DE10134301B4

DE10134301B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen der Wäschemenge in einer Waschmaschine

Info

Publication number: DE10134301B4
Application number: DE10134301A
Authority: DE
Inventors: Kwan Yuhl Seoul Cho; Hak Woon Kyungki Kim
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2001-07-14
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2021-07-15
Also published as: DE10134301A1; US20020050011A1; KR20020025314A; JP2008080173A; US6495980B2; JP2002102581A; KR100348626B1

Abstract

Vorrichtung zum Erfassen einer Wäschemenge in einer Waschmaschine, umfassend:
einen Wechselrichter (106) zum Empfangen einer Gleichstromspannung und Umformen derselben in eine Dreiphasen-Drehstromspannung;
einen BLGS-Motor (109), der durch die Dreiphasen-Drehstromspannung aus dem Wechselrichter (106) angetrieben wird;
einen Läuferpositionsdetektor (110) zum Ermitteln der Position eines Läufers des BLGS-Motors (109) und Ausgeben eines dementsprechenden Positionsermittlungssignals;
einen Mikrocomputer (108) zum Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern eines Schaltvorgangs des Wechselrichters (106) gemäß dem Positionsermittlungssignal von dem Läuferpositionsdetektor (110) und einem Stromsteuersignal;
eine Gatterantriebseinheit (107), die das Steuersignal von dem Mikrocomputer (108) empfängt und ein dementsprechendes Gatterantriebssignal an den Wechselrichter (106) ausgibt;
einen Drehmomentbefehlserzeuger (101), der ein Drehmomentbefehlssignal entsprechend einer Geschwindigkeit erzeugt, die von einem Benutzer eingestellt wird;
eine Drehmomentsteuerung (102), die das Drehmomentbefehlssignal von dem Drehmomentbefehlserzeuger (101) bearbeitet und ein dementsprechendes q-Achsenstrombefehlssignal ausgibt;
eine Stromsteuerung (103), die dem Wechselrichter (106) das Stromsteuerungssignal gemäß dem q-Achsenstrombefehlssignal von der...

Description

1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen der Wäschemenge in einer Waschmaschine, insbesondere eine Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen der Wäschemenge in einer Waschmaschine, die in der Lage ist, den Grad der Messung der Wäschemenge zu verbessern, um die Effizienz einer Waschmaschine durch Steuern eines Stroms und Ermitteln einer Geschwindigkeit zu verstärken, um einen Fehler beim Erfassen der Wäschemenge zu verringern, der aufgrund einer ungleichmäßigen Zufuhr gewöhnlichen Wechselstroms besonders bei einer Wechselrichterwaschmaschine, die einen bürstenlosen Gleichstrommotor (BLGS-Motor) verwendet, verursacht wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Aus der DE 198 06 258 A1 ist eine Waschmaschine mit einem auf der Trommelwelle angeordneten Antriebsmotor bekannt. Der Antriebsmotor ist dabei als permanentmagneterregter Synchronmotor gebildet, dessen Stator mit einer Wicklung versehen ist, welche durch einen Umrichter bestromt wird. Um einen Motor mit geringerem Energieverbrauch, geringerer Geräuschentwicklung und geringeren Kosten zur Verfügung zu stellen, wird vorgeschlagen, die Wicklung des Synchronmotors als Einzelpolwicklung auszuführen und die Anzahl der Statorpole und der Magnetpole ungleich zu gestalten. Ferner wird ein Umrichter verwendet, dessen Ausgangsspannung derart eingestellt ist, dass sich in allen Wicklungssträngen kontinuierliche Ströme ausbilden. Dadurch wird der Motor als fremdgeführter Synchronmotor betrieben. Dies garantiert die geringste Geräuschentwicklung in Verbindung mit einem permanenterregten Synchronmotor. Das Kupfervolumen ist geringer und somit wird die Maschine kompakter und kostengünstiger. Außerdem ist der Wirkungsgrad aufgrund geringerer Kupferverluste höher. Jedoch kann eine Wäschemenge nicht festgestellt werden und somit auch kein entsprechendes Stellsignal erzeugt werden.
Die EP 0 903 845 A2 zeigt einen Induktionsmotor für Waschmaschinen. Zur Steuerung der Drehzahl wird vorgeschlagen, einen Winkelgeschwindigkeitsschätzer und einen Winkelgeschwindigkeitsmesser vorzusehen. Entsprechend der gemessenen Winkelgeschwindigkeit wird der Erregerstrom des Stators eingestellt. Somit wird die Frequenz und Höhe des Erregerstroms in jeder Phase so eingestellt, dass sich die gewünschte Winkelgeschwindigkeit einstellt. Ferner ist ein Wäschemengensensor vorgesehen. Der Wäschemengensensor schätzt die Wäschemenge in Abhängigkeit der Ausgabe des Winkelgeschwindigkeitsschätzers. Außerdem wird vorgeschlagen, die Wäschemenge mit Hilfe der Ausgabe des Drehmomentmessers festzustellen.
In letzter Zeit wird zur Verbesserung eines Reinigungsgrades und zur Verringerung von Lärm und Energieverbrauch bei Waschmaschinen ein Wechselrichter zur Steuerung von deren Antriebsmotor mit einer Rückmeldung der Stellung des Rotors dieses Antriebsmotors aufgenommen, mit dem auch die Steuerung der Geschwindigkeit möglich ist. Eine solche Waschmaschine ist aus der JP 10-314484 bekannt (Patentfamilienmitglied ist GB 2325245 ).
Die Arbeitsweisen einer solchen Waschmaschine werden nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematischer Schaltplan, der den Bau einer allgemein verbreiteten BLGS-Motorantriebsvorrichtung der herkömmlichen Technik zeigt.
