CN104980066A - 排水泵用直流无刷电动机系统、及其控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排水泵用直流无刷电动机的控制方法及控制装置、以及一种排水泵用直流无刷电动机系统。所述排水泵用直流无刷电动机的控制方法包括：在所述直流无刷电动机的转速达到第一预定转速之后，将给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比与第一临界占空比进行比较；以及在所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为第二预定转速，其中，所述第二预定转速低于所述第一预定转速。通过根据给定子绕组供电的电压脉冲的占空比来识别排水泵的半水半空气状态，并且通过在此状态下降低直流无刷电动机的目标转速来降低半水半空气噪音。

Description

排水泵用直流无刷电动机系统、及其控制方法和控制装置

技术领域

本发明涉及排水泵技术领域，更具体地，本发明涉及一种家用电器的排水泵用直流无刷电动机的控制方法及控制装置、以及一种家用电器的排水泵用直流无刷电动机系统。

背景技术

目前，单相交流永磁同步电机以其高能量效率和优秀的稳态特性被广泛应用于洗碗机、洗衣机等家用电器排水泵领域。然而，单相交流永磁同步电机在启动和运行性能方面有一定的局限性。

例如，在洗衣机排水泵应用中，为了解决排水泵启动时负荷大容易烧毁电机的问题，需要增设启动装置，该启动装置主要由设有启动筋的联轴器和设有启动凸台的启动腔组成，在电机启动瞬间，需要先空转一定角度，当启动筋转到与启动凸台接触后才能带动叶轮转动，从而实现空载启动的效果，有效地解决了因启动负载大而烧毁电机的问题。由于启动筋与启动凸台接触时会发出碰撞的噪声，为了减低这种噪声，可在启动筋两侧边或启动凸台两侧边分别设有减震垫。这种电机结构比较复杂，装配工艺繁琐，且启动腔与减震垫的增加也使成本大大增加，多次启动后存在减震垫的失效问题。

其次，单相交流永磁同步电机本身无法实现定向旋转和调速，需要在转子结构上增加止逆机构来防止电机反向旋转，并且通过调节供电电压的频率来实现单相交流永磁同步电机的调速，其在空载运转时振动、噪声较大且温升较高，而在排水过程后期，残留少量的水与空气混合，导致排水泵处于半水半空气状态，而电机无法识别此状态，叶轮仍高速旋转，产生了半水半空气噪音。

已经提出了一种识别单相交流永磁同步电机的这种半水半空气状态的技术。在中国专利申请公布号CN102444570A的专利文献中公开了一种家用电器排放泵的控制方法及实施该方法的处理单元，其通过计算电机相电流函数的零电流平台和与相同的相位相关的反电动势信号的过零点之间的相差，识别单相交流永磁同步电机的半水半空气状态。然而，其只是对单相交流永磁同步电机进入半水半空气运行的临界状态进行识别，并切断对电机的供电，待水位恢复到一定值之后，再次启动电机。这种控制方法带来的缺点是残留的水并不能通过电机完全排出，因此并未彻底的解决排水过程中半水半空气噪音问题。

随着绿色家电理念的提出和环保意识的增强，现有的排水泵已无法满足大家对居住环境舒适度越来越高的要求。因此，需要一种新型的排水泵，其结构简单，体积较小，效率较高，工作噪音较小。

发明内容

为了解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种排水泵用直流无刷电动机的控制方法及控制装置、以及一种排水泵用直流无刷电动机系统，其可以识别排水泵的半水半空气状态，并且通过在此状态下降低直流无刷电动机的目标转速来降低半水半空气噪音。

根据本发明的另一方面，提供了一种排水泵用直流无刷电动机的控制方法，包括：在所述直流无刷电动机的转速达到第一预定转速之后，将给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比与第一临界占空比进行比较；以及在所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为第二预定转速，其中，所述第二预定转速低于所述第一预定转速。

根据本发明实施例，在所述直流无刷电动机处于空载运行状态下时，给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第一占空比；在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下时，给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第二占空比；其中，所述第一临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第二占空比。

根据本发明实施例，在所述电压脉冲的占空比持续降低并且低于所述第一临界占空比的情况下，才判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为第二预定转速。

