据用于由用户设定的操作循环的运行速率设定值来操作电动机40。具体而言，电动机40根据设定的运行速率利用电动机运行时间(ta1)和电动机停止时间(tb1)的比值交替地运行和停止。如果预期电动机40和逆变器30由于电动机功率高而过热，该电动机功率是在电动机40运行时的特定周期(Pn)内估算出的，就通过降低设定的运行速率计算经调节的运行速率，而且从下一个周期(Pn+1)，根据经调节的运行速率驱动电动机40，把减少的运行时间(tan+1)施加在该经调节的运行速率上。还在电动机40的后续操作中继续该步骤，在该步骤中估算电动机功率并根据估算的电动机功率调节电动机运行速率。
参照图3，下面详细说明控制器60怎样基于电动机40的速度估算施加在电动机40上的电动机功率，并且怎样基于所估算的电动机功率调节电动机40的运行速率。
首先，用户通过输入单元90设定所需的操作循环(101)。控制器60从存储单元80接收与设定的操作循环相对应的运行速率的信息，并且根据设定的运行速率控制逆变器驱动器70以驱动电动机40(103)。在诸如洗衣或者漂洗周期之类的设定操作循环中，电动机40根据设定的运行速率交替地在运行时间期间运行而在停止时间期间停止。
电动机处于操作的同时，控制器60判断电动机是否运行(105)，并且如果电动机运行(107)，就根据来自于速度传感器50的电动机速度信号计算电动机40的速度。控制器70计算所计算的电动机速度和根据设定的操作循环而设定的目标速度之间的差值(以下称之为“负载(duty)”)(109)，并在存储单元80中累加经计算的负载(111)。控制器60判断是否到达了终止电动机40的运行状态的时间，并且如果没有到达终止电动机40的运行状态的时间，就前进到操作105。
如果在操作113中判断出到达了终止电动机40的运行状态的时间，控制器60就停止电动机40(115)，并且通过对电动机运行时间期间累加在存储单元80中的负载取平均值而计算平均负载(117)。控制器60判断平均负载是否大于预设定的基准负载(119)，并且如果判断出平均负载大于预设定的基准负载，就计算经调节的运行速率，从而防止逆变器30和电动机40过热(121)。如下列等式根据平均负载对基准负载的比值计算调节后的运行速率：
调节后的运行速率＝(设定的运行速率)×(基准负载/平均负载)
设定的运行速率＝(设定的运行时间)×100/(设定的运行时间+设定的停止时间)
控制器60如下列等式根据调节后的运行速率计算调节后的运行时间和调节后的停止时间(123)。
调节后的运行时间＝调节后的运行速率×(设定的运行时间+设定的停止时间)/100
调节后的停止时间＝调节后的运行时间×(100-调节后的运行速率)/调节后的运行速率
之后，控制器60判断洗衣或者漂洗周期是否终止(125)，并且如果判断出将要继续洗衣或者漂洗周期，就前进到操作105。如果在操作105中判断出电动机40停止，控制器60就判断是否到达了终止电动机40的停止状态的时间(127)。如果没有到达终止电动机40的停止状态的时间，控制器60就返回操作105以继续电动机的停止状态。
如果在操作127中判断出到达了终止电动机40的停止状态的时间，电动机40就在下一个周期中运行。在下一个周期中施加根据操作123中计算出的调节后的电动机运行时间和电动机停止时间的电动机运行速率。控制器60随后返回操作105，以重复上述步骤(即，根据调节后的电动机运行速率计算平均负载，并且比较平均负载和基准负载)。
如果在操作125中判断出洗衣或漂洗周期终止，控制器60就中断向电动机40提供功率以停止电动机40。
正如从上述说明中显而易见的，本发明提供了一种用于控制洗衣机中电动机的装置和方法，其具有如下优点。根据电动机的速度估算施加在电动机上的电动机功率，而且如果估算出的电动机功率高，就向下调节电动机的运行速率，从而防止可能导致洗衣或漂洗周期的电动机和逆变器的过热。另外，不必像传统电动机控制单元那样使用温度传感器，就可实现根据本发明所述的电动机控制装置，从而减少了经济负担。而且，电动机不会由于电动机温度的增加而停止，从而防止不必要地增加完成洗衣所需的时间。
尽管示出并说明了本发明的实例性实施例，但本领域的技术人员将会理解，在不超出本发明的精神实质和保护范围的情况下，可以对这些实例性实施例进行改变，本发明的保护范围由权利要求书及其等同范围限定。

Claims (10)

1、一种用于控制洗衣机中电动机的装置，该装置包括：
测量电动机速度的速度传感器；以及
控制器，该控制器通过比较电动机的测量速度和电动机的目标速度而判断施加在电动机上的所估算的电动机功率，计算电动机的测量速度和电动机的目标速度之间的速度差，对速度差累计求和，计算速度差的累计平均值，根据前述速度差的累计平均值调节电动机的运行速率，并且根据调节后的运行速率控制电动机。
2、如权利要求1所述的装置，其中所述控制器通过对测量速度和目标速度之间的差值取平均值而判断所估算的电动机功率，而且通过将测量速度和目标速度之间的平均差值与基准值进行比较而判断调节后的运行速率。
3、如权利要求2所述的装置，进一步包括：
输入单元，该输入单元设定洗衣机的操作循环；以及
存储单元，该存储单元存储与操作循环相对应的设定的运行速率，
其中控制器在电动机启动时根据设定的运行速率而初步控制电动机，并随后根据调节后的运行速率控制电动机，并且如果根据设定的运行速率在运行时间期间测量速度和目标速度之间的差值的平均值小于基准值，就通过调节电动机的运行速率使其小于设定的运行速率而产生调节后的运行速率。
4、如权利要求2所述的装置，其中所述控制器根据电动机的每个周期中的电动机的运行速率、在运行时间期间对测量速度和目标速度之间的差值进行累加，并对被累加的差值取平均值。
5、如权利要求4所述的装置，其中如果所述控制器在某一周期中判断出需要调节电动机的运行速率，控制器就从下一个周期使用调节后的运行速率。
6、一种用于控制洗衣机中电动机的方法，该方法包括：
根据洗衣机的操作循环设定电动机的运行速率；
根据运行速率测量运行时间期间的电动机速度；
通过对电动机的测量速度和目标速度进行比较而判断施加在电动机上的估算的电动机功率，计算电动机的测量速度和电动机的目标速度之间的速度差，对速度差累计求和，计算速度差的累计平均值；
根据前述速度差的累计平均值调节电动机的运行速率；以及
根据调节后的运行速率控制电动机。
7、如权利要求6所述的方法，其中对测量速度和目标速度进行比较包括：
根据电动机的运行速率在运行时间期间对测量速度和目标速度之间的差值取平均值；以及
对测量速度之间的平均差值和基准值进行比较；而且
调节运行速率包括：如果所述平均差值大于基准值，就通过降低运行速率而调节为洗衣机的操作循环而设定的运行速率。
8、如权利要求7所述的方法，其中根据为操作循环、平均差值和基准值而设定的运行速率而判断调节后的运行速率。
9、如权利要求8所述的方法，其中操作循环是洗衣或者漂洗循环，其中电动机交替地运行和停止。
10、如权利要求6所述的方法，其中周期性地施加电动机的运行速率，而且如果判断出有必要在某一周期内根据测量速度和目标速度之间的差值调节电动机的运行速率，就从下一个周期施加调节后的运行速率。
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