Wie in der Zeichnung gezeigt, beinhaltet die BLGS-Motorantriebsvorrichtung einen Gleichrichter 10, der eine gewöhnliche Wechselstromzufuhrspannung empfängt und sie in eine Gleichstromspannung gleichrichtet, einen Wechselrichter 20, der die Gleichstromspannung von dem Gleichrichter 10 über einen Glättungskondensator C1 empfängt und sie in eine Dreiphasen-Drehstromspannung gemäß Gatterantriebssignalen von einer Gatterantriebseinheit 60, die noch beschrieben wird, umformt, einen BLGS-Motor 30, der durch die Dreiphasen-Drehstromspannung aus dem Wechselrichter 20 angetrieben wird, einen Läuferpositionsdetektor 40, der die Position eines Läufers des BLGS-Motors 30 ermittelt, einen Mikrocomputer 50, der ein Positionsermittlungssignal von dem Läuferpositionsdetektor 40 empfängt und ein Steuersignal gemäß dem Positionsermittlungssignal ausgibt, und die Gatterantriebseinheit 60, die das Steuersignal von dem Mikrocomputer 50 empfängt und die Gatterantriebssignale an den Wechselrichter 20 als Antwort auf das Steuersignal ausgibt.
Es wird nun der Betrieb der BLGS-Motorantriebsvorrichtung, die wie oben beschrieben gebaut ist, erläutert.
Zuerst richtet der Gleichrichter 10 eine gewöhnliche Wechselstromzufuhrspannung gleich und gibt die Gleichstromspannung aus. Die ausgegebene Gleichstromspannung wird von dem Glättungskondensator geglättet und dem Wechselrichter 20 zugeführt.
Nach dem Empfang der Gleichstromspannung formt sie der Wechselrichter 20 in eine Dreiphasen-Drehstromspannung um und treibt den BLGS-Motor 30 mit der Drehstromspannung entsprechend dem Gatterantriebssignal von der Gatterantriebseinheit 60 an.
Nun ermittelt der Läuferpositionsdetektor 40 die Position des Läufers des BLGS-Motors 30 durch Verwendung eines Positionssensors und führt sie dem Mikrocomputer 50 zu.
Nach dem Empfang des Positionsermittlungssignals von dem Läuferpositionsdetektor 40 wendet der Mikrocomputer 50 das Steuersignal an, das dem Positionsermittlungssignal entsprechend erzeugt wurde, entsprechend dem die Gatterantriebseinheit 60 das Steuersignal empfängt und die Gatterantriebssignale dem Wechselrichter 20 als Antwort auf das Steuersignal zuführt.
Danach werden die oben beschriebenen Vorgänge wiederholt durchgeführt, um den Antrieb des BLGS-Motors 30 zu steuern.
Zur wirksamen Steuerung eines Wasch-/Spültakts sollte eine Wechselrichterwaschmaschine, die einen BLGS-Motor ver wendet, der die oben erwähnten Vorgänge durchführt, das Gewicht der Wäsche, d.h. die Menge der Wäsche, genau ermitteln.
Es gibt zwei Verfahren zur Messung der Wäschemenge; eine besteht darin, die Wäschemenge zu erfassen, indem der Motor über einen bestimmten Zeitraum hinweg auf eine vorherbestimmte Geschwindigkeit beschleunigt wird, und dann die Stromzufuhr abgeschaltet wird, worauf der Verlangsamungszeitraum gemessen wird, welcher der Trägheit in Übereinstimmung mit der Wäschemenge entspricht. Ein solches Verfahren wird gemäß der JP 10-314484 verwendet. Die andere Möglichkeit besteht darin, die Wäschemenge zu erfassen, indem die Zeit gemessen wird, die der Motor zum Beschleunigen auf eine bestimmte Geschwindigkeit benötigt.
Im allgemeinen übernimmt das herkömmliche System, bei dem ein Pulsator eine Drehkraft eines Motors über eine Kupplung und eine Übersetzung empfängt oder eine Richtung ändert, das Verfahren zum Erfassen der Wäschemenge durch Messen der Trägheit in Übereinstimmung mit der Wäschemenge.
Inzwischen wird im Falle eines Direktantriebswaschsystems, bei dem ein Pulsator oder ein Waschbehälter durch direkte Verbindung mit einem Motor angetrieben wird, die Zeit gemessen, die der Motor zum Beschleunigen auf eine bestimmte Geschwindigkeit benötigt, um die Wäschemenge zu erfassen.
Wie in 2A bis 2E gezeigt, wird der Motor anfangs an einem Bezugspunkt positioniert, woraufhin die Stärke einer Spannung, die dem Motor zugeführt wird, gleichmäßig erhöht wird. Das ist durch Steuern eines Wechselrichterschalters des Wechselrichters 20 in einem angemessenen Einschaltverhältnis möglich, wie in 2A gezeigt.
Mit Bezug auf 2B, welche die Amplitude einer Spannung zeigt, die dem Motor zugeführt wird, wenn das Einschaltverhältnis erhöht wird, ist der Zeitabstand, in dem der Wechselrichter angeschaltet wird, verlängert. Es ist so bekannt, daß sich ein Durchschnittswert der Spannung, die dem Motor zugeführt wird, im Laufe der Zeit allmählich erhöht.
Mit Bezug auf 2A wird, wenn die Menge der Wäsche größer als eine Bezugsmenge der Wäsche ist, da der Motor ein größeres Drehmoment zum Erreichen einer bestimmten Bezugsgeschwindigkeit oder Bezugsposition entwickeln muß, ein längerer Zeitraum im Vergleich zu einem Bezugszeitraum gemessen.
Umgekehrt benötigt der Motor, wenn die Menge der Wäsche kleiner als die Bezugsmenge ist, weniger Energie und erreicht daher die Bezugsgeschwindigkeit oder Bezugsposition innerhalb eines kürzeren Zeitraums als dem Bezugszeitraum.
Das heißt, wie oben beschrieben, daß die Menge der Wäsche durch Berechnen eines Zeitraums ermittelt werden kann, während dessen der Motor oder der Waschbehälter eine bestimmte Geschwindigkeit oder eine bestimmte Position erreicht, nachdem dem Motor eine bestimmte Spannung zugeführt wurde.