根据本发明实施例，在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下的转速达到第一预定转速之后，在所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，才判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为所述第二预定转速。

根据本发明实施例，在所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比继续降低至第二临界占空比的情况下，将所述排水泵直流无刷电动机的目标转速设置为所述第三预定转速，其中，所述第二临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第一临界占空比，所述第三预定转速高于所述第二预定转速。

根据本发明实施例，所述第一预定转速等于或低于所述直流无刷电动机的额定转速，所述第三预定转速等于所述直流无刷电动机的额定转速；所述第一临界占空比等于所述第二临界占空比。

根据本发明的又一方面，提供了一种排水泵用直流无刷电动机的控制装置，包括：占空比比较部件，其在所述直流无刷电动机的转速达到第一预定转速之后，将给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比与第一临界占空比进行比较，并且得到第一比较结果；以及目标转速设置部件，其在所述第一比较结果指示所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为第二预定转速，其中，所述第二预定转速低于所述第一预定转速。

根据本发明实施例，在所述直流无刷电动机处于空载运行状态下时，给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第一占空比；在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下时，给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第二占空比；其中，所述第一临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第二占空比。

根据本发明实施例，在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下的转速达到第一预定转速之后，目标转速设置部件在所述第一比较结果指示所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，才判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为所述第二预定转速。

根据本发明实施例，所述占空比比较部件还将给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比与第二临界占空比进行比较，并且得到第二比较结果；所述目标转速设置部件还在所述第二比较结果指示所述电压脉冲的占空比低于第二临界占空比的情况下，将所述直流无刷电动机的目标转速设置为所述第三预定转速，其中，所述第二临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第一临界占空比，所述第三预定转速高于所述第二预定转速。

根据本发明实施例，所述第一预定转速等于或低于所述直流无刷电动机的额定转速，所述第三预定转速等于所述直流无刷电动机的额定转速；所述第一临界占空比等于所述第二临界占空比。

根据本发明又一方面，提供了一种排水泵用直流无刷电动机系统，包括：直流无刷电动机，包括：定子组件和转子组件，定子组件包括定子铁芯以及在定子铁芯槽中绕制的定子绕组，转子组件包括转子磁极；以及电动机控制系统，包括：驱动模块、位置检测模块和控制模块，其中，所述位置检测模块检测所述直流无刷电动机中的转子磁极的位置，所述控制模块根据所述位置检测模块检测的所述转子磁极的位置计算所述转子磁极的实际转速，并且根据所述直流无刷电动机的目标转速和所述直流无刷电动机的实际转速输出用于控制所述驱动模块的控制脉冲信号；其中，所述控制模块还在所述驱动模块输出的电压脉冲的占空比低于第一临界占空比时，判断所述排水泵进入半水半空气状态，并且降低所述直流无刷电动机的目标转速。

根据本发明实施例，所述定子铁芯槽的数量与转子磁极的数量相同，转子磁极和定子铁芯所形成的径向气隙为不均匀气隙。

根据本发明实施例，所述驱动模块包括H桥逆变器；以及所述控制模块输出的控制脉冲信号为用于控制所述H桥逆变器中的四个开关的开关控制脉冲信号。

根据本发明实施例，在所述直流无刷电动机的转速达到第一预定转速之后，所述控制模块在所述驱动模块输出的电压脉冲的占空比低于第一临界占空比时，判断所述排水泵进入半水半空气状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为第二预定转速，其中，所述第二预定转速低于所述第一预定转速。

根据本发明实施例，在所述直流无刷电动机处于空载运行状态下时，所述驱动模块输出的电压脉冲的占空比为第一占空比；在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下时，所述驱动模块输出的电压脉冲的占空比为第二占空比；其中，所述第一临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第二占空比。

根据本发明实施例，在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下的转速达到第一预定转速之后，在所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，所述控制模块才判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为所述第二预定转速。

根据本发明实施例，在所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比继续降低至第二临界占空比的情况下，将所述排水泵直流无刷电动机的目标转速设置为所述第三预定转速，其中，所述第二临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第二占空比，所述第三预定转速高于所述第二预定转速。

