CN101133539A - 感测旋转电磁机器的温度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定旋转电磁机器例如电动机或发电机温度的系统和方法。根据与该电动机相邻的物体的温度，例如连接至电动机的电动机驱动器，和绕组的第一电阻值计算温度校正参数。在实施例中，仅仅当电动机停歇某预定时间段之后，才确定电动机驱动器和第一电阻值。一旦计算出校正参数，处理器就利用它和后续的电阻测量值一起来计算电动机的温度。

Description

感测旋转电磁机器的温度的装置和方法

技术领域

本发明一般涉及的是感测旋转电磁机器例如电动机或发电机的温度。

背景技术

在旋转电磁机器的许多运用中，必须对机器的温度进行监控和管理。例如，洗衣机典型地由电动机提供动力。家用和商用的洗衣机都是众所周知的。用于容纳要洗的衣物和其他物品的通常圆柱体状的滚筒或篮被安装在箱体内并且在电动机的带动下进行旋转。在清洗过程中，水和清洁剂或肥皂受压穿透过衣物从而对其进行清洗。将清洁剂从衣物中漂净，之后在一个和多个旋转过程中，通过旋转滚筒使得水从衣物中挤出。

垂直轴洗衣机具有适于绕着垂直轴进行旋转滚筒。要清洗的物品通过门放入到滚筒中，该门通常位于该洗衣机的顶部。垂直轴洗衣机的滚筒包括有一个位于其内部的搅动器，该搅动器通过将衣物推入水中和从水中拉出对衣物进行清洗。水平轴洗衣机具有定向于绕着基本水平的轴旋转的滚筒。在清洗的过程中，水平轴洗衣机的滚筒的旋转速度相对较低。这种滚筒的旋转速度通过用围绕该桶分布的折流板(baffles)使得衣物可以从水中飘起来，之后当滚筒回转时又落入水中。在某些洗衣机中，为了获取希望的清洗行为，旋转方向会周期性发生倒转。

垂直和水平轴洗衣机都是通过旋转滚筒以使得离心力迫使水从衣物中排出，从而将水从衣物中排出。我们希望滚筒高速旋转从而在尽可能短的时间内将最大量的水从衣物中排出。尽管旋转时间缩短了，但是高速的旋转则需要更大的动力。

当洗衣机的滚筒的负荷越大，电动机就更难于使滚筒旋转的运转。具有这种大负荷时，可能出现的是，如果连续高动力地运转，经济型小尺寸的电动机就可能会变得太热。如果温度已知，则可以对所用的动力进行调制从而对温度进行控制。不幸的是，为了感测电动机的温度所增加的硬件增加了系统的费用和复杂性。因此，我们需要一种无传感器的装置来确定电动机的温度。

本申请致力于克服现有技术存在的这些缺点。

发明内容

根据本发明的一个教导，提供一种确定旋转电磁机器(例如电动机或发电机)的温度的系统和方法。该机器(之后简称为“电动机”)包括一个连接到电源并从电源汲取功率的可激励绕组(energizable winding)。根据与该电动机相邻的物体(例如连接到电动机的电动机驱动器)的温度和该绕组的第一电阻值计算温度校正参数。例如，典型的电动机驱动器包括一个散热器，该散热器具有与其相连接的温度测量装置。这可用来测定电动机驱动器的温度。

在实施例中，仅在电动机停歇了某预定时间段之后，才确定电动机驱动器和第一电阻值。对可以是该电动机驱动器的一个元件的处理器进行编程从而确定该电阻值并基于该电阻值和测定的电动机驱动器的温度计算校正参数。一旦计算出该校正参数，该处理器利用其和后续电阻测量值一起来计算该电动机的温度。在应用中，当处理器不接收连续的功率，不能监控该停歇时间时，就使用一个另外元件，例如机器控制器，确定该预定时间段是否已经过去。可以通过给该绕组施加电流并确定在所希望的级别上维持该电流所需的电压电平来确定该绕组的电阻。

该温度感测方法和系统的一个合适的应用是使用在洗衣机系统中，该洗衣机系统包括一个箱体，该箱体具有适于在箱体内旋转的滚筒。电动机可操作地连接至该滚筒并使滚筒进行旋转。根据温度的确定值，可以改变电动机的操作以避免过度发热。

附图说明

本发明的其他方面和优点通过阅读下面更详细的描述以及参照附图将变得很明白，其中，

图1是使本发明某些方面具体化的洗衣机实施例的透视图。

图2是用图表示出图1所示系统的元件的方框图。

图3是进一步示出图1和2所示系统的部分的方框图。

虽然本发明容许进行各种修改以及可选择其他形式，但是这里用附图中的例子表示其特定的实施例并对其进行详细的描述。然而应该理解，对这些特定实施例的描述的意图并不在于将本发明限定在所表示的特定方式中，相反，其目的在于覆盖所有落入在由附加的权利要求所限定的本发明的精神和保护范围内的改变、相等的以及可供选择的其他方式。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行描述。为了清楚，在说明书中并没有把实例中的所有特征都表示出来。当然，在任何这种实例的研发中，许多具体执行的条件都是为了获得研发者特定的目标，例如服从系统相关和商业相关的条件，该条件在各个实例中彼此不相同。此外，这种研发工作可能是复杂并耗费时间的，但是对于具有本发明教导的本领域普通技术人员来说只不过是例行常规工作而已。