Bei diesem Verfahren zum Erfassen der Menge der Wäsche schließen die Faktoren, welche die Genauigkeit der erfaßten Menge der Wäsche beeinflussen, mechanische Faktoren, wie die Ablenkung eines Lagergehäuses, die Vibration oder das Ungleichgewicht oder Wackeln eines Waschbehälters und die Ablenkung eines Dämpfers, Motorfaktoren, wie die Induktanz und einen Hall-Effekt-Sensor, der eine Läuferposition mißt, den Faktor eines Spannungsdetektors, den Faktor einer Spannungsschwankung und den Faktor einer Steuerkreisvibration aufgrund von Temperatur usw. ein.
Unter diesen Faktoren spielt der Spannungsermittlungsfehler aufgrund einer Schwankung der Quellspannung die größte Rolle.
Das heißt, in dem Fall, wenn die Menge der Wäsche durch die benötigte Zeit zum Erreichen einer bestimmten Bezugsgeschwindigkeit oder einer bestimmten Bezugsposition gemessen wird, muß eine bestimmte Quellspannung unabhängig von der Menge der Wäsche oder den Umständen zugeführt werden. Wenn eine bestimmte Quellspannung nicht den Umständen entsprechend zugeführt wird, zeigt der berechnete Wert der Menge der Wäsche eine starke Abweichung von einem tatsächlichen Wert.
3A bis 3E sind Signalwellenformen, die eine Abweichung beim Ermitteln der Menge der Wäsche in dem Fall zeigt, wenn dem Motor eine bestimmte Quellspannung nicht zugeführt wird.
Wie in 3B und 3D gezeigt, würde in dem Falle, wenn, für dieselbe Wäschemenge, die Quellspannung höher als die Bezugsspannung ist, wenn die Quellspannung, die dem Motor zugeführt wird, bei einer bestimmten relativen Einschaltdauer erhöht wird, dem Motor mehr Spannung als die Bezugsspannung zugeführt, so daß der Motor die Bezugsgeschwindigkeit oder die Bezugsposition früher als in der Bezugszeit erreicht.
Das heißt, da der Motor die Bezugsgeschwindigkeit oder Bezugsposition um bis zu Δt1 früher als in der Bezugszeit t0 erreicht, wird eine Wäschemengenmeßabweichung erzeugt, die der Zeit Δt1 entspricht.
Umgekehrt erreicht in dem Fall, wenn die Quellspannung niedriger als die Bezugsspannung ist, der Motor die Bezugsgeschwindigkeit um bis zu Δt2 später, so daß eine größere Wäschemenge als die tatsächliche Wäschemenge entsprechend der Zeit Δt2 ermittelt wird.
3D zeigt eine Wechselstromquellspannungsschwankung und eine entsprechende Schwankung einer Spannung eines Verbindungsanschlusses in einem Wechselrichter. Die Gleichstrom(GS)-Verbindungsspannung beeinflußt direkt eine Durchschnittswechselstromspannung, die dem Motor über den Wechselrichter zugeführt wird.
Im Bemühen, den Wäschemengenmeßfehler, der auf die Schwankung der Quellspannung zurückzuführen ist, zu klären, wird die GS-Verbindungsspannung ermittelt, um die Spannung, die dem Motor zugeführt wird, auszugleichen.
In diesem Fall sollte jedoch die GS-Verbindungsspannung ermittelt werden, damit sie auf einer Echtzeitgrundlage ausgeglichen wird, und aufgrund von Eigenschaften der inneren Elemente (die Auswahl eines idealen Elements kann einem Fehler bei der ermittelten Spannung begegnen) des Spannungsdetektors oder einer Abweichung einer über konstante Spannung regulierten Stromzufuhr für die Signalverarbeitung, ein Fehler bei der ermittelten Spannung auftritt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Erfassen der Wäschemenge in einer Waschmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, die Wäschemenge durch Steuerung eines zugeführten Stroms und eines Drehmoments eines Motors der Waschmaschine genau zu erfassen. Ferner soll ein dementsprechendes Verfahren angießen werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt hinsichtlich der Vorrichtung auf Grund der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens auf Grund der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 7. Die abhängigen Ansprüche 2–6 geben Weiterbildung der der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. der abhängigen Ansprüche 8–11 geben Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder.

Zum Erzielen dieser und weiterer Vorzüge und in Übereinstimmung mit dem Zweck der vorliegenden Erfindung, wie hierin ausgeführt und deutlich beschrieben, wird eine Vorrichtung zum Erfassen einer Wäschemenge in einer Waschmaschine bereitgestellt, welche beinhaltet: einen Wechselrichter, der eine Gleichstromspannung von dem Gleichrichter über einen Glättungskondensator empfängt und sie in eine Dreiphasen-Drehstromspannung umformt; einen BLGS-Motor, der durch den Dreiphasen-Drehstrom aus dem Wechselrichter angetrieben wird; einen Läuferpositionsdetektor, der die Position eines Läufers des BLGS-Motors ermittelt; einen Mikrocomputer, der einen Schaltvorgang des Wechselrichters gemäß dem Positionsermittlungssignal von dem Läuferpositionsdetektor steuert; eine Gatterantriebseinheit, die ein Steuersignal von dem Mikrocomputer empfängt und ein Gatterantriebssignal an den Wechselrichter ausgibt; einen Drehmomentbefehlserzeuger, der ein Drehmomentbefehlssignal entsprechend einer Geschwindigkeit erzeugt, die von einem Benutzer eingestellt wird; eine Drehmomentsteuerung, die das Drehmomentbefehlssignal von dem Drehmomentbefehlserzeuger bearbeitet und einen q-Achsenstrombefehlssignal ausgibt; eine Stromsteuerung, die dem Wechselrichter ein Stromsteuerungssignal gemäß dem q-Achsenstrombefehlssignal von der Drehmomentsteuerung und einem d-Achsenstrombefehlssignal von einer Stromsteuerungseinheit zuführt; einen Geschwindigkeitsdetektor, der eine Antriebsgeschwindigkeit des BLGS-Motors gemäß dem Positionsermittlungssignal von dem Läuferpositionsdetektor ermittelt; einen Wäschemengensensor (112), der das Geschwindigkeitsermittlungssignal von dem Geschwindigkeitsdetektor (111) mit einem zuvor gespeicherten Bezugsgeschwindigkeitswert vergleicht und daraus eine Wäschemenge bestimmt, wobei der Wäschemengensensor (112) einen Festwertspeicher beinhaltet, in dem experimentelle Werte von Wäschemengen gespeichert werden, die mit Zeiten zum Erreichen einer Bezugsgeschwindigkeit korrespondieren, die vom Geschwindigkeitsermittlungssignal vom Geschwindigkeitsdetektor (111) ermittelt werden; und eine Strombefehlseinheit (113), die das q-Achsenstrombefehlssignal gemäß dem Geschwindigkeitsermittlungssignal von dem Geschwindigkeitsdetektor (111) der Stromsteuerung (103) zuführt, wobei die Strombefehlseinheit (113) einen Festwertspeicher beinhaltet, der experimentelle Werte von Strombefehlssignalen speichert, die mit Werten von dem Geschwindigkeitsermittlungssignal korrespondieren.