根据本发明实施例，所述第一预定转速和所述第三预定转速等于所述直流无刷电动机的额定转速；所述第一临界占空比等于所述第二临界占空比。

利用根据本发明实施例的排水泵用直流无刷电动机的控制方法及控制装置、以及排水泵用直流无刷电动机系统，通过在所述直流无刷电动机的转速达到预设转速之后，将给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比与预设的对应于所述排水泵的半水半空气状态临界判断点的临界占空比比较，判断所述排水泵是否进入半水半空气状态，并且进而在判断所述排水泵进入半水半空气状态的情况下降低所述直流无刷电动机的目标转速，从而降低所述排水泵所产生的半水半空气噪音，并且同时也使得所述排水泵能够将剩余水完全排出。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1图示了根据本发明实施例的排水泵用直流无刷电动机系统的整体结构示意图；

图2图示了根据本发明实施例的排水泵中的电动机控制系统的示意性框图；

图3图示了根据本发明实施例的电动机控制系统的具体结构框图；

图4图示了根据本发明实施例的控制模块22所实施的控制原理图；

图5图示了根据本发明实施例的排水泵用直流无刷电动机的工作阶段示意图；

图6图示了根据本发明实施例的直流无刷电动机的控制方法600的示意性流程图；以及

图7图示了根据本发明实施例的排水泵用直流无刷电动机的控制装置700的示意性框图。

具体实施方式

将参照附图详细描述根据本发明的各个实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。

直流无刷电动机因体积小、动态响应特性好、启动转矩大、过载能力强等优势在各个领域中获得了广泛地应用。直流无刷电动机在启动方面具有单相交流永磁同步电机无法比拟的优势，其除了无需启动装置之外，还可以提供较大的启动转矩。因此，在本发明中，将直流无刷电动机应用于洗碗机、洗衣机等家用电器排水泵领域。

图1示出了根据本发明实施例的排水泵用直流无刷电动机系统的整体结构示意图。如图1所示的排水泵用直流无刷电动机系统包括直流无刷电动机1、以及电动机控制系统2。

所述直流无刷电动机1包括：定子组件和转子组件，定子组件包括定子铁芯以及在定子铁芯槽中绕制的定子绕组，转子组件包括转子磁极。

具体地，所述定子绕组为按照一定规律绕制在定子铁芯槽中的单相双极性绕组。在所述直流无刷电动机1中，转子磁极和定子铁芯所形成的径向气隙为不均匀气隙，气隙大的位置，磁阻大，气隙小的位置，磁阻小。

随着转子磁极的旋转，当转子磁极和定子铁芯之间的气隙逐渐从大变小时，即，当转子磁极旋转的磁阻从大变小时，所述直流无刷电动机1的运行性能可以得到优化。

对于本领域技术人员而言，直流无刷电动机的电机结构是公知的，因此为了避免混淆本发明，在此不对直流无刷电动机的电机结构进行赘述。

图2示出了根据本发明实施例的电动机控制系统2的具体示意图。

如图2所示，根据本发明实施例电动机控制系统2包括驱动模块21、控制模块22和位置检测模块23。

所述驱动模块21为所述直流无刷电动机供电，所述驱动模块21具有两个输出端A和B，在第一输出端A和第二输出端B之间输出极性可调、宽度可调、且幅度恒定的电压脉冲，所述电压脉冲驱动所述直流无刷电动机旋转。

图3示出了根据本发明实施例的电动机控制系统的具体结构框图。

如图3所示，所述驱动模块21可以包括H桥式逆变电路，所述驱动模块21从所述控制模块22接收四路开关控制信号，所述开关控制信号可以为PWM信号，并且根据所接收的四路开关控制信号分别控制所述H桥式逆变电路的四个桥臂中的开关的导通与断开。为了不混淆本发明，在此不具体描述PWM信号的产生。

根据本发明实施例，所述H桥式逆变电路的每个桥臂分别包括一个可控开关，所述可控开关例如为MOSFET，IGBT等开关器件。

如图3所示，所述H桥式逆变电路包括开关Q1、Q2、Q3和Q4，其中，开关Q1和Q3位于上桥臂，开关Q2和Q4位于下桥臂，开关Q1和开关Q3之间的连接点构成第一输入端M，开关Q2和开关Q4之间的连接点构成第二输入端N，开关Q1和开关Q2的连接点构成第一输出端A，开关Q3和开关Q4的连接点构成第二输出端B。