如上所述，在使用旋转电磁机器例如电动机和发电机的许多应用中，都需要对温度进行监控和管理。为了简便，用术语“电动机”表示旋转电磁机器。这种应用的一个例子是用电动机提供动力的洗衣机。图1表示的是应用本发明的各种教导下的一个实施例的洗衣机101。图1所示的洗衣机101为水平轴机器，滚筒102位于箱体104内。

图2表示洗衣机101的部件的简单框图。洗衣机控制器110接收并提供输入和输出，以控制洗衣机的各种运转。它连接至电动机驱动器112，该电动机驱动器112控制着电动机120的运转，该电动机120驱动滚筒102。

图3表示的是电动机驱动器112和电动机120的其他方面。在实施例中，采用三相感应电动机。电动机120包括固定部件或定子122，其内分布有多个绕组124。在公开的实施例中，绕组124由铜线构成。旋转部件或转子126位于定子122内部，以相对于定子进行旋转。在三相感应电动机中，通过对定子绕组124施加三相正弦交流电压，从而激励转子126进行旋转，从而形成旋转磁场。

电动机驱动器112包括处理器130和功率模块132，并且通过主电源线134从洗衣机控制器110接收功率，功率模块连接至电动机120，为绕组124提供能量从而使电动机运行。导线140连接在洗衣机控制器110和电动机驱动器的处理器130之间。

当洗衣机的滚桶102负荷很大时，电动机120的温度会随着其带动滚桶102的旋转而升高。正如前边所述，必须对电动机120的温度进行监控。众所周知，金属丝例如电动机绕组124中的电阻是由温度决定的。温度系数的定义为：α＝(R-R0)/R0*(T-T0)，其中R和R0表示电阻值，T和T0表示温度，由此引出模型：

T＝kR+T1

其可以被写成：

k＝(T-T1)/R    方程1

其中，k是校正参数，T是电动机120的温度，R是绕组124的电阻值，T1是温度常量。

绕组124的电阻值R可以通过让恒定电流通过绕组124和测量维持该期望电流所需的电压来进行测量。在实施例中，必要时对终端电压进行测量并针对功率模块132中包括的其他元件进行补偿。电压通过功率模块132中包含的脉宽调制(PWM)反相桥供应给电动机120。在预定数目的采样(在一个实施例中在16kHz上进行4800个采样)上对维持恒定电流所需的PWM电压进行求平均值。

在模型中温度T1为常量并且是铜的特性。根据化学物理CRC手册第49版中的数据，铜导线在0至75℃的温度上的电阻值适于方程1，通过线性回归得到T1＝-233.9℃。

在特定洗衣机应用中所使用的电动机群体中，在绕组的电阻值在室温下变化很大，以致于其对应于由电阻测量所确定的大约70℃的温度变化。这个变化太大以致于不能被接受，所以校正常量k必须针对每个电动机进行调整。在洗衣机制造过程中，或在洗衣机服务维修中，对k进行手动调整是费用昂贵的和不可靠的，因此，需要一种校正温度测量的自动装置。

一旦电动机停歇一段时间，就可以认定电动机已经冷却至环境温度了。一旦电动机的温度达到环境温度时，就可以认定电动机的温度与和电动机靠近的其他物体的温度相同或近似相同。这样，如果可以确定与电动机靠近那个物体的温度，就可以利用这个温度作为温度校正。

在多个电动机应用中，例如这里所述的洗衣机应用中，电动机驱动器112位于靠近电动机的位置。电动机驱动器的功率模块132包括散热器温度传感器142，用来监控功率模块132的温度并防止由于过热对其电元件造成损坏。根据本发明的教导，由于在洗衣机101中电动机120和电动机驱动器112物理上彼此处于相邻位置，因此，利用功率模块的散热器温度传感器142来确定电动机120处于特定温度下。

电动机驱动器112中的散热器和电动机120相似地具有不同的热时间常量和加热速率——不能认定位于电动机驱动器112中的散热器和电动机总是为相同的温度。为了保证电动机和驱动处于相同的温度，必须要经过一段预定时间，这是因为电动机在校正过程进行之前被供电。在一个实施例中，该时间段为2小时。

在洗衣机应用中，电动机驱动器112不能被连续供电，因此它不能跟踪长时间段的停歇时间。然而，洗衣机控制器110典型地被连续供电(洗衣机自身典型地连续连接至市电电源上)。所以洗衣机控制器110可以确定从电动机120被持续供电开始以来是否经过了所需要的时间段。当洗衣机控制器110给电动机驱动器112上电时，如果预定时间段已经过去，它就向该驱动器发送表示“可以校正”的信息。然后电动机驱动器112利用电动机温度的散热器温度值T_heatsink以及相应的绕组电阻值R计算一个用于校正参数k的值，如下所示：

k＝(T_heatsink+234)/R

正如上边所述，可以通过使电流脉冲通过绕组124并测量对维持所期望电流所需要的电压值来测量R。k的这个新值存储在电动机驱动器的非易失存储器中，并用于根据后续的绕组电阻测量值对电动机温度作进一步计算。