Um zumindest diese Vorzüge in ihrer Gesamtheit oder teilweise zu erzielen, wird ferner ein Verfahren zum Erfassen einer Wäschemenge in einer Waschmaschine bereitgestellt, das folgende Schritte beinhaltet: Empfangen eines Drehmomentbefehlssignals, Bearbeiten desselben und Ausgeben eines q-Achsenstrombefehlssignals; Empfangen des q-Achsenstrombefehlssignals und eines d-Achsenstrombefehlssignals und Ausgeben eines entsprechenden Stromsteuersignals; Zuführen einer Dreiphasen-Drehstromspannung an einen BLGS-Motor der Waschmaschine gemäß dem Stromsteuersignal und Ermitteln einer Position eines Läufers des BLGS-Motors; Empfangen eines Positionsermittlungssignals und dementsprechendes Ermitteln einer Antriebsgeschwindigkeit des BLGS-Motors; Empfangens eines Geschwindigkeitsermittlungssignals, Vergleichens des Geschwindigkeitsermittlungssignals mit einer zuvor gespeicherten Bezugsgeschwindigkeit mit Hilfe eines Festwertspeichers, der experimentelle Werte von Wäschemengen schwindigkeit korrespondieren, die vom Geschwindigkeitsermittlungssignal bezogen werden, erreichen und Erfassens einer Wäschemenge daraus; und Empfangens des Geschwindigkeitsermittlungssignals, Vergleichens des Geschwindigkeitsermittlungssignals mit der zuvor gespeicherten Bezugsgeschwindigkeit mit Hilfe eines Festwertspeichers, der experimentelle Werte von Strombefehlssignalen speichert, die mit Werten von dem Geschwindigkeitsermittlungssignal korrespondieren und Ausgebens des d-Achsenstrombefehlssignals.

Zusätzliche Vorzüge, Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargestellt.

Die beigefügten Zeichnungen, die zur Schaffung eines eingehenderen Verständnisses der Erfindung beinhaltet und in diese Beschreibung eingeschlossen sind und einen Teil von ihr bilden, stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der Erfindung zu erklären.
Die Zeichnungen zeigen:
1 ist ein schematischer Schaltplan, der den Bau einer BLGS-Motorantriebsvorrichtung der herkömmlichen Technik zeigt.
2A ist eine Zeichnung, die ein Einschaltverhältnis einer Motorantriebsspannungswellenform darstellt, welches erhöht wird, um eine Wäschemenge entsprechend der herkömmlichen Technik zu ermitteln.
2B ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie eine Antriebsspannung, welche einem Motor zuge führt wird, entsprechend der herkömmlichen Technik erhöht wird.
2C ist eine graphische Darstellung, welche die Zeit zeigt, in welcher der Motor eine Bezugsgeschwindigkeit gemäß jeder Wäschemenge entsprechend der herkömmlichen Technik erreicht.
2D ist ein Wellenformdiagramm, das eine A-Phasenspannung eines Wechselrichters darstellt, und zeigt, wie ein Zeitraum durch einen Schalt- vorgang des Wechselrichters entsprechend der herkömmlichen Technik allmählich kürzer wird.
2E ist ein Wellenformdiagramm, das einen A-Phasenstrom des Wechselrichters entsprechend der herkömmlichen Technik zeigt.
3A ist ein Wellenformdiagramm, das die Änderung des Einschaltverhältnisses gemäß einem EIN/AUS-Vorgang eines Gatterantriebssignals im Wechselrichter entsprechend der herkömmlichen Technik zeigt.
3Bund 3C sind graphische Darstellungen, die zeigen, wie dem Motor eine Durchschnittsspannung zugeführt wird, und wie die Geschwindigkeit des Motors die Bezugsgeschwindigkeit gemäß einer Änderung in der Zufuhrspannung entsprechend der herkömmlichen Technik zu einer anderen Zeit erreicht.
3D ist ein Wellenformdiagramm, das die Änderung in einer Zufuhrspannung und die entsprechende Änderung in der Spannung eines GS-Verbindungsanschlusses eines Wechselrichters entsprechend der herkömmlichen Technik zeigt.