通过控制开关Q1、Q2、Q3和Q4的导通和断开，可以控制施加在所述第一输出端A和所述第二输出端B之间的电压脉冲的极性和宽度。

例如，假设所述第一输入端M和在所述第二输入端N之间的电压为正极性，在Q1和Q4导通时，在所述第一输入端A和所述第二输入端B之间的电压脉冲的极性为正极性，反之，在Q2和Q3导通时，在所述第一输入端A和所述第二输入端B之间的电压脉冲的极性为负极性。

此外，根据需要，所述驱动模块21还可以包括电平变换电路（未示出），所述电平变换电路从所述控制模块22接收所述四路开关控制信号，并且将所接收的四路开关控制信号分别进行电平变换以得到四路开关驱动信号，分别用于驱动所述H桥式逆变电路中的开关Q1、Q2、Q3和Q4。例如，所述四路开关控制信号的高电平可以为5V，所述四路开关驱动信号的高电平可以为12V。

所述位置检测模块23可以包括霍尔传感器，所述霍尔传感器安装在所述定子铁芯上靠近转子的位置，通过所述霍尔传感器感应转子磁极的位置。例如，所述霍尔传感器得到的转子磁极位置信号为高低电平的形式。

所述控制模块22可以接收所述位置检测模块23输出的转子磁极位置信号，并且可以根据所述位置检测模块23检测的所述转子磁极的位置计算所述直流无刷电动机的所述转子磁极的实际转速，并且根据所述直流无刷电动机的目标转速和所述直流无刷电动机的实际转速输出用于控制所述驱动模块的控制脉冲信号，即所述四路开关控制信号。

图4示出了根据本发明实施例的控制模块22所实施的控制原理图。

如图4所示，所述控制模块22可以包括速度外环控制子模块221和电流内环控制子模块222。

所述速度外环控制子模块221实现速度外环的闭环控制功能，其计算所述直流无刷电动机的当前速度与目标速度之间的速度差值，并且基于该速度差值得到电流内环的电流给定值。

根据本发明实施例，所述速度外环控制子模块221可以包括速度PID控制器，所述速度PID控制器对所述速度差值进行PID（比例－积分－微分）运算，以得到所述电流给定值。通过调节所述速度PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数，可以调节所述直流无刷电动机控制系统的控制性能。

所述电流内环控制子模块222实现电流内环的闭环控制功能，其计算所述直流无刷电动机的当前定子电流与所述速度外环控制子模块221提供的电流给定值之间的电流差值，并且基于该电流差值控制所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比。

根据本发明实施例，所述电流环控制子模块222可以包括电流PID控制器，所述电流PID控制器对所述速度差值进行PID（比例－积分－微分）运算，以得到所述电流给定值。通过调节所述电流PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数，可以调节所述直流无刷电动机控制系统的控制性能。

此外，根据本发明实施例，所述电动机控制系统还可以包括电流检测器和AD转换器，所述电流检测器检测所述直流无刷电动机的定子电流，所述AD转换器将所述电流检测器检测到的所述直流无刷电动机的定子电流的模拟信号转换为数字信号。

根据本发明实施例，在所述直流无刷电动机处于空载运行状态下时，所述直流无刷电动机的目标转速为其额定转速，此时，所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第一占空比；而在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下时，所述直流无刷电动机的目标转速也为其额定转速，此时，所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第二占空比。根据直流无刷电动机的运行原理可知，所述第二占空比大于所述第一占空比。

在所述排水泵排出部分水之后，所述直流无刷电动机处于半水半空气状态时，所述直流无刷电动机的负载小于额定负载，如果所述直流无刷电动机的目标转速仍为其额定转速，所述速度闭环控制子模块221将控制所述直流无刷电动机保持其转速恒定，通过所述速度闭环控制子模块221和所述电流闭环控制子模块222的控制，通过调整所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比来保持所述直流无刷电动机的转子磁极的转速恒定，此时，所述电压脉冲的占空比为第三占空比。根据直流无刷电动机的运行原理可知，所述第二占空比大于所述第三占空比，所述第三占空比大于所述第一占空比。