相应地，如果计算的温度超出了某预定值，可以采取纠正措施。例如，在一个实施例系统中，滚筒的旋转方向周期性发生转变。如果温度超出了第一温度限制，那么，在改变旋转方向之前增加或提高等待周期，以便使电动机冷却。如果温度超出了第二温度限制，则电动机被关闭并发出警报。

这里仅对前面所述的特定实施例进行了解释，但是本发明可以被修改并以对于本领域普通技术人员是显而易见的不同但相似的方式进行实施。并且，不受这里所示的结构或设计细节的限制，而是被下面权利要求中所述范围限制。因此，很显然，可以修改或改变上述的特定实施例，并且所有这些变动都认为落入本发明的保护范围和精神之内。相应地，请求保护的范围由下面的权利要求阐明。

Claims (20)

1.一种确定旋转电磁机器的温度的方法，该机器包括可激励绕组，该方法包括：

确定绕组的第一电阻值；

确定位于该机器附近的物体的温度；

基于该第一电阻值和该物体的温度计算温度校正参数；

确定绕组的第二电阻值；和

基于该校正参数和该第二电阻值计算该机器的温度。

2.权利要求1的方法，进一步包括：在等待机器停歇了预定时间段之后，才确定该第一电阻值和该物体的温度。

3.权利要求1的方法，其中确定该第一和第二电阻值包括：

对该绕组施加电流；以及

确定维持该电流在期望的电平处所需要的电压电平。

4.权利要求1的方法，其中该物体为电动机驱动器。

5.权利要求1的方法，其中该物体为具有散热器的电动机驱动器，并且其中确定该物体的温度包括确定该散热器的温度。

6.一种为了确定旋转电磁机器的温度而计算温度校正参数的方法，该机器包括可激励绕组，该方法包括：

等候该机器停歇一个预定时间段；

确定该绕组的电阻值；

确定位于该机器附近的物体的温度；

基于该电阻值和该物体的温度计算温度校正参数。

7.权利要求6的方法，其中确定该电阻值包括：

对该绕组施加电流；以及

确定维持该电流在期望的电平处所需要的电压电平。

8.权利要求6的方法，其中该物体为电动机驱动器。

9.权利要求6的方法，其中该物体为具有散热器的电动机驱动器，并且其中确定该物体的温度包括确定该散热器的温度。

10.一种电动机系统，包括：

具有可激励绕组的电动机；

连接至该绕组的电动机驱动器；

连接至电动机驱动器以用来测量其温度的温度测量装置；

处理器，其被编程以用来根据电动机驱动器的温度和该绕组的第一电阻值确定温度校正参数；以及

其中该处理器被进一步编程以便根据该校正参数和该绕组的第二电阻值确定该电动机的温度值。

11.权利要求10的电动机系统，其中仅当该电动机停歇的预定时间段过去之后，该处理器才确定温度校正参数。

12.权利要求11的电动机系统，进一步包括连接至电动机驱动器的控制器，其中该控制器确定该预定时间段是否已经过去。

13.权利要求10的电动机系统，其中该处理器被编程以通过对该绕组施加电流以及确定维持该电流在期望的电平处所需要的电压电平的方式来确定该第一和第二电阻值。

14.权利要求10的电动机系统，其中该电动机驱动器包括有散热器，其中该温度测量装置连接至该散热器以测量其温度。

15.权利要求10的电动机系统，其中该电动机为感应电动机。

16.一种洗衣机系统，包括：

机箱；

位于该机箱内并旋转的滚筒；

连接至该滚筒以使滚筒旋转的电动机，该电动机包括可激励绕组；

连接至该绕组的电动机驱动器；

连接至电动机驱动器以用来测量其温度的温度测量装置；

处理器，其被编程以用来根据电动机驱动器的温度和该绕组的第一电阻值确定温度校正参数；以及

其中该处理器被进一步被编程以便根据该校正参数和该绕组的第二电阻值确定该电动机的温度值。

17.权利要求16的洗衣机系统，其中该电动机为感应电动机。

18.权利要求16的洗衣机系统，其中仅当该电动机停歇的预定时间段过去之后，该处理器才确定温度校正参数。

19.权利要求16的洗衣机系统，进一步包括连接至电动机驱动器的控制器，其中该控制器确定该预定时间段是否已经过去。

20.权利要求16的洗衣机系统，其中该处理器被编程以通过对该绕组施加电流以及确定维持该电流在期望的电平处所需要的电压电平的方式来确定该第一和第二电阻值。

权利要求16的洗衣机系统，其中该电动机驱动器包括有散热器，其中该温度测量装置连接至该散热器以测量其温度。

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