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Bauweise einer Vorrichtung zum Erfassen einer Wäschemenge in einer Waschmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
5Aund 5B zeigen Wellenformen eines q-Achsenstrombefehls und eines Phasenstrombefehls gemäß der Motorgeschwindigkeit in der Vorrichtung der 4 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5C zeigt Signalwellenformen eines q-Achsenstroms gemäß jeder Phase und jedem der entsprechenden Phasenströme gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6A, 6B und 6C sind Wellenformdiagramme von Gatterantriebssignalen zum Steuern eines Stroms gemäß der Änderung der Spannungszufuhr in der Vorrichtung der 4 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Bauweise einer Vorrichtung zum Erfassen einer Wäschemenge in einer Waschmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 4 gezeigt, beinhaltet die Vorrichtung zum Erfassen einer Wäschemenge in einer Waschmaschine einen Drehmomentbefehlserzeuger 101, der gemäß der Bedienung eines Knopfs (z.B. eines Auswahlkopfs) durch einen Benutzer ein Drehmomentbefehlssignal erzeugt; eine Drehmomentsteuerung 102, die das Drehmomentbefehlssignal von dem Drehmomentbefehlserzeuger 101 empfängt, es bearbeitet und ein q-Achsenstrombefehlssignal ausgibt; eine Stromsteuerung 103, die das q-Achsenstrombefehlssignal von der Drehmomentsteuerung 102 und ein d-Achsenstrombefehlssignal von einer Stromsteuereinheit 113 empfängt und ein Stromsteuersignal ausgibt; eine Stromzufuhreinheit 104, die einem Gleichrichter 105 eine gewöhnliche Wechselstromspannung zuführt; den Gleichrichter 105, der die gewöhnliche Wechselstromspannung von der Stromzufuhreinheit 104 empfängt und sie zu einer Gleichstromspannung gleichrichtet; einen Wechselrichter 106, der die Gleichstromspannung von dem Gleichrichter 105 in eine Dreiphasen-Drehstromspannung gemäß einem Gatteran triebssignal von einer Gatterantriebseinheit 107 umformt und die Dreiphasen-Drehstromspannung einem BLGS-Motor 109 zuführt; einen Läuferpositionsdetektor 110, der eine Position eines Läufers des BLGS-Motors 109 ermittelt; einen Mikrocomputer 108, der ein Positionsermittlungssignal von dem Läuferpositionsdetektor 110 und das Strombefehlssignal von der Stromsteuerung 103 empfängt und ein Steuersignal ausgibt; die Gatterantriebseinheit 107, die das Steuersignal von dem Mikrocomputer 108 empfängt und das Gatterantriebssignal an den Wechselrichter 106 ausgibt; einen Geschwindigkeitsdetektor 111, der das Positionser- mittlungssignal von dem Läuferpositionsdetektor 110 empfängt und daraus eine Antriebsgeschwindigkeit des BLGS-Motors 109 ermittelt; einen Wäschemengensensor 112, der ein Geschwindigkeitsermittlungssignal von dem Geschwindigkeitsdetektor 111 empfängt, es mit einer zuvor gespeicherten Bezugsgeschwindigkeit vergleicht und dementsprechend eine Wäschemenge erfaßt; und die Stromsteuereinheit 113, die das Geschwindigkeitsermittlungssignal von dem Geschwindigkeitsdetektor 111 empfängt, es mit einer zuvor gespeicherten Bezugsgeschwindigkeit vergleicht und der Stromsteuerung 103 ein d-Achsenstrombefehlssignal zuführt.
Es wird nun die Arbeitsweise der Vorrichtung zum Erfassen der Wäschemenge in einer Waschmaschine, die wie oben beschrieben gebaut ist, erklärt.
Zuerst wird eine Modellformel für den BLGS-Motor, der in einer generellen Wechselrichterwaschmaschine verwendet wird, durch Gleichung 1, wie unten gezeigt, ausgedrückt.
In der obenstehenden Formel sind die A-Phasenspannung und der Phasenstrom Cosinus-Wellenformen, und B-Phasenspannung und -strom sind Cosinus-Wellenformen, die jeweils 120° in elektrischem Winkel verschoben sind. C-Phasenspannung und -strom sind Cosinus-Wellenformen, die 240° in elektrischem Winkel verschoben sind.
Um die Interpretation der Phasenspannung und des Phasenstroms für die Phasen 'A', 'B' und 'C' zu erleichtern, sind unten Umwandlungsformeln ausgedrückt, durch die die Achsen der 'A'-, 'B'- und 'C'-Phasen in eine 'd'-Achse und eine 'q'-Achse umgeformt werden, um eine Variable zu eliminieren. ƒqdos = K(θr)ƒabcs (2) ƒqdos = [ƒqsƒdsƒos]T (2-1) ƒabcs = [ƒasƒbsƒcs]T (2-2)
wobei
θ_r = ∫₀ω(ζ)dζ + θ(0)
In dem Falle, bei dem Gleichung (2) zum Umformen der Achsen der 'A'-, 'B'- und 'C'-Achsen in die 'd'- und 'q'-Achsen übernommen wird, werden die folgenden Gleichungen erhalten.
Dementsprechend werden die drei Variablen der 'A'-, 'B'und 'C'-Phasen, wenn sie in Gleichung (1) in die 'd'- und 'q'-Achse umgeformt werden, auf die zwei Variablen reduziert, die in Gleichung (3-1) und (3-2) gezeigt werden. Außerdem werden die Spannung und der Strom in Gleichung (1) als Sinus-Wellen dargestellt, die Spannung und der Strom der 'd'- und 'q'-Achse in Gleichung (3) werden jedoch nur durch die Größe des Gleichstromwerts bei der normalen Arbeitsweise dargestellt.
Nun wird das Drehmoment des Motors, das als die 'd'- und 'q'-Achse dargestellt ist, in der folgenden Gleichung (4) ausgedrückt.
wobei 'P' die Anzahl der Pole des Motors, Ö_f die Stärke des Magnetflusses eines permanenten Magneten, L_d die d-Achseninduktanz und L_q die q-Achseninduktanz angibt.
Im Falle eines permanentmagneterregten BLGS-Motors, bei dem ein Permanentmagnet in einen Läuferkern eingefügt ist, kann das Reluktanzdrehmoment, das aufgrund des Induktanzunterschieds erzeugt wurde, verwendet werden, da L_d kleiner als L_q ist. Im Falle eines BLGS-Motors jedoch, bei dem ein Permanentmagnet auf der Fläche des Läuferkerns beigefügt ist, kann dieselbe Gleichung (4), da L_d und L_q gleich sind, durch die folgende Gleichung (5) ausgedrückt werden.