如前所述，如果在所述排水泵用直流无刷电动机进入半水半空气运行状态时，所述直流无刷电动机仍带动叶轮高速旋转，则产生较大的半水半空气噪音。

根据本发明实施例，根据所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比来识别出所述直流无刷电动机的半水半空气运行状态，并且在识别出所述半水半空气运行状态后降低所述直流无刷电动机的目标转速，即降低所述半水半空气运行状态下所述直流无刷电动机的目标转速，从而达到降低半水半空气噪音的目的，并且所述直流无刷电动机以降低后的转速继续运转带动叶轮部分将剩余水全部排出。

图5示出了根据本发明实施例的排水泵用直流无刷电动机的工作阶段示意图。

首先，在启动阶段S1，将所述H桥式逆变电路中的开关Q1和Q4导通，在所述H桥式逆变电路的第一输出端A和第二输出端B之间输出的电压脉冲的极性为正极性，换句话说，对所述直流无刷电动机的定子绕组进行A→B方向预通电，然后，将所述H桥式逆变电路中的开关Q2和Q3导通，而将所述H桥式逆变电路中的开关Q1和Q4断开，此时在所述H桥式逆变电路的第一输出端B和第二输出端B之间输出的电压脉冲的极性为负极性，换句话说，对所述直流无刷电动机的定子绕组进行B→A方向预通电。对所述直流无刷电动机的定子绕组进行预通电所形成的磁场可以与转子磁极的磁场形成斥力或吸力，从而带动转子磁极转动微小的角度，并且使得位置传感模块能够确定此时转子磁极的位置。

在所述位置传感模块能够确定所述直流无刷电动机的转子磁极的位置之后，所述控制模块21中的所述速度外环控制子模块221和所述电流内环控制子模块222控制所述直流无刷电动机加速直至达到所述目标转速（例如，额定转速）。

然后，所述直流无刷电动机在所述控制模块21的控制下进入稳定运行阶段S2。

在所述排水泵开始排水之后，开始存在水与空气混合的情况，所述直流无刷电动机的负载减小，相应地通过所述控制模块22中的所述速度外环控制子模块221和所述电流内环控制子模块222的控制，调整所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比，从而维持所述直流无刷电动机的转速基本恒定。具体地，减小所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比。

随着所述排水泵排水量的增加，越来越多的空气进入，此时所述排水泵进入了半水半空气运行阶段S3。在此阶段中，尤其在排水过程后期，残留少量的水与空气混合，如果所述无刷直流电动机仍以高速带动所述叶轮部分旋转，则所述排水泵将会产生较大的半水半空气噪音。

根据本发明实施例的直流无刷电动机的控制方法将主要针对该半水半空气阶段的识别以及之后的处理，下面将参考图6来具体描述根据本发明实施例的直流无刷电动机的控制方法。

然后，在所述排水泵排空水时，所述排水泵进入水排空阶段S4，相应地所述直流无刷电动机变为空载运行。

接下来，根据实际需要，可能存在水恢复阶段S5，或者也可能不存在水恢复阶段S5。

图6图示了根据本发明实施例的直流无刷电动机的控制方法600的示意性流程图。

在步骤S610，将所述直流无刷电动机的实际转速与预设的第一预定转速进行比较。

在步骤S620，判断所述直流无刷电动机的实际转速是否大于所述第一预定转速。

在所述直流无刷电动机的实际转速大于所述第一预定转速的情况下，根据本发明实施例的直流无刷电动机的控制方法进行到步骤S630。

在步骤S630，将给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比与第一临界占空比进行比较。

在步骤S640，判断所述电压脉冲的占空比是否低于第一临界占空比。

在所述电压脉冲的占空比是否低于第一临界占空比的情况下，根据本发明实施例的直流无刷电动机的控制方法进行到步骤S650。

在步骤S650，判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为第二预定转速，所述第二预定转速低于所述第一预定转速。