Wobei w_m die mechanische Geschwindigkeit ist und als (2/p)w_r gegeben ist.
Das heißt unter Bezugnahme auf Gleichung (5), das Drehmoment, das vom Motor entwickelt wird, ist proportional zu dem q-Achsenstrom, und das mechanische Drehmoment des Motors beinhaltet ein Drehmomentbestandteil gemäß der Trägheit, ein Reibungskraftbestandteil entsprechend der Geschwindigkeit und ein konstantes Ladungsbestandteil unabhängig von der Geschwindigkeit.
Dementsprechend werden, nachdem Kleider in einen Waschbehälter gegeben wurden, wenn der Waschbehälter oder ein Pulsator angetrieben wird, das Anfangsmoment (J) und eine bestimmte Ladung (T_L) in einer mechanischen Drehmomentgleichung des Motors geändert. Daher wird, wenn ein bestimmtes Drehmoment angewendet wird, die Zeit, die zum Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit erforderlich ist, gemäß der Wäschemenge geändert.
Das Drehmoment wird dem Strom entsprechend entwickelt. Daher würde, wenn der q-Achsenstrom konstant gesteuert wird, ein konstantes Drehmoment durch den Motor erzeugt, gemäß dem die Zeit, die zum Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Wäschemenge erforderlich ist, gemessen werden kann, um so die Wäschemenge zu erfassen. Die vorliegende Erfindung stützt sich auf dieses Konzept, welches nun unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wird.
Zuerst erzeugt der Drehmomentbefehlserzeuger 101 ein Drehmomentbefehlssignal entsprechend einer Geschwindigkeit (z.B. Betriebsmodus), der durch den Benutzer eingestellt wird. Die Drehmomentsteuerung 102 empfängt das Drehmomentbefehlssignal von dem Drehmomenterzeuger 100, bearbeitet es und gibt ein q-Achsenstrombefehlssignal aus.
Nun empfängt die Stromsteuerung 103 das q-Achsenstrombefehlssignal von der Drehmomentsteuerung 102 und das d-Achsenstrombefehlssignal von der Stromsteuereinheit 113 und gibt ein Stromsteuersignal aus.
Wenn in dieser Hinsicht, mit Bezug auf 6, die GS-Verbindungsspannung zunimmt, steuert die Stromsteuerung 103 über den Mikrocomputer 108 und Gatterantriebseinheit 107 das Gatterantriebssignal so, daß das Einschaltverhältnis der Spannung, die dem BLGS-Motor 109 zugeführt wird, abnimmt, um den Strom zu steuern. Wenn die GS-Verbindungsspannung jedoch abnimmt, steuert die Stromsteuerung 103 über den Mikrocomputer 108 und Gatterantriebseinheit 107 das Gatterantriebssignal so, daß das Einschaltverhältnis der Spannung, die dem BLGS-Motor 109 zugeführt wird, zunimmt, um den Strom zu steuern. Auch wenn die GS-Verbindungsspannung geändert wird, wird nämlich die Änderungsmenge automatisch ersetzt, und dadurch hat ein Drehmoment des Motors keine Wirkung auf die Abweichung (entsprechend der Änderung der GS-Verbindungsspannung).
Wie oben schon erwähnt, steuert die Stromsteuerung 103 direkt den q-Achsenstrombefehl und den d-Achsenstromsteuerbefehl. Oder, wie in 5A und 5C gezeigt, der q-Achsenstrombefehl und der d-Achsenstromsteuerbefehl werden in die Phasenströme von 'A', 'B' und 'C' umgeformt, um so gesteuert zu werden.
Danach empfängt der Mikrocomputer 108 das Stromsteuersignal von der Stromsteuerung 103 und führt das Stromsteuersignal der Gatterantriebseinheit 107 zu. Dementsprechend empfängt die Gatterantriebseinheit 107 das Steuersignal von dem Mikrocomputer 108 und führt das Gatterantriebssignal dem Wechselrichter 106 zu.
Danach formt der Wechselrichter 106 die Gleichstromspannung, die vom Gleichrichter 105 gleichgerichtet wird, in eine Dreiphasen-Drehstromspannung um und führt sie dem BLGS-Motor 109 zu, um den BLGS-Motor dadurch anzutreiben.
Der Läuferpositionsdetektor 110 ermittelt die Position des Läufers des BLGS-Motors 109 und führt das Läuferpositionsermittlungssignal dem Mikrocomputer 108 zu, gemäß dem der Mikrocomputer 108 Gatterantriebseinheit 107 steu ert, welche das Gatterantriebssignal dem Wechselrichter 106 zuführt.
Das heißt, das Schalten des Wechselrichters 106 wird abhängig von der Position des Läufers, die durch den Läuferpositionsdetektor 110 ermittelt wird, und dem Stromsteuersignal von der Stromsteuerung 103 gesteuert.
6A, 6B und 6C sind Wellenformen von Gatterantriebssignalen, die dem Wechselrichter 106 zur Steuerung des Stroms entsprechend der Änderung der GS-Verbindungsspannung in der Vorrichtung in 4 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zugeführt werden.
Im einzelnen zeigt 6A einen Phasenstrombefehl, ein Gatterantriebssignal und eine entsprechende Phasenspannung, wenn die Zufuhrspannung normal zugeführt wird, und 6B und 6C zeigen einen Phasenstrombefehl, ein Gatterantriebssignal und eine entsprechende Phasenspannung, wenn die Zufuhrspannung höher als der normale Wert bzw. niedriger als der normale Wert ist.
Der Geschwindigkeitsdetektor 111 empfängt das Positionsermittlungssignal von dem Läuferpositionsdetektor 110 und ermittelt die Antriebsgeschwindigkeit des BLGS-Motors 109.
Dann empfängt der Wäschemengensensor 112 das Geschwindigkeitsermittlungssignal von dem Geschwindigkeitsdetektor 111 und vergleicht es mit der zuvor gespeicherten Bezugsgeschwindigkeit, um die Wäschemenge zu erfassen.
Der Wäschemengensensor 112 beinhaltet einen Festwertspeicher (ROM), in dem experimentelle Werte von Wäschemengen gespeichert werden, die Zeiten, die zum Erreichen der Bezugsgeschwindigkeit erforderlich sind, entsprechen. Der Wäschemengensensor 112 berechnet also die Zeit, während der das Geschwindigkeitsermittlungssignal, das vom Geschwindigkeitsdetektor 111 ermittelt wird, die Bezugsgeschwindigkeit erreicht, um die Wäschemenge zu erfassen.
Die Strombefehlseinheit 113 empfängt das Geschwindigkeitsermittlungssignal von der Geschwindigkeitsdetektoreinheit 111, vergleicht es mit dem zuvor gespeicherten Bezugsgeschwindigkeitswert und führt der Stromsteuerung 103 das geeignete d-Achsenstrombefehlssignal zu.
Die Strombefehlseinheit 113 beinhaltet einen Festwertspeicher, in dem experimentelle Werte von Strombefehlssignalen gespeichert werden, die Werten des Geschwindigkeitssignals entsprechen. Wenn also das Geschwindigkeitswertermittlungssignal von der Geschwindigkeitsdetektoreinheit 111 niedriger als eine Nenngeschwindigkeit ist, erzeugt die Strombefehlseinheit 113 das d-Achsenstrombefehlssignal als '0'. Wenn jedoch der Geschwindigkeitswert des Ermittlungssignals von der Geschwindigkeitsdetektoreinheit 111 die Nenngeschwindigkeit übersteigt, gibt die Strombefehlseinheit 113 das vorher eingestellte d-Achsenstrombefehlssignal von dem Festwertspeicher aus.
Insoweit beschrieben weist die Vorrichtung und das Verfahren zum Erfassen der Wäschemenge in einer Waschmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung den Vorzug auf, daß der Vorgang zur Erfassung der Wäschemenge durch Steuern des Stroms während des Ermittelns der Geschwindigkeit des Motors verbessert wird, und dadurch kann die Genauigkeit der Erfassung und dadurch die Effizienz der Waschmaschine gesteigert werden.

Claims

Vorrichtung zum Erfassen einer Wäschemenge in einer Waschmaschine, umfassend: einen Wechselrichter (106) zum Empfangen einer Gleichstromspannung und Umformen derselben in eine Dreiphasen-Drehstromspannung; einen BLGS-Motor (109), der durch die Dreiphasen-Drehstromspannung aus dem Wechselrichter (106) angetrieben wird; einen Läuferpositionsdetektor (110) zum Ermitteln der Position eines Läufers des BLGS-Motors (109) und Ausgeben eines dementsprechenden Positionsermittlungssignals; einen Mikrocomputer (108) zum Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern eines Schaltvorgangs des Wechselrichters (106) gemäß dem Positionsermittlungssignal von dem Läuferpositionsdetektor (110) und einem Stromsteuersignal; eine Gatterantriebseinheit (107), die das Steuersignal von dem Mikrocomputer (108) empfängt und ein dementsprechendes Gatterantriebssignal an den Wechselrichter (106) ausgibt; einen Drehmomentbefehlserzeuger (101), der ein Drehmomentbefehlssignal entsprechend einer Geschwindigkeit erzeugt, die von einem Benutzer eingestellt wird; eine Drehmomentsteuerung (102), die das Drehmomentbefehlssignal von dem Drehmomentbefehlserzeuger (101) bearbeitet und ein dementsprechendes q-Achsenstrombefehlssignal ausgibt; eine Stromsteuerung (103), die dem Wechselrichter (106) das Stromsteuerungssignal gemäß dem q-Achsenstrombefehlssignal von der Drehmomentsteuerung (102) und einem d-Achsenstrombefehlssignal zuführt; einen Geschwindigkeitsdetektor (111), der eine Antriebsgeschwindigkeit des BLGS-Motors (109) gemäß dem Positionsermittlungssignal von dem Läuferpositionsdetektor (110) ermittelt und ein dementsprechendes Geschwindigkeitsermittlungssignal ausgibt; einen Wäschemengensensor (112), der das Geschwindigkeitsermittlungssignal von dem Geschwindigkeitsdetektor (111) mit einem zuvor gespeicherten Bezugsgeschwindigkeitswert vergleicht und daraus eine Wäschemenge bestimmt, wobei der Wäschemengensensor (112) einen Festwertspeicher beinhaltet, in dem experimentelle Werte von Wäschemengen gespeichert werden, die mit Zeiten zum Erreichen einer Bezugsgeschwindigkeit korrespondieren, die vom Geschwindigkeitsermittlungssignal des Geschwindigkeitsdetektors (111) ermittelt werden; und eine Strombefehlseinheit (113), die das q-Achsenstrombefehlssignal gemäß dem Geschwindigkeitsermittlungssignal von dem Geschwindigkeitsdetektor (111) der Stromsteuerung (103) zuführt, wobei die Strombefehlseinheit (113) einen Festwertspeicher beinhaltet, der experimentelle Werte von Strombefehlssignalen speichert, die mit Werten vom Geschwindigkeitsermittlungssignal korrespondieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn eine GS-Verbindungszufuhrspannung an den Wechselrichter (106) zunimmt, der Mikrocomputer (108) und die Gatterantriebseinheit (107) das Gatterantriebssignal so einstellen, dass ein Einschaltverhältnis der Dreiphasen-Drehstromspannung, das dem BLGS-Motor (109) zugeführt wird, abnimmt, um dadurch einen Antriebsstrom des Motors (109) zu steuern, und wenn die GS-Verbindungsspannung abnimmt, der Mikrocomputer (108) und die Gatterantriebseinheit (107) das Gatterantriebssignal so einstellen, dass das Einschaltverhältnis der Dreiphasen-Drehstromspannung, das dem BLGS-Motor (109) zugeführt wird, zunimmt, um dadurch den Antriebsstrom des Motors (109) zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Wert des Geschwindigkeitsermittlungssignals niedriger als ein Nenngeschwindigkeitswert ist, die Strombefehlseinheit (113) das d-Achsenstrombefehlssignal als '0' erzeugt, und wenn der Wert des Geschwindigkeitsermittlungssignals den Nenngeschwindigkeitswert übersteigt, die Strombefehlseinheit (113) ein vorher eingestelltes d-Achsenstrombefehlssignal ausgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stromsteuerung (103) einen Strom, der dem Motor zugeführt wird, gemäß einem Ladungsdrehmoment oder einem Drehmomentbefehl ändert, oder ein d-Achsenstrombefehlssignal eines bestimmten Werts ausgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Wert des Geschwindigkeitsermittlungssignals niedriger als ein Nenngeschwindigkeitswert ist, die Strombefehlseinheit (113) das d-Achsenstrombefehlssignal als '0' erzeugt, und wenn der Wert des Geschwindigkeitsermittlungssignals den geschätzten Geschwindigkeitswert übersteigt, die Strombefehlseinheit (113) ein vorher eingestelltes d-Achsenstrombefehlssignal ausgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stromsteuerung (103) einen Strom, der dem Motor (109) zugeführt wird, gemäß einem Ladungsdrehmoment oder einem Drehmomentbefehl ändert, oder ein d-Achsenstrombefehlssignal eines bestimmten Werts ausgibt.