在根据本发明实施例的直流无刷电动机的控制方法中，在所述直流无刷电动机的转速达到预设的第一预定转速之后，才进行所述电压脉冲的占空比的比较。所述预设的第一预定转速可以是所述直流无刷电动机运行的目标转速并且可以为所述额定转速，或者可以是比所述目标转速低一些的转速，例如所述目标转速或额定转速的90%。

然后，在所述排水泵开始排水之后，开始存在水与空气混合的情况，所述直流无刷电动机的负载减小，相应地通过所述控制模块22中的所述速度外环控制子模块221和所述电流内环控制子模块222的控制，调整（具体地，减小）所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比，从而使得所述直流无刷电动机的实际转速与目标转速基本保持一致。

如前所述，由于随着所述排水泵排水量的增加，所述直流无刷电动机的负载变得更小，所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比也减小。

通过设定预定的第一临界占空比，在所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比逐渐减小至所述第一临界占空比时，所述控制模块22可以判断所述直流无刷电动机进入半水半空气状态，此时可以降低所述排水泵直流无刷电动机的目标转速，从而降低所述排水泵的半水半空气噪音。这里的第一临界占空比只是一个设定值，实际上只要所述排水泵开始排水，所述直流无刷电动机就进入水和空气混合状态，只是这时空气所占比例较小并且所述排水泵所产生的噪音处于可容许范围内。例如，所述预定的第一临界占空比可以按照所述排水泵所产生的噪音选择，也可以按照空气所占比例选择。

如前所述，在所述直流无刷电动机处于空载运行状态下时，给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第一占空比；在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下时，给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第二占空比，所述第二占空比大于所述第一占空比。作为示例，所述第一临界占空比可以选择为所述第一占空比和所述第二占空比之间的某一值，例如所述第二占空比的70%，即所述第一临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第二占空比。

在所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比介于所述第一临界占空比和所述第二占空比之间时，仍认为所述直流无刷电动机未进入半水半空气状态，所述直流无刷电动机的目标转速保持不变。

在所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比降低至等于或低于所述第一临界占空比时，判断所述排水泵直流无刷电动机进入半水半空气状态，并且在此时降低所述排水泵直流无刷电动机的目标转速，例如将此时的目标转速设定为所述第二预定转速，所述第二预定转速例如可以为所述额定转速的40%～60%。

由此，通过降低所述排水泵直流无刷电动机在进入半水半空气状态之后的目标转速，可以降低所述排水泵在排水后期的半水半空气状态下产生的半水半空气噪音，并且仍可以将剩余水完全排出。

作为一个具体应用，在所述直流无刷电动机在额定负载下稳定运行时，在其转速上升达到第一预定转速之后，在所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，所述控制模块22才判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为所述第二预定转速。

此外，根据本发明实施例，不仅可以设置一个临界占空比，还可以设置两个临界占空比，例如，第一占空比<下临界占空比<上临界占空比<第二占空比，在所述电压脉冲的占空比降低至等于或低于所述上临界占空比时，将所述直流无刷电动机的目标转速降低为第一中间转速，而在所述电压脉冲的占空比降低至等于或低于所述下临界占空比时，将所述直流无刷电动机的目标转速降低为第二中间转速，所述第一中间转速大于所述第二中间转速。

此外，在根据本发明实施例的直流无刷电动机的控制方法中，还可以设定预定的第二临界占空比，所述第二临界占空比低于所述第一临界占空比，并且所述第一临界占空比和所述第二临界占空比构成半水半空气运行状态的占空比区间。在所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比降低至等于或低于所述第二临界占空比时，可以基本认为所述排水泵排水完成，并且可以恢复所述直流无刷电动机的原始目标转速。此时，所述排水泵可以进入水排空阶段S4。

具体地，根据本发明实施例的直流无刷电动机的控制方法600在步骤S650之后，还可以包括步骤S660（未示出）。

在步骤S660中，将所述驱动模块给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比与第二临界占空比进行比较，在所述电压脉冲的占空比低于所述第二临界占空比的情况下，所述控制部件22将所述直流无刷电动机的目标转速设置为第三预定转速，其中，所述第二临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第一临界占空比，所述第三预定转速高于所述第二预定转速。

在一个具体应用中，所述第一预定转速可以等于或低于所述直流无刷电动机的额定转速，所述第三预定转速可以等于所述直流无刷电动机的额定转速。

图7示出了根据本发明实施例的排水泵用直流无刷电动机的控制装置700的示意性框图。

如图7所示，根据本发明实施例的排水泵用直流无刷电动机的控制装置700可以包括：占空比比较部件710以及目标转速设置部件720。

占空比比较部件710在所述直流无刷电动机的转速达到第一预定转速之后，将给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比与第一临界占空比进行比较，并且得到第一比较结果。

目标转速设置部件720在所述第一比较结果指示所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为第二预定转速，其中，所述第二预定转速低于所述第一预定转速。

根据本发明实施例，在所述直流无刷电动机处于空载运行状态下时，给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第一占空比；在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下时，给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第二占空比；其中，所述第一临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第二占空比。

根据本发明实施例，在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下的转速达到第一预定转速之后，目标转速设置部件720在所述第一比较结果指示所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，才判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为所述第二预定转速。

此外，所述占空比比较部件710还将给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比与第二临界占空比进行比较，并且得到第二比较结果。在此情况下，所述目标转速设置部件720还在所述第二比较结果指示所述电压脉冲的占空比低于第二临界占空比的情况下，将所述直流无刷电动机的目标转速设置为所述第三预定转速，其中，所述第二临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第一临界占空比，所述第三预定转速高于所述第二预定转速，并且所述第一临界占空比和所述第二临界占空比构成半水半空气运行状态的占空比区间。

在一个具体应用中，所述第一预定转速可以等于或低于所述直流无刷电动机的额定转速，所述第三预定转速可以等于所述直流无刷电动机的额定转速。

已经参考图1－图7描述了根据本发明实施例的排水泵用直流无刷电动机的控制方法及控制装置、以及排水泵用直流无刷电动机系统，其通过在所述直流无刷电动机的转速达到预设转速之后，将给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比与预设的对应于所述排水泵的半水半空气状态临界判断点的临界占空比比较，判断所述排水泵是否进入半水半空气状态，并且进而在判断所述排水泵进入半水半空气状态的情况下降低所述直流无刷电动机的目标转速，从而降低所述排水泵所产生的半水半空气噪音，并且同时也使得所述排水泵能够将剩余水完全排出。

在上面详细描述了本发明的各个实施例。然而，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行各种修改，组合或子组合，并且这样的修改应落入本发明的范围内。

Claims (19)

1.一种排水泵用直流无刷电动机的控制方法，包括：在所述直流无刷电动机的转速达到第一预定转速之后，

将给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比与第一临界占空比进行比较；以及

在所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为第二预定转速，

其中，所述第二预定转速低于所述第一预定转速。

2.如权利要求1所述的控制方法，其中，

在所述直流无刷电动机处于空载运行状态下时，给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第一占空比；

在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下时，给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第二占空比；

其中，所述第一临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第二占空比。

3.如权利要求1所述的控制方法，其中，

在所述电压脉冲的占空比持续降低并且低于所述第一临界占空比的情况下，才判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为第二预定转速。

4.如权利要求1所述的控制方法，其中，

在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下的转速达到第一预定转速之后，在所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，才判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为所述第二预定转速。

5.如权利要求4所述的控制方法，还包括：

在所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比继续降低至第二临界占空比的情况下，将所述排水泵直流无刷电动机的目标转速设置为所述第三预定转速，其中，

所述第二临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第一临界占空比，

所述第三预定转速高于所述第二预定转速。

6.如权利要求5所述的控制方法，其中，

所述第一预定转速等于或低于所述直流无刷电动机的额定转速，所述第三预定转速等于所述直流无刷电动机的额定转速。

7.一种排水泵用直流无刷电动机的控制装置，包括：

占空比比较部件，其在所述直流无刷电动机的转速达到第一预定转速之后，将给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比与第一临界占空比进行比较，并且得到第一比较结果；以及

目标转速设置部件，其在所述第一比较结果指示所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为第二预定转速，