Verfahren zum Erfassen einer Wäschemenge in einer Waschmaschine, umfassend die Schritte des: Empfangens eines Drehmomentbefehlssignals, Bearbeitens desselben und Ausgebens eines q-Achsenstrombefehlssignals; Empfangens des q-Achsenstrombefehlssignals und eines d-Achsenstrombefehlssignals und Ausgebens eines entsprechenden Stromsteuersignals; Steuerns von Wechselrichterschaltern gemäß einem Mikrocomputer (108) und einer Gatterantriebseinheit (107), die Signale empfängt, welche von Stromsteuerung (103) und Läuferpositionsdetektor (110) ausgegeben werden; Zuführen einer Dreiphasen-Drehstromspannung an einen BLGS-Motor (109) der Waschmaschine gemäß dem Stromsteuersignal und Ermittelns einer Position eines Läufers des BLGS-Motors (109); Empfangens eines Positionsermittlungssignals und Ermittelns einer Antriebsgeschwindigkeit des BLGS-Motors (109); Empfangens eines Geschwindigkeitsermittlungssignals, Vergleichens des Geschwindigkeitsermittlungssignals mit einer zuvor gespeicherten Bezugsgeschwindigkeit mit Hilfe eines Festwertspeichers, der experimentelle Werte von Wäschemengen speichert, die mit Zeiten zum Erreichen einer Bezugsgeschwindigkeit korrespondieren, die vom Geschwindigkeitsermittlungssignal bezogen werden, erreichen und Erfassens einer Wäschemenge daraus; und Empfangens des Geschwindigkeitsermittlungssignals, Vergleichens des Geschwindigkeitsermittlungssignals mit der zuvor gespeicherten Bezugsgeschwindigkeit mit Hilfe eines Festwertspeichers, der experimentelle Werte von Strombefehlssignalen speichert, die mit Werten von dem Geschwindigkeitsermittlungssignal korrespondieren und Ausgebens des d-Achsenstrombefehlssignals.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Empfangens eines Drehmomentbefehlssignals, Bearbeitens desselben und Ausgebens eines q-Achsenstrombefehlssignals umfasst: Einstellen eines Bezugspositionsbefehls oder eines Geschwindigkeitsbefehls, Berechnen eines Drehmomentbefehlswerts, der dem Einstellungsbefehl entspricht, und Berechnen eines q-Achsenstrombefehlssignals, das dem berechneten Drehmomentbefehlswert entspricht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Zuführens einer Dreiphasen-Drehstromspannung an einen BLGS-Motor (109) der Waschmaschine gemäß dem Stromsteuersignal und Ermittelns einer Position eines Läufers des BLGS-Motors (109) umfasst: einen Schritt, in dem ein Läuferpositionsdetektor (110) die Position des Läufers des BLGS-Motors (109) ermittelt, und ein Mikrocomputer (108) die ermittelte Position des Läufers empfängt und ein Steuersignal zum Steuern der Schaltung eines Wechselrichters (106) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Empfangens des Positionsermittlungssignals und Ermittelns der Antriebsgeschwindigkeit des BLGS-Motors (109) umfasst: Speichern experimenteller Werte von Wäschemengen in einem Festwertspeicher, die Zeiten entsprechen, während deren die Geschwindigkeitsermittlungssignale die Bezugsgeschwindigkeit erreichen, Berechnen des Zeitraums, den das Geschwindigkeitsermittlungssignal zum Erreichen der Bezugsgeschwindigkeit benötigt, Einlesen eines Werts aus dem Festwertspeicher, der dem berechneten Zeitraum entspricht, und daraus Erfassen des Werts als Wäschemenge.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Empfangens des Geschwindigkeitsermittlungssignals, Vergleichens des Geschwindigkeitsermittlungssignals mit der zuvor gespeicherten Bezugsgeschwindigkeit und Ausgebens des d-Achsenstrombefehlssignals umfasst: Erzeugen des d-Achsenstrombefehlssignals als '0', wenn das Geschwindigkeitsermittlungssignal niedriger als ein Nenngeschwindigkeitswert ist, oder Ausgeben eines vorher eingestellten d-Achsenstrombefehlssignals, wenn das Geschwindigkeitsermittlungssignal den geschätzten Geschwindigkeitswert übersteigt, um dadurch den Strom, der dem Motor (109) zugeführt wird, gemäß einem Ladungsdrehmoment oder einer Wäschemenge, zu ändern, oder einen bestimmten Wert des d-Achsenstrombefehlssignals auszugeben.