其中，所述第二预定转速低于所述第一预定转速。

8.如权利要求7所述的控制装置，其中，

在所述直流无刷电动机处于空载运行状态下时，给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第一占空比；

在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下时，给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比为第二占空比；

其中，所述第一临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第二占空比。

9.如权利要求7所述的控制装置，其中，

在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下的转速达到第一预定转速之后，目标转速设置部件在所述第一比较结果指示所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，才判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为所述第二预定转速。

10.如权利要求9所述的控制装置，其中，所述占空比比较部件还将给所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比与第二临界占空比进行比较，并且得到第二比较结果；

所述目标转速设置部件还在所述第二比较结果指示所述电压脉冲的占空比低于第二临界占空比的情况下，将所述直流无刷电动机的目标转速设置为所述第三预定转速，其中，

所述第二临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第一临界占空比，

所述第三预定转速高于所述第二预定转速。

11.如权利要求10所述的控制装置，其中，

所述第一预定转速等于或低于所述直流无刷电动机的额定转速，所述第三预定转速等于所述直流无刷电动机的额定转速。

12.一种排水泵用直流无刷电动机系统，包括：

直流无刷电动机，包括：定子组件和转子组件，定子组件包括定子铁芯以及在定子铁芯槽中绕制的定子绕组，转子组件包括转子磁极；以及

电动机控制系统，包括：驱动模块、位置检测模块和控制模块，

其中，所述位置检测模块检测所述直流无刷电动机中的转子磁极的位置，所述控制模块根据所述位置检测模块检测的所述转子磁极的位置计算所述转子磁极的实际转速，并且根据所述直流无刷电动机的目标转速和所述直流无刷电动机的实际转速输出用于控制所述驱动模块的控制脉冲信号；

其中，所述控制模块还在所述驱动模块输出的电压脉冲的占空比低于第一临界占空比时，判断所述排水泵进入半水半空气状态，并且降低所述直流无刷电动机的目标转速。

13.如权利要求12所述的排水泵用直流无刷电动机系统，其中，

所述定子铁芯槽的数量与转子磁极的数量相同，转子磁极和定子铁芯所形成的径向气隙为不均匀气隙。

14.如权利要求12所述的排水泵用直流无刷电动机系统，其中，

所述驱动模块包括H桥逆变器；以及

所述控制模块输出的控制脉冲信号为用于控制所述H桥逆变器中的四个开关的开关控制脉冲信号。

15.如权利要求12所述的排水泵用直流无刷电动机系统，其中，在所述直流无刷电动机的转速达到第一预定转速之后，所述控制模块在所述驱动模块输出的电压脉冲的占空比低于第一临界占空比时，判断所述排水泵进入半水半空气状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为第二预定转速，

其中，所述第二预定转速低于所述第一预定转速。

16.如权利要求15所述的排水泵用直流无刷电动机系统，其中，

在所述直流无刷电动机处于空载运行状态下时，所述驱动模块输出的电压脉冲的占空比为第一占空比；

在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下时，所述驱动模块输出的电压脉冲的占空比为第二占空比；

其中，所述第一临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第二占空比。

17.如权利要求15所述的排水泵用直流无刷电动机系统，其中，

在所述直流无刷电动机处于额定负载运行状态下的转速达到第一预定转速之后，在所述电压脉冲的占空比低于所述第一临界占空比的情况下，所述控制模块才判断所述排水泵进入半水半空气运行状态，并且将所述直流无刷电动机的目标转速设置为所述第二预定转速。

18.如权利要求15所述的排水泵用直流无刷电动机系统，其中，

在所述直流无刷电动机的定子绕组供电的电压脉冲的占空比继续降低至第二临界占空比的情况下，所述控制模块将所述排水泵直流无刷电动机的目标转速设置为所述第三预定转速，其中，

所述第二临界占空比大于所述第一占空比，并且小于所述第一临界占空比，

所述第三预定转速高于所述第二预定转速。

19.如权利要求18所述的排水泵用直流无刷电动机系统，其中，

所述第一预定转速等于或低于所述直流无刷电动机的额定转速，所述第三预定转速等于所述直流无刷电动机的额定